RU1776941C - Рефрижератор растворени @ Н @ - @ Н @ - Google Patents

Abstract

Использование: в криогенной технике дл  получени  сверхнизких температур. Сущность изобретени : рефрижератор содержит сосуд (1) Дьюара с жидким 4Не, в который погружен низкотемпературный модуль (7) с вакуумной изол цией (6), с разме- щенными в нем камерами (9) и (10) испарени  и растворени  и ванной (8) жидкого 4Не, при этом две последних соединены между собой тепловым ключом (12), два криосорбционных насоса (2) и (3) с электронагревател ми , расположенных в паровом пространстве сосуда (1) Дьюара и снабженных змеевиковыми теплообменниками (4) и

Description

Изобретение относитс  к криогенной технике, в частности к технике сверхнизких температур.

Область применени  - экспериментальна  физика, астрофизика, космическа  техника .

Известны установки дл  получени  сверхнизких (ниже 0,3 К) температур растворением 3Не в 4Не, в которых непрерывна  циркул ци  3Не осуществл етс  двум  попеременно работающими криосорбцион- ными насосами, размещенными вместе с рефрижераторным модулем в гелиевом сосуде Дьюара.

Известна установка дл  получени  сверхнизких температур растворени  3Не в 4Не, состо ща  из гелиевого сосу да Дьюара криосорбционных насосов, служащих дл  откачки 3Не-4Не, 4Не и 3Не соответственно из камеры испарени , камеры растворени , ванны Не и ванны 3Не и составл ющих вместе с окружающей их вакуумной рубашкой рефрижераторный модуль, и баллонов дл  хранени  газообразных Не и смеси Не-4Не, Насосы, снабженные вакуумными рубашками, погружены вместе с рефрижераторным модулем в жидкий гелий. Баллон дл  смеси Не- Не установлен в паровом объеме гелиевого сосуда. Ванна 3Не находитс  в тепловом контакте с камерой растворени . Насадка из медного порошка, припеченного к донышку камеры растворени , способствует улучшению передачи холода к жидкости камеры растворени  от ванны 3Не, откачиваемой криосорбцион- ным насосом. В состав установки вход т, кроме того, вентили дл  подачи газообразной смеси 3Не-4Не, 4Не и 3Не в камеру испарени  и во вспомогательные ванны, а также вентили дл  подачи теплообменного газа в вакуумные рубашки криосорбционных насосов в вакуумную рубашку рефрижераторного модул  и манометры. Эта установка не лишена недостатков. Во-первых , наличие ванны 3Не и св занной с ней вакуумной системы, содержащей криосорб- ционный насос, усложн ет конструкцию и услови  эксплуатации установки. Во-вторых , размещение насосов в жидкостном объеме гелиевого сосуда и оснащение их вакуумными рубашками, сообщающимис  с довольно сложной внешней системой ввода и удалени  теплообменного газа,повышает тр/доемкость изготовлени  установки. Кроме того, представл етс  нерациональным использование специального баллона дл  хранени  газообразного 4Не,

Цель изобретени  - повышение экономичности и упрощение установки за счет снижени  трудоемкости ее изготовлени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что

в рефрижераторе растворени  3Не-4Не, содержащем сосуд Дьюара, заполненный жидким 4Не, в который погружен низкотемпературный модуль, имеющий вакуумную изол цию, с размещенными в нем ванной

жидкого 4Не и камерами испарени  и растворени , причем последние соединены между собой теплопередающим элемент ом, баллон с газообразной смесью 3Не-4Не и два сорбционных насоса с электроподогревател ми , первый из которых сообщен с ванной жидкого 4Не, а второй - с камерой испарени  и с баллоном сорбционные насосы снабжены змеевиковыми теплообменниками , подключенными к жидкому 4Не,

залитому в сосуд Дьюара, и установленными на их корпусах, и размещены в паровом объеме сосуда Дьюара, с которым сообщаетс  первый насос, а теплопередающий элемент выполнен в виде теплового ключа.

На чертеже представлена схема предлагаемого рефрижератора.

Рефрижератор состоит из гелиевого сосуда 1 Дьюара. криосорбционных насосов 2

и 3, снабженных холодильниками А и 5, вакуумной рубашки 6 рефрижераторного модул  7, содержащего ванну 8 4Не, камеру 9 испарени , камеру 10 растворени , теплообменник (ожижитель) 11 и тепловой ключ

12, а также баллона 13 с газообразной смесью , манометров 14 и 15 и вентилей 16-21. Насос 3, соединённый через вентиль 16 с баллоном 13 и через теплообменник 11с камерой 9 испарени , служит

дл  откачки смеси Не- Не из баллона 13, конденсации смеси в камеры 9 и 10 испарени  и растворени , соответственно, и последующей откачки паров смеси. Насос 2, соединенный через вентиль 18 с первым

объемом гелиевого сосуда 1, а на другом конце - с ванной 8 Не предназначен дл  сорбции 4Не из парового объема гелиевого сосуда 1 и конденсации гели  в ванну 8. Холодильники 4 и 5, выполненные, например , в виде змеевиков, контактирующих с корпусами насосов 2 и 3, служат дл  охлаждени  насосов подачей через них жидкого гели  при создании избыточного (сверх атмосферного ) давлени  в гелиевом сосуде 1

и открытии вентилей 20 и 21. сообщающихс  с атмосферой или газгольдером. Тепловой ключ 12 обеспечивает во включенном положении быстрое охлаждение камеры 10 растворени  передачей холода от ванны 8 Не. Вентиль 17 служит дл  регулировани 

давлени  гели  в сосуде 1, а вентиль 19-дл  предварительной откачки ванны 8 Не вакуумным насосом (на рис. не показан), а также дл  удалени  4Не, десорбируемого из насоса 2 при полном отогреве установки.

Рефрижератор работает следующим образом ,

В исходном состо нии все вентили установки (16, 18,19,20 и 21), за исключением вентил  17, закрыты. Сосуд 1 заполнен жидким гелием, насосы 2. 3, расположенные в относительно теплой зоне, имеют температуру выше 20 К, тепловой ключ 12 включен . Цикл работы установки начинаетс  с открыти  вентилей 18 и 21. закрыти  вентил  17 дл  создани  избыточного давлени  в сосуде 1, охлаждени  насоса 2 подачей жидкого гели  через холодильник 4 за счет перепада давлени  в сосуде и атмосфере с отводом паров испар ющегос  гели  в атмосферу (или газгольдер) через вентиль 20 и сорбцией паров 4Не из сосуда 1.

После полного насыщени  сорбента насоса 2 гелием вентили 18 и 21 закрывают, включают электронагреватель насоса 2 (на рис. не показан), полностью десорбируют Не нагревом насоса до температуры выше 20 К, повыша  его давление, конденсируют гелий в ванну 8 4Не., Затем, открыва  вентиль 19, откачивают вакуумным насосом ванну 8 через теплый криосорбционный насос 2 и понижают в процессе откачки температуру ванны 8 до S.2 К. После чего, открыва  вентили 20 и 16, охлаждают насос 3 подачей через змеевик 5 холодильника насоса жидкого Не и сорбируют смесь 3Не- 4Не из баллона 13, затем вентиль 20 закрывают, прекраща  охлаждение насоса 3, включают его электронагреватель (на рис. на показан) и, десорбиру  смесь 4Не-3Не из насоса 3, конденсируют ее с помощью теплообменника 11 в камеры 9 и 10, при открытии вентил  21. После заполнени  камер 9 и 10 жидкой смесью 3Не-4Не, имеющей температуру 1,2 К, включают электронагреватель насоса 3 (на рис. не показан ) и закрывают вентиль 16. Затем, закрыва  вентиль 19 и охлажда  насос 2 подачей жидкого гели  через его холодильник 4 при открывании вентил  21, продолжают откачку ванны 8 криосорбционным насосом 2 до снижени  температуры ванны 8 до 0,6 К. Почти ту же температуру принимает камера 10 растворени , контактирующа  с ванной 8 через тепловой ключ 12, и камера

9испарени , соединенна  с камерой 10, в результате жидка  смесь 3Не-4Не в камере

10расслаиваетс  на верхнюю концентриро- ванную (по 3Не) фазу и нижнюю-разбавленную . Это состо ние отвечает началу процесса получени  сверхнизких температур растворением 3Не в 4Не, который осуществл етс  выключением теплового ключа 12

и откачкой паров смеси из камеры 9 испарени  повторным охлаждением насоса 3 с помощью холодильника 5. При этом так же, как и в прототипе, длительность поддержани  сверхнизкой температуры определ етс ,

главным образом, количеством Не в камере 10 растворени .

Использование предлагаемого изобретени  повышает экономичность установки растворени  в результате упрощени  ее

Claims (1)

1. конструкции, условий эксплуатации и повышени  технологичности изготовлени . Формула изобретени  Рефрижератор растворени  3Не-4Не, содержащий сосуд Дьюара, заполненный

   жидким 4Не, в который погружен низкотемпературный модуль, имеющий вакуумную изол цию с размещенными в нем камерами испарени  и ванной жидкого 4Не, причем две последние соединены между собой теплолередающим элементом, баллоном с газовой смесью 3Не-4Не и два сорбционных насоса с электроподогревател ми, первый из которых сообщен с ванной жидкого Не, а второй -с камерой испарени  и баллоном.

   отличающийс  тем, что, с целью повышени  экономичности, сорбционные насосы снабжены змеевиками, теплообменниками , подключенными к жидкому 4Не, залитому в сосуд Дьюара, и установленными

   на корпусах насосов, и размещены в паровом объеме сосуда Дьюара, с которым сообщен первый насос, при этом теплопередающий злемечт выполнен в виде теплового ключа.