Криостат

.32 конструкторс иогенной техФизико-тех мператур АН П. П. Павлов ко-техн нике с ническ УССР и Т. Н ологиопыго и им детельство7 С 3/02,еннои ользу- наприых узОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Специальноеческое бюро по крным производствомститута низких те(57) Изобретение относится к крио технике, а именно к криостатам, ис емым в области низких температур, мер для размещения криоэлектронь Изобретение относится к криогенной технике, а именно к криостатам, используемым в области низких и сверхнизких температур, в частности для размещения криоэлектронных узлов радиоаппаратуры.Цель изобретения - повышение надежности и ресурса работы криостатов из полимерных материалов,.На чертеже схематично изображен криостат, общий вид.Криостат содержит корпус 1 и внутренний сосуд 2, между которыми размещена слоисто-вакуумная изоляция 3 с экранами 4, закрепленными на горловине 5 сосуда 2, закрытой крышкой 6. Горловина 5 соединена с фланцем 7 корпуса 1 при помощи клея ВТ. В горловине 5 плотно под крышкой 6 установлена пробка в виде чередующихся дисков 8 и 9 разного диаметра, установленных между собой плотно с возможностью образования канала 10 переменного сечения для отвода паров хлад 51)5 Р 17 С 3 00, 13 00 лов радиоаппаратуры. Задача снижения теплопритоков решается за счет более полного использования хладосодержания отходящих паров и повышения надежности клеевого соединения. Это достигается тем, что канал для вывода паров хладагента выполнен с переменным сечением, образованным чередующимися дисками из низкотеплопроводной пробки разных диаметров, плотно установленными под крышкой и соединенными с отверстием в крышке через канал, выполненный в верхних дисках на глубину, составляющую удвоенную толщину фланца корпуса. Каналы соединены на пери ферии диска с меньшим диаметром. Также напротив дисков меньшего диаметра закреплены на горловине тепловые экраны 3 з.п. ф-лы, 1 ил,агента по периферии дисков 8 и 9. Диски 8 и 9 выполнены из низкотеплопроводного материала, например из пенопласта с закрытыми порами, и герметично соединены между собой с образованием газо- непроницаемых внутренних полостей при помощи промежуточного слоя 11 на диске 8 большего диаметра из высокотеплопроводного материала, например пленки алюминизированного майлара. Толщина дисков 8 и 9 определяется конструктивно, в зависимости от длины и диаметра горловины 5. В верхней части пробки выполнен канал 12 на глубину Н, составляющую удвоенную толщину В фланца 7 корпуса 1. Целесообразность выбора такой глубины обоснова на экспериментально. Глубина Н(2 В приближает выход паров хладагента к клеевому шву (появляется опасность трещинообразования в нем), а глубина Н)2 В уменьшает длину охлаждающегося канала 10. Канал 12 соединен с каналом 10 на периферии диска10 15 20 25 Зо Формула изобретения 35 40 45 50 55 9 меньшего диаметра и с отверстием 13 в крышке 6. В пробке выполнен вертикальный канал 14 для заливки хладагента, а все диски закреплены на центральном стержне из низкотеплопроводного материала (не показан). Криостат работает следующим образом.Подготавливают криостат к работе, для чего вакуумируют полость между корпусом 1 и внутренним сосудом 2. Затем через канал горловины 5 с помощью переливного устройства подают жидкий гелий ко дну внутреннего сосуда 2. Через 1,5 - 2 ч после охлаждения внутренний сосуд 2 окончательно заполняют гелием. Криостат готов к работе. В процессе охлаждения криостата использующийся гелий, проходя по каналу 10, постепенно активно охлаждает изоляцию с экранами, горловину 5 и пробку и с температурой -200 К выходит через канал 12 и отверстие 13 из криостата.Повышение надежности криостатов из полимерных материалов, например из стеклопластика, состоит в защите клеевых соединений от резкого перепада температур в месте склейки деталей криостата. Таким местом является клеевой шов между горловиной криогенной емкости и фланпем корпуса криостата. Для предотвращения растрескивания в районе клеевого шва в теле пробки и в крышке кристата выполнены каналы для вывода паров хладагента. Устранение растрескивания обеспечивает сохранение вакуума, т. е. повышает надежность и ресурс работы криостата.Выполнение дисков пробки разного диаметра предполагается (с целью повышения ресурса работы криостата путем увеличения времени прохождения паров хладагента по каналу переменного сечения) в результате использования не столько увеличения пути отходящих паров хладагента, сколько наличия турбулентного потока газа в канале переменного сечения, где благодаря большой интенсивности турбулентного перемешивания турбулентные течения обладают повышенной способностью к теплообмену. Следовательно, используя канал переменного сечения, увеличивают передачу теплоты, т. е, теплообмен между парами криожидкости, стенкой горловины криогенной емкости и тепловыми экранами, закрепленными на горловине криогенной емкости в местах расположения дисков меньшего диаметра.Предложенный криостат относится к безазотным, нема гнитным, радиопрозргчным криостатам из полимерных материалов, например к стеклопластиковым. А так как этот криостат не имеет дополнительного азотного охлаждения, то необходима тщательная теплоизоляция гелиевой емкости, что достигается посредством тепловых и радиационных экранов.Соотношение размеров Н=2 В является минимальным и определяется экспериментально. Опасность трещинообразования появляется при Н -2 В, при Н)2 В уменьшается длина охлаждающего канала, что снижает надежность и ресурс работы криостата,Соединение каналов 12 и 13 на периферии диска меньшего диаметра выбрано с целью снижения гидродинамического или гидравлического сопротивления, возникающего при внезапном сужении канала, а также для образования застойной зоны с установившейся температурой под фланцем корпуса криостата в месте клеевого шва, что предотвращает растрескивание и увеличивает прочность кристата.Места расположения дисков меньшего диаметра, где происходит наиболее эффективный теплообмен между парами гелия и горловиной (за счет уменьшения скорости истечения газа в этом месте), совпадают с местами крепления тепловых экранов на горловине. Это необходимо для интенсификации теплообмена между тепловыми экранами и горловиной. Указанный признак в совокупности с предложенной формой канала в горловине криостата в пробке и в крышке позволяет снизить теплопритоки на 10 Я и увеличить ресурс работы криостата. 1. Криостат из полимерных материалов, содержащий корпус с крышкой, тепловые экраны, внутренний криогенный сосуд с горловиной, закрепленной клеевым соединением во фланце корпуса, пробку в виде чередующихся дисков на низкотеплопроводного и слоев из высокотеплопроводного материалов и канал вывода паров хладагента, образованный зазором между дисками и горловиной и соединенный с отверстием в крышке, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и ресурса работы, канал для вывода паров хладагента соединен с отверстием в крышке посредством канала, выполненного в пробке и имеющего длину, предпочтительно равную удвоенной толщине фланца корпуса.2. Криостат по и. 1, отличающийся тем, что диски пробки имеют разные диаметры.3. Криостат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью снижения гидравлического сопротивления, каналы соединены на периферии диска с меньшим диаметром,4. Криостат по пп. 1 - 3, Отличающийся тем, что тепловые экраны закреплены на горловине внутреннего криогенного сосуда напротив дисков меньшего диаметра.Составитель Г. ОльшаТехред А. КравчукТираж 4 3омитета по изобретениязква, Ж - 35, Раушскаяий комбинат : Патент. Редактор М. КелемешЗаказ 2527НИИПИ Государственного к113035, МоПроизводственно-издательс нскаяКорректор А. ОбручарПодписноеи открытиям при ГКНТ СССРнаб., д. 415