Кріостат

1. Кріостат, який містить розміщену у вакуумованому корпусі гелієву посудину, оточен у радіаційними екранами, які охолоджуються парами гелію, який відрізняє ться тим, що всередині кріостата у тепловому контакті з гелієвою посуди 3 25565 Найбільш близьким по технічній сутності є кріостат, який містить підвішений на сільфонній горловині у вакуумованому корпусі циліндричний гелієва посудина, виконаний у вигляді розміщеній одна в одній камер. Горловина розміщена всередині внутрішньої камери на деякій відстані від її стінок. При цьому горловина прикріплена своєю нижньою частиною до дна внутрішньої камери і з'єднана з зовнішньою камерою за допомогою отвору в дні внутрішньої камери. Гелієва посудина оточений шістьма коаксіально розташованими радіаційними екранами із змієвиковим теплообмінником, розташованим у вер хніх частинах всіх екранів. Змієвиковий теплообмінник з'єднаний на вході з верхньою частиною зовнішньої камери гелієвої посудини, а на виході з заливно-випарним гелієвим патрубком, встановленим на верхній частині корпусу. Простір між корпусом та радіаційними екранами заповнено екранно-вакуумованою теплоізоляцією. Вакуум ування кріостата здійснюється за допомогою відкачуючого вентиля, який розташований на верхній частині корпусу. Регулювання швидкості випаровування рідкого гелію через горловину здійснюється системою вентилів, які також розташовані на верхній частині корпусу і з'єднані з горловиною трубкою, закріпленою у фланці [SU 1180640, кл. F17C3/00, F25D3/10, 1985]. Кріостатований об'єкт розміщують на дні горловини і повністю занурюють у рідкий гелій, або розміщують його над поверхнею рідкого гелію. Кріостат може бути використаний як сховище рідкого гелію. Недоліком відомого кріостата, є наявність горловини і великий приток тепла через неї і відповідно швидке випаровування рідкого гелію, що знижує економічні показники кріостата. Ще одним суттєвим недоліком є обмеження кріостатованих об'єктів з поперечними (горизонтальними) розмірами більше діаметру горловини. Збільшення діаметру горловини приводить до ще більших теплопритоків і прискореному випаровуванню рідкого гелію. (У прототипі діаметр горловини складає 100мм і висотою 1000мм, а діаметр гелієвої посудини дорівнює 520мм). Завданням справжньої корисної моделі є створення кріостата з високими економічними показниками шляхом зниження випарування рідкого гелію під час праці і відповідно збільшення часу роботи кріостата від однієї заправки рідкого гелію, а також забезпечення можливості розміщення у кріостаті великогабаритних кріостатованих пристроїв з великими поперечними розмірами. Поставлена задача вирішується тим, що у кріостаті, який містить у вакуумованому корпусі гелієва посудина, оточена радіаційними екранами, які охолоджуються парами гелію. Згідно корисної моделі всередині кріостата у тепловому контакті з гелієвою посудиною встановлений кріостатований бокс, закритий кришкою, при цьому радіаційні екрани також виконані з кришками, а корпус обладнаний герметично-щільною кришкою з вузлом герметичного ущільнення заливної трубки, яка ізольовано проходить через кришку екранів й кріостатований бокс до гелієвої посудини. 4 Іншою відмінністю є те, що кріостатований бокс заглиблений у гелієву посудин у. Завдяки виключенню горловини і розміщенню кріостатованого бокса всередині кріостата, надійно ізольованого від провідників тепла, значно зменшився теплоприток і відповідно зменшилось випаровування дорогоцінного рідкого гелію, а це означає, що кріостат може довше працювати при одноразовому заповненні його кріогентом в порівнянні його з прототипом при тих самих габаритних розмірах кріостата. Виконання кріостатованого бокса з великим поперечним перерізом і з кришкою розміром не менше поперечного перерізу боксу дозволяє розташувати в ньому великогабаритні кріостатовані пристрої з великим поперечними (горизонтальними) розмірами на відміну від кріостата з горловиною у прототипу. Заявлений пристрій ілюструється кресленнями. На Фіг.1 зображений поздовжній розріз пропонованого кріостата з кріостатованим боксом який розміщений на гелієвій посудині; на Фіг.2 зображений поздовжній розріз кріостата з кріостатованим боксом зануреним у гелієву посудин у. Кріостат містить в собі корпус 1 з кришкою 2, у верхній частині якого розміщений вузол 3 ущільнення (наприклад, ніпельний). Всередині корпуса 1 розташований гелієва посудина 4 з оточуючими його мідними або алюмінієвими радіаційними екранами 5 з кришками 6. Бічні частини усіх трьох радіаційних екранів 5 послідовно з'єднані розташованим по всіх їх поверхням змійковим теплообмінником 7 зі сплющеної трубки, який з'єднано з посудиною 4 і корпусом 1 посередництвом нетеплопровідних дренажних патрубків 8. Гелієва посудина 4 закріплений посередництвом трьох склопластикових підвісів 9 до внутрішнього екрану 5. Аналогічно закріплені інші екрани 5 між собою і корпусом 1. Кріостатований бокс 10 з кришкою 11 прикріплений у тепловому контакті до посудини 4. Бокс 10 може бути занурений у гелієву посудину 4 (див. Фіг.2). Заливна склопластикова трубка 12 (у наданому зразку з внутрішнім діаметром 6мм), одним кінцем з'єднана з посудиною 4, а інший її кінець виходить назовні через вузол 3 ущільнення у кришці 2. При цьому заливна трубка 12 проходить ізольовано через бокс 10 з кришкою 11 і кришки 6 екранів 5. Гелієва посудина 4, бокс 10 з гелієвою кришкою 11 і корпус 1 з кришкою 2 виготовляють з міді, неіржавкої сталі або алюмінієвих сплавів. Їх поверхні з боку вакуумованого простору полірують для зменшення променистого теплопереносу. Для ще більшого зниження теплопритоків міжстінний простір між посудиною 4, боксом 10 з кришкою 11, екранами 5 з кришками 6 і корпусом 1 з кришкою 2 заповнено екранно-вакуумною теплоізоляцією 13 у вигляді алюмінізованої поліетилентетрофталатної перфорованої плівки або іншим теплоізолюючим матеріалом. 5 25565 В боксі 10 у тепловому контакті з посудиною 4 розміщений карман з адсорбентом 14 (наприклад, з активованим вугіллям), який призначений для підвищення вакууму у між стінному просторі. На кришці 2 корпусу 1 розташований відкачувальний вентиль 15. Кріостат працює таким чином. В бокс 10 уміщують кріостатований об'єкт (на кресленні не зображений). Кришку 11 боксу з'єднують теплопровідним контактом з посудиною 4. Кришки 6 з теплоізоляцією 13 теплопровідним контактом з'єднують з екранами 5. Кришку 2 герметично щільно з'єднують з корпусом 1. При цьому заливна трубка 12, яка виходить через кришку 2 герметично щільно обтискується посередництвом вузла 3 ущільнення. Через вентиль 15 простір між гелієвою посудиною 4 і корпусом 1 з кришкою 2 відкачують для високого вакуум у, який потім підтримується у процесі експлуатації за допомогою адсорбенту 14. Потім гелієва посудина 4 через змієвиковий теплообмінник 7 і патрубки 8 відкачують до тиску 2-3мм.рт.ст. і наповнюють газоподібним гелієм для попереднього охолодження і зменшення затрат рідкого гелію. Через 5-10 годин у гелієва посудина 4 заливають рідкий гелій через трубку 12. Після цього трубку 12 закривають пробкою зі зворотним клапаном (на кресленні не зображені). В подальшому рідкий гелій з гелієвої посудини 4 випаровується через теплообмінник 7 у процесі кріостатування об'єкта. Спочатку рідкий гелій випаровується інтенсивно і пари гелію з гелієвої посудини 4 активно проходячи через теплообмінник 7 сильно охолоджують екрани 5. Це призводить до зниження загальної випаровуваності рідкого гелію з посудини 4. Процес теплообміну Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 6 продовжується до тих пір, поки не настане момент динамічної рівноваги системи в цілому. Запропонована конструкція кріостата дозволяє зменшити випаровування рідкого гелію і відповідно збільшити час роботи кріостата при одноразовому заправленні рідким гелієм. Пояснюється це відсутністю горловини у кріостаті (на відміну від прототипу) і відповідно відсутністю теплопритоків до гелієвої посудини 4 по горловині. Конструкція бокса 10 дозволяє розмістити в ньому крупногабаритні кріостатовані об'єкти з великими горизонтальними розмірами, що не досягалося у прототипі. В запропонованому кріостаті зі 100-літровим гелієвою посудиною 4 й при трьох радіаційних екранах, які охолоджуються парами гелію (з ефективністю теплообмінників усього 50%), випаровуваність рідкого гелію складе ~ 0,33дм 3/добу (у прототипу з гелієвою посудиною 120дм 3 і шістьма екранами, які охолоджуються парами гелію випаровуваність рідкого гелію складає ~ 0,5дм 3/добу), що відповідає безперервній роботі кріостата з тепловим навантаженням до 300 діб (у прототипі до 240 діб). При цьому запропонований кріостат має менші розміри приблизно на 20% в порівнянні з прототипом. Таким чином запропонований кріостат більш економічний за рахунок зниження витрат дорогоцінного рідкого гелію і збільшення часу роботи кріостата з тепловим навантаженням від одноразової заправки рідким гелієм. При цьому кріостат забезпечує можливість кріостатувати крупногабаритні пристрої або їх сукупності. Запропонований кріостат може використовуватись у якості схови ща ізотопів рідкого гелію. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601