Устройство для получения низких температур Советский патент 1978 года по МПК F25D3/10 F25B27/00 

рую греть, и процесс повторяется. Для управления тепловым режимом камер разделения служат камеры охлаждения с трубопроводами циркуляции гелия-4. Когда включены нагреватели фильтров трубопроводов, возникает ноток сверхтекучего гелия-4, охлаждающий камеры охлаждения до ,7°К, когда нагреватели выключены, камеры охлаждения имеют температуру ванны сверхтекучего гелия.

Однако это устройство имеет существенные недостатки: циркуляция гелня-3 в нем циклическая, т. е. не постоянная во времени, так как для ее создания повыщают давления в камерах разделения с помощью их поочередного отогрева и значит циркуляция гелия-3, пропорциональная разности давлений между камерами разделения и смешения, не остается постоянной во времени. Следует также отметить большую сложность конструкции и низкую надежность некоторых ее элементов (низкотемпературные вентили).

Целью изобретения является обеспечение стационарного режима работы установки.

Это достигается тем, что контур циркуляции гелия-3 снабжен испарителем с подогревателем, который сообщается с камерой конденсации и камерой смешения.

На чертеже изображена предлагаемая установка, общий вид.

Устройство имеет ванну 1 для сверхтекучего гелия-4, отвакуумированную оболочку 2, в которой размещены конденсатор 3 с охлаждающей полостью, испаритель 4 с подогревателем, противоточный теплообменник 5, камера 6 растворения, первый пористый фильтр (сверхщель) 7, нагреватель 8 системы охлаждения конденсатора, трубопровод 9 со.едннительный, второй пористый фильтр (сверхщель) 10, возвратный трубопровод 11 и теплообменник 12 системы охлаждения, который вынесен из вакуумной оболочки в ванну для гелия-4.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент все элементы установки имеют температуру ванны 1. Для запуска установки выделяют тепло в нагревателе 8 системы охлаждения конденсатора. Давление в нагревателе нарастает, за счет термомеханического эффекта возникает течение сверхтекучей жидкости из ванны 1 через первый фильтр 7, нагреватель 8, трубопровод 9, теплообменник 12, второй фильтр 10, охлаждающую нолость конденсатора 3, возвратный трубопровод 11 в ванну 1. Проходя теплообменник 12, жидкий гелий-4 охлаждается до температуры ванны 1 без заметного уменьшения давления. Через второй фильтр 10 ввиду отсутствия вязкости проходит только сверхтекучая компонента потока, которая поступает в охлаждающую полость конденсатора. Падение давления на фильтре оиределяется только разностью температур на его концах в силу специфической гидродинамики сверхтекучей жидкости, причем, когда разность температур равна О, то и перепад давлений равен О (механокалорический и термомехаиический эффекты). Поскольку в момент запуска установки температура охлаждающей полости конденсатора 3 равна темнературе ванны 1, то перепад давлений на втором фильтре 10 равен О и созданное нагревателем 8 давление целиком передается в охлаждающую полость конденсатора и выталкивает содержащуюся в ней нормальную компоненту гелия-4. Наличие в сверхтекучем потоке вихрей создает силы взаимного трения между нормальной и сверхтекучей компонентами, что усиливает эффект выбрасывания. Содержание нормальной компоненты в охлаждающей нолости падает, что термодинамически означает понижение температуры. Понижение темиературы охлаждающей полости конденсатора приводит к появлению разности температур на фильтре 10 и, следовательно, к появлению нерепада давлений,

что умеиьщает давлеине в охлаждающей полости конденсатора, и в стационариом режиме на возвратном трубопроводе 11 остается небольщой неренад давлений, определяемый теплопритоком к охлаждающей полости. Этим

способом достигается охлаждение полости конденсатора до температуры 0,6-0,7°К.

Пары рабочего раствора гелий-3 и гелий-4 конденсируются на холодной поверхности конденсатора 3, образующаяся жидкость охлаждается до температуры конденсатора и, стекая вниз, в камеру растворения 6 и испаритель 4 охлаждает рабочий раствор до тех пор, пока он не примет температуру конденсатора и расслоится на фазы. После расслоения раствора включают подогреватель испарителя 4, образующийся пар обогащается гелием-3, конденсируется и, пройдя тенлообменник 5, жидкость, богатая гелнем-3, цостзпает в верхнюю фазу раствора. Гелий-3 переходит

границу раздела фаз и поглощает тепло, выделяемое охлаждаемым объектом. Камера растворения охлаждается до температуры, определяемой величиной тепловыделения в камере и значением скорости циркуляции

гелия-3 в этой системе. Под действием осмотического давления гелий-3 снова поступает в испаритель, замыкая цикл.

В предлагаемом устройстве постоянная во времени циркуляция гелия-3 ос ществляется

за счет гидростатического давления, создаваемого неизменной для установивщегося режима работы разностью уровней гелия в камере конденсации и в испарителе.

Формула изобретения

Устройство для получения низкнх температур, содержащее ванну жидкого гелия, контур циркуляции гелия-3, включающий камеру

смещения изотоиов гелия-3 и сверхтекучего гелия 4, теплообменник, камеру конденсации, и контур циркуляции сверхтекучего гелия-4, включающий камеру конденсации и пористые фильтры, один из которых снабжен нагревателем, отличающееся тем, что, с

целью ооеспечения стационарного режнма работы, контур циркуляции гелия-3 снабжен сообн1аюш,имся с камерон конденсацнн н камерой смешения иснарителем с нодогревателем.

//

7 /