УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР Советский патент 1995 года по МПК F25B9/02 

Изобретение относится к криогенной технике, преимущественно к технике сверхнизких температур.

Цель изобретения повышение надежности, экономичности и упрощение конструкции.

На фиг. 1 схематично изображена установка для получения низких температур; на фиг.2 циклограмма работы основных и вспомогательного адсорбционного насосов.

Установка для получения низких температур содержит гелиевый сосуд Дьюара 1, рефрижераторный модуль 2, включающий низкотемпературную ступень, содержащую камеры растворения 3 и испарения 4, низкотемпературный противоточный типа труба в трубе теплообменник 5, конденсатор-испаритель 6 и ступень предварительного охлаждения, содержащую автономные испарители 7, соединенные с адсорбционными насосами 8 откачными трубами 9, проходящими через камеру 10 промежуточного охлаждения. Ступень предварительного охлаждения состыкована с низкотемпературной ступенью откачной трубой 11, введенной в полость конденсатора-испарителя 6. Трубка 12 прямого потока теплообменника 5 соединяет камеру 3 растворения непосредственно с конденсатором-испарителем 6. Теплообменник 13 служит для дополнительного охлаждения потока ³Не, нагнетаемого в одном из испарителей 7, утилизацией теплосодержания паров ³Не, откачиваемых из другого испарителя 7.

Установленный на трубке, соединяющей камеру 10 и жидкостный объем гелиевого сосуда Дьюара 1, дроссель 14 обеспечивает дозированный расход жидкого гелия, необходимый для получения в камере 10 через откачную трубу 15 дополнительным адсорбционным насосом 16. Вентиль 17 служит для отвода газообразного ⁴Не при регенерации насоса 8.

Установка работает следующим образом.

После заливки сосуда 1 жидким гелием, заполнения камеры 10 переохлажденным до 1-1,5 К жидким гелием и охлаждения всех устройств рефрижераторного модуля 2 до гелиевых температур включают нагрев адсорбционных насосов 8 с адсорбированным в них ³Не. Газообразный ³Не, десорбирующийся при температурах 20-25 К из насосов 8, проходя через участки откачных труб 9, размещенные в камере 10 и охлаждаемые до 1-1,4 К, конденсируется и заполняет испарители 7. Затем, охлаждая до 4,2 К один из насосов 8, например левый, ведут откачку паров ³Не из испарителя 7 этого насоса, охлаждая жидкость испарителя до 0,4 К. В это время продолжаются нагрев правого насоса 8 и десорбция ³Не с конденсацией газа в испаритель 7 этого насоса. Газообразная смесь ³Не ⁴Не, содержащаяся первоначально в объемах низкотемпературной ступени, конденсируется на внешней поверхности охлажденного до 0,4 К конденсатора-испарителя 6; жидкая смесь стекает по трубке 12 теплообменника 5 в камеру 3 растворения и заполняет ее и частично камеру 4 испарения.

Включая нагрев камеры 4 испарения, осуществляют циркуляцию ³Не в низкотемпературной ступени: "конденсационную" откачку ³Не из камеры 4 испарения, слив конденсата по внутренней трубке 12 теплообменника 5 в камеру 3 растворения, "испарение" ³Не через границу раздела расслоившегося в камере 3 растворе ³Не ⁴Не и возврат разбавленного раствора по внешней трубке теплообменника 5 в камеру 4 испарения.

Минимальная температура, достигаемая в камере 3 растворения низкотемпературной ступени, определяется, как в известных рефрижераторах растворения, скоростью циркуляции ³Не и эффективностью низкотемпературного теплообменника.

После откачки ³Не из испарителя 7 левого из насосов 8 охлаждают правый из насосов 8 и ведут откачку паров ³Не из испарителя; одновременно нагревают левый насос и десорбируют из него ³Не и конденсируют его в испаритель 7. В это время пары смеси ³Не ⁴Не, поступающие по трубе 11 в объем конденсатора-испарителя 6, конденсируются на внешней поверхности правого из испарителей 7.

Таким образом, попеременным переключением адсорбционных насосов 8 из режима сорбции в режим десорбции осуществляют непрерывную конденсацию паров смеси ³Не ⁴Не и тем самым непрерывную циркуляцию ³Не в ступени растворения.

Переключение насосов 8 выполняют так, чтобы длительность десорбции каждого из них была заведомо меньше длительности откачки камеры 10 промежуточного охлаждения вспомогательным адсорбционным насосом 16, а частота следования циклов сорбция-десорбция для вспомогательного насоса 16 существенно больше, чем для насосов 8.

Это поясняется фиг.2, на которой в координатах температура (Т) и время (τ) показаны циклограммы работы основных 8 и дополнительного 16 насосов.

При этом условии возможна эффективная работа камеры 10, обеспечивающая охлаждение и конденсацию десорбирующегося из основных насосов ³Не.

В установке можно использовать вместо камеры 10 промежуточного охлаждения "IK-камеры", заполняемой жидким гелием, так называемую "IK-пластину", в которой объем откачиваемого жидкого гелия минимален.

Десорбцию насоса 16 осуществляют включением встроенного в него электрического нагревателя с открытием вентиля 17 и сбросом десорбирующегося гелия в атмосферу (или газгольдер), охлаждение подачей жидкого гелия из сосуда 1 в холодильник насоса (на чертеже не показан), который может быть выполнен, например, в виде змеевика, смонтированного на корпусе насоса 16. При этом вентиль 17 закрыт.

Аналогичным образом производят нагрев и охлаждение основных насосов.

Изобретение относится к криогенной технике и позволяет повысить надежность, экономичность и упростить конструкцию, для чего в установке для получения низких температур, содержащей гелиевый сосуд Дьюара 1 с жидкостной и паровой полостями и рефрижераторный модуль 2, включающий низкотемпературную ступень с камерами растворения 3 и испарения 4, низкотемпературным теплообменником 5 и конденсатором-испарителем 6, и ступень предварительного охлаждения с адсорбционными насосами 8, соединенными откачными трубами 9 через камеру 10 промежуточного охлаждения с испарителями 7, гелиевый сосуд 1 выполнен разборным, а ступень предварительного охлаждения снабжена дополнительным адсорбционным насосом 16, соединенным с одной стороны через вентиль 17 с атмосферой, а с другой откачной трубой 15 с камерой 10 промежуточного охлаждения, испарители 7 вмонтированы в полость конденсатора-испарителя 6, а все адсорбционные насосы 8 и 16 размещены в паровой полости. 2 ил.

УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР, содержащая гелиевый сосуд Дьюара с жидкостной и паровой полостями и рефрижераторный модуль, включающий низкотемпературную ступень с камерами растворения и испарения, низкотемпературным теплообменником, и конденсатором-испарителем, и ступень предварительного охлаждения с адсорбицоннными насосами, соединенными откачными трубами через камеру промежуточного охлаждения с испарителями, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, экономичности и упрощения конструкции, гелиевый сосуд выполнен разборным, а ступень предварительного охлаждения снабжена дополнительным адсорбционным насосом, соединенным с одной стороны через вентиль с атмосферой, а с другой откачной трубой с камерой промежуточного охлаждения, испарители вмонтированы в полость конденсатора-испарителя, а все адсорбционные насосы размещены в паровой полости.