NO119537B

NO119537B -

Info

Publication number: NO119537B
Application number: NO1386/68A
Authority: NO
Inventors: R Hart
Original assignee: Hymatic Eng Co Ltd
Priority date: 1967-04-14
Filing date: 1968-04-09
Publication date: 1970-06-01
Also published as: BE713685A; US3495419A; FR1559510A; DE1751155A1; CH481353A; JPS4844423B1; NL6805104A; LU55877A1

Description

Kryogenisk kjøleapparat.

Oppfinnelsen vedrører et kryogenisk kjøleapparat av den type som omfatter en varmeutveksler utført av et med ribber forsynt rør viklet i form av en kveil og gjennom hvilken kveil kjø-legass føres til en ekspansjonsdyse av Joule Thomson-typen, hvorfra gass med lavt trykk føres tilbake langsetter det med ribber forsynte rørs ytterflate,og hvor rørets innløpsende er i forbindelse med apparatets innløpsdel som tilføres gass under trykk.

Apparatet ifølge oppfinnelsen utmerker seg ved at kveilen har form av en avkortet kjegle med sin smaleste ende vendende mot ekspansjonsdysen, at kveilens kjeglevinkel er omtrent 90°, at kveilen er anbragt mellom indre og ytre kjegleformede flater samt at minst et filament er viklet i mellomrommet mellom ribbene og en av disse flater for å lede gassen til mer intim kontakt med rø-ret og ribbene.

Ved et kjøleapparat av den ovenfor nevnte type er det for oppnåelse av maksimal reduksjon av selve apparatets termiske kapa-sitet ønskelig at passasjen for kjølegassen med lavt trykk får et i strømmens retning kontinuerlig økende tverrsnitt. I denne henseende er den kjegleaktige form i samsvar med oppfinnelsen en vesentlig forbedring like overfor en kveil med form av en sylindrisk skrue. Det oppnås neppe noen vesentlig fordel i denne henseende ved økning av kjeglevinkelen, f.eks. ved å benytte en flat spiral, mens på den annen side bruken av en begrenset vinkel av størrel-sesordenen 90° i stor utstrekning forenkler (eller i det minste muliggjør) viklingen av en tråd eller et filament av f.eks. "Terylene" i det trekantaktige mellomrom med konkave sider mellom ribbene og de indre og ytre kjegleformede flater. En slik vikling er velkjent i forbindelse med skrueformede varmeutvekslere og tje-ner til å avlede gassen slik at denne passerer i intim kontakt med ribbene og røret.

Et annet karakteristisk trekk ved apparatet ifølge oppfinnelsen går ut på at apparatets innløpsdel har stor masse og en passasje for gassen med meget større tverrsnitt enn rørets, at rørets innløpsende er utført uten ribber og tett forbundet med innløpsde-len for å sikre godt varmeutvekslingsforhold mellom nevnte del og røret og at forbindelsen mellom rørets innløpsparti og apparatets innløpsdel omfatter en ytterligere masse som bidrar til varmespred-ning, f.eks. en klump av loddemateriale.

Ønskeligheten av dette trekk kommer fra det forhold at nesten hele trykktapet på tvers av ekspansjonsdysen opptrer ved varmeutvekslerens kalde ende når apparatet er i drift. Derfor re-presenterer ladningen av røret med høytrykksgass en kompresjon når først apparatet er satt igang, og hvis gassen beholdt hele kompresjonsvarmen, ville gassens temperatur øke til et meget høyt nivå, f.eks. i størrelsesordenen 1000°K. I det med ribber forsynte parti av røret som danner varmeutveksleren absorberes varmen raskt og den resulterende temperatur av gassen og røret kan være bare noen få grader høyere enn begynnelsestemperaturen, idet varmen fjernes raskt ved hjelp av gassen med lavt trykk.

På den annen side vil temperaturen av rørledningen mellom innløpskammeret og det med ribber forsynte parti som utgjør varmeutveksleren øke, og denne varme kan bare fjernes ved hjelp av høy-trykksgassen, hvorved apparatets effektivitet reduseres. Denne ulempe har man dog overvunnet ved hjelp av et foretrukket trekk av oppfinnelsen ved termisk forankring av rørpartiet mellom varmeutveksleren og innløpet i kjølerens hoveddel.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere nedenfor ved hjelp av et"eksempel og under henvisning til tegningen som viser et lengde-snitt gjennom et kryogenisk apparat ifølge oppfinnelsen.

Oppfinnelsen skal forklares i forbindelse med et kryogenisk kjøleapparat som er innrettet til å redusere temperaturen av en liten komponent eller vekt i løpet av noen få sekunder til en .størrelsesorden på 8 0°K og holde komponenten på denne temperatur i løpet av ett eller to minutter, og for å oppnå dette tilføres kjøleren en ladning kjølegass, såsom luft, oxygen, nitrogen eller argon under høyt trykk.

Kjøleren omfatter et ytre ringformet legeme eller en hoveddel 10 som er antatt anordnet med sin akse forløpende vertikalt og hvis nedre del 11 inneholder eller er i berøring med den komponent som skal nedkjøles og som har i seg en sentral boring 12 som utgjør et samlekammer for et forråd av væskeformet kjølemiddel. Over samlekammeret er boringen utvidet slik at den danner en forsenkning 15 med form av en avkortet kjegle med.kjeglevinkel på ca. 90°. Innenfor forsenkningen, men i avstand fra dennes vegger, finnes en propp 16 utformet som en avkortet kjegle hensiktsmessig i form av et hult kammer 17 av rustfritt stål og hvis topp består av en paraplyformet koblings.del 18 med en stamme 19 som er utført som en kobling 2 0 for tilkobling til et gassinnløp og som inneholder et gassfilter 21. Et rør 2 5 med tynne ribber er viklet som en kveil på proppens kjegleformede ytterflate. Kveilens indre ende 26 er uten ribber og strekker seg diametralt over proppen og er festet til denne og lukket ved sin ytterste ende, mens et lite hull er dannet i rørets vegg og utgjør en ekspansjonsdyse. Røret er viklet som en kjegleformet kveil på den tilsvarende formede proppoverflate sammen med en tråd eller et filament 3 0 av "Terylene" som er viklet i mellomrommene mellom ribbene og tilstøtende viklinger og de tilstøtende flater av proppen. En lignende vikling 31 av "Terylene"-filament er viklet i de tilsvarende ytre spor mellom tilstøtende vindinger av det med ribber forsynte rør. Proppen innsettes i den kjegleformede forsenkning i den ytre ho-

veddel. Det kveilede rørs ytre ende strekker seg radialt inn i koblingen ved hjelp av hvilken det er forbundet med en tilførsels-

ledning for gass.

Den lengde av røret som er uten ribber er innleiret i en

betydelig masse 35 av loddemetall som forbinder røret med appara-

tets hoveddel og tilveiebringer en termisk sammenkobling av de to deler. Et lokk 36 er ført inn på stammen 19 og hoveddelen 10 og det finnes tetningsringer 37 og 38 mellom lokket og hhv. stammen og hovedlegemet. Lokket er forsynt med en utløpsforbindelse 3 9

for lavtrykksgass.

Apparatet virker på vanlig måte. Når gassen under høyt

trykk slippes i innløpet, strømmer den langs en spiralformet bane gjennom kveilen mot kveilens indre ende hvor den slipper ut gjen-

nom ekspansjonsdysen og strømmer derfra utover langs en diverge-

rende bane gjennom mellomrommet mellom den kjegleformede forsenk-

ning og den kjegleformede propp i intim kontakt med ribbene og rø-

ret for avkjøling av den innstrømmende gass. I løpet av få sekun-

der begynner kjølegassen å gå over til væske, og et forråd med flytende kjølemiddel oppsamles i samlekammeret for å holde tempe-

raturen innenfor det forlangte område i en ytterligere tidsperiode etter at forrådet av gass er oppbrukt.

Massen 35 av loddemetall som er i forbindelse med koblings-

delen 18 virker som en varmespreder som allerede forklart og hin-

drer utilbørlig økning av temperaturen i det med ribber forsynte parti av røret 2 5 når gassen i røret komprimeres til å begynne med.

Claims

1. Kryogenisk kjøleapparat omfattende en varmeutveksler ut-

ført av et med ribber forsynt rør viklet i form av en kveil og gjennom hvilken kveil kjølegass føres til en ekspansjonsdyse av Joule Thomson-typen, hvorfra gass med lavt trykk føres tilbake • langsetter det med ribber forsynte rørs ytterflate, og hvor rø- rets innløpsende er i forbindelse med apparatets innløpsdel som tilføres gass under trykk, karakterisert ved at kveilen (25) har form av en avkortet kjegle med sin smaleste ende vendende mot ekspansjonsdysen, at kveilens kjeglevinkel er omtrent 90°, at kveilen er anbragt mellom indre og ytre kjegleformede flater samt at minst et filament (30) er viklet i mellomrommet mellom ribbene og en av disse flater for å lede gassen til mer intim kontakt med røret og ribbene.

2. Apparat ifølge krav 1,karakterisert ved at apparatets innløpsdel har stor masse og en passasje for gassen med meget større tverrsnitt enn rørets (25), at rørets innløpsen-de er utført uten ribber og tett forbundet med innløpsdelen (19) for å sikre godt varmeutvekslingsforhold mellom nevnte del og rø-ret og at forbindelsen mellom rørets innløpsparti og apparatets innløpsdel omfatter en ytterligere masse som bidrar til varmespred-ning, f.eks. en klump av loddemateriale (35)..