RU178641U1

RU178641U1 - CRYOSTAT FOR COOLING AND MAINTENANCE AT THE PRESET TEMPERATURE OF MASSIVE DEVICES

Info

Publication number: RU178641U1
Application number: RU2017135914U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Юрьевич Акимов; Александр Иванович Болоздыня; Валерий Витальевич Сосновцев; Александр Владимирович Хромов; Алексей Вячеславович Шакиров
Priority date: 2017-10-09
Filing date: 2017-10-09
Publication date: 2018-04-16

Abstract

Полезная модель относится к криогенной технике, а именно к криостатным устройствам и может быть использована для охлаждения и поддержания при заданной температуре устройств с массой более одной тонны, например, детекторов элементарных частиц на жидких благородных газах.Технический результат предлагаемой полезной модели состоит в уменьшении теплового потока с одновременным увеличением прочности крепления.Для реализации указанного технического результата предложен криостат, состоящий из внешнего кожуха и внутреннего сосуда, между которыми находится вакуум в качестве изоляции, и жестко соединенных между собой как минимум двумя тепловыми опорами, при этом каждая из тепловых опор состоит из двух металлических П-образных кронштейнов и теплоизоляционного стержня, причем кронштейны расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях и один из них соединен с крышкой внешнего кожуха, а второй соединен с крышкой внутреннего сосуда, а стержень вертикально закреплен между кронштейнами вдоль оси симметрии, при этом оба конца стержня находятся в зажимах, соединенных с обоими кронштейнами. В частности, теплоизоляционный стержень может иметь цилиндрическую форму, как наиболее простую для реализации, и может быть изготовлен из полиимидного пластика с коэффициентом теплопроводности не более 0,35 Вт/м×К, обладающим высокой прочностью при работе на сжатие и легко поддающимся механической обработке.The invention relates to a cryogenic technique, namely to cryostat devices and can be used to cool and maintain at a given temperature devices with a mass of more than one ton, for example, elementary particle detectors using liquid noble gases. The technical result of the proposed utility model is to reduce the heat flux with a simultaneous increase in the fastening strength. For the implementation of the specified technical result, a cryostat is proposed, consisting of an external casing and an internal vessel, between vacuum is used as insulation, and rigidly interconnected by at least two thermal supports, each of the thermal supports consists of two metal U-shaped brackets and a heat-insulating rod, and the brackets are located in mutually perpendicular planes and one of them is connected to the cover external casing, and the second is connected to the lid of the inner vessel, and the rod is vertically fixed between the brackets along the axis of symmetry, while both ends of the rod are in clamps connected to both ronshteynami. In particular, the heat-insulating rod may have a cylindrical shape, as the simplest to implement, and can be made of polyimide plastic with a thermal conductivity of not more than 0.35 W / m × K, which has high compressive strength and is easily machined.

Description

Полезная модель относится к криогенной технике, а именно к криостатным устройствам и может быть использована для охлаждения и поддержания при низкой температуре устройств с массой более одной тонны, например, детекторов элементарных частиц на жидких благородных газах.The utility model relates to cryogenic technology, namely to cryostat devices and can be used to cool and maintain at low temperature devices with a mass of more than one ton, for example, elementary particle detectors using liquid noble gases.

Известны криогенные сосуды, состоящие из внутреннего сосуда и внешнего сосуда (кожуха), между которыми находится вакуум в качестве изоляции. Как правило, внутренний сосуд закреплен внутри кожуха при помощи подвесных цепей (патент RU 2338118, 10.11.2008). Недостатком устройства известной конструкции является то, что внутренний сосуд контактирует с внешним кожухом через металлические элементы, обладающие высокой теплопроводностью, что резко ухудшает качество теплоизоляции между сосудами.Known cryogenic vessels, consisting of an internal vessel and an external vessel (casing), between which there is a vacuum as insulation. As a rule, the inner vessel is fixed inside the casing with the help of hanging chains (patent RU 2338118, 10.11.2008). A disadvantage of the device of known design is that the inner vessel is in contact with the outer casing through metal elements having high thermal conductivity, which dramatically affects the quality of thermal insulation between the vessels.

Наиболее близким по техническим характеристикам (прототипом) является криостат, состоящий из внутреннего сосуда и внешнего кожуха, соединенных друг с другом тепловыми опорами (патент RU 2021555, 15.10.1994). Опора представляет собой кольцо и стеклопластиковые стяжки, расположенные тангенциально относительно этого кольца и под углом к плоскости опоры. Каждая пара стяжек, расположенная под углом одна к другой, одними концами закреплена на общих осях, а другими поочередно, с помощью шарниров - на внешнем кожухе и внутренней емкости. Стяжки расположены равномерно по окружности, а общие оси установлены на опорном кольце с возможностью радиального перемещения, при этом опорное кольцо расположено между внешним кожухом и внутренним сосудом.The closest in technical characteristics (prototype) is a cryostat, consisting of an inner vessel and an outer casing connected to each other by thermal supports (patent RU 2021555, 10/15/1994). The support is a ring and fiberglass couplers located tangentially relative to this ring and at an angle to the plane of the support. Each pair of couplers, located at an angle to one another, is fixed at one axis by one end, and the other alternately, using hinges, on the outer casing and inner container. The ties are arranged evenly around the circumference, and the common axes are mounted on the support ring with the possibility of radial movement, while the support ring is located between the outer casing and the inner vessel.

К недостаткам данного устройства относится низкая прочность крепления, вызванная тем, что стеклопластиковые стяжки находятся в постоянном напряжении при растяжении под весом криостатируемого устройства, а также существенный тепловой поток между внутренним сосудом и внешним кожухом из-за значительного общего сечения фиксирующих стяжек.The disadvantages of this device include the low strength of the fastening caused by the fact that the fiberglass ties are in constant tension under tension under the weight of the cryostatic device, as well as the significant heat flow between the inner vessel and the outer casing due to the significant total cross-section of the fixing screeds.

Технический результат предлагаемой полезной модели состоит в уменьшении теплового потока с одновременным увеличением прочности крепления.The technical result of the proposed utility model is to reduce the heat flux while increasing the strength of the mount.

Для реализации указанного технического результата предложен криостат, состоящий из внешнего кожуха и внутреннего сосуда, между которыми находится вакуум в качестве изоляции, и жестко соединенных между собой как минимум двумя тепловыми опорами, при этом каждая из тепловых опор состоит из двух металлических П-образных кронштейнов и теплоизоляционного стержня, причем кронштейны расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом один из них соединен с крышкой внешнего кожуха, а второй соединен с крышкой внутреннего сосуда, а стержень вертикально закреплен между кронштейнами вдоль оси симметрии, кроме того оба конца стержня находятся в зажимах, соединенных с обоими кронштейнами.To implement this technical result, a cryostat is proposed, consisting of an outer casing and an inner vessel, between which there is a vacuum as insulation, and rigidly interconnected by at least two thermal supports, each of the thermal supports consists of two metal U-shaped brackets and heat-insulating rod, and the brackets are located in mutually perpendicular planes, while one of them is connected to the lid of the outer casing, and the second is connected to the lid of the inner vessel, and the rye is vertically fixed between the brackets along the axis of symmetry, in addition, both ends of the rod are in clamps connected to both brackets.

В частности, теплоизоляционный стержень может иметь цилиндрическую форму, как наиболее простую для реализации.In particular, the heat-insulating rod may have a cylindrical shape, as the most simple to implement.

Кроме того, теплоизоляционный стержень может быть изготовлен из полиимидного пластика с коэффициентом теплопроводности не более 0,35 Вт/м×К, обладающим высокой прочностью при работе на сжатие и легко поддающимся механической обработке.In addition, the heat-insulating core can be made of polyimide plastic with a thermal conductivity of not more than 0.35 W / m × K, which has high compressive strength and is easily machined.

В предложенной конструкции внутренний криогенный сосуд контактирует с внешним кожухом только через теплоизоляционный стержень, что позволяет уменьшить тепловой поток между внешним кожухом и внутренним сосудом. Статическая нагрузка внутреннего сосуда с помещенным в него массивным устройством передается на поддерживающий теплоизоляционный стержень, таким образом работающим на сжатие, что значительно увеличивает прочность крепления.In the proposed design, the inner cryogenic vessel contacts the outer casing only through the heat-insulating rod, which allows to reduce the heat flux between the outer casing and the inner vessel. The static load of the inner vessel with the massive device placed in it is transferred to the supporting heat-insulating rod, thus working in compression, which significantly increases the fastening strength.

На фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 представлен пример конкретной реализации предлагаемого устройства. На фиг. 1 изображен криостат для охлаждения и поддержания при заданной температуре массивных устройств, общий вид; на фиг. 2 - узел А на фиг. 1, представляющий собой тепловую опору; на фиг. 3 - разрез узла А по В-В на фиг. 2.In FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3 presents an example of a specific implementation of the proposed device. In FIG. 1 shows a cryostat for cooling and maintaining massive devices at a given temperature, general view; in FIG. 2 - node A in FIG. 1, which is a thermal support; in FIG. 3 is a sectional view of assembly A along BB in FIG. 2.

Устройство, представленное на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, состоит из внутреннего сосуда 1 и внешнего кожуха 2, соединенных одной из тепловых опор 3. Тепловая опора состоит из кронштейнов 4 и 5, которые соответственно крепятся к крышке внешнего кожуха криостата 6 и верхней крышке внутреннего сосуда 7, и цилиндрического теплоизоляционного стержня 8, изготовленного из полиимидного пластика, который с одной стороны закреплен в зажиме 9 и соединен с кронштейном 4, а с другой стороны закреплен в зажиме 10 и соединен с кронштейном 5.The device shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, consists of an inner vessel 1 and an outer casing 2 connected by one of the thermal supports 3. The thermal support consists of brackets 4 and 5, which are respectively attached to the cover of the outer casing of the cryostat 6 and the top cover of the inner vessel 7, and a cylindrical heat-insulating rod 8, made of polyimide plastic, which, on the one hand, is fixed in the clamp 9 and connected to the bracket 4, and on the other hand, is fixed in the clamp 10 and connected to the bracket 5.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Массивное охлаждаемое устройство помещается во внутренний сосуд 1 криостата и охлаждается до заданной температуры. Основной тепловой поток от внешнего кожуха 2 к внутреннему сосуду 1 проходит через теплоизоляционный стержень 8. Количество переданной теплоты от внешнего кожуха 2 к внутреннему сосуду 1 значительно понижено вследствие высокого термического сопротивления теплоизоляционного стержня 8. Статическая нагрузка внутреннего сосуда 1 с массивным устройством передается на крышку внешнего кожуха 6 через стержень 8, работающий на сжатие.A massive cooled device is placed in the inner vessel 1 of the cryostat and is cooled to a predetermined temperature. The main heat flow from the outer casing 2 to the inner vessel 1 passes through the heat-insulating rod 8. The amount of heat transferred from the outer casing 2 to the inner vessel 1 is significantly reduced due to the high thermal resistance of the heat-insulating rod 8. The static load of the inner vessel 1 with a massive device is transferred to the cover of the outer the casing 6 through the rod 8, working in compression.

Таким образом, полезная модель позволяет уменьшить тепловой поток с одновременным увеличением прочности крепления, что особенно важно для охлаждения и поддержания при заданной низкой температуре массивных устройств.Thus, the utility model allows to reduce the heat flux while increasing the fastening strength, which is especially important for cooling and maintaining massive devices at a given low temperature.

Claims

1. A cryostat for cooling and maintaining massive devices at a given temperature, consisting of an external casing and an internal vessel, rigidly interconnected by at least two thermal supports, characterized in that each of the thermal supports consists of two metal U-shaped brackets and a heat-insulating rod moreover, the brackets are located in mutually perpendicular planes, while one of them is connected to the lid of the outer casing, and the second is connected to the lid of the inner vessel, and the heat-insulating rod in rtikalno secured between the bracket along the axis of symmetry furthermore both ends of the rod clamps are connected to both brackets.

2. The cryostat according to claim 1, characterized in that the heat-insulating rod has a cylindrical shape.

3. The cryostat according to claim 1, characterized in that the heat-insulating core is made of polyimide plastic with a thermal conductivity of not more than 0.35 W / m × K.