Термостатирующее устройство Советский патент 1991 года по МПК F25D3/10 

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к криогенным термостатирующим устройствам.

Целью изобретения является уменьшение габаритов и веса устройства и снижение энергозатрат

На чертеже схематично изображено термостатирующее устройство.

Термоетатирующее устройство содержит емкость 1 для криогенной жидкости, рабочую камеру 2, ограничен- ную кожухом 3, размещенный в ней держатель 4 образца 5, соединенный с емкостью 1 посредством хладопровода 6, выполненного в виде заполненной газом герметичной оболочки,

приспособление для регулирования давления газа в оболочке хладопровода, которое содержит криосорбцион- ный насос 7 и соединенный с ним нагреватель 8. При этом насос 7 уста- новле н в полости рабочей камеры с обеспечением контакта с емкостью 1 для криоагента и соединен трубопроводом 9 с размешенным на нем электроуправляемым запорным клапаном 10 с полостью оболочки хладопровода 6. В полости оболочки установлен дат- чик 11 давления В держателе 4 установлены термометр 12 и нагреватель 13.

Криосорбционный насос 7 может быть выполнен в виде баллона, запол0СО

-U

СО О5 СО

ненного активированным углем, что является наиболее эффективным решением. Такой криосорбционный насос 7, снабженный нагревателем 8, выполняет ункции нагнетателя. Для обеспечения требуемой эффективности и, динамических характеристик системы регулирования давления в хладопроводе 6 объем баллона должен быть в 2-5 раз больше объема внутренней полости хладопро- вода 6. Откачка избыточного давления из хладопровода 6 производится перепуском газа в холодный баллон, в котором давление ниже. Нагнетание газа в хладопровод 6 производится одъемом давления в баллоне нагревом его и последующим перепуском ерез клапан 10,

При этом давление газа в полости хладопровода 6 удовлетворяет условию

Р2 6 р Ј Р, ,

где Р. 1 Па - давление теплообменно- го -газа в сообщающихся полостях крио- сорбционного насоса, трубопровода с клапаном и хладопровода 6 при захолаживании криосорбционного насоса до температуры источника холода;

Па- давление теплообменно- го газа в сообщающихся полостях насоса, трубопровода с клапаном и хладопровода при отогреве насоса на 5-20 К.

Термостатирующее устройство работает следующим образом.

Образец 5 устанавливают в держатель 4Q Сообщающиеся полости хладопровода 6, трубопровода 9 и криосорбционного насоса 7 заполняют теплообменным газом, например гелием Давление заполнения и сорбцион- ную емкость насоса 7 выбирают исходя из условия, чтобы после захолажи- вания насоса 7 до гелиевой температуры оно упало ниже 1 Па, а при отогреве на 5-20 К давление в сообщающихся полостях насоса 7 и хладопровода 6 поднималось до уровня порядка 100 Па„ После заполнения полости оболочки хладопровода 6 и крио - сорбционного насоса 7 теплообменным газом и закрепления образца 5 уста0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

навливают кожух 3, герметизируют узел соединения и откачивают вакуумную полость емкости 1 и рабочую камеру 2„ Захолаживание и заливку крио- жидкости, например жидкого гелия, производят по общепринятой методике работы с наливными системами., Регулирование и стабилизацию температуры образца 5 производят по сигналу с термометра 12 При этом давление в хладопроводе 6, обеспечивающее требуемую тепловую связь держателя 4 с емкостью, регулируют по сигналу с датчика 11 давления„

В стационарном режиме нагреватель 8 насоса 7 выключен,поэтому он захо- ложен до температуры источника холода (криоагента в емкости 1) и давление в нем всегда меньше любого требуемого в режиме регулирования температуры с

Регулирование давления производят следующим образом

Для уменьшения давления хладопровода 6 открывают электроуправляемый клапан 10 и по трубопроводу 9 производят откачку его полости криосорб- ционным насосом 7„ После достижения требуемого давления клапан 10 закрывают.

Для увеличения давления в хладопроводе 6 открывают клапан 10 и на нагреватель 8 подают ток. В результате нагрева криосорбционного насоса 7 происходит десорбция гелия и перетекание его в полость хладопроводов0 При достижении требуемого давления, индицируемого по датчику 11, электроуправляемый клапан 10 закрывают и прекращают подачу мощности на нагреватель 8. В результате крионасос 7 снова захолаживается, и давление в нем вследствие криосорбционной откачки понижается

Таким образом, криосорбционный насос 7 выполняет функции насоса и нагнетателя в зависимости от режима работы. Процесс регулирования и стабилизации температуры образца 5 легко автоматизируется по сигналам с датчиков 12 и 11 подачей соответствующего воздействия на электроуправляемый клапан 10 и нагреватель 8„ Прецизионную стабилизацию температуры образца 5 производят по сигналу с термометра 12 подачей мощности на нагреватель 13, установленный на держателе 4.

Выполнение приспособления для ре-- гулирования давления газа в оболочке хладопровода в виде герметичного крио сорбционного насоса, снабженного нагревателем, позволяет ему выполнять как функции откачки, так и функции нагнетания. Нагнетание газа в полость ключа осуществляется десорбцией его из насоса, а десорбция газа происходит за счет поглощения тепла, выделяемого в нагревателе.

Таким образом, процесс нагнетания осуществляется кратковременно, и лишь незначительная часть тепла, выделенного в нагревателе, передается в виде дополнительной тепловой нагрузки на источник холода„ Столь же незначительная нагрузка создается в режиме откачки, когда тепло сорбции отводится на источник холода.

Малые габариты хладопроводов и низкое давление газа в нем, а также расположение хладопровода 6 и насоса в непосредственной близости друг от друга в холодной зоне позволяют осуществлять процесс регулирования давления в замкнутой системе при помощи миниатюрного криосорбционного насоса

Это обеспечивает существенное уменьшение габаритов и веса, упрощает обслуживание и улучшает эксплуатационные характеристики, позволяет автоматизировать управление. Приме- хнение изобретения позволяет создавать автономные термостатирующие устройства, работающие в условиях ог- раничения весогабаритных характеристик, минимального энергопотребления и отсутствия вредного влияния на работу окружающих систем.

5 Формула изобретения

Термостатирующее устройство, содержащее емкость для криогенной жидкости, рабочую камеру, размещенный

0 в ней держатель образца, соединенный с емкостью посредством хладопровода, выполненного в виде заполненной газом герметичной оболочки, приспособление для регулирования давления газа в

5 оболочке, отличающееся тем, что, с целью уменьшения габаритов и веса устройства и снижения энергозатрат, приспособление для ре- гулирования давления газа содержит

Изобретение относится к криогенной технике. Целью изобретения является уменьшение габаритов и массы устройства и снижение энергозатрат После заполнения полосы оболочки хладопровода 6 и криосорбционного насоса 7 теплообменным газом и закрепления образца 5 на держателе 4 устанавливают кожух 3, герметизируют узел соединения и откачивают вакуумную полость емкости 1 и рабочей камеры 2, Регулирование и стабилизацию температуры образца 5 производят по сигналу термометра 12, При этом давление хладопровода 6, обеспечивающее требуемую тепловую связь держателя 4 с емкостью 1, регулируют по сигналу с датчика 11 давления„ Криосорбционный насос 7 выполняет функции как насоса, так и нагнетателя, благодаря чему отпадает необходимость во вспомогательном откачном и нагнетательном оборудовании„ 1 ил. с 18 (Л

с нагревателем при минимальном энерго- jo криосорбционный насос и соединенный

потреблении через трубопровод и клапан малого сечения о В результате полностью отпадает необходимость во вспомогательном откачном и нагнетательном оборудовании, установленном рядом с термостатирующим устройством.

35

с ним нагреватель, при этом насос ус тановлен в полости рабочей камеры с обеспечением контакта с емкостью для криоагента и соединен трубопроводом с размещенным на нем запорным клапаном с полостью оболочки.

с ним нагреватель, при этом насос установлен в полости рабочей камеры с обеспечением контакта с емкостью для криоагента и соединен трубопроводом с размещенным на нем запорным клапаном с полостью оболочки.