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Lexikon kryotechnischer und verwandter Begriffe

 

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Absorption-Adsorption

Von sorbere lat. aufsaugen. Die Absorption ist die Fähigkeit eines Stoffes etwas in sich aufzunehmen. Adsorption ist die Fähigkeit von Festkörpern Moleküle aus Gasen oder Flüssigkeiten an ihrer Oberfläche festzuhalten.

Adiabat

siehe isenthalp

Aktivkohle

 

Adsorptionsmittel. Hergestellt z.B. aus Kokosnuß.
Spez. Oberfläche ca. 890m2/g, Dichte ca. 490kg/m3.

Claude Prozess

Der Claude Prozeß ist ein in der Kältetechnik oft angewandter Kühlprozeß, der isenthalpeund isentropeExpansion verbindet. Ein Refrigerator nach dem Claude Prinzip besteht aus einem Kompressor bei Raumtemperatur, Wärmetauschern, einer Turbine und einemJoule-Thomson Ventil. Über die Turbine wird ein Teilstrom isentrop entspannt und zur Vorkühlung der Wärmetauscher verwendet. Das Joule-Thomson Ventil entspannt das Prozessgas isenthalp aus der Gasphase in das 2-Phasengebiet.

Dewar

Nach seinem Erfinder James Dewar (*1842, +1923) benanntes doppelwandiges, vakuumisoliertes Lager- und Transportgefäß für tiefkalte Flüssiggase.

Helium

Helium ist ein farb- und geruchloses, inertes (chemisch nicht reagierendes) Gas aus der achten Hauptgruppe des Periodensystems. Helium verflüssigt sich bei -268,9°C, kann jedoch nur bei erhöhtem Druck (ca. 25bar) fest werden.
Helium wurde 1868 von Joseph Norman Lockyer im Gasmantel der Sonne entdeckt, als er eine keinem anderen Element zuordenbare Spektrallinie beobachtete. Helium wurde von Lockyer nach dem griechischen Wort für Sonne - helios - benannt. Auf der Erde wurde Helium zum ersten Mal 1895 durch Sir William Ramsay in uranhaltigem Gestein (Cleveit) nachgewiesen. Die Heliumvorkommen auf der Erde sind das Produkt radioaktiven Zerfalls. Das Helium reichert sich jedoch nicht in der Erdatmosphäre an, weil die Erdanziehungskraft nicht ausreicht, um das Helium vom Hinausdiffundieren ins Weltall abzuhalten. Neben Helium-4 kommen auf der Erde auch noch Spuren des Isotops Helium-3 vor. Helium-3 entsteht aus dem Zerfall des seltenen radioaktiven Wasserstoffisotops Tritium (Wasserstoff-3). Es macht etwa 1,3ppm (0,00013%) des Heliumvorkommens aus. Helium wird aus Erdgas gewonnen. Erdgas einiger Lagerstätten in den USA enthält bis zu 7,6% Helium.
Ordnungszahl 2
Atomares Gewicht 4,0026
Siedepunkt bei 1,013bar = 4,22K (-268,94°C)
Dichte (273K,1bar) = 176g/m³
Wertigkeit 0

HeI-HeII

Flüssiges Helium-4 (auch HeI genannt) wird beim Abkühlen auf Temperaturen unter 2,17K nicht fest, sondern es geht in eine andere Flüssigkeitsphase über. Das flüssige Helium unterhalb der Übergangstemperatur wird als HeII bezeichnet.
HeII hat Eigenschaften, die keine andere Flüssigkeit aufweist: Es dehnt sich beim Abkühlen aus und seine Wärmeleitfähigkeit ist extrem groß (ca. tausendmal größer als Kupfer). Weiterhin ist die Viskosität um ein Vielfaches kleiner als bei HeI. Weder die Wärmeleitfähigkeit noch die Viskosität von HeII unterliegen den klassischen Gesetzen. Die Übergangslinie von HeI nach HeII wird im Phasendiagramm als ?-Linie bezeichnet.
Überkritisches Helium
Helium bei einem Druck, der größer als der kritische Druck (2,3bar) ist. Überkritisches Helium ist bei jeder Temperatur einphasig, was einen Vorteil beim Transport durch lange Leitungssysteme bedeutet.

Inversionstemperatur

Charakteristische Temperatur von realen Gasen. Bei adiabaterEntspannung des Gases kommt es oberhalb der Inversionstemperatur zu einer Erwärmung und unterhalb der Inversionstemperatur zu einer Abkühlung des Gases.

isenthalp

= adiabat. Zustandsänderung bei konstanter Enthalpie d.h. es wird weder Energie in der Form von Kraft oder Wärme aus der Umgebung aufgenommen noch an die Umgebung abgegeben. Beispiel: Entspannung von Gas in einem ideal isolierten Ventil.

isentrop

Zustandsänderung bei konstanter Entropie d.h. es wird Energie in der Form von Arbeit ohne Reibungsverluste aufgenommen oder abgegeben. Beispiel: Ideale Kompression in einer Pumpe, ideale Expansion (Entspannung) in einer Turbine. (Bei der Kompression in einer Pumpe wird Leistung vom Antriebsmotor aufgenommen; Bei der Expansion in einer Turbine wird Leistung über den Turbinenschaft z.B. an einen Generator abgegeben).

Joule-Thomson-Effekt

Die von Joule und Thomson entdeckte Temperaturänderung von realen Gasen bei adiabater Expansion.

Joule-Thomson Ventil

Ventil in dem Gas unterhalb der Inversionstemperaturdurch isenthalpeExpansion abgekühlt wird. Typischerweise letztes Ventil in einem Refrigerator.

Koaleszer

Tröpfchenabscheider. Funktionsprinzip: Tröpfchen im Gasstrom prallen auf die Fasern der Koaleszerpatrone und bleiben daran hängen. Nach und nach kommen mehr Tröpfchen dazu und verbinden sich (koalieren) zu großen Tropfen. Die Tropfen laufen an den Fasern der Koaleszerpatrone herunter und sammeln sich im unteren Teil des Koaleszergehäuses.

Kondensation

Übergang vom dampfförmigen in den flüssigen Zustand z.B. bei Wasserdampf durch Abkühlung an einem kalten Fenster.

Kryopumpen

Vakuumpumpen zur Erzeugung von Hoch- und Ultrahochvakuum durch Kühlen von Teilen der Wand des Vakuumbehälters mit Hilfe verflüssigter Gase auf extrem niedrige Temperaturen, an der dann in fester Form Gasmoleküle durch Kondensation niedergeschlagen werden.

Kryostat

Kühlgerät, in dem Experimente bei sehr niedrigen, möglichst konstanten Temperaturen, meist mit Hilfe von verflüssigten Gasen (insbesondere Stickstoff, Wasserstoff und Helium) gekühlt werden können.

LNG - Liquid Natural Gas

Engl. Erdgas (hauptsächlich Methan), das zum Transport und zum Lagern durch Abkühlen unter den Siedepunkt (-161,5°C, 111,7K) verflüssigt wurde. Verflüssigtes Erdgas benötigt 600 mal weniger Speicherplatz als gasförmiges Erdgas (bei 1bar).

Molekularsieb

Adsorptionsmittel. Synthetisch hergestellte Zeolithe, d.h. kristallisierte Alkali- oder Erdalkali-Alumino-Silikate, die Kristallwasser enthalten. Die Struktur der Zeolithe setzt sich aus SiO4- und AlO4-Tetraedern zusammen, die ein Polyeder bilden. Die Polyeder enthalten in ihrem Zentrum Kavitäten, die durch Poren miteinander verbunden sind. Wenn das Kristallwasser ausgetrieben ist, stehen die Kavitäten zur Adsorption von Gasen zur Verfügung.

Phase

Zustand eines Stoffes. Z.B. fest, flüssig, gasförmig, aber auch kristallin, amorph, Glas, Plasma, etc. In der Kryotechnik bezieht sich Phase meißt auf die Zustände fest und flüssig.

Quench

In Supraleitermaterial stochastisch auftretender Effekt, bei dem ein Abschnitt des Supraleiters seine supraleitende Eigenschaft kurzzeitig verliert. Kommt es zu einer größeren Anzahl von lokalen Quenchen, dann kann die damit verbundene Wärmeentwicklung zu einem Lawineneffekt führen und die gesamte Spule normalleitend werden lassen. Wird die Spule mit kaltem oder verflüssigtem Helium gekühlt, dann kommt es durch den Spulenquench zu einer großen Dichteänderung und einem damit verbundenen Druckanstieg.

Refrigerator - Verflüssiger

Der Unterschied zwischen dem Refrigerator und dem Verflüssiger besteht darin, daß der Refrigerator Kälteleistung im geschlossenen Kreislauf und der Verflüssiger Kälteleistung im offenen Kreis liefert.
Geschlossener Kreislauf heißt, daß das Kühlmedium in stetigem Strom vom Refrigerator zum Kühlobjekt und wieder zurück strömt. Das kalte Rückgas wird direkt zur Vorkühlung im Refrigerator verwendet.
Beim offenen Kreis wird vom Verflüssiger Gas abgekühlt, verflüssigt und in geeigneten Tanks zwischengelagert. Der Bedarf der Kühlobjekte an verflüssigtem Kältemittel wird durch transportable Tanks gedeckt und verdampftes Kältemittel wird dem Verflüssiger nach dem Anwärmen auf Raumtemperatur zugeleitet.

Silikagel

Kiesel-Xerogel, SiO2*nH2O, Adsorptionsmittel. Herstellung durch vorsichtige Trocknung angesäuerter Silikatlösungen.

Stickstoff

Stickstoff ist ein farb- und geruchloses, nicht brennbares Gas. Dichte (273K, 1bar) = 1234,2g/m3, Siedepunkt bei 1,013bar = 77,35K Gewinnung durch Luftzerlegung.

Superisolation

Sehr wirksame thermische Isolation in der Tieftemperaturtechnik, die auf dem Prinzip der Verringerung der Wärmeeinstrahlung im Hochvakuum durch Strahlungsschilde beruht. Die S. besteht aus einer dünnen Kunststoffolie, die verspiegelt ist, und aus einer Abstandshalterschicht z.B. einem feinen Kunststoffnetz.

Thermoakustische Oszillationen

Thermoakustische Oszillationen sind Gasschwingungen, die in gasgefüllten Rohren entstehen können, wenn die Rohre am einen Ende kalt und am anderen Ende warm sind. Dies ist z.B. bei Entnahmeleitungen und Sicherheitsleitungen der Fall. Die thermoakustische Schwingung führt zu einem Wärmetransport vom warmen Ende zum kalten Ende der Rohrleitung.

Transferleitung

Rohrleitungssystem zum Transport tiefkalter Gase. Zur Isolation befinden sich die kalten Leitungen in einem evakuierten Hüllrohr und sind meistens noch von Lagen aus Superisolationsfolieoder aktiv gekühlten Schilden umgeben.