Криостат

 

Изобретение относится к криогенной технике, а более конкретно к криостатным системам с регулируемой температурой для исследования свойства материалов и изделий. Цель изобретения - увеличение ресурса работы заливки криостата за счет эффективного теплосъема с элементов горловины. Криостат содержит сосуд Дьюмара с установленной в горловине вакуумной рабочей камерой. Он снабжен узлом вакуумной и тепловой развязки, выполненным в виде коаксиальных труб и размещенным коаксиально с зазором в горловине сосуда, охватывая с зазором верхнюю часть трубопровода подачи криогента. В горловине герметично закреплена теплоизоляционная пробка, установленная с зазором ниже торца труб узла вакуумной и тепловой развязки герметично в горловине, при этом упомянутые зазоры образуют канал для выпуска паров. В зазоре между трубопроводом подачи криогента и его вакуумной рубашкой размещен крионасос, подключенный к рабочей камере. Полость камеры сообщена с каналом для выпуска паров, а электрические провода от образца к электроразъему проложены через канал для выпуска паров. Провода и трубка отходящих из сосуда паров расположены по спиральной линии, при этом трубка размещена в зазоре между горловиной и трубами. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

фм, g

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 F 17 С 3/00, Г 25 D 3/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4179781/31-26 (22) 12.01.87 (46) 23.01.90, Бюл. Р 3 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Донецкого физикотехнического института АН УССР (72) А.Г.Демишев (53) 621.59(088.8) (56) Патент Франции У 1530666, кл. F 25 В, 1964. (54) КРИОСТАТ (57) Изобретение относится к криогенной технике, а более конкретно к криостатным системам с регулируемой температурой для исследования свойств материалов и изделий. Цель изобретения — увеличение ресурса работы с одной эалинки криостата за счет эффективного теплосъема с элементов горлонины. Криостат содержит сосуд Дьюара с установленной в горловине вакуумной рабочей камерой. Он снабжен узлом вакуумной и тепловой развязки, Изобретение относится к криогенной технике, а более конкретно к криостатным системам с регулируемой температурой для исследования снойств материалов и изделий.

Целью изобретения является увели- чение ресурса работы с одной заливки криоагента за счет эффектинноготеплосъема с элементов горловины и рабочей камеры.

На чертеже представле <о устройство.

Криостат содержит сосуд 1 Дьюара, установленную на его горлонине 2

„„SU„„)5 7949 А1

2 выполненным и виде коаксиальных труб и размещенным коаксиально с зазором в горловине сосуда, охватывая с зазором верхнюю часть трубопровода подачи криоагента. В горловине герметично закреплена теплоиэоляционная пробка, установленная с зазором ниже торца труб узла вакуумной и тепловой развязки герметично в горловине, при этом упомянутые зазоры образуют канал для выпуска паров. В зазоре между трубопроводом подачи криоагента и его вакуумной рубашкой размещен крионасос, подключенный к рабочей камере. Полость камеры сообщена с каналом для выпуска паров, а электрические провода от образца к электроразъему проложены через канал для выпуска паров. Провода и трубка отходящих иэ сосуда паров расположены по спиральной линии, при этом трубка размещена н зазоре между горловиной и трубами. 2 э.п. ф-лы, 1 ил . вакуумную рабочую камеру 3 с держателем 4 образца, теплообменником 5 и средством накуумирования, выполненным в виде крионасоса 6. Также имеется трубопровод 7 подачи криоагента к образцу 8 с вакуумной рубашкой

9, электропровода 10 с электроразъемом 11 и трубка 12 отходящих иэ сосуда 1 паров. Криостат снабжен герметичной теплоизоляционной пробкой

13, отделяющей полость сосуда 1 от горловины 2, а также трубами 14 и

15, установленными н горловине 2 коаксиально трубопроводу 7. Камера 3

1537949

20 подключена отверстием 16 к межтрубному пространству, которое образует канал для выпуска отходящих иэ камеры 3 паров и в нем расположены по спиральной линии электропровода 10.

Трубка 12 также размещена по спиральной линии в зазоре между горловиной 2 и трубой 15. Крионасос 6 размещен в сосуде 1 и через рубашку 9 подключен к камере 3.

Нижние концы труб 14 и 15 соединены герметично, а на верхнем конце трубы 15 расположен узел 17 герметичной стыковки.

Трубы 14 и 15 и рубашка 9 выполнены иэ материала с малой теплопроводностью, например стали 12Х18Н10Т.

Нижний конец трубки 12 проходит через теплоизоляционную пробку 13 и герметично закреплен в ней. Электри ,ческие провода 10 от термометра 18 нагревателя 19 и образца 8 проведеl ны через электроввод 20, закрепленный в держателе 4, по каналу выпуска паров из рабочей камеры и выведены на электроразъем 11. Провода 10 для обеспечения эффективного теплосъема навиты на рубашку 9, трубу 15 вдоль спиралей трубки 12. В сосуде 1 установлен нагреватель 21. Держатель 4 с закрепленными на нем элементами помещен в герметичный кожух 22, пристыкованный к узлу 17 герметичной стыковки. На герметичном кожухе 22 выполнено окно 23. В случае исследования свойств образца 8 "на просвет" держатель 4 выполняют со сквозным отверстием, а на герметичном кожухе 22 выполняют два соосных окна.

Сброс давления в сосуде 1 осуществляют через вентиль 24, а стабилизацию давления — с помощью маностата

25.

Криостат работает следующим образом.

При снятом герметичном кожухе

22 устанавливают образец 8 в держатель 4, провода 10 от него распаивают на электроввод 20. После этого .герметичный кожух 22 устанавливают на место и герметизируют его в узле

17 герметичной стыковки. Сосуд 1 за ливают криоагентом, например жидким азотом, по общепринятой методике, затем в горловину 2 вставляют камеру 3 и крепят к ней. Прн этом теплоизоляционная пробка 13 плотно входит в горловину 2 и герметиэирует ее.

Пары криоагента, образующиеся н результате его кипения, выпускают по трубке 12 и далее через открытый вентиль 24 в атмосферу, либо н сборник (не показан) при необходимости.

В момент установки камеры 3 в сосуд 1 крионасос 6 погружается в криожидкость, охлаждается до ее температуры, в результате чего происходит процесс откачки вакуумной полости рубашки 9 связанной с нею через отверстие 26 н держателе 4 полостью кожуха 22 и пространства между трубами

14 и 15. В процессе откачки криожидкость не попадает в теплообменник

5, так как гидравлическое сопротивление заборного фильтра 27,а также следующих за ним каналов выпуска пара значительно выше гидравлического сопротивления трубки 12, и в сосуде 1 не создается давление, достаточное для передавливания криожидкости через них. Благодаря этому держатель 4 с образцом 8 остаются теплыми, что способствует интенсивному обезгаживанию их и предотвращает нежелательную конденсацию различных криоосадков на поверхности исследуемого образца.

После достижения требуемого вакуума произнодят захолаживание держателя 4 с образцом 8 и вывод его на и рабочий режим. Криожидкость в теплообменник 5 глодают из сосуда 1 под давлением по трубопроводу 7 через фильтр 27. Скорость протока жидкости по трубопроноду 7 определяется эффективностью теплообменника 5 и тепловой нагрузкой на держатель 4 с образцом 8. Требуемая скорость подачи жидкости обеспечивается установкой соответствующего превышения давления в сосуде 1 над давлением на выходе газа по зазору между трубой

15 и горловиной 2. Требуемое данление в сосуде 1 подбирают экспериментально. Для этого вентиль 24 закрывают, а неличину давления устанавливают и стабилизируют с помощью маностата 25 по общепринятой методике.

В случае, когда испарения криожидкости в результате естественного теплопритока к ней недостаточно для поддержания требуемого давления

1 в сосуде 1 на нагреватель 21 пода1 . ют ток. Криожидкость, проходя теплообменник 5, захолажинает держатель

537949 6!

О!

5 1

4,испаряется и по отверстиям 16 попадает в канал сначала в зазор между рубашкой 9 и трубой 14, огибает стык труб 14 и 15 и по зазору между ним и пробкой 13 попадает в зазор между трубой 15 и горловиной 2 и выпускается через отверстия в верхней части ее в атмосферу либо газосборник. На всем пути выпуска пары эффективно охлаждают проходящие по нему провода 10. На участке выпуска паров по зазору между горловиной 2 и трубой

15 происходит эффективный теплообмен между парами, выпускаемыми из теплообменника 5 рабочей камеры 3 по этому зазору и парами, выпускаемыми иэ сосуда 1 по выполненной в виде змеевика трубке 12. Благодаря этому используется хладосодержание всех паО ров, что существенно улучшает теплосъем с горловины 2, трубы 15, трубки

12 и электрических проводов 10.

Прецизионную стабилизацию температуры держателя 4 с образцом 8 производят, в случае необходимости, с помощью нагревателя 19 по сигналу с термометра 18. В длительном эксперименте иэ-эа неизбежных микротечей, характерных для часто разбираемых вакуумных систем, несмотря на хороший динамический вакуум в полости камеры 3, поддерживаемый откачкой крионасосом 6; на поверхности образца 8 возможно образование криоосадка. Конструкция камеры 3 позволяет удалять криоосадок с поверхности образца 8 в процессе эксперимента. Для этого с помощью вентиля 24 сбрасывают давление в сосуде 1, прекращают проток криоагента через теплообменник 5 держателя 4, отогревают

его до комнатной температуры и выдерживают при ней некоторое время.

При этом автоматически происходит обезгаживание поверхности образца 8 и откачка испарившихся веществ насосом 6. После этого эксперимент продолжают.

По окончании эксперимента камеру

3 вынимают из сосуда 1 и отогревают. Затем разгерметизируют узел 17, снимают кожух 22 и регенерируют крионасос 6 прогревом. После этого камера 3 готова для монтажа и исследования нового образца.

Предложенное сочетание конструкции сосуда и установленной в его горловине камеры, в котором канал выпуска паров из теппообменника рабочей камеры сформирован зазорами между трубами, рубашкой трубопровода подачи и горловиной сосуда Дьюара, причем трубка выпуска паров иэ сосуда Дьюара выполнена в виде змеевикового теплообменника, установленного в канале выпуска паров иэ теплообменника рабочей камеры и все провода проведены по этому каналу, позволяет существенно уменьшить теплоприток к держателю с образцом.

Следовательно улучшается эффективность работы устройства, увеличивается ресурс непрерывной работы его с одной заливки криоагента. Благодаря тому, что камера снабжена крионасосом, расположенным в нижней части полости между трубопроводом подачи криоагента и его рубашкой, а эта полость сообщена с полостью вакуумной рабочей камеры, обеспечивается возможность предварительно производить откачку ее и затем захолаживание держателя с образцом до рабочей температуры. В результате предотвра щается выпадение криоосадков на поверхность образца. Это обеспечивает достоверность результатов эксперимента, в котором исследуют реальные характеристики образца, не искаженные влиянием криоосадков,что является непременным условием оптического эксперимента.

Формула изобретения

1. Криостат, содержащий сосуд

Дьюара, установленную на его горловине вакуумную рабочую камеру с держателем образца, теплообменником и средством вакуумирования, имеющий вакуумную рубашку трубопроводом подачи криоагента из сосуда к образцу, электрические провода с электроразъемом и трубку отходящих нз сосуда паров, о т л и ч а .ю шийся тем, что, с целью увеличения ресурса работы за счет эффективного теплосъема с элементов горловины и рабочей камеры,он снабжен герметичной теплоизоляционной пробкой, отделяющей полость горловины от сосуда, и трубами, установленными в горловине коаксиально трубопроводу подачи, при этом межтрубное пространство сообщено с камерой для выпуска отходящих паров и в нем расположены элек1537949 трические провода, а трубка отходящих паров размещена в зазоре между горловиной и трубами.

1О

21

Составитель Г.Ольшанская

Редактор А.Шандор Техред Л.Сердюкова Корректор М.Шароши

Заказ 158 Тираж 411 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

2. Криостат по п.1, о т л и ч аю щ и Й с я тем, что средство вакуумирования выполнено в виде крионасоса, размещенного в сосуде и подключенного через вакуумную рубашку трубопровода подачи к рабочей камере.

3. Криостат по п.1, о т л и— ч а ю шийся,тем. что электриче ские провода и трубка отходящих паров расположены соответственно на трубопроводе подачи и в зазоре между .горловиной и трубами по спиральной линии.