HISTORIE RCC Koude & luchtbehandeling Tekst: Prof. Dr. Dirk van Delft De Stirlingkoelmachine van Philips Philips is opgericht in 1891 aan de Emmasingel in Eindhoven, nu locatie van ‘gevraagd een bekwaam jong doctor het Philips-museum. Aanvankelijk produceerde het bedrijf alleen kooldraad- in de natuurkunde, vooral ook goed lampen voor de internationale markt. Met groot succes, daarbij geholpen door experimentator’ – en op 2 januari het ontbreken in Nederland van een octrooiwet. De ‘gloeilampenfabriek uit 1914 ging Gilles Holst in Eindhoven het zuiden des lands’ kon straF eloos innovaties die elders waren uitgedacht aan de slag als directeur van het overnemen en verbeteren. De halfwattlamp, met in het glazen bolletje Philips Natuurkundig Laboratorium, gespiraliseerde wolfraamgloeidraden, werd in 1915 door Philips geïntrodu- kortweg NatLab. ceerd, een half jaar nadat concurrent General Electric in Schenectady (New Met Holst haalde Philips een York) de vereiste technologie in het eigen onderzoekslaboratorium had onderzoeker in huis die gepokt en ontwikkeld. gemazeld was in de wereld van de koudetechnologie. Holst was assistent in het befaamde cryogeen laboratorium van de Leidse fysicus oen in 1912 Nederland na 43 Niet alleen om nieuwe producten te en Nobelprijswinnaar Heike T jaar opnieuw een octrooiwet bedenken, maar ook om een Kamerlingh Onnes. In 1911 was hij kreeg, kwamen Gerard en patentenportefeuille te ontwikkelen nauw betrokken bij de ontdekking Anton Philips tot het inzicht dat, die het bedrijf strategisch kon van supergeleiding. In Eindhoven wilde Philips zijn positie veilig inzetten en te gelde maken. Er zorgde Holst voor een bijna acade- stellen, het ook een eigen onder- verscheen een advertentie in de misch onderzoeksklimaat, waarin zoekslaboratorium moest starten. Nieuwe Rotterdamsche Courant – naast trouble shooting en testen volop ruimte was voor uitdagend onderzoek. Zijn opvolger, Hendrik Casimir, ging nog een stap verder. In zijn periode 1946-1972 draaide het in het NatLab in de eerste plaats om fundamenteel onderzoek, zonder ook maar te denken aan mogelijke toepassingen. Dat leidde maar af, toepassingen kwamen vanzelf. Stirlingmotor Het is in deze ambiance, van wilde onderzoeksideeën de ruimte geven, van nieuwe terreinen betreden zonder direct aan fi nancieel gewin op de korte termijn te denken, dat in de jaren dertig in het NatLab de gedachte opkwam om de Stirling- motor in te zetten voor koeling. De betreO ende onderzoeksgroep stond onder leiding van Herre Rinia, na zijn studie elektrotechniek in Delft in 1928 bij Philips in dienst getreden (en na de oorlog mededirecteur van Het onderzoek binnen Philips Research naar MRI-scanners vindt vooral in Hamburg plaats. het NatLab). Koudeproductie via de 20 JULI/AUGUSTUS 2014 107 e JAARGANG HISTORIE Koude & luchtbehandeling RCC Philips en supergeleiding Stirlingmotor nam in de jaren zestig en zeventig een hoge vlucht binnen Dezelfde operatie Centurion die de Stirlingmotor uit het NatLab verbande, Philips. Cryogenerators, zoals de maakte ook een einde aan het fundamentele Philips-onderzoek naar machines voor vloeibare lucht, supergeleiding. Dat betekent niet dat Philips op dat terrein geen activiteiten stikstof, zuurstof, waterstof, et meer onderneemt. Het huidige Philips steunt na alle reorganisaties op drie cetera gedoopt werden, vonden poten: Lighting, Consumer Lifestyle en Healthcare. Binnen die laatste tak hun weg over de hele wereld. hebben MRI-scanners een belangrijk aandeel in de omzet. De Stirlingmotor dateert al van 1816. Dat jaar bedacht de Schotse domi- MRI (Magnetic Resonance Imaging) is een beeldvormende techniek op nee Robert Stirling een zeer e8 ci- basis van een krachtig magneetveld in combinatie met radiofrequente ente heteluchtmotor. In die motor golven. Dat veld wordt opgewekt in een stroomspoel met wikkelingen van beweegt lucht in vier stappen heen supergeleidende draad. In zijn jonge jaren in het Leidse cryogeen labora- en weer tussen een hete en een torium was Gilles Holst na de ontdekking van supergeleiding in 1911 koude ruimte. In de hete ruimte zet de lucht uit en verricht hij arbeid betrokken bij pogingen om compacte, zeer sterke magneten te maken. door een zuiger te verplaatsen. De Immers, in een supergeleidende draad ondervindt elektrische stroom Stirlingmotor moest een alternatief geen enkele weerstand en is de warmteontwikkeling dientengevolge nul. bieden voor de stoommachine, met Een supergeleidende spoel kan dus niet doorbranden, in tegenstelling tot zijn ontplofbare hogedrukketel een een gewone spoel bij te hoge stroomsterkte. Kamerlingh Onnes droomde risico voor de omgeving. Ondanks direct na de ontdekking in 1911 al van supergeleidende magneten van een hoog rendement, weinig ongekende sterkte. bewegende delen en grote vrijheid in brandstof heeft de Stirlingmotor, Helaas ging die droom snel aan scherven. De supergeleidende metalen van die ook nog eens heel stil loopt, zijn het eerste uur (kwik, lood, tin – de zogeheten type I-supergeleiders) bleken belofte nooit waar kunnen maken. stuk voor stuk bij relatief geringe stroomsterktes weer in de normale Zwakke punten zijn de complexe toestand te raken, inclusief warmteontwikkeling. Pas aan het begin van de warmtewisselaars, gebrek aan fl exibiliteit in toerental en ook jaren zestig kwamen er legeringen beschikbaar (niobium-titaan, niobium- bestaan er voor de hogere vermo- tin) die wèl hogere stromen aankonden. Dankzij deze type II-supergeleiders gens (elektriciteitscentrales) min- zijn krachtige compacte magneten alsnog mogelijk. Probleem is wel dat stens zo e8 ciënte alternatieven. deze legeringen pas bij extreem lage temperaturen supergeleidend raken, zodat ze koeling met vloeibaar helium (-269°C) vereisen. Omkeren In 1834 was de beroemde Britse Groot was dan ook de opwinding toen in 1986 in het IBM-laboratorium in sterrenkundige John Herschell de Zürich supergeleiders van keramisch materiaal opdoken met een veel eerste die zich realiseerde dat een hogere sprongtemperatuur (de temperatuur beneden welke supergelei- ‘omgekeerde’ Stirlingmotor, die niet ding optreedt). Bij ytrium-barium-koperoxide (YBCO) ligt de sprongtem- op brandstof loopt maar anderszins peratuur op -180°C, zodat niet langer vloeibaar helium als koelmiddel (later via een elektromotor) draai- nodig is maar het stukken goedkopere vloeibare stikstof volstaat. ende wordt gehouden, als koelma- chine functioneert. Bij dit gebruik Zodra de ontdekking van de hoge temperatuursupergeleiding een feit was, bestaat fase één van de gesloten liet de complete fysische wereld alles waar men op dat moment mee bezig cyclus uit het overdragen van was uit zijn handen vallen. Massaal dook men op het nieuwe verschijnsel: mechanische energie van de zou er een materiaal zijn dat al bij kamertemperatuur supergeleidend is? externe elektromotor op de zuiger, Binnen Philips waren het Andries Miedema en enkele medewerkers die op die daardoor gas bij kamertempera- het NatLab ermee aan de gang gingen. Tot groot verdriet van dit NatLab- tuur samenperst. Vervolgens kopstuk (tevens hoogleraar in Amsterdam en KNAW-lid) maakte Centuri- stroomt dit opgewarmde gas in fase on aan deze onderzoekslijn een abrupt einde. twee via een koeler (afvoer van warmte) en een regenerator naar de Het onderzoek aan moderne MRI-scanners concentreert zich aan de expansieruimte. Die expansie, fase Philips Research-vestiging in Hamburg. De productie van de supergelei- drie, geeft een koeleJ ect. In de dende magneten vindt plaats in Latham (New York), in het in 2006 door vierde en laatste fase stroomt het inmiddels koude gas terug naar de Philips overgenomen Intermagnetics. Dochteronderneming Superpower, compressieruimte, op zijn weg de in 2000 opgericht en pionier bij het vervaardigen van hogetemperatuur- omgeving koelend. Een kind kan de supergeleidende draad, is in 2012 weer door Philips afgestoten. was doen, en in 1873 meldde een 107 e JAARGANG JULI/AUGUSTUS 2014 21 HISTORIE RCC Koude & luchtbehandeling Tentoonstelling en boek Nog tot en met 4 januari 2015 is in Museum Boerhaave de tentoonstelling Honderd jaar uitvindingen. Made by Philips Research te zien. De tentoonstelling toont de belangrijke innovaties van dit vermaarde instituut, zoals de radiobuis, de röntgenbuis, de compact disc en innovaties op het gebied van licht. Ook de mensen achter de uitvindingen komen in beeld, met persoonlijke verhalen over nieuwsgierigheid, creativiteit en lef. Omslag van het boek ‘Philips In de begeleidende publicatie Philips Research: honderd jaar Research; 100 jaar uitvindin- uitvindingen die ertoe doen (W-books; €19,95) gaan Dirk van gen die er toe doen’. Delft en Ad Maas in op de rijke geschiedenis van dit bedrijfsla- boratorium. Tegelijk is er aandacht voor de waaier aan Tentoonstellingsbeeld ‘100 Philips-producten waartoe al die uitvin- jaar uitvindingen; Made dingen hebben geleid, voor de opmerke- by Philips Research’, lijke pioniersrol van het NatLab op het in Museum Boerhaave in gebied van elektronische muziek, voor Leiden. design en natuurlijk ook voor de mensen die Philips Research groot hebben gemaakt. Alles vergezeld van talloze illustraties uit de Philips Company Archives. Britse bierbrouwerij dat zijn Stirling tevredenheid dienst deed. Niette- over en in de koudetechniek van koelmachine al tien jaar naar min liet de e/ ciency te wensen rond de eeuwwisseling, de jaren waarin industrieel Carl von Linde zijn imperium opbouwde, speelde de Stirlingkoeler geen rol van betekenis. Radiotoestel Bij Philips deed de Stirlingmotor in 1938 zijn intrede. Het idee was dit type heteluchtmotor