Криостат Советский патент 1982 года по МПК F25D3/10 F17C3/00 

(54) КРИОСТАТ

1

Изобретение относится к криогенной технике, а более конкретно к криостатам, используемым для охлаждения и поддержания различных приборов и устройств при криогенных температурах.

Известны криостаты, в которых в качестве источника холода используется жидкий криоагент (жидкие гелий, азот и др.). В таких криостатах сосуд с жидким криоагентом изолируется от окружающей среды вакуумированным герметичным корпусом и радиационным экраном, крепящимся к трубке подвески сосуда к корпусу 1.

Ввиду сравнительно невысокой эффективности охлаждения экрана температура его в стационарном тепловом режиме значительно отличается от температуры жидкого криоагента, что приводит к существенным величинам теплопритока к жидкому криоагенту и обеспечивает незначительный период работы криостата от одного заполнения его жидким криоагентом.

Известен также криостат, использующий для охлаждения экранов отходящие пары криоагента, содержащий вакуумируемый герметичный корпус с базовым фланцем, размещенный внутри корпуса сосуд с жидким криоагентом и крионасосом, подвещенный к базовому фланцу на коаксиальных трубах и патрубках подвода и отвода криоагента и вакуумплотно закрытый сверху и сбоку тонкостенными крыщкой и одной из коаксиальных труб 2. Коаксиальные трубы, на 5 которых подвешен сосуд к корпусу, выполняют роль радиационных экранов боковой поверхности сосуда. Испаряющийся в сосуде жидкий гелий проходит через межтрубное пространство этих коаксиальных труб, ,Q и охлаждая их, по патрубку выходит из криостата.

Использование в известном криостате кроме жидкого гелия еще и жидкого азота усложняет эксплуатацию криостата и не позволяет существенно увеличить время его неJ5 прерывной работы от одной заправки криоагентами. Кроме того, наличие в криостате двух независимых и изолированных полостей делает сложной подготовку криостата к работе.

Цель изобретения-увеличение времени

20 работы криостата и упрощение его обслуживания.

Поставленная цель достигается тем, что криостат, содержащий вакуумируемый герметичный корпус с базовым фланцем, размещенный внутри корпуса сосуд с жидким криоа гейтом и крионасосом, подвешенный к базовому фланцу на коаксиальных трубах и патрубках подвода и отвода криоагента и вакуумплотно закрытый сверху и сбоку тонкостенными крышкой и одной из коаксиальных труб, снабжен радиационным экраном со змеевиком, расположенными над сосудом с криоагентом и соединенным на входе с нижним концом коаксиальной трубы и на выходе - с патрубком отвода криоагента и радиационными экранами с отверстиями, установленными под сосудом коаксиально, причем внутренний экран укреплен на сосуде с криоагентом, а остальные - на коаксиальных трубах.

На чертеже изображен криостат, общий вид.

Криостат имеет вакуумируемый герметичный корпус 1 с базовым фланцем 2, размещенные внутри корпуса сосуд 3 с жидким криоагентом, кольцевой крионасос 4 из активированного угля, установленный на нижнем основании сосуда 3.

Сосуд 3 подвешен к базовому фланцу 2 на коаксиальных трубах 5 и 6 и патрубках 7 и 8 подвода и отвода криоагента соответственно. Сверху и сбоку сосуд вакуумплотно закрыт тонкостенной крышкой 9 и одной из коаксиальных труб 10. Над сосудом с криоагентом установлен радиационный экран 11 со змеевиком 12, соединенным на входе трубкой 13 с нижним концом уплотняющей коаксиальной трубы 10 и на выходе с патрубком 8 отвода хладагента.

Под сосудом 3 установлены коаксиально размещенные экраны 14-16 с отверстия.ми. Внутренний экран 14 укреплен на сосуде 3, а остальные экраны 15 и 16 - на коаксиальной трубе 5.

Корпус 1 криостата закреплен на подставке 17. Исследуемый объект 18 в криостате крепится к нижнему основанию сосуда 3 на пластине 19. Вакуумирование внутренней полости криостата производится через вентиль 20. После заполнения сосуда 3 жидким хладагентом патрубок 7 закрывается пробкой 21.

Криостат работает следующим образом.

После вакуумирования внутренней полости криостата вентиль 20 перекрывается, сосуд 3 заполняется до его верхнего края жидким гелием и патрубок 7 плотно закрывается пробкой 21. Испаряющийся в сосуде 3 жидкий гелий проходит последовательно пространство между трубами 6 и 10, трубку 13, змеевик 12 и, значительно повысив свою энтальпию за счет охлаждения труб 5, 6,

10 и экранов 11, 14, 15 и 16 выходит через патрубок 8 из криостата.

Благодаря тому, что в конструкции криостата сосуд с жидким гелием полностью охвачен радиационными экранами, которые последовательно охлаждаются отходящими из сосуда парами гелия, в криостате используется не только теплота испарения жидкого гелия, но и повышение энтальпии паров гелия. Это, в свою очередь, снижает расход

жидкого гелия и увеличивает время непрерывной работы криостата от одного заполнения его криоагентом.

Наллчие в криостате одной общей вакуумной полости, в которой размещены сосуд с жидким гелием и охватывающие его экраны, и использование только одного криоагента упрощает обслуживание криостата.

Криостат обладает универсальностью и сосуд его может заполняться различными жидкими криоагентами (гелием, водородом,

азотом и др.).

Испытание предложенного криостата, в котором сосуд для жидкого криоагента имеет объем 0,026м, показало, что при заполнении его жидким гелием время непрерывной работы составляет не менее 60ч, а при за полнении жидким азотом - не менее 500 ч.

Формула изобретения

Криостат, содержащий вакуумируемый ° герметичный корпус с базовым фланцем, размещенный внутри корпуса сосуд с жидким криоагентом и крионасосом, подвещенный к базово.му фланцу на коаксиальных трубах и патрубках подвода и отвода криоаген та и вакуумплотно закрытый сверху и сбоку тонкостенными крышкой и одной из коаксиальных труб, отличающийся тем, что, с целью увеличения времени работы криостата и упрощения его обслуживания, он снабжен радиационным экраном со змеевиком, расположенным над сосудом с криоагентом и соединенным на входе с нижним концом уплотняющей коаксиальной трубы и на выходе - с патрубком отвода криоагента и радиационными экранами с отверстиями, ус- тановленными под сосудом коаксиально, причем внутренний экран укреплен на сосуде с криоагентом, а остальное - на коаксиальных трубах.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 0 I. Авторское свидетельство СССР № 446531, кл. F 25 D 3/10, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР № 421864, кл. F25 D 3/10, 1972.