DE3023256A1

DE3023256A1 - Verwendung eines metallbleches fuer kryo-pumpen

Info

Publication number: DE3023256A1
Application number: DE19803023256
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. 3004 Isernhagen Rohner
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1980-06-21
Filing date: 1980-06-21
Publication date: 1982-01-07

Description

Verwendung eines Metallbleches für Kryo-Pumpen
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Metallbleches, vorzugsweise aus Kupfer, in welchem geradlinig verlaufende Kanäle integriert sind.
Es sind Wärmetauscherbleche bekannt (DE-OS 28 47 897), die mindestens einen ein zu erwärmendes oder zu kühlendes Medium führenden Kanal aufweisen. Derartige Wärmetauscherbleche werden hergestellt, indem man einen Metallblock mit einer bestimmten Anzahl von Bohrungen versieht, in jede Bohrung ein Schweißstoppmittel einbringt, den Metallblock in Richtung des Verlaufs der Bohrungen bis auf das Endmaß durch Walzen streckt und anschließend jede flachgewalzte Bohrung aufbläht. Durch das Schweißstoppmittel wird ein Verschweißen der Innenwandung der Bohrung vermieden, so daß diese am Ende der Fertigung zu den Kanälen aufgebläht werden können. Derartige Wärmetauscherbleche bestehen also aus einem homogenen Material, was aus korrosionstechnischer Sicht vorteilhaft ist und besondere Vorteile hinsichtlich des Wärmeübergangs mit sich bringt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Verwendungsmöglichkeit derartiger Wärmetauscherbleche weiter zu entwickeln. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß die Verwendung eines Metallblechs für eine ab- oder adsorbierende Oberfläche im Hochvakuum, die bei Kühlung vorzugsweise mit flüssigem Helium als Kryo-Pumpe arbeitet, vorgeschlagen.
Die Wirkung der Kryo-Pumpen beruht darauf, daß die in einem Behälter befindlichen Gasmoleküle auf einer tiefgekühlten Oberfläche kondensieren. Die tiefgekühlte Oberfläche wird dadurch erzeugt, daß in den Kanälen das Kühlmittel, vorzugsweise flüssiges Helium, strömt. Mit besonderem Vorteil ist die Oberfläche des Metallbleches zumindest an einer Seite mit einer die Ab- und Adsorption begünstigenden Beschichtung, zum Beispiel auf der Basis von Sulfiden, Oxiden u.ä. versehen. Eine derartige Beschichtung kann dann auch elektromagnetische Strahlung besonders gut absorbieren. Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung weisen die Kanäle einen halbkreis- oder halblinsenförmigen Querschnitt auf, dergestalt, daß die eine Oberfläche des Metallbleches glatt ist und die andere Oberfläche Aufwölbungen zeigt. Derartige Metallbleche haben den Vorteil, daß ihre glatte Oberfläche zur gezielten Reflektion von Teilchen verwendet werden kann. Dies gilt im Besonderen, wenn das Metallblech in der Ebene senkrecht zur Richtung der Kanäle parabelförmig gebogen ist.
Da bei Kryo-Pumpen üblicherweise die ab- oder adsorbierende Oberfläche in einem Vakuum angeordnet ist und Lötverbindungen im Vakuum und bei tiefen Temperaturen von Nachteil sind, hat es sich in Weiterbildung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, an zumindest einem Ende des Metallbleches die Blechbereiche beiderseits der Kanäle auszuschneiden.
Es entsteht somit eine Verlängerung der Kanäle in Form eines Rohres, dessen Ende beispielsweise an die Heliumversogung angeschlossen werden kann.
Die Erfindung ist anhand der in den Figuren 1 bis 3 schema- tisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In der Figur 1 ist ein Kupferblech 1 dargestellt, in welches kreisförmige Kanäle 2 eingearbeitet sind. Bei einer Wanddicke des Kupferbleches 1 von zum Beispiel 1 mm ergibt sich eine Wanddicke für den Kanal 2 von 0,5 mm, jedoch sind auch unterschiedliche Wanddickenbereiche des Kanals 2 möglich.
Die Figur 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Kupferbleches 1 mit Kanälen 2. Die Kanäle 2 haben hier einen halblinsenförmigen Querschnitt, so daß die eine Oberfläche des Kupferbleches 1 plan ist, während die andere Oberfläche, die von den Kanälen 2 herrührenden Auswölbungen 3 aufweist. Das Kupferblech 1 nach der Figur 2 ist gewölbt ausgebildet, zum Beispiel in Form einer Parabel, so daß auf die gewölbte glatte Oberfläche des Kupferbleches 1 auftreffende Teilchen, die aus einer Richtung kommen, auf einen Brennpunkt reflektiert werden können. Die glatte Oberfläche des Kupferbleches 1 kann noch mit einer absorbierenden Beschichtung 4 versehen sein, welche elektromagnetische Strahlung besonders gut absorbieren kann.
Für die Verwendung der in der Figur 1 und Figur 2 dargestellten Kupferbleche 1 als Kryo-Pumpe wird das Kupferblech 1 als Kondensator in einen evakuierten oder evakuierbaren Raum gebracht und durch die Kanäle 2 flüssiges Helium hindurchgeschickt. Infolge des hervorragenden Wärmeübergangs vom Innenraum der Kanäle 2 zur Wandung des Kupferbleches 1 nimmt das Kupferblech 1 schnell die Temperatur des flüssigen Heliums an, so daß in dem Raum befindliche Gasmoleküle auf der tiefgekühlten Oberfläche des Kupferbleches 1 kondensieren.
Um Lötstellen im Bereich des Vakuums zu vermeiden, die erfahrensgemäß bei den niedrigen Temperaturen und im Hochvakuum zu Undichtigkeiten und anderen Nachteilen führen, ist es vorteilhaft, wie in der Figur 3 dargestellt, die Kanäle 2 über das Ende des Kupferbleches 1 hinausragen zu lassen. Dabei geht man zweckmäßigerweise so vor, daß man die Blechbereiche beiderseits der Kanäle 2 entfernt und die Kanäle 2 als Rohre 5 weiterführt. Die Länge der Rohre 5 sollte ausreichend sein, die durch das Kupferblech 1 gebildete Itondensationsfläche mit einer Heliumversorgung ohne Zwischenschaltung weiterer Verbindungsstücke zu verbinden.
Würden Kühlrohre und Bleche durch Löten oder Schweißen miteinander verbunden, könnten daraus bei der Abkühlung Probleme an den Verbindungsstellen Rohr zur Blechfläche resultieren. Dort entstehen zum Teil thermomechanische Spannungen, die zur Ablösung der Rohre vom Blech führen.
Auch der thermische Übergangswiderstand kann unerwünscht hoch werden. Dadurch, daß gemäß der Erfindung Rohr und Blech aus einem homogenen Material gebildet sind, ergibt sich ein hervorragender thermischer Übergang und Verbindungsarbeiten, wie Schweißen oder Löten, sind vermieden. Auch ein Verwerfen der Bleche aufgrund unterschiedlicher Temperaturen zwischen dem Rohr und dem Blech, wie es bei den bekannten Konstruktionen häufig vorkommt, ist völlig ausgeschlossen.

Claims

Patentansprüche Verwendung eines Metallbleches, vorzugsweise aus Kupfer, in welchem geradlinig verlaufende Kanäle integriert sind als ab- oder adsorbierende Oberfläche im Hochvakuum, die bei Kühlung vorzugsweise mit flüssigem Helium als Kryo-Pumpe arbeitet.
2. Metallblech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Metallbleches (1) mit einer die Ab- oder Adsorption begünstigenden Beschichtung (4), zum Beispiel auf der Basis von Sulfiden, Oxiden u.ä.

versehen ist.
3. Metallblech nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (2) einen halbkreis- oder halblinsenförmigen Querschnitt aufweisen, dergestalt, daß die eine Oberfläche des Metallbleches (1) glatt ist und die andere Oberfläche Aufwölbungen (3) zeigt.
4. Metallblech nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech (1) in der Ebene senkrecht zur Richtung der Kanäle (2) parabelförmig gebogen ist.

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5. Metallblech nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet. daß an zumindest einem Ende des Metallbleches (1) die Blechbereiche beiderseits der Kanäle (2) ausgeschnitten sind.