Криостат с импульсным потребителем тока Советский патент 1985 года по МПК F17C3/08 F25D3/10 

QG ЭО Изобретения относится к криогенной технике и может найти применение для обес печения работоспособности криогенных имTiynbCHbix устройств .в электронной промыш ленности, а также при проведении научных экспериментов. Известен криостат, содержащий токоведупдае шины, соединяющие охлажденный потребитель тОка с источником тока. В разрыв токоведущих шин включают клеммы и управ ляемый прерыватель для подключения или отключения потребителя тока. Клеммы и прерыватель располагают, как правило, вне криостата. Для маломощных потребителей тока роль клемм и управляемого прерывателя может выполнять обычный выключатель на панели серийного блока питания или Заправляющее реле ll. Вдоль токоведущик шин в криостат посту пает дополнительный поток тепла, который увеличивает расход хладагента. При увеличеНИИ мощности подводимого тока увеличивает ся поперечное сечение токоведзтдих шин, что приводит к недопустимо большому расходу хладагента. Известен криостат для снижения потерь от теплопритоков по токоведущим щинам, в котором в качестве одной из двух токоведущи шин используют горловину криостата, а другую токоведущую шину располагают вдоль горловины в парах хладагента. Клеммы и прерыватель расположены, вне криостата. Такое устройство позволяет подводить к охлажденному потребителю тока постодашьт ток большой мощности с умеренными потерями хладагента 2. Данный криостат не позволяет подводить к потребителю тока импульсы тока большой мощности вследствие высокой индуктивности длинных токоведущих шин. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является криостат, содержащий охлаждаемый импульсный потребитель тока, крышку, клеммы, токоведущие шины и управ ляемые прерыватели. Потребитель тока закреп лен наподвижно внутри Криостата. Одаой из . токоведущих шин служит корпус криостата, а другая токов едущая Щина проходит напрямую сквозь корпус криостата и сквозь вакуумную теплоизоляцию к потребителю тока. Клеммы и управляемые прерыватели установлены в разрьте второй токоведущей шины в вакуумной теплоизоляции криостата. В зависимоЪти от заданной величины тока замыкают большее или меньшее число клемм, устанавли вая тем самым минимально необходимое сечение токоведущей шины яа участке вакуумно теплоизоляции, что ограничивает теплоприток к хладагенту З. Такое устройство позволяет снизить, расход хладагента при подводе к охлажденному потребителю тока электрических импульсов большой мощности вследствие уменьшения тепло- притока по подводящим шинам. Недостатками известного криостата являются большие потери хладагента при подводе элект рических импульсов большой мощности, сложность конструкции и значительная индуктив- / ность токоэедущих шин. Большие потери хладагента связаны с тем, что при выделении всей мощности электрического импульса в жидком хладагенте испаряется не только то количество хладагента, которое необходимо для поддержания низкой температуры потребителя тока, но и дополнительное количество хладагента, которое выплескивается в горловину криостата при резком вьщелении большого количества тепла в хладагенте. Сложность конструкции известного криостата связана с тем, что клеммы и управляемые прерыватели расположены в вакуумной теплоизоляции криостата. Это тре-г бует включения в конструкцию специального устройства для ввода движения в вакуум . Значительная индуктивность токоведущих шин вызвана необходимостью их удлинения я увеличения расстояния между ними при вводе тока в криостат. Цель изобретения - снижение потерь хладагента при подводе электрических импульсов большой мощности, упрощение -конструкции и увеличение мощности импульсов. Указанная цель достигается тем, что в криостате с импульсным потребителем тока, содержащем корпус с крышкой и клеммы, клеммы размещены на крышке криостата и импульсный потребитель тока установлен с возможностью вертикального перемещения и взаимодействия с клеммами. Импульсный потребитель тока снабжен емкостью для хладагента. Контактная поверхность клемм имеет коническую форму, импульсный потребитель тока снабжен контактными ребрами из пластичного металла. Для многократного действия клеммы вы- полнены в виде кольцевых пружин с радиальными разрезами, а на подвижном потребителе тока вьшолйены конические контактные выступы. Снижение потерь хладагента следует из того, что энергию электрического импульса выделяют не в самом хладагенте, а на крышке криостата вдали от основной массы хладагента. емкости, присоединенной к подВижному потребителю тока, находится то минимальное количество хладаг-ента, которое необходимо испарить для поддержания низкой температуры потребителя тока во время его перемещения к клеммам и во время действия электрических импулЬсов. Упрощение конструкции криостата следует из того, что клеммы расположены в легкодоступном месте - на крыщке .криостата, и нет необходимости в специальном устройс ве для ввода движения в вакуум. Обеспечение надежного контакта между клеммами и подвижным потребителем тока снижает непроизводительные выделения тепла что также позволяет снизить потери хладагента. Для потребителя тока многократного действия надежный контакт обеспечивают кольцевые пружины с радиальными разрезам охватывающие конические контактные высту пы на потребителе тока, а для потребителя тока однократного действия надежный контакт обеспечивают снимаемые металлические ребра, выполненные на контактных поверхностях потребителя тока. Такие контактные поверхности обеспечивают не только снижени потерь хладагента, но и малую длительность переднего фронта электрического импульса и его большую мощность. На фиг. 1 представлен криостат с импуль сным потребителем тока; на фиг. 2-- вариант исполнения клеммы для потребителя тока многократного действия; на фиг. 3 то же, для потребителя тока однократного действия. В корпусе криостата 1 за вакуумной теплоизоляцией 2 находится жидкий хладагент 3. Потребитель тока 4 может перемещаться вдоль оси криостата от нижнего положения в жидком хладагенте 3 до крыщ ки криостата 5. К потребителю тока 4 прис единена емкость 6, в которой расположена часть --хладагента 3. В верхнем положении потребитель тока 4 упирается в клеммы 7 и 8, разделенные изолятором 9. Клеммы 7 и 8 соединены с источником питания при. помощи токоведущих щин 10 и 11. Жидкий хладагент 3 защищен от теплового излучени вдоль горловины криостата гибкими лепестк выми экранами 12. На верхней клемме 8 расположен колпак 13 для сбора паров хладагента. Шток 14 проходитсквозь сальни .15 и служит для перемещения потребителя тока 4 вдоль оси криостата. В зазоре между клеммой 8 и токоведущей щиной 11 закреплены три кольцевые пружины 16, которые имеют радиальные разрезы и охватывают конический контактный выступ на потребителе тока 4. Прогиб кольцевых пружин 16 вызван силой, приложенной к щтоку 14. К конической контактной поверхности клеммы 8 при помощи цггока 14 прижаты контактные выступы потребителя тока 4, выполненные в виде контактных колы1евь1Х .ребер 17 из палстичного металла. Устройство работает следую цим образом. Перед началом работы криостат- заправляют жидким хладагентом и помещают в него потребитель тока 4. Часть жидкого хладагента поступает в емкость 6. Затем охлажденный потребитель тока 4. поднимают к крыщке криостата 5 и замыкают им клеммы 7 и 8. По образовавщейся электрической цепи: источник питания, токоведущая ишна 10, клемма 7, потребитель тока 4, клемма 8 и токоведущая Шина 11 проходит импульс электрического тока. Тепло, вьщеленное электрическим током, приводит к испарению жидкого хладагента в емкости 6. Пары хладагента через отверстия в клеммах 7 и 8 поступают под колпак 13, а из него в газгольдер. Основная масса жидкого хладагента 3 надежно защищена от тепла, выделяемого электрическим током гибкими лепестковыми экранами 12. При работе с потребителем тока 4 много, кратного действия электрическую цепь замыкают охлажденным потребителем тока 4, про. гибая кольцевые пружины 18. Затем потребитель тока 4 медленно опускают сквозь гибкие лепестковые экраны 12 в жидкий хладагент 3, часть жидкого хладагента 3 снова поступает в емкость 6, после чего потребитель тока 4 готов к повторному подключению в электрическую цепь. При работе с потребителем тока 4 однократного действия электрическую цепь замыкают охлажденным потребителем тока 4, снимая кольцевые ребра 17. Затем отключают токоведущие цшны 10 и II от источника тока, снимают крыщку криостата 5, заменяют потребитель тока 4, устанавливают крыщг ку криостата 5 с новым поиребителем тока 4 на криостат, медленно опускают потребитель тока сквозь гибкие лепестковые экраны 12 в Жидкий хладагент 3, часть жидкого хладагента 3 поступает в емкость 6, после чего потребитель тока 4 готов к подключению в электрическую цепь. Увеличивая скорость подъема потребителя тока из жидкого хладагента к кръпике криостата, можно добиться дополнительного снижения расхода хладагента. Для больишх скоростей подъема необходим меньший объем емкости 6. Наилучших результатов удалось добиться при выдергивании потребителя тока 4 за ияок 14 резиновьш амортизатором. Такая скорость подьема стала возможной благодаря применению гибких лепестковых экранов 12.

Изобретение позволяет по сравнению с базовым объектом, за который выбран прототип, снизить расход хладагента. Так, при работе базового объекта на одно покдлючение импульсного потребителя тока в электрическую цепь практически уходила вся заправка криостата, а изобретение позволяет проводить 56 подключений с одной заправкой крйостата. Предложенное устройство проще в изготовлении и эксплуатации, так как не имеет подвижных деталей в вакуумной теплоизоляции и не нуждается в дозаправке жидким хладагентом после каждого подключения потребителя тока в электрическую цепьГ Предложенное устройство позволяет подводить к потребителю тока примерно в 10 раз большие по сравнению с прототипом мощности, достигающие при испытаниях Вт.

1. КРИОСТАТ С ИМПУЛЬСНЫМ ПОТРЕБИТЕЛЕМ TOICA, содержащий корпус с крышкой и клеммы, отличагощяис я тем, что, с целью снижения потерь хладагента при подводе электрических импульсов большой мощности и упрощения конструкции, клеммы размещены на крыщке криостата и импульсный потребитель тока установлен с . возможностью вертикального перемещения и взаимодействия с клеммами 2.Криостат по п. 1, о т л и ч а ю щ и нс я тем, что импульсный потребитель тока снабже.н емкостью для хладагентгь 3.Криостат по п. 1, о т л н ч а ю щ и йс я тем, что контактная поверхвость клемм имеет- коническую форму и импульсный потребитель тока снабжен контактными .ребрами из пластичного металла.

гз.

в газгольдер

+ 0

фиг.1

16

Фиг.З