Ook de astronauten in het International Space Station (ISS) hebben koelsystemen nodig voor apparatuur, zoals een infrarooddetector. En die systemen mogen eigenlijk nooit kapot gaan, want even wat onderdelen van de aarde laten komen, is niet eenvoudig. Zeker niet nu de dagen van de spaceshuttle geteld zijn. “Voor ultra-betrouwbare koelsystemen werk je het liefst zonder bewegende delen in de kou”, legt promovenda ir. Manon Will van de groep Lage Temperaturen van de faculteit Technische Natuurkunde uit. “Een manier om dat te doen, is met een pulsbuiskoeler, die ook in het ISS gebruikt wordt.” Dat is een buis vol heliumgas, waarin een compressor afwisselend een hoge en een lage druk levert, zodat het gas eerst de ene kant op stroomt en vervolgens weer terug. Will: “Een drukverhoging betekent samenpersen en daardoor een temperatuurverhoging. Bij de lage druk zet het gas weer uit en daalt de temperatuur dus. Omdat het gas een bufferruimte is binnengestroomd, stroomt het vanuit een grotere ruimte terug, waardoor de temperatuur onder de beginwaarde daalt. Er treedt dus koeling op.”
Om het effect nog te vergroten, bevindt zich in de buis een grote prop poreus staal, de regenerator. Deze heeft een hoge warmtecapaciteit en daardoor neemt hij gemakkelijk warmte op van het gas. “Hoe lager de pulsbuis moet kunnen koelen, hoe duurder het materiaal van de regenerator wordt. Daarom heb ik in mijn promotieonderzoek onderzocht of deze vervangen kan worden door een warmtewisselaar. Daarin geeft een warm gas warmte af aan een kouder gas doordat ze een goed thermisch contact met elkaar hebben. Hiervoor moest ik twee pulsbuizen, die in tegenfase werken, parallel aan elkaar schakelen. De optimale geometrie voor de warmtewisselaar heb ik gevonden in een honingraatstructuur van 331 buisjes (zie foto), waar het hete gas dóórheen kan stromen en het koude er ómheen.” Will hoopt op 9 februari op haar onderzoek te promoveren.

Tekst: Jim Heirbaut
Foto: Michiel van Gorp

Heeft u tips voor deze nieuwe serie; mail ze dan naar cursor@tue.nl.