Способ получения сверхнизких температур /его варианты/ и установка для его осуществления /ее варианты/ Советский патент 1988 года по МПК F25B9/02 F25J1/02 

риода, верхняя часть камеры растворения при помощи регулирующего клапана сообщена с нижней частью емкости, а в месте подключения второй линии откачки к верхней части емкости установлен свой регулирующий клапан..

5. Установка для получения сверхнизких температур, содержащая гелиевый криостат с двумя линиями откачки, снабженными криосорбционными насосами, камеру растворения гелия-3 в i гелии-4, камеру испарения и емкость с жидким гелием-3, имеющую тепловой контакт с камерами и подключенную своей верхней частью к второй линии откачки, а первая линия откачки через камеру испарения и посредством капилляра подключена к нижней части камеры растворения, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения пускового периода,-установка дополнительно содержит линию подвода в камеру растворения обогащенного гели- ем-3 раствора с последовательно установленными в ней теплообменниками, размещенными в камере испарения и емкости,причем эта линия перед теплообменниками соединена через регулирующий клапан с первой линией откачки,в которой перед камерой испарения также установлен регулирующий клапан,

6. Установка для получения сверхнизких температур, содержащая гелиевый криостат с двумя линиями откачки, снабженными криосорбционными насосами, камеру растворения и камеру испарения, верхняя часть которой подключена к первой линии откачки, а нижняя посредством капилляра соединена с нижней частью камеры растворения, о т- личающаяся тем, что, с целью уменьшения пускового периода, вторая линия откачки посредством регулирующего клапана соединена с верхней частью камеры растворения, а в нижней части камеры испарения перед капилляром установлен другой регули- руюпщй клапан.

1. Способ получения сверхнизких тe пepaтyp путем заполнения емкости жидким гелием-3, а камер испарения и растворения - исходным раствором гелия-3 в гелии-4 с содержанием гелия-3 не более 20%, охлаждения исходного раствора в обеих камерах путем откачки из емкости паров гелия-3 до получения в камере растворения температуры 0,3-0,4 К и последующего отбора гелия-3 из камеры испарения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пускового периода, при отборе гелия-3 из камеры испарения перепускают жидкий гелий-3 из нижней части, емкости в верхнюю часть камеры растворения для смешения с исходным раствором. 2. Способ получения сверхнизких температур путем заполнения емкости жидким гелием-3, а камер испарения и растворения - исходным раствором гелия-3 в гепии-4 с содержанием гелия-3 не более 20%, охлаждения исходного раствора в обеих камерах путем откачки из емкости паров гелия-3 до получения в камере растворения температуры 0,3-0,4 К и последующего отбора гелия-3 из камеры испарения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пускового периода, перед отбором гелия-3 из камеры испарения в верхнюю часть камеры растворения подводят раствор гелия-3 в гелии-4, обогащенный гелием-3. 3.Способ получения сверхнизких температур путем заполнения камер испарения и растворения, последнего из. которых заполняют исходным раствором гелия-3 в гелии-4 с содержанием гелия-3 не более 20%, охлаждения исходного раствора и последующего отбора гелия-3 из камеры испарения, о т- личающийся тем, что, с целью уменьшения пускового периода, камеру растворения заполняют раствором гелия-3 в гелии-4 с содержанием гелия-3 не менее 90%, а охлаждение обоих растворов осуществляют путем откачки паров гелия-3 из камеры растворения с последующим смешением растворов в камере растворения. 4.Установка для получения сверхнизких температур, содержащая гелиевый криостат с двумя линиями откачки, снабженными криосорбционными насоса- ; ми, камеру растворения гелия-3 в ге- лии-4, камеру испарения и емкость с жидким гелием-3, имеющую тепловой контакт с камерами и подключенную своей верхней частью к второй линии откачки, а первая линия откачки через камеру испарения и посредством капилляра подключена к нижней части камеры растворения, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения пускового пе(Л 00 00 00 ОС)

1

Изобретение относится к криогенной технике, точнее к области получения сверхнизких температур.

Целью изобретения является уменьшение пускового периода установки.

На фиг. представлена схема установки для получения сверхнизких температур, по первому варианту; на фиг.2 - то же по второму ьарианту; на фиг.З - то же, по третьему вари- анту.

Установка для получения сверхнизких температур содержит криостат 1, первую линию 2 откачки, вторую линию 3 откачки, криосорбционные йасосы 4, 5 с адсорбирующими элементами 6, 7 и нагревателями 8,9.,-камеру 10 растворения, камеру 11 испарения, емкость 12 с жидким гелием 3, капилляр 13, ргулирующие клапаны 14 - 9, теплооб- менники 20 - 24, емкость 25 с жидким гелием-4, линию 26 откачки паров ге- лия-4, дроссель 27, криосорбционный насос 28, адсорбирующий элемент 29, нагреватель 30, гелиевую ванну 31, вентили 32.

0

5

Установка по первому варианту (фиг.) работает следующим образом.

Гелиевую ванну 31 криостата 1 заполняют жидким гелием-4 и открьшают вентиль 32 насоса 28. Заполняющие оболочку насоса 28 пары гелия вытесняются жидким гелием-4, который охлаждает адсорбирующий элемент 29, Начинается откачка паров гелия-4 из емкости 25, которая через дроссель 27 подпитывается жидким гелием-4. После охлаждения криостата до температуры ,2-1,5 К при закрытом клапане 14 и открытом клапане 15 в линию 2 подают исходный раствор гелия-3 в гелии-4 с содержанием гелия- 3, например, 20%, который конденсируется и заполняет камеру 10 растворения и частично камеру 1 испарения. Через линию 3 подают газообразный ге- лий-3 с минимально возможным содержанием гелия-4, который конденсируется и заполняет емкость 12. Далее включают в работу насос 5 второй линии 3 откачки, начинается откачка паров гелия-3 из емкости 12, в резуль

314

тате чего температура жидкого гелия-3 в этой емкости понижается. Одновременно благодаря напичиго теплового ) контакта между емкостью 12 и камерой 10 растворения охлаждается и исходный раствор, заполняющий последнюю. При этом откачиваемые пары из емкости 12 посредством теплообменника 24 охлаждают также раствор, находящийся в камере Л испарения. После охлаждения раствора гелия-3 в гелии-4, заполняющего камеру растворения, и гелия-3 в емкости 12 до температуры 0,3-0,4 К откачку паров из емкости 12 прекращают, выключив насос 5. и за- крью клапан 15. Клапан 14 открьшают и затем сразу включают в работу насос 4. Между гелием-3 из емкости 12 и верхней частью исходного раствора в камере растворения практически сразу устанавливается граница раздела, так как их концентрации близки к концентрациям фаз расслоившегося раствора

Заполнение камеры 10 растворения и камеры 11 испарения исходным раствором гелия-3 в гелии-4 и его охлаждение до тe mepaтypы 0,4-0,3 К осуществляют так же, как описано в первом варианте, при закрытых клапанах 16, 17. После этого клапан 16 открывают, и второй раствор гелия-3 в гелии-4, обогащенный гелием-3, из исто ника поступает в линию подачи, где конденсируется, последовательно ох- J5 лаждаясь в теплообменниках 21, 22 и 23, и поступает в верхнюю часть исходного раствора, заполняющего камеру 10 растворения, вытесняя его из нижней части камеры 10 растворения в камеру 11 испарения. Откачку пара из камеры 11 испарения начинают после подачи второго раствора в камеру растворения, если исходный раствор содержит 20% гелия-3, или после обогелия-3 в гелии-4 при этой температу-25 гащения раствора в камере испарения

ре. Откачка паров из камеры 1I испарения приводит к обеднению гелием-3 находящегося там раствора, вследствие чего возникает диффузия гелия-3 в кагелием-3 до 1%, если исходный раствор имеет более низкое содержание гелия-3. Процесс расслоения образо- вавшегося раствора происходит анамеру 1 1 испарения из камеры растворе- JQ логично тому, как это имеет место

ния и нарушение равновесия концентраций на границе раздела фаз. Это нарушение компенсируется переходом гелия-3 из обогащенной фазы в -обедненную, что сопровождается поглощением тепла и, как следствие, понижением температуры. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет израсходован весь гелий-3, составляющий обогащенную фазу расслоившегося раст- вора, на чем цикл работы установки завершается. В том случае, если камера 10.растворения и камера 11 испарения заполняются раствором с содержанием гелия-3 не 20%, а меньше, напри- мер 10 %, что примерно соответствует .естественному содержанию гелия-3 в гелии-4 атмосферы, то при открытии клапана 14 часть гелия-3 из емкости 12 переходит с поглощением-тепла в раствор, повьш1ая концентрацию гелия-3 в исходном растворе до равновесной, то есть примерно до 20%, после чего в растворе происходит расслоение. Откачку пара из камеры 1I испарения и в этом случае можно начинать сразу, при этом холодопроизводительность установки вначале даже несколько выше, чем в установившемся режиме.

Предла.гаемая установка по второму варианту работает следующим образом.

Заполнение камеры 10 растворения и камеры 11 испарения исходным раствором гелия-3 в гелии-4 и его охлаждение до тe mepaтypы 0,4-0,3 К осуществляют так же, как описано в первом варианте, при закрытых клапанах 16, 17. После этого клапан 16 открывают, и второй раствор гелия-3 в гелии-4, обогащенный гелием-3, из источника поступает в линию подачи, где конденсируется, последовательно ох- лаждаясь в теплообменниках 21, 22 и 23, и поступает в верхнюю часть исходного раствора, заполняющего камеру 10 растворения, вытесняя его из нижней части камеры 10 растворения в камеру 11 испарения. Откачку пара из камеры 11 испарения начинают после подачи второго раствора в камеру растворения, если исходный раствор содержит 20% гелия-3, или после обогащения раствора в камере испарения

гелием-3 до 1%, если исходный раствор имеет более низкое содержание гелия-3. Процесс расслоения образо- вавшегося раствора происходит ана5

Q ,с

0

5

при работе установки nd первому варианту. Второй раствор подают в камеру 10 растворения, не прекращая откачки паров из емкости 12, до тех пор, пока граница раздела фаз в этой камере не приблизится вплотную к входу в капилляр 13 или пока не закончится гелий-3 в емкости 12. Оптимальным является случай,, когда оба эти момента совпадают. После этого клапан 16 закрывают. По мере откачки паров из камеры 1I испарения сорбирующий элемент 6 насоса 4 насьш1ается гелием-3, отбираемым из камеры 10 растворения. После завершения цикла работы установки, когда граница раздела фаз в камере 10 растворения займет свое крайнее верхнее положение, весь гелий-3, находившийся в начале цикла в верхней фазе раствора, переходит в насос 4. Теперь при необходимости повторить цикл работы установки емкость 12 заполняют жидким гелием-3 путем регенерации насоса 5. После требуемого охлаждения исходного раствора в камере 10 растворения второй раствор в ее верхнюю часть подают из насоса 4, для чего при закрытых клапане 18 и вентиле 32 насоса

514

4 открывают клапан 16 и включают нагреватель 8.этого насоса. Образующиеся пары гелия-4 вытесняют жидкость из оболочки насоса в ванну 31, сорбирующий элемент 6 нагревается, поглощаемый им раствор, содержащий почти чистый гелий-3, выделяется в линию подачи. Далее цикл повторяется в описанной выше последовательности.

Установка по третьему варианту работает следующим образом.

Камеру 11 испарения заполняют исходным раствором гелия-З в гелии-4 с содержанием гелия-З 20% или меньше. Камеру 10 растворения заполняют вторым раствором гелия-3 в гелии-4 содержанием гелия-3 не меньше 90% и откачкой паров из этой камеры при открытом клапане J 4 и закрытом клапане

36

19 охлаждают растворы до 0,3-0,4 К, После достижения этой температуры клапан 14 закрывают, насос 5 отключают и соединяют растворы, открыв клапан 19, так как уровень исходного раствора в камере 11 испарения пре вышаёт уровень второго раствора в камере 10 растворения, первый из них по капилляру 13 частично выпивается в камеру 10 растворения и поступает снизу во второй раствор. Благодаря тому, пто концентрации растворо близки к равновесным, между ними сразу или через ;

короткий промежуток времени поянлячт- ся граница раздела, расположенная в камере 10 растворения. После этого включают в работу насос 4, Дальнейший процесс идет описанным в предвдущих вариантах способом

иг.7

J2,

,J2

29