DE29904465U1

DE29904465U1 - Kühlfalle

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Publication number: DE29904465U1
Application number: DE29904465U
Authority: DE
Original assignee: Hochvakuum Dresden VEB; VTD Vakuumtechnik Dresden GmbH
Current assignee: Hochvakuum Dresden VEB; VTD Vakuumtechnik Dresden GmbH
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 1999-06-17
Anticipated expiration: 2009-03-12

Description

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Kühlfalle

Die Erfindung betrifft eine Kühlfalle zum alternativen Einsatz von Wasser oder einem flüssigen Gas als Kühlmittel.

Nach dem Stand der Technik sind zahlreiche Kühlfallen bekannt, die je nach dem besonderen Einsatzzweck mit Wasser oder einem flüssigen Gas, vorzugsweise Stickstoff, Kältemittel gekühlt werden.

Welches Kühlmittel zum Einsatz kommt, wird in erster Linie durch die erforderliche Temperatur der Kühlflächen bestimmt und diese ergibt sich wiederum aus den jeweiligen technologischen Forderungen bzw. Gegebenheiten. Die Kühlfallen arbeiten in technologisch abgeschlossenen Räumen und dienen dazu unerwünschte kondensierbare Stoffe aus technologisch, gegebenen Gasen und/oder Dämpfen an den Kühlflächen zu binden.

Nach dem Stand der Technik sind dabei grundsätzlich entweder Wasser-Kühlfallen oder Kühlfallen zum Betrieb mit flüssigem Stickstoff bekannt. Die entsprechenden Kühlfallen, die mit maschinengekühlten Kältemittel gekühlt werden, entsprechend vom Prinzip denen für Wasser.

Der wesentliche Unterschied von Kühlfallen für Wasser gegenüber denen für flüssigen Stickstoff besteht darin, daß das Wasser durch die Kühlfalle fließen muß und das dabei erwärmte Wasser aus der Kühlfalle abgeleitet wird, während der flüssige Stickstoff in die Kühlfalle eingefüllt wird und dort in geeigneten Vorratsbehältern verbleibt und nur der nach Wärmeaufnahme verdampfte gasförmige Stickstoff wird aus der Kühlfalle abgeleitet.

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Insbesondere für Forschungs- und Laborarbeiten mit sich häufig ändernden Anforderungen an die Kühlleistung einer Kühlfalle ist somit ein erheblicher technischer Aufwand erforderlich.

Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Kühlfalle anzugeben, die zum alternativen Einsatz von Wasser oder einem flüssigen Gas als Kühlmittel geeignet ist.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch die im Anspruchs 1 genannten Merkmale.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung, einschließlich der Zeichnung, näher dargestellt.

Der Kern der erfindungsgemäßen Kühlfalle besteht darin, daß die Kühlrohre für das Wasser und die Vorratsbehälter für das flüssige Gas miteinander kombiniert sind und in Verbindung stehen. Die Zuführleitung für das Wasser wie für das flüssige Gas ist dabei in das untere Verbindungsrohr eingeführt und weist derartige Auslaßöffnungen auf, daß das mit Druck und höherer Geschwindigkeit fließende Wasser bevorzugt in die vertikalen Kühlrohre eingestrahlt wird und in der Folge über das obere Verbindungsrohr wieder verläßt. Das flüssige Gas wird dagegen in bekannter Weise langsam in die Kühlfalle eingebracht (Einkühlen) und verteilt sich gleichmäßig in der gesamten Kühlfalle und verbleibt bis zur Verdampfung sowohl in den Kühlrohren als auch in den Vorratsgefäßen. Erst das verdampfte flüssige Gas entweicht über das obere Verbindungsrohr.

Die Vorratsgefäße dienen dabei dazu, die Häufigkeit der Phasen des energieaufwendigen Einkühlens der Kühlfalle nach Möglichkeit zu verringern, indem eine größere Menge

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flüssigen Stickstoffs aus einem Vorrat heraus genutzt werden kann.

Die Gestaltung und Anordnung des Vorratsgefäßes kann dabei im breiten Umfang variiert werden. Neben der Lösung gemäß dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel kann das Vorratsgefäß beispielsweise auch an anderer Stelle angeordnet werden. Es ist auch möglich das untere Verbindungsrohr selbst als Vorratsgefäß auszubilden, wobei dann die Zuführleitung, d.h. die in der Achse der Kühlrohre liegenden Öffnungen in der Zuführungsleitung, nahe an den Kühlrohren liegen sollte, damit eine ausreichende Strömung des Wassers in den Kühlrohren aufrechterhalten werden kann. Wichtig ist dabei, daß das Vorratsgefäß außerhalb des Gas- und/oder Dampfstromes liegt, aus welchem kondensierbare Stoffe ausgeschieden werden sollen. Anderenfalls kann es passieren, daß der flüssige Stickstoff bereits im Vorratsgefäß verdampft wird und gefahrvolle impulsive Ausstöße auftreten können. Wenn es ausreichend ist, die Kühlflächen über das verdampfte jedoch auch noch kalte Gas und durch normale Wärmeleitung zu kühlen, dann kann der Vorratsbehälte auch unterhalb des unteren Verbindungsrohres angeordnet werden oder dieses auch umschließen.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt in Figur l eine erfindungsgemäße Kühlfalle in Seitenansicht, Figur 2 zeigt den Schnitt A-A aus Figur l und Figur 3 zeigt die Einzelheit Z in Figur 1.

Der Schnitt in Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kühlfalle in der vertikalen Einbaulage, d.h. die Kühlrohre 1 mit den Kühlblechen 2 sowie zwei Vorratsgefäße 3, die beidseitig der in einer Reihe angeordneten Kühlrohre 1 vorgesehen sind, stehen senkrecht in einem Gehäuse 4.

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Wie aus Figur 2 ersichtlich is, weist das Gehäuse 4 in einer horizontalen Achse beidseitig der Kühlrohre 1 zwei Anschlußflansche 5 mit den Durchlaßöffnungen 6 auf. Über die Anschlußflansche 5 kann die Kühlfalle z. B. zwischen einer Vakuumpumpeinrichtung und einer Vakuumverfahrenseinrichtung eingebaut werden, damit kondensierbare Stoffe aus einem Gas- und/oder Dampfstrom an den Kühlblechen 2 sowie den anderen kalten Bauteilen abgeschieden werden.

Die Kühlrohre 1 sind oben über ein oberes Verbindungsrohr 7 miteinander verbunden und unten über ein unteres Verbindungsrohr 8. Die jeweiligen Enden der Verbindungsrohre 7 und 8 sind ihrerseits mit den Innenräumen der Vorratsgefäße 3 verbunden. Das gesamte System, bestehend aus den Kühlrohren 1 mit den Kühlblechen 2 und den Vorratsgefäßen 3, ist innerhalb des Gehäuses 4 wärmeisolierend über Punktlagerungen 9 gehaltert und gegenüber dem Gehäuse 4 allseitig, ausgenommen der Bereiche der Durchlaßöffnungen 6, mit einem Strahlungsschutzblech 19 abgeschirmt.

Das jeweils eingesetzte Kühlmittel wird über eine Zuführleitung 10 zugeführt und über eine Ableitung 11 als erwärmtes Kühlmittel bzw. in verdampfter Form als Gas abgeführt. Dabei wird im Beispiel die Zuführleitung 10 von oben innerhalb einer der Vorratsgefäße 3 nach unten geführt und über die Verbindungsöffnung 12 in das untere Verbindungsrohr 8.

In Figur 3 ist die Einrichtung in der Einzelheit Z aus Figur 1 vergrößert dargestellt. Innerhalb des unteren Verbindungsrohres 8 wird die Zuführleitung 10 über Abstandshalter 13 in zentrischer Lage gehalten. Dabei sind die Abstandshalter 13 derart ausgebildet, daß sie den Zwischenraum nicht verschließen.

In den Achsen 14 eines jeden Kühlrohres 1 befinden sich koaxial zu Öffnungen 15 im unteren Verbindungsrohr 8 in

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der Zuführleitung 10 kleine radiale Öffnungen 16. Das Ende der Zuführleitung 10 ist gegenüber einer Öffnung 17 im Vorratsgefäß 3 mit einem Verschlußdeckel 18 verschlossen.

Die Ableitung 11 ist, wie aus Figur 1 und 2 ersichtlich, lediglich im oberen Abschnitt eines Vorratsbehälters 3 angeflanscht.

Nachfolgend wird die vorbeschriebene Kühlfalle in Funktion näher beschrieben. Dabei wird im ersten Fall die Kühlung mit Wasser als Kühlmittel erläutert und im zweiten Fall 1.0 der Einsatz von flüssigem Stickstoff als Kühlmittel.

Wenn als Kühlmittel Wasser eingesetzt wird, dann wird das Wasser über die Zuführleitung 10 in die Kühlfalle eingeleitet . Innerhalb der Zuführleitung 10 gelangt das Wasser bis zu den einzelnen Öffnungen 16 im Endbereich der Zuführleitung 10, welcher sich innerhalb des unteren Verbindungsrohres 8 befindet. Das stets unter einem bestimmten Druck einströmende Wasser wird aus den Öffnungen 16 durch die Öffnungen 15 im unteren Verbindungsrohr 8 unmittelbar vertikal nach oben gerichtet in die Kühlrohre 1 eingestrahlt. Dort strömt es unter entsprechender Wärmeaufnahme nach oben in das obere Verbindungsrohr 7 und verläßt die Kühlfalle über die Ableitung 11. Über die Öffnung 17 gelangt das Wasser auch in die Vorratsbehälter 3. Dabei erfolgt diese Einleitung über Spalte mit Drosselwirkung derart, daß das Wasser wesentlich langsamer durch die Vorratsbehäter 3 fließt als durch die Kühlrohre 1. Da sich die Vorratsbehäter 3 auch außerhalb der Durchlaßöffnung 6 in den Anschlußflanschen 5 befinden, ist die Kühlwirkung deren äußeren Flächen relativ unwesentlich.

Beim Einsatz von flüssigem Stickstoff oder anderen flüssigen Gasen als Kühlmittel, wird der flüssige Stickstoff in entsprechender Weise über die Zuführleitung 10 bis zu den einzelnen Öffnungen 16 im Endbereich der Zuführleitung 10

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eingeleitet. Da der flüssige Stickstoff praktisch ohne Druck in eine Kühlfalle eingeleitet wird, füllt sich das gesamte System, bestehend aus der Zuführleitung 10, dem unteren Verbindungsrohr 8, den Kühlrohren 1 mit den Kühlblechen 2 und den Vorratsgefäßen 3 im Zuge des sogenannten Einkühlens der Kühlfalle langsam und gleichmäßig mit flüssigem Stickstoff und verbleibt auch dort bis es vollständig verdampft ist und über die Ableitung 11 in gasförmiger Form abgeleitet wird.

Entgegen der Nutzung der Kühlfalle mit Wasser als Kühlmittel, sind die Spalte und Verengungen z.B. an der Öffnung 17 bei der Nutzung der Kühlfalle mit flüssigem Stickstoff praktisch wirkungslos.

Die erfindungsgemäße Kühlfalle kann in vorteilhafter Weise, wie im Ausführungsbeispiel beschrieben, ohne jede Umrüstung oder zusätzliche Einrichtungen sowohl für den Betrieb mit Wasser, einschließlich einem maschinengekühlten Kühlmittel, als auch für den Betrieb mit flüssigem Stickstoff eingesetzt werden. Dieser Vorteil ist insbesondere beim Einsatz der Kühlfalle im Forschungs- und Versuchsbetrieb gut nutzbar.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es ohne weiteres möglich, die Zuführung und Abführung des Kühlmittels außerhalb des unteren Verbindungsrohres 8 zu verändern oder die Vorratsgefäße 3 anders zu gestalten.

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Liste der verwendeten Bezugszeichen

1	Kühlrohr	2	Kühlblech
3	Vorratsgefäß	4	Gehäuse
5	Anschlußflansch	6	Durchlaßöffnung
7	oberes Verbindungsrohr	8	unteres Verbindungsrohr
9	Punktlagerung	10	Zuführlei tung
11	Ableitung	12	Ve rb indungs öf fnung
13	Abstandshalter	14	Achse
15	Öffnung	16	Öffnung
17	Öffnung	18	Verschlußdeckel
19	Strahlungsschutzblech	20
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Claims

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1. Kühlfalle für den Einsatz von Wasser oder einem maschinengekühlten Kältemittel oder einem flüssigen Gas als Kühlmittel mit im wesentlichen vertikalen Kühlflächen (2), die von einem im wesentlichen horizontal gerichteten Gas- und/oder Dampf-Strom umspült werden können, mit mehreren im wesentlichen in einer Reihe angeordneten Kühlrohren (1), an denen die Kühlflächen (2) angeordnet sind und die unten und oben über je ein Verbindungsrohr (7, 8) miteinander verbunden sind, sowie mindestens einem Vorratsgefäß (3) für flüssiges Gas, wobei die Zuführleitung (10) für das Kühlmittel in das untere Verbindungsrohr (8) hineinragt und in der Achse (14) eines jeden Kühlrohres (1) je eine radiale Öffnung

(16) aufweist, durch die ein unter Druck stehendes Kühlmittel strahlartig in das Kühlrohr (1) einströmen kann, und vom unteren Verbindungsrohr (8) zum Vorratsgefäß (3) mindestens eine Kühlmittel-Verbindung vorhanden ist.

2. Kühlfalle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorratsgefäß (3) oder vorzugsweise beidseitig je ein Vorratsgefäß (3) mit den Kühlrohren (1) in Reihe angeordnet sind.

3. Kühlfalle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorratsgefäß unterhalb des unteren Verbindungsrohres angeordnet ist oder dieses umschließt oder das untere Verbindungsrohr selbst als Vorratsgefäß ausgebildet ist.

4. Kühlfalle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch

gekennzeichnet, daß mindestens am Vorratsgefäß (3) außerhalb des Gas- und/oder Dampf-Stromes gegenüber dem Gehäuse (4) Strahlungsschutzbleche (19) vorgesehen sind

Kühlfalle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfalle als Baueinheit in einem Gehäuse (4) angeordnet ist, welches beidseitig der Kühlflächen je einen Anschlußflansch (5) zur Verbindung mit anderen technologischen Einrichtungen aufweist .