Криостат

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 119) 8 111) 10 ИЯ Н АВТОРСИО ЕТЕЛЬСТВ е,т по 1969 979,под ме ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБР(71) Физико-технический кистинизких температур АН УССР(54)(57) КРИОСТАТ, содержащиивешенный на горловине в ваку)4 Р 17 С 3/00 Г 2 руемом корпусе гелиевый сосуд, окруженный теплоизолированными коаксиально расположенными радиационными экранами, охлаждаемыми парами гелия, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности путем использования лезного объема криостата гелиевый сосуд выполнен в виде расположенных одна в другой камер, при этом, горловина размещена во внутренней камере на расстоянии от ее стенок, прикреплена нижней частью к ее днищу и сообщена с внешней камерой посредством отверстия, выполненного в днище внутренней кары.80640 1 О 15. 20 30 40 50 55 1 11Изобретение относится к криогенной технике, более конкретно к криостатам, используемым для охлаждения различных приборов и устройств (в том числе, сверхпроводящих резонансных систем) при криогенных температурах в течение длительного времени.Известен криостат, содержащий сферический гелиевый сосуд, размещенный в вакуумной полости и окруженный радиационными экранами, охлаждаемыми отходящими парами гелия. Самый внутренний экран прикреплен к нижней части горловины гелиевого сосуда, а каждый следующий экран прикрепляется к вышележащей части горловины. Пространство между корпусом и радиационными экранами заполнено теплоизоляцией, например свернутой фольгой или изолирующим порошком 1 3.Недостатком такой конструкции является достаточно большая скорость испарения жидкого гелия, Это обусловлено нерациональным использованием энтальпии отходящих паров гелия, так какпроисходит недостаточный теплообмен между отходящими парами гелия и прикрепленными описанным образом радиационными экранами.Максимальное сокращение тепло- притоков к гелиевому сосуду достигнуто в криостатах, в которых гелиевый сосуд окружен так называемыми управляемыми радиационными экранами; радиационные экраны снабжены укрепленными на них теплаобменниками, например змеевиковыми, служащими для эффективного использования холода отходящих паров гелия 2 .Однако теплоприток по опорам криостата значителен. Наиболее близким к изобретению . является криостат, содержащий .наружный вакуумируемый герметичный корпус и подвешенный к корпусу на цилиндрической горловине цилиндрический гелиевый сосуд. Гелиевый сосуд окружен теплоизолированными коаксиально расположенными охлаждаемыми парами гелия радиационными экранами, укрепленными на горловине. Для уменьшения доступа тепла к жидкому гелию горловина выполнена максимально тонкостенной, длинной и из материала с малой теплопроводностью. Пространство между корпусом и управляемыми радиационными эк-. ранами заполнено теплоизоляцией 3 3.Однако из-за крепления верхней части гелиевого сосуда на нижней части горловины не удается эффективно использовать полезный объем криостата.Цель изобретения - повышение эффективности путем использования полезного объема криостата.Поставленная цель достигается тем, что в криостате, содержащем подвешенный на горловине в вакуумированном корпусе гелиевый сосуд, окруженный теплоизолированными коаксиально расположенными радиационными экранами, охлаждаемыми парами гелия, гелиевый сосуд выполнен в виде расположенных одна в другой камер, при этом горловина размещена во внутренней камере на расстоянии от ее стенок, прикреплена нижней частью к ее днищу и сообщена с внешней камерой посредством отверстия, выполненного в днище внутренней камеры.На чертеже схематически изображен предлагаемый криостат, общий вид. Криостат содержит вакуумированный герметичный корпус 1. Внутри корпуса 1 подвешен на сильфонной горловине 2 цилиндрический гелиевый сосуд 3, Гелиевый сосуд 3 выполнен в виде размещенных одна в другой камер 4 и 5. Горловина 2 размещена внутри камеры 5 на расстоянии от ее стенок. Кроме того, горловина 2 прикреплена своей нижней частью к днищу камеры 5 и сообщена с внешней камерой 4 при помощи отверстия б, расположенного по вертикальной оси криостата на границе соединения горловины 2 с днищем камеры 5, Гелиевый сосуд 3 окружен шестью коаксиально расположенными радиационными экранами 7 со змеевиковым теплообменником 8 из сплющенной трубки. Верхние части 9 всех радиационных экранов 7 последовательно соединены расположенным по всей их поверхности змеевиковым теплообменником 8. Змеевиковый теплообменник 8 соединен на входе с верхней частью внешней камеры 4, а на выходе - с заливочно-выпарным гелиевым патрубком 10, установленным на верхней части кор-,1180 б 40 остата. 35 40 Технические харак дмЗ 12 кого елия,т асчетное время и ения жидкого гел го исп 3 4 с 12 ысота криостата, м 0 ружныи диаметр аметр гелиевог остат 20 сосуда пуса 1, Пространство между корпусом 1 и радиационными экранами 7 заполнено экранно-вакуумной тепло- изоляцией 11, выполненной в виде слоев алюминизированной полиэтилентерофталатной перфорированной пленки. Вакуумирование криостата осуществляется через откачной вентиль 12, расположенный на верхней части корпуса 1. Регулировка скорости испарения жидкого гелия через горловину 2 осуществляется системой 13 вентилей, также расположенных на верхней части корпуса 1, С верхней частью горловины 2 система 13 вентилей соединена посредством трубки 14, укрепленной во фланце 15, вакуумно-.плотно соединенном с горловиной 2.Криостат работает следующим образом.После вакуумирования внутренней полости криостата откачной вентиль 12 перекрывается. В горловину 2 помещается криостатируемый объект, и фланец 15 криостата герметизируется, Гелиевый сосуд 3 наполняется жидким гелием через трубки 14. После этого трубка 14 для заливки жидкого гелия в горловину 2 соединя-, ется с системой регулировочных вентилей 13. В дальнейшем жидкий гелий из гелиевого сосуда 3 испаряется либо через змеевиковый теплообменник 8, либо через горловину 2 и систему регулировочных вентилей 13. С помощью регулировочных вентилей 13 удается регулировать уровень жидкого гелия в горловине 2 в зависимости от требований эксперимента; криостатируемый объект полностью погружен в жидкийФ,Объем гелиевого сосу Количество экранов Расчетная испаряемос гелий; криостатируемый,объект находится над поверхностью жидкогогелия в горловине 2; жидкого гелия в горловине 2 нет, т.е. девжурный режим: жидкий гелий испаряется только через змеевиковый теплообменник 8. В данном случае криостат используется только как хранилище жидкого гелия. При этом ско О рость его испарения снижается, таккак жидкий гелий в горловине 2 отсутствует.Независимо от требований эксперимента криостат работает в режи ме отрицательной обратной связи:чем большая тепловая мощность поступает на жидкий гелий, тем интенсивнее его испарение, и тем сильнее охлаждаются отходящими из гелие вого сосуда 3 парами гелия экраны 7.Это ведет к снижению общей испаряемости жидкого гелия из сосуда 3.Процесс теплообмена продолжаетсядо тех пор, пока не наступит дина мическое равновесие системы в целом.Сравнительные технические характеристики предлагаемого криостатаи базового объекта представлены втаблицеТаким образом, предложенная конструкция криостата обеспечивает более чем в 2 раза больший коэффициентиспользования полезного объема криПредложенное крепление и взаиморасположение гелиевого сосуда и горловины обеспечивает создание криостатов с длительным временем работы (при единоразовой заливке гелия) и с рациональным использова" нием полезного объема криостата.1180640 овины 0 0 л овины мм 34 ий ный объем криоста м горловинь у стенк о сосутва ме бъем пространми горловины и а, дмлиево Коэффициент ис го объема крио объема гелиево полезному объе ия полез ольз тата ношени к общ сосуд криос 15 3 а г Составитель Г. ОльшансТехред Т.Дубинчак ректор А, Обручар актор С, Па Заказ 5906/3 Подписно митета СС крытии наб., д.4/5 лиал ППП "Патент", г. Ужгород., ул. Проектная, 4 Диаметрвысота 5 Тираж 464 ВНИИПИ Государственного кпо делам изобретений и 13035, Москва, Ж, Раушс 10,2 0,06