Криостат

Криостат

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Соцкапистмческка

Республик (и 885692 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 03.01.80 (21) 2862633/23-26 с присоединением заявки J% (23) Приоритет (5l }М. Кл.

F 17 С 7/02

F 25 0 3/10

1ииударстииииый камитет

СССР ию делам иэебретеиий и открытий

Опубликовано 30.11.81. Бюллетень № 44

Дата опубликования описания 30.11.81 (5Ç} УДК 621.573 (088.8) (72) Авторы изобретения

Д. П. Пелых, А. Г. Демишев, Д. С. Ратманский и В. 3. уплии, г °

1 (71) Заявитель

Специальное конструкторско-технологическое бюро

Донецкого физико-технического института (54) КРИОСТАТ

Изобретение относится к криогенным устрой. ствам, используемым для изучения свойств различных материалов, а более конкретно к криостатам с регулируемой рабочей температурой исследуемого образца.

Известно устройство для криогенного охлаж- 5 дения, в котором предусмотрено регулирование температуры охлаждаемого объекта, с использованием электрического нагревателя, установленного на держателе охлаждаемого объекта (1).

Недостатком известного решения является 10 невозможность замены нагревательного элемента без разгерметизации вакуумной полости криостата.

Наиболее близким к предлагаемому является криостат, содержащий вакуумированный кор. 1S пус с трубкой для подачи хладагента и средством для его отвода и размещенные в корпусе радиационный экран с теплообменником, нагреватель; адсорбционный насос и теплообмениик для исследуемого образца, соединенный 20 с теплообменником радиационного экрана (21.

Недостаток известного криостата заключается в том, что в его конструкции нагреватель не обдувается непосредственно потоком гелия, что сильно снижает как надежность нагревателя, так и устройства . в целом из-за ограничения предельной мощности, которая может подаваться на нагреватель в процессе регулирования. Такое ограничение мощности приводит к ухудшению динамических характеристик системы регулирования и невозможности применения ее для исследований, в которых необходимы большие скорости изменения температуры (порядка 0,5—

1 град/с). Для замены нагревателя из криостата извлекается оправка с камерой высокого давления, что нарушает механический контакт.

При установке оправки с новым нагревателем механический контакт восстанавливается, но его тепловое сопротивление изменяется, т.е. нет повторяемости тепловых характеристик системы от эксперимента к. эксперименту. Кроме того, температура криостата основного теплообменннка в процессе регулирования изменяется и, соответственно, угольный адсорбционный насос имеет переменную температуру. Это приводит. к тому, что изменяется давление остаточных гаэов в вакуумной полости криостата, так как поглощающая способности угла зависит от температуры. При повышении температуры повышает88569 ся давление и увеличивается теплоприток к холодным, 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 исследований образцов. При применении конструкции известного криостата требуется повышенный его расход в силу неэффективного охлаждения трубки, на которой закреплена оправка с камерой высокого давления, с размещенным в ней нагревателем, и такоподводящие провода.

Цель изобретения — повышение надежности крцостата и улучшение эксплуатационных параметров за счет абдуна нагреватели хладагентом и упрощения его замены.

-Поставленная цель достигается эа счет того, что криостат, содержащий вакуумированный корпус с трубкой для подачи хладагента и средст- эо ством для его отвода и размещенные в корпусе радиационный экран с теплообменником, нагреватель, адсорбционный насос и теплообменннк для исследуемого образца, соединенный с теплообменникам радиационного экрана, снаб- 35 жен вертикальной трубой, выполненной из двух частей, соединенных посредством пробки с кольцевым выступом на наружной поверхности, штангой, расположенной в трубе и закрепленной в пробке, дополнительной трубой с перегородкой, закрепленной коаксйльно на верхней части вертикальной трубы и соединенной со средством для отвода хладагента, нагреватель закреплен на штанге, трубка для подвода хладагента подсоединена к нижней части вертикальной трубы над нагревателем и выход теплоаб3S менника радиационного экрана подсоединен к дополнительной трубе.

Кроме того, адсорбционный насос установлен на трубе для подачи хладагента.

Конструкция криостата обеспечивает возможность быстрой смены нагревателя,.стабильное давление в вакуумном объеме и значительное снижение теплопритока по стенкам трубы и штанге благодаря охлаждению стенок трубы

45 парами гелия.

На фиг. 1 представлен криостат, общий вид; нв фиг. 2 — узел на фиг. 1.

Криостат (фиг. 1) содержит наружный вакуумированный корпус 1 с оптическими окнами (не показано). Внутри корпуса 1 размещен 5@ радиационный экран 2, в котором установлен теплообменник 3 для снятия теплового потока с экрана 2 и укрепленный на штанге 4 съемный электрический нагреватель 5. Штанга 4 размещена в трубах 6 и 7, соединенных посредст- 5$ вом пробки 8.

Радиационный экран 2 снабжен сьемным квостовиком 9, внутри которого размещен теп2 4 лообменник 10 для исследуемого образца. Теплообменник 10 соединен с трубой 6 трубкой

11, а с теплообменником 3 — трубкой )2.

К боковой поверхности трубы 6, выше места расположения съемного нагревателя 5, подведена трубка 13 подачи хладагента соединенная с приемным устройством 14 переливного сифона. На части трубки 13 подачи хладагента в объеме, ограниченном радиационным экраноь 2, установлен адсорбционный насос 15. В верхней части трубы 6 установлена дополнительная труба r6 с перегородкой, образованной втулкой

17 с пробкой 8 и уплотнительным кольцом 18.

Нижняя часть втулки 17 (фиг, 2) жестко прикреплена к трубе 6, например, путем сварки и снабжена внутренней резьбой, в которую ввинчена пробка 8, соединенная с трубой 7 и штангой 4. При установке пробка 8 прижимает своими заплечиками уплотнительное фторопластовое кольцо 18.

Верхняя часть втулки 17 присоединена к трубке 19 выхода криоагента из теплообменника 3 и далее соединена с трубой 16, подключенной к газгольдерной системе. В результате в верхней части втулки 17 образуется полость для прохождения криоагента, который по межтрубному пространству между трубой 16 и трубой 7 попадает в газгольдерную систему.

С целью предотвращения конвективного тенлообмена между съемным нагревателем 5 и пробкой 8 (фиг. 1) пространство в трубе 6 между указанными элементами заполнено пенопластом. К боковой поверхности втулки 17 припаян радиационный экран 20, другой конец которого припаян к трубке 21 приемного устройства 14 переливного сифона.

Криостат работает следующим образом.

Жидкий гелий иэ транспортного дьюара по вакуумному, сифону, вставленному в трубку 21, проходит по трубке 13 подачи хладагента и охлаждает до гелиевых температур адсорбционный насбс 15. При охлаждении адсорбционного насоса 15 в вакуумном пространстве криостата давление остаточных газов не превышает 10 Торр.

Температура насоса 15 сохраняется стабильной в процессе работы, что обеспечивает постоянное давление и условия работы всей системы.

Учитывая, что насос расположен в начале пути движения жидкого гелия, он охлаждается в первую очередь, поглощает остаточные газы иэ вакуумного объема криостата и предотвращает их конденсацию на рабочих поверхностях образца. Затем гелий проходит через нижнюю часть трубы 6, электрический нагреватель 5 и,приобретает заданную температуру, которая стабилизируется системой автоматического регулирова, ния. После нагревателя 5 гелий по трубке 11 поступает в теплообменник 10; в котором укрепляется образец, далее проходит по трубке 12

S в теплообменник 3, который осуществляет теплосъем с радиационного экрана 2 и через трубку 19 выхода гелия поступает в трубу 16, отделенную от трубы 6 пробкой 8 с уплотнительным кольцом 18. Далее гелий по межтрубному пространству, образованному трубкой 7 и тру-- бой 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 хладагента позволяет производить быструю замену нагревателя, который является одним иэ пень 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 эа счет уменъшения,.теплопритока, что повышает надежность и улучшает эксплуатационные параметры.

Формула изîбpeòения

1. Криостат, содержащий вакуумированный корпус с трубкой для подвода хладагента и средством для его отвода и размещенные в корпусе радиапионньш экран с,теплообменшь ком, нагреватель, адсорбцнонный - насос и теплообменник для исследуемого образца, соеди885692 4 пенный с теплообменннком радиационного экрана, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения эксплуатационных параметров за счет обдува нагревателя хладагентом и упрощения его замены, он снабжен вертикальной трубой, выПолненной из двух частей, соединенных посредством пробки с кольпевым выступом на наружной поверхности, штангой, расположенной в 4 трубе N закрепленной s пробке, дополнительной трубой с перегородкой, закрепленной коаксиально на верхней части вертикальной трубы и соединенной со средством дпя отвода хладагента, нагреватель закреплен на штанге, 15 к нижней части вертикальной трубы над наг-.. ревателем и выход теплообменника радиационного экрана подсоединен к дополнительной трубе.

2. Криостат по п. I, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что адсорбционный насос установлен на трубке для подачи хладагента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР ле 289269, кл. F 25 О 3/10, 1974. 2. "Приборы и техника эксперимента". 1977, У 3, с. 257-259.

885692

Составитель Г. Катенев

Техред М.Тенер

Редактор М. Ткач

Корректор А. Дзятко

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектнан,4

Заказ 10509/55 Тираж 552

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делаы изобретений и открытий

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