Установка для получения сверхнизких температур

 

пи>1 330785

ОП ИСАЙИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 27.12.69 (21) 1387984/23-26 с присоединением заявок № 1387985/23-26, ¹ 1387986/23-26, ¹ 1387987/23-26, ¹ 1387988/23-26, № 1387989/23-26 и № 1387991/23-26

il (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.06.82. Бюллетень № 21 (45) Дата опубликования описания 07.06.82 (51) М. Кл."

F 25B 27/00

F 25J 1/02

Государственный комитет ссср оо делам изобретений и открытий (53) УДК 621.59.004 (088.8) (72) Авторы изобретения

Б. Н. Есельсон, А. Д. Швец, В. П. Бабийчук, А. Н. Медяник и В. Н. Лукашев

Физико-технический институт низких температур

АН Украинской ССР (71) Заявитель

УЧЕНИЯ СВЕРХНИЗКИХ

ATYP (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛ

ТЕМП ЕР

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к конструированию установок для получения температур до нескольких сотых градуса Кельвина.

Известна установка для получения сверхнизких температур, содержащая систему подачи смеси гелия-3 и гелия-4 и криостат с криогенной жидкостью, в котором находится азотная ванна, первая гелиевая ванна (с температурой кипения 4,2 К), вторая >о гелиевая ванна (с температурой кипения

1,0 — 1,2 К) и внутри которого размещены камеры испарения и смешения, соединенные с системой откачки и возврата паров гелия-3, в которую входят бустерный на- )5 сос, диффузионный насос и механический форвакуумный насос.

Наличие столь сложной и громоздкой системы откачки паров гелия-3 влечет за собой трудность эксплуатации, длитель- >р ность пускового периода, значительные затраты энергии, ненадежность работы и необходимость использования значительных количеств гелия-3.

С целью повышения эффективности и 25 увеличения надежности и экономичности установки, а также уменьшения времени запуска и количества используемого гелия-3 в предложенной установке система откачки и возврата паров гелия-3 выпол- зо пена в виде не менее чем двух попеременно работающих в режиме откачки и в режиме возврата паров адсорбционных насосов, причем насосы снабжены нагревателями и окружены вакуумными рубашками, соединенными с трубками, внутри которых расположены передвигающиеся из холодной зоны в теплую и наоборот малые адсорбционные насосы. Кроме того, в крпостате размещен дополнительный адсорбционный насос для откачки паров криогенной жидкости.

На чертеже показана принципиальная схема предложенной установки.

Внутри криостата 1 установки распо»пжены азотная 2, гелиевая первая 3 и гелиевая вторая 4 ванны, камера 5 испарения, теплообменник 6 и камера 7 смешения.

Во второй гелиевой ванне 4 находятся дроссели 8 и 9, а в первой — адсорбционпый насос 10 и окруженные вакуумными рубашками 11 и 12 адсорбционные насосы

13 и 14, вокруг которых навиты нагреватели 15 и 16. Вакуумные рубашки заполнены теплообменным газом и соединены с трубками 17 и 18, внутри которых могут передвигаться вверх и вниз (из холодной зоны в теплую и наоборот) адсорбцпонные насосы 19 и 20. Адсорбционные насосы 13 и 14 соединены с камерой испарения через

330785

3 вентили 21 и 22, а с камерой смсшсния— через дроссели II тсниообменник. 11срв;)я вторая гелнсвыс Hdll)l»I сообщаются между собой посредством вентиля 23, а адсорбционный насос 10 соединен с второй гелиевой ванной через вентиль 24.

Установка работает следующим образом.

Камеру испарения посредством трубопровода соединяют с системой хранения смеси гелий-3 и гелий-4 (трубонровод и бал- 1() лон со смесью на чертеже не показаны) при закрытых вентилях 21, 22 и 24 и открытом вентиле 23, прн опущенных в нижнюю часть трубок 17 и 18 малогабаритных адсорбцнонных насосах 19 и 20. H азотную ь> ванну заливают жидкий азот, а в первую гe H0 10 ванну — жидкий I e. III>1, кu 1 01) uII через вентиль 23 заполняет и вторую гелиевую ванну.

»1тобы смесь гелия-3 и гелия-4, IIucT),111)- и

1ощая нз системы хранения в камеру испарения, а через теплообменник и в камеру смешения, не откачивалась через тснлоооменннк и дроссели адсорбцноннымн насосами 13 и 14, включают нагреватели 15 и

16 (в вакуумных рубашках прн этом хороший вакуум, поскольку теплообменный газ адсорбирован находящимися в нижних холодных частях трубок 17 и 18 адсорбцнонными насосами 19 и 20). Затем вентиль 23 зп закрывают и открывают вентиль 24. 15лагодаря адсорбции паров адсорбционным насосом 10 температура жидкого гелия во второй гелиевой ванне становится ниже

1 К. 11ри этой температуре смесь гелия-3 зп и гелия-4 конденсируется и заполняет камеру смешения, тенлообменннк и камеру испарения, после чего систему хранения смеси гелий-3 и гелий-4 отсоединяют, затем выключают нагреватели 15 и 16, на- .10 сосы 19 и 20 поднимают в верхнюю (теплую) часть трубок 17 и 18, н десорбнруемый из насосов 19 и 20 тен Iuuu )e»II»IA газ заполняет вакуумные рубашки, благодаря чему адсорбционные насосы 13 и 14 охлажда)отся до низкой температуры. При этом из-за большого сопротивлення дросселей и соединяющего их с насосами 13 и 14 трубопровода практически не происходит Откачки смеси гелия-3 и гел)гя-4. Откачка на-;,О ров над раствором изотопов гелия нз камеры испарения адсорбционным насосом 13 (открывают вентиль 21) приводит к понижению температуры раствора и егu расслоению. Дальнейшую откачку паров на,I расслоившнмся раствором изотопов гел1гя (уже практически чистого гелия-3) производят адсорбцнонпым насосом 14, для чего закрывают вентиль 21 н открывают вентиль 22. В это время ма101c3I)2))IITIII>III ад- ()I) сорбционный насос 19 опускают в ннжню1о, холодну10 часть трубки 17, Где 011 адсорбнрует теплообмепный газ, создавая высокий вакуум в вакуумной рубашке 11, и включают нагреватель 15. Десорбнруемый прн этом из насоса 13 гелий конденсируется в дросселе 8 н через теплообменник поступает в камеру смешения. После насыщения адсорбента насоса 14 гелием-3 и десорбацпи гелия из насоса 13 закрывают вентиль 22, выключают нагреватель 15, насос

19 поднимают в верхнюю теплую часть трубки 17, заполняя вакуумную рубашку

11 теплообменным газом; насос 20 опускают в нижнюю холодную часть трубки 18, IT() сопровождается созданием высокОГО BBку) ма в БЯI(i > ì!10É р) Оашке 12, Вкл10 1а10т нагреватель 16 и открывают вентиль 21.

Теперь вновь адсорбцня паров гелия-3 производится насосом 13, а на растворение в камеру смешения иода)от гелий-3, десорбнруемый из насосов 14 и т. д. Благодаря растворению гелия-3 н переходу его через границу разделения фаз температура в камере смешения понижается.

Количество гелия-3, циркулирующее в системе, а следовательно, холодопроизводнтельность установки регулируют находящимися в камере испарения нагревателями.

Система откачки паров гелия-3 может быть размещена н в Отдельно стоящем сосу;чс 11 Ioa))a

Фор мула изобретения

1. Установка для получения сверхнизких температур, содержащая систему подачи смеси гелия-3 и гелия-4 и криостат с криогенной жидкостью, внутри которого размещены камера испарения и камера смешения, соединенные с системой откачки и возврата паров гелия-3, о т л и ч а ю щ аяся тем, что, с целью повышения эффективности н увеличения надежности установки, система откачки и возврата паров гелия-3 выполнена в виде не менее чем двух попеременно работающих в режиме откачки и в ре>киме возврата паров адсорбционных насосов.

2. Установка по п. 1, Отлич а ющаяся тем, что адсорбционные насосы снабжены нагревателями и окружены вакуумными рубашками, соединенными с трубками, внутри которых расположены передвигающиеся нз холодной зоны в теплую и наоборот малые адсорбционные насосы, 3. Установка по пп. 1 и 2, отл и ч а ю1ц аяс я тем, что в криостате размещен,дополнительный адсорбцнонный насос для

Отка IKII паров криогенной жидкости, Редактор Н. Аристова

Техред И. Пенчко

Корректор Н. Федорова

Заказ 800/10 Изд. № 164 Тираж 542 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР ио делам изобретений и открытий

1)3035, Москва, УК-35. Рауииская иаб., л. 4, 5

Типография, пр. Сапунова, 2