Рефрижератор растворения @ Н @ - @ Н @

Использование: в криогенной технике для получения сверхнизких температур. Сущность изобретения: рефрижератор содержит сосуд (1) Дьюара с жидким 4Не, в который погружен низкотемпературный модуль (7) с вакуумной изоляцией (6), с разме- щенными в нем камерами (9) и (10) испарения и растворения и ванной (8) жидкого 4Не, при этом две последних соединены между собой тепловым ключом (12), два криосорбционных насоса (2) и (3) с электронагревателями , расположенных в паровом пространстве сосуда (1) Дьюара и снабженных змеевиковыми теплообменниками (4) и

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к технике сверхнизких температур.

Область применения - экспериментальная физика, астрофизика, космическая техника .

Известны установки для получения сверхнизких (ниже 0,3 К) температур растворением 3Не в 4Не, в которых непрерывная циркуляция 3Не осуществляется двумя попеременно работающими криосорбцион- ными насосами, размещенными вместе с рефрижераторным модулем в гелиевом сосуде Дьюара.

Известна установка для получения сверхнизких температур растворения 3Не в 4Не, состоящая из гелиевого сосу да Дьюара криосорбционных насосов, служащих для откачки 3Не-4Не, 4Не и 3Не соответственно из камеры испарения, камеры растворения, ванны Не и ванны 3Не и составляющих вместе с окружающей их вакуумной рубашкой рефрижераторный модуль, и баллонов для хранения газообразных Не и смеси Не-4Не, Насосы, снабженные вакуумными рубашками, погружены вместе с рефрижераторным модулем в жидкий гелий. Баллон для смеси Не- Не установлен в паровом объеме гелиевого сосуда. Ванна 3Не находится в тепловом контакте с камерой растворения . Насадка из медного порошка, припеченного к донышку камеры растворения , способствует улучшению передачи холода к жидкости камеры растворения от ванны 3Не, откачиваемой криосорбцион- ным насосом. В состав установки входят, кроме того, вентили для подачи газообразной смеси 3Не-4Не, 4Не и 3Не в камеру испарения и во вспомогательные ванны, а также вентили для подачи теплообменного газа в вакуумные рубашки криосорбционных насосов в вакуумную рубашку рефрижераторного модуля и манометры. Эта установка не лишена недостатков. Во-первых , наличие ванны 3Не и связанной с ней вакуумной системы, содержащей криосорб- ционный насос, усложняет конструкцию и условия эксплуатации установки. Во-вторых , размещение насосов в жидкостном объеме гелиевого сосуда и оснащение их вакуумными рубашками, сообщающимися с довольно сложной внешней системой ввода и удаления теплообменного газа,повышает тр/доемкость изготовления установки. Кроме того, представляется нерациональным использование специального баллона для хранения газообразного 4Не,

Цель изобретения - повышение экономичности и упрощение установки за счет снижения трудоемкости ее изготовления. Поставленная цель достигается тем, что

в рефрижераторе растворения 3Не-4Не, содержащем сосуд Дьюара, заполненный жидким 4Не, в который погружен низкотемпературный модуль, имеющий вакуумную изоляцию, с размещенными в нем ванной

жидкого 4Не и камерами испарения и растворения , причем последние соединены между собой теплопередающим элемент ом, баллон с газообразной смесью 3Не-4Не и два сорбционных насоса с электроподогревателями , первый из которых сообщен с ванной жидкого 4Не, а второй - с камерой испарения и с баллоном сорбционные насосы снабжены змеевиковыми теплообменниками , подключенными к жидкому 4Не,

залитому в сосуд Дьюара, и установленными на их корпусах, и размещены в паровом объеме сосуда Дьюара, с которым сообщается первый насос, а теплопередающий элемент выполнен в виде теплового ключа.

На чертеже представлена схема предлагаемого рефрижератора.

Рефрижератор состоит из гелиевого сосуда 1 Дьюара. криосорбционных насосов 2

и 3, снабженных холодильниками А и 5, вакуумной рубашки 6 рефрижераторного модуля 7, содержащего ванну 8 4Не, камеру 9 испарения, камеру 10 растворения, теплообменник (ожижитель) 11 и тепловой ключ

12, а также баллона 13 с газообразной смесью , манометров 14 и 15 и вентилей 16-21. Насос 3, соединённый через вентиль 16 с баллоном 13 и через теплообменник 11с камерой 9 испарения, служит

для откачки смеси Не- Не из баллона 13, конденсации смеси в камеры 9 и 10 испарения и растворения, соответственно, и последующей откачки паров смеси. Насос 2, соединенный через вентиль 18 с первым

объемом гелиевого сосуда 1, а на другом конце - с ванной 8 Не предназначен для сорбции 4Не из парового объема гелиевого сосуда 1 и конденсации гелия в ванну 8. Холодильники 4 и 5, выполненные, например , в виде змеевиков, контактирующих с корпусами насосов 2 и 3, служат для охлаждения насосов подачей через них жидкого гелия при создании избыточного (сверх атмосферного ) давления в гелиевом сосуде 1

и открытии вентилей 20 и 21. сообщающихся с атмосферой или газгольдером. Тепловой ключ 12 обеспечивает во включенном положении быстрое охлаждение камеры 10 растворения передачей холода от ванны 8 Не. Вентиль 17 служит для регулирования

давления гелия в сосуде 1, а вентиль 19-для предварительной откачки ванны 8 Не вакуумным насосом (на рис. не показан), а также для удаления 4Не, десорбируемого из насоса 2 при полном отогреве установки.

Рефрижератор работает следующим образом ,

В исходном состоянии все вентили установки (16, 18,19,20 и 21), за исключением вентиля 17, закрыты. Сосуд 1 заполнен жидким гелием, насосы 2. 3, расположенные в относительно теплой зоне, имеют температуру выше 20 К, тепловой ключ 12 включен . Цикл работы установки начинается с открытия вентилей 18 и 21. закрытия вентиля 17 для создания избыточного давления в сосуде 1, охлаждения насоса 2 подачей жидкого гелия через холодильник 4 за счет перепада давления в сосуде и атмосфере с отводом паров испаряющегося гелия в атмосферу (или газгольдер) через вентиль 20 и сорбцией паров 4Не из сосуда 1.

После полного насыщения сорбента насоса 2 гелием вентили 18 и 21 закрывают, включают электронагреватель насоса 2 (на рис. не показан), полностью десорбируют Не нагревом насоса до температуры выше 20 К, повышая его давление, конденсируют гелий в ванну 8 4Не., Затем, открывая вентиль 19, откачивают вакуумным насосом ванну 8 через теплый криосорбционный насос 2 и понижают в процессе откачки температуру ванны 8 до S.2 К. После чего, открывая вентили 20 и 16, охлаждают насос 3 подачей через змеевик 5 холодильника насоса жидкого Не и сорбируют смесь 3Не- 4Не из баллона 13, затем вентиль 20 закрывают, прекращая охлаждение насоса 3, включают его электронагреватель (на рис. на показан) и, десорбируя смесь 4Не-3Не из насоса 3, конденсируют ее с помощью теплообменника 11 в камеры 9 и 10, при открытии вентиля 21. После заполнения камер 9 и 10 жидкой смесью 3Не-4Не, имеющей температуру 1,2 К, включают электронагреватель насоса 3 (на рис. не показан ) и закрывают вентиль 16. Затем, закрывая вентиль 19 и охлаждая насос 2 подачей жидкого гелия через его холодильник 4 при открывании вентиля 21, продолжают откачку ванны 8 криосорбционным насосом 2 до снижения температуры ванны 8 до 0,6 К. Почти ту же температуру принимает камера 10 растворения, контактирующая с ванной 8 через тепловой ключ 12, и камера

9испарения, соединенная с камерой 10, в результате жидкая смесь 3Не-4Не в камере

10расслаивается на верхнюю концентриро- ванную (по 3Не) фазу и нижнюю-разбавленную . Это состояние отвечает началу процесса получения сверхнизких температур растворением 3Не в 4Не, который осуществляется выключением теплового ключа 12

и откачкой паров смеси из камеры 9 испарения повторным охлаждением насоса 3 с помощью холодильника 5. При этом так же, как и в прототипе, длительность поддержания сверхнизкой температуры определяется,

главным образом, количеством Не в камере 10 растворения.

Использование предлагаемого изобретения повышает экономичность установки растворения в результате упрощения ее

конструкции, условий эксплуатации и повышения технологичности изготовления. Формула изобретения Рефрижератор растворения 3Не-4Не, содержащий сосуд Дьюара, заполненный

жидким 4Не, в который погружен низкотемпературный модуль, имеющий вакуумную изоляцию с размещенными в нем камерами испарения и ванной жидкого 4Не, причем две последние соединены между собой теплолередающим элементом, баллоном с газовой смесью 3Не-4Не и два сорбционных насоса с электроподогревателями, первый из которых сообщен с ванной жидкого Не, а второй -с камерой испарения и баллоном.

отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности, сорбционные насосы снабжены змеевиками, теплообменниками , подключенными к жидкому 4Не, залитому в сосуд Дьюара, и установленными

на корпусах насосов, и размещены в паровом объеме сосуда Дьюара, с которым сообщен первый насос, при этом теплопередающий злемечт выполнен в виде теплового ключа.