Криостат Советский патент 1985 года по МПК F17C3/00 F25D3/10 

1

Изобретение относится к криогенной технике, более конкретно к криостатам, используемым для охлаждения различных приборов и уст- ; ройств (в том числе, сверхпроводящих резонансных систем) при криогенных температурах в течение длительного времени.

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

Недостатком такой конструкции является достаточно большая скорость испарения жидкого гелия. Это обусловлено нерациональным использованием энтальпии отходящих паров гелия, так как происходит недостаточный теплообмен между отходящими парами гелия и прикрепленными описанным образом радиационными Экранами.

Максимальное сокращение теплопритоков к гелиевому сосуду достигнуто в криостатах., в которых гелиевый сосуд окружен так называемыми управляемыми радиационными экранами: радиационные экраны снабжны укрепленными на них теплообменниками, например змеевиковыми, слу- . жащими для эффективного использования холода отходящих паров гелия 2.

Однако теплоприток по опорам криостата значителен.

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

806402

из материала с малой теплопроводностью. Пространство между корпусом и управляемыми радиационными экранами заполнено теплоизоляцией З J. 5 Однако из-за крепления верхней части гелиевого сосуда на нижней части горловины не удается эффективно использовать полезный объем криостата.

10 Цель изобретения - повышение эффективности путем использования полезного обьема криостата.

Поставленная цель достигается тем, что в криостате, содержащем

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

25 нижней частью к ее днищу и сообщена с внешней камерой посредством отверстия, 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 расстоянии от ее стенок. Кроме того, горловина 2

0 прикреплена своей нижней частью к днищу камеры 5 и сообщена с внешней камерой 4 при помощи отверстия 6, расположенного по вертикальной оси криостата на границе соединения 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 теплоизоляцией 1 1, выполненной в виде слоев алюминизированной полиэтилентерофталатной перфорированной пленки. Вакуумирование криостата осуществляется через откачной вентиль 12, расположенный на верхней части корпуса 1. Регулировка скорости испарения жидкого гелия через горловину 2 осуществляется 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 вакуумирования внутренней полости криостата откачной вентиль 12 перекрывается. В горловину 2 помещается криостатируемый объект, и фланец 15 криостата герметизируется. Гелиевый сосуд 3 наполняется жидким гелием через трубки 14. После этого трубка 14 для заливки жидкого гелия в горловину 2 соединят ется с системой регулировочных вентилей 13. В дальнейшем жидкий гелий из гелиевого сосуда 3 испаряется либо через змеевиковый теплообменник 8, либо через горовину 2 и систему регулировочных вентилей 13. С помощью регулировочных вентилей 13 удается регулировать уровень жидкого гелия в горовине 2 в зависимости от требований эксперимента; криостатируемый объект полностью погружен в жидкий

гелий; криостатируемый.объект находится над поверхностью жидкого гелия в горловине 2; жидкого гелия в горловине 2 нет, т.е. дежурный режим: жидкий гелий испаряется только через змеевиковый теплообменник 8. В данном случае криостат используется только как хранилище жидкого гелия. При .этом скорость его испарения снижается, так как жидкий гелий в горловине 2 отсутствует .

Независимо от требований эксперимента криостат работает в режиме отрицательной обратной связи: чем большая тепловая мощность поступает на жидкий гелий, тем интенсивнее его испарение, и тем сильнее охлаждаются отходящими из гелиевого сосуда 3 парами -гелия экраны 7 Это ведет к снижению общей испаряемости жидкого гелия из сосуда 3. Процесс теплообмена продолжается до тех пор, пока не наступит динамическое равновесие системы в цблом

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

Таким образом, предложенная конструкция криостата обеспечивает более чем в 2 раза больший коэффициен использования полезного объема криостата.

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

КРИОСТАТ, содержащий подвешенный на горловине в вакуумируемом 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 вьшолнен 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 посредс.твом отверстия, выполненного в днище внутренней камеры .

Расчетная испаряемость жидкого гелия,

Расчетное время полного испарения жидкого гелия, 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 сосу3да , дм

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

100 1000 340 ,8

0,35

0,15