КРИОСТАТ Советский патент 1994 года по МПК F17C3/08 F25D3/10 

Изобретение относится к криогенной технике и предназначено для использования с объектами, работающими в режиме погружения в криогенную жидкость.

Известно, что при эксплуатации объектов, работающих в режиме погружения в криогенную жидкость, время работы устройства определяется в основном превышением уровня жидкости над верхней рабочей поверхностью объекта. При этом объект обычно помещают в цилиндрический или имеющий другую форму сосуд-криостат, заполняемый криогенной жидкостью. Учитывая тот факт, что сжижение газов с низкой температурой кипения, например гелия, представляет сложную, энергоемкую задачу, предпочтительно, чтобы "паразитный" объем (свободный от объекта) емкости криостата был минимальным.

Известны конструкции криостатов с размерами и формой, соответствующими размерам и форме объекта.

Такое решение не лишено существенных недостатков, так как при исследовательских работах не представляется возможным и рентабельным разрабатывать для каждого объекта собственный криостат и обычно используют криостаты общего назначения различных размеров.

Известен также криостат, содержащий кожух и внутреннюю емкость для хладагента, в которую помещен заполнитель из пористого материала с низкой теплопроводностью, например из песка.

Однако такое решение дает положительный эффект только при работе с температурой объекта выше температуры хладагента, а при заливке криостата и при работе объекта при температуре хладагента расход хладагента выше, чем в отсутствии заполнителя. Кроме того, время охлаждения объекта в такой конструкции велико, так как заполнитель является дополнительным тепловым сопротивлением между объектом и хладагентом.

Целью изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков, т. е. повышение экономичности работы за счет сокращения расхода хладагента при заливке криостата и сокращения времени заливки.

Цель достигается тем, что заполнитель выполнен в виде полых замкнутых оболочек, в частности полых герметичных шаров с теплоотражающим покрытием. Присутствие такого заполнителя одновременно улучшает условия охлаждения объекта, помещенного в криостат за счет турбулизации восходящего потока испарившегося хладагента.

Выбор шаровой конфигурации заполнителя объясняется тем, что при достижении низких температур остаточные газы, находящиеся внутри заполнителя, вымерзают и заполнитель испытывает внешнее избыточное давление, которое может быть больше 1 атм. В этом случае наилучшей конфигурацией, обеспечивающей минимальную толщину стенки при сохранении необходимой прочности, является шаровая.

Для уменьшения теплопритоков к объекту за счет излучения и улучшения теплообмена шары-заполнитель целесообразно покрыть материалом с высокой отражательной способностью и высокой теплопроводностью.

На чертеже показан продольный разрез криостата. Криостат представляет собой сосуд Дьюара, состоящий из емкости 1, окруженной высоковакуумной изоляцией 2 и тепловыми экранами 3. Емкость 1 заполняется на некоторую высоту хладагентом, в котором находится объект 4. Свободное от объекта пространство емкости заполнено заполнителем 5 в виде полых шаров с герметичной оболочкой. Криостат имеет наружный герметизирующий корпус 6 с патрубками 7 для вакуумирования и крышку 8.

Использование предлагаемого заполнителя позволяет снизить потребное количество криогенной жидкости, необходимой для заполнения рабочего объема, более, чем на 50% . Особое значение это имеет при эксплуатации больших систем. Так, например, для одной заливки магнитной системы двигателя постоянного тока необходимо около 250 л жидкого гелия, за счет использования заполнителя это количество можно уменьшить до 100 л. (56) Казовский Е. Я. и др. Сверхпроводящие магнитные системы, Наука, Л. , 1967, с. 92-101.

Авторское свидетельство СССР N 597902, кл. F 25 D 3/10, 23.03.76.

1. КРИОСТАТ, содержащий кожух и внутреннюю емкость для хладагента, в которую помещен заполнитель, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности работы криостата за счет экономии времени и расхода хладагента при заливке, заполнитель выполнен в виде полых замкнутых оболочек. 2. Криостат по п. 1, отличающийся тем, что оболочки имеют форму шара. 3. Криостат по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения теплопритока, оболочки снабжены теплоотражающим покрытием.