Криорефрижератор на гелии п

 

Изобретение относится к криогенной технике, предназначено для термостатирования объектов, работающих при температурах ниже 2,17К, и позволяет повысить надежность за счет стабилизации теплоотвода. Криорефрижератор имеет системы азотной и гелиевой тепловой защиты, а также системы, предназначенные для подвода жидкого гелия и откачки его паров. Получение температур ниже 2,17К производится путем вакуумной откачки парового пространства в криостате. При температуре 2,17К происходит λ - переход в гелий I с образованием сверхтекучей и сверхтеплопроводной фазы (гелий II). Для криостабилизации охлаждаемого объекта - односторонне заглушенного канала - внутрь него подается гелий II. Внутри криостатируемого объекта, сообщающегося с жидким гелием II через пористую вставку со значительными размерами пор (более 10<SP POS="POST">-4</SP> см), расположен дополнительный трубопровод, выполненный из нетеплопроводного материала, сообщающийся с одного конца с полостью криостата, содержащей гелий II и имеющий на противоположном конце вставку в поперечное сечение в виде пористого элемента с порами размером не более 10<SP POS="POST">-4</SP> см, находящуюся вблизи для криостатируемого объекта. Благодаря такому конструктивному выполнению криорефрижератора повышается надежность его работы, что обеспечивается непрерывной циркуляцией гелия II внутри криостатируемого объекта. При этом стабилизируется теплоотвод от внутренней стенки объекта за счет предотвращения обратного перехода гелия II в гелий I. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСК! >Х

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,„„>4 1- 1? с 3 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ж

ГОСУДАРСТ(:>ЕННЫЙ НОМИТЕТ

П(:) ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬ4ТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4374868, .31-26 (22) 04.02.88 (46) 15.12.89. Бк)л. ¹ 46 (7l) Всесоюзный заочный машиностроитель ный институт (72) Е. Е. Лягушин, O. с. Гончарук и Л. E Крымов (53) 621 59 (088.8) (56) Патент (.11И,% 3442091. кл, 62 55, 1969. (54) КРИОРЕФРИЖЕ РЛТОР HA П:—

ЛИИ 11 (57) Изобрстсlitl(относится к криогсннои технике, предназначено для термостатирования объекгов, работак>щих при температурах ниже 2,17К, и позволяет повысить надежность за счет стабилизации теп;и> отвода. Криорефрижвратор имее систем),i азотной и гелисвой тепловой защиты, также системы, предназначенные для подвода жидкого гелия и откачки его паров.

Получение температур ниже 2,17К производится путем вакуумной откачки парового пространства в криостате. При температу рс 2,(?V, 1)рои< хх>.1ит ).-перс ход в гелий 1 с

Изобретени«относится к криогенной технике и может быть использовано в устройстгах, p360T3!olttHK в Области темпс ратур от 2.17К и !Iii>K(. ((а фиг. 1 показано нредлагасмос устройство, общий вид; на фиг. 2 — то же, при горизонтальном расположении теплоОбмснника кана 13

Устройство содержит криостат 1, который, в свою очередь, помещен в промежуточныи (O(: (1 2 I hK)tl p3, 13 ИO. 1 нс li llhlH жидким лием. О6;1 ати с<к уда р;)зл>с)цсilhl внутр). на p > ж ИОI О (. <>(> д;1 3 gt>K)3 p3 (. жидким 33() тол .

„„Я0„„1529001 А 1

Образованием сверхтекучей и (.IiepKTetisoпроводной фазы (гелий II). Для криостабилизации охлаждаемого объекта -- односторонне заглушенного канала — внутрь него подается гелий l l. Внутри криостатируемого Объекта, сообщающегося с жидким гелием II через пористую вставку со значительными размерами пОр (более 10 см), расiio.",oæPн д<)полнительный трубопровод, выполненный из нетеплопроводного материала. сообщающийся с одного конца с полостью криостата, содержа(цей гелий II, и ил>ек>щий И3 противоположнол(конце вставку в поперечное сечение в виде пористого алемснта с порами размером не более

10" см, находящуюся вблизи для криостатируемого обьекта Благодаря такому конструктивному выпо,)нсник) криорефрижераТ () P < i i < > И l il I I I 11 < I С Я I I 11, t <. К I i () (. Г Ь С Г О Р 11 О О Г Ы, t T O

<>6." ПЕЧИВастСя НСПрерЫВНОй цнрКуЛяцИЕй

I;.>ия II внутри криостатирусмого объекта.

>>ри лг).) ч (. Tdбил изи рл ст<. я т(п.1ООтBo.l От внутренней стенки Об ьекта за счет предотвращения обратного перех<>да гелия 11 в гелий 1 2 ил.

Гелий II находится в верхней «;ioiи крио(13Td 1, которая с ной перегородки 4 Отделена От нижней часги, в которои 113%()1HT(p. криост;>тирусмый

Об ьскт 5 и и с г<) ч ни к 6 теп. Io выдслс ни и

Гелий II в криостат I поступи T H3 промежуточной емкости 7, имсю>цсй порисTo(днип(с, выполненно(из л(атсриала с разл(срами пор менее 10 см, размещенной в 1 солон >Оля ци>) ИИОЙ K pl llllK<. 8.

IPp((зтл Kpt>l III K(IlpOX();tHT Tp), <)()1)p()t>O:I hi

9 и 10 для Il<)dïèòêè жидhH÷ гелием как п()ол(ежуточной (л)кости 7, так и с<)oу ш 2, !

529001 я также трубопровод 11, через который производится вакуумирование криостата

KpHo(. Ta T I и сосуд 2 соединены трубопроводом 12 с хранилищем 13 жидкого гелия н с вакуум-насосом 14, служащий для и» )я II Ho(o вакуумирования системы.

Вак), ),ì-насос 15 служит для откачки паров гелия из криоста га 1 и сосуда 2 в режимс стационарного криостатирования и для предваритс.)ьного вакуумирования полости

16 через трубопровод 17, Все трубопрово- 10 ды имеют вентили 18 25.

Внутри п()лости 16 помещен криостатируемый обьi Hò 5, выполненный в виде стяh;IIIiI Верхняя часть стакана разме1цены в по.)ости 26 с жидким гелием 11. Внутрен не(пространство объекта 5 отделено от по.и)(ти 26 пористой вставкой 27, выполненной из материала, имеющего поры размером больп)им, чем О см.

Внутри объекта 5 размещается дополнительный трубопровод 28, выполненный 20 и:3 нетеплопроводного материала. Один из торцов этого трубопровода соединен с по26, в КоТороН находится жидкий гелий II, а второй снабжен пористой вставк()и 9 H.I MHT(pHH за с p33MepaMH (lop менее 10 см.

11а фиг. 2 показан вариант предлагаемого устройства при горизонтальном расположении термостытируемого объекта 5.

В этом случае внутреннее пространство с()(х да ра.)делено вертикальной теплоизоляционной перегородкой 4 на две по.чо TH. В oдной из этих полостей 26 располыг;)ется гелий II, расположена промежуточная емкость 7, служащая для подпиткli полости 26 жидким гелием 11.

Полости 26 и 16 находятся в тепло- 35 вом I (»IT;II Te п()средством криостатируемого объекты 5, внутреннее пространство которого (()nf»(lac T«H с полостью 26 через пористхк) вставку, выполненную из материалы р;)зм(!)ими пор более 10 см, 40

Внхтри объекта 5 расположен дополнительный трубопровод 28.

Один из торцов этого трубопровода соединен с полостью 26, в которой находится жидкий гелий 11, а второй снаб- 45

)к(. и пористой всты вкой 29 из мятериы1;I с размерами пор менее О см.

Источник 6 тепловыделений находится в полости 16, предварительно вакуумироваlilies которой производится через трубопровод 17, проходящий через теплоизоля- 50 ционную крышку 8.

Предлагаемое устройство работает следующим ()бра 3ом. (. помощью вакуум-насосов 14 и 15 через трубопроводы 12, 9, 11, 10, 17 при () гкрытых вентилях 19 — 25 и закрытом вентиле 18 производится вакуумирование полостей 16 11 26 криостата 1 и внутреннего объемы промежуточного сосуда 2.

Одновременно в со"уд 3 заливает н жидКнй аЗОт, КОтОРЫй ПОСТОЯННО ДОЛЫ н(1(ГСЯ по необ.ходи мости.

I I() достихк(нии н(об.x()димого )3;III, хlы н криостат(! и сосуде 2, вснтили 19 и 24 пере (рываются и при откр тии вентиля !8 производится заливка пол(тей сосуда 2 и полости 26 через промежуточнук) емкость 7 жидким гелием, находящемс)1 В хра нили ще 13.

Дdëåå с помощью вакуум-насоса 15 пхтем откачки паров гелия над уровнем жидкости в полости 26 снижается его температуры до необходимого уровня ниже

2,17K) При этом гелий в полости 26 переходит в сверхтекучее состояние.

Интенсивность откачки паров гелия регулируется с помощью вентилей 2! и 22. В свою очередь, интенсивность подвода жидкости гелия в полости криостата 1 и сосуда 2 регулируется вентилями 23 и 25.

Сверхтекучий гелий заполняет внутреннее пространство криостатируемого объекта 5 и таким образом происходит его зяхолажива ние.

При включении источника тепловыделений 6 тепловой поток от него воспринимается термостатируемым объектом 5 и передается к находящемуся внутри него гелию II.

Г1ри подводе тепловой энергии к гелию II, находящемуся внутри объекта 5, происходит накопление нормальной составляющей гелия в межтрубном пространстве объекта 5, которая не может проникать через пористую вставку 29 внутрь трубопровода 28.

При этом внутри объекта 5 растет статическое давление и под его воздействием часть нормальной составляюшей гелия II будет выбрасываться в полость 26 через пористую вставку 27.

В то же время благодаря капиллярным эффектам, возникающим в пористой вставке 29, имеющей микрокапиллярную

I I 0pHcT()(. ть, бх :I(Il p() H(. õo,÷ить иод(. ы(ы (le) ние гелия II в виде сверхтекучей составляющей из полости 26 в межтрубное пространство объекта 5.

Благодаря описанным эффектам, внутри об ьекта 5 возникнут конвективные токи, сопровождающиеся дополнительным переносом тепловой энергии, что приведет к стабилизации температуры криостатируемых стенок объекта 5.

Необходимый для стационарной работы криорефрижератора уровень жидкого гелия

11 в полости 26 поддерживается непрерывной подпиткой гелием 11 этой полости через промежуточную емкость 7, имеющую мелкопOристую вставку в своем дне, что позволяет производить подпитку полости 26 только сверхтекучей составляющей гелия II.

1529001

16

Формула изобретения

Криорефрижератор на гелии I I, включающий криостат, полость которого заполнена гелием 11, систему тепловой защиты выполненную в виде коаксиально размещенных сосудов, заполненных жидкими гелием и азотом, хранилище жидкого гелия и вакуумные насосы, соединенные с помощью трубопроводов с криостатом, криостатируемый объект, выполненный в виде стакана, размещенный в криостате и заполненный гелием I I, и источник тепловыделений, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы за счет стабилизации теплоотвода от стенок криостатируемого объекта, криорефрижератор снабжен дополнительным трубопроводом, выполненным из нетеплопроводного материала и установленным внутри криостатируемого объекта,а криостатируемый объект снабжен пористой вставкой с размерами пор более

l0 см, размещенной на свободном его горце, при этом один из торцоь дополнительного трубопровода снабжен пористой вставкой с размерами пор менее 10 см и размещен у дна криостатируемого объекта, а другой торец соединен с полостью криостата.! 529Р0! ели .ЖиФкю

Ртсас ппрд

27

29

З ! б

«.н I,li>)II< .)i Л. I!икн) ин

Ред))ктор l!. (:< f,))<íèë 1 < >, (><.i l!. Ве р< < Корректор, 1 Гт« лид

:3<)к)).) > б))(),33 Гир;)ж 4:!3 (I<)днис II<)L

В(11(1(П(! Гос<дарстненно)о комитета по изоб(к <ения<) и открытиям при KHT <,(:(.Р ! 13035, Москва, Ж 35, а(>нская наб, д 4, 5

1(ро)<знодстнеH)i<)-издате.)некий комбин:>г «11ат ll! г Ужгород, v, I аг,)рина, !((I