Способ получения сверхнизких температур его варианты и установка для его осуществления ее варианты

(19) 5 /О 5 В 9/02 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ости паров гелия ере растворения4 К и последующегокамеры испарения,й с я тем, что,ем откачки из до получения в ка температуры 0,3-0 отбора гелияиз о тлич ающи з о для ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬ(71) Физико-технический институт ни ких температур АН УССР(56) Лоунасмаа О.В, Принципы и методы получения температур ниже 1 К, М.: Мир, 1977, с.63.Веч, Бс 1, 1 пз., 1969, ч,4 11 11 р. 1381.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХНИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР (ЕГО ВАРИАНТЫ)И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ЕЕ ВАРИАНТЫ) (57) 1, Способ получения сверхнизких температур путем заполнения емкости жидким гелием-З, а камер искарения и растворения - исходным раствором гелияв гелиис содержанием гелияне более 20%, охлаждения исходного раствора в обеих камерах путем откачки из емкости паров гелиядо получения в камере растворения температуры 0,3-0,4 К и последующего отбора гелияиз камеры испарения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения пускового периода, при отборе гелияиз камеры испарения перепускают жидкий гелийиэ нижней части, емкости в верхнюю часть камеры растворения смешения с исходным раствором.2. Способ получения сверхнизких температур путем заполнения емкости жидким гелием-З, а камер испарения и растворения - исходным раствором гелияв гелиис содержанием гелияне более 20%, охлаждения исходного раствора в обеих камерах пус целью уменьшения пускового пери да, перед отбором гелияиз камеры испарения в верхнюю часть камеры растворения подводят раствор гелияв гелии, обогащенный гелием-З.3. Способ получения сверхнизких температур путем заполнения камер испарения и растворения, последнего из. которых заполняют исходным раствором гелияв гелиис содержанием гелияне более 20%, охлаждения исходного раствора и последующего отбора гелияиз камеры испарения, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, се целью уменьшения пускового периода, камеру растворения заполняют раствором гелия"3 в гелиис содержанием гелияне менее 90%, а охлаждение обоих растворов осуществляют путем откачки паров гелияиз камеры растворения споследующим смешением раст" воров в камере растворения.4, Установка для получения сверхнизких температур, содержащая гелиевый криостат с двумя линиями откачки, снабженными криосорбционными насс 1 сами, камеру растворения гелияв гелии, камеру испарения и емкость с жидким гелием, имеющую тепловой контакт с камерами и подключенную своей верхней частью к второй линии откачки а первая линия откачки через камеру испарения и посредством капилляра подключена к нижней части камеры раст" ворения, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью уменьшения пускового пе43383 риода, верхняя часть камеры растворе" ния при помощи регулирующего клапана сообщена с нижней частью емкости, а в месте подключения второй линии откачки к верхней части емкости установлен свой регулирующий клапан5. Установка для получения сверхнизких температур, содержащая гелие" вый криостат с двумя линиями откачки, снабженными криосорбционными насосами, камеру растворения гелия"3 в гелии, камеру испарения и емкость с жидким гелием-З, имеющую тепловой контакт с камерами и подключенную своей верхней частью к второй линии откачки, а первая линия откачки через камеру испарения и посредством капилляра подключена к нижней части камеры растворения, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что с целью уменьшения пускового периода, установка дополнительно содержит линию подвода в камеру растворения обогащенного гелиемраствора с последовательно. усИзобретение относится к криогенной технике, точнее к области получения сверхнизких температур,Целью изобретения является уменьшение пускового периода установки, 5На фиг.1 представлена схема установки для получения сверхнизких температур по первому варианту; нафиг.2 - то же по второму варианту;на фиг,З - то же, по третьему вари- Оанту.Установка для получения сверхнизких температур содержит криостат 1,первую линию 2 откачки, вторую линию3 откачки, криосорбционные насосы 4,5 с адсорбирующими элементами 6, 7 инагревателями 8,9, камеру 10 растворения, камеру 11 испарения, емкость12 с жидким гелием-З, капилляр 13, регулирующие клапаны 14 - 9, теплообменники 20 - 24, емкость 25 с жидкимгелием, линию 26 откачки паров гелия, дроссель 27, криосорбционныйнасос 28, адсорбирующий элемент 29,нагреватель ЗО, гелиевую ванну 31,вентили 32. тановленными в ней теплообменниками, размещенными в камере испарения и емкости, причем эта линия перед теплообменниками соединена через регулирующий клапан с первой линией откачки, в которой перед камерой испарения также установлен регулирующий клапан.6. Установка для получения сверхнизких температур, содержащая гелиевый криостат с двумя линиями откачки, снабженными криосорбциониыми насосаи, камеру растворения и камеру испарения, верхняя часть которой подключена к первой линии откачки, а нижняя посредством капилляра соединена с нижней частью камеры растворения, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью уменьшения пускового периода, вторая линия откачки посредством регулирующего клапана соединена с верхней частью камеры растворения, а в нижней части камеры испарения перед капилляром установлен другой регулирующий клапан. 2Установка по первому варианту (фиг.1) работает следующим образом,Гелиевую ванну 31 криостатазаполняют жидким гелиеми открывают вентиль 32 насоса 28, Заполняющие оболочку насоса 28 пары гелия вытесняютсяжидким гелием, который охлаждает адсорбирующий элемент 29. Начинается откачка паров гелияиз емкости 25, которая через дроссель 27 подпитывается жидким гелием. После охлаждения криостата 1 до температуры 1,2-1,5 К при закрытом клапане 14 и открытом клапане 15 в ли" нию 2 подают исходный раствор ге" лияв гелиис содержанием гелия, например, 20%, который конденсируется и заполняет камеру 1 О растворения и частично камеру 11 испарения. Через линию 3 подают газообразный гелийс минимально возможным содержанием гелия, который конденсируется и заполняет емкость 12. Далее включают в работу насос 5 второй линии 3 откачки, начинается откачка паров гелияиз емкости 12, в резуль3 14 ЗЭ тате чего температура жидкого гелияв этой емкости понижается, Одновременно благодаря наличию теплового ) контакта между емкостью 12 и камерой 10 растворения охлаждается и исходный5 раствор, заполняющий последнюю. При этом откачиваемые пары из емкости 12 посредством теплообменника 24 охлаждают также раствор, находящийся в камере 11 испарения, После охлаждения раствора гелияв гелии"4, заполняющего камеру растворения, и гелияв емкости 12 до температуры 0,3-0,4 К откачку паров иэ емкости 12 прекращают, выключив насос 5 и закрыв клапан 15, Клапан 4 открывают и затем сразу включают в работу насос 4. Иежду гелиемиз емкости 12 и верхней частью исходного раствора в камере растворения практически сразу устанавливается граница раздела, так как их концентрации близки к концентрациям фаз .расслоившегося раствора гелияв гелиипри этой температу ре. Откачка паров из камеры 11 испарения приводит к обеднению гелиемнаходящегося там раствора, вследствие чего возникает диффузия гелияв ка меру 11 испарения из камеры растворе ния и нарушение равновесия концентраций на границе раздела фаз. Это нарушение компенсируется переходом гелияиз обогащенной фазы в обедненную, что сопровождается поглощением тепла и, как следствие, понижением35 температуры. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет израсходован весь гелий-З, составляющий обогащенную фазу расслоившегося раст вора, на чем цикл работы установки завершается, В том случае, если каме" ра 10,растворения и камера 11 испарения заполняются раствором с содержанием гелияне 203, а меньше, напри мер 10 8 7, что примерно соответствует .естественному содержанию гелияв гелииатмосферы, то при открытии клапана 14 часть гелияиз емкости 12 переходит с поглощением-тепла в раствор, повышая концентрацию гелия 50 в исходном растворе до равновесной, то есть примерно до 20 , после чего в растворе происходит расслоение. Откачку пара из камеры 11 испарения и в этом случае можно начинать сразу, при этом холодопроизводительность установки вначале даже несколько выше, чем в установившемся режиме. 83 4Предлагаемая установка по второму варианту работает следующим образом,Заполнение камеры 10 растворения и камеры 11 испарения исходным раст(вором гелияв гелиии его охлаждение до температуры 0,4-0,3 К осуществляют так же, как описано в первом варианте, при закрытых клапанах 16, 17. После этого клапан 16 открывают, и второй раствор гелияв гелии, обогащенный гелием-З, из источника поступает в линию подачи, гдеконденсируется, последовательно охлаждаясь в теплообменниках 21, 22 и23, и поступает в верхнюю часть ис-ходного раствора, заполняющего камеру 1 О растворения, вытесняя его иэнижней части камеры 10 растворенияв камеру 11 испарения. Откачку параиз камеры 11 испарения начинают после подачи второго раствора в камерурастворения, если исходный растворсодержит 207. гелия-З, или после обогащения раствора в камере испарениягелиемдо 17., если исходный раствор имеет более низкое содержаниегелия-З, Процесс расслоения образовавшегося раствора происходит аналогично тому, как это имеет местопри работе установки пд первому варианту. Второй раствор подают в камеру 10 растворения, не прекращаяоткачки паров из емкости 12, до тех пор, пока граница раздела фаз в этойкамере не приблизится вплотную к входу в капилляр Э или пока не закончится гелийв емкости 12. Оптималь" ным является случай,. когда оба этимомента совпадают, После этого клапан 16 закрывают. По мере откачки паров из камеры 11 испарения сорбирующий элемент 6 насоса 4 насыщаетсягелием-З, отбираемым из камеры 10растворения. После завершения циклаработы установки, когда граница раздела фаз в камере 10 растворения займет свое крайнее верхнее положение,весь гелий-З, находившийся в началецикла в верхней фазе раствора, переходит в насос 4. Теперь при необходимости повторить цикл работы установки емкость 12 заполняют жидким гелием-Э путем регенерации насоса 5. Пос"ле требуемого охлаждения исходного раствора в камере 1 О растворения второй раствор в ее верхнюю часть пода"ют из насоса 4, для чего при закрытых клапане 18 и вентиле 32 насоса141334 открывают клепан 16 и включают нагреватель 8,этого насоса, Образующиеся парыгелиявытесняют жидкостьиэ оболочки насоса в ванну 31 сорби 95рующий элемент 6 нагревается, поглощаемый им раствор, содержащий почтичистый гелий, выделяется в линиюподачи. Далее цикл повторяется в опи" санной выше последовательности, 10установка по третьему вариантуработает следующим образом,Камеру 11 испарения заполняют исходным раствором гелияв гелии с содержанием гелия20% или меньше. Камеру 10 растворения заполняютвторым раствором гелияв гелиис содержанием гелияне меньше 90% и откачкой паров из этой камеры при от- . крытом клапане 34 и закрытом клапане 20 83 619 охлаждают растворы до 0,3-0,4 К,После достижения этой температуры клапан 14 закрывают, насос 5 отключаюти соединяют растворы, открыв клапан9, так как уровень исходного раствора в камере 11 испарения превышаетуровень второго раствора в камере 10растворения, первый иэ них по капил-ляру 13 частично выливается в камеру10 растворения и поступает снизу вовторой раствор. Благодаря тому, чтоконцентрации растворов близки к равновесным, между ними сразу или черезкороткий промежуток времени появляЕтся граница раздела, расположенная вкамере 10 растворения. После этого,/включают в работу насос 4, Дальнейший процесс идет описанным в предыдущих вариантах способом,