DE1814783C3 - Kryostat mit einer in einem Behälter für ein tiefsiedendes flüssiges Kühlmittel angeordneten Supraleitungsspule - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kryostaten mit einer in einem Behälter für ein tiefsiedendes flüssiges Kühlmittel angeordneten Supraleitungsspule und einem äußeren Vakuummantel.

Bei Supraleitungsspulen, insbesondere bei Supraleitungsmagnetspulen mit großem Energieinhalt, die durch Eintauchen in ein tiefsiedendes flüssiges Kühlmittel, insbesondere flüssiges Helium, gekühlt werden, besteht das Problem, daß bei einem Übergang der Spulenwicklung vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand große Kühlmittelmengen verdampfen, da die Spule bei einem solchen Übergang stark erwärmt wird. Die Verdampfung großer Kühlmittelmengen kann zu einem gefährlichen Druckanstieg im Kühlmittelbehälter des Kryostaten führen.

Eine Gefährdung des Kryostaten durch den Druckanstieg beim Verdampfen des Kühlmittels kann zwar dadurch verhindert werden, daß eier Kühlmittelabdarnpf genügend rasch aus dem Kühlmittelbehälter 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 Kryostaten aus anderen Gründen, beispielsweise zur Anordnung von Meßinstrumenten auf der Außenwand, die Spule möglichst in gleichmäßigem Abstand umgeben soll. Auch die weitere Möglichkeit, den Gasraum im Kühlmittelbehälter oberhalb des Kühlmittelspiegels so groß zu dimensionieren, daß er auch bei hohen Verdampfungsraten als Druckpuffer wirken kann, ist nicht befriedigend, da wegen der erforderlichen Größe 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 mil einer heliumgekühlten Supraleitungsmagnetspule werden eine vollständige Verdampfung des flüssigen Heliums und ein gefährlicher Druckanstieg im Heliumbehälter dadurch vermieden, daß der Heliumbehälter durch eine Heliumleitung mit einem außerhalb des Kryostaten befindlichen, 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 Heliumtank ständig auf die Temperatur des flüssigen Heliums von 4.2° K gekühlt werden müssen, umi 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 einen höheren Bedarf an Kühlmittel, als für die Kühlung der Supraleitungsmagnetspule erforderlich wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kryostaten mit einer in einem Behälter für ein tiefsiedendes flüssiges Kühlmittel angeordneten Supraleitungsmagnetspule und einem ä jßerem Vakuummantel so auszugestalten, daß eine vollständige Verdampfung des im Kühlmittelbehälter befindlichen Kühlmittels und ein gefährlicher Druckanstieg im Kühlmifeelbehälter vermieden werden, ohne daß die Nachteile der bekannten Anordnung in Kauf genommen werden müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist innerhalb des vom Vakuummantel umschlossenen Raumes ein durch im Kühlmittelbehälier befindliches flüssiges Kühlmittel kühlbarer Pufferbehälter vorgesehen, der mit wenigstens einer ur.ierhalb der Wicklung der Supraleitungsspule liegenden Stelle des Kühlmittelbehälters durch wenigstens ein bei einem vorgegebenen Überdruck im Kühlmittelbehälter öffnendes Ventil "erbunden und mit wenigstens einer durch den Vakuummantel hindurchführenden Abgasleitung versehen ist.

Der errindungsgemäße Kryostat hat den Vorteil, daß der innerhalb des Kryostaten angeordnete Pufferbehälter durch das gleichzeitig zur Kühlung der Supraleitungsspule dienende Kühlmittel gekühlt wird, so daß keine 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 Spulenwicklung liegenden Niveau von flüssigem Kühlmittel entleert, so daß sich die warm werdende Spule außerhalb des flüssigen Kühlmittels befindet Die vom Pufferbehälter durch den Vakuummantel hindurchführende Abgasleitung dient 7um Ausgleich des Druckanstiegs im Pufferbehälter beim Einströmen des flüssigen Kühlmittels. Die Höhe des Überdrucks, bei welchem das Ventil öffnet, kann durch entsprechende 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 üi-er einen Druckfühler im Kühlmittelbehälter beispielsweise elektromagnetisch gesteuert werden.

Der erfindungsgemäße Kryostat bietet ferner die Möglichkeit, durch eine Erhöhung des Gasdrucks im Kühlmittelbehälter von außen das flüssige Kühlmittel in den Pufferbehälter 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 Kühlrrittelbehälter 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 Spule 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 mach einei Überführung des flüssigen Kühlmittels in den Pufferbehälter eine thermische Isolation des Pufferbehälter! von der warmen Spule durch den dann im Spalt befindlichen, verhältnismäßig schlecht wärmeleitenden Kühlmitteldampf 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 PufferbehäSter zu gewährleisten, soll der Rauminhalt des Pufferbehälters vorzugsweise mindestens so groß sein, wie das Volumen des unter normalen Betriebsbedingungen im Kühlmittelbehälter oberhalb der am tiefsten liegenden Verbindungsstelle mit dem Pufferbehälter befindlichen flüssigen Kühlmittels.

Die Verbindung des Kühlmittelbehälters mit dem Pufferbehälter kann beim erfindungsgemäßeri Kryostaten in verschiedener Weise erfolgen.

Bei einer Ausführungsform des Kryostaten ist zur Verbindung des Pufferbehälters mit einer unterhalb der Spulenwicklung liegenden Stelle des Kühlm ttelbehälters 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 oberhalb 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 dabei 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 afTderen Ausführungsform des Kryostaten kann die Verbindung des Pufferbehälters mit dem Kühlmittelbehälter derart erfolgen, daß wenigstens ein bei vorgegebenem Überdruck im Kühlmittelbehälter öffnendes Ventil an einer unterhalb der Spulenwicklung liegenden Stelle des Kühlmittelbehälters an bzw. in einer Trennwand zwischen Kühlmittdbehältei- und Pufferbehälter vorgesehen ist und den Pufferbehälter unmittelbar mit dem Kühlmittelbehälter verbindet. Um eine vollständige Entleerung des Kühlmittelbehälters 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 Pufferbehälters 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. i zeigt schematisch eine Aus'ührungsform eines Kfyostaten mit einer Supraleitungsspule mit horizontaler Achse im Querschnitt;

Fig.2 zeigt einen Längsschnitt durch den in Fi g. 1 dargestellten Kryostaten:

F i g. 3 zeigt eine andere Ausführungsform eines Kryostaten mit einer Supraleitungsspule mit horizontaler Achse im Querschnitt;

Fig.4 zeigt schematisch im Schnitt eine Ausführungsform 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. Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch den Kryostaten, F i g. 2 einen Längsschnitt durch die Ebene AB in Fi g. 1. Die auf dem Spulenkörper 2 angeordnete, aus einer Anzahl von Scheibenwicklungen 3 zusammengesetzte Wicklung der Supraleitungsspule 1 ist kühlmitteldurchlässig 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 Kühlmittelbehälter 6 angeordnet, der bei normalen Betriebsbedingungen mit flüssigem Helium 7 gefüllt ist. Der Kühlmittelbehälter 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 Rohrspiralc 11 fließenden flüssigen Stickstoff gekühlt wird. Der Kühlmittelbehälter 6 ist teilweise doppelwandig ausge bildet. 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 Kühlmittelbehälters dient das Rohr 16, welches ein bei vorgegebenem Überdruck im Kühlmittelbehälter 6 öffnendes Ventil 17 enthält. Die Mündung 18 des Rohres in den Kühlmittelbehälter ist etwa an der tiefsten durch das Kühlmittel erreichbaren Stelle im Kühlmittelbehälter angeordnet. Das Volumen des Pufferbehälters 14 ist etwas größer, als das Volumen des bei normalen Betriebsbedingungen im Kühlmittelbehälter 6 oberhalb der Rohrmündung 18 befindlichen flüssigen Heliums 7. Die Mündung 19 des Rohres 16 in den Pufferbehälter 14 liegt oberhalb des maximalen Kühlmittelspiegels, der hn Pufferbehälter auftritt, wenn das gesamte flüssige Helium 7 in den Pufferbehälter hineingedrückt ist Durch eine Abgasleitung 20. die mit einem Ventil 21 verschließbar ist, ;st der Pufferbehälter 14 mit dem Außenraum oder mit einer ;;₍ F i g 1 nicht dargestellten Helrumrückgewinnungsanlage verbunden. Das durch den Vakuummantel 8 zum Boden des Kühlmittelbehälters 6 führende Rohr 22 dient zum erstmaligen Folien des Kühlmrttelbehälteni 6 mit flüssigem Helium bei Inbetriebnahme des Kryostaten. Das ebenfalls durch den Vakuummantel 8 in den Kühlmittelbehälter 6 führende Rohr 23 dient zum Nachfüllen von flüssigem Helium während des Betriebes. Das weitere durch den Vakuummantel 8 m 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 entstehenden Heliumabdampf ohne wesentliche Druckerhöhung im Kühlmittelbehälter 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 gefüllt. 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 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 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 Kühlmittelbehälter 6. Wenn dieser Druck den vorgegebenen Wert erreicht, 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 gedrückt. Der Kühlmittelbehälter 6 wird dadurch rasch vom flüssigen Helium 7 entleert, so daß sich die Supraleitungsspule 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 gasförmige Helium durch das Abgasrohr 20 entweichen. Bei weiterer Erwärmung der Spule 1 kann das im Pufferbehälter 14 befindliche flüssige Helium nur langsam aber nicht schlagartig verdampfen, weil der Pufferbehälter durch das im spaltförmigen Raum 15 befindliche gasförmige Helium gegenüber der Supraleitungsspule 1 gut thermisch isoliert ist. Eine Gefährdung des Kryostaten durch bei einem Übergang der Supraleitungsspule 1 vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand im Kühlmittelbehälter 6 entstehende Überdruck wird somit verhindert Das im Pufferbehälter 14 befindliche flüssige Helium kann durch eine, in F i g. 1 und 2 nicht dargestellte, zum Boden des Pufferbehälters 14 führende Rohrleitung aus dem Kryostaten abgesaugt werden.

Die Überführung des flüssigen Heliums 7 in den Pufferbehälter 14 karm auch dadurch erfolgen, daß beispielsweise durch das Rohr 24 von außen gasförmige: Helium in den Kühlmittelbehälter 6 eingedrückt unc auf diese Weise hn Kühlmittelbehälter ein Überdruck erzeugt wird, der so groß ist daß das Ventil 17 öffnet.

Falls nach Überführung des flüssigen Heliums 7 ir den Pufferbehälter 14 im KühlmitteTbehälter 6 immei noch ein Überdruck herrscht kann das überschüssigi gasförmige Helium ebenfalls durch die Rohrleitung 11 in den Pufferbehälter 14 einströmea Da die Mündunj 19 des Rohres 16 oberhalb des maximalen im Pufferbe hälter 14 auftretenden Kahlmittelspiegels liegt ström dieses gasförmige Helium in den oberhalb dieses KOhI mittelspiegels hegenden Teil des Pufferbehälters 14 eil und kann von dort durch das Abgasrohr 20 nach außei abströmen. An einer Seite von F i g. 2 sind kn Schnii an sich nicht sichtbare, aus schlecht wärmeleitender Material bestehende Halterungen 25 fur die Spule

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Der in F i g. 3 im Querschnitt dargestellte Kryostat mit einer Supraleitungsspule mit horizontaler Achse ist mit Ausnahme des Pufferbehälters ebenso aufgebaut, wie der Kryostat nach den F i g. 1 und 2. Für die gleichbleibenden Teile sind daher die gleichen Bezugsziffern verwendet wie in den F i g. 1 und 2. Der Kühlmittelbehälter 6 des Kryostaten enthält einen den Umfang der Spule t teilweise umgebenden Pufferbehälter 30, der die Außenwand 31 mit dem Kühlmittelbehälter 6 ge metnsam 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 Supralei tungsspule 1 verbessert. Der Pufferbehälter 30 ist durch ein Ventil 34 mit dem Innenraum des Kühlmittelbehälters 6 verbunden, das sich an der tiefsten durch das Kühlmittel erreichbaren Stelle der Trennwand zwischen dem Innenraum des Kühlmittelbehälters 6 und dem Pufferbehälter 30 befindet. Bei einem vorgegebenen 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 Pufferbehälters durch ein Druckausgleichrohr 35 verbunden.

Das Ventil 34 kann beispielsweise über einen in der Figur nicht dargestellten Druckfühler im Kühlmittelbehälter 6 elektromagnetisch gesteuert werden. Die Betätigung des Ventils kann beispielsweise mit Hilfe 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 1 erzeugte Magnetfeld nicht gestört wird. Das Ventil 34 kann aber auch ein unmittelbar durch den Druck im Kühlmittelbehätter 6 betätigbares mechanisches Oberdruckventil sein.

F i g. 4 zeigt im Schnitt eine Ausführungsform eines Kryostat«! mit einer Stipraieftungsspule 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 zwischen 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 Kühlmittelbehälter 43 während des Betriebs des Kryostaten, das Rohr 55 zur Abführung des bei normalen Betriebsbedingungen im Kühlmittelbehälter 43 entstehenden Heliumabdampfes. Wenn der Druck im Kühlmittelbehälter 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 Kühlmittelbehälter 43 ebenso wie der Kühlmittelbehälter 6 bei den Kryostaten nach F i g. 1 bis 3 bei Normalbetrieb 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 Kühlmittelbehälters 43 und der in diesem befindlichen Supraleitungsspule 40 innerhalb des Vakuummantds 45 des Kryostaten.

Über die in den Figuren dargestellten Beispiele hinaus kann der Kryostat gemäß der Erfindung weiter abgewandelt und insbesondere an spezielle Formen der zu kühlenden Supraleitungsspulen angepaßt sein. Beispielsweise kann der Kryostat zur Kühlung einer toroidförmigen Spule ringförmig ausgebildet sein. Insbesondere bei großen Kryostaten kann der Pufferbehälter über mehrere Ventile mit mehreren Stellen des Kühlmittelbehälters verbunden sein, um eine rasche Überführung des flüssigen Kühlmittels aus dem Kühlmittelbehälter in den Pufferbehälter zu sichern. Bei solchen großen Kryostaten wird der Pufferbehältei zweckmäßigerweise auch mit mehreren durch den Vakuummantel hindurchführenden Abgasleitungen versehen. Ferner besteht die Möglichkeit den Pufferbehältei in mehrere Tefle zu unterteilen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Kryostat mit einer in einem Behälter für ein tiefsiedendes flüssiges Kühlmittel angeordneten Supraleitungsspule und einem äußeren Vakuummantel, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des vom Vakuummantel (8) umschlossenen Raumes ein durch im Kühlmittelbehälter (6) befindiches flüssiges Kühlmittel (7) kühlbarer Pufferbe- kälter (14) vorgesehen ist, der mit wenigstens einer unterhalb der Wicklung der Supraleitungsspule (1) legenden Stelle des Kühlmittelbehälters 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 Supraleitungs- spule (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 Kühlmittelbehälter (6) oberhalb der am tiefsten liegenden Verbindungsstelle (18) mit dem Pufferbehälter befindlichen flüssigen Kühlmittels (7).

5. Kryostat nach einem der Ansprüche 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 Oberdruck 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 6, 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

\ ^gegebenem Überdruck im Kühlmittelbehälter (6) öffnendes Ventil (34) an einer unterhalb der Spulenwicklung (t) liegenden Stelle des Kühlmittelbehälters an bzw. in einer Trennwand (32, 33) zwischen Kühlmittelbehälter (6) und Pufferbehälter (30) vorgesehen ist und den Pufferbehälter unmittelbar mit dem Kühlmittelbehälter verbindet.

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