DE2856356C2

DE2856356C2 -

Info

Publication number: DE2856356C2
Application number: DE19782856356
Authority: DE
Inventors: Yasuo Kuraoka; Tetsushi Watanabe; Tsutomu Sapporo Hokkaido Jp Nogi
Original assignee: HOXAN SAPPORO HOKKAIDO JP KK
Current assignee: HOXAN SAPPORO HOKKAIDO JP KK
Priority date: 1977-12-28
Filing date: 1978-12-27
Publication date: 1989-04-06
Also published as: FR2413707A1; GB2012403A; FR2413707B1; JPS5491850A; DE2856356A1; GB2012403B; JPS5526387B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kyrostat mit einem offenen inneren Flüssiggas-Behälter für die Aufnahme der zu kühlenden Objekte, einem, diesen umschließenden, eben falls offenen äußeren Flüssiggas-Behälter und einer im inneren Flüssiggas-Behälter angeordneten Flüssiggas-Um wälzeinrichtung.

Kyrostaten dieser Gattung sind in verschiedenartigsten Aus führungsformen bekanntgeworden. Der wesentlichste Nachteil dieser Kyrostaten besteht darin, daß infolge des Einflusses der Umgebungstemperatur mehr oder weniger große Mengen des Flüssiggas-Inhaltes der Flüssiggas-Behälter durch die dadurch bedingte Oberflächensiedung als Gas an die umgebende Atmo sphäre abgegeben werden und dadurch verlorengehen. Die Ver luste müssen ständig durch Zusatz neuen Flüssiggases ersetzt werden und verursachen entsprechende Kosten.

Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen (DE-OS 23 49 585), zur Verringerung solcher Verluste den offenen inneren Flüs siggas-Behälter mit einem geschlossenen äußeren Flüssiggas- Behälter zu umgeben und diesen äußeren Flüssiggas-Behälter an eine Evakuierungseinrichtung anzuschließen und die durch die Vakuumerzeugung bewirkte Verdampfung zur Herabsetzung der Temperatur des in dem äußeren Flüssiggas-Behälter be findlichen Flüssiggase zu benutzen. Dieser Kyrostat bringt einmal den Nachteil mit sich, den Verschlußdeckel für den äußeren Flüssiggas-Behälter sowohl gegen diesen Behälter als auch gegen den, nach wie vor offenen inneren Flüssig gasbehälter abzudichten, insbesondere deshalb, weil sowohl die Verschlußelemente als auch die Dichtelemente sehr unter schiedlichen Temperaturen ausgesetzt sind und bringt den weiteren Nachteil mit sich, daß es schwierig ist, die Tem peratur bzw. den Temperaturabfall des Flüssiggases in dem äußeren Flüssiggas-Behälter regelnd zu bestimmen. Darüber hinaus sind die entstehenden Verluste an während des be schleunigten Siedens des Flüssiggases infolge des verrin gerten Luftdrucks von der Vakuumeinrichtung abgepumpten Gases groß, denn auch dieses Gas geht praktisch verloren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Kyrostaten so zu verbessern, daß der Vorteil der Verwendung offener Flüssiggas-Behälter erhalten und die anfangs genann ten Nachteile vermieden, insbesondere die Gasverluste erheblich verringert werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der innere Flüssig gas-Behälter einen geschlossenen, mit einer Vakuumregelein richtung und einer regelbaren Gaszuführeinrichtung verbunde nen Hohlmantel aufweist, wobei, wie die Erfindung weiter vor sieht, in dem inneren Flüssiggas-Behälter ein Temperatur fühler und ein Heizelement angeordnet sind. Dieser Kyro stat wird erfindungsgemäß so betrieben, daß dem Inneren des Hohlmantels ein Wärmeübertragungsmedium zugeführt wird, des sen Menge zur Änderung der Wärmeübertragungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der durch den Temperaturfühler gemesse nen Temperatur des im Flüssiggas-Behälter enthaltenen Flüs siggases über die Gaszuführeinrichtung die Vakuumregelein richtung und das Heizelement veränder- und einstellbar ist.

Das Einsetzen eines zu kühlenden Gegenstandes in den inne ren Flüssiggas-Behälter bereitet, da der Behälter offen ist, keine Schwierigkeiten. Das im inneren Flüssiggas-Behälter befindliche Flüssiggas wird von dem im äußeren Flüssiggas- Behälter befindlichen Flüssiggas kontinuierlich gekühlt, wobei dieses eine niedrigere Temperatur aufweist als die des im inneren Flüssiggas-Behälter befindlichen Flüssig gases, und diese Temperatur liegt unterhalb des Siedepunk tes dieses Gases. Es kann deshalb trotz des offenen inne ren Flüssiggas-Behälters ein Verdampfen dieses Flüssiggases und dessen Eintritt in die umgebende Atmosphäre unterdrückt und damit der Verbrauch an diesem Flüssiggas verringert werden. Die Regelung der Temperatur des Flüssiggases im inneren Flüssiggas-Behälter kann dabei mit Hilfe der Ände rung der Menge des dem Hohlmantel zugeführten Wärmeübertra gungsmediums und damit der Änderung der Wärmeübertragungs geschwindigkeit zwischen den im inneren und im äußeren Flüs siggas-Behälter befindlichen Flüssiggases bewirkt werden.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 den Kyrostat im Schnitt in schematischer Darstel lung und

Fig. 2 ein Kennliniendiagramm des Verhältnisses der Tempe raturen der Flüssiggase im Kyrostat.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen, weist der äußere Flüssiggas-Behäl ter 1 einen doppelwandigen Hohlmantel 2 auf; innerhalb die ses Mantels 2 wird ein Vakuumzwischenraum 3 gebildet. Der innere Flüssiggas-Behälter 4 ist ebenfalls mit einem Hohl mantel 5 versehen, in dem ein Vakuum-Zwischenraum 6 gebildet wird.

Der äußere Flüssiggas-Behälter 1 ist mit einem Flüssiggas 7 gefüllt, bspw. flüssigem Stickstoff, dessen Temperatur nie driger ist als die des im inneren Flüssiggas-Behälter 4 befind lichen Flüssiggases 8.

Dieses innere Flüssiggas kann bspw. Freon R₁₃ oder Freon R₁₄ sein.

In den Vakuum-Zwischenraum 6 des inneren Flüssiggas-Behäl ters wird ein Wärmeaustausch-Medium, bspw. Helium oder Wasserstoff eingegeben, dessen Menge durch Regelung verän derbar ist. Die Regelung wird mit Hilfe des an den Vakuum- Zwischenraum 6 des Hohlmantels 5 des inneren Flüssiggas- Behälters 4 angeschlossenen Zufuhrreglers 10 und der eben falls an diesen angeschlossenen regelbaren Absaugpumpe 11 durch Zuführen bzw. Abführen des Wärmeaustauschmediums 9 bewirkt.

Im inneren Flüssiggas-Behälter 4 ein von einem Elektromotor 12 angetriebenes Rührwerk 11, eine elektrische Heizvorrich tung 14 und ein Thermoelement 15 angeordnet.

Beim Betrieb der Einrichtung wird der Vakuum-Zwischenraum 6 des inneren Flüssigkeits-Behälters 4 über die Absaugpumpe 11 evakuiert und anschließend das Wärmeaustauschmedium 9 über den Vakuum-Zuführregler 10 in diesen Vakuum-Zwischen raum 6 eingebracht und macht damit den Hohlmantel 5 thermisch so leitend, daß zwischen den Flüssiggasen 7 im äußeren Flüs sigkeitsbehälter 1 und den Flüssiggasen 8 im inneren Flüssig gasbehälter 4 ein Wärmeaustausch stattfindet, bei dem das kühlere äußere Flüssiggas 7 das innere Flüssiggas 8 bis zur kyrostatischen Temperatur hinunter abkühlt.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, beträgt im dargestellten Fall die Temperatur des Flüssiggases 8 im inneren Flüssiggas-Behälter -170°C. Da der Wärmedurchgang vom Flüssiggas 8 zum im äuße ren Flüssiggas-Behälter befindlichen Flüssiggas 7 proportional der Menge des in dem Hohlmantel 5 befindlichen Wärmeaustauschmediums 9 ist, wird dessen Menge mit Hilfe des Vakuumzufuhrreglers 10 erhöht, um die Abkühlgeschwindigkeit des im inneren Flüssig gas-Behälter befindlichen Flüssiggases 8 solange zu er höhen, bis dies fast die gewünschte kyrostatische Temperatur, hier -170°C aufweist, d. h., bis zum Erreichen des Zeit punktes T ₁. Während der Zeitspanne zwischen den Zeitpunk ten T ₁ und T ₂, innerhalb derer die Temperatur des Flüssig gases 8 sehr nahe an die gewünschte kyrostatische Tempe ratur herankommt, wird die Abzugpumpe 11 regelnd eingesetzt, um eine entsprechende Menge des Wärmeaustauschmediums 9 aus dem Hohlmantel 5 abzuziehen. Damit läßt sich die Geschwin digkeit der Temperaturherabsetzung so regeln, daß die Tem peratur des Flüssiggases 8 genau auf die gewünschte Tempe ratur, hier -170°C, gebracht wird.

Die durch Änderung der im Hohlmantel 5 befindlichen Menge des Wärmeaustauschmediums 9 bewirkte entsprechende Änderung der Wärmedurchlässigkeit dieses Hohlmantels 5 hat deshalb einen entsprechend größeren oder kleineren Wärmeaustausch zwischen den im inneren Flüssiggas-Behälter 4 und äußeren Flüssiggas-Behälter 1 befindlichen Flüssiggasen 8 und 7 zur Folge und läßt damit eine Regelung der Temperaturen in beiden Richtungen zu.

Wenn das im inneren Flüssiggas-Behälter 4 befindliche Flüssig gas 8 auf die gewünschte Temperatur gebracht wurde, wird die Menge des im Hohlmantel 5 befindlichen Wärmeaustausch mediums 9 je nach Erfordernis vergrößert oder verkleinert, um diese Temperatur zu halten. Während der Regelung kann zur Einhaltung dieser gewünschten Temperatur des Flüssiggases 8 im inneren Flüssiggas-Behälter 4 auch die Heizvorrichtung 14 wirksam gemacht werden. Dabei wird die Temperatur von dem Thermoelement 15 ermittelt, und die Heizvorrichtung 14 ein- bzw. ausgeschaltet. Die gleichmäßige Verteilung der Tempe ratur innerhalb des Flüssiggases 8 wird durch das Rührwerk 13 bewirkt, das durchlaufend oder in regelmäßigen Abständen ein- und ausschaltbar ist.

Da der Oberflächenspiegel des im inneren Flüssiggas-Behäl ter 4 befindlichen Flüssiggases 8 zur Umgebungstemperatur offen ist und damit zum Verdampfen neigt, wirkt sich die Arbeit des Rührwerkes 13 dahin aus, daß durch die ständige Verteilung des Flüssiggases 8 im inneren Flüssiggas-Behäl ter 4 die Flüssiggastemperatur über einen mehr oder weniger langen Zeitraum unterhalb der Siedetemperatur gehalten wer den kann. Zur Ergänzung der Wirkung der Mengenregelung im Hohlmantel 5 kann in diesem ggfs. noch eine Heizvorrichtung angeordnet werden, und es besteht auch die Möglichkeit, den Betrieb der Vakuum-Zuführregelung 10 und der Absaug pumpe 11 in Abhängigkeit von den Meßergebnissen des Thermo elementes 15 zu beeinflussen.

Claims

1. Kyrostat mit einem offenen inneren Flüssiggasbehälter für die Aufnahme der zu kühlenden Objekte, einem, diesen umschließenden, ebenfalls offenen äußeren Flüssiggasbe hälter und einer im inneren Flüssiggasbehälter angeord neten Flüssiggas-Umwälzeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Flüssiggasbehälter (4) einen geschlosse nen, mit einer Vakuumregeleinrichtung (11) und einer regelbaren Gaszuführeinrichtung (10) verbundenen Hohl mantel (5) aufweist.

2. Kyrostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem inneren Flüssiggasbehälter (4) ein Tempera turfühler (15) angeordnet ist.

3. Kyrostat nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem inneren Flüssiggasbehälter (4) ein Heizelement (14) angeordnet ist.

4. Verfahren zum Betreiben von Kyrostaten nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Inneren (6) des Hohlmantels (5) ein Wärmeüber tragungsmedium (9) zugeführt wird, dessen Menge zur Än derung der Wärmeübertragungsgeschwindigkeit in Abhängig keit von der durch den Temperaturfühler (15) gemessenen Temperatur des im Flüssiggasbehälter (4) enthaltenen Flüssiggases über die Gaszuführeinrichtung (10), die Vakuumregeleinrichtung (11) und das Heizelement (14) veränder- und einstellbar ist.