Криостат Советский патент 1982 года по МПК F25D3/10 

Изобретение относится к низкотемт пературной технике и предназначено для исследования свойств образцов в интервале температур л,2-77К, в частности, для высокочастотных кабелейдлиной до 1000 м и массой до 20 кг.

Необходимость проведения- исследот ваний с такими образцами в широком интервале температур требует создания или применения универсальных и экономичных криостатов с регулируемой температурой. При этом необходимо: обеспечить высокую эффективности теплообмена Между образцом и криоагентом в широком диапазоне регулирования, обеспечить долговременную стабильность поддержания температуЕ образца и снижение расхода криоагента при получении значений температур выше точки кипения криоагента; обеспечить смену образца без разгецялетизации вакуумных полостей.

Известен криостат, состоящий иэ двух, расположенных одна под другой, теплоизолированных емкостей. В нижней рабочей емкости помещен СП-магнит. Емкости соединены между собой короткими 11атрубкс1Ми и через

клапаны образуют сообщающуюся систему 1 .

Данная конструкция не может быть применена для исследования СП-кабелей в связи с отсутствием системы терморегулирования и возможности смены образца без разгерметизации обеих емкостей.

Известен тип криостатов, имеющих

to корпус, разъемнуё вакуумную ;полость, в которой располагаются гелиевая емкость с теплообменником и охватывающая их азотная емкость с экраном. Система терморегулирования выполнена

15 в виде последовательной цепочки из. вентиля-распределителя, эффективного теплообменника и расширительной камеры 2 .

Недостатки этих криостатов 20их конструктивная сложность, необходимость разгерметизации и удаление азота при смене образцов, а также иеприменимость для исследования об.разцов большой массы.

25

Известен более экономичный и простой.широкогорлый криостат, который содержит теплоизолированную емкость-накопитель с криоагентом иад теплоизоляционной рабочей емкостью

30 с криоагентом. В рабочей емкости размещен образец в виде сверхпроводящего соленоида. В емкости-накопител имеется вентиль, предназначенный дл подпитки рабочей емкости жидким кри агентом 3. К достоинствам данного криостага относятся: малая скорость испарения в связи с наличием над рабочей емкостью емкости-накопителя, выполняю щего роль теплозащитной пробки,возможность Зс1мены образцов без разгерметизации вакуумных полостей. Применение данного криостата невозможно в случае непрерывного регу лирования температуры в широком инте вале. Можно получить лишь отдельные дискретные температуры, используя различные криогенные жидкости. Цель изобретения - повышение ста бильности температуры исследуемого образца. Поставленная цель достигается тем, что криостат, содержащий корпу с теплоизолированной рабочей ёмкость внутри которой находится емкость-на копитель криоагента и камера для ис следуемого образца с патрубками вхо да и выхода криоагента, соединенная с емкостью трубопроводом подачи криоагента, снабжен перегоррдкой, установленной емкостью и камерой, и разделяющим стаканом, размещенным между входным и выходным патрубками, а в устье камеры выполнено отверстие, На чертеже изображен криостат, разрез. Предлагаемый криостат состоит из корпуса 1, теплоизолированной рабочей емкости 2. На подвеске 3 смонтированы радиационные экраны 4, теплоизолированная -емкость-накопитель 5 для жидкого криоагента, трубопровод 6 подачи криоагента и нагреватель 7 Внутри, емкости-накопителя установлен игольчатый вентиль 8. К емкости-накопителю приварены стержни 9. К стержням 9 разъемнЕлм соединением 10 крепится перегородка 11 с камерой 12 для исследуемого образца. Перегородка 11 представляет собой диск, выполненный из металла с плохой теплопроводностью, со.сквозным отверстием в центре. По наружному краю диска закреплено кольцо 13, выполнен ное, например, из фетра или войлока С помощью кольца 13 диск образует плотный без зазоров контакт с внутренней стенкой рабочей емкости. Под экраном симметрично вокруг его центрального отверстия к его Поверхности герметично закреплен торец разделяющего стакана 14, размещенного между входным и выходным патрубками. Под экраном расположена камера 12, в устье которой выполнено отверс тие. Камера 12 имеет входной патрубок 15, соед11Н€;нный с трубопроводом б подачи криоагента, выходные патрубки 16, расположенные 9сесимметрично ,по окружности в верхней части камеры. Камера герметично соединена по окружности с разделяющим стаканом 14, расположенным между входным и выходными патрубками симметрично относительно центрального отверстия. Криостат работает следующим образом. Жидкий гелий из емкости-накопителя 5 через вентиль 8 под давлением подается по трубопроводу 6 подачи криоагента в нагреватель 7, который связан с системой автоматического регулирования, получает заданную температуру и поступает в камеру 12 через входной патрубок 15. Пройдя внутри камеры с образцом, гелий выходит через патрубки 16 и, омывая разделяющий стакан 14, перегородку 11, кольцо 13, проходит последовательно через зазоры между боковой поверхностью камеры и стенкой рабочей емкости, между торцовой поверхностью камеры и дном рабочей емкости,через сквозные отверстия камеры 12 и перегородки 11. Далее гелий проходит в зазоре, образуемом боковыми поверхностями емкости-накопителя и рабочей емкости, и, осуществляя теплосъем с радиационных экранов 4 и подвески 3, выходит из криостата. В предлагаемом криостате использование новых элементов (перегородки и разделяющего стакана) обеспечивает повышение долговременной стабильности температуры в интервале 4,2-77К. Указанный эффект достигается благодаря организации потока,омывающего перегородку с разделяющим стаканом, камеру и выходящего через центральные отверстия в устье камеры и перегородке. Точность стабилизации температуры не хуже 0,05К, а градиент температур в любом условном сечении образца лучше 0,2К. Обеспечение дда1ных параметров в предлагаемом криостате Даёт возможность исследовать свойства высокочастотных кабелей, для которых стабильность и градиенты температур особенно критичны. Формула изобретения Криостат, содержащий корпус с теплоизолированной рабочей емкостью, внутри которой находится емкостьнакопитель криоагента и камера для исследуемого образца с патрубками входа и выхода криоагента, соединенная с емкостью трубопроводом подачи криоагента, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности температуры исследуемого образца, криостат снаб--жен перегородкой, установленной между и 1костью и камерой, и разделяющим стаканом, размещенным между входным и выходным патрубками, а в устье камеры выполнено отверстие.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии № 51-49559, кл. Н 01 L 19/04, 1976.

2 Патент ФРГ 2723341, кл, F 25 D 3/10, 1977,

3, Cryogenics ,1976, р,3-6

(прототип),