Рефрижератор

О П И С А Н И Е 263500ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических РеспубликК ПАТЕНТУ Зависимый от патентал. 17 д, 5 141780/23-26 аявлено 16,111,1 М 25 риоритет 16.111.1966,11500/66, Англия.публиковано 041970, Бюллетень7 Комитет по деламизобретений и открыт УДК 621,59(0 при Совете Министре СССРа опубликования описания 10.И.19 Автор зобретення ностра йнц Ло (Англ и ецдон)фирмаЭнерджи явитель Иностранная найтед Кингдом Атомиорити ЕФРИЖЕРАТО Изобретение относится к холодильной технике, в частности к устройствам для получения сверхнизких температур.Известна установка, состоящая из последовательно соединенных бойлера, теплообменни,а, фазового сепаратора, камеры охлаждения и сверхтечи, помещенных в емкость, окруженную жидким гелием и соединенную с внешней насосной оистемой, в которой реализуется эффект охлаждения при разбавлении раствора гелияв телиичерез сверхтечь. Такая установка позволяет получить температуры порядка 0,06 - 0,025 К, она находит применение в случае низкотемпературных исследований,Предлагаемый рефрижер атор отличается от известного тем, что к оверхтечи с разных сторон подключены нагрузочная и расширительная камеры, причем нагрузочная камера через сверхпроводящий тепловой ключ соединена с бойлером, а расширительная камера чеоез клапаны связана с камерой охлаждения и фазовым сепаратором. Это позволяет снизить температуру охлаждения.Схема предлагаемого рефрижератора представлена на чертеже.Камера охлаждения 1 содержит контейнер 2 для охлаждаемого предмета, она соединена в нижней части через теплообменник 8 с дном бойлера 4, снабженного нагревателем 5. Труба б для выхода паров с диафрагмой 7 соединена с внешней насосной системой, Труба 8 для входа жидкого гелияохлаждается до температуры 1,3 К жидким гелием, содер жащимся в сосуде 9, Труба 8 связана черезклапан 10 с трубой 11, которая проходит через бойлер 4 и теплообменник 8 к фазовому сепаратору 12. Последний через входной клапан 18 связан с камерой расширения 14, дно 10 которой расположено над уровнем жидкостив бойлере 4.Камера расширения 14 соединена при помощи выходного клапана 15 с камерой охлаждения 1, а посредством сверхтечи 16 - с 15 нагрузочной камерой 17, снабженной нагревателем 18, Нагрузочная камера 17 находится в термическом контакте с бойлером посредством сверхпроводящего теплового ключа 19 с соленоидом. Вся система находится в емко сти 20, погруженной в сосуд для обеспечениятермоизоляции.Возможна такая схема рефрижератора, вкоторую вместо нагрузочной камеры и свврхпроводящего теплового ключа включен капил ляр.Гелийпо трубе 6 откачивается из системы и снова конденсируется в трубе 8. В результате концентрация гелияв гелий 4 уменьшается, так как он испаряется значи тельно быстрее гелия. При достаточно низ45 50 55 60 ких концентрациях гелияжидкость в бойлере 4 становится сверхтекучей. Это вызывает течение гелияпо отношению к гелиюв теплообменнике 8 и распространение сверхтекучей области низких концентраций гелияпо направлению к охлаждающей камере, кла,пану 15, клапану 18 и фазовому сепаратору 12, где начинается разделение фаз и образуется граница их раздела. Количество гелияи гелия, первоначально конденсированных в системе, подбирают такое, чтобы после разделения фаз и наполнения нагрузочной камеры чистым, гелием, труба 11 и небольшая часгь фазового сепаратора 12 наполнялись концентрированным телием-З, в то время как остальная часть системы наполнится разбавленным раствором гелияв гелии. Объем фазового сепаратора 12 .выбран так, что граница раздела фаз благодаря изменению концентрации гелияне выходит из этой камеры. По мере того как температура в бойлере продолжает падать работает нагреватель 5 для поддержания температуры в бойлере 4 примерно 0,6 К. Достигается равновесное состояние, при котором гелийв трубе 11 сконцентрирован:примерно до 95%, в то время,как гелийв пространстве от,границы раздела фаз до вывода охлаждающей камеры 1 содержит примерно 6 гелияпри температуре 0,07 К, и жидкость в бойлере 4 содержит примерно 1 огелия-З, а осмотическое давление в бойлере будет примерно равно давлению в охлаждающей камере 1, До этого момента система работает как рефрижератор разбавления, и температура в охлаждающей камере 1 падает до тех пор, пока не достигнет самого низкого значения, получаемого использованием теплоты разбавления, На этой стадии клапан 15 закрывают, нагреватель 18 выключают, сверх- проводящий тепловой ключ 19 закрывают, пропуская ток по соленоиду.По мере падения температуры жидкого гелияв нагрузочной камере 17 давление фонтана сверхтечи становится меньше осмотического давления гелияв камере расширения 14, жидкий гелийначинает истекать из нагрузочной камеры 17 через сверхтечь 1 б и камеру расширения 14, причем клапан 15 закрыт, Одновременно гелийтечет через границу раздела фаз в фазовом сепараторе, так что концентрация гелияв гелиив камере 14 лишь несколько меньше, чем концентрация в сепараторе 12. Когда примерно одна восьмая часть объема в камере расширения 14 заполнится, клапан 18 закрывают, завершая этим первую стадию цикла.Во второй стадии цикла гелийпродолжает течь в камеру расширения 14, вызывая падение концентрации гелия-З, так как клапан 18 закрыт. Вследствие этого температура и 5 10 15 20 25 30 35 40 осмотическое давление гелияв камере рас ширения 14 падают, Давление фонтана гелияв нагрузочной камере 17 будет также снижаться, Вторая стадия цикла завершается, когда камера расширения 14 заполнена, Концентрация гелияв камере расширения 4 падает до примерно одной восьмой ее начального значения (т. е. до 0,75 ) и в отсутствие утечки тепла температура в соответствии с законом двух третей должна упасть примерно до одной четвертой ее первоначального значения (т, е. примерно до 0,02 К), Когда клапан 15 закрыт, бойлер 4 продолжает работать, понижая концентрацию гелия-З, как следствие этого, происходит понижение температуры охлаждающей камеры 1.Третью стадию начинают открытием,клапана 15 и теплового ключа 19 и снабжением энергией нагревателя 18. В результате этого гелийтечет обратно в нагрузочную камеру 17, и гелий(благодаря градиенту концентрации) потечет из камеры расширения 14 через охлаждающую камеру 1 и теплообменник 8 в бойлер 4.Третья стадия завершается, когда камера расширения 14 станет пустой, а нагрузочная камера 7 заполнится; клапан 15 закрывают.В течение четвертой и последней стадии цикла температуру гелияв нагрузочной камере повышают до тех пор, пока давление фонтана сверхтечи не станет достаточно высоким, чтобы снова начать первую стадию,Последующие циклы такие же, что и описанные выше, за исключением того, что отпадает надобность в ожидании падения концентрации гелияв охлаждающей камере 1, так как это условие будет вьгполняться автоматически.Вместо нагрузочной камеры и сверхпроводящего теплового ключа между сверхтечью и бойлером может быть установлен капилляр, что упрощает рефрижератор, но делает его менее эффективным,Предмет изобретенияРефрижератор для охлаждения до температур ниже 0,06 К, состоящий из последовательно соединенных бойлера, теплообменника, фазового сепаратора, камеры охлаждения и сверхтечи, помещенных в емкость, окруженную жидким гелием, и подключенных к внешней насосной сисгеме, отличающийся тем, что, с целью понижения температуры охлаждения, к сверхтечи с разных сторон подключены нагрузочная и расширительная камеры, причем нагрузочная камера через сверхпроводящий тепловой ключ соединена с бойлером, а расширительная камера через клапаны соединена с камерой охлаждения и фазовым сепара. тором,Составитель Ю, П. П аткин Редактор Л, К. Ушакова Техред 3. Н, Тараненко Корректор Н, С. Сударенкова Заказ 1382/15 Тираж 500 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРМосква Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2