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Title:
LOW-TEMPERATURE REFRIGERATOR WITH COLD HEAD AND A PROCESS FOR OPTIMISING SAID COLD HEAD FOR A DESIRED TEMPERATURE RANGE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1997/022839
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a low-temperature refrigerator (1) for producing temperatures in a defined low-temperature range, with a cold head (3) which is fitted with a regenerator (7) and in which a thermodynamic circulation process (regenerative cold generation process) is carried out to generate cold. To reduce the technical complexity of the cold generation process, it is proposed that the cold head (3) should be a single-stage unit and the physical characteristics of the regenerator (7) in the cold machine (1) should be so selected as to ensure that the cold head (26) has an optimal cold output in the desired temperature range.

Inventors:
H�fner
Hans-ulrich, Sous
Dieter
Application Number:
PCT/EP1996/005503
Publication Date:
June 26, 1997
Filing Date:
December 10, 1996
Export Citation:
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Assignee:
LEYBOLD VAKUUM GMBH H�FNER
Hans-ulrich, Sous
Dieter
International Classes:
F25B9/00; F04B37/08; F25B9/14; F28D20/00; H01F6/04; (IPC1-7): F25B9/14
Foreign References:
US2966035A
GB1324502A
US4310337A
US4724676A
US5092130A
US3221509A
US4404808A
US4543792A
US5113663A
US3473341A
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Claims:
Tieftemperatur-Refrigerator mit einem Kaltkopf sowie Verfahren zur Optimierung des Kaltkopfes für einen be¬ stimmten TemperaturbereichPATENTANSPRÜCHE
1. Zur Erzeugung von Temperaturen eines bestimmten Tieftemperaturbereichs dienender TieftemperaturRe¬ frigerator (1) mit einem Kaltkopf (3) , der mit ei¬ nem Regenerator (7) ausgerüstet ist und in dem zur Kaiteerzeugung ein thermodynamischer Kreisprozeß (regenerativer Kalteerzeugungsprozeß) ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltkopf (3) einstufig ausgebildet ist und daß die physikali¬ schen Eigenschaften des Regenerators (7) der Kälte¬ maschine (1) so gewählt sind, daß der Kaltkopf (26) in dem gewünschten Temperaturbereich eine optimale Kälteleistung hat.
2. Refrigerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Regenerator (6) des Kaltkopfes (3) mindestens zwei Schichtungen (14, 15, 16) aus un¬ terschiedlichen Werkstoffen aufweist.
3. Refrigerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Regenerator (6) auf seiner warmen Seite ein Paket aus BronzenetzAbschnitten und auf seiner kalten Seite eine Bleischichtung (Bleikugeln, Bleisinter) aufweist. Refrigerator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Regenerator (6) die drei fol¬ genden Schichtungen aufweist: eine erste, auf der warmen Seite des Regenerators befindliche Schich¬ tung (14) aus BronzenetzAbschnitten, die sich über zwei bis drei Siebtel der Länge des Regenerators (6) erstreckt; eine zweite Schichtung (15) aus BronzenetzAbschnitten mit einer kleineren Maschen¬ dichte, die sich ebenfalls über zwei bis drei Sieb¬ tel der Länge des Regenerators (6) erstreckt; eine dritte Schichtung (16) aus Bleikugeln oder einem BleisinterWerkstoff, die sich über ein bis zwei Siebtel der Länge des Regenerators (6) erstreckt. Refrigerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß er für Temperaturen aus dem Tief¬ temperaturbereich 15 bis 35 K optimiert ist und die folgenden Schichtungen aufweist: Schichtung 14: Werkstoff: CuBronze Struktur: Sich radial erstreckende Netze mit etwa 200 mesh Höhe: ca. 40 % der Gesamtlänge des Regenerators (6 ) Schichtung 15: Werkstoff: CuBronze Struktur: Sich radial erstreckende Netze mit etwa 120 mesh Höhe: ca. 40 % der Gesamtlänge des Regenerators (6) Schichtung 16: Werkstoff Bleikugeln Struktur: 0 200 bis 300 μm Höhe: Ca. 20 % der Gesamtlänge des Regenerators (6) Refrigerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er für Temperaturen aus dem Temperaturbereich 35 bis 80 K optimiert ist und daß er die folgenden Schichten aufweist Schichtung 14: Werkstoff: CuBronze Struktur: Sich radial erstreckende Netze mit etwa 200 mesh Höhe: ca. 40 % der Gesamtlänge des Regenerators (6) Schichtung 15: Werkstoff: CuBronze Struktur: Sich radial erstreckende Netze mit etwa 120 mesh Höhe ca. 40 % der Gesamtlänge des Regenerators (6) Schichtung 16: Werkstoff: CuBronze Struktur: sich radial erstreckende Netze mit 80 bis 200 mesh Höhe: Ca. 20 % der Gesamtlänge des Regenerators (6) Refrigerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich¬ net, daß anstelle der CuBronzeNetzabschnitte in der Schichtung 14 EdelstahlNetzabschnitte mit 100 bis 200 mesh vorgesehen sind. Verfahren zur Optimierung eines Kaltköpfes (3) mit einem mehrere Schichten (14, 15, 16) aufweisenden Regenerator (6) nach den Ansprüchen 2 bis 7, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Optimierung des Kalt¬ kopfes (3) für Temperaturen aus einem bestimmten Temperaturbereich durch die Auswahl der physikali¬ schen Eigenschaften der RegeneratorMaterialien er¬ folgt. Verfahren zur Kühlung von Magneten oder Spulen aus supraleitenden Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung der Magneten oder Spulen (21) selbst und/oder zur Kühlung von thermischen Schil¬ den bilden (25) der Spulen bzw. Magneten (21) ein¬ stufige Kaltkopfe verwendet werden, bei denen die Eigenschaften des RegeneratorMaterials so gewählt sind, daß die Kaltkopfe für die Temperaturen des jeweils gewünschten Temperaturbereichs optimiert sind.
4. 10 Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß em Kaltkopf nach den Ansprüchen 2 bis 7 ver¬ wendet wird.
5. 11 Für die Durchfuhrung eines Verfahrens nach den An¬ sprüchen 9 oder 10 geeignete Einrichtung zur Küh¬ lung von Magneten oder Spulen aus supraleitendem Werkstoff, gekennzeichnet durch einen einstufigen Kaltkopf (3) .
6. 12 Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich¬ net, daß ein HeliumKuhlkreislauf mit einer den Ma¬ gneten oder die Spule (21) umgebenden Rohrschlange (27) und einem Wärmetauscher (28) vorgesehen ist und daß der Kaltköpf (3) über den Wärmetauscher (28) das zirkulierende Kreislaufgas kühlt.
7. 13 Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Kaltkopf (3) mechanisch, z.B. über Kupferbander (29) , mit dem Magneten oder der Spule (21) in wärmeleitender Verbindung steht.
8. 14 Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich¬ net, daß sich der Magnet oder die Spule (21) in ei¬ nem FlussigheliumBad (24) befindet.
9. 15 Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, da¬ durch gekennzeichnet, daß em thermischer Abschirm schild (25) vorgesehen ist und daß ein auf die Tem peratur des thermischen Abschirmschildes (25) opti¬ mierter einstufiger Kaltkopf (3) vorgesehen ist.
10. 16 Verfahren zur Kühlung der Pumpflachen (33) einer Kryopumpe (31) , dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung der Pumpflächen (33) ein einstufiger Kalt¬ kopf (3) verwendet wird, bei dem die Eigenschaften des RegeneratorMaterials so gewählt sind, daß der Kaltkopf für die Temperaturen des jeweils gewünsch¬ ten Temperaturbereichs optimiert ist.
11. 17 Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltkopf (3) für Temperaturen aus dem Tem¬ peraturbereich 10 bis 30 K optimiert ist.
12. 18 Zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 16 oder 17 geeignete Kryopumpe, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltkopf (3) mit einer offenliegenden Pumpflache (33) in wärmeleitender Verbindung steht.
13. 19 Zur Durchfuhrung des Verfahrens nach einem der An¬ sprüche 16 oder 17 geeignete Kryopumpe, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Pumpflache (33) der Kryopumpe mit einem einstufigen Kaltkopf (3) in wärmeleiten¬ der Verbindung steht, daß ein EintrittsBaffle (36) sowie ein die Pumpfläche (33) umgebender Schild (37) vorgesehen sind und daß zur Kühlung des Baffles (36) und des Schildes (37) ein weiterer einstufiger Kaltkopf (3) vorgesehen ist.
Description:
Tieftemperatur-Refrigerator mit einem Kaltkopf sowie Verfahren zur Optimierung des Kaltkopfes für einen ge¬ wünschten Temperaturbereich

Die Erfindung bezieht sich auf einen zur Erzeugung von Temperaturen eines bestimmten Tieftemperaturbereichs dienenden Tieftemperatur-Refrigerator mit einem Kalt ¬ kopf, der mit einem Regenerator ausgerüstet ist und in dem zur Kälteerzeugung ein thermodynamischer Kreisprozeß (regenerativer Kälteerzeugungsprozeß) ausgeführt wird. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Optimierung des Kaltkopfes für einen bestimmten Tem ¬ peraturbereich sowie auf Applikationen.

Es ist bekannt, Tieftemperatur-Refrigeratoren bei Kryo¬ pumpen oder zur Kühlung der Magneten von Kernspintomo¬ graphen einzusetzen. Bei diesen Applikationen soll der Kaltkopf Temperaturen im Bereich von 20 K und weniger erzeugen. Üblicherweise werden deshalb bei diesen Appli¬ kationen Refrigeratoren mit zwei- oder dreistufig ausge ¬ bildeten Kaltköpfen eingesetzt, die z.B. nach dem Gif- fon-McMahon-Prinzip arbeiten. Bei diesen tiefen Tempera¬ turen ist jedoch die Kälteleistung dieser Maschinen be¬ grenzt. Bei handelsüblichen zweistufigen Kaltköpfen be¬ trägt sie ca. 5 bis 10 W bei einer Temperatur von 20 K. Ist der Leistungsbedarf höher, muß eine Mehrzahl zwei¬ stufiger Kaltköpfe eingesetzt werden, um die entspre¬ chende Leistung in der Summe zu erreichen.

ORIGINAL UNTERLAGEN

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für die Erzeugung tiefer Temperaturen zu re¬ duzieren und darüberhinaus ein relativ einfaches Mittel einzusetzen, um den Kaltkopf eines Refrigerators der eingangs erwähnten Art für einen bestimmten Temperatur¬ bereich besonders geeignet zu machen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kaltkopf einstufig ausgebildet ist und daß die phy¬ sikalischen Eigenschaften des Regenerators der Kältema¬ schine so gewählt sind, daß der Kaltkopf in dem ge¬ wünschten Temperaturbereich eine optimale Kälteleistung hat. Allein durch die Verwendung einer einstufigen Käl¬ temaschine wird bereits eine erhebliche Reduzierung des technischen Aufwandes erreicht. Darüberhinaus wurde festgestellt, daß auch mit einstufig ausgebildeten Käl¬ temaschinen Endtemperaturen von unter 20 K erzeugt wer¬ den können. Dabei hat sich überraschenderweise herausge¬ stellt, daß mit Kaltköpfen, die mit geeignet ausgebilde¬ ten Regeneratoren ausgerüstet sind, auch in Temperatur¬ bereichen um 20 K wesentlich höhere Leistungen erreicht werden können, als es mit den oben erwähnten zweistufi¬ gen Kaltköpfen möglich ist. Ursache dieser Leistungsver¬ besserung ist zum einen die besondere Ausbildung des Re¬ generators. Zum anderen wird bei zweistufigen Kaltköpfen ein Teil der Leistung für die erste Stufe verbraucht und daher bei tiefen Temperaturen nicht optimal genutzt, so daß der erzielte Wirkungsgrad insgesamt schlecht ist. Die Realisierung der Erfindung ermöglicht es deshalb, statt der bisher für Temperaturen um 20 K üblichen zwei ¬ stufigen Kältemaschine eine einfache und damit zuverläs¬ sige einstufige Maschine einzusetzen, und darüberhinaus noch eine Leistungssteigerung zu erzielen.

Kältköpfe der erfindungsgemäßen Art sind besonders ge¬ eignet bei Applikationen, bei denen die Zieltemperaturen

etwas hoher als 20 K liegen. Durch die Auswahl der Ei¬ genschaften des Regeneratormaterials und entsprechende Schichtung verschiedener Materialien kann der Kaltkopf bzw. die Kältemaschine auf den gewünschten Temperaturbe¬ reich optimiert werden.

Em Beispiel für eine Applikation, bei der die Verwen¬ dung des erfindungsgemäßen Kaltkopfes besonders geeignet ist, ist die Kühlung von Hochtemperatur-Supraleitern

(HT c -Material) mit Sprungtemperaturen T c oberhalb der Temperatur von flussigem Stickstoff, insbesondere bei Anwendungen mit hohen Strömen oder Magnetfeldern

(Magnete für den Tesla Bereich, Energiespeicher, MRI, Strombegrenzer u.a.) .

Um diese hohen Strome / Magnetfelder nutzen zu können, reicht es nicht aus, mit LN2 (77 K) zu kühlen; der Su¬ praleiter sollte auf mindestens 1/3 T c gekühlt werden, damit entsprechend hohe Stromdichten / Magnetfelder überhaupt möglich sind. Demzufolge ist bei dieser Appli¬ kation ein Temperaturbereich von ca. 20 bis 25 K zur Kühlung anzustreben. Die üblichen bisher in diesem Tem¬ peraturbereich nutzbaren Kältemaschinen sind i.a. zwei¬ stufige Gifford McMahon (od. Stirling) Typen, deren ei- gentlicht Zieltemperaturen unterhalb 20 K (« 10-15 K) liegen. Diese Temperaturen sind für die HTSL nicht er¬ forderlich bzw. aus Gründen des Gesamtwirkungsgrades nicht gewünscht. Weiterhin liefern die erwähnten zwei¬ stufigen Maschinen - wie weiter oben bereits erwähnt - nur eine begrenzte Kälteleistung von ca. 5 bis 10 W bei 20 K. Demgegenüber sind bei größeren HTSL Elementen Lei¬ stungen von 20 bis 25 W oder mehr bei ca. 22-25 K ge¬ fragt.

Bisherige konventionelle einstufige Maschinen haben eine Endtemperatur (ohne Kälteleistung) von ca. 25 bis 27 K, was wiederum für die HTSL-Kühlung zu hoch ist. Den ange-

strebten Bereich 20 bis 25 K mit erheblicher Leistung erreicht man erst durch die erfindungsgemäßen Verbesse¬ rungen. Im Gegensatz zur zweistufigen Maschine (bei Nut¬ zung als 20 bis 25 K-Kühler) offeriert die einstufige noch den Vorteil, keine kalte (2. Stufe-) Dichtung auf¬ zuweisen (sensibles Verschleißteil) und insgesamt einen einfacheren Aufbau zu haben, so daß eine gegenüber zwei¬ stufigen Maschinen höhere Zuverlässigkeit und einfachere Wartung resultiert.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand der in den Figuren 1 bis 9 dargestellten Ausfüh¬ rungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1 eine prinzipielle Darstellung eines Tief- temperatur-Refrigerators,

Figuren 2 und 3 je einen Verdränger mit einem darin angeordneten Regenerator,

Figur 4 Leistungskennlinien,

Figur 5 die Applikation eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kaltkopfes bei der Kühlung eines Magneten aus Supraleitermaterial,

Figuren 6 und 7 Applikationen eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kaltkopfes bei der Kühlung einer Spule aus HT c -Material sowie

Figuren 8 und 9 Applikationen eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kaltkopfes bei Kryopumpen.

Figur 1 zeigt schematisch ein Beispiel für einen Tief ¬ temperatur-Refrigerator 1. Dieser umfaßt den Kompressor 2 und den Kaltkopf 3. Wesentliche Bestandteile des Kalt ¬ kopfes 3 sind ein Zylinder 4, ein sich im Zylinder be-

findender Verdranger 5 und ein Regenerator 6. Der Ver- dranger 5 wird vom Antrieb 7, welcher mechanisch oder pneumatisch sein kann, im Zylinder 4 hin und her bewegt. Oberhalb und unterhalb des Verdrängers 5 befinden sich Kammern 8 und 9 für das Arbeitsgas. In Reihe mit diesen Kammern ist der Regenerator 6 geschaltet, der sich bei vielen Ausfuhrungen der hier betroffenen Gas-Kaltema- schinen innerhalb des Verdrangers 5 befindet. Mit 10 ist eine Dichtung bezeichnet, die bei im Verdranger 5 be¬ findlichen Regenerator 6 u.a. dafür sorgt, daß das Ar¬ beitsgas den Regenerator 6 vollständig durchströmt.

Mit Hilfe des Kompressors 2 und der Ventile 11, 12 wer¬ den die Kammern 8, 9 in geeigneter Reihenfolge mit einer unter Hochdruck und einer unter Niederdruck stehenden Arbeitsgasleitung verbunden, so daß der gewünschte ther- modynamische Kreisprozeß ablauft. Dadurch wird einer Seite des Zylinders 4 (Expansionskammer 9) standig Warme entzogen. Der Regenerator 6 speichert einen Teil der er¬ zeugten Kalte und fuhrt sukzessiv zu einer Vorkuhlung des aus Kammer 8 in Kammer 9 verschobenen Gases, so daß sich diese Seite auf tiefe Temperaturen abkühlt.

Entsprechendes gilt auch für Kältemaschinen, die nach dem Pulse Tube Prinzip arbeiten. Bei diesen kann zwar auf einen mechanischen Verdränger verzichtet werden, die Funktion des Regenerators als Vorkühler für das zyklisch zu expandierende Arbeitsgas ist aber dieselbe.

Die Figuren 2 und 3 zeigen Verdränger 3 mit einem je¬ weils darin untergebrachten Regenerator 6. Ihre Langs¬ achse ist mit 13 bezeichnet. Sie umfassen jeweils drei Schichtungen bzw. Stufen 14, 15 und 16 aus unterschied¬ lichen Regenerator-Werkstoffen.

Beim Verdranger nach Figur 2 besteht die dem warmen Ende des Verdrangers benachbarte Schichtung 14 aus einem er-

sten Paket von Bronzenetz-Abschnitten, die sich senk¬ recht zur Längsachse erstrecken. Diese Schichtung er¬ streckt sich über zwei bis drei Siebtel der Länge des Regenerators. Die zweite Schichtung 15 besteht aus einem Paket von Bronzenetz-Abschnitten mit einer anderen, z.B. kleineren Maschendichte. Auch diese Schicht erstreckt sich über zwei bis drei Siebtel der Länge des Regenera¬ tors 6. Schließlich folgt auf der kalten Seite des Ver¬ drängers 3 eine Schicht 16 aus Blei, vorzugsweise Blei¬ kugeln. Sie hat eine Ausdehnung von ein bis zwei Siebtel der Lange des Regenerators 6.

In einer für den Tieftemperaturbereich 15 bis 35 K rea¬ lisierten Variante weist der Regenerator 6 folgende Schichtungen auf (Figur 3) :

Schichtung 14: Werkstoff Cu-Bronze Struktur: Sich radial erstreckende Netze mit etwa 200 mesh

Höhe; ca. 40 % der Gesamtlänge des

Regenerators 6

Schichtung 15: Werkstoff Cu-Bronze Struktur: Sich radial erstreckende Netze mit etwa 120 mesh

Höhe: ca. 40 % der Gesamtlänge des

Regenerators 6

Schichtung 16: Werkstoff: Bleikugeln

Struktur: 0 200 bis 300 μm Höhe: Ca. 20 % der Gesamtlänge des

Regenerators 6

Ein Kaltkopf mit einem diese Schichtungen aufweisenden Regenerator 6 und einem Durchmesser von etwa 50 mm ist für den Temperaturbereich 15 bis 35 K, insbesondere 20 bis 25 K, besonders geeignet. Durch Variation der pro¬ zentualen Anteile (Höhe der Schichten 14, 15, 16) der

einzelnen Regeneratorschichten, durch Wahl anderer Mate¬ rialien als Cu-Bronze und Blei sowie durch deren Struk¬ tur kann die Kälteleistung für andere Temperatur-Zielbe¬ reiche gezielt optimiert werden.

Bei einem Regenerator für den Zielbereich 35 bis 80 K besteht z.B. die Schichtung 16 nicht aus Bleikugeln, sondern ebenfalls aus Cu-Bronze-Netze mit 80 bis 200 mesh. Darüberhinaus kann im warmen Bereich (Schichtung 14) vorteilhaft Edelstahlgewebe mit 100 bis 200 mesh eingesetzt werden.

Figur 4 zeigt drei Leistungskennlinien 17, 18, 19 in ei¬ nem Koordinatensystem, in dem die Leistung Q (y-Achse) in Abhängigkeit von der Temperatur T (x-Achse) eingetra¬ gen ist. Die Linie 17 ist die Leistungskennlinie der zweiten Stufe eines üblichen zweistufigen Kaltkopfes. Die Linie 18 gibt die Leistung eines einstufigen Kalt¬ kopfes nach dem Stand der Technik wieder. Die Linie 19 entspricht der Leistungskennlinie eines erfindungsgemäß ausgebildeten und für den Temperaturbereich 20 bis 25 K optimierten Kaltkopfes.

Die Figuren 5 bis 7 zeigen Anwendungen der Erfindung bei der Kühlung von supraleitenden Magneten oder Spulen 21, die sich jeweils im Gehäuse 22 befinden. Beim Ausfüh¬ rungsbeispiel nach Figur 4 befindet sich ein supralei¬ tender Magnet 21 im Hohlraum eines doppelwandig ausge¬ bildeten Behälters 23. In dem von den Wandungen gebilde¬ ten Raum 24 befindet sich flüssiges Helium. In diesem Fall handelt es sich um einen Magneten 21 aus klassi¬ schem (Tieftemperatur-) Supraleitermaterial, welcher im allgemeinen eine Kühlung von 4 bis 6 K benötigt und des¬ halb in einem Flüssighelium-Bad untergebracht ist. Der Behälter 23 ist von einem thermischen Abschirmschild 25 umgeben, der mit Hilfe eines einstufigen, erfindungsge¬ mäß gestalteten Kaltkopfes 3 gekühlt wird. Der im Kalt-

köpf 3 befindliche Regenerator 6 ist zweckmäßig für den Temperaturbereich 10 bis 30 K optimiert.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 6 ist der Magnet 21 von einer Rohrschlange 27 umgeben, die Bestandteil eines Helium-Kreislaufs mit dem Wärmetauscher 28 ist. Die Küh¬ lung erfolgt mit Hilfe des einstufigen Kaltkopfes 3, der zweckmäßig wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ausgebildet ist und das zirkulierende Kreislaufgas auf eine Temperatur herunterkühlt, die zur Kühlung der su¬ praleitenden Spule benötigt wird. Ist die Spule aus HTSL-Draht hergestellt, dann ist der Kaltkopf zweckmäßig für einen Temperaturbereich 20 bis 25 K optimiert.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 7 steht der einstu¬ fige Kaltkopf 3 mechanisch (z.B. über Kupfer-Bänder 29) mit dem supraleitenden Magneten 21 - vorzugsweise aus HTSL-Werkstoff - in wärmeleitender Verbindung. Zur Tem ¬ perierung des Schildes 25 ist ein weiterer einstufiger Kaltkopf 3 nach der Erfindung vorgesehen, der für einen entsprechend höheren Temperaturbereich (z.B. 50 bis 80 K) optimiert ist.

Schließlich zeigen die Figuren 8 und 9 die Anwendung er¬ findungsgemäßer Kaltköpfe 3 bei Kryopumpen 31. Diese weisen jeweils ein topfförmiges Gehäuse 32 mit einer darin befindlichen Pumpfläche 33 auf. Die offene Seite des Gehäuses 32 bildet den Pumpeneiinlaß 34 und ist mit einem Flansch 35 zum Anschluß an einen Rezipienten aus ¬ gerüstet.

Bei der Kryopumpe 31 nach Figur 8 ist eine "offenliegende" Kondensationsfläche 33 vorhanden. Die Pumpfläche 33 steht mit dem Kaltkopf 3 in wärmeleitender Verbindung und erstreckt sich parallel zur Ebene der Einlaßöffnung 34. "Offenliegend" bedeutet, daß ein im Pumpeneinlaß 34 befindliches, der Abschirmung von Strah-

lung dienendes Baffle nicht vorhanden ist. Diese Bauwei ¬ se ist bisher nur bei Kryopumpen für Wasserdampf be¬ kannt. Infolge der Verwendung eines erfindungsgemäß aus¬ gebildeten Kaltköpfes kann diese Bauweise jetzt auch bei Kryopumpen für bei tieferen Temperaturen kondensierbare Gase, wie Stickstoff, Argon oder dergleichen, eingesetzt werden. Der Kaltkopf 3 ist auf solche Temperaturen opti¬ miert, die zur Kondensation der Gase erforderlich sind. Für Stickstoff und Argon ist eine Temperatur von ca. 20 K erforderlich; für Xenon reicht eine Kühlung auf 35 K aus. Eine Optimierung auf Temperaturen aus dem Tempera¬ turbereich 10 bis 35 K ist deshalb bei dieser Applika¬ tion zweckmäßig.

Bei der Kryopumpe 31 nach Figur 9 ist ein im Pumpenein¬ laß 34 angeordnetes Baffle 36 vorhanden. Es steht in wärmeleitender Verbindung mit einem Strahlungsschild 37, das die Pumpfläche 33 umgibt. Für die Kühlung von Baffle 36 und Schild 37 ist ein zweiter, vom einstufigen Kalt¬ kopf 3 zur Kühlung der Pumpfläche 33 unabhängiger, eben¬ falls einstufiger Kaltköpf 3 vorgesehen. Zweckmäßig ist der der Pumpfläche 33 zugeordnete Kaltkopf wieder für Temperaturen im Bereich von 10 bis 35 K optimiert, wäh¬ rend der dem Schild 37 zugeordnete Kaltkopf 3 für Tempe¬ raturen von etwa 80 K optimiert ist.

Ein wesentlicher Vorteil von mit einstufigen Kaltköpfen 3 gekühlten Kryopumpen liegt noch darin, daß einstufige Kaltköpfe bei höheren Temperaturen wesentlich höhere Leistungen haben als zweistufige Kaltköpfe (vgl. Figur 4) . Kryopumpen mit einstufigen Kaltköpfen sich deshalb besonders geeignet für Applikationen, bei denen die Kryopumpe häufiger abgeschaltet werden muß. Die bis zum Erreichen der Betriebstemperatur vergehenden Einkühlzei¬ ten sind bei Kryopumpen mit einstufigen Kaltköpfen we¬ sentlich kürzer.