Криостат

Оп ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскииСоцкапистмческкиРеспубликдю делам иэебретеиий и отиритий(54) КРИОСТАТ Изобретение относится к криогенным устройствам, используемым для изучения свойств различных материалов, а более конкретно к криостатам с регулируемой рабочей температуройисследуемого образца,Известно устройство для криогенного охлажденна, в котором предусмотрено регулированиетемпературы охлаждаемого объекта, с использованием электрического нагревателя, установленного на держателе охлаждаемого объекта 11.Недостатком известного решения является 10невозможность замены нагревательного элемента без разгерметизации вакуумной полости криостата.Наиболее близким к предлагаемому является криостат, содержащий вакуумированный кор 13пус с трубкой для подачи хладагента и сред.ством для его отвода и размещенные в корпусе радиационный экран с теплообменником, нагреватель. адсорбционный насос и теплообмен.иик для исследуемого образца, соединенный 20с теплообменником радиационного экрана 21,Недостаток известного криостата заключаетсяв том, что в его конструкции нагреватель необдувается непосредственно потоком гелия, что сильно снижает как надежность нагревателя, таки устройства . в целом из-за ограничения предельной мощности, которая может подаватьсяна нагреватель в процессе регулирования, Такое ограничение мощности приводит к ухудшению динамических характеристик системы регулирования и невозможности применения ее дляисследований, в которых необходимы большиескорости изменения температуры (порядка 0,5 -1 град/с). Для замены нагревателя из криостата извлекается оправка с камерой высокогодавления, что нарушает механический контакт.При установке оправки с новым нагревателеммеханический контакт восстанавливается, но еготепловое сопротивление изменяется, т.е. нетповторяемости тепловых характеристик системыот эксперимента к, эксперименту. Кроме того,температура криостата основного теплообменннка в процессе регулирования изменяется и, соответственно, угольный адсорбционный насосимеет переменную температуру, Это приводит.к тому, что изменяется давление остаточных газов в вакуумной полости криостата, так как поглощающая способности угла зависит от температуры. При повышении температуры повышает 88569ся давление и увеличивается теплоприток к хо.ладным, элементам криостата по остаточным газам. Связь давления с температурой создает нестабильные условия работы всей системы, а также позволяет сконденсироваться остаточным газам на поверхностях окон и образца. Конденсат затрудняет проведение оптических исследова.ний образцов. При применении конструкции из.вестного криостата требуется повышенный егорасход в силу неэффективного охлаждения труб.ки, на которой закреплена оправка с камеройвысокого давления, с размещенным в ней нагревателем, и такоподводящие провода,Цель изобретения - повышение надежности .крцостата и улучшение эксплуатационных пв вувметров за счет обдувв нагревателя хлвдагентом и упрощения его замены.-Поставленная цель достигается эа счет того,что криостат, содержащий вакуумированный кор.пус с трубкой для подачи хладвгента и средст- зоством для его отвода и размещенные в корпусе радиационный экран с теплообменником, нагреватель, вдсорбционный насос и теплообменннк для исследуемого образца, соединенныйс теплообменникам радиационного экрана, снаб.жен вертикальной трубой, выполненной из двухчастей, соединенных посредством пробки с кольцевым выступом на наружной поверхности,штангой, расположенной в трубе и закрепленной в пробке, дополнительной трубой с перегородкой, закрепленной. коаксйльно на верх.ней части вертикальной трубы и соединеннойсо средством для отвода хладагента, нагревательзакреплен на штанге, трубка для подвода хлад.агента подсоединена к нижней части верппсальной трубы над нагревателем и выход теплоаб 3менника радиационного экрана подсоединен кдополнительной трубе.Кроме того, адсорбционный насос установленна трубе для подачи хладагента.Конструкция криостата обеспечивает возмож.ность быстрой смены нагревателя,.стабильноедавление в вакуумном объеме и значительноеснижение теплопритока по стенкам трубы иштанге благодаря охлаждению стенок трубы45парами гелия.На фиг. 1 представлен криостат, общий вид;нв фиг, 2 - узелна фиг. 1.Криостат (фиг. 1) содержит наружный вакуумированный корпус 1 с оптическими окнами (не показано). Внутри корпуса 1 размещен ффрадиационный экран 2, в котором установлентеплообменник 3 для снятия теплового потокас экрана 2 и укрепленный на штанге 4 сьемный электрический нагреватель 5, Штанга 4 размещена в трубах 6 и 7, соединенных посредст- Ивом пробки 8.Радиационный экран 2 снабжен сьемнымквостовиком 9, внутри которого размещен теп. 2 4лообменник 1 О для исследуемого образца. Теплообменник 1 О соединен с трубой 6 трубкой11, а с теплообменником 3 - трубкой 12.К боковой поверхности трубы 6, выше места расположения съемного нагревателя 5, подведена трубка 13 подачи хладагента соединеннаяс приемным устройством 14 переливного сифона. На части трубки 13 подачихладагента вобъеме, ограниченном радиационным экрвноь 2,установлен адсорбционный насос 15, В верхнейчасти трубы 6 установлена дополнительная труба тб с перегородкой, образованной втулкой17 с пробкой 8 и уплотнительным кольцом 18,Нижняя часть втулки 17 (фиг, 2) жесткоприкреплена к трубе 6, например, путем сварки и снабжена внутренней резьбой, в которуюввинчена пробка 8, соединенная с трубой 7 иштангой 4. При установке пробка 8 прижимаетсвоими заплечиками уплотнительное фтороплас.товое кольцо 18,Верхняя часть втулки 17 присоединена ктрубке 19 выхода криоагента из теплообмен.ника 3 и далее соединена с трубой 16, подключенной к газгольдерной системе. В результатев верхней части втулки 17 образуется полостьдля прохождения криоагента, который по меж.трубному пространству между трубой 16 и трубой 7 попадает в газгольдерную систему.С целью предотвращения конвективного тенлообмена между съемным нагревателем 5 ипробкой 8 (фиг. 1) пространство в трубе 6между указанными элементами заполнено пенопластом. К боковой поверхности втулки 17припаян радиационный экран 20, другой конецкоторого припаян к трубке 21 приемного устройства 14 переливного сифона.Криостат работает следующим образом.Жидкий гелий из транспортного дьюара повакуумному, сифону, вставленному в трубку 21,проходит по трубке 13 подачи хладагента и охлаждает до гелиевых температур адсорбционный насбс 15. При охлаждении адсорбционногонасоса 15 в вакуумном пространстве криостатадавление остаточных газов не превышает 10Торр,Температура насоса 15 сохраняется стабильнойв процессе работы, что обеспечивает постоянное давление и условия работы всей системы,учитывая, что насос расположен в начале путидвижения жидкого гелия, он охлаждается впервую очередь, поглощает остаточные газы иэвакуумного объема криостата и предотвращаетих конденсацию на рабочих поверхностях образца. Затем гелий проходит через нижнюю частьтрубы 6, электрический нагреватель 5 и,приоб.ретает заданную температуру, которая стабили.зируется системой автоматического регулирова., ния. После нагревателя 5 гелий по трубке 11поступает в теплообменник 10; в котором укрепляется образец, далее проходит по трубке 125в теплообменник 3, который осуществляет теплосъем с радиационного экрана 2 и через трубку 19 выхода гелия поступает в трубу 16, от. деленную от трубы 6 пробкой 8 с уплотнительным кольцом 18, Далее гелий по межтрубному пространству, образованному трубкой 7 и трубой 16, поступает в газгольдерную систему,Таким образом, расположение нагревателя на штанге, установленной в трубе, закрепленной на ней посредством пробки и подсоединения к вертикальной трубе трубки для подвода хац- агента позволяет производить быструю заменунагревателя, который является одним иэ лень дежных. элементов конструкции, не изменяя тепловых характеристик системы, Кроме того, улучшаются эксплуатационные параметры системы благодаря обеспечению постоянного давления в вакуумном объеме, а также сокращению расхода гелия через систему за счет уменьшения,.теплопритока, что повышает надежность и улучшает эксплуатационные параметры;Формула изобретения 1, Криостат, содержащий вакуумированный корпус с трубкой для подвода хладагеита и средством для его отвода и размещенные в корпусе радиадионньщ экран с,теплообменнь ком, нагреватель, адсорбцлонный насос и теп. лообменник для исследуемого образца, соеди 885692 4пенный с теплообменннком радиационного экрана, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения надежности и улучшенияэксплуатационных параметров за счет обдуванагревателя хладагентом и упрощения его замены, он снабжен вертикальной трубой, выПолненной из двух частей, соединенных посредством пробки с кольпевым выступом на наружной поверхности, штангой, расположенной втрубе и закрепленной в пробке, дополнитель.ной трубой с перегородкой, закрепленной ко.аксиально на верхней части вертикальной трубы и соединенной со средством для отводахладагента, нагреватель закреплен на ппзнге,.,трубка для подвода хладагента подсоединенак нижней части вертикальной трубы над наг-.ревателем и выход теплообменника радиационного экрана подсоединен к дополнительнойтрубе.2. Криостат по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что адсорбционный насос установленна трубке для подачи хладагента.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР йф 289269,кл. Р 25 0 3/10, 1974.2. "Приборы и техника эксперимента". 1977,У 3, с. 257-259, аде.. 4/ ал ППП "Патент", г, Ужгород,к 10509/55 Тираж 552 ВНИИПИ Государственного комитета СС по делаы изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д