Криостат

 

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к криостатам, используемым в области низких температур, например, для размещения криоэлектронных узлов радиоаппаратуры. Задача снижения теплопритоков решается за счет более полного использования хладосодержания отходящих паров и повышения надежности клеевого соединения. Это достигается тем, что канал для вывода паров хладагента выполнен с переменным сечением, образованным чередующимися дисками из низкотеплопроводной пробки разных диаметров, плотно установленными под крышкой и соединенными с отверстием в крышке через канал, выполненный в верхних дисках на глубину, составляющую удвоенную толщину фланца корпуса. Каналы соединены на периферии диска с меньшим диаметром. Также напротив дисков меньшего диаметра закреплены на горловине тепловые экраны. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 17 С 3 00, 13 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

QCYAAPCTBEHHblA КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4461694/31-26 (22) 30.05.88 (46) 30.08.90. Бюл. № 32 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро по криогенной технике с опытным производством Физико-технического института низких температур АН УССР (72) Ю. К. Белан, П. П. Павлов и Т. H. Тимофеева (53) 621.59(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1270481, кл. F 17 С 3/02, 1978. (54) КРИОСТАТ (57) Изобретение относится к криогенной технике, а именно к криостатам, используемым в области низких температур, например для размещения криоэлектронных узИзобретение относится к криогенной технике, а именно к криостатам, используемым в области низких и сверхнизких температур, в частности для размещения криоэлектронных узлов радиоаппаратуры.

Цель изобретения — повышение надежности и ресурса работы криостатов из полимерных материалов. .На чертеже схематично изображен криостат, общий вид.

Криостат содержит корпус 1 и внутренний сосуд 2, между которыми размещена слоисто-вакуумная изоляция 3 с экранами 4, закрепленными на горловине 5 сосуда 2, закрытой крышкой 6. Горловина 5 соединена с фланцем 7 корпуса 1 при помощи клея «ВТ-10». В горловине 5 плотно под крышкой 6 установлена пробка в виде чередующихся дисков 8 и 9 разного диаметра, установленных между собой плотно с возможностью образования канала 10 переменного сечения для отвода паров хлад„„SU» 1588980 А 1

2 лов радиоаппаратуры. Задача снижения теплопритоков решается за счет более полного использования хладосодержания отходящих паров и повышения надежности клеевого соединения. Это достигается тем, что канал для вывода паров хладагента выполнен с переменным сечением, образованным чередующимися дисками из низкотеплопроводной пробки разных диаметров, плотно установленными под крышкой и соединенными с отверстием в крышке через канал, выполненный в верхних дисках на глубину, составляющую удвоенную толщину фланца корпуса. Каналы соединены на пери ферии диска с меньшим диаметром. Также напротив дисков меньшего диаметра закреплены на горловине тепловые экраны

3 з.п. ф-лы, 1 ил. агента по периферии дисков 8 и 9. Диски

8 и 9 выполнены из низкотеплопроводного материала, например из пенопласта с закрытыми порами, и герметично соединены между собой с образованием газонепроницаемых внутренних полостей при по- 00 мощи промежуточного слоя 11 иа диске 8 Я ) большего диаметра из высокотеплопровод- Q() ного материала, например пленки алюмнни- р зированного майлара. Толщина дисков 8 и 9 определяется конструктивно, в зависимости от длины и диаметра горловины 5. В верхней части пробки выполнен канал 12 на глубину Н, составляющую удвоенную толщину В фланца 7 корпуса 1. Целесообраз- ф> ность выбора такой глубины обоснова на экспериментально. Глубина Н(2В приближает выход паров хладагента к клеевому шву (появляется опасность трещинообразования в нем), а глубина Н)2В уменьшает длину охлаждающегося канала 10. Канал 12 соединен с каналом 10 на периферии диска

1588980

Зо

Формула изобретения

9 меньшего диаметра и с отверстием 13 в крышке 6. В пробке выполнен вертикальный канал 14 для заливки хладагента, а все диски закреплены на центральном стержне из низкотеплопроводного материала (не показан) .

Криостат работает следующим образом.

Подготавливают криостат к работе, для чего вакуумируют полость между корпусом 1 и внутренним сосудом 2. Затем через канал горловины 5 с помощью переливного устройства подают жидкий гелий ко дну внутреннего сосуда 2. Через 1,5 — 2 ч после охлаждения внутренний сосуд 2 окончательно заполняют гелием. Криостат готов к работе. В процессе охлаждения криостата использующийся гелий, проходя по каналу 10, постепенно активно охлаждает изоляцию с экранами, горловину 5 и пробку и с температурой -200 К выходит через канал 12 и отверстие 13 из криостата.

Повышение надежности криостатов из полимерных материалов, например из стеклопластика, состоит в защите клеевых соединений от резкого перепада температур в месте склейки деталей криостата. Таким местом является клеевой шов между горловиной криогенной емкости и фланпем корпуса криостата. Для предотвращения растрескивания в районе клеевого шва в теле пробки и в крышке кристата выполнены каналы для вывода паров хладагента. Устранение растрескивания обеспечивает сохранение вакуума, т. е. повышает надежность и ресурс работы криостата.

Выполнение дисков пробки разного диаметра предполагается (с целью повышения ресурса работы криостата путем увеличения времени прохождения паров хладагента по каналу переменного сечения) в результате использования не столько увеличения пути отходящих паров хладагента, сколько наличия турбулентного потока газа в канале переменного сечения, где благодаря большой интенсивности турбулентного перемешивания турбулентные течения обладают повышенной способностью к теплообмену. Следовательно, используя канал переменного сечения, увеличивают передачу теплоты, т. е. теплообмен между парами криожидкости, стенкой горловины криогенной емкости и тепловыми экранами, закрепленными на горловине криогенной емкости в местах расположения дисков меньшего диаметра.

Предложенный криостат относится к безазотным, немагнитным, радиопрозргчным криостатам из полимерных материалов, например к стеклопластиковым. А так как этот криостат не имеет дополнительного азотного охлаждения, то необходима тщательная теплоизоляция гелиевой емкости, что достигается посредством тепловых и радиационных экранов.

Соотношение размеров H=2B является минимальным и определяется экспериментально. Опасность трещинообразования появляется при Н 2В, при H)2B уменьшается длина охлаждающего канала, что снижает надежность и ресурс работы криостата.

Соединение каналов 12 и 13 на периферии диска меньшего диаметра выбрано с целью снижения гидродинамического или гидравлического сопротивления, возникающего при внезапном сужении канала, а также для образования застойной зоны с установившейся температурой под фланцем корпуса криостата в месте клеевого шва, что предотвра щает растрески ванне и увеличивает прочность крис.-.-.ата.

Места расположения дисков меньшего диаметра, где происходит наиболее эффективный теплообмен между парами гелия и горловиной (за счет уменьшения скорости истечения газа в этом месте), совпадают с местами крепления тепловых экранов на горловине. Это необходимо для интенсификации теплообмена между тепловыми экранами и горловиной. Указанный признак в совокупности с предложенной формой канала в горловине криостата в пробке и в крышке позволяет снизить теплопритоки на

10Я и увеличить ресурс работы криостата.

1. Криостат из полимерных материалов, содержащий корпус с крышкой, тепловые экраны, внутренний криогенный сосуд с горловиной, закрепленной клеевым соединением во фланце корпуса, пробку в виде чередующихся дисков на низкотеплопроводного и слоев из высокотеплопроводного материалов и канал вывода паров хладагента, образованный зазором между дисками и горловиной и соединенный с отверстием в крышке, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и ресурса работы, канал для вывода паров хладагента соединен с отверстием в крышке посредством канала, выполненного в пробке и имеющего длину, предпочтительно равную удвоенной толщине фланца корпуса.

2. Криостат по и. 1, отличающийся тем, что диски пробки имеют разные диаметры.

3. Криостат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью снижения гидравлического сопротивления, каналы соединены на периферии диска с меньшим диаметром.

4. Криостат по пп. 1 — 3, Отличающийся тем, что тепловые экраны закреплены на горловине внутреннего криогенного сосуда напротив дисков меньшего диаметра.

Составитель Г. Ольшанская

Редактор M. Келемеш Техред A. Кравчук Корректор А. Обручар

Заказ 2527 Тираж 413 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат <: Патент». г. Ужгород, ул. Гагарина, 1О1