Криостат Советский патент 1992 года по МПК F25D3/10 

Изобретение относится к криогенной технике и может быть применено в устройствах для термостатирования небольших объектов в диапазоне температур 4.5 - 300 К..

Известен криостат, содержащий сосуд Дьюара с запасом криоагента, теплообмен ник, расположенный на экране, причем выходная трубка теплообменника служит для охлаждения парами криоагента экрана, вакуумную камеру, находящуюся в тепловом контакте.с теплообменником, и объектодбр- жатель,

Недостатком этого криостата яв ляется то, что тепловая защищенность сосуда с запасом криоагента оказывается зависящей отуровня термостатирования и расходе хла- дагента. Кроме того, для замены йсблёдуе- мого образца в указанном криостате необходимо слить йапас криоагента из него в резервную емкость.

Наиболее близким к изобретению является криостат, содержащий сосуд Дьюара для жидкого криоагента, размещённую на нем вакуумную камеру с теплообменником и объектодержателе м, укрепленный на по- следнем электронагреватель, трубки для подвода и отвода криоагента из сосуда Дьюара.

Недостатком данного устройства является большой расход криоагента при частых сменах исследуемых образцов.

Цель изобретения - повышение удобства при эксплуатации.

Ј

V| 00

Ю

ел

На чертеже изображен предлагаемый криостат

Криостат содержит сосуд Дьюара 1 для жидкого криоагента, размещенную на нем вакуумную камеру 2 с теплообменником 3 и объектодержателем 4, трубки для подвода 5 и отвода 6 криоагента из сосуда Дьюара 1 в камеру На обьектодержателе 4 укреплен электронагреватель 7 Криостат снабжен кожухом 8, установленным вокруг сосуда Дьюара 1 с образованием между ними вакуумной полости 9 В полости 9 размещен экран 10, установленный с образованием зазора между ним с сосудом Дьюара 1, и кольцевая емкость 11 с аккумулирующим холод веществом Криостат снабжен трубопроводом 12 для отвода паров криоагента из сосуда Дьюара 1 расположенным в зазоре между экраном 10 и сосудом Дьюара 1 с обеспечением теплового контакта со стенкой последнего Трубка 6 для отвода криоагента из вакуумной камеры 2 имеет участок, расположенный под ее днищем 13 с обеспечением теплового контакта с ним, и участок 14, расположенный в кольцевой емкости 11с аккумулирующим холод веществом. Вакуумная камера 2 содержит съемный колпак 15с теплозащитным экраном 16, укрепленным на днище 13 вакуумной камеры 2. Трубка 6 снабжена вентилем 17, криоа- гент заливается в сосуд Дьюара 1 через Трубку 18 через вентиль 19, а трубопровод 12 снабжен вентилем 20.

Криостат работает следующим образом.

Перед проведением экспериментов сосуд Дьюара 1 через трубку 18 заполняют криоагентом, для чего при закрытом аенти- ле 17 открывают вентили 19 и 20 Происходит захолаживание сосуда Дьюара 1 Пары испарившегося криоагента проходят по трубопроводу 12, дополнительно охлаждая сосуд Дьюара 1. После окончания процесса захолаживания и заправки сосуда Дьюара 1 вентиль 19 закрывают

Исследуемый образец размещают на теплообменнике 3, после чего устанавливают съемный теплозащитный экран 16 и съемный колпак 15, а затем вакуумируют камеру 2. Для проведения эксперимента криоагент подают в теплообменник 3, для чего плавно открывают вентиль 17. Жидкий криоагент по трубке 5 подается в теплообменник 3, охлаждая таким образом образец Расход криоагента регулируется вентилями 17 и 20 Пройдя теплообменник 3, пары криоагента охлаждают днище 13 камеры 3 И теплозащитный экран 16 и далее поступают в кольцевую емкость 11 через участок 14 трубки 6 Так как при криостатировании объекта в нижнем интервале температур расход криоагента через теплообменник 3 увеличен, то не весь его холод полезно использовать при охлаждении экрана 16

Оставшаяся часть холода используется на охлаждение газа в газонаполненной емкости 11 После прохождения участка 14 f рубки б криоагент выводится из криостата через вентиль 17 с температурой близкой

0 комнатной. Таким образом, при проведении низкотемпературных экспериментов в емкости 11 происходит аккумулирование холо- дз, оставшегося после хождения криоагента теплообменника 3 и трубки 6 При этом ко5 личество накопленного холода и его температурный уровень зависят от расхода криоагента через теплообменник газа, заполняющего емкость 11, и его количества в ней. При прохождении криоагентом участка

0 14 его холод последовательно расходуется сначала на охлаждение газа в емкости 11, затем - на отнятие от него скрытой теплоты испарения и конденсацию и на охлаждение уже сжиженного в емкости 11 газа, далее на

5 отнятие от сжиженного газа скрытой теплоты и на дальнейшее охлаждение твердого газа Накопленный таким образом в емкости 11 холод используется для охлаждения экрана 10 в период проведения экспери0 ментов и между ними, что улучшает тепловую защищенность запаса криоагента в сосуде Дьюара 1 увеличивает время его хранения и уменьшает расход криоагента. Для замены образца закрывают вен5 тиль 17 и после разгерметизации камеры 2 снимают колпак 15 и теплозащитный экран 16. При повторном проведении эксперимента, так как масса теплозащитного экрана 16, теплообменника 3, образца и трубки 6 неве0 лика, расход криоагента на их захолаживание оказывается незначительным

Использование изобретения позволяет проводить в широком интервале температур лабораторные исследования объектов,

5 обладающих малыми собственными тепловыделениями. Благодаря аккумулированию холода отходящих паров и исследующему полезному его использованию расход криоагента остается на приемлемом уровне, при

0 этом достигается удобство эксплуатации криостата при многократной и частой замене объекта исследования в процессе эксперимента.

Формула изобретения

5 Криостат, содержащий сосуд Дьюара для жидкого криоагента размещенную нА нем вакуумную камеру с теплообменником и объектодержателем, укрепленный на последнем электронагреватель трубки для подвода и отвода крисагентэ из сосуда Дьюара в камеру, отличающийся тем что,паров криоагента из сосуда Дьюара рэспо

с целью повышения удобства при эксплуа-ложенным в зазоре между экранбм и сосутации, криостат снабжен кожухом, установ-дом Дыоара с обеспечением теплового

ленным вокруг сосуда Дьюара сконтакта со стенкой последнего при этом

образованием между ними вакуумной поло-5 трубка для отвода криоа. ента из вакуумной

сти, размещенный в указанной полости эк-камеры имеет участок, расположенный под

раном, установленным с образованиемее днищем с обеспечением теплового конзазора между ним и сосудом Дьюара, коль-такта с ним, и участок, расположенный в

цевой емкости с аккумулирующим олодве-кольцевой емкости с аккумулирующим хощесгвом, и трубопроводом для отвода10 лод веществом.

Использование: термостатирование Отдельных объектов в диапазоне температур .4,5 - .. Криостат содержит сосуд Дыр- ара для жидкого Криоагента, размещенного на нем вакуумную камеру с теплообменником и объектодержателем с электроподогревателем, трубки для подвода и Отвода криоагента из сосуда Дьюара в камеру. Криостат снабжен кожухом, установленным вокруг сосуда Дьюара с образованием между ними вакуумной полости, размещенными в ней экраном, кольцевой ёмкости с аккумулирующим холод веществом. Экран установлен с образованием зазора между ним и сосудом Дьюара. Криостат снабжен трубопроводом для отво- да паров криоагента из сосуда Дьюара, расположенным в зазоре между экраном и сосудом Дьюара с обеспечением теплоейго контакта со стенкой последнего. Трубка для отвода криоагента из вакуумной камеры имеет участок, расположенный под ее днищем с обеспечением теплового контакта с ним, и участок, расположенный в кольцёвЬй емкости с аккумулирую щим холод веществом. 1 ил. с/ G

wv

1

--

...;..-. ../ .- :,; .;; .. Л .у г ..;./.

20

А

...-.. ..; ;,

,

... .«..

XV:::.::- .::;. V-X-V-V:

.«

.

.-..

-ixH«П

л

„...

.

..„ J

.-.:::::;:

г,:/4

11

/д

Ч. -..

.. ;

.. ,

..

-..:.-/.. .::.:: ;:.:. .. ... ::

-.:::::«;л ЛЛ/ : ::