Нагреватель рабочей камеры криостата

 

Изобретение относится к области исследования и испытания материалов Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик нагревателя рабочей камеры криостата за счет повышения равномерности нагрева крионосителя и соответственно , рабочей камеры и расширение области его применения Нагреватель содержит коаксиально закрепленные цилиндры 1 и 2, полость между которыми разделена радиальной перегородкой 5 с отверстиями на входную 3 и выходную 4 полости, кольцевые электронагревательные спирали 7. расположенные в полости 4 Полость 3 соединена с отверстием 9 для подвода крионосителя, а в верхней торцовой части камеры может быть установлен завихритель 8 потока крионосителя Внутренний цилиндр 1 с торцовой 6 и радиальной перегородками выполнен в виде монолитной втулки из высокотеплопроводного материала 2 зпф-лы, 1 ил

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5023168/24 (22) 22.01.92 (46) 30.10.93 Бюл. Мя 39 — 40 (75) Менаков НА; Ямалетдинов НГ. (73) Менаков Николай Анатольевич (54) НАГРЕ8АТЕПЬ РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ КРИОСТАТА (57) Изобретение относится к области исследования и испытания материалов. Цель изобретения— улучшение экатлуатационных характеристик нагревателя рабочей камеры криостата за счет повышения равномерности нагрева крионосителя и соответственно, рабочей камеры и расширение области (в) RU (11) 2002293 С1 (я) s оозпгз зо его применения. Нагреватель содержит коаксиально закрепленные цилиндры 1 и 2, полость между которыми разделена радиальной перегородкой 5 с отверстиями на входную 3 и выходную 4 полости, кольцевые электронагревательные спирали 7, расположенные в полости 4. Полость 3 соединена с отверстием 9 для подвода крионосителя, а в верх— ней торцовой части камеры может быть установлен завихритепь 8 потока крионосителя. Внутренний цилиндр 1 с торцовой б и радиальной перегородками выполнен в виде монолитной втулки из высокотеплопроводного материала. 2 з.п.ф — лы, 1 ип.

2002283

30

Изобретение относится к области физико-технических испытаний и исследований материалов, а именно к технике низких температур, и может быть использовано при создании как гелиевых, так и азотных криостатных устройств, Широко распространены системы стабилизации низких температур, в которых стабилизация температуры производится путем пропусканил через рабочую камеру криостата потока крионосителя {пары жидких газов}, нагретого до заданной температуры (1). При этом скорость установления заданной температуры, точность ее поддержания и равномерность температурного поля внутри рабочей камеры во многOM определяются конструкцией нагревательного элемента, Известно нагревательное устройство (2), размещенное в тракте подачи крионосителя. Недостатками устройства являются неравномерность нагрева крионосителя и ограниченная область применения, обусловлен нал конструкцией устройства.

Целью изобретения являетс повышение равномерности нагрева крионосителя и соответственно рабочей камеры и расширение области примененил устройства, Цель достигается тем, что в электрическом нагревателе рабочей камеры криостата. содержащем электронагревательные спирали, его каркас состоит из двух полых коаксиальна закрепленных цилиндров, полость между которыми разделена на входную и выходную полости радиальной перегородкой с равномерно расположенными в ней отверстиями, соединл|ощими обе полости, входная полость перекрыта с торца непроницаемой перегородкой и имеет отверстие для подачи крионасителя, а в 86l ходной полости по ее окружности вдоль оси цилиндров расположены кольцевые электронагревательные спирали.

Внутренний цилиндр, торцевая и разделяющая перегородки выполнены в виде монолитной втулки. Разделяющая перегородка имеет толстую стенку, а отверстия в ней выполнены под некоторым углам по отношению к оси цилиндров, В торцовой части выходной полости нагревателя установлен завихритель потока крионосителл.

Разделяющая перегородка выравнивает величину потока крионасителя по окружности выходной полости. При равномерной укладке витков кольцевых спиралей создается равномерное температурное поле выходящего из нагревателя потока крионосителя. Выполнение нагревательного элемента в виде электронагревательных спиралей, пересекающих поток крионосителя, обуславливает низкую тепловую инерционность нагревателя в целом. При этом увеличение числа спиралей улучшает равномерность прогрева потока крионосителя, но несколько увеличивает инерционность нагревателя. Уменьшение числа спиралей приводит к обратному результату, Изготовление разделяющих перегородок из толстостенного, теплопроводящего материала с отверстиями в ней, выполненными под некоторым углом к оси нагревателя, позволяет значительно повысить равномерность прогрева потока крионосителя и, соответствен«о, рабочей камеры (при этом незначительно увеличивается инерционность нагрева), что происходит за счет предварительного прогрева потока и его завихрения во входной полости при прохождении через наклонные отверстия в разделяющей перегородке и через завихритель на выходе выходной полости.

На чертеже представлен нагреватель рабочей камеры криостата,в разрезе.

Нагреватель состоит из внутреннего цилиндра 1 и внешнего цилиндра 2. Входная полость 3 и выходнал полость 4 разделены перегородкой 5 с отверстиями, Входная полость ограничена торцовой непроницаемой перегородкой 6. В выходной полости располажены кольцевые электронагревательные спирали 7 и завихритель 8 потока крионосителя. Отверстие 9 служит для подачи крионосителя ва входную полость нагревателя.

Нагреватель рабочей камеры криостата работает следующим образом.

Крионоситель через отверстие 9 поступает во входную полость 3 нагревателя, где распределяется па ее окружности. Далее сквозь отверстия в перегородке 5 ан подается в выходной полость 4, где, проходя сквозь электронагревательные спирали 7, нагреваетсл и, пересекая эавихритель 8 патока, поступает в рабочую камеру криостата. Завихритель 8 служит для обеспечения равномерного распределения потока по обьему рабочей камеры.

Были изготовлены оптические азотные и гелиевые криостаты с использованием предлагаемого нагревателя, которые прошли успешную эксплуатацию в институте спектроскопии АН СССР, институте теплофизики АН УЗССР и Физико-техническом институте АН ТаджССР, Во всех случаях была использована унифицированная рабочая камера с нагревателем. При этом внутренний цилиндр нагревателя был выполнен из меди, а внешний цилиндр — из латуни.

Внешний диаметр внутреннего цилиндра составлял 15 мм, толщина его стенок 1 мм, Внутренний диаметр внешнего цилиндра

2002293 (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Мг 943669, кл. 6 05 D 23/30. 1982.

2. Авторское свидетельство СССР

N. 983666, кл, G 05 D 23/30. 1982.

Составитель Н.Менаков

Редактор T.Þð÷èêoâà Техред М.Моргентал Корректор А.Мотыль

Заказ 3173

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г,.ужгород, ул,Гагарина, 101 составлял 19 мм, толщина его стенок 1 мм.

Толщина разделяющей перегородки была равна 2 мм. B выходной полости нагревателя были уложены две кольцевые спирали диаметром 2 мм. Завихритель потока пред- 5 стэвлял собой тонкие металлические пластины, равномерно укрепленные с наклоном по окружности торца выхода нагревателя, Нагреватель был установлен в основании рабочей. камеры с размерами 10

032 ммх50 мм.

С помощью дополнительного независимого точечного датчика были проведены измерения температурного поля по обьему 15 рабочей камеры криостэта, При стабилизации температуры 293 К градиент температур не превышал + 0,15 К/см для азотного криостата и и 0,03 К/см для гелиевого криостата при точности стабилизации не хуже 20

+ 0,05 К для азотного криостата и + 0,03 К. для гелиевого криостата. При стабилизации более низких температур градиент снижался. Время переходного процесса установле25

Формула изобретения

1. НАГРЕВАТЕЛЬ РАБОЧЕЙ КАМЕРЫ

КРИОСТАТА, содержащий два коаксиально закрепленных полых цилиндра, полость 30 между которыми перекрыта с торца непроницаемой перегородкой и соединена с QTверстием для подвода крионосителя и с рабочей камерой, а также размещенные в этой полости вдоль оси полых цилиндров 35 кольцевые электронагревательные спирали, отличающийся тем, что полость между полыми цилиндрами разделена радиальной перегородкой на входную полость, расположенную со стороны непроницае40 мой перегородки и отверстия для подвода крионосителя. и выходную полость, соединенную в ее верхней торцевой части с рания заданной температуры при проведении предварительного длительного охлаждения или нагрева не превышало в худшем случае

5 мин. При этом датчик температуры располагался на обратной стороне подложки держателя образца, расположенной в центре рабочей камеры, Таким образом. предлагаемая конструкция, обладая низкой инерционностью, обеспечивает достаточно высокую равномерность нагрева потока крионосителя и рабочей камеры. Кроме того, конструкция нагревателя проста и технологична и позволяет совместить место установки нагревателя в рабочей камере с ее оптическим окном. Нагреватель может быть использован в криостатах для исследования и испытания разнообразных изделий и материалов. бочей камерой, причем кольцевые электронагревательные спирали расположены в выходной полости, которая соединена с входной полостью через равномерно расположенные отверстия в радиальной перегородке.

2. Нагреватель по п,1, отличающийся тем. что внутренний полый цилиндр, непроницаемая и радиальная перегородки выполнены в виде монолитной втулки из высокотеплопроводного материала, причем радиальная перегородка выполнена толстостенной, а отверстия в ней расположены под углом к оси полых цилиндров.

3, Нагреватель по п.1, отличающийся тем, что в верхней торцевой части выходной полости установлен ээвихритель потока крионосителя,