DE2043680C - Vorrichtung zur Kühlung eines Nutzraumes - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung eines Nutzraumes in großen Beschleunigungskräften ausgesetzten Systemen, vorzugsweise in Raketen, mittels Flüssiggas mit einem das Flüssiggas über ein Einfüllrohr aufnehmenden Innenbehälter, einem Außenbehälter und einem in dem evakuierten Zwischenraum zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter angeordneten Strahlungsschild, wobei am Innenbehälter ein oder mehrere Abgasrohre angebracht sind, die zum Strahlungsschild geführt und an diesem wärmeleitend befestigt sind.

Es ist ein Kryostat bekannt, der aus einem zu kühlenden Kühlkopf, einem mit diesem wärmeleitend verbundenen Verdampferraum, einem diesen Verdamperraum umgebenden, teilweise aus gewickeltem Kupferrohr bestehenden Strahlungsschild und einem das ganze System abschließenden Außenmantel besteht, wobei der Zwischenraum zwischen Verdampferraum und Kühlkopf einerseits und Außenmantel andererseits evakuiert ist. Hierbei wird flüssiges Kühlmittel im Verdampferraum verdampft und der verdampfte Flüssigkeitsanteil durch das gewickelte Kupftrrohr wieder nach außen abgeführt (»CRYOGENICS«, April 1965, S 76 bis 80).

Insbesondere für die Verwendung in großen Beschleunigungskräften ausgesetzten Systemep, beispielsweise in Raketen, ist dieser bekannte Kryostat von seiner aufwendigen Konstruktion her aber nicht geeignet. Weiterhin gewährleistet es keine ausreichende Lokalisation der besonders von Radialbeschleunigungen herrührenden Trägheitskräfte innerhalb des Systems, insbesondere in bezug auf die Kühlflüssigkeit, und zudem entspricht das geforderte kleine Verhältnis von Kühlauswand zum Kühleffeki bei den bekannten Kryostaten nicht den speziellen Erfordernissen, beispielsweise in einer Rakete mit geringem zur Verfugung stehendem Nutzraum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine raumsparende Vorrichtung zur Kühlung eines Nutzraumes in großen Beschleunigungskräften ausge>,eu~ ten Systemen, vorzugsweise in Raketen, zu entwickeln, bei der auf den Nutzraum und auf das um diesen gelagerte Flüssiggas möglichst wenig Wärme von der äußeren Umgebung übertragen wird und die d..-:- noch eine solche mechanische Festigkeit aufv, 11-.: daß sie den auf sie einwirkenden großen Beschleun: gungskräften standhält und diese mindestens teilwjis·.· in gewissen Bereichen lokalisiert.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Innenbehälter den Nutzraum umschließt und durch π··ι öffnungen versehene wärmeleitfähige Trennwände ι» mehrere Teilräume aufgeteilt ist.

Diese erfindungsgemäßen Trennwände erhöhen in vorteilhafter Weise die Festigkeit der Vorrichtu:i!>. und vergrößern dann, wenn sie mit dem Nutzrauni wärmeleitend verbunden sind, den Wärmetransport von der Wandung des Nutzraumes zu dem im Innenbehälter befindlichen Flüssiggas, wodurch die Kuh lung des Nutzraumes verbessert wird. Darüber hinaus wird das Flüssiggas dann, wenn die Vorrichtung u:n ihre Rotationsachse beschleunigt wird, mrtbeschleunigt. Das hat den Vorteil, daß die Phasengrenze zwischen dem Flüssiggas und seinem Dampf, dem Abgas also, und damit die günstigste Lage der einen Enden der Abgasrohre im Innenbehälter vorherbestimmbar ist. Die einen Enden der Abgasrohre im Innenbehälter sind zweckmäßigerweise dicht an der Wand des Nutzraumes angeordnet.

Außerdem ist es nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorteilhaft, wenn das eine Ende des Einfüllrohres in einem anderen Teilraum als die einen Enden der Abgasrohre und eines zusätzlichen Abgasrohres angeordnet ist, damit das Flüssiggas beim Einfüllen in den Innenbehälter nicht direkt in die Abgasrohre gelangen kann. Das Anbringen eines zusätzlichen, das Einfüllrohr umschließenden Abgasrohres erlaubt es vorteilhaft, verdampfte Flüssigkeit zur Vorkühlung des Einfüllrohres auszunutzen.

Zweckmäßigerweise werden die Abgasrohre und das zusätzliche Abgasrohr in eine gemeinsame, durch den Außenbehälter geführte Abgasleitung zusammengeführt. Diese gemeinsame Abgasleitung ist vorteilhafterweise mit einem Überströmventil versehen. Dieses Überströmventil verhindert, daß bei geringem Außendruck, beispielsweise in großer Höhe über der Erde, der Innenbehälter entleert wird.

In dem Fall, in dem besonders wenig Raum vorhanden ist und das zusätzliche Abgasrohr durch den Innenbehälter geführt werden muli, ist es zweckmäßig, das zusätzliche Abgasrohr mindestens im Innen-

behälter mit einem Futterrohr wärmeisolierend zu zu seinem anderen Ende verlaufend befestigt sind, umgeben, damit es gegen das Flüssiggas thermisch Die Abgasrohre 5 laufen in einer gemeinsamen Abisoliert ist. gasleitung? zusammen, welche mit einem Uber-

Es ist günstig, wenn der Strahlungsschild am ^trömventil 11 versehen ist. Von diesem Iihersrom-

Aaßenbehälter mittels durch diesen nach außen ge- 5 ventil 11 führt die Abgasleitung 7 durch den Aunen-

führter und von außen nachspannbarer Spanndrähte behälter 1 hindurch nach außen, »«einen cnaenο

befestigt ist. Der Strahlungsschild und der Außenbe- der Abgasrohre 5 sind möglichst dicht an der Vv and

hälter befinden sich auf sehr unterschiedlichen Tem- des Nutzraumes 4 angeordnet, damit bei urenung au

peraturen: der Außenbehälter befindet sich auf Um- Vorrichtung um ihre Rotationsachse kein riussiggab

gebungslemperatur, während der Strahlungsschild io in die Abgasrohre gelangen kann

sich auf einer tieferen Temperatur befindet. Die dün- Der Strahlungsschild 2 ist am Außenbehalter mit-

nen Spanndrähte übertragen sehr wenig Wärme von tels der Spanndrähte 14 befestigt. Die ipannuranu.

dem Außenbehälter auf den Strahlungsschild. 14 sind am Strahlungsschild 2 beispielsweise durch

Zweckmäßigerweise ist die erfindungsgemäße Vor- Löten befestigt und durch im Außenbehalter ι De-

richtung zur Kühlung des Nutzraumes aus Metall, 15 findliche Bohrungen hindurchgefühlt und von auuen

vorzugsweise aus legiertem Stahl, hergestellt. Diejeni- vakuumdicht verlötet. Auf diese Weise wird uas

gen Teile, welche eine große Wärmeleitfähigkeit auf- Nachspannen der Spanndrahte 14 wahrend der t-trii-

gen Teile, welche eine große Wärmeleitfähigkeit auf Nachspanne

weisen müssen, sind vorteilhafterweise aus Kupfer gung ermöglicht.

oder einem anderen Metall großer Wärmeleitfähig- In Fig. 2 ist die gemeinsame Abgasleitung / nut

keil und zugleich Festigkeit hergestellt. ao dem Überströmventil 11 dargestellt. In der gemeinsa-

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an men Abgasleitung 7 endet auch das aus dem lnnen-Hand des in den F i g. 1 und 2 schematisch dargestell- behälter 3 herausgeführte zusätzliche Abgasronr ν ten Ausführungsbeispieles beschrieben. Es zeigt welches das Einfüllrohr 8 umgibt. Das hintullrohr «

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in durchläuft den Innenbehälter 3 gradlinig bis zu dem einem Ouerschnitt parallel zur Achse der Rotations- »5 Kugelventil 12. Im Bereich des Innenbehälter .i ist symmetrie und das zusatzliche Abgasrohr 9 und somit auch das fcin-

F i g. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem fallrohr 8 von einem Futterrohr 10 warmeisolierend Querschnitt senkrecht zur Achse der Rotationssym- umgeben. Beim Füllen der Vorrichtung mit riussigmetrie. gas wird ein Vakuummantclheber in das Einfiil!-

In F i g. 1 ist ein zylinderförmiger Nutzraum 4 dar- 30 rohr 8 eingeführt, wodurch gleichzeitig das Kugel vengestellt. Um diesen Nutzraum 4 sind koaxial ein In- til 12 geöffnet wird.

nenbehälter 3, ein Strahlungsschild 2 und ein Außen- Der Innenbehälter 3 ist bei diesem speziellen Ausbehälter 1 angeordnet. An dem einen Ende des Nutz- führungsbeispiel durch acht radial angeordnete raumes sind iin Innenbehälter 3 die einen Enden 6 Trennwände 13 in Teilräume 15 aufgeteilt In dem der Abgasrohre S befestigt. Die Abgäsrohre 5 sind 35 Teilraum, in dem das Einfüllrohr 8 endet, befinden durch den zwischen dem Innenbehälter 3 und dem sich keine Enden 6 der Abgasrohre 5, um zu vermei-Strahlungsschild 2 befindlichen Raum radial auf den den, daß das Flüggiggas beim Einfüllen in die Abgas-Strahlungsschild 2 geführt, auf dem sie wendelförmig rohre 5 gelangt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Kühlung eines Nutzraumes

in großen Beschleunigungskräften ausgesetzten Systemen, vorzugsweise in Raketen, mittels Flüssiggas, mit einem das Flüssiggas über ein Einfüllrohr aufnehmenden Innenbehälter, einem Außenbehälter und einem in dem evakuierten Zwischenraum zwischen dem Innenbehälter und dem Außenbehälter angeordneten Strahlungsschild, wobei am Innenbehälter ein oder mehrere Abgasrohre angebracht sind, die zum Strahlungsschild geführt und an diesem wärmeleitend befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbehälter (3) den Nutzraum (4) umschließt und durch mit öffnungen versehene wärmeleitfähige Trennwände (13) in mehrere Teilräume (15) aufgeteilt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- »η kennzeichnet, daß das eine Ende des Einfüllrohres (8) in einem anderen Teilraum (15) als die einen Enden (6) der Abgasrohre (5) und eines zusätzlichen, das Einfüllrohr (8) umschließenden Abgasrohres (9) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Abgasrohr (9) mindestens im Innenbehälter (3) von einem Futterrohr (10) wärmeisolierend umgeben ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasrohre (5) und das zusätzliche Abgasrohr (9) in eine gemeinsame, durch den Außenbehälter (1) geführte Abgasleitung (7) zusammengeführt sind, die mit einem Überströmventil (11) versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsschild (2) am Außenbehälter (1) mittels durch den Außenbehälter (1) nach außen geführter und von außen nachspannbarer Spanndrähte (14) befestigt ist.