Криостат

 

КРИОСТАТ, содержащий подвешенный на горловине в вакуумируемом корпусе гелиевый сосуд, окруженный теплоизолированными коаксиально расположенными радиационными экранами, охлаждаемыми парами гелия, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем использования полезного объема криостата, гелиевый сосуд вьшолнен в виде расположенных одна в другой камер, при этом.горловина размещена во внутренней камере на расстоянии от ее стенок, прикреплена нижней частью к ее днищу и сообщена с внешней камерой посредс.твом отверстия, выполненного в днище внутренней камеры .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

"1 (19> S (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3594892/23-26 (22) 20.05.83 (46) 23.09.85. Бюл. Р 35 (72) В.Н. Логвинов, Ф.Ф. Менде, А;В. Магдыч и В.И. Тюкова (71) Физико-технический институт низких температур АН УССР (53) 621.59 (088.8) (56) Патент Великобритании N 1167902, кл. F 17 С 3/08, 1969., Патент ФРГ У 1601908 кл. F 17 С 3/03, 1970.

Chem. Anlag. + Ver f arhen, 1979, У 1, с. 28, рис. 3. (54)(57) КРИОСТАТ, содержащий подвешенный на горловине в вакууми(g))4 F 17 С 3/00 F 25 D 3/10 руемом корпусе гелиевый сосуд, окруженный теплоизолированными коаксиально расположенными радиационными экранами, охлаждаемыми парами гелия, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем использования полезного объема криостата гелиевый сосуд выполнен в виде расположенных одна в другой камер, при этом. горловина размещена во внутренней камере на расстоянии от ее стенок, прикреплена нижней частью к ее днищу и сообщена с внешней камерой посредством отверстия, выполненного в днище внутренней камеры.

80640

15.

30

50

1 11

Изобретение относится к криогенной технике, более конкретно к криостатам, используемым для охлаждения различных приборов и устройств (в том числе, сверхпроводящих резонансных систем) при криогенных температурах в течение длительного времени.

Известен криостат, содержащий сферический гелиевый сосуд, размещенный в вакуумной полости и окруженный радиационными экранами, охлаждаемыми отходящими парами гелия. Самый внутренний экран прикреплен к нижней части горловины гелиевого сосуда, а каждый следующий экран прикрепляется к вышележащей части горловины. Пространство между корпусом и радиационными экранами заполнено теплоизоляцией, например свернутой фольгой или изолирующим порошком (1 ).

Недостатком такой конструкции является достаточно большая скорость испарения жидкого гелия.

Это обусловлено нерациональным использованием энтальпии отходящих паров гелия, так как происходит недостаточный теплообмен между отходящими парами гелия и прикрепленными описанным образом радиационными экранами.

Максимальное сокращение теплопритоков к гелиевому сосуду достигнуто в криостатах., в которых гели— евый сосуд окружен так называемыми управляемыми радиационными экранами: радиационные экраны снабжены укрепленными на них теплообменниками, например змеевиковыми, служащими для эффективного использования холода отходящих паров гелия (2 ).

Однако теплоприток по опорам криостата значителен.

Наиболее близким к изобретению . является криостат, содержащий .наружный вакуумируемый герметичный корпус и подвешенный к корпусу на цилиндрической горловине цилиндрический гелиевый сосуд. Гелиевый сосуд окружен теплоизолированными коаксиально расположенными охлаждаемыми парами гелия радиационными экранами, укрепленными на горловине. Для уменьшения доступа тепла к жидкому гелию горловина выполнена максимально тонкостенной, длинной и из материала с малой теплопроводностью. Пространство между корпусом и управляемыми радиационными эк-. ранами заполнено теплоизоляцией (3 ).

Однако из-за крепления верхней части гелиевого сосуда на нижней части горловины не удается эффективно использовать полезный объем криостата.

Цель изобретения — повышение эффективности путем использования полезного объема криостата.

Поставленная цель достигается тем, что в криостате, содержащем подвешенный на горловине в вакуумированном корпусе гелиевый сосуд, окруженный теплоизолированными коаксиально расположенными радиационными экранами, охлаждаемыми парами гелия, гелиевый сосуд выполнен в виде расположенных одна в другой камер, при этом горловина размещена во внутренней камере на расстоянии от ее стенок, прикреплена нижней частью к ее днищу и сообщена с внешней камерой посредством отверстия, выполненного в днище внутренней камеры.

На чертеже схематически изображен предлагаемый криостат, общий вид.

Криостат содержит вакуумированный герметичный корпус 1. Внутри корпуса 1 подвешен на сильфонной rop ловине 2 цилиндрический гелиевый сосуд 3. Гелиевый сосуд 3 выполнен в виде размещенных одна в другой камер 4 и 5. Горловина 2 размещена внутри камеры 5 на расстоянии от ее стенок. Кроме того, горловина 2 прикреплена своей нижней частью к днищу камеры 5 и сообщена с внешней камерой 4 при помощи отверстия б, расположенного по вертикальной оси криостата на границе соединения гор— ловины 2 с днищем камеры 5, Гелиевый сосуд 3 окружен шестью коаксиально расположенными радиационными экранами 7 со змеевиковым теплообменником 8 из сплющенной трубки. Верхние части 9 всех радиационных экра— нов 7 последовательно соединены расположенным по всей их поверхности змеевиковым теплообменником 8. Зме-. евиковый теплообменник 8 соединен на входе с верхней частью внешней камеры 4, а на выходе — с заливочно-выпарным гелиевым патрубком 10, установленным на верхней части кор-, 1180640 остата.

Технические харак

120

РС,5

0,5 г 240

Высота криостата, мм

550

1200

600

113

520 пуса 1. Пространство между корпусом 1 и радиационными экранами 7 заполнено экранно †вакуумн теплоизоляцией 11, выполненной в виде слоев алюминизированной полиэтилентерофталатной перфорированной пленки. Вакуумирование криостата осуществляется через откачной вентиль

12, расположенный на верхней части корпуса 1. Регулировка скорости испарения жидкого гелия через горловину 2 осуществляется системой 13 вентилей, также расположенных на верхней части корпуса 1. С верхней частью горловины 2 система 13 вентилей соединена посредством труб ки 14, укрепленной во фланце 1 вакуумно-.плотно соединенном с горловиной 2 .

Криостат работает следующим образом.

После вакуумирования внутренней полости криостата откачной вентиль

12 перекрывается. В горловину 2 помещается криостатируемый объект, и фланец 15 криостата герметизируется. Гелиевый сосуд 3 наполняется жидким гелием через трубки 14. После этого трубка 14 для заливки жидкого гелия в горловину 2 соединя-,. ется с системой регулировочных вентилей 13. В дальнейшем жидкий гелий из гелиевого сосуда 3 испаряется либо через змеевиковый теплообменник 8, либо через горловину 2 и систему регулировочных вентилей 13. C помощью регулировочных вентилей 13 удается регулировать уровень жидкого гелия в горловине 2 в зависимости от требований эксперимента: криостатируемый объект полностью погружен в жидкий амФФ ,.Объем гелиевого сосуда, дм

Количество экранов

Расчетная испаряемость жидкого гелия, дм /сут

Расчетное время полного испарения жидкого гелия, сут

Наружный диаметр криостата, мм

Диаметр гелиевого сосуда, мм гелий; криостатируемый.объект находится над поверхностью жидкого гелия в горловине 2; жидкого гелия в горловине 2 нет, т.е. дежурный режим: жидкий гелий испаряется только через змеевиковый теплообменник 8. В данном случае криостат используется только как хранилище жидкого гелия. При этом ско10 рость его испарения снижается, так как жидкий гелий в горловине 2 отсутствует.

Независимо от требований эксперимента криостат работает в режи15 ме отрицательной обратной связи: чем большая тепловая мощность поступает на жидкий гелий, тем интенсивнее его испарение, и тем сильнее охлаждаются отходящими из гелие2р вого сосуда 3 парами гелия экраны 7.

Это ведет к снижению общей испаряемости жидкого гелия из сосуда 3.

Процесс теплообмена продолжается до тех пор, пока не наступит дина25 мическое равновесие системы в целом.

Сравнительные технические характеристики предлагаемого криостата и базового объекта представлены в таблице.

Таким образом, предложенная конструкция криостата обеспечивает 6олее чем в 2 раза больший коэффициент использования полезного объема криПредложенное крепление и взаиморасположение гелиевого сосуда и горловины обеспечивает создание криостатов с длительным временем работы (при единоразовой заливке гелия) и с рациональным использованием полезного объема криостата.

1180640

1000

220

340

10,2

0,06

0,15

0,35

Составитель Г. ОльшанскаяРедактор С. Патрушева Техред Т.Дубинчак Корректор А. Обручар

v .1

Заказ 5906/35 Тираж 464 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород., ул. Проектная, 4

Диаметр горловины, мм высота горловины, мм .Общий полезный объем криостата, дм Объем горловины, дм

Объем пространства меящу стенками горловины и гелиевого сосу а з

Коэффициент использования полезного объема криостата (отношение объема гелиевого сосуда к общему полезному объему криостата) 7

7