Устройство для автоматического поддержания уровня кипящего хладагента в рабочей камере Советский патент 1981 года по МПК G05D9/02 

1

Изобретение относится к холодильной и криогенной технике и может быть использовано при исследовании физических, химических, механических и других свойств различных объектов при низких температурах, например, для исследования свойств полупроводниковых приемников излучения, для проведения магнитных и радноспектроскопических исслед ваний образцов твердого тела, для определения модуля упругости различных конструкционных материалов, а также для охлаждения раэличнь1х радирустройств.

По основному авт.св. 363077 известно устройство для автоматического поддержания уровня кипящего хладагента в рабочей камере с охлаикдаекалм объектом внутри, содержащее сосуд для хладагента, соединенный с рабочей камерой при помощи боковых кансшов. Сосуд выполнен в виде торообразной емкости, размещенной соосно рабочей камере и именхцей с ней общую стенку, а кангьлы расположены по периметру стенки на высоте, определяемой заданным уровнем хладагента в рабочей камере. Уровень хладагента в торообразном сосуде устаИсшливается выше уровня хладагента

в рабочей камере, поэтому давление над зеркалом хладагента в рабочей камере соответственно вькие, чем-давление Нсщ зеркалом хладагента в торообразном сосуде. Поскольку уровень жидкого хлёщагента в торообразном сосуде изменяется в широких пределах в процессе эксперимента, то это вызывает соответствующие изменения давления хладагента в рабочей камере. Следовательно, изменяется и температура хладагента в рабочей камере, так как она прямо пропорционашьно зависит от давления 1.

Недостатком данного устройства является нестабильность давления и температуры хладагента в рабочей камере из-за того, что разность уровней жидкости в рабочей камере и торообразном сосуде изменяется в сравнительно широких пределах во время испытания. Эта нестабильность давления и температура хладагента в рабочей камере особенно заметна при получении низких температур методом откачки паров хладагента из торообраэного сосуда вакуумным насосом. В данном случае диапазон колебания давттения в рабочей камере,- (из-за колеОания уровня жидкости в торообразiHOM сосуде) становится сравнимым по в личине с рабочим давлением паров над зеркалом жидкого хладагента в торообраэном сосуде и, как следствие имеет место большая относительная погрешность термостатирования испытываемого объекта.

. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства .

Поставленная цель достигается тем что устройство содержит торообразкый стакан из термоизоляционного материала, блок управления и связанные с ним датчики уровня, стержни и размещенную вне сосуда для хладагента с возможностью перемещения в направлении его продольной оси траверсу, кинематически связанную с блоком управления и жестко соединенную стержнями с торообразным стаканом, установленным в сосуде для хладагента, на боковой стенке которого установлены датчики уровня.

На чертеже схематически представлено данное устройство для автоматического поддержания уровня кипящего хладагента в рабочей камере.

Устройство содержит торообразный сосуд 1 для хладагента, размещенный соосно рабочей камере 2 и имеющий с ней стенку 3. В камере 2 расположен охлаждаемый объект 4. В стенке 3 предусмотрены боковые каналы 5 (один или несколько) для соединения сосуду 1 с камерой 2. В сосуде 1 помещен торообразный стакан б из термоизоляционного материала (например, стеклопластика). Стакан б закреплен на выведенных за пределы сосуда 1 стержнях 7 и 8, которые жестко связаны с траверсой 9, размещенной вне сосуда 1 и подвижной в направлении его оси. Боковая стенка сосуда 1 снабжена датчиками 10 и 11 уровня, а траверса 9 снабжен блоком 12 управления, например электродвигателем шагового типа, связанным с датчиками 10 и 11 через управляющий электроблок 13 электропроводами 14. Блок 1 управления кинематически связан с траверсой 9. Парогазовая область А сосуда 1 сообщена посредством патрубка 15 через вентиль 16 с вакуумным откачным насосом 17, который, в свою очередь, связан с газгольдером (на чертеже не показан) , Для/ заливки жидкого хладагента в юрообразный сосуд 1 имеется патрубок 18, снаб)енный краном (рентилем) 19.

Устройство работает следующим образом.

Хладагент заливается в сосуд 1 через патрубок 18 при открытом кране 19. Из сосуда 1 по каналам 5 хлаагент поступает в рабочую камеру 2, где, испаряясь, охлаждает объект 4. Если уровень хладагента в камере 2 ниже уровня канала 5, хладагент продолжает поступать в камеру 2. После залива каналов -5 поступление хладагента в камеру 2 прекращается, так как в верхней области Б камеоы 2 образуется парогазовая подушка. Образовавшиеся в процессе охлаждения объекта 4 пары выходят из камеры 2 по каналу 5, проходят через хладагент в сосуде 1 и по патрубку 15, и открытый вентиль 16 поступает к вакуумному насосу, которым откачивается в газгольдер. Вакуумный насос 17 обеспечивает низкое давление паров над зеркалом хладагента в сосуде 1 (ив рабочей камере 2), этим самым достигается достаточно низкая температура хладагента в рабочей камере 2, Вместо испарившегося и откченного насосом 17 хладагента в камеру поступает по каналу 5 из сосуда 1 новая порция хладагента. Таким образом, уровень хладагента в камере 2 поддерживается на отметке Г неизменным в течение всего эксперимента. Неизменным поддерживается также и уровень хлсщагента на отметке Д в сосуде 1. Это осуществляется следущим образом. При заливке хладагента в полость 2 и в сосуд 1 торообразный стакан 6 находится в крайнем верхнем положении (см. чертеж), а процесс заливки продолжается до тех пор, пока уровень жидкого хладагента не коснется верхнего датчика 11. В процессе исследований уровень хладагента в сосуде 1 начинает уменьшаться. При этом датчики 10 и 11 вырабатывают сигналы для блока 12 управления который осуществляет слежение за уровнем хладагента в сосуде 1 на отметке Д посредством соотвествующего вертикального перемещения торообразного стакана б. Последний перемещается вниз, погружается в жидкость и вытесняет вверх порцию жидкого хладагента взамен испарившейся порции и, тем самым, обеспечивается беспрерывное поддержание уровня хладагента в сосуде 1 на отмеке Д. Если стакан б опущен в жидкость более допустимой величины, то датчик 11 подает команду блоку 12 управления на подъем стакана б, а если стакан б находится выше допустимой величины, то датчик 10 подает (команду электродвигателю на опускание стакана 6 на необходимую величину.

Поскольку в предлагаемом устройстве поддерживается стабильный уровень хладагента не только в рабочей камере 2, но и в торообразном сосуде 1, этим самым повышается стабильность давления, а, следовательно, и стабильность температуры хладагента в рабочей камере 2. За счетi этого обеспечивается достаточно вы:;окая точность низкотемпературного эксперимента, т.е. повышается степе