DE1943175A1

DE1943175A1 - Tieftemperaturgeraet

Info

Publication number: DE1943175A1
Application number: DE19691943175
Authority: DE
Inventors: Frank Tinlin
Original assignee: International Research and Development Co Ltd
Current assignee: International Research and Development Co Ltd
Priority date: 1968-08-27
Filing date: 1969-08-25
Publication date: 1970-07-30
Also published as: SE369770B; CH493809A; FR2016467A1; GB1215979A; US3708705A

Description

Pcrfenicmwali

Dr.-Ing. Wilhelm Reichel · _6O16

Fiankiuri/Main-1
Parksiiaße 13

INTERNATiOKAL RESEARCH & DEVELOPMENT COMPANY LIMITED Newcastle upon Tyne 6, England

Tieftemperaturgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Tieftemperaturgerät mit einem Kryostat mit mindestens einem ein kryogenes Mittel enthaltenden Innenteil sowie einem von dem Innenteil über einen evakuierten Raum getrennten Außenteil und mit einer das kryogene Mittel auf einer gewünschten Tieftemperatur haltenden Kühleinrichtung.

Durch die praktischen Entwicklungen auf dem Gebiet der Tieftemperaturtechnik, beispielsweise durch dynamoelektrische Maschinen und Elektromagnete mit supraleitenden Wicklungen, ist es notwendig geworden, die Behälter zu verbessern, in denen die tiefgekühlten Teile angeordnet sind. Derartige Tieftemperaturbehälter werden im allgemeinen Kryostate genannt. In einem Kryostat werden die zu kühlenden Teile im allgemeinen auf einer Temperatur von wenigen Grad Kelvin gehalten. Ein Kryostat weist im allgemeinen ein Innen- und Außengehäuse auf. Der Raum zwischen diesem Außen- und Innenteil .ist evakuiert. Im Innenteil sind die auf der Tieftemperatur zu haltenden Teile angeordnet.

Um die Teile im Innenbehälter eines Kryostats auf der gewünschten Tiefiemperatur zu halten, ist es bekannt, den Innenbehälter oder das Innenteil mit einem kryogenen Mittel zu

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füllen, "beispielsweise mit flüssigem Helium. Flüssiges Helium hat bei Normaldruck einen Siedepunkt von 4,2 ⁰K. Um die Tieftenperatur aufrecht zu erhalten, läßt man das kryogene Mittel durch eine Kühleinrichtung oder eine Kühlmaschine strömen, die über kryogene Leitungen mit dem Kryostat verbunden ist. Kryogene Leitungen sind Rohre, die durch ein Vakuum isoliert sind.

'•Die Kühleinrichtung oder Kühlanlage kann zahlreiche Elemente oder Sauteile aufweisen, beispielsweise einige'Wärmeaustauscher, Gasadsorber, Expansionsmaschinen, kryogene Expansionsventile, Steuerventile und einen Kompressor. Die meisten dieser * Elemente sind entweder mit den anderen Elementen oder mit dem Kryostat oder beiden verbunden. Es sind daher sehr viele Verbindungsleitungen vorhanden, deren Verluste durch eine größere Kühlleistung kompensiert werden müssen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Länge und Anzahl der kryogenen Verbindungsleitungen so klein wie möglich zu halten.

Dies wird bei dem eingangs beschriebenen Tieftemperaturgerät nach der Erfindung dadurch erreicht, daß mindestens ein Teil der Kühleinrichtung innerhalb des evakuierten Raumes angeordk net ist.

Das nach der Erfindung aufgebaute Tieftemperaturgerät hat zahlreiche Anwendungsgebiete. Als Beispiel sei eine dynamoelektrische Maschine genannt. So ist in der britischen Patentschrift 1 133 724 eine dynamoelektrische Gleichpolmaschine mit einer Ständerwicklung aus Supraleitern beschrieben. Die / Ständerwicklung erzeugt ein elektrisches Feld, das einen oder mehrere Strompfade in einem Läufer schneidet. So ist die Ständerwicklung für eine Scheibenläufermaschine als supraleitende Wicklung ausgebildet, die in einem ringförmigen Kryostat angeordnet ist. Der Kryostat enthält ein Außenteil in Form eines ringförmigen Gehäuses und ein Innenteil in Form eines ring-

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förmigen Behälters, das innerhalb des Außengehäuses angeordnet ist. Das Innenteil enthält die Wicklungsspulen und ein kryogenes Mittel, in das die Spulen eingetaucht sind, um sie im supraleitendem Zustand zu halten. Der Raum zwischen dem Außengehäuse und dem Innenbehälter ist evakuiert.

Nach den Lehren der Erfindung wird das ringförmige Außengehäuse der beschriebenen elektrodynamischen Maschine so groß •ausgebildet, daß die Elemente der Kühleinrichtung für das kryogene Mittel und die Verbindungsleitungen zwischen ihnen innerhalb des evakuierten Raumes zwischen dem Außengehäuse und dem Innenbehälter angeordnet werden können. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die eine Seite des Außengehäuses aufgeweitet wird, so daß auf der einen Seite des Wicklungsbehälters ein zusätzlicher ringförmiger evakuierter Raum entsteht.

Nach der bekannten britischen Patentschrift ist auch eine An-Ordnung bekannt, bei der eine weitere supraleitende Abschirraspule, die einen größeren Durchmesser r*t als die Ständerwicklung, in einem getrennten Kryostat die Stand er v/i el-: Iu ng umgibt. Nach der Erfindung wird für beide Wicklungen, also für die Ständerwicklung und die Schirmspule, nur ein einziger Kryostat mit einem einzigen ringförmigen Außengehäuse benutzt. Das Innere des Außengehäuses ist evakuiert und enthält die beiden konzentrisch angeordneten Behälter für die Wicklungen. In dem weiter innen liegenden Behälter mit dem kleineren Durchmesser ist die in ein kryogenes Mittel eingetauchte Statorwicklung und in dem weiter außen liegenden Behälter mit den größeren Durchmesser die in ein kryogenes Mittel eingetauchte Schirnspule enthalten. Die Elemente der Kühleinrichtung und die Verbindungsleitungen können nach der Erfindung in einem evakuierten ringförmigen Raum zwischen dem Außengehäuse und den beiden Innenbehältern angeordnet sein, und zwar in der aus der Wicklung und der Spule gebildeten Ebene.

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Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein einziger Kryostat für zwei supraleitende Statorwicklungen in einer Gleichpolmaschine mit Trommelläufer und Zwillingsspule benutzt. Die beiden supraleitenden Wicklungen können ringför-rmig se.in und den gleichen Durchmesser haben. Sie können längs derselben Achse in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet sein. Jede Wicklung ist in flüssiges Helium in einem zugeordneten Innenbehälter des Kryostats eingetaucht. Das Außengehäuse des Kryostats umschließt die beiden Innenbehälter und die Elemente der Kühlanlage für das flüssige Helium. Diese Kühlelemente können in dem evakuierten ringförmigen, zylindrischen Raum zwischen den beiden Wicklungsbehältern angeordnet sein.

Wach einer v/eiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein ein kryogenes Mittel enthaltendes Innenteil als das auf der tiefen Temperatur zu haltende Bauteil ausgebildet sein. Bei dem Innenteil kann es sich beispielsweise um eine supraleitende Spule oder einen hohlen Leiter handeln, der dadurch gekühlt wird, daß das kryogene Mittel direkt durch ihn geleitet wird. Das auf diese V/eise gekühlte Innenteil ist durch einen evakuierten Raum von einem Außenteil getrennt. Falls das Innen- und Außenteil rohrförmig ausgebildet sind, können nach der Erfindung in dem Außenrohr ein oder mehrere aufgeweitete Abschnitte vorgesehen sein, die die Elemente der Kühleinrichtung für das kryogene Mittel aufnehmen, das durch das Innenteil strömt.-Die Verbindungsleitungen sind ebenfalls in diesen aufgeweiteten Abschnitten enthalten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Vergleich zu herkömmlichen Tieftemperaturgeräten an. Hand von Figuren beschrieben.

Fig. 1 zeigt das Strömungsblockschaltbild eines herkömmlichen Tieftemperaturgerätes.

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Pig. 2 zeigt das Strömungsblockschaltbild eines nach der Erfindung ausgebildeten Tieftemperaturgerätes.

Pig. 3 zeigt das Strömungsblock,schaltbild eines weiteren nach der Erfindung ausgebildeten Tieftemperaturgerätes.

Pig. 4 zeigt perspektivisch und im Schnitt einen Teil einer nach der Erfindung ausgeführten Anordnung zum Kühlen · der Ständerwicklung einer dynamoelektrischen Gleichpolmaschine mit Scheibenläufer .

Pig. 5 zeigt perspektivisch und im Schnitt eine nach der Erfindung ausgebildete Anordnung zum Kühlen einer anders aufgebauten Ständerwicklung für eine dynamoelektrische Gleichpolmaschine mit Scheibenläufer.

Pig. 6 zeigt perspektivisch und im Schnitt eine nach der Erfindung ausgebildete Anordnung zum Kühlen der Ständerwicklung einer dynamoelektrischen Gleichpolmaschine mit einem Trommelläufer.

Pig. 7 zeigt perspektivisch und im Schnitt eine dynamoelektrische Trommelläufer-Gleichpolmas chine mit einer gegenüber Pig. 6 anders ausgebildeten Anordnung zum Kühlen der.Ständerwicklung.

Pig. 8 zeigt das Strömungsblockschaltbild der Kühlanordnung für die in Pig. 7 gezeigte Maschine.

Pig. 9 ist eine geschnittene perspektivische Ansicht einer nach der Erfindung ausgebildeten Kühlanordnung für Supraleiter.

Das in Pig. 1 gezeigte Tieftemperaturgerät weist eine herkömmliche Anordnung mit einem Behälter 1 auf, in der irgendwelche Teile auf einer Temperatur um 4»5 ⁰K gehalten werden.

Die Tiefteraperatur wird in dem Behälter 1 dadurch erreicht und aufrecht erhalten, daß der Behälter mit einer hinreichen-

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Menge flüssigen Heliums gefüllt wird, in das die zu kühlenden Teile eingetaucht sind, bei denen es sich beispielsweise um die supraleitende Standerwicklung einer dynamoelektrischen Maschine handeln kann. Der Behälter 1 ist von einem Außenmantel 2 umgeben. Zwischen dem Außenmantel 2 und dem Behälter 1 befindet sich ein evakuierter Raum 3. Somit bildet der Behäl-_% ter 1 zusammen mit dem Mantel 2 einen Kryostat mit flüssigem Helium als kryogenes Mittel.

Eine Kühlanlage für das im Behälter 1 befindliche Helium enthält mehrere in einer Kältekammer 4 untergebrachte Elemente, einen Kompressor und einen Vorratsbehälter für das flüssige Helium. Bei der Kältekammer 4 handelt es sich um einen weiteren Kryostat mit- einem Innenraum, in dem die allgemein durch den Block 5 bezeichneten Kühlelemente angeordnet sind. Der Innenraum der Kältekammer 4 ist wiederum von einem evakuierten Isölationsraum 6 umgeben. Die im Block 5 enthaltenen Elemente können Wärmeaustauscher, Expansionsmaschinen (mit Kolben oder mit einem Läufer), Gasadsorber, um Verunreinigungen aus dem Helium zu entfernen, und kryogene Expansionsventile, die von der Außenseite der Kältekammer 4 betätigt werden können, enthalten.

Zur Betriebsweise dieses herkömmlichen Geräts sei erwähnt, daß gasförmiges Helium von der Kältekammer 4 zum Kompressor strömt und wieder zurückgeleitet wird, und zwar über die Leitungen 7 und 8, für die keine Vakuumisolierung notwendig ist.

Zwischen der Kältekammer 4, dem Vorratsbehälter für flüssiges^ Helium und dem Behälter 1 hingegen strömt flüssiges oder gesättigtes gasförmiges Helium, und zwar über Leitungen 9,10,11 und 12, die vakuumisoliert sein müssen. Ferner ist in der Leitung 10 ein vakuumisoliertes kryogenes Expansionsventil 13 erforderlich. Zur besseren Übersicht ist in der' Pig. 1 ein zwischen dem Behälter 1 und dem Außenmantel 2 angeordneter-Strahlungsschirm weggelassen, der mit Helium gekühlt sein kann. Perner wurden die kryogenen Strömungsleitungen zwischen

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einem solchen Schirm und den Wärmeaustauschern in der Kältekammer 4 weggelassen.

Obwohl bei dem in Fig. 1 gezeigten Gerät die kryogenen Strömungs- oder Verbindungsleitungen bei der praktischen Ausführung so kurz wie möglich gehalten werden, stellen sie dennoch eine zusätzliche Belastung für das Kühlsystem dar. Diese Leitungen enthalten im allgemeinen ein dünnwandiges Innenrohr aus Metall oder Glas, das von einem Außenrohr umgeben ist. Der Raum zwischen den beiden Rohren ist evakuiert. Derartige Rohrleitungen kann man nicht in Geräten benutzen, in denen Vibrationen oder mechanische Stöße auftreten.

Die im Zusammenhang mit den kryo"genen Verbindungsleitungen auftretenden Nachteile werden bei dem Gerät nach der Erfindung dadurch beseitigt, daß die Außenhaut des Kryostats, in dem die auf einer Tieftemperatur zu haltenden Teile oder Gegenstände angeordnet sind, größer ausgebildet wird und daß der Hauptteil der Elemente der Kühlanlage innerhalb des evakuierten Raumes zwischen dem Außenmantel und dem Innenbehälter des Kryostats angeordnet wird.

Die Pig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsfora der Srfinaur^. Das dargestellte Gerät ist in der Lage, Teile oder Gegenstände auf einer Temperatur im Bereich zwischen 7 ⁰K bis 12 ⁰K zu halten. Dazu wird als kryogenes Mittel innerhalb eine S'rlryos tat s Heliumgas benützt. Der Kryostat enthält wiederum einen Innenteil in Form eines Behälters 1, der grundsätzlich mit den in Pig. 1 gezeigten Behälter 1 übereinstimmt und daher das gleiche Bezugs zeichen hat. In dem Behälter 1 kann sich eine supraleitende Wicklung A einer dynamoelektrischen Kaschine befinden.

Das Außenteil 14 des Kryostats stellt ein hinreichend großes Gehäuse dar, sp daß der davon umschlossene Hohlraum die Kühl- .elemente aufnehmen kann, die durch einen Block 15 angedeutet

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sind. Der Block 15 entspricht dem Block 5 in der Kältekammer von Fig.. 1.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung kann man daher die Kältekammer weglassen und die Verbindungsleitungen 16 und 17 zwischen dem Behälter 1 und den durch den Block 15 dargestellten. Kühlelementen "brauchen nicht die oben beschriebenen vakuumisolierten kryogenen Leitungen sein. Es handelt sich vielmehr bei den leitungen 16 und 17 um einfache Eohre aus einfachem Material, beispielsweise Stahl. Diese Rohre befinden sich bereits im Vakuum, da sie in dem evakuierten Raum 18 angeordnet sind, der den Behälter 1 und den Kühlelementenblock 15 umgibt. Der Kompressor kann außerhalb des Außengehäuses 14 angeordnet sein, da es sich bei den Verbindungsleitungen 19 unu 20, die das zwischen dem Kompressor und dem im Block 15 untergebrachten Kühlelementen hin- und herströmende gasförmige Helium führen, um keine isolierten kryogenen Leitungen zu handeln braucht. ■

Steuereinrichtungen für etwaige innerhalb des Gehäuses 14 angeordnete Ventile, die man zwischen den Elementen des Kühlsystems braucht, können vakuumdicht durch die Wandung des Gehäuses 14 geführt sein, Gewisse Kühlmaschinenelemente, beispielsweise Expansionsmaschinen, die innerhalb des Gehäuses 14 angeordnet sind, benötigen Antriebsvorrichtungen. Die Antriebsmittel für diese Elemente können durch vakuumdichte Führungen in den Wänden des Gehäuses 14 laufen. Dadurch wird gleichzeitig die Wartung der Antriebe erleichtert, da man das Vakuum in dem Raum 18 beibehalten kann. Man kann daher die Wartung de3 Kühlsystems vornehmen, ohne die gesamte Anlage abschalten zu müssen.

Die Fig. 3 zeigt eine v/eitere bevorzugte Aus führ ungs form der Erfindung» Bei dieser Ausführungsform wird zum Kühlen flüssiges Helium benutzt, um tiefe Temperaturen in der Größenordnung von 4,5 ⁰K zu erreichen. Bei dieser Anordnung ist außer den im

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Block 15 zusammengefaßten Kühlmaschinenelementen ein Vorratsbehälter 21 für flüssiges Helium innerhalb eines evakuierten Außengehäuses 22 angeordnet.

Wie bei der Anlage nach Pig. 2 kann der Kompressor ebenfalls außerhalb des Gehäuses 22 untergebracht sein, da die Verbindungsleitungen 23 und 24 lediglich gasförmiges Helium führen und daher keine Vakuumisolierung benötigen. Alle übrigen Kühlmaschinenelemente, d.h. die Wärmeaustauscher, Expansionsmaschinen, Adsorber und Ventile, die alle durch den Block 15 dargestellt sein sollen, ein kryogenes Expansionsventil 25, der Vorratsbehälter 21 für flüssiges Helium und die Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Bauteilen, können alle innerhalb des evakuierten Gehäuses 22 angeordnet sein, so daß die Verwendung von vakuumisolierten kryogenen Verbindungsleitungen nicht notwendig ist.

Das kryogene Expansionsventil 25 kann mittels einer Steuervorrichtung 26 betätigt werden, die vakuumdicht durch die Wand des Gehäuses 22 geführt ist. Pur andere Steuereinrichtungen gilt das gleiche. Die Antriebsvorrichtungen für die Expansionsmaschinen können genauso angeordnet sein, wie es bereits im Zusammenhang mit der in Fig. 2 beschriebenen Anordnung beschrieben wurde.

Der Vorratsbehälter 21 für das flüssige Helium ist abgeschlossen und vollkommen dicht und kann mit einer Berstdruckplatte ausgerüstet sein. Die Leitungen 28 und 29 sind Rückströmleitungen für Heliumgas, das in dem Behälter 1 und dem Vorratsbehälter 21 verdampft ist. Es können noch Einrichtungen vorgesehen sein, mit denen man dem Vorratsbehälter 21 flüssiges Helium entnehmen kann, das jedoch für andere Zwecke als zum Kühlen der in dem Behälter 1 enthaltenen !eile verwendet wird. Ferner kann man das gezeigte Gerät an der Leitung 23 mit Heliumgas nachfüllen. Die dazu notwendige Einrichtung ist in Pig. 3 ebenfalls nicht gezeigt,

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Strahlungsabschirmungen, die bei den in den Figuren 2 und 3 gezeigten Geräten die Behälter 1 umgeben können, sov/ie Einzelheiten der kryogenen Steuerventile, die zum Betrieb des Gerätes erforderlich sein können, wurden der Einfachheit halberweggelassen. Irgendwelche Trag- oder Stützνorrichtungen für den Behälter 1, die durch den Block 15 dargestellten Kühlmaschinenelemente und den Vorratsbehälter 21 sind bei dem in *Pig. 3 dargestellten Gerät nicht gezeigt. Diese Vorrichtungen sind jedoch derart konstruiert, daß die Wärmeleitung zwischen den im Gehäuse 22 angeordneten Baueinheiten und dem Gehäuse so klein wie möglich ist.

In den übrigen Figuren sind praktisch ausgeführte Anordnungen nach der Erfindung dargestellt.

Fig. 4 zeigt eine ringförmige Ständerfeldwicklung 30 für eine supraleitende dynamoelektrische Gleichpolmaschine mit Scheibenläufer . Dabei ist die Wicklung 30 innerhalb eines ringförmigen Innenbehälters 1 angeordnet. Der Behälter 1 befindet sich innerhalb eines ringförmigen Außengehäuses 31. Der nichtgezeigte Rotor ist außerhalb des Gehäuses 31, und zwar konzentrisch mit dem Gehäuse angeordnet. ' "

Die Ständerwicklung 30 ist aus Supraleitern gewickelt. Damit der supraleitende Wicklungsdraht supraleitfähig ist, muß er auf einer sehr tiefen Temperatur gehalten werden, beispielsweise 4,5 bis 12 ⁰K, wie nach der Art des benutzten supraleitenden Materials. Zu diesem Zweck wird der Behälter 1 mit flüssigem Helium gefüllt, so daß die Wicklung 30 in flüssiges Helium eingetaucht ist. Ferner wird der Raum 32 zwischen dem Behäl- ; ter 1 und dem Gehäuse 31 evakuiert.

Auf der einen Seite des Behälters 1 ist das Außengehäuse 31 nach der Erfindung aufgeweitet, um längs des Behälters 1 einen ringförmigen Raum 33 zu bilden. Der Querschnitt des Raums 33 ist in der Fig. 4 durch eine strichpunktierte Linie angedeutet.

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Innerhalb dieses Raums 33 können die Kühlelemente angeordnet werden« die das Helium im Behälter 1 im flüssigen Zustand halten.

Die gesamte Kühlanlage kann im wesentlichen nach der in Fig. 3 gezeigten Art aufgebaut sein. Danach sind die durch den Block 15 dargestellten Kühlelemente und das kryogene Expansionsventil innerhalb des ringförmigen Hohlraums 33 untergebracht, wohingegen sich der Kompressor außerhalb des Gehäuses 31 befindet. Obwohl man den ringförmigen Raum 33 hinreichend groß machen kann, so daß der Vorratsbehälter für das flüssige Helium darin Platz finden würde, ist der Vorratsbehälter vorzugsweise in einem besonderen, entsprechend geformten, vergrößerten Abschnitt des Gehäuses 31 untergebracht, beispielsweise im unteren Gehäuseabschnitt.'

Fig. 5 zeigt eine andere Kühlanordnung für die in Fig. 4 dargestellte Maschine. Es ist jedoch eine weitere supraleitende Wicklung 34 vorgesehen, die konzentrisch zur Wicklung 30 ausgebildet ist. Die Wicklung oder Spule 34 dient zum Entmagnetisieren des die Wicklung 30 umgebenden Magnetfeldes. Nach der Erfindung können sowohl die Wicklung 30 als.auch die Spule 34 von einem einzigen ringförmigen Gehäuse 31 mit einem rechteckigen Querschnitt umgeben sein. Ein ringförmiger Zwischenraum 35» dessen Querschnitt durch eine Schraffur angedeutet ist, nimmt die Kühlelemente auf. Die Spule 34 kann in ihrem eigenen ringförmigen Behälter 36 in flüssigem Helium eingetaucht sein. Der Raum 32 ist ebenfalls evakuiert. Ferner kann innerhalb des Gehäuses 31 ein weiterer Raum vorgesehen sein, und zwar in einer der Seitenwände, wie es in bezug auf Fig. 4 beschrieben ist.

Die in Fig. 6 gezeigte Anordnung nach der Erfindung enthält zwei koaxiale supraleitende, ringförmige Ständerfeldwicklungen 37 und 38 für eine dynamoelektrische Gleichpolmaschine mit Trommelläufer. Die beiden Ständerfeldwicklungen 37 und 38 können jeweils in ihrem eigenen Behälter 39 bzw. 40 in

flüssiges Helium eingetaucht sein. Ein evakuiertes Außengehäuse 41 kann die beiden Behälter 39 und 40 umschließen. Innerhalb des Außengehäuses 41 befindet sich zwischen den Behältern 39 und 40 ein ringförmiger Raum 42, der in der Figur schraffiert dargestellt ist und der die Kühlelemente aufnehmen kann. Weitere koaxiale Wicklungen können vorhanden sein.

In der Pig. 7 ist im einzelnen eine weitere nach der Erfindung ausgebildete Anordnung dargestellt, und zwar eine dynamoelektrische Gleichpolmaschine mit Trommelläufer und mit ψ zwei koaxialen supraleitenden, ringförmigen Ständerfeldwicklungen, die gekühlt sind. Die beiden supraleitenden ringförmigen Statorfeldwicklungen 43 haben den gleichen Durchmesser und sind an den axial gegenüberliegenden Enden der Maschine angeordnet. In der Figur ist lediglich eine Wicklung sichtbar. Jede Wicklung 43 ist innerhalb eines Behälters 44 gehaltert, der das Innenteil eines einzigen Kryostats für die Maschine bildet. Der gemeinsame Außenteil des Kryostats enthält ein Gehäuse 45 mit zwei zylindrischen Endabschnitten 45a und 45c und einen tastenförmigeri Mittenabschnitt 45b.

• In der Darstellung nach Fig. 7 ist der Trommelläufer nicht

gezeigt. Der Läufer wäre in dem hohlzylindrischen Abschnitt " 45d des Außengehäuses angeordnet und würde von lagern unterstützt werden, die in den beiden Stirnrahmen der Maschine gehaltert wären.

Die Wicklung 43 ist innerhalb des Behälters 44 von einem kryogenen Mittel umgeben, beispielsweise von flüssigem Helium. Der Raum zwischen jedem Behälter 44 und dem Gehäuse 45 ist evakuiert. Strahlungsabschirmungen 47 sind in dem evakuierten Raum zwischen dem Behälter 44 und dem Gehäuse 45 angeordnet, um die Wärmestrahlung zwischen den Behältern und dem Gehäuse so klein wie möglich zu halten. ·

Die Xühlelemente sind innerhalb des kastenförmigen Mittenabschnitts 45b des Gehäuses angeordnet. Um welche Elemente es

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sich dabei handelt kann man dem in Pig. 8 gezeigten StrÖ-mungsflußdiagramm der Kühlmaschine entnehmen.

Die in Fig. 8 gezeigte Kühlmaschine v/eist einen Kompressor 48 auf, der außerhalb des Gehäuses 45 der in Pig. 7 dargestellten Maschine angeordnet ist. Die folgenden Elemente sind vollkommen oder teilweise im Gehäuse 45 untergebracht:

1. Ein erster Hauptwärmeaustauscher 49·

2. Ein Gasadsorber 50, der vor allem Sauerstoff und Stickstoff adsorbiert.

3. Eine erste Expansionsturbine 51.

4. Ein der Turbine 51 zugeordneter Wärmeaustauscher 52.

5. Ein zweiter Hauptwärmeaustauscher 53.

6. Eine zweite Expansionsturbine 54.

7. Ein der Turbine 54 zugeordneter Wärmeaustauscher 55.

8. Ein Neonadsorber 56.

9. Ein den kryogenen Expansionsventilen zugeordneter Wärmeaustauscher 57.

10.Ein Strömungssteuerventil 58.

11.Ein kryogenes Expansionsventil 59> das im allgemeinen Joule-Thompson-Ventil genannt wird.

12.Ein weiteres kryogenes Expansionsventil 60. 13.Ein Vorratsbehälter 61 für flüssiges Helium..

Wenn den Peldspulenbehältern 44» die in Pig. 8 lediglich durch einen einzigen Block dargestellt sind, flüssiges Helium zugeführt wird, dann wird auch die Warmestrahlabschirmung 47 über leitungen 62 und 63 mit flüssigem Helium versorgt.

Plansche 64 tragen vorzugsweise die Kühlelemente. Die Plansche 64 sind am Gehäuse 45 angeschraubt} so daß man die

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zusammen mit .den Kühlelementen sehr leicht aus dem Gehäuse herausnehmen kann. Die Verbindung zum Kompressor 48 erfolgt über eine Einlaßöffnung 65 und eine Auslaßöffnung 66 im Plansch 64.

"Die der in Fig. 8 gezeigten Kühlanlage zugeordneten Steuer_v ventile sind nicht vollständig gezeigt. Der Hauptzweck solcher Ventile und Leitungen besteht jedoch darin, daß man die einzelnen Stufen des Kühlsystems aufeinanderfolgend kühlen kann. Die Steuerventile 58 dienen dazu, um das verflüssigte Helium entweder durch die Gehäuse 44 zu zirkulieren oder in dem Vorratsbehälter 61 zu speichern.

In Pig. 9 ist ein Supraleiter 67 dargestellt, der dadurch supraleitend gehalten wird, daß er innerhalb eines zylindrischen Behälters 68 in flüssiges Helium eingetaucht ist. Der Behälter 68 ist konzentrisch innerhalb eines zylindrischen Außengehäuses 69 untergebracht. In dem Raum zwischen dem zylindrischen Behälter 68 und dem Außengehäuse 69 wird ein Vakuum aufrecht erhalten.

Nach der Erfindung weist das Gehäuse einen oder mehrere aufgeweitete Abschnitte 70 auf, beispielsweise den in der Figur trommelartig aufgeweiteten Abschnitt. Der evakuierte Raum innerhalb des Abschnitts 70 , der in der Figur eine Doppelschraffur aufweist, ist ein Teil des zwischen dem Behälter und dem Gehäuse 69 evakuierten Raumes. In dem evakuierten Abschnitt 70 des Gehäuses 69 kann man die Kühlelemente der Kühlanlage unterbringen, die für den Behälter 68 das Helium verflüssigt.

Abweichend von der in Fig. 9 dargestellten Anordnung kann man den Supraleiter hohl ausbilden und das Kühlmittel durch den Supraleiter strömen lassen, um ihn auf der gewünschten niedrigen Temperatur zu halten.

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In diesem Pall braucht der Supraleiter nur von einem einzigen Gehäuse umgeben sein. Der Raum zwischen dem Gehäuse und dem Supraleiter ist dann evakuiert. Ferner weist dieser Raum aufgeweitete Abschnitte auf, die die Kühlelemente aufnehmen. Das Kühlmittel kann Helium sein.

Bei den in den Figuren 4 bis 9 beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung wurde als kryogenes Mittel flüssiges Helium erwähnt. Anstelle von flüssigem Helium kann man aber auch gasförmiges Helium benutzen, falls das gasförmige Helium in der Lage ist, das supraleitende Material auf einer derart tiefen Temperatur zu halten, bei der Supraleitung auftritt. Die Erfindug soll jedoch nicht auf Geräte beschränkt sein, die nur Supraleiter kühlen und kryogene Mittel benutzen. Man kann den Erfindungsgegenstand gleichermaßen zum Kühlen von normalen elektrischen Leitern, also Nichtsupraleiterη benutzen, um deren Leitfähigkeit bei tiefen Temperaturen zu verbessern.

ORiQfNAL IHSPECTBD

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Claims

Patentansprüche

1. ^Tieftemperaturgerät mit einem Kryostat mit mindestens

iem ein kryogenes Mittel enthaltenden Innenteil sowie einem von dem Innenteil über einen evakuierten Baum getrennten Außenteil und mit einer das kryogene Mittel auf einer gewünschten Tieftemperatur haltenden Kühleinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Kühleinrichtung innerhalb des evakuierten Raumes angeordnet ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

" zeichnet, daß ein Speicherbehälter für das kryogene Kittel ebenfalls innerhalb des evakuierten Raumes angeordnet ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenteil in' Form eines hohlen elektrischen Leiters, vorzugsweise aus supraleitendem Material, ausgebildet ist.

4. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet-, daß das Innenteil einen elek-

. irischen Leiter, vorzugsweise aus supraleitendem Material, umschließt.

5. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter die Feldwicklung einer dynamoelektrischen Maschine ist.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß ein weiteres Innenteil des Kryostats · eine weitere Wicklung umschließt, die das Magnetfeld der Feldwicklung abändert oder als Entmagnetisierungswicklung dient.

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7. Gerät nach. Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Kryostat grundsätzlich eine zylindrische Form aufweist und zwei voneinander beabstandete ringförmige Innenteile enthält, daß jedes Innenteil eine Feldwicklung einer dynamoelektrischen Maschine mit einem Trommelläufer oder einem zylindrischen Läufer umschließt, daß die Feldwicklung aus supraleitendem Material hergestellt ist und daß die Bauteile der Kühleinrichtung innerhalb des evakuierten Raumes zwischen den beiden Innenteilen angeordnet sind.

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