SU1374008A1 - Криостат - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области, криогенной техники, касаетс  изолированных сосудов, предназначенных дл  хранени  и транспортировки криогенных жидкостей. Цель изобретени  - снижение потерь криогенной жидкости : за счет уменьшени  теплопритоков. Изобретение заключаетс  в использовании хладосодержани  отдельных порций паров, криогенной жидкости дл  охлаждени  газоохлаждаемых радиационных экранов. Пар криогента адиабатически сжимают в емкости дл  отбора паров криогенной жидкости до достижени  им заданной температуры- экрана, затем изотермически расшир ют с совершением внешней работы или предварительно адиабатически сжатый пар адиабатно расшир ют с совершением внешней работы и изохорно нагревают. Цикл расширение - нагревание осуществл ют многократно до наступлени  равенства давлени  паров в рабочей полости заданному давлению выпуска Кроме того, предусмотрено также адиабатическое сжатие пара и расширение путем периодического выхлопа части его. 3 ил. i сл

Description

Изобретение относитс  к криоген- ной технике и касаетс  изолированных сосудов дл  сжижени  газов, предназначенных дл  криостатировани  различных устройств, а также дл  хранени  и транспортировки криогенных жидкостей.

Целью изобретени   вл етс  снижение потерь криогенной жидкости путем уменьшени  теплопритоков„

На фиг. 1 изображен криостат, общий вид; на фиг. 2 - схема емкости дл  отбора паров криогенной жидкости; на фиг. 3 - фрагмент T-S диаграммы, характеризующий работу криостата

Криостат содержит камеру 1 дл  размещени  объекта 2, Снаружи камеры 1 установлены радиационные экраны

с азотной емкостью 7 подвешен к теплоизолирующему кожуху 3 с помощью тонкостенных трубок 19, которые слу- жат дл  заливки жидкого азота в азотную емкость 7 и дренажа паров испар ющегос  азота. Камера 1 дл  размещени  объекта 2 и установленные снаружи ее радиационные экраны 4 и 5

10 закреплены один относительно другого и относительно экрана 6 раст жками 20, Емкости 17 и 18 дл  отбора паров криогенной жидкости посредством т г 21 соединены с идентичными

15 тормозными механизмами 22 и 23, установленными на теплоизолирующем кожухе 31. Регулирование работы тормозных механизмов осуществл ет блок управлени  (не показан). Дл  свободи теплоизолирующий кожух 3. Количест-20 ного перемещени  т г 21 в экранах во радиационных экранов определ етс  предусмотрены отверсти , а с

целью снижени  теплопритоков, поступающих из-за теплопроводности т г 21 к емкост м 17 и 18 дл  отбора паров 25 криогенной жидкости, указанные т ги

конкретной конструкцией криостата, в описываемом криостате камера 1 дл  размещени  объекта 2 окружена двум  радиационными экранами 4 и 5,

с радиационными экранами 4 и 6 имеют тепловые контакты 24, выполненные, например, в виде теплопроводных силь- фонов, Вакуумирование криостата осуществл етс  через вентиль 25, установленный на теплоизолирующем кожухе 3,

окруженными, в свою очередь, экраном 6, охлаждение которого производитс  вследствие испарени  жидкого азота, помещенного в азотную емкость 7, выполненную заодно с экраном 6,

Камера 1 дл  размещени  объекта 2 снабжена патрубком 8 подвода криогенной жидкости и патрубком 9 отвода паров о Патрубок 8 подвода криогенной жидкости служит дл  заливки камеры 1 дл  размещени  объекта, а патрубок 9 отвода паров - дл  выпуска паров. Патрубок 9 отвода паров имеет тепловые контакты 10 с радиационными экранами 4 и 5. Патрубок 8 подвода криогенной жидкости снабжен отсечньм клапаном II, а патрубок 9 отвода паров - .дозирующими клапанами 12,13,14, управление которыми в процессе работы производ т при помощи автоматического устройства (не показано), Между дозирующими клапанами 12 и 13, а также 13 и 14 патрубок 9 отвода паров соединен участками трубопроводов 15 и 16 с емкост ми 17 и 18 дл  отбора паров криогенной жидкости, установленными на соответствующих радиационных экранах 5 и 4 с обеспечением теплового контакта с последнимио С помощью описанной арматуры осуществл ют заполнение и опорожнение идентичных емкостей 17 и 18 дл  отбора паров криогенной жидкости (фиг, 2), Экран 6

с азотной емкостью 7 подвешен к теплоизолирующему кожуху 3 с помощью тонкостенных трубок 19, которые служат дл  заливки жидкого азота в азотную емкость 7 и дренажа паров испар ющегос  азота. Камера 1 дл  размещени  объекта 2 и установленные снаружи ее радиационные экраны 4 и 5

закреплены один относительно другого и относительно экрана 6 раст жками 20, Емкости 17 и 18 дл  отбора паров криогенной жидкости посредством т г 21 соединены с идентичными

тормозными механизмами 22 и 23, установленными на теплоизолирующем кожухе 31. Регулирование работы тормозных механизмов осуществл ет блок управлени  (не показан). Дл  свобод0

5

0

5

0

5

с радиационными экранами 4 и 6 имеют тепловые контакты 24, выполненные, например, в виде теплопроводных силь- фонов, Вакуумирование криостата осуществл етс  через вентиль 25, установленный на теплоизолирующем кожухе 3,

Емкости 17 и 18 дл  отбора паров криогенной жидкости (фиг, 2) выполнены в виде сильфона 26, один конец которого закрыт заглушкой 27 с гидравлическим трактом 28 и прикреплен к верхней части радиационного экрана 5 или 4, а другой - жестко соединен с кромками стакана 29, размещенного внутри сильфона 26, образу  рабочую полость, и установлен с возможностью перемещени  под действием сил внутреннего давлени , при этом дно стакана 29 соединено посредством т ги 21 с тормозным механизмом 23 или 22, Внутренн   полость стакана 29 снабжена пружиной 30,

Криостат работает следующим образом .

В камеру 1 дл  размещени  объекта помещают криостатируемый объект 2, Через вентиль 25 производ т откачку внутреннего объема теплоизолирующего кожуха 3, заполн ют азотную емкость 7 жидким азотом. После этого производ т заливку жидкого гели  в камеру 1 через сифон, устанавливаемый в патрубок 8 подвода криоген15

20

25

ной жидкости, при этом дозирующие клапаны 12,13,14 и отсечной клапан 11 открытые После заливки жидкого гели  в камеру 1 сифон удал ют, отсечной клапан 11 закрывают. После стабилизации температурного режима в камере 1 дозирующие клапаны 13 и 14 закрывают, В этот момент объем рабочей полости емкости 18 дл  отбора д паров минимален (т.е. сильфон 26 сжат). Затем посредством т ги 21 тормозным механизмом 23 производ т увеличение объема рабочей полости емкости 18 до максимальной величины, при этом сильфон 26 увеличиваетс  по длине, а пружина 30 сжимаетс . После того как рабоча  полость емкости 18 (при ее максимальном объеме) заполнитс  холодными парами криогенной жидкости из камеры 1, дозирующий клапан 12 закрывают, тормозным механизмом 23 снимают усилие с т ги 21, и под действием усили  пружи- ны 30 стакан 29 перемещаетс  относительно заглушки 27, В это врем  уменьшаетс  длина сильфона 26 и происходит процесс адиабатического сжати  паров криогенной жидкости, так как сокращение объема рабочей полости емкости 18 происходит в течение долей секунды и в результате этого при сжатии теплоподвод к парам криогенном жидкости, наход щейс  в рабочей полости практически отсутствует. Жесткость пружины 30 выбирают исход  из того, чтобы усилие, оказываемое пружиной 30 на днище стакана 29 при отсутствии усили  от т ги 21, было достаточным дл  адиабатического сжати  паров криогенной жидкости, наход щихс  в рабочей полости. Величину сжати  выбирают такой, чтобы температура паров криогенной жидкости в момент окончани  сжати  была равной заданной температуре экрана, на ко- тором установлена емкость дл  отбора паров криогенной жидкости (фиг. 3, крива  0-1)о Например, при сжатии паров гели , имеющих первоначальную

30

35

40

При этом пары криогенной жидкости производ т работу посредством пер дачи усили  т гой 21 на тормозной механизм 23, В это врем  допускае некоторое падение температуры пар в рабочей полости емкости 18, напр мер на 1 Ко При достижении заданн го падени  температуры паров перем щение т ги 21 стопоритс  тормозным механизмом. Далее происходит проце изохорического нагрева пара, наход щегос  в рабочей полости емкости (фиг. 3, крива  3-4). Процесс адиа батического расширени  - изохорног нагрева паров в рабочей полости ем кости 18 циклически повтор етс , причем с последующим циклом объем рабочей полости емкости 18 скачкоо разно увеличиваетс  Процесс продо жаетс  до момента, когда объем рабочей полости емкости 18 становитс максимальным, а температура и давл ние паров в рабочей полости соотве ствуют точке 2 на фиг 3.

После окончани  процесса расшир ни  производ т передавливание паро криогенной жидкости из емкости 18 в емкость 17. Количество тепла, от веденного парами криогенной жидко ти, равно площади под кривой 1-3-4 5...2.

Конструкци  криостата позвол ет более эффективно использовать хлад содержание паров криогенной жидкос дл  уменьшени  теплопритоков, так как больша  часть тепловой энергии поступающей на радиационный экран извне, на котором установлена емкость дл  отбора паров криогенной жидкости, преобразуетс  в рабочей полости емкости в механическую энер гию и расходуетс  на совершение внешней работы тормозным механизмом

Claims (1)

1. Формула изобретени

   Криостат, содержащий камеру дл  размещени  объекта, установленные снаружи камеры радиационные экраны

   температуру 4,5 К и давление 1 кг/см ,50 и теплоизолирующий кожух, патрубки

   15

   20

   5

   д

   0

   5

   0

   При этом пары криогенной жидкости производ т работу посредством передачи усили  т гой 21 на тормозной механизм 23, В это врем  допускаетс  некоторое падение температуры паров в рабочей полости емкости 18, например на 1 Ко При достижении заданного падени  температуры паров перемещение т ги 21 стопоритс  тормозным механизмом. Далее происходит процесс изохорического нагрева пара, наход щегос  в рабочей полости емкости 18 (фиг. 3, крива  3-4). Процесс адиабатического расширени  - изохорного нагрева паров в рабочей полости емкости 18 циклически повтор етс , причем с последующим циклом объем рабочей полости емкости 18 скачкообразно увеличиваетс  Процесс продолжаетс  до момента, когда объем рабочей полости емкости 18 становитс  максимальным, а температура и давление паров в рабочей полости соответствуют точке 2 на фиг 3.

   После окончани  процесса расширени  производ т передавливание паров криогенной жидкости из емкости 18 в емкость 17. Количество тепла, отведенного парами криогенной жидкости , равно площади под кривой 1-3-4- 5...2.

   Конструкци  криостата позвол ет более эффективно использовать хладо- содержание паров криогенной жидкости дл  уменьшени  теплопритоков, так как больша  часть тепловой энергии, поступающей на радиационный экран извне, на котором установлена емкость дл  отбора паров криогенной жидкости, преобразуетс  в рабочей полости емкости в механическую энергию и расходуетс  на совершение внешней работы тормозным механизмом.

   Формула изобретени 

   Криостат, содержащий камеру дл  размещени  объекта, установленные снаружи камеры радиационные экраны

   температура 15 К достигаетс  при сжатии до 24 кг/см « После процесса адиабатического сжати  паров криогенной жидкости в рабочей полости емкости 18 посредством скачкообразного увеличени  объема сильфона 26 происходит процесс адиабатического расширени  (фиг„ 3, крива  1-3).

   подвода криогенной жидкости в камеру и отвода паров из камеры, о т- лича ю. щийс  тем, что, с целью снижени  потерь криогенной жидкости за счет уменьшени  теплопритоков , он снабжен емкост ми дл  отбора паров криогенной жидкости, ус- тановленньми на радиационных экра8 г О // /4 2