Криостат

(51) 4 Р 25 П 3/1 ВСг ЖВ "1"Я1ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ско-техфизикоСР СССР1981. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Специальное конструктонологическое бюро Донецкоготехнического института АН У(57) Изобретение относится к области, криогенной техники, касается изолированных сосудов, предназначенных для хранения и транспортировки криогенных жидкостей, Цель изобретения - снижение потерь криогенной жидкости за счет уменьшения теплопритоков. Изобретение заключается в использовании хладосодержания отдельных порций паров. криогенной жидкости дляохлаждения газоохлаждаемых радиационных экранов. Пар криогента адиабатически сжимают в емкости для отбора паров криогенной жидкости до достижения им заданной температуры.экрана, затем изотермнчески расширяют с совершением внешней работыили предварительно адиабатическисжатый пар адиабатно расширяют с совершением внешней работы и изохорнонагреваютЦикл расширение - нагревание осуществляют многократно донаступления равенства давления паровв рабочей полости заданному давлениювыпуска. Кроме того, предусмотренотакже адиабатическое сжатие параи расширение путем периодическоговыхлопа части его. 3 ил, 1374008Изобретение относится к криоген-ной технике и касается изолированных сосудов для сжижения газов, предназначенных для криостатированияразличных устройств, а также для хранения и транспортировки криогенных жидкостей.Целью изобретения является снижение потерь криогенной жидкости путем 10 уменьшения теплопритоков.На фиг. 1 изображен криостат,общий вид; на фиг. 2 - схема емкости для отбора паров криогенной жидкости;на фиг. 3 - фрагмент Т-Б диаграммы, 15 характеризующий Работу криостата.Криостат содержит камеру 1 для размещения объекта 2, Снаружи камеры 1 установлены радиационные экраны и теплоизолирующий кожух 3, Количест О во радиационных экранов определяется конкретной конструкцией криостата, в описываемом криостате камера 1 для размещения объекта 2 окружена двумя радиационными экранами 4 и 5, окруженными, в свою очередь, экраном б, охлаждение которого производится вследствие испарения жидкого азота, помещенного в азотную емкость 7, выполненную заодно с экраном б. 30Камера 1 для размещения объекта 2 снабжена патрубком 8 подвода криогенной жидкости и патрубком 9 отвода паров. Патрубок 8 подвода криогенной .жидкости служит для заливки 35 камеры 1 для размещения объекта, а патрубок 9 отвода паров - для выпуска паров, Патрубок 9 отвода паров имеет тепловые контакты 10 с радиационными экранами 4 и 5, Патрубок 8 40 подвода криогенной жидкости снабжен отсечным клапаном 1, а патрубок 9 отвода паров - дозирующими клапанами 12,13,14, управление которыми в процессе работы производят при по мощи автоматического устройства (не показано), Между дозирующими клапанами 12 и 13, а также 13 и 14 патрубок 9 отвода паров соединен участками трубопроводов 15 и 16 с емкостями 1 и 18 для отбора паров криогенной жидкости, установленными на соответствующих радиационных экранах 5 и 4 с обеспечением теплового контакта с последними С помощью описанной арматуры осуществляют заполнение и опорожнение идентичных емкостей 17 и 18 для отбора паров криогенной жидкости (фиг, 2). Экран 6 Криостат работает следующим обра зом.В камеру 1 для размещения объекта помещают криостатируемый объект 2, Через вентиль 25 производят откачку внутреннего объема теплоизолирующего кожуха 3, заполняют азотную емкость 7 жидким азотом, После этого производят заливку жидкого гелия в камеру 1 через сифон, устанавливаемый в патрубок 8 подвода криоген 1374008ной жидкости, при этом дозирующиеклапаны 12,13, 14 и отсечной клапан11 открыты, После заливки жидкогогелия в камеру 1 сифон удаляют, отсечной клапан 11 закрывают. Послестабилизации температурного режимав камере 1 дозирующие клапаны 13 и14 закрывают, В этот момент объем рабочей полости емкости 18 для отборапаров минимален (т,е, сильфон 26сжат). Затем посредством тяги 21 тормозным механизмом 23 производят увеличение объема рабочей полости емкости 18 до максимальной величины,при этом сильфон 26 увеличиваетсяпо длине, а пружина 30 сжимается,После того как рабочая полость емкости 18 (при ее максимальном объеме)заполнится холодными парами криогенной жидкости из камеры 1, дозирующий клапан 12 закрывают, тормозныммеханизмом 23 снимают усилие с тяги 21, и под действием усилия пружины 30 стакан 29 перемещается относительно заглушки 27, В это времяуменьшается длина сильфона 26 и происходит процесс адиабатического сжатия паров криогенной ж.дкости, таккак сокращение объема рабочей полости емкости 18 происходиг в течениедолей секунды и в результате этого присжатии теплоподвод к парам криогенном жидкости, находящейся в рабочейполости, практически отсутствует,Жесткость пружины 30 выбирают исходя 35из того, чтобы усилие, оказываемоепружиной 30 на днище стакана 29 приотсутствии усилия от тяги 21, былодостаточным для адиабатического сжатия паров криогенной жидкости, находящихся в рабочей полости, Величину сжатия выбирают такой, чтобы температура паров криогенной жидкостив момент окончания сжатия была равнойзаданной температуре экрана, на котором установлена емкость для отбора паров криогенной жидкости (фиг, 3,кривая 0-1), Например, при сжатиипаров гелия, имеющих первоначальнуюхтемпературу 4,5 К и давление 1 кг/см,50температура 15 К достигается присжатии до 24 кг/см . После процессаадиабатического сжатия паров криогенной жидкости в рабочей полостиемкости 18 посредством скачкообразного увеличения объема сильфона 26происходит процесс адиабатическогорасширения (фиг. 3, кривая 1-3),При этом пары криогенной жидкости производят работу посредством передачи усилия тягой 21 на тормозной механизм 23, В это время допускается некоторое падение температуры паров в рабочей полости емкости 18, например на 1 К, При достижении заданного падения температуры паров перемещение тяги 21 стопорится тормозным механизмом. Далее происходит процесс изохорического нагрева пара, находящегося в рабочей полости емкости 18 (фиг. 3, кривая 3-4), Процесс адиабатического расширения - изохорного нагрева паров в рабочей полости емкости 18 циклически повторяется, причем с последующим циклом объем рабочей полости емкости 18 скачкообразно увеличивается. Процесс продолжается до момента, когда объем рабочей полости емкости 18 становитсямаксимальным, а температура и давление паров в рабочей полости соответствуют точке 2 на фиг, 3.После окончания процесса расширения производят передавливание паров криогенной жидкости из емкости 18 в емкость 17, Количество тепла, отведенного парами криогенной жидкости, равно площади под кривой 1-3-4- 52.Конструкция криостата позволяет более эффективно использовать хладосодержание паров криогенной жидкости для уменьшения теплопритоков, так как большая часть тепловой энергии, поступающей на радиационный экран извне, на котором установлена емкость для отбора паров криогенной жидкости, преобразуется в рабочей полости емкости в механическую энергию и расходуется на совершение внешней работы тормозным механизмом.Формула и з о б р е т е н и яКриостат, содержащий камеру для размещения объекта, установленные снаружи камеры радиационные экраны и теплоизолирующий кожух, патрубки подвода криогенной жидкости в камеру и отвода паров из камеры, о тл и ч аю. щ и й с я тем, что, с целью снижения потерь криогенной жидкости за счет уменьшения теплопритоков, он снабжен емкостями для отбора паров криогенной жидкости, установленными на радиационных экра 1374008нах с обеспечением теплового контакта с последними и средствами дляадиабатического сжатия и последующего расширения паров в емкостях, при этом емкости соединены трубопроводами с дозируыщими клапанами с патрубком отвода паров криогенной жидкости из камеры1374008 т,оставитель Е.Новиковаехред Л,Олийнык илипенко Маковска Коррект ак Заказ 559 3 Тираж 482ВНИИПИ Государственногпо делам изобретений13035, Москва, Ж, Р Подпис о комитета СССР и открытий аушская наб д. 4/ водственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4