Криостат Советский патент 1991 года по МПК F25D3/10 

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в криогенном электромашиностроении для систем криостатирования сверхпроводниковых обмоток возбуждения, в том числе и высокотемпературных с температурным уровнем охлаждения 77 К и выше.

Целью изобретения является снижение расхода криагента и уменьшение габаритов криостата.

На фиг.1 схематично изображен кри- остат; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Криостат содержит цилиндрический корпус 1, размещенную в нем двустенную цилиндрическую емкость 2 для объекта 3, например сверхпроводниковых катушек. Криостат снабжен обечайкой 4, расположенной с образованием зазора 5 между ней

и меньшей стенкой емкости 2 и прикрепленной к торцовым стенкам последней. При этогл к одной торцовой стенке емкости 2 обечайка 4 приварена, а на другую торцовую стенку емкости 2 обечайка 4 опирается по скользящей посадке, обеспечивающей возможность взаимного их осевого смещения для компенсации температурных деформаций. Емкость 2 крепится в корпусе 1 посредством опорных элементов в виде усеченных конусов 6.

Емкость 2 зафиксирована в корпусе 1 посредством опорных элементов в виде усеченных конусов 6. меньшие основания которых имеют контакт с фланцами корпуса 1. При этом один из конусов к фланцу корпуса 1 крепится жестко, а другой - по скользящей посадке, обеспечивающей, так

О

о

00 00 GO

со

же, как для обечайки, компенсацию температурных деформаций. Большие основания конусов 6 жестко прикреплены к внутренней поверхности обечайки 4 в ее центральной части. Боковые поверхности усеченных конусов 6 имеют две стенки 7 и 8, установленные с образованием между ними кольцевого зазора 9, и по крайней мерз одна стенка или обе стенки имеют обращенные внутрь продольные зиги 10, имеющие контакт (сваренные) с противоположной стенкой или с зигами 10 противоположной стенки, так что в кольцевом зазоре 9 образуются каналы, По окружности большего и меньшего оснований к стенкам конусов 6 приварены кольца, образующие коллекторы 11, 12 для подвода и отвода к опорным элементам испаряющихся из емкости 2 паров криагента. Конусы 6 крепятся к обечайке и к фланцам корпуса 1 через коллекторы 11 и 12.

Криостат имеет трубки 13,14 соответственно для подвода жидкого криагента в емкость 2 и отвода его паров из корпуса 1. Кольцевые зазоры 9 в боковых стенках емкости 2 сообщены в зоне больших оснований через коллекторы 11, трубку 15, сообщенную с верхней частью емкости 2 и трубки 16.

Криостат содержит токовводы 17 для подвода электропитания к сверхпроводни- коаым катушкам и радиационный экран 18, припаянный к конусам 6. На чертеже изображен один экран. В зависимости от конкретного исполнения и назначения кри- остата экран может отсутствовать вообще, например для конструкции криостата с температурным уровнем охлаждения 77 К и выше при использовании в качестве материала сверхпроводниковых катушек высокотемпературных сверхпроводников, либо включать два экрана, припаянных к конусам в точках с разной температурой, либо включать слоисто-вакуумную теплоизоляцию.

Грубки 12,14, токовводы 17, через которые пары криагента после прохождения по зазору 9 конусов 6 покидают криостат, расположены з горловине 19 корпуса 1, которая заполняется пенопластовой пробкой для предотвращения конвективного теп- лопритока в зону криостатирования по горловине.

Полость криостата вакуумируется.

Криостат р аботает следующим образом.

Жидкий криагент по трубке 13 подается в емкость 2, охлаждая до рабочей температуры объект 3, например сверхпроводниковые катушки, Пары через.трубку 15 и

трубки 16 поступают в коллекторы 11 конусов 6, проходят по каналам в кольцевом зазоре 9 конусов 6, перехватывая теплопри- ток, идущий в зону криостатирования по

ним, и покидают корпус 1 криостата по трубкам 14, соединенным с коллекторами малых оснований конусов 6.

В данном криостате опора, включающая охлаждаемые отходящими парами конусы 6, расположена в центральной части емкости 2, что позволяет уменьшить осевые габариты криостата по сравнению с прототипом на 20-30%,

Выполнение боковых стенок конусов

двойными с зигами. по которым стенки сварены друг с другом, позволяет выполнить конусы из тонкостенного материала с достаточными прочностью и жесткостью при увеличенной их длине. Прикрепление конусов большими основаниями к жесткой обечайке, а не непосредственно к емкости (зоне криостатирования), дает возможность охлаждать полностью боковые поверхности конусов отходящими парами.

Кроме того, обечайка представляет собой дополнительное тепловое сопротивление. Совокупность этих свойств, а именно увеличение длины конусов, уменьшение их площади поперечного сечения, охлаждение всей боковой поверхности конусов, введение дополнительной обечайки создают возможности для уменьшения теплопри- токов и расхода жидкого криагента, т.е. повышения экономичности криостата.

Размещение обечайки и конуса внутри емкости позволяет уменьшить осевые размеры криостата и электрической машины в целом.

Формула изобретения

Криостат, содержащий корпус, размещенную в нем двустенную цилиндрическую емкость для объекта, опорные элементы в виде усеченных конусов, меньшие основания которых имеют контакт с фланцами корпуса, трубки для подвода жидкого криагента к емкости и отвода его паров из корпуса, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода криагента и

уменьшения габаритов криостата, он снабжен обечайкой, расположенной с образованием зазора между ней и внутренней стенкой емкости и прикрепленной к торцовым стенкам последней, при этом большие

основания конусов прикреплены к внутренней поверхности обечайки в ее центральной части, а.усеченные конусы имеют две стенки, установленные с образованием между ними кольцевого зазора, и по крайней мере одна стенка имеет обращен

ные внутрь зиги. имеющие контакт с проти- полостью емкости, а в зоне меньших основоположной стенкой, причем кольцевой за- ваний с трубками для отвода паров криаген- зор сообщен в зоне больших оснований с та,

, 3 5 2 15«/

.

Јmf-J-S yjr je-Zjf- ffLJLJy.A -ZJf.

y p-yy-s JH fMfffff Tf fFsflA

16 11 12 ftn.i

16

17 №

ILL,

rf ffffr/ + &16 11 12 ftn.i

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в криогенном машиностроении для систем криостатирования сверхпроводниковых обмоток возбуждения. Целью изобретения является снижение расхода криагента и уменьшение габаритов криостата. Жидкий криагент по трубке 13 подается в емкость 2, охлаждает объект 3, а пары криагента отводятся по трубкам 15, 16 в коллекторы 11 опорных элементов, выполненных в виде усеченных конусов 6, через кольцевой зазор между двумя стенками, образующими боковую поверхность конусов 6, коллекторы 12 и далее по трубкам 14 выводятся из корпуса 1. Прикрепления конусов 6 большими основаниями к жесткой обечайке 4, расположенной с образованием зазора 5 между ней и меньшей стенкой емкости 2, обеспечивает полное охлаждение конусов 6 отходящими парами, снижает теплопритоки и расход жидкого криагента. Размещение обечайки 4 и конусов 6 внутри емкости 2 позволяет уменьшить осевые размеры криостата. 2 ил.

10

Фиг.2 8