Термостатирующее устройство

 

Изобретение относится к криогенной технике. Целью изобретения является уменьшение габаритов и массы устройства и снижение энергозатрат После заполнения полосы оболочки хладопровода 6 и криосорбционного насоса 7 теплообменным газом и закрепления образца 5 на держателе 4 устанавливают кожух 3, герметизируют узел соединения и откачивают вакуумную полость емкости 1 и рабочей камеры 2, Регулирование и стабилизацию температуры образца 5 производят по сигналу термометра 12, При этом давление хладопровода 6, обеспечивающее требуемую тепловую связь держателя 4 с емкостью 1, регулируют по сигналу с датчика 11 давления„ Криосорбционный насос 7 выполняет функции как насоса, так и нагнетателя, благодаря чему отпадает необходимость во вспомогательном откачном и нагнетательном оборудовании„ 1 ил. с 18 (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (!1) (51)5 F 25 D 3 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4646122/13

1 (22) 06.0"..89 (46) 15.03,91. Бюл. )) 10 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Донецкого физикотехнического института АН УССР (72) А.Г. Демишев (53) 621.565(088.8) (56) Торин, Мейрис. Тепловой ключ, основанный на свободной конвекции, применения при низких температурах.

ПНИ, 1986, )1- 4, с. 108-111.

Мальцев А.К. и др. Криостат для исследования химических реакций методом матричной изоляции ПТЭ, 1971, )) 1, с. 249-251. (54) ТЕРМОСТАТИРУЮШЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к криогенной технике. Целью изобретения является уменьшение габаритов и масИзобретение относится к криогенной технике, а именно к криогенным термостатирующим устройствам.

Целью изобретения является уменьшение габаритов и веса устройства и снижение энергозатрат.

На чертеже схематично изображено термостатирующее устройство.

Термостатирующее устройство содержит емкость 1 для криогенной жидкости, рабочую камеру 2, ограниченную кожухом 3, размеценный в ней держатель 4 образца 5, соединенный с емкостью 1 посредством хладопровода 6, выполненного в виде заполненной газом герметичной оболочки, 2 сы устройства и снижение энергозатрат. После заполнения полосы оболочки хладопровода 6 и криосорбционного насоса 7 теплообменным газом и закрепления образца 5 на держателе 4 устанавливают кожух 3, герметизируют узел соединения и откачивают вакуумную полость емкости 1 и рабочей камеры 2.

Регулирование и стабилизацию температуры образца 5 производят по сигналу термометра 12, При этом давление хладопровода 6, обеспечивающее требуемую тепловую связь держателя 4 с емкостью 1, регулируют по сигналу с датчика 11 давления. Криосорбционный насос 7 выполняет функции как насоса, д так и нагнетателя, благодаря чему 4 отпадает необходимость во вспомогательном откачном и нагнетательном оборудовании. 1 ил. С: приспособление для регулирования давления газа в оболочке хладопровода, которое содержит криосорбционный насос 7 и соединенный с ним нагреватель 8. При этом насос 7 установлен в полости рабочей камеры с обеспечением контакта с емкостью 1 для крноагента и соединен трубопроводом 9 с размешенным на нем электроуправляемым запорным клапаном

10 с полостью оболочки хладопровода

6. В полости оболочки установлен датчик 11 давления. В держателе 4 установлены термометр 12 и. нагреватель 13.

Криосорбционный насос 7 может быть выполнен в виде баллона, эапол1634963 ненного активированным углем, что является наиболее эффективным решением. Такой криосорбционный насос 7, снабженный нагреватеЛем 8, выполняет функции нагнетателя. Пля обеспечения требуемой эффективности и динамических характеристик системы регулирования давления в хладопроводе 6 объем баллона должен быть в 2-5 раэ больше объема внутренней полости хладопровода 6. Откачка избыточного давления иэ хладопровода 6 производится перепуском газа в холодный баллон, в котором давление ниже. Нагнетание газа в хладопровод 6 производится подъемом давления в баллоне нагревом его и последующим перепуском через клапан 10, При этом давление газа в полости хладопровода 6 удовлетворяет условию Р с Р где P (1 Па — давление теплообменно1 - аза в сообщающихся полостях криосорбционного насоса, трубопровода с клапаном и хладопровода 6 при захолаживании криосорбционного насоса до температуры источника холода;

P 100 Па- давление теплообменноЯ го газа в сообщающихся полостях насоса, трубопровода с клапаном и хладопровода при отогреве насоса на

5-20 К.

Термостатирующее устройство рабо40 тает следующим образом.

Образец 5 устанавливают в держатель 4. Сообщающиеся полости хладопровода 6 трубопровода 9 и криоt

45 сорбционного насоса 7 заполняют теплообменным газом, например гелием. Давление заполнения и сорбционную емкость насоса 7 выбирают исходя иэ условия, чтобы после эахолаживания насоса 7 до гелиевой темпера50 туры оно упало ниже 1 Па, а при отогреве на 5-20 К давление в сообщающихся полостях насоса 7 и хладопровода 6 поднималось до уровня порядка 100 Па. После заполнения полос-55 ти оболочки хладопровода 6 и крио сорбционного насоса 7 теплообменным газом н закрепления образца 5 устанавливают кожух 3, герметиэируют узел соединения и откачивают вакуумную полость емкости и рабочую камеру 2. Захолаживание и заливку криожидкости, например жидкого гелия, производят по общепринятой методике работы с наливными системами. Регулирование и стабилизацию температуры образца 5 производят по сигналу с термометра 12. При этом давление в хладопроводе 6, обеспечивающее требуемую тепловую связь держателя 4 с емкостью, регулируют по сигналу с датчика 11 давления.

В стационарном режиме нагреватель

8 насоса 7 выключен, поэтому он захоложен до температуры источника холода (криоагента в емкости 1) и давление в нем всегда меньше любого требуемого в режиме регулирования температуры, Регулирование давления производят следующим образом.

Для уменьшения давления хладопровода 6 открывают электроуправляемый клапан 10 и по трубопроводу 9 производят откачку его полости криосорбционным насосом 7. После достижения требуемого давления клапан 10 закрывают.

Для увеличения давления в хладопроводе 6 открывают клапан 10 и на нагреватель 8 подают ток. В результате нагрева криосорбционного насоса

7 происходит десорбция гелия и перетекание его в полость хладопроводов.

При достижении требуемого давления, индицируемого по датчику 11, электроуправляемый клапан 10 закрывают и прекращают подачу мощности на нагреватель 8. В результате крионасос 7 снова захолаживается, и давление в нем вследствие криосорбционной откачки понижается.

Таким образом, криосорбционный насос 7 выполняет функции насоса и нагнетателя в зависимости от режима работы, Процесс регулирования и стабилизации температуры образца 5 легко автоматизируется по сигналам с датчиков 12 и 11 подачей соответствующего воздействия на электроуправляемый клапан 10 и нагреватель 8. Прецизионную стабилизацию температуры образца

5 производят по сигналу с термометра

12 подачей мощности на нагреватель 13, установленный на держателе 4.

963 6

Это обеспечивает существенное уменьшение габаритов и веса, упрощает обслуживание и улучшает эксплуата5 ционные характеристики, позволяет автоматизировать управление. Приме, нение изобретения позволяет создавать автономные термостатирующие устройства, работающие в условиях ограничения весогабаритных характеристик, минимального энергопотребления и отсутствия вредного влияния на работу окружающих систем.

Термостатирующее устройство, содержащее емкость для криогенной жидкости, рабочую камеру, размещенный

20 в ней держатель образца, соединенный с емкостью посредством хладопровода, выполненного в виде заполненной газом герметичной оболочки, приспособление для регулирования давления газа в

25 оболочке, отличающееся тем, что, с целью уменьшения габаритов и веса устройства и снижения энергозатрат, приспособление для регулирования давления газа содержит щ криосорбционный насос и соединенный с ним нагреватель, при этом насос установлен в полости рабочей камеры с обеспечением контакта с емкостью для криоагента и соединен трубопроводом

35 с размещенным на нем запорным клапаном с полостью оболочки.

S 1634

Выполнение приспособления для регулирования давления газа в оболочке хладопровода н виде герметичного криосорбционного насоса, снабженного нагревателем, позволяет ему выполнять как функции откачки, так и функции нагнетания. Нагнетание газа в полость ключа осуществляется десорбцией его иэ насоса, а десорбция газа происходит эа счет поглощения тепла, выделяемого в нагревателе.

Таким образом, процесс нагнетания осуществляется кратковременно, и лишь незначительная часть тепла, вы- 15 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я деленного в нагревателе, цередается в виде дополнительной тепловой нагрузки на источник холода. Столь же незначительная нагрузка создается в режиме откачки, когда тепло сорбции отводится на источник холода.

Малые габариты хладопроводов и низкое давление газа в нем, а также расположение хладопровода 6 и насоса в непосредственной близости друг от друга в холодной зоне позволяют осуществлять процесс регулирования давления в замкнутой системе при помощи миниатюрного криосорбционного насоса с нагревателем при минимальном энергопотреблении через трубопровод и клапан малого сечения. В результате полностью отпадает необходимость во вспомогательном откачном и нагнетательном оборудовании, установленном рядом с термостатнрующим устройством.

1634963

Составитель И.Шабалина

Тепрел Л Олийнык

Корректор М. Самборская

Редактор Л.Веселовская

Заказ 746 Тираж 326 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Ужгород, ул. Гагарина, 101