163423. lajstromszámú szabadalom • Hűtőrendszer anyagminták fizikai jellemzőinek mérésére és a hűtőcellának előírt hőmérsékleten tartására

5 163423 6 4. ábra a röntgendiffraktóméternél alkalmazott hűtőcella hosszmetszete 5. ábra a hűtőcella keresztmetszete az átvezetés síkjában A mágneses mérlegnél alkalmazott hűtő elrendezésnek amit az 1. ábra mutat 41 hűtőcellája, 42 töltőcsöve és 43 hűtőközegtároló edénye van. A 41 hűtőcella 8 külső köpenye néhány torrnyomású hőcsere gázzal előnyösen héliummal van töltve. A függőleges tengelyvonalú 1 mintakamra felső nyitott végén a 13 karimával és gumigyűrű tömítéssel csatlakozik a mágneses mérleghez. A hűtőcella függőleges helyzetét a 11 és 14 alkatrészek biztosítják. Az 1 mintakamra vékonyfalú, rosszhővezető, előnyösen ausztenites szerkezetű rozsdamentes acélból készített 2 burkoló csőben van elhelyezve. Az 1 mintakamra alsó végéhez van hozzáforrasztva a jó hővezető anyagból — előnyösen vörösrézből —• készített 3 bordás hőcserélő, amelynek külső felületén több bekezdésű nagy emelkedésű menet van. A menetek külső felületükkel szorosan illeszkednek a 2 burkoló cső belső felületéhez, melynek felső vége a 4 kiömlőhüvelyhez, alsó vége pedig az 5 elpárologtató hőcserélőhöz van forrasztva. A hűtőközeg a 6 tömlőcsonkon keresztül távozik, melyet a 7 nyakcső köt össze a 41 hűtőcella 8 külső köpenyével. A derékszögben hajló 9 alsó nyúlvány a 20 külső köpeny tömítésére szolgáló 10 tömszelencében végződik. A folyékony hűtőközeg a 43 hűtőközeg tároló edényből a redukált nyomású — hűtőközeggel azonos — gáz hatására a 19 folyadékcsövön és a vékony falú 16 folyadékcsövön keresztül áramlik az 5 elpárologtató hőcserélőbe, melynek külső felületére van feltekercselve a 17 fűtőtekercs. A folyékony hűtőközeg az 5 elpárologtató hőcserélő külső spirálmenetében csaknem közvetlenül érintkezik a fűtőfelülettel és a hőcserélőt a belső spirálmeneten történő átáramlás után egy központos furaton keresztül a fűtőteljesítmény nagyságától függően telített, vagy túlhevített gőz, illetve gázállapotban hagyja el, majd beáramlik a 3 bordás hőcserélőbe és hővezetés, valamint sugárzás útján hűti a J póluspár középvonalában elhelyezett M anyagmintát, miközben maradék hűtőkapacitásának jelentős részét a vörösréz csőből készített 18 árnyékoló köpeny hűtésére fordítva, kiömlik a 3 bordás hőcserélőből. Az M anyagminta hőmérsékletét csak közvetett úton lehet mérni. A mérés a mintakamra falhőmérsékletének mérésével történik. Ezt lehetővé teszi a 41 hűtőcellaszerkezet kedvező hőszigetelési értéke, aminek következtében a mintahőmérséklet rövid beállási idő után — a mérési hibán belül — megegyezik a környezetében levő 1 mintakamra falhőmérsékletével. Az 1. ábrában továbbá látható a vákuumköpennyel hőszigetelt 42 töltőcső, a vékony, kis hőátbocsátó képességű 21 központozó elemek, a 19 belső folyadékcsővel jó hővezető kapcsolatban elrendezett 22adszorber — előnyösen nagy adszorpciós kapacitású aktív szén —, az elágazások merevítését szolgáló 23 csomólemezek és a 24 90°-os könyök. A hőszigetelő vákuumtér bontása nélkül leszerelhető a 25 szabályozó folyadékszelep, amelynek rossz hőszigetelő anyagból készített hosszú szelepszára végén levő szeleptű a 26 tartócsővel rögzített 27 szelepházban szabályozza a kriogén folyadék átömlő nyílásának keresztmetszetét. A maradó üledékükét vákuumszelepnek 31 szelepüléke, 36 záróeleme, 35 gumitömítőgyűrűje és 30 védőburkolata van. A 42 töltőcső függőleges szára a 43 folyadéktárolóba nyúlik, amelynek hasznos űrtartalmát a mérési feladat szerint — célszerűen öt és ötven liter között — lehet megválasztani. A csatlakozás tömítésére 28 tömszelence 5 szolgál. A redukált nyomású hűtőközeggel azonos gáz segédenergiát célszerű a 43 folyadéktárolóban levő kriogén hűtőfolyadék elhasznált gőzeiből nyerni oly módon, hogy azokat a szükséges túlnyomást biztosító, olajjal töltött folyadékzáron átbuborékoltatva engedjük 10 a gyűjtőhálózatba és a folyadékzár a hűtőfolyadék feletti gőztérrel összekötött 29 csőcsonkon keresztül állandó kapcsolatban van. A hűtőrendszer működését a 2. ábra szemlélteti. A hűtőfolyadék a 43 hűtőközeg tároló edényből a vá-15 kuumköpenyű, mennyiségi szabályzást biztosító és tűszelepet tartalmazó 42 töltőcsövön keresztül áramlik a 41 hűtőcellába (a 2. ábrán látható I nyíl irányába). A hűtőfolyadék átnyomásához szükséges túlnyomást a 44 segédenergia adagoló, előnyösen szabályozható 20 nyomású folyadékzár állítja elő (kapcsolat a III. nyíl szerint). A 41 hűtőcella hűtőteréhez kapcsoljuk a II. nyíl irányába a 47 szívónyomásszabályozót, melynek segítségével a rákapcsolt 46 elővákuumszivattyú szívó oldalán tíz—hétszázhatvan torr abszolút nyomástarto-25 mányban a kívánt mintahőmérsékletnek megfelelő egyensúlyi nyomást beszabályozzuk. A minta környezetében a mintakamra falhőmérsékletét 48 íróműves mikrovoltmérő méri. A hűtőcella hőszigetelt vákuumterének evakuálására a 49 nagyvákuumrendszer szolgál. 30 Az 1. ábrán látható 15 furaton át a 2. ábrán is feltüntetett IV. nyilak irányában. Ez a kapcsolás a folyadék hűtőközeg normál forrásponjánál kisebb mintahőmérsékletek nagy pontossággal való beállítására és fenntartására alkalmas. A nagy pontosságot az biztosítja, hogy 35 a mintahőmérséklet kívánt értékeinél a 42 töltőcső tűszelepével mindig a 47 szívónyomásszabályozó szempontjából optimális hűtőfolyadék mennyiséget tudjuk beszabályozni. A 3. ábrán bemutatott kapcsolás az alkalmazott 40 hűtőfolyadék normál forráspontjával megegyező, vagy annál nagyobb mintahőmérséklet elérésére és stabilitására alkalmas. A hűtőfolyadék átnyomása az 1. és 2. ábrák szerinti módon történik. Az 5 elpárologtatóhőcserélő 17 fűtőtekercsének áramát a 45 elektronikus 45 hőmérsékletszabályozó a beállított értéknek megfelelően szabályozza. A 45 hőmérsékletszabályozó vezérlésére az 5 elpárologtató-hőcserélő felső végén vagy a minta környezetében elhelyezett termoelem párt kell felhasználni. A hőmérséklet regisztrálása és a hőszigetelő tér 50 vákuumozása az előzőekben ismertetett módon történik. A 3. ábrán bemutatott kapcsolás az M anyagminta nagypontosságú hőmérsékletszabályozását teszi lehetővé. A normál forrásponttal megegyező mintahőmérséklet esetén a 42 töltőcső tűszelepén nagyobb átömlő kereszt-55 metszetet állítunk be annak érdekében, hogy az egyenletes sebességgel átáramló és a hőcserélőkben elpárolgó folyadékmennyiség fűtőteljesítmény bevitele nélkül elegendő legyen a kívánt mintahőmérséklet előállításához. 60 A normál forráspontnál magasabb mintahőmérséklet előállításakor a 42 töltőcső tűszelepén csökkentjük az átömlő keresztmetszetet és a 45 hőmérsékletszabályozót a kívánt értéknek megfelelően beállítjuk. Ebben az esetben az 5 elpárologtató hőcserélőben a 45 hőmérsék-65 letszabályozó által szabályozott áram a hűtőfolyadékot 3