SU1529001A1 - Криорефрижератор на гелии п - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к криогенной технике, предназначено дл  термостатировани  объектов, работающих при температурах ниже 2,17К, и позвол ет повысить надежность за счет стабилизации теплоотвода. Криорефрижератор имеет системы азотной и гелиевой тепловой защиты, а также системы, предназначенные дл  подвода жидкого гели  и откачки его паров. Получение температур ниже 2,17К производитс  путем вакуумной откачки парового пространства в криостате. При температуре 2,17К происходит λ - переход в гелий I с образованием сверхтекучей и сверхтеплопроводной фазы (гелий II). Дл  криостабилизации охлаждаемого объекта - односторонне заглушенного канала - внутрь него подаетс  гелий II. Внутри криостатируемого объекта, сообщающегос  с жидким гелием II через пористую вставку со значительными размерами пор (более 10^-4 см), расположен дополнительный трубопровод, выполненный из нетеплопроводного материала, сообщающийс  с одного конца с полостью криостата, содержащей гелий II и имеющий на противоположном конце вставку в поперечное сечение в виде пористого элемента с порами размером не более 10^-4 см, наход щуюс  вблизи дл  криостатируемого объекта. Благодар  такому конструктивному выполнению криорефрижератора повышаетс  надежность его работы, что обеспечиваетс  непрерывной циркул цией гели  II внутри криостатируемого объекта. При этом стабилизируетс  теплоотвод от внутренней стенки объекта за счет предотвращени  обратного перехода гели  II в гелий I. 2 ил.

Description

СП

to

со

Изобретение относитс  к криогенной технике и может быть использовано в устройствах , работа О 1их в области температур от 2.17К и шже.

На фиг. 1 показано 1редлагаемое устройство , вид; на фиг. 2 - то же, при горизо 1та. 1ьном расположении теплообменника канала.

Устройство содержит криостат I, оторь й, в свою очередь, помещен в промежуточнь(| С(,)суд 2 ZIbioapa, за 1олнсн 1ый жидки.м гс . Оба ти сосуда разме иены В 1утри наружно о . Дьюара с жидким a.-io том.

Гелий II находитс  в верхней части криостата 1, котора  с помощью тег лоизол - циоиной перегородк 4 отделена от нижней части, в KOTOpoit находитс  криостатируемый обьект 5 и исгочник 6 теп.повыде,ичп|й.

Гелий II в криостат 1 U) из промежуточной е.мкости 7, имеющей тое , выно. 1з материала с размерами пор менее 10 см, разме ие 1- ной в теплой чо,1Я и1 1Нной 8.

Через ьту крышку г роход т Tj u xjnpoBiK U i 9 и 10 дл  подпитки ге,1ием как 1ромежуточной емкости 7, так и сосуда 2.

а также трубопровод 11, через который производитс  вакуумирование криостата 1.

Криостат 1 и сосуд 2 соединены трубопроводом 12 с хранилищем 13 жидкого гели  и (. вакуум-насосом 14, служащий дл  Hii iih ibHor о вакуумировани  системы. Вакуум-насос 15 служит дл  откачки паров гели  и:( криостата 1 и сосуда 2 в режиме стационарного криостатировани  и дл  предварительного вакуумировани  полости 16 через трубопровод 17. Все трубопроводы имеют вентили 18 25.

Внут|)и полости 16 помещен криостатируе- мый обТ)СК1 5, выполненный в виде стакана . Ве;).хн   часть стакаиа размещена в полости 26 с жидким гелием II. Внутреннее простраиство объекта 5 отделено от по- .1ОСТИ 26 пористой вставкой 27, выполненной из материала, имеюп1его поры размером болыии.м, чем 10 см.

Внутри объекта 5 размещаетс  дополнительный трубопровод 28, выполненный ил нетеплонроводного материала. Один из торцоБ утою трубонровода соединен с полостью 26, в которой находитс  жидкий гелий II, а второй снабжен пористой вставкой 29 из материала с размерами пор менее 10 см.

На фиг. 2 показан вариант предлагаемого устройства при горизонтальном расположении термостатируемого объекта 5.

В этом случае внутреннее пространство сосуда I разделено вертикальной теплоизол ционной перегородкой 4 на две по- .чости. В одной из этих полостей 26 располагаетс  гелий II, расположена про.межу- точна  емкость 7, служаща  дл  подпитки полости 26 жидким гелием II.

Полости 26 и 16 наход тс  в тепловом контакте посредством криостатируемого об ьекта 5, внутреннее пространство которого сообн1аетс  с полостью 26 через пористую вставку, выполненную из материала с размерами пор более .

Внутри обьекта 5 расположен дополнительный трубопровод 28.

Один из торцов этого трубопровода соединен с полостью 26, в которой находитс  жидкий гелий второй снабжен ||()|)истой встанкой 29 из материала с размерами пор менее 10 см.

Источник 6 тепловыделений находитс  в полости 16, предварительно вакуумирование которой производитс  через трубопровод 17. проход щий через теплоизол ционную крышку 8.

Предлагае.мое устройство работает следующим образом.

С по.мощью вакуум-насосов 14 и 15 через трубопроводы 12, 9, 11, 10, 17 при открытых вентил х 19-25 и закрытом вентиле 18 производитс  вакуумирование полостей 16 и 26 криостата 1 и внутреннего обьема про.межуточного сосуда 2.

Одновременно в сосуд 3 заливаетс  /жидкий азот, который посто нно дол;;ваегс  по необходимости.

По достижении иеоб.одимО Ч) вакуума в криостате I и сосуде 2, вентили 19 и 24 перекрываютс  и при вентил  18 производитс  заливка поло тей сосуда 2 и полости 26 через промежуточную емкость 7 жидким ге;;ием, наход щем- 0 с  в хранилище 13.

Далее с помои1ью вакуум-насоса 15 путем откачки паров гели  над уровнем жидкости в полости 26 снижаетс  его тем пература до необходимого уровн  (ниже 2,17К), При этом гелий в полости 26 переходит в сверхтекучее состо ние.

Интенсивность откачки паров гели  регулируетс  с помощью вентилей 21 и 22. В свою очередь, интенсивность подвода жидкости ге0 ЛИЯ в полости криостата 1 и сосуда 2 регулируетс  вентил ми 23 и 25.

Сверхтекучий гелий заполн ет внутреннее пространство криостатируемого объекта 5 и таким образом происходит его захолажи- вание.

При включении источника тепловыделений 6 тепловой поток от него воспринимаетс  термостатируемым объектом 5 и передаетс  к наход ще.мус  внутри него гелию П. 0 При подводе тепловой энергии к гелию II, наход щемус  внутри объекта 5, происходит накопление нормальной составл ющей гели  в межтрубном пространстве объекта 5, котора  не может проникать через пористую вставку 29 внутрь трубо- 5 провода 28.

При этом внутри объекта 5 растет статическое давление и под его воздействием часть нормальной составл ющей гели  II будет выбрасыватьс  в полость 26 через пористую вставку 27.

В то же врем  благодар  капилл рным эффектам, возникающим в пористой вставке 29, имеющей микрокапилл рную пористость, бул.ет происходить подсасывание гели  П в виде сверхтекучей состав- 5 л ющей из полости 26 в .межтрубное пространство объекта 5.

Благодар  описанным эффектам, внутри объекта 5 возникнут конвективные токи, сопровождающиес  дополнительным переносом тепловой энергии, что приведет к ста- 0 билизации температуры криостатируемых стенок объекта 5.

Необходимый дл  стационарной работы криорефрижератора уровень жидкого гели  1 1 в полости 26 поддерживаетс  непрерывной подпиткой гелием II этой полости 5 через промежуточную емкость 7, имеющую мелкопористую вставку в своем дне, что позвол ет производить подпитку полости 26 только сверхтекучей составл ющей гели  И.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Криорефрижератор на гелии II, включающий криостат, полость которого заполнена гелием И, систему тепловой защиты выполненную в виде коаксиально размещен- ных сосудов, заполненных жидкими гелием и азотом, хранилище жидкого гели  и вакуумные насосы, соединенные с помощью трубопроводов с криостатом, криос- татируемый объект, выполненный в виде стакана, размещенный в криостате и заполненный гелием II, и источник тепловыделений , отличаюи ийс  тем, что, с целью повышени  надежности работы за счет ста

   билизацнн теплоотвода от стенок криоста- тируемого объекта, Криорефрижератор снабжен дополнительным трубопроводом, выполненным из нетеплопроводного материала и установленным внутри криостатируемого объекта а криостатнруемый объект снабжен пористой вставкой с размерами пор более

   10см , размещенной на свободном его

   торце, при этом один из торцоь дополнительного трубопровода снабжен пористой вставкой с размерами пор менее см и размещен у дна криостатируемого объекта , а другой торец соединен с полостью криостата.

   25

   16

   fSAUU

   Жидкий

   J6

   Фиг. г