DE1913789B2 - Vorrichtung zur Nachfullung eines He humbades bei Temperaturen bis unterhalb des lambda Punktes - Google Patents

Vorrichtung zur Nachfullung eines He humbades bei Temperaturen bis unterhalb des lambda Punktes

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DE1913789B2 DE19691913789 DE1913789A DE1913789B2 DE 1913789 B2 DE1913789 B2 DE 1913789B2 DE 19691913789 DE19691913789 DE 19691913789 DE 1913789 A DE1913789 A DE 1913789A DE 1913789 B2 DE1913789 B2 DE 1913789B2
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Description

1 2
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur konti- Druck an beiden Seiten des oberen, das Nachfüllbad
nuierlichen Tief kühlung von Objekten in einem Flüssig- tragenden Filters stets gleich ist. Andererseits erfolgt
keitsbad, insbesondere unterhalb von 2,17 0K unter der Flüssigkeitsdurchlauf durch das Doppelfilter bei
Verwendung eines He(II)-Bades, wobei die Temperatur- Erreichen bzw. Unterschreiten der Solltemperatur
einstellung durch Druckregulierung im Dampfraum 5 (Temperatur des unteren Arbeitsbades) im Nachfüll-
oberhalb des Heliumbades erfolgt und eine Nachfül- bad wie bei einem einfachen Filter, da jetzt die Sperr-
lung aus einem Helium-Vorratsgefäß in Abhängigkeit wirkung beider Filter gleichzeitig aufgehoben wird,
von der Füllhöhe des Heliumbades über einen Vakuum- Die Flüssigkeit läuft dann durch das obere Filter in
mantelheber intermittierend durchgeführt wird, wobei den Filterzwischenraum und von dort durch das untere
der Auslaß des Vakuummantelhebers in einen unter io Filter in das Arbeitsbad ab.
vermindertem Druck stehenden Nachfüllraum mündet, In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
der durch ein Filterelement abgeschlossen ist, welches Erfindung dargestellt.
für gasförmiges Helium, Helmm(J[)j3owie H,eljum(II) Die Figur zeigt einen Schnitt durch das das Arbeits-
mit einer höheren Temperatur "als' die Temperatur bad aufnehmende Innengefäß des Kryostaten mit einer
des Helium(II)-Bades wenigstens teilweise undurch- 15 den Nachfüllraum begrenzenden, ein Doppelfilter
lässig ist, und wobei der Auslaß dieses Filterelementes tragenden Zwischenwand.
in den ebenfalls unter vermindertem Druck stehenden Zum Verständnis der Zusatzpatentanmeldung neben-
Badraum mit dem zur Kühlung verwendeten Bad sächliche Elemente der Vorrichtung sind im Gegensatz
mündet, nach Patent 1 501 291. zu den Figuren der Hauptpatentanmeldung schema-
Eine Vorrichtung nach der Hauptanmeldung er- 20 tisch dargestellt.
möglicht es, das zur Kühlung verwendete, durch Die Figur zeigt den inneren Heliumbehälter 1 eines Druckerniedrigung auf Temperaturen unterhalb des Kryostaten mit einem Helium(II)-Arbeitsbad 2. Der I-Punktes gehaltene Arbeitsbad unterhalb des Filters den Heliumbehälter 1 umschließende, mit flüssigem unter Konstanthaltung der Badtemperatur nachzu- Stickstoff gekühlte Strahlungsschutz ist hier der Überfüllen. Damit wird die kontinuierliche Kühlung von 25 sichtlichkeit halber weggelassen worden. Objekten auf Temperaturen unterhalb 2,17°K im Der Heliumbehälter 1 ist mit einem Deckel 3 verDauerbetrieb möglich. schlossen, der ein hier als Zwischenwand ausgebildetes Zur Nachfüllung des Arbeitsbades wird normal- Bauteil 4 trägt, welches das Nachfüllbad 5 aufnimmt siedendes flüssiges Helium (4,2° K) aus einem Vorrats- und an seinem unteren Ende durch ein feinporiges gefäß über einen abgasgekühlten Heber, der am Ende 30 Filterelement 6 abgeschlossen ist. Das Filterelement 6 ein von einem Sinterkörper od. ä. umgebenes Ent- kann durch ein am Boden des Bauteils 4 angeordnetes Spannungsventil trägt, unter Entspannung und Ab- Kaltfahrventil 7 überbrückt werden. Oberhalb des kühlung in den unter vermindertem Druck stehenden Filterelements 6 ist in das Zwischenwandbauteil 4 ein Nachfüllraum oberhalb des Filters eingefüllt. Das weiteres, ebenso feinporiges Filterelement 8 eingesetzt. Filter ist für dieses Nachfüllbad praktisch undurch- 35 Das ^Filterelement 8 weist eine Öffnung auf, in die lässig, solange die Temperatur des Nachfüllbades ein Überlaufrohr 9 fest eingesetzt ist, so daß der Zwihöher ist als die Temperatur des Arbeitsbades unter- schenraum zwischen den beiden Filtern 6, 8 über das halb des Filters und solange die Druckdifferenz zwi- Überlaufrohr 9 mit dem übrigen Nachfüllraum 22 in sehen beiden Seiten des Filters einen bestimmten, Verbindung steht.
vom Druck unterhalb des Filters (der der Solltempera- 40 Das Niveau des Nachfüllbades 5 wird durch einen tür des Arbeitsbades entspricht) abhängigen Höchst- Niveaufühler 10 kontrolliert. Das Zwischenwandbauwert nicht überschreitet. Wird dieser Höchstwert teil 4 ist oben durch einen Deckel 11 mit Wärmeisolaüberschritten, so erfolgt ein Flüssigkeitsdurchbruch tionsschicht 12 verschlossen. In dem Deckel 11 sind durch das Filter. Bei einer Temperatur des Arbeits- Durchführungen 13, 14, 15 für den Niveaufühler 10, bades von 1,5°K (2,1°K), die einem Druck unterhalb 45 einen Vakuummantelheber 16 mit abgasgekühltem des Filters von 5 mb (47 mb) entspricht, tritt der Strahlungsschutz und Entspannungsventil 17 sowie für Flüssigkeitsdurchbruch beispielsweise bei einer Druck- eine Spindel 18 zur Betätigung des Kaltfahrventils 7 differenz von 650 mb (50 mb) ein. vorgesehen. Das Abgas des Nachfüllbades 5 wird Der Flüssigkeitsdurchbruch setzt zwar mit ab- über die hier nur schematisch angedeutete Abgasnehmender Arbeitsbadtemperatur erst bei zunehmend 50 leitung im Heber 16 mittels einer nicht eingezeichhöheren Druckdifferenzen ein und führt darüber neten Pumpe abgesaugt. Der Heber 16 steht darüber hinaus im allgemeinen nicht zu einer Störung der Soll- hinaus mit einem ebenfalls nicht eingezeichneten temperatur im unteren Arbeitsbad; er kann sich aber Vorratsgefäß für flüssiges Helium in Verbindung, trotzdem störend auf den stationären Betrieb der Vor- Das Niveau des Arbeitsbades 2 wird durch einen richtung auswirken, da die an den Raum des Arbeits- 55 hier nur angedeuteten Niveaufühler 19 kontrolliert, bades angeschlossene Pumpe einer unerwünscht hohen Das aus dem Arbeitsbad 2 verdampfende Gas wird Belastung ausgesetzt wird. über die Abgasleitung 20 und ein Regelventil 21 mittels Es ist Aufgabe der Erfindung, den Flüssigkeits- einer hier ebenfalls nicht eingezeichneten Pumpe durchbruch bei höheren Druckdifferenzen am Filter abgesaugt.
zu vermeiden. Das Kennzeichen der Erfindung ist 60 Im Betrieb wird der Kryostat zunächst bei geöffnedarin zu sehen, daß der Nachfüllraum mindestens tem Kaltfahrventil 7 abgekühlt und mit flüssigem ein mit Abstand oberhalb des Filterelementes an- Helium gefüllt. Dann wird das Kaltfahrventil 7 gegeordnetes weiteres Filterelement aufweist, wobei der schlossen und der Druck über dem Arbeitsbad 2 auf Zwischenraum zwischen den Filterelementen durch den der Solltemperatur des Arbeitsbades unterhalb ein in das obere Filterelement eingesetztes Überlauf- 65 2,170K (Α-Punkt) entsprechenden niedrigen Druckrohr mit dem Nachfüllraum in Verbindung steht. wert abgesenkt. Damit ist der stationäre Betriebs-
Mit einem erfindungsgemäßen Doppelfilter wird der zustand erreicht.
Flüssigkeitsdurchbruch sicher vermieden, da der Wenn nun das Niveau des Arbeitsbades durch Ver-
dampfung unter den Niveaufühler 19 absinkt, wird das Entspannungsventil 17 am Heber 16 durch ein Signal des Niveaufühlers 19 geöffnet. Damit setzt der Überlauf von flüssigem Helium aus dem Vorratsgefäß in den Nachfüllraum 22 ein. Das Helium von ursprünglich 4,2°K (normale Siedetemperatur) wird beim Durchtritt durch das Entspannungsventil 17 auf den im Nachfüllraum 22 herrschenden niedrigeren Druck entspannt und damit abgekühlt. Das Helium sammelt sich über dem oberen Filter 8 zu einem Nachfüllbad 5. Wenn das Nachfüllbad 5 den Niveaufühler 10 erreicht, schließt das Entspannungsventil 17. Anschließend wird der Druck im Nachfüllraum 22 mittels der an die Abgasleitung im Heber 16 angeschlossenen Pumpe so weit erniedrigt, bis die Temperatur des Nachfüllbades 5 die Solltemperatur des Arbeitsbades 2 erreicht oder unterschreitet. Wenn diese Temperatur erreicht ist, wird das Filter 8 für das flüssige Helium durchlässig und das Nachfüllbad 5 beginnt, in den Zwischenraum zwischen den Filtern 6 und 8 abzulaufen. Sobald sich über dem unteren Filter 6 eine Flüssigkeitssäule von wenigen Millimetern angesammelt hat, wird auch das Filter 6 durchlässig und das Nachfüllbad 5 läuft durch beide Filter 6, 8 nach unten in das Arbeitsbad 2 ab und füllt dieses auf.
Hinsichtlich des Durchlaufs von Flüssigkeit aus dem Nachfüllbad 5 in das Arbeitsbad 2 bei Temperatur- bzw. Druckgleichheit an beiden Seiten des die Zwischenwand 4 abschließenden Filters 6 bzw. bei negativer Druckdifferenz am Filter 6 (/Oben < /'unten) zeigt das Doppelfilter 6, 8 dieselbe Wirkung wie ein einfaches Filter: das Nachfüllbad 5 läuft ungehindert ab. Bei positiven Druckdifferenzen am Filter 6 (/?oben > /Junten), bei denen bei Verwendung eines einzigen Filters unter bestimmten Bedingungen ein unerwünschter Flüssigkeitsdurchbruch auftritt, ist das Doppelfilter 6,8 jedoch vollständig dicht, da am oberen, das Nachfüllbad 5 tragenden Filter 8 keine Druckdifferenz auftritt. Damit ist die Gefahr einer Störung im Arbeitsraum unterhalb des Filters durch einen unerwünschten Flüssigkeitsdurchbruch auf Grund einer positiven Druckdifferenz sicher vermieden. Der Betrieb der Vorrichtung wird damit in vorteilhafter Weise sicherer.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Vorrichtung zur kontinuierlichen Tiefkühlung von Objekten in einem Flüssigkeitsbad, insbesondere unterhalb von 2,17° K unter Verwendung eines He(II)-Bades, wobei die Temperatureinstellung durch Druckregulierung im Dampfraum oberhalb des Heliumbades erfolgt und eine Nachfüllung aus einem Helium-Vorratsgefäß in Abhängigkeit von der Füllhöhe des Heliumbades über einen Vakuummantelheber intermittierend durchgeführt wird, wobei der Auslaß des Vakuummantelhebers in einen unter vermindertem Druck stehenden Nachfüllraum mündet, der durch ein Filterelement abgeschlossen ist, welches für gasförmiges Helium, * Helium(I) sowie Helium(II) mit einer höheren Temperatur als die Temperatur des Helium(II)-Bades wenigstens teilweise undurchlässig ist, und wobei der Auslaß dieses Filterelementes in den ebenfalls unter vermindertem Druck stehenden Badraum mit dem zur Kühlung verwendeten Bad mündet, nach Patent 1501291, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachfüllraum (22) mindestens ein mit Abstand oberhalb des Filterelementes (6) angeordnetes weiteres Filterelement (8) aufweist, wobei der Zwischenraum zwischen den Filterelementen (6,8) durch ein in das obere Filterelement (8) eingesetztes Überlaufrohr (9) mit dem Nachfüllraum (22) in Verbindung steht.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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