SU1180640A1 - Криостат - Google Patents

Abstract

КРИОСТАТ, содержащий подвешенный на горловине в вакуумируемом корпусе гелиевый сосуд, окруженный теплоизолированными коаксиально расположенными радиационными экранами, охлаждаемыми парами гели , отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности путем использовани  полезного объема криостата, гелиевый сосуд вьшолнен в виде расположенных одна в другой камер, при этом.горловина размещена во внутренней камере на рассто нии от ее стенок, прикреплена нижней частью к ее днищу и сообщена с внешней камерой посредс.твом отверсти , выполненного в днище внутренней камеры .

Description

1

Изобретение относитс  к криогенной технике, более конкретно к криостатам, используемым дл  охлаждени  различных приборов и уст- ; ройств (в том числе, сверхпровод щих резонансных систем) при криогенных температурах в течение длительного времени.

Известен криостат, содержащий сферический гелиевый сосуд, размещенный в вакуумной полости и окруженный радиационными экранами, охлаждаемыми отход щими парами гели . Самьщ внутренний экран прикреплен к нижней части горловины гелиевого сосуда, а каждый следующий экран прикрепл етс  к вышележащей части горловины. Пространство между корпусом и радиационными экранами заполнено теплоизол цией, например свернутой фольгой или изолирующим порошком Cl Х

Недостатком такой конструкции  вл етс  достаточно больша  скорость испарени  жидкого гели . Это обусловлено нерациональным использованием энтальпии отход щих паров гели , так как происходит недостаточный теплообмен между отход щими парами гели  и прикрепленными описанным образом радиационными Экранами.

Максимальное сокращение теплопритоков к гелиевому сосуду достигнуто в криостатах., в которых гелиевый сосуд окружен так называемыми управл емыми радиационными экранами: радиационные экраны снабжны укрепленными на них теплообменниками , например змеевиковыми, слу- . жащими дл  эффективного использовани  холода отход щих паров гели  2.

Однако теплоприток по опорам криостата значителен.

Наиболее близким к изобретению .  вл етс  криостат, содержащий .наружный Ёакуумируемьш герметичный корпус и подвешенный к корпусу на цилиндрической горловине цилиндрический гелиевый сосуд. Гелиевый сосуд окружен теплоизолированными коаксиально расположенными охлаждаемыми парами гели  радиационными экранами, укрепленными на горловине. Дл  уменьшени  доступа тепла к жидкому гелию горловина выполнена максимально тонкостенной длинной и

806402

из материала с малой теплопроводностью . Пространство между корпусом и управл емыми радиационными экранами заполнено теплоизол цией З J. 5 Однако из-за креплени  верхней части гелиевого сосуда на нижней части горловины не удаетс  эффективно использовать полезный объем криостата .

10 Цель изобретени  - повышение эффективности путем использовани  полезного обьема криостата.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в криостате, содержащем

15 . подвешенный на горловине в вакуумированном корпусе гелиевый сосуд, окруженный теплоизолированными коаксиально расположенными радиационными экранами, охлаждаемыми парами гели , гелиевый сосуд выполнен в виде расположенных одна в другой камер, при этом горловина размещена во внутренней камере на рассто нии от ее стенок, прикреплена

25 нижней частью к ее днищу и сообщена с внешней камерой посредством отверсти , выполненного в днище внутренней камеры.

На чертеже схематически изображен

3Q предлагаемый криостат, общий вид.

Криостат содержит вакуумированный герметичный корпус 1. Внутри корпуса 1 подвешен на сильфонной горловине 2 цилиндрический гелиевый

35 сосуд 3. Гелиевый сосуд 3 -выполнен в виде размещенных одна в другой камер 4 и 5. Горловина 2 размещена внутри камеры 5 на рассто нии от ее стенок. Кроме того, горловина 2

0 прикреплена своей нижней частью к днищу камеры 5 и сообщена с внешней камерой 4 при помощи отверсти  6, расположенного по вертикальной оси криостата на границе соединени  ловины 2 с днищем камеры 5, Гелиевый сосуд 3 окружен шестью коаксиально расположенными радиационными экранами 7 со змеевиковым теплообменником 8 из сплющенной трубки. Верх50 ние части 9 всех радиационных экранов 7 последовательно соединены расположенным по всей их поверхности змеевиковым теплообменником 8. Зме-. евиковый теплообменник 8 соединен

55 на входе с верхней частью внешней камеры 4, а на выходе - с заливочно-выпарным гелиевым патрубком 10, установленным на верхней части кор-i

пуса 1 . Пространство между корпусом 1 и радиационными экранами 7 заполнено экранно-вакуумной теплоизол цией 1 1, выполненной в виде слоев алюминизированной полиэтилентерофталатной перфорированной пленки . Вакуумирование криостата осуществл етс  через откачной вентиль 12, расположенный на верхней части корпуса 1. Регулировка скорости испарени  жидкого гели  через горловину 2 осуществл етс  системой 13 вентилей, также расположенных на верхней части корпуса 1. С верхней частью горловины 2 система 13 вентилей соединена посредством трубки 14, укрепленной во фланде 15, вакуумно-плотно соединенном с горловиной 2.

Криостат работает следующим образом.

После вакуумировани  внутренней полости криостата откачной вентиль 12 перекрываетс . В горловину 2 помещаетс  криостатируемый объект, и фланец 15 криостата герметизируетс . Гелиевый сосуд 3 наполн етс  жидким гелием через трубки 14. После этого трубка 14 дл  заливки жидкого гели  в горловину 2 соедин т етс  с системой регулировочных вентилей 13. В дальнейшем жидкий гелий из гелиевого сосуда 3 испар етс  либо через змеевиковый теплообменник 8, либо через горовину 2 и систему регулировочных вентилей 13. С помощью регулировочных вентилей 13 удаетс  регулировать уровень жидкого гели  в горовине 2 в зависимости от требований эксперимента; криостатируемый объект полностью погружен в жидкий

гелий; криостатируемый.объект находитс  над поверхностью жидкого гели  в горловине 2; жидкого гели  в горловине 2 нет, т.е. дежурный режим: жидкий гелий испар етс  только через змеевиковый теплообменник 8. В данном случае криостат используетс  только как хранилище жидкого гели . При .этом скорость его испарени  снижаетс , так как жидкий гелий в горловине 2 отсутствует .

Независимо от требований эксперимента криостат работает в режиме отрицательной обратной св зи: чем больша  теплова  мощность поступает на жидкий гелий, тем интенсивнее его испарение, и тем сильнее охлаждаютс  отход щими из гелиевого сосуда 3 парами -гели  экраны 7 Это ведет к снижению общей испар емости жидкого гели  из сосуда 3. Процесс теплообмена продолжаетс  до тех пор, пока не наступит динамическое равновесие системы в цблом

Сравнительные технические характеристики предлагаемого криостата и базового объекта представлены в таблице.

Таким образом, предложенна  конструкци  криостата обеспечивает более чем в 2 раза больший коэффициен использовани  полезного объема криостата .

Предложенное крепление и взаиморасположение гелиевого сосуда и горловины обеспечивает создание криостатов с длительным временем работы (при единоразовой заливке гели ) и с рациональньм использованием полезного объема криостата.

Расчетна  испар емость жидкого гели ,

Расчетное врем  полного испарени  жидкого гели , сут

Высота криостата, мм

Наружный диаметр криостата, мм

Диаметр гелиевого сосуда, мм

5

,5

1200

600

520

Диаметр горловины, мм

ЙысЬта горловины, мм

Общий полезный обтаем криостата, дм

Объем горловины, дм

Объем пространства между стенками горловины и гелиевого сосу3 да , дм

Коэффициент использовани  полезного объема криостата (отношение объема гелиевого сосуда к общему полезному объему криостата)

100 1000 340 ,8

0,35

0,15

Claims (1)

1. КРИОСТАТ, содержащий подвешенный на горловине в вакууми- руемом корпусе гелиевый сосуд, окруженный теплоизолированными коаксиально расположенными радиационными экранами, охлаждаемыми парами гелия, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем использования полезного объема криостата, гелиевый сосуд выполнен в виде расположенных одна в другой камер, при этом, горловина размещена во внутренней камере на расстоянии от ее стенок, прикреплена нижней частью к ее днищу и сообщена с внешней камерой посредством отверстия, выполненного в днище внутренней камеры .

   1 1180640 2