Портативный криостат

8 Р 253 3 1 кий й инстичо 1 49,ИОСТАТ, ледователь- рпусе4 и ка- сообщенда с охлажиедство оса ка,н н я ого э ную СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР(71) Ордена Ленина физичестут им. П.Н.Лебедева(54) (57) 1. ПОРТАТИВНЫЙ КРсодержащий размещенные посно в теплоизолированном коемкость для жидкого гелиямеру для жидкого гелия-З,посредством трубопрово насосом, о т -тем, что, с затрат и повыкриостат снабтрубопроводе, ный насос с елия, теплоод которого венно в нижемкости для жидционный насос даемым адсорбционнымличающийс яцелью снижения энергощения эффективности,жен установленным насообщающем адсорбционкамерой для жидкого гобменником, вход и выхрасположены соответстней и верхней частяхкого гелия, и адсорбснабжен нагревателем.2. Криостат по п. 1, оч а ю щ и й с я тем, чтоохлаждения адсорбционноговыполнено в виде теплообмсоединенного с емкостью дгелия.Изобретение относится к криогенной технике, в частности к незамкнутым системам криастатированияти может быть использовано для криостатиравания, приемников излученияпри температурах 0,3 - 0,4) К в об -серватарных, аэрономных и аэрастатных исследованиях.(0,3 - 0,4) К, содержащие теплаизолированную ванну с жидким Не, адсорбцианный насос, соединенный линией откачки с камерой для жидкогоНе-З, оптический тракт для подводаизлучения к приемнику, закрепленно 15му на камере Не1).Наиболее близким к предлагаемомуявляется портативный криостат содержащий размещенные последовательнав теплоизолированнам корпусе ем Окость для жрсдкого гелияи камерудля жидкого гелия-З, сос)бщенную 1;осредс тном трубопровода с охлажпаемым адсорбционным насосам 12) .Однако ожи)кение Нев этих устройствах осуществляется за счет передачи тепла конденсации Нежидкому Не, кипящему под пониженнымдавлением. Понимсение давления Не осуществляется мощным механическим 3 Овакуум-насосом, который не используется в течении всего времени функционирования криастата в рабочем режимет оцнако является обязательным агрегатом в схеме получения низких тем-З 5ператур,Применение механического насосаприводит к .значительному энергопотреблению в системе, снижает ее КПД,усложняет эксплуатацию увеличиваетгабариты и вес устаноьки.Обязательным элементом указанныхконструкций является также холодные клапацыт снижающие скоростьоткачки паров Неихарактеризующиеся низкой надежностью.45В устройствах невозможно проведение повторного с)кижения Непослеего выкипания до тех пор, пока непроизойдет отогрев криостата до температур 50-б 0) К, что ограничивает 50вОзмамснасть 111 кт 1 ческагО получениярабочих те 1.1 пера тур,Цель изобретения - павыщение эф- фЕК .ИВ.С)СтИ И ЭЕСОтОМ 11 ЧНОСти,Паста,генпая цель достигается тем, ч.то партативтгяй криастат, саДЕРжаЩИй РаЗМЕЕЦЕ)ЦЫЕ ПОСЛЕДОВатСЛттРС В тЕПЛОИЗОЛИРОВан Нам тСОРПУС.Е ЕМ- к Ос ть для стдк аг Г) Гелия - 4 и к амс-ру ,т;ля жидссаго гелия -3 т саобщеннуо посредствам трубснтровада с охла кда- ЕЕ,Х).тЗт атта 1)бЦИОЕНЬ)М ННСОСОМ т СНабм(ЕН уатсцон.ттЕЕ,111 М 1 а трутбС)ПрОВС)т.Е, Сааб)с)тмце 1) рт тсо 1 збт)1 танный насос с 1 самерай Дтя ЖУд.ОЕО ГЕЛЬН - 3, ТЕПЛООбмЕН 1 И- С)5 кам, вход и выход которого расположены соответственна в нижней и верхней частях емкости для жидкого гелия, и адсарбциацный насос снабжен нагревателем.Кроме того, средство охлаждения адсорбционнсго насоса выполнено в виде теплоабменника, соединенного с емкостью для жидкого гелия,На чертеже изображен криостат, продольный разрез.Портативный криастат содержит: фланец 1 наружный корпус 2, горловину-подвеску 3, емкость 4 для )кицкого гелия, экран 5, гелиевый экран б адсорбцианный насос 7, заборный стояк 8, теплаабменник 9, электрический нагреватель 10, датчик 11 температуры, газовый трубопровод 12, трубопровод 13 откачки, камеру 14,цля жидкого гелия-З, датчик 15 температуры, теплаабменник 16, линию 17 выхаца Неиз теплоабменцика, линию 18 входа Нев теплоабменник, линию 19 выхода паров Не, мацометрический датчик 20 давления, манаметрический датчик 21 давления, вентиль 22 .подачи гелия-З, выход 23 Неиз центральной трубы, выход 24 Неиз коаксиальнай трубыВнутри корпуса 2 помещается емкость 4 для жидкого гелия - 4,припаянная к фланцу 1. Продолжением емкости 4 является гелиевый экран б внутри которого распаложень; адсорбционный насоси есамера 14 Для жиДко го Не. Насос 7 и камера 14 соабщены между собой трубопроводом 13 откачки, к которой припаян теплообменник 16 с в."содом 18 и выходом 17 для жидкого Несоответственно. На поверхности камеры 14 распола)сены датчик 15 температуры и объект исследований,не по;сазан) . Па поверхность насоса 7 припаян теплаабменник 9, соединенный по входу са стаякам 8, а по выходу с линией 19 выхода, и электронагреватель 10. Кроме того, на насосе 7 закреплен дат-. чи,с 11 температуры. Вазовым трубопроводам 12 насос 7 через вентиль 22связан с источником газообразногоНе. На трубопроводе 12 расположены манометрические датчики 20 и 21,которые вместе с датчиками 11 и 15температуры служат для контроля работы криостата. Емкость 4 и гелиевый экРан б ОесРУжены эк)анате 5 т имеющим тепловой контак "т с гарлавинайподвеской ЗБ криостат также вклюсается запорная. арматура и Оптическаясистема цля ввода исследуемого излуттен Игтустройства работает ссседуз)1 и 1 образамДля т)ункцис)нирования криостата необходима заполнить насос 7 и тсаме5 1096443 ВНИИПИ Заказ 3775,т 26 Тираж 471 Подписное Филиал ППП "Патент", г, ужгород, ул.Проектная, 4 ру 14 газообразным Не - 3. ЗаполнениеНепроводится либо за счет адсарбции Неадсорбентом в насосе 7, охлажденным до 4,2 К при прапусканиинасыщенных паров Нет 1 еГез теплаобменник 9, либо из источника Нсвысокого давления (примерна 12 МПа),когда криостат нодится при комнатных температурах.В устройстве реализояа 1 новый метод ажижения Не-З. 10Новый метод ажижения Пе - 3 включает в себя заправку емкости 4 жидким Неи охлаждение камеры 14 с помощью теплообменника 16 да 4,2 К, получаемой за счет жидкого Не, вхоця Ецего в линию 18 и выходящего из линии 17, Охлаждение камеры 14 происходит за счет естественной конвекцииНе-З, циркулирующего в камере 14 ичасти трубопровода 13 откачки (дотеплообменНта 16) вследствии разнос -Г 1 Г 1 отОстей. ЕЗрекя захалаживаниязависит ат массы камеры и не превышает 8-12 мин, Важна отметить, чтоВ ПРОЦЕССЕ ЗаХОЛсо(ИВаИЯ КаМЕРЫ 14насос 7 находится при комнатной температуре или азотной (с целью ускорения пуска и уменьшения расхода жидкого Пекриастат охлаждают жидазотам)После охдения камеры 14 па сигналу от датчика 15 температуры закретзаот вентиль 22 (приэтом через него проходит порядкаЗЪ испарившегася Не), чта обеспечивает пропускание паров Нечерезтеплообменник 9, Пары НеОхлаждают насос 7 (скорость определяетсямассой насоса и не превышает 15 минут), что дает вазможность Неперетекать из камеры 14 в насос 7,При перетекании Неиз камеры 14 в 40насос 7 он совершает работу, резуль-татом которои является понижение температуры в камере 14 и последующееажижение НеОпределено, что конденсация Ненаступает в момент, с 15когда темгература в насосе 7 близкак 30 К, что еще довольно далеко от;активного процесса адсорбции. Послеожижения Неи дальнейшего охлаждения насоса 7 начинается откачка паров Не-З, ссправождаощаяся понижением температуры жидкое о Не-З, которая при температуре насоса 7 равной (4,2-8) К составляет 0,360,4) К. Вниду очень малого теплопритока к камере 14 эта температура поподдерживается длительное время,При испарении Е 1 е-З, можно повторно провести его ожижение при наличиив емкости 4 жидкого Не,стДля проведения этой операции ат(кл:очается прапускание насыщенных па 1 ав НечеРез Насос 7 От. веетст В тЕ Н Т 1 1 т 2 2 ) И В Ктт" 1 а Е .т С я ",т Л с: К Т ( т., - , - Г рева тель 1 О,1.Одолжи тетГт нас тет п(1 - ода разогрева адсарбента не препт 1",1.- (т 5 м 1 н, пР 1 этом те 111 еРс-тт; Ра в т;л сосе 7 поднимается до (50-60, К, НЕ.; такай температуре в насосе НеП 1.;1(- тически паля Ос тью ДесаобцР тс: ".,", тт т, 11 - реходит в камеру 14, та( ка, Она хатттся Г 1 ри тс:тнературе 4 . 2 К,нагрев прекращается и повторяется н 1 а процесс получения температур на уровне 0 т 35 К.Изоляция криостата ат теплапритаков из окружаюцей среды осуществляется в криостате за счет экрана 5, ахлаждаемаго парами Неысокаго вакуума.аким образом, в претлат з:тО 11. - ОС ТсГЕ ОЖИЖЕН ИЕ НС 3 ОСщ(1( ".ВЛ сСГС Ч новым методом, в котором газ Несат ср"таст работу расшире 1 Н Г ОД;там объеме систеы т соединенн-. ттту - гимт в котором производится отвац ТЕП.та К Парам НЕ 4 ВМЕСТО траДИЦИОН и О г а и Онд ес а11 0 и 0 г 0 11 е т Од а Г 1 у т ( м откачки 1 арап Е 1 емощным механиче( - ким вакуум-нсасасол. В.Осто "халсдканана и-. трубтапроваце ат(ач - К: 11(ПОЛЬЗ; Етсн ГЕПЛОО(КЕННИ( т ПаКОтаРОмУ п 1 оапУскаются насты",е 1 ыс пары Не, и электранагреватель, ,становленные непосредственно на ада(1 бтт;(аннстм насосе. Охлаждение ка.еты Неосуцествляется путем естеств=нтаи конвекции газообразного Нст-.лт(нип( Откач:(и с 1;ома;ьт тсплс-. абменнп(а постоянной температуры.Используемые элементы 9,12:1 16 не УМЕН ШаЮТ НПДЕ(НОСТИ КРИОСТата т НС имс;от движу 1(ся частей, позволяют в 1(лючать и вьц(лючать ад(О,"бцианнт;Й насос в любой момент эксплуатации И 1 т:СВОДИТЬ ГОВТОрНОЕ ОЖИЖЕтИЕ Е 3 е Ораннительный анализ прт длагаеМа Га К РОС ТаТсЬ И ПРОТОТИПаО(аэта - Ет, тГТО ННЛИЧИЕ На ацаарбцнан.а.1 На" сосе тепттаабмен 1 ти(а и эле(транагревателя, а также введение на труааправОде 0 тк ачк и теплООбмен 1 ика пОзв,ляет ожижать Небез энергозатрат, связан ых с применением мащ- НОГО ГаКУУ 1-Наааса ДЛЯ ОтКатп(И ПаРОВ Нет Увеличивает наДежнасть НРиостата, К 1;оме того, возможность многократного получсния темГГератур позволяет более полно испОльзавать время по;тета в аэранамных и аэростат ных исследованиях, а при обсерваторных исследованиях обеспечить удобства эксплуатации криостата, что дае.г значительные преимущества предлагае,сго криостату по сравнени 1 о с базовым объектом - прототипом.