Криостат Советский патент 1990 года по МПК F17C3/00 F17C13/00 

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к криостатам, используемым в области низких и сверхнизких температур, в частности для размещения криоэлектронных узлов радиоаппаратуры.

Цель изобретения - повыщение надежности и ресурса работы криостатов из полимерных материалов.

На чертеже схематично изображен крио- стат, общий вид.

Криостат содержит корпус 1 и внутренний сосуд 2, между которыми размещена слоисто-вакуумная изоляция 3 с экранами 4, закрепленными на горловине 5 сосуда 2, закрытой крыщкой 6. Горловина 5 соединена с фланцем 7 корпуса 1 при помощи клея «ВТ-10. В горловине 5 плотно под крыщкой 6 установлена пробка в виде чередующихся дисков 8 и 9 разного диаметра, установленных между собой плотно с возможностью образования канала 10 переменного сечения для отвода паров хладагента по периферии дисков 8 и 9. Диски 8 и 9 выполнены из низкотеплопроводного материала, например из пенопласта с закрытыми порами, и герметично соединены между собой с образованием газонепроницаемых внутренних полостей при помощи промежуточного слоя 11 на диске 8 большего диаметра из высокотеплопроводного материала, например пленки алюмини- зированного майлара. Толш,ина дисков 8 и 9 определяется конструктивно, в зависимости от длины и диаметра горловины 5. В верхней части пробки выполнен канал 12 на глубину Н, составляющую удвоенную толщину В фланца 7 корпуса 1. Целесообразность выбора такой глубины обоснована экспериментально. Глубина приближает выход паров хладагента к клеевому щву (появляется опасность трещинообразования в нем), а глубина уменьшает длину охлаждающегося канала 10. Канал 12 соединен с каналом 10 на периферии диска

сд

00 00

со

00

9 меньшего диаметра и с отверстием 13 в крышке 6. В пробке выполнен вертикальный канал 14 для заливки хладагента, а все диски закреплены на центральном стержне из низкотеплопроводного материала (не показан).

Криостат работает следующим образом.

Подготавливают криостат к работе, для чего вакуумируют полость между корпусом 1 и внутренним сосудом 2. Затем через канал горловины 5 с помощью переливного устройства подают жидкий гелий ко дну внутреннего сосуда 2. Через 1,5-2 ч после охлаждения внутренний сосуд 2 окончательно заполняют гелием. Криостат готов к работе. В процессе охлаждения криостата использующийся гелий, проходя по каналу 10, постепенно активно охлаждает изоляцию с экранами, горловину 5 и пробку и с температурой -200 К выходит через канал 12 и отверстие 13 из криостата.

Повыщение надежности криостатов из полимерных материалов, например из стеклопластика, состоит в защите клеевых соединений от резкого перепада температур в месте склейки деталей криостата. Таким местом является клеевой шов между горловиной криогенной емкости и фланцем корпуса криостата. Для предотвращения растрескивания в районе клеевого щва в теле пробки и в крышке кристата выполнены каналы для вывода паров хладагента. Устранение растрескивания обеспечивает сохранение вакуума, т. е. повыщ.ает надежность и ресурс работы криостата.

Выполнение дисков пробки разного диаметра предполагается (с целью повышения ресурса работы криостата путем увеличения времени прохождения паров хладагента по каналу переменного сечения) в результате использования не столько увеличения пути отходящих паров хладагента, сколько наличия турбулентного потока газа в канале переменного сечения, где благодаря большой интенсивности турбулентного перемешивания турбулентные течения обладают повышенной способностью к теплообмену. Следовательно, используя канал переменного сечения, увеличивают передачу теплоты, т. е. теплообмен между парами криожидкости, стенкой горловины криогенной емкости и тепловыми экранами, закрепленными на горловине криогенной емкости в местах расположения дисков меньшего диаметра.

Предложенный криостат относится к безазотным, немагнитным, радиопрозрачным криостатам из полимерных материалов, например к стеклопластиковым. А так как этот криостат не имеет дополнительного азотного охлаждения, то необходима тщательная теплоизоляция гелиевой емкости, что дости

0

5

0

5

0

5

0

гается посредством тепловых и радиационных экранов.

Соотношение размеров является минимальным и определяется экспериментально. Опасность трещинообразования появляется при , при уменьшается длина охлаждающего канала, что снижает надежность и ресурс работы криостата.

Соединение каналов 12 и 13 на периферии диска меньшего диаметра выбрано с целью снижения гидродинамического или гидравлического сопротивления, возникающего при внезапном сужении канала, а также для образования застойной зоны с установившейся температурой под фланцем корпуса криостата в месте клеевого шва, что предотвращает растрескивание и увеличивает прочность криостата.

Места расположения дисков меньшего диаметра, где происходит наиболее эффективный теплообмен между парами гелия и горловиной (за счет уменьшения скорости истечения газа в этом месте), совпадают с местами крепления тепловых экранов на горловине. Это необходимо для интенсификации теплообмена между тепловыми экранами горловиной. Указанный признак в совокупности с предложенной формой канала в горловине криостата в пробке и в крышке позволяет снизить теплопритоки на 10% и увеличить ресурс работы криостата.

Формула изобретения

1.Криостат из полимерных материалов, содержащий корпус с крышкой, тепловые экраны, внутренний криогенный сосуд с горловиной, закрепленной клеевым соединением во фланце корпуса, пробку в виде чере- дуюшлхся дисков на низкотеплопроводного и слоев из высокотеплопроводного материалов и канал вывода паров хладагента, образованный зазором между дисками и горловиной и соединенный с отверстием в крышке, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и ресурса работы, канал для вывода паров хладагента соединен с отверстием в крышке посредством канала, выполненного в пробке и имеющего длину, предпочтительно равную удвоенной толщине фланца корпуса.

2.Криостат по п. 1, отличающийся тем, что диски пробки имеют разные диаметры.

3.Криостат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью снижения гидравлического сопротивления, каналы соединены на периферии диска с меньшим диаметром.

4.Криостат по пп. 1-3, отличающийся тем, что тепловые экраны закреплены на горловине внутреннего криогенного сосуда напротив дисков меньшего диаметра.

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к криостатам, используемым в области низких температур, например, для размещения криоэлектронных узлов радиоаппаратуры. Задача снижения теплопритоков решается за счет более полного использования хладосодержания отходящих паров и повышения надежности клеевого соединения. Это достигается тем, что канал для вывода паров хладагента выполнен с переменным сечением, образованным чередующимися дисками из низкотеплопроводной пробки разных диаметров, плотно установленными под крышкой и соединенными с отверстием в крышке через канал, выполненный в верхних дисках на глубину, составляющую удвоенную толщину фланца корпуса. Каналы соединены на периферии диска с меньшим диаметром. Также напротив дисков меньшего диаметра закреплены на горловине тепловые экраны. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.