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

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

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Способ получения сверхнизких тe пepaтyp путем заполнения емкости жидким гелием-3, а камер испарения и растворения - исходным раствором гелия-3 в гелии-4 с содержанием гелия-3 не более 20%, охлаждения исходного раствора в обеих камерах путем откачки из емкости паров гелия-3 до получения в камере растворения температуры 0,3-0,4 К и последующего отбора гелия-3 из камеры испарения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пускового периода, при отборе гелия-3 из камеры испарения перепускают жидкий гелий-3 из нижней части, емкости в верхнюю часть камеры растворения для смешения с исходным раствором. 2. Способ получения сверхнизких температур путем заполнения емкости жидким гелием-3, а камер испарения и растворения - исходным раствором гелия-3 в гепии-4 с содержанием гелия-3 не более 20%, охлаждения исходного раствора в обеих камерах путем откачки из емкости паров гелия-3 до получения в камере растворения температуры 0,3-0,4 К и последующего отбора гелия-3 из камеры испарения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пускового периода, перед отбором гелия-3 из камеры испарения в верхнюю часть камеры растворения подводят раствор гелия-3 в гелии-4, обогащенный гелием-3. 3.Способ получения сверхнизких температур путем заполнения камер испарения и растворения, последнего из. которых заполняют исходным раствором гелия-3 в гелии-4 с содержанием гелия-3 не более 20%, охлаждения исходного раствора и последующего отбора гелия-3 из камеры испарения, о тличающийся тем, что, с целью уменьшения пускового периода, камеру растворения заполняют раствором гелия-3 в гелии-4 с содержанием гелия-3 не менее 90%, а охлаждение обоих растворов осуществляют путем откачки паров гелия-3 из камеры растворения с последующим смешением растворов в камере растворения. 4.Установка для получения сверхнизких температур, содержащая гелиевый криостат с двумя линиями откачки, снабженными криосорбционными насоса- ; ми, камеру растворения гелия-3 в гелии-4, камеру испарения и емкость с жидким гелием-3, 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 , отличающаяся тем, что, с целью уменьшения пускового пе (Л 00 00 00 ОС)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (П) (511 4 F 25 В 9/02, F 25 J I/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБР Т НИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

f10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3771603/23-06 (22) 20.07.84 (46) 30.07.88. Бюл. 9 28 (71) Физико-технический институт низких температур АН УССР (72) В.А.Михеев, В.А.Майданов, Н.П.Михин и В.Н.Репин (53) 621.575(088.8) (56) Лоунасмаа О.В. Принципы и методы получения температур ниже 1 К, М.: Мир, 1977, с.63.

Rev, Sci. Inst., 1969, v.40, М- 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-3, а камер искарения и растворения — исходным раствором гелия-3 в гелии-4 с содержанием гелия-3 не более 20%, охлаждения исходного раствора в обеих камерах путем откачки иэ емкости паров гелия-3 до получения в камере растворения температуры 0,3-0,4 К и последующего отбора гелия-3 из камеры испарения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пускового периода, при отборе гелия-3 из камеры испарения перепускают жидкий гелий-3 иэ нижней части, емкости в верхнюю часть камеры растворения для смешения с исходным раствором.

2. Способ получения сверхнизких температур путем заполнения емкости жидким гелием-3, а камер испарения и растворения — исходным раствором гелия-3 в гелии-4 с содержанием гелия-3 не более 20%, охлаждения исходного раствора в обеих камерах путем откачки из емкости паров гелия-3 до получения в камере растворения температуры 0,3-0,4 К и последующего отбора гелия-3 из камеры испарения, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пускового периода, перед отбором гелия-3 из камеры испарения в верхнюю часть камеры растворения подводят раствор гелия-3 в гелии-4, обогащенный гелием-3.

3. Способ получения сверхнизких температур путем заполнения камер испарения и растворения, последнего из. которых заполняют исходным раствором гелия-3 в гелии-4 с содержанием гелия-3 не более 20%, охлаждения исходного раствора и последующего отбора гелия-3 из камеры испарения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с е. целью уменьшения пускового периода, камеру растворения заполняют раство» ром гелия-3 в гелии-4 с содержанием гелия-3 не менее 90%, а охлаждение обоих растворов осуществляют путем откачки паров гелия-3 из камеры растворения с последующим смешением раст" воров в камере растворения.

4. Установка для получения сверхнизких температур, содержащая гелиевый криостат с двумя линиями откачки, снабженными криосорбционными насосами, камеру растворения гелия-3 в гелии-4, камеру испарения и емкость с жидким гелием-3, имеющую тепловой контакт с камерами и подключенную своей верхней частью к второй линии откачки, Э а первая линия откачки через камеру испарения и посредством капилляра подключена к нижней части камеры раст" ворения, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения пускового пе1413383 риода, верхняя часть камеры растворения при помощи регулирующего клапана сообщена с нижней частью емкости, а в месте подключения второй линии откачки к верхней части емкости установлен свой регулирующий клапан..

5. Установка для получения сверхнизких температур, содержащая гелиевый криостат с двумя линиями откачки, снабженными криосорбционными насосами, камеру растворения гелия-3 в гелии-4, камеру испарения и емкость с жидким гелием-3 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 гелием- 3 раствора с последовательно. ус1 .Изобретение относится к криогенной технике, точнее к области получения сверхнизких температур.

Целью изобретения является уменьшение пускового периода установки. 5

На фиг.l представлена схема установки для получения сверхнизких температур по первому варианту; на фиг.2 — то же по второму варианту; на фиг.3 — то же, по третьему варианту.

Установка для получения сверхнизких температур содержит криостат 1, первую линию 2 откачки, вторую линию

3 откачки, криосорбционные насосы 4, 5 с адсорбирующими элементами 6, 7 и нагревателями 8,9, камеру 10 растворения, камеру 11 испарения, емкость

12 с жидким гелием-3 капилляр 13 регулирующие клапаны 14 — 19, теплообменники 20 — 24, емкость 25 с жидким гелием-4, линию 26 откачки паров гелия-4, дроссель 27, криосорбционный насос 28, адсорбирующий элемент 29, нагреватель 30, 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 насосами, 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.

Установка по первому варианту (фиг.1) работает следующим образом.

Гелиевую ванну 31 криостата заполняют жидким гелием-4 и открывают вентиль 32 насоса 28. Заполняющие оболочку насоса 28 пары гелия вытесняются жидким гелием-4, который охлаждает адсорбирующий элемент 29.

Начинается откачка паров гелия-4 из емкости 25, которая через дроссель

27 подпитывается жидким гелием-4.

После охлаждения криостата 1 до температуры 1,2-1,5 К при закрытом клапане 14 и открытом клапане 15 в линию 2 подают исходный раствор гелия-3 в гелии-4 с содержанием гелия3, например, 20%, который конденсируется и заполняет камеру 10 растворения и частично камеру 11 испарения.

Через линию 3 подают газообразный гелий-3 с минимально возможным содержанием гелия-4, который конденсируется и заполняет емкость 12. Далее включают в работу насос 5 второй линии 3 откачки, начинается откачка паров гелия-3 из емкости 12, в резуль3 141ЗЗ тате чего температура жидкого гелия-3 в этой емкости понижается. Одновременно благодаря наличию теплового ) контакта между емкостью 12 и камерой

10 растворения охлаждается и исходный!

5 раствор, заполняющий последнюю. При этом откачиваемые пары из емкости 12 посредством теплообменника 24 охлаждают также раствор, находящийся в камере 11 испарения . После охлаждения раствора гелия-3 в гелии-4, заполняющего камеру растворения, и гелия-3 в емкости 12 до температуры

0,3-0,4 K откачку паров иэ емкости

12 прекращают, выключив насос 5 и закрыв клапан 15. Клапан 14 открывают и затем сразу включают в работу насос

4. Иежду гелием-3 из 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 гелия-3 в гелии-4 при этой температу- 25 ре. Откачка паров из камеры II испарения приводит к обеднению гелием-3 находящегося там раствора, вследствие чего возникает диффузия гелия-3 в ка« меру 11 испарения из камеры растворе- 30 ния и нарушение равновесия концентраций на границе раздела фаз. Это нарушение компенсируется переходом гелия-3 из обогащенной фазы в обедненную, что сопровождается поглощением тепла и, как следствие, понижением

35 температуры. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет израсходован весь гелий-з, составляющий обогащенную фазу расслоившегося раст- 40 вора, на чем цикл работы установки завершается, В том случае, если камера 10,растворения и камера 11 испарения заполняются раствором с содержанием гелия-3 не 20%, а меньше, напри- 45 мер 10 8, что примерно соответствует .естественному содержанию гелия-Э в гелии-4 атмосферы, то при открытии клапана 14 часть гелия-3 из емкости

12 переходит с поглощением=тепла в раствор, повышая концентрацию гелия-3

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 4

Предлагаемая установка по второму варианту работает следующим образом.

Заполнение камеры 10 растворения и камеры Il испарения исходным раст( вором гелия-3 в гелии-4 и 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 гелия-Э в reлии-4, обогащенный гелием-3, из источника поступает в линию подачи, где конденсируется, последовательно охлаждаясь в теплообменниках 21, 22 и

23, и поступает в верхнюю часть исходного раствора, заполняющего камеру 1О растворения, вытесняя его иэ нижней части камеры 10 растворения в камеру 1I испарения. Откачку пара из камеры ll испарения начинают после подачи второго раствора в камеру растворения, если исходный раствор содержит 20 гелия-з, или после обогащения раствора в камере испарения гелием-3 до I ., если исходный раствор имеет более низкое содержание гелия-3, Процесс расслоения образовавшегося раствора происходит аналогично тому, как это имеет место при работе установки по первому варианту. Второй раствор подают в камеру 10 растворения, не прекращая откачки паров из емкости 12, до тех пор, пока граница раздела фаз в этой камере не приблизится вплотную к входу в капилляр !Э или пока не закончится гелий-3 в емкости 12. Оптимальным является случай,. когда оба эти момента совпадают. После этого клапан 16 закрывают. По мере откачки паров из камеры 11 испарения сорбирующий элемент 6 насоса 4 насыщается гелием-з,- отбираемым из камеры IA растворения. После завершения цикла работы установки, когда граница раздела фаз в камере 10 растворения займет свое крайнее верхнее положение, весь гелий-3, находившийся в начале цикла в верхней фазе раствора, переходит в насос 4. Теперь при необходимости повторить цикл работы установки емкость 12 заполняют жидким гелием-3 путем регенерации насоса 5. Пос" ле требуемого охлаждения исходного раствора в камере 10 растворения второй раствор в ее верхнюю часть подают из насоса 4, для чего при закрытых клапане 18 и вентиле 32 насоса

14133

7

4 открывают клапан 16 и включают нагреватель 8 этого насоса. Образующиеся пары гелия-4 вытесняют жидкость

I иэ оболочки насоса в ванну 31 сорбиФ

5 рующий элемент 6 нагревается, поглощаемый им раствор, содержащий почти чистый гелий-3, выделяется в линию подачи. Далее цикл повторяется в опи" санной выше последовательности. 1О установка по третьему варианту работает следующим образом.

Камеру 1 1 испарения заполняют исходным раствором гелия-3 в гелии-4 с содержанием гелия-3 20% или меньше. Камеру 10 растворения заполняют вторым раствором гелия-3 в гелии-4 с содержанием гелия-3 не меньше 90% и откачкой паров из этой камеры при от- . крытом клапане 34 и закрытом клапане 20

83 6

19 охлаждают растворы до 9,3-0,4 К, После достижения этой температуры клапан 24 закрывают, насос 5 отключают и соединяют растворы, открыв клапан !

9, так как уровень исходного раствора в камере 11 испарения превышает уровень второго раствора в камере 10 растворения, первый иэ них по капил- ляру 13 частично выливается в камеру

10 растворения и поступает снизу во второй раствор. Благодаря тому, что концентрации растворов близки к равновесным, между ними сразу или через короткий промежуток времени появляется граница раздела, расположенная в камере 10 растворения. После этого

l включают в работу насос 4. ДалЬнейший процесс идет описанным в предыдущих вариантах способом, 14)3383