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URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2000/233/


Optimierung eines Pulsröhrenkühler-Systems für die Sensorkühlung bei 80 K

Klundt, Kai


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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Angewandte Physik
Fachgebiet: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 05.05.2000
Erstellungsjahr: 2000
Publikationsdatum: 09.05.2000
Kurzfassung auf Deutsch: In dieser Arbeit wird die Entwicklung eines Miniaturpulsröhrenkühler-Systems bestehend aus Kompressor und Kaltkopf für Kühlleistungen um 300 mW bei 80
K vorgestellt. Solche Kühler sollen HTSL- und Infrarotsensoren kühlen, die in der Laborumgebung mit flüssigem Stickstoff als Kältemittel betrieben werden.
Dabei ist der Pulsröhrenkühler als Neuentwicklung neben dem herkömlichen Stirlingkühler aufgrund seines einfachen Aufbaus ohne bewegliche Teile im kalten
Bereich des Kühlers eine preisgünstige, störarme und langlebige Alternative.


Im ersten Teil wird die Entwicklung zweier Kompressoren mit Linearmotor und Scheibenfederlagerung gezeigt, wobei eine Kolben- und eine
Zylinderbewegung getestet wurde. Dazu wird die Modellierung des Linearmotors einschließlich magnetischer Flußverteilung vorgestellt und verschiedenen
Möglichkeiten der magnetischen Abschirmung des Streufeldes diskutiert, wobei die vielversprechenste Variante (hartmagnetische Abschirmung) eingesetzt
worden ist. Mit Hilfe einer Echtzeitpositionsbestimmung der Kolbenbewegung werden Modellberechnungen und Meßergebnisse verglichen.


Als zweite Komponente eines Pulsröhrenkühlers wird der Kaltkopf vorgestellt. Zwei Varianten, Nadelventile und Kapillaren, zur Steuerung der Impedanzen
von Double-Inlet und Orifice sind realisiert worden und werden bewertet. Neben einer Modellierung der Vorgänge von Massenflüssen und dynamischen
Drücken, sowie dem Verhalten des Durchflußwiderstands bei periodischem, laminaren und turbulentem Gasdurchfluß, wird besonders der Einfluß von
Verlustquellen wie Regeneratormatrix und DC-Fluß anhand von Meßergebnissen diskutiert. Nach der Optimierung des Kaltkopfes werden damit bei 90 W
elektrischer Eingangsleistung Temperaturen <73 K und 283 mW bei 80 K erreicht.