Криостат

 

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 для охлаждения газоохлаждаемых радиационных экранов. Пар криогента адиабатически сжимают в емкости для отбора паров криогенной жидкости до достижения им заданной температурыэкрана, затем изотермически расширяют с совершением внешней работы или предварительно адиабатически сжатый пар адиабатно расширяют с совершением внешней работы и изохорно нагревают. Цикл расширение - нагревание осуществляют многократно до наступления равенства давления паров в рабочей полости заданному давлению выпуска Кроме того, предусмотрено также адиабатическое сжатие пара и расширение путем периодического выхлопа части его. 3 ил. i сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

08 А1 (50 4 Р 25 D 3/10

ВСЕГОЮ"!"» Й

I13, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3964512/31-13 (22) 14 ° 01 ° 85 (46) 15.02.88, Бюл. №- 6 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Донецкого физикотехнического института АН УССР (72) В.К. Литвинов (53) 621.59(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1116265, кл. F 25 D 3/10, 1981.

Патент ФРГ N 2906060, кл. F 25 D 3/10, 1978. (54) КРИОСТАТ (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 для охлаждения 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 работы или предварительно адиабатически сжатый пар адиабатно расширяют с совершением внешней работы и изохорно нагревают ° Цикл расширение — нагревание осуществляют многократно до наступления равенства давления паров в рабочей полости заданному давлению выпуска. Кроме того, предусмотрено также адиабатическое сжатие пара и расширение путем периодического выхлопа части его. 3 ил.

1374008

Изобретение относится к криоген- ной технике и касается изолированных сосудов для сжижения газов, предназначенных для криостатирования различных устройств, а также для хранения и транспортировки криогенных жидкостей.

Целью изобретения является снижение потерь криогенной жидкости путем уменьшения теплопритоков.

На фиг. 1 изображен криостат, общий вид; на фиг. 2 — схема емкости для отбора паров криогенной жидкости; на фиг. 3 — фрагмент Т-S д IиIа Iг р а мMм bы, 15 характеризующий Работу криостата.

Криостат содержит камеру 1 для размещения объекта 2, Снаружи камеры

1 установлены радиационные экраны и теплоизолирующий кожух 3. Количест- 2О 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 6, охлаждение которого производится вследствие испарения жидкого азота, помещенного в азотную емкость

7, выполненную заодно с экраном 6.

Камера 1 для размещения объекта 2 снабжена патрубком 8 подвода криогенной жидкости и патрубком 9 отвода паров. Патрубок 8 подвода криогенной жидкости служит для заливки 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 1I а патрубок

9 отвода паров — дозирующими клапанами 12,13,14, управление которыми в процессе работы производят при по- 45 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 17 и 18 для отбора паров криогенной жидкости, установленными на соответствующих радиационных экранах

5 и 4 с обеспечением теплового контакта с последними„ С помощью QIIH санной арматуры осуществляют заполнение и опорожнение идентичных емкостей 17 и 18 для отбора паров криогенной жидкости (фиг. 2). Экран 6 с азотной емкостью 7 подвешен к теплоизолирующему кожуху 3 с помощью тонкостенных трубок 19, которые служат для заливки жидкого азота в азотную емкость 7 и дренажа паров испаряющегося азота ° Камера 1 для размещения объекта 2 и установленные снаружи ее радиационные экраны 4 и 5 закреплены один относительно другого и относительно экрана 6 растяжками 20 ° Емкости 17 и 18 для отбора паров криогенной жидкости посредством тяг 21 соединены с идентичными тормозными механизмами 22 и 23, установленными на теплоизолирующем кожухе 3. Регулирование работы тормозных механизмов осуществляет блок уп" равления (не показан). Для свободного перемещения тяг 21 в экранах

4,5,6 предусмотрены отверстия, а с целью снижения теплопритоков, поступающих из-за теплопроводности тяг 21 к емкостям 17 и 18 для отбора паров криогенной жидкости, указанные тяги с радиационными экранами 4 и 6 имеют тепловые контакты 24, выполненные, например, в виде теплопроводных сильфонов. Вакуумирование криостата осуществляется через вентиль 25, установленный на теплоизолирующем кожухе 3.

Емкости 17 и 18 для отбора паров криогенной жидкости (фиг. 2) выполнены в виде сильфона 26, один конец которого закрыт заглушкой 27 с гидравлическим трактом 28 и прикреплен к верхней части радиационного экрана

5 или 4, а другой — жестко соединен с кромками стакана 29, размещенного внутри сильфона 26, образуя рабочую полость, и установлен с возможностью перемещения под действием сил внутреннего давления, при этом дно стакана 29 соединено посредством тяги

21 с тормозным механизмом 23 или 22.

Внутренняя полость стакана 29 снабжена пружиной 30.

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 açîòíóþ емкость 7 жидким азотом. После этого производят заливку жидкого гелия в камеру 1 через сифон, устанавливаемый в патрубок 8 подвода криоген1374008 ной жидкости, при этом дозирующие клапаны 12,13, 14 и отсечной клапан

11 открыты. После заливки жидкого гелия в камеру 1 сифон удаляют, отсечной клапан 11 закрывают. После стабилизации температурного режима в камере 1 дозирующие клапаны 13 и

14 закрывают. В этот момент объем рабочей полости емкости 18 для отбора паров минимален (т.е. сильфон 26 сжат). Затем посредством тяги 21 тормозным механизмом 23 производят увеличение объема рабочей полости емкости 18 до максимальной величины, при этом сильфон 26 увеличивается по 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, тормозным механизмом 23 снимают усилие с тяги 21, и под действием усилия пружины 30 стакан 29 перемещается относительно заглушки 27. В это время уменьшается длина сильфона 26 и происходит процесс адиабатического сжатия паров криогенной ж .дкости, так как сокращение объема рабочей полости емкости 18 происходиг в течение долей секунды и в результате этого при сжатии теплоподвод к парам криогенном жидкости, находящейся в рабочей полости, практически отсутствует.

Жесткость пружины 30 выбирают исходя из того, чтобы усилие, оказываемое пружиной 30 на днище стакана 29 при отсутствии усилия от тяги 21, было достаточным для адиабатического сжатия паров криогенной жидкости, находящихся в рабочей полости. Величину сжатия выбирают такой, чтобы температура паров криогенной жидкости в момент окончания сжатия была равной заданной температуре экрана, на котором установлена емкость для отбора паров криогенной жидкости (фиг. 3, кривая 0-1). Например, при сжатии паров гелия, имеющих первоначальную х температуру 4,5 К и давление 1 кг/см,50 температура 15 К достигается при сжатии до 24 кг/см . После процесса адиабатического сжатия паров криогенной жидкости в рабочей полости емкости 18 посредством скачкообраз- 55 ного увеличения объема сильфона 26 происходит процесс адиабатического расширения (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 становится максимальным, 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 1-3-45...2.

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 я

Криостат, 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 а ю. шийся тем, что, с целью снижения потерь криогенной жидкости эа счет уменьшения теплопритоков, он снабжен емкостями для отбора паров криогенной жидкости, установленными на радиационных экра1374008

26 нах с обеспечением теплового контакта с последними и средствами для адиабатического сжатия и последующего расширения паров в емкостях, при этом емкости соединены трубопроводами с дозируыщими клапанами с патрубком отвода паров криогенной жидкости из камеры. д7а/Г У

1374008 т, Составитель Е.Новикова

Техред Л.Олийнык

Редактор А.Маковская

Корректор Л.Пилипенко

Тираж 482

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 559/34

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4