DE1814783B2 - Kryostat mit einer in einem Behälter für ein tiefsiedendes flüssiges Kühlmittel angeordneten Supraleitungsspule - Google Patents

Description

9. Kryostat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (34) an oder in der Nähe der tiefsten durch das Kühlmittel erreichbaren Stelle der Trennwand (32,33) angeordnet ist.

10. Kryostat nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Pufferbehälters (30) wenigstens teilweise doppelwandig ausgebildet sind und der Raum zwischen den Wänden (32,33) evakuiert ist.

Die Erfindung betrifft einen Kryostaten mit einer in einem ISr für ein tiefsiedendes flüssiges Kuhlmitie? abordneten Supraleitungsspule und e.nem auße-

¹⁰ ι insbesondere bei bupralei-

lenwicklung vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand große Kühlmittelmengen verdampfen, da dfe Spule bei einem solchen Übergang stark erwärmt wird Die Verdampfung großer Kühlm.ttelmengen

kann zu einem gefährlichen Druckanst.eg .,r. Kühlmittelbehälter des Kryostaten fuhren.

Eine Gefährdung des Kryostaten durch den Druckanstieg beim Verdampfen des Kühlmittels kann zwar Hadurch verhindert werden, daß der Kuhlmittelab-

dmp genügend rasch aus dem Kühlmiue.behälter des Kryostaten nach außen abgeführt wird. Die zu diesem Zweck benötigten Abdampfrohre sehr großen Querschnittes wirken sich jedoch oft störend aus, wenn durch sie beispielsweise den Kryostaten umgebende

magnetische Abschirmungen unterbrochen werden oder wenn die Außenwand des Vakuummantels des Krvostaten aus anderen Gründen, beispielsweise zur Anordnung von Meßinstrumenten auf der Außenwand, die Spule möglichst in gleichmäßigem Abstand umge-

ben soll. Auch die weitere Möglichkeit den Gasraum im Kühlmittelbehälter oberhalb des Kühlmittelsp.egels so groß zu dimensionieren, daß er auch bei hohen Verdampfungsraten als Druckpuffer wirken kann, ist nicht befriedigend, da wegen der erforderlichen Große des

Gasraumes die Außenabmessungen des Kryostaten und die zur Kühlung erforderliche Kälteleistung sehr groß werden. Beide Möglichkeiten haben ferner den schwerwiegenden Nachteil, daß bei einem Übergang der Spule vom supraleitenden in den normalleitenden

Zustand praktisch das ganze im Kühlmittelbehälter enthaltene flüssige Kühlmittel verdampft und entweder verloren oder erst nach einer Verflüssigung wieder verwendbar ist. . .

Bei einem bekannten Kryostaten mit einer hehumge-

kühlten Supraleitungsmagnetspule werden eine vollstandige Verdampfung des flüssigen Heliums und ein gefährlicher Druckanstieg im Heliumbehälter dadurch vermieden, daß der Heliurnbehälter durch eine Heliumleitung mit einem außerhalb des Kryostaten befindli-

chen, vom Kryostaten getrennten Heliumtank verbunden ist und bei einem Druckanstieg im Heliumbehälter das flüssige Helium durch den Gasdruck in den Heliumtank übergehebert wird. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß die Heliumleitung und der Helium-

tank ständig auf die Temperatur des flüssigen Heliums von 4.2° K gekühlt werden müssen, um eine rasche Entleerung des Heliumbehälters des Kryostaten zu gewährleisten. Ohne eine solche Kühlung würde das flüssige Helium beim Eintreten in die Heliumleitung verdampfen und der Gasdruck die Entleerung des Heliumbehälters verhindern. Die Anordnung hat daher einer höheren Bedarf an Kühlmittel, als für die Kühlung de. Supraleitungsmagnetspule erforderlich wäre.

Per Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ICryosteten mit einer in einem Behälter für ein tiefsiedendes flüssiges Kühlmittel angeordneten Supraleitungsmagnetspule und einem äußerem Vakuummantel to auszugestalten, daß eine vollständige Verdampfung tfes im Kühlmittelbohälter befindlichen Kühlmittels und φ gefährlicher Druckanstieg im Kühlmittelbehälter vermieden werden, ohne daß die Nachteile der bekannte Anordnung in Kauf genommen werden müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist innerhalb des vom Valcuummantel umschlossenen Raumes ein durch im KOhlmittelbehälter befindliches flüssiges Kühlmittel !fühlbarer Pufferbehälter vorgesehen, der mit wenigstens einer unterhalb der Wicklung der Supraleitungs- tpale liegenden Stelle des Kühlmittelbehälters durch wenigstens ein bei einem vorgegebenen Überdruck im Jtühlmittelbehälter öffnendes Ventil verbunden und mit wenigstens einer durch den Vakuummantel hindurchführenden Abgasleitung versehen ist.

Der erfindungsgemäße Kryostat hat den Vorteil, daß der innerhalb des Kryostaten angeordnete Pufferbehälter durch das gleichzeitig zur Kühlung der Su|naleitungsspule dienende Kühlmittel gekühlt wird, so daß Iceine eigene Kühlung dieses Behälters erforderlich ist. Wenn durch plötzliche Verdampfung von flüssigem Kühlmittel im Kühlmittelbehälter ein vorgegebener Druck erreicht wird, öffnet das Ventil, so daß das flüssige Kühlmittel durch den Gasdruck in den Pufferbehälter hineingedrückt wird. Der Kühlmittelbehälter wird dadurch bis zu einem unterhalb der Spuienwicklung liegenden Niveau vor. flüssigem Kühlmittel entleert, so daß sich die warm werdende Spule außerhalb des flüssigen Kühlmittels befindet. Die vom Pufferbehälter durch den Vakuummantel hindurchführende Abgasleitung dient zum Ausgleich des Druckanstiegs im Pufferbehälter beim Einströmen des flüssigen Kühlmittels. Die Höhe des Oberdrucks, bei welchem das Ventil öffnet, kann durch eltsprechende Einstellung des Ventils an die Konstruktion des Kryostaten und an die Betriebsbedingungen der Supraleitungsspule angepaßt werden. Das Ventil kann beispielsweise ein unmittelbar durch den Druck im Kühlmittelbehälter betätigbares Überdruckventil sein oder es kann über einen Druckffihler im Kühlmit.telbehälter beispielsweise elektromagnetisch gesteuert werden.

Der erfindungsgemäße Kryostat bietet ferner die Möglichkeit, durch eine Erhöhung des Gasdrucks im Kiihlmittelbehliter von außen das flüssige Kühlmittel in den Pufferbjhälter überzuführen. Dies ist von Interesse, wenn die Supraleitungsspule, beispielsweise bei einer Verwendung der Spule als Energiespeicher, absichtlich vom supraleitenden in den elektrisch normalleitenden Zustand gebracht werden soll. Durch die Erhöhung des Gasdrucks im Kühlmittelbehälter von außen kann dieser von der Kühlflüssigkeit entleert werden, bevor der Übergang der Spule vom supraleitenden In den normalleitenden Zustand eingeleitet wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Kryostaten ist der !Pufferbehälter im Kühlmittelbehälter angeordnet und umschließt die Supraleitungsspule wenigstens teilweise. Dadurch wird erreicht, daß zwischen dem Pufferbehälter und der Spule nur ein spaltförmiger Raum für das Kühlmittel verbleibt, so daß das Volumen des die Spüle umgebenden flüssigen Kühlmittels klein gehalten wird. Der Spalt zwischen Pufferbehälter und Supraleitungsspule soll dabei wenigstens so breit sein, daß an der Spulenoberfläche verdampfendes Kühlmittel ohne Bildung von Gasnestern im Spalt innerhalb des Kühlmittelbehälters nach oben steigen kann. Der Spall sollte ferner auch ausreichend breit sein, um nach einei überführung des flüssigen Kühlmittels in den Pufferbe· hälter eine thermische Isolation des Pufferbehälter! von der warmen Spule durch den dann im Spalt befindlichen, verhältnismäßig schlecht wärmeleitenden Kühl mitteldampf zu gewährleisten.

Wegen ihrer Einfachheit und raumsparenden Konstruktion ist eine Ausführungsform des Kryostaten besonders vorteilhaft, bei welcher der Kühlmittelbehältei wenigstens teilweise doppelwandig ausgebildet ist und der Raum zwischen den beiden Wänden den Pufferbehälter bildet

Um eine vollständige Überführung des oberhalb dei Spule befindlichen und die Spule umgebenden flüssigen Kühlmittels in den Pufferbehälter zu gewährleisten, soll der Rauminhalt des Pufferbehälters vorzugsweise mindestens so groß sein, wie das Volumen des unter normalen Betriebsbedingungen im 'vühlmitteibehälter oberhalb der am tiefsten liegenden " ;;rbindungsstelle mit dem Pufferbehälter befindlichen flüss'gen Kühlmittels.

Die Verbindung des Kühlmittelbehälters mit dem Pufferbehälter kann beim erfindungsgemäßen Kryostalen in vers_hiedener Weise erfolgen.

Bei einer Ausführungsform des Kryostaten ist zur Verbindung des Pufferbehälters mit einer unterhalb der Spuienwicklung liegenden Stelle des Kühlmittelbehälters ein von dieser Stelle in den Pufferbehälter führendes, mit einem bei vorgegebenem Überdruck im Kühlmittelbehälter öffnenden Ventil versehenes Rohr vorgesehen. Die Mündung des Rohres in den Pufferbehälter liegt dabei vorteilhaft ODerhalb des maximalen im Pufferbehälter bei einer Überführung des Kühlmittels in diesen Behälter auftretenden Kühlmittelspiegels. Diese Anordnung der Rohrmündung bringt den Vorteil mit sich, daß etwa im Anschluß an das flüssige Kühlmittel in den Pufferbehälter einströmendes gasförmiges Kühlmittel durch die im Pufferbehälter vorgesehene Abgasleitung unmittelbar aus dem Kryostaten abgeführt werden kann, ohne daß es dabd flüssiges Kühlmittel durchströmen muß. Um das flüssige Kühlmittel vollständig aus dem Kühlmittelbehälter in den Pufferbehälter überführen zu können, wir die Mündung des Rohres in den Kühlmittelbehälter vorzugsweise an oder in der Nähe der tiefsten durch das Kühlmittel erreichbaren Stelle im Kühlmittelbehälter angeordnet.

Bei einer anderen Ausführungsform des Kryostaten kann die Verbindung des Pufferbehälters mit dem Kühlmittelbehälter derart erfolgen, daß wenigstens ein bei vorgegebenem Überdruck im Kühlmittelbehälter öffnendes Ventil an piner unterhalb der Spulenwicklung liegenden Stelle des Kühlmiitelbehälters an bzw. in einer Trennwand zwischen Kühlmittelbehälter und Pufferbehälter vorgesehen ist und den Pufferbehälter unmittelbar mit dem Kühlmittelbehälter verbindet. Um eine vollständige Entleerung des Kühimittelbehälters zu gewährleisten, wird auch dieses Ventil vorteilhaft an oder in der Nähe der tiefsten durch das Kühlmittel erreichbaren Stelle der Trennwand angeordnet

Um die thermische Isolation des in den Pufferbehälter übergeführten flüssigen Kühlmittels gegenüber der sich erwärmenden Spule weiter zu verbessern und eine übermäßige Verdampfung des im Pufferbehälter befindlichen flüssigen Kühlmittels zu verhindern, können die Wände des Pufferbehälter vorteilhaft wenigstens teilweise doppelwandig ausgebildet sein, während der Raum zwischen den Wänden evakuiert ist

An Hand einiger Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden.

F i g. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Kryostaten mit einer Supraleitungsspule mit horizontaler Achse im Querschnitt;

F i g. 2 zeigt einen Längsschnitt durch den in F i g. 1 dargesteiften Kryostaten;

Fig.B, zeigt eine andere Ausführungsform eines Kryostaten mit einer Supraleitungsspule mit horizontaler Achse im Querschnitt;

Fig.4 zeigt schematisch im Schnitt eine Ausfüh rungsform eines Kryostaten mit einer Supraleitungsspule mit vertikaler Achse.

Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Kryostat enthält eine Supraleitungsspule 1 mit horizontaler Achse F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch den Kryostaten. Fig.2 einen Längsschnitt durch die Ebene AB in Fig. I. Die auf dem Spulenkörper 2 angeordnete, aus einer Anzahl von Scheibenwicklungen 3 zusammengesetzte Wicklung der Supraleitungsspule I ist kOhlmitteldurchllssig ausgebildet. Der die horizontal liegende Längsachse 4 der Spule 1 umgebende rohrförmige Raum S befindet sich auf Raumtemperatur und ist von beiden Enden aus frei zugänglich. Die Spule 1 ist in einem, beispielsweise aus nichtmagnetischem Stahl bestehenden KOhlmittelbehälter 6 angeordnet der bei normalen Betriebsbedingungen mit flüssigem Helium 7 gefüllt ist Der KOhlmittelbehälter 6 ist von einem äußeren Vakuummantel 8 umgeben, dessen Außenwand 9 beispielsweise ebenfalls aus nichtmagnetischem Stahl besteht Innerhalb des Vakuummantels 8 ist ein beispielsweise aus Kupfer bestehender Strahlungsschild 10 angeordnet der beispielsweise durch in der Rohrspirale 11 fließenden flüssigen Stickstoff gekohlt wird. Der KOhlmittelbehälter 6 ist teilweise doppelwandig ausgebildet Der Raum zwischen den beiden, beispielsweise aus nichtmagnetischem Stahl bestehenden Wänden 12 und 13 bildet den Pufferbehälter 14. Dieser umschließt einen großen Teil des Umfanges der Spule 1. so daß zwischen der Spule 1 und der Innenwand 13 des Pufferbehälters, die mit dem flüssigen Helium 7 in Berührung steht nur ein spaltförmiger Raum 15 für das flüssige Helium verbleibt Zur Verbindung des Pufferbehälters mit dem Inneren des Kflhlmittelbehälters dient das Rohr 16. welches ein bei vorgegebenem Oberdruck im Kühlmittelbehälter 6 öffnendes Ventil 17 enthält Die Mündung 18 des Rohres in den Kühlmittelbehälter ist etwa an der tiefsten durch das Kühlmittel erreichbaren Stele im hehätter angeordnet Das Votamen des Purbehrs 14 ist etwas größer, ab das Volumen des bei normalen Betriebsbedingungen im KOhI-mitteBiehSher 6 oberhalb der Rohrmündung 18 befindlichen flüssigen Heliums 7. Die Mündung 19 des Rohres 16 in den Pufferbehälter 14 hegt oberhalb des maximalen Kühbnittetepiegets, der fan Pufferbehälter auftritt wenn das gesamte flüssige Hefium 7 in den Pufferbehälter htnemgedrfickt ist Durch eine Abgasleitung 20. die mit einem Ventil 2t verschließbar ist. ist der Pufferbehälter 14 mit dem Außenraum oder mit einer in F i g. t nicht dargestellten Heliumrückgewinnungsanlage verbunden. Das durch den Vakiramtnantel 8 zum Boden des Kühhmttelbehälteni 6 fahrende Rohr 22 dient zum erstmaligen FDBen des KühhnittelbehShers 6 mit flüssigem Hefium bei Inbetriebnahme des Kryostaten. Das ebenfaBs durch den Vakuummantel 8 in den Kühlmitteibehäfter 6 führende Rohr 23 dient zum Nachfüllen von flüssigem Helium während des Betriebes. Das weitere durch den Vakuummantel 8 in den Kühlmittelbe hälter 6 führende Rohr 24 dient zur Abführung des unter normalen Betriebsbedingungen im Kühlmittelbehälter 6 entstehenden Heliumabdampfes. Das Rohr 24 ist so dimensioniert, daß es den bei Normalbetrieb entsie henden Heliumabdampf ohne wesentliche Druckerhö hung im Kühlmitielbehälter 6 abführen kann. Die Rohre 22 bis 24 können ebenfalls mit Ventilen versehen sein. Bei Inbetriebnahme des Kryostaten wird der Kühl-

ίο mittelbehälter 6 durch das Rohr 22 mit flüssigem Helium gefOllt. Um auch eine rasche Abkühlung der Außenwand 12 des Pufferbehälters 14 zu erreichen, wird dieser durch das Rohr 20 mit kaltem gasförmigen Helium gefüllt Der unter normalen Betriebsbedingungen der

iS Spule 1 entstehende Heliumabdampf kann durch das Rohr 24 abströmen. Wenn nun die Spule 1 vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand übergeht und sich dabei erwärmt setzt eine plötzliche, sehr starke Verdampfung des flüssigen Heliums 7 ein. wobei der

ao entstehende Heliumdampf nicht mehr durch das nur für Normalbetrieb dimensionierte Abdampfrohr 24 abgeführt werden kann. Die starke Heliumverdampfung führt zu einem rasch ansteigenden Druck im Kühlmittelbehilter 6. Wenn dieser Druck den vorgegebenen Wert erreie'.ft. auf welchen das Ventil 17 eingestellt ist. öffnet das Ventil 17 und das flüssige Helium wird durch den Heliumdampfdruck aus dem Kühlmittelbehälter 6 durch die Rohrleitung 16 in den Pufferbehälter 14 ge drückt. Der Kühlmittelbehälter 6 wird dadurch rasch

jo vom flüssigen Helium 7 entleert so daß sich die Supra leitungsspule 1 nach kurzer Zeit nur noch in einer Umgebung von gasförmigem Helium befindet. Während des Einströmens des flüssigen Heliums in den Pufferbehälter 14 kann das im Pufferbehälter 14 befindliche gas

förmige Helium durch das Abgasrohr 20 entweichen Bei weiterer Erwärmung der Spule 1 kann das im Puf ferbehälter 14 befindliche flüssige Helium nur langsam aber nicht schlagartig verdampfen, weil der Pufferbehälter durch das im spaltförmigen Raum 15 befindliche

gasförmige Helium gegenüber der SupraSeitungsspule 1 gut thermisch isoliert ist. Eine Gefährdung des Kryo staten durch bei einem Obergang der Supraleitungsspule i vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand im Kühlmittelbehälter 6 entstehende Überdruck wird somit verhindert. Das im Pufferbehälter 14 befind liehe flüssige Helium kann durch eine, in F i g.1 u ·ά 2 nicht dargestellte, zum Boden des ftiiferDehälters 14 führende Rohrleitung aus dem Kryostaten abgesaugt werden.

Die Oberführung des flüssigen Hefiums 7 in den Puf ferbehälter 14 kann auch dadurch erfolgen, daß beispielsweise durch das Rohr 24 von außen gasförmiges Helium in den Kühlmittelbehälter 6 eingedrückt und auf diese Weise im KöhfmittelbehSher ein Überdruck erzeugt wird, der so groß ist daß das Ventil 17 öffnet

Falls nach Überführung des flüssigen Heliums 7 in den Pufferbehälter 14 im Kühlmittefbehälter 6 immer noch ein Überdruck herrscht kann das überschüssige gasförmige Helium ebenfalls durch die Rohrleitung 16 m den Pufferbehälter 14 einströmen. Da die Mündung 19 des Rohres 16 oberhalb des maximalen fan Pufferbehälter 14 auftretenden Kühlmhtelspiegets Regt strömt dieses gasförmige Hefium in den oberhalb dieses Kühlmittelspiegeis liegenden Teil des Pufferbehälters 14 ein

6s und kann von dort durch das Abgasrohr 20 nach außen abströmen. An einer Seite von F i g. 2 sind hn Schnitt an sich nicht sichtbare, aus schlecht wärmeleitendem Material bestehende Halterungen 25 für die Spule 1

d d k s

e si k ν 1 η e k K t

gestrichelt eingezeichnet.

Der in Fig.3 im Querschnitt dargestellte Kryostat mit einer Supraleitungsspule mit horizontaler Achse ist mit Ausnahme des Pufferbehälters ebenso aufgebaut, wie der Kryostat nach den F ig. 1 und 2. Für die gleichbleibenden Teile sind daher die gleichen Bezugsziffern verwendet wie in den F i g. I und 2. Der Kühlmittelbellälter 6 de* fcryostaten enthält einen den Umfang der Spule 1 teilweise umgebenden Pufferbehälter 30, der die Außenwand 31 mit dem Kühlmittelbehä'ter 6 gemeinsam hat. Diejenige Wand des Pufferbehälters 30. die das Innere des Pufferbehälters vom flüssigen Helium 7 trennt, ist doppelwandig ausgebildet. Der Raum zwischen den beiden Wänden 32 und 33 ist evakuiert. Durch diesen evakuierten Raum wird die thermische Isolation des in den Pufferbehälter 30 übergeführten flüssigen Heliums gegen die sich erwärmende Supraleitungsspule 1 verbessert. Der Pufferbehälter 30 ist durch ein Ventil 34 mit dem Innenraum des Kühlmittelbehäl ters 6 verbunden, das sich an der tiefsten durch das Kühlmittel erreichbaren Stelle der Trennwand zwi sehen dem Innenraum des Kühlmittelbehälters 6 und dem Pufferbehälter 30 befindet. Bei einem vorgegebe nen Überdruck im Kühlmittelbehälter 6 strömt das flüssige Helium 7 durch das sich öffnende Ventil 34 in den Pufferbehälter 30 ein. Zum Zwecke des Gasdruckausgleichs beim Einströmen des flüssigen Heliums in den Pufferbehälter 30 sind die oberhalb des Heliumspiegels liegenden Teile des Puffet behälters durch ein Druckausgleichrohr 35 verbunden.

Das Ventil 34 kann beispielsweise über einen in der Figur nicht dargestellten Druckfühler im Kühlmittelbe hälter 6 elektromagnetisch gesteuert werden. Die Betätigung des Ventils kann beispielsweise mit Hülfe einer kleinen, an der tiefsten Stelle des Kühlmittelbehälters 6 angeordneten Supraleitungsmagnetspule erfolgen, die bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckes mit Strom versorgt wird und das Ventil 34 öffnet. Wenn das flüssige Helium 7 aus dem Kühlmittelbehälter 6 in den Pufferbehälter 30 hineingedrückt ist, wird diese kleine Supraleitungsmagnetspule nicht mehr durch flüssiges Helium gekühlt und geht daher in den normalleitenden Zustand über. Dabei sinkt das von der Spule erzeugte Magnetfeld so stark ab. daß das Ventil 34 schließt. Das Ventil 34 und die zur Betätigung dienende kleine Supraleitungsmagnetspule wird zweckmäßigerweise entweder gegen das durch die Supraleitungsspule 1 erzeugte Magnetfeld abgeschirmt oder so angeordnet, daß die Ventilfunktion durch das von der Spule I erzeugte Magnetfeld nicht gestört wird. Das Ventil 34 kann aber auch ein unmittelbar durch den Druck im Kühlmittelbehälter 6 betätigbares mechanisches Oberdruckventil sein.

F i g. 4 zeigt im Schnitt eine Ausführungsform eines Kryostaten mit einer Supraleitungsspule 40 mit vertikaler Achse. Der die vertikale Achse 41 der Spule 40 um gebende rohrförmige Raum 42 befindet sich auf Raumtemperatur und ist von beiden Enden aus frei zugänglich. Die Spule 40 ist in einem Kühlmittelbehälter 43 angeordnet, der bei normalen Betriebsbedingungen mit flüssigem Helium 44 gefüllt ist. Der Kühlmittelbehälter 43 ist von einem äußeren Vakuummantel 45 umgeben, innerhalb dessen ein beispielsweise durch flüssigen Stickstoff gekühltes, den Kühlmittelbehälter 43 umgebendes Strahlungsschild 46 angeordnet ist. Im Kühlmittelbehälter 43 ist ein Pufferbehälter 47 angeordnet, der den äußeren Umfang der Supraleitungsspule 40 derart umgibt, daß /wischen der Spule und der Innenwand 48 des Pufferbehälters ein spaltförmiger Raum 49 für das flüssige Helium verbleibt. Der Pufferbehälter ist durch ein bis zum Boden des Kühlmittelbehälters 43 reichendes, ein Überdruckventil 50 enthaltendes Rohr 51 verbunden. Ein mit einem Ventil 52 versehenes Abgasrohr 53 verbindet den Innenraum des Pufferbehälter 47 beispielsweise mit einer in der Figur nicht dargestellten Heliumrückgewinnungsanlage. Das Rohr 54 dient zum Nachfüllen des flüssigen Heliums in den Kühlmittelbe halter 43 während des Betriebs des Kryostaten. das Rohr 55 zur Abführung des bei normalen Betriebsbedingungen im Kühlmittelbehälter 43 entstehenden He liumabdampfes. Wenn der Druck im Kühlmittelbehäl· ter 43 einen vorgegebenen Wert erreicht, auf welchen das Ventil 50 eingestellt ist. öffnet das Ventil 50 und das flüssige Helium 44 strömt in den Pufferbehälter 47 ein Um den ersten Druckstoß aufzufangen, ist der Kühlmit telbehälter 43 ebenso wie der Kühlmittelbehälter 6 bei den Kryostaten nach F i g. I bis 3 bei Not malbetrieb nicht vollständig mit Helium gefüllt, sondern nur so weit, daß über dem Heliumspiegel noch ein freier Gasraum verbleibt. Die Halteelemente 56 und 57 aus vorzugsweise schlecht wärmeleitendem Material dienen zur Aufhängung bzw. Abstützung des Kühlmittelbehäl ters 43 und der in diesem befindlichen Supraleitung* spule 40 innerhalb des Vakuummantels 45 des Kryosta ten.

Über die in den Figuren dargestellten Beispiele hin aus kann der Kryostat gemäß der Erfindung weiter ab gewandelt und insbesondere an spezielle Formen dei zu kühlenden Supraleitungsspulen angepaßt sein. Bei spielsweise kann der Kryostat zur Kühlung einer to roidförmigen Spule ringförmig ausgebildet sein. Insbe sondere bei großen Kryostaten kann der Pufferbehäl ter über mehrere Ventile mit mehreren Stellen de; Kühlmittelbehälters verbunden sein, um eine rasch« Überführung des flüssigen Kühlmittels aus dem Kühl mittelbehälter in den Pufferbehälter zu sichern. Bei sol chen großen Kryostaten wird der Pufferbehältei zweckmäßigerweise auch mit mehreren durch den Va kuummantel hindurchführenden Abgasleitungen verse hen. Ferner besteht die Möglichkeit, den Pufferbehältei in mehrere Teile zu unterteilen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

409584/31

Claims (8)

Patentansprache;

1. Kryostat mit einer in einem Behälter für ein tiefsiedendes flössiges Kühlmittel angeordneten Supraleitungsspule und einem äußeren Vakuummantel, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des vom Vakuummantel (8) umschlossenen Raumes ein durch im Kühlmittelbehälter (6) befindliches flüssiges KOhlmittel (7) kühlbarer Pufferbehälter (14) vorgesehen ist, der mit wenigstens einer unterhalb der Wicklung der Supraleitungsspule (1) liegenden Stelle des Kahlmittelbehälters durch wenigstens ein bei einem vorgegebenen Oberdruck im Kühlmittelbehälter öffnendes Ventil (17) verbunden und mit wenigstens einer durch den Vakuummantel hindurchführenden Abgasleitung (20) versehen ist.

2. Kryostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferbehälter (47) im Kühlmittelbehälter (43) angeordnet ist und die Supraleitungsspule (40) wenigstens teilweise umschließt

3. Kryostat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelbehälter (6) wenigstens teilweise doppelwandig ausgebildet ist und der Raum zwischen den beiden. Wänden (12,13) den Pufferbehälter (14) bildet.

4. Kryostat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauminhalt des Pufferbehälters (14) mindestens so groß ist, wie das Volumen des unter normalen Betriebsbedingungen im Kühlmittelbenäher (6) oberhalb der am tiefsten liegenden Verbindungsstelle (18) mit dem Pufferbehälter befindlichen flüssigen Kühlmittels (7).

5. Kryostat nach einem der A spräche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung des Pufferbehälters (14) mit der unterhalb der Spulenwicklung (1) liegenden Stelle des Kühlmittelbehälters (6) ein von dieser Stelle in den Pufferbehälter führendes, mit einem bei vorgegebenem Überdruck im Kühlmittelbehälter öffnenden Ventil (17) versehenes Rohr (16) vorgesehen ist.

6. Kryostat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (19) des Rohres (16) in den Pufferbehälter (14) oberhalb des maximalen im Pufferbehälter bei einer Überführung des Kühlmittels in diesen Behälter auftretenden Kühlmittelspiegels liegt.

7. Kryostat nach einem der Ansprüche 5 und ö, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung (18) des Rohres (16) in den Kühlmittelbehälter (6) an oder in der Nähe der tiefsten durch das Kühlmittel erreichbaren Stelle im Kühlmittelbehälter angeordnet ist.

8. Kryostat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein bei vorgegebenem Überdruck im Kühlmittelbehälter (6) öffnendes Ventil (34) an einer unterhalb der Spulenwicklung (1) liegenden Stelle des Kühlmitlelbehälters an bzw, in einer Trennwand (32, 33) zwischen Kahlmittelbehälter (6) und Pufferbehälter (30) vorgesehen ist und den Pufferbehälter unmittelbar mit dem Kühlmittelbehälter verbindet.