DE1501106A1 - Gasexpansionskuehlvorrichtung - Google Patents

Gasexpansionskuehlvorrichtung

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DE1501106A1 DE19661501106 DE1501106A DE1501106A1 DE 1501106 A1 DE1501106 A1 DE 1501106A1 DE 19661501106 DE19661501106 DE 19661501106 DE 1501106 A DE1501106 A DE 1501106A DE 1501106 A1 DE1501106 A1 DE 1501106A1
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

Abschrift
Gas expansi onslciihlvorr i ch tung
Die Erfindung betrifft eine klein bemessene Gasexpansionskühlvorrichtung.
Es sind bereits einfache Expansionskühler des Joule-Thompson Typs bekannt, die einen Wärme-Austauscher Λ enthalten, der durch ein dünnes Rohr gebildet wird, " das mit schraubenlinienförmig um einen Dorn gewickelten Rippen versehen ist. Der Wärme-Austauscher endet in einer kleinen zur Expansion dienenden Öffnung und das Ganze ist mit fester Reibung im Innern eines Rohres angebracht, das durch Vakuum thermisch isoliert ist. Im Innern des Rohres steigt das durch die Expansion gekühlte Gas in Gegenströmung längs des dünnen Rohres, das das noch nicht expandierte Gas abkühlt; dieser Vorgang ist kumulativ und ermöglicht, das Gas nach gewisser Zeit flüssig zu machen.
Es sind auch Groß-Anlagen zum Flüssigmachen oder zum |
Kühlen bekannt für wissenschaftliche Zwecke oder für großindustrielle Zwecke, wobei die Kühlung in zwei Stufen erfolgt, wobei die erste Stufe als Vorkühlung für die zweite dient.
Diese Anlagen sind teuer und groß bemessen und die Anwendung kommt nur in Spezialfallen in Frage.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der zuerst erwähnten Art, also einen Gasexpansionskühler mit einem Gegenströmungsaustauscher in einem Rohr hoher thermischer Isolierung, wobei die Kühlwirkimg in zwei Stufen
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erfolgt. Die Erfindung bezweckt, eine einfache, effektive, verhältnismäßig billige Vorrichtung geringer Abmessungen zu schaffen.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem einzigen thermisch hochisolierten Rohr zwei Elemente enthält, die je einen Wärme-Austauscher besitzen, dem eine Expansionsvorrichtung folgt, welche Elemente in parallel durch das zu kühlende Gas gespeist werden und nebeneinander in thermischer Berührung in diesem Rohr angeordnet sind, so daß das erste Element als Vorkühler für das zweite, am Boden des Rohres angebrachte Element dient. Es zeigt sich, daß der Wirkungsgrad dieser Vorrichtung erheblich höher ist als der der zwei, thermisch parallel gelegten Elemente .
Die Erfindung wird anhand beiliegender Zeichnung näher erläutert, in der
Fig. 1 teilweise perspektivisch in einer abgewickelten Ansicht den Aufbau der verschiedenen Elemente des Rohres und gesondert ein Element im geöffneten Zustand,
Fig. 2 den Aufbau des Rohres mit dem Austauscher,
Mg. 3 das Schema der Abzweigungen und des Kreislaufs des Gases in der Vorrichtung nach der Erfindung zeigen.
Wie vorstehend gesagt, wird die Vorrichtung nach der Erfindung durch die Parallelverbindung von zwei Kühlelementen A und B in einem einzigen, doppelwandigen Rohr gebildet, wobei das Vakuum in dem Zwischenraum ähnlich wie bei den Dewar Gefäßen aufrechterhalten wird. Das Rohr ist nur
909882/0606 -?-
in Fig. 3 schematisch dargestellt, da es für die Erfindung unwesentlich ist. Deutlichkeitshalber ist der Durchmesser in vergrößertem Maßstab angegeben. In jedem dieser Elemente wird der Gegenströmungsaustauscher durch ein Nickelrohr 1 (in vergrößertem Maßstab in Fig. 2 dargestellt) gebildet, auf welches ein Silberdraht quadratischen Querschnittes 2 zur Bildung der Rippen gewickelt ist. Das so gebildete Rohr wird an sich auf den durch ein thermisch isolierendes Element gebildeten Dorn z.B. aus Nylon gewickelt, der durch zwei aufeinander folgende Teile 50 (Element A) und 51 (Element B) gebildet wird, die durch eine Silberbuchse 52 miteinander verbunden sind. Das zu verflüssigende Gas (Stickstoff oder Argon) wird unter hohem Druck (150 bis 200 Bar) durch ein Endstück 3 zugeführt, das im Schnitt in Fig. 1 dargestellt ist und das ein poröses Kupferfilter 4 enthält. Von diesem Endstück her stehen zwei Rohre 5 und 6 vor; das Rohr 6 ist mit der Expansionsvorrichtung 8 verbunden, die durch eine Kammer gebildet wird, die mit der Umgebung durch eine Öffnung einiger Hundertstel Millimeter in Durchmesser in Verbindung steht, welche Öffnung entsprechend der erwünschten Leistung veränderlich ist. Das Gas entweicht durch zwei kleine Öffnungen 9 der Buchse 52, während es abkühlt und kehrt längs der Rohre' 5 und 6 zurück. Die Expansions- ^ vorrichtung 8 liefert auf diese Weise eine Vorkühlung. An dieser Stelle häuft sich an der Buchse 52 der flüssige Stickstoff an. Das Rohr 5 aus Nickel, das nicht mit Rippen versehen ist, wird um das Rohr 6 und die Buchse 52 gewickelt und speist das zweite Element B. Letzteres ist ähnlich dem ersten Element aufgebaut mit einem gewickelten Austauscher mit dem Draht 5, der bei 5' Rippen bildet wie der Draht 6 des Elementes A. Es enthält eine Expansionsvorrichtung 14» die in Fig. 1 in drei Teile zerlegt dargestellt ist. Ein mit Gewinde versehenes Endstück 10, an dessen Ende eine Scheibe 11 angebracht ist,
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die eine Expansionsöffnung hat, und eine Passung 12 sind vorgesehen, die auf das Endstück 10 geschraubt sind und zum Befestigen des Ganzen dient. Der Austauscher 5 endet in dem Endstück 10 und das Gas expandiert durch die Öffnung der Scheibe 11. Das Gas strömt darauf längs des Rohres 5' (Element B) und darauf längs der Rohre 5 und 6 (Element A) zurück. Der flüssige Stickstoff häuft sich am Boden eines Rohres 7 an, an welches z.B. ein Kühlring (nicht dargestellt) eines Mosaikinfrarotanalysators angeschlossen werden kann, dessen Verbindungen auf sehr niedrige Temperaturen abgekühlt werden sollen. Diese Anwendung ist selbstverständlich nicht exklusiv. Die Vorrichtung nach der Erfindung kann in allen Fällen verwendet werden, in denen die Aufgaben der Abmessungen, der Handhabung und des niedrigen Gestehungspreises wichtig sind.
Die erwähnten Gase sind nicht die einzigen, die hier anwendbar sind. Das Rohr 6 kann z.B. durch Stickstoff und das Rohr 5 mit Wasserstoff gespeist werden, wobei letzterer verflüssigt werden soll.
Die Bedeutung der kleinen Bemessung ist besonders ausgeprägt, wenn man bedenkt, daß es möglich ist, auf diesem Prinzip Verflüssiger mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Länge von einigen Zehn cm anzuwenden. Die Abmessungen der Vorrichtungen hängen selbstverständlich von der Kühlleistung ab und bei den erwähnten Werten ist die Leistung etwa 5bis 10 W.
Die Vorrichtung nach der Erfindung läßt sich weiterhin bequem anpassen. Die Expansionsvorrichtungen 8 und 14 sind auf gleiche Weise aufgebaut, so daß je nach den verwendeten Gasen und den erwünschten Leistungen der Durchmesser der Öffnungen in den Scheiben 11 geändert werden kann. Es genügt, die Scheibe 12 zu entfernen und durch eine
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andere mit einer Öffnung geeigneten Durchmessers zu ersetzen. Bei der Expansionsvorrichtung 8 ist es dann notwendig, den Teil des Doms 50 von der Buchse 52 zu entfernen, was unbedenklich ist, da die durch die Windungen des Drahtes 5 um diese Buchse gebildete Feder eine hinreichende Elastizität hat.
Patentansprüche; - 6 -
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Claims (2)

Patentansprüche;
1. Grasexpansionskühlvorrichtung mit Gegenstrom-Wärmeaustauschung, in einem Rohr hoher thermischer Isolierung durch Abkühlung in zwei Stufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in einem einzigen thermisch hoch-isolierenden Rohr zwei Elemente enthält, die je einen Austauscher besitzen, dem eine Expansionsvorrichtung folgt, welche Austauscher in parallel durch das zu kühlende Gas gespeist werden, welche Elemente nebeneinander in thermischer Berührung in dem erwähnten Rohr derart untergebracht sind, daß das erste Element als Vorkühler für das zweite Element dient, das am Boden des Rohres angebracht ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Rohres in einem Ring endet, in dem das flüssige Gas sich anhäuft, das z.B. zum Abkühlen der Auftreffplatte eines Bildanalysators verwendet wird, der von diesem Ring umgeben wird.
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