7.2.2 Устройство рефрижератора растворения

Основной дроссель, нагреватель, камера испарения, теплообменник камеры испарения, вторичный дроссель

Главные узлы работающего рефрижератора растворения и схема течения жидкости в нем показаны на рис. 7.9. Газообразный 3Не на выходе насоса, находящегося при комнатной температуре, вначале предварительно охлаждается в ванне с жидким 4Не при 4,2 К.

Затем он конденсируется во второй ванне с 4Не при ~ 1,5 К, которую можно получить с помощью непрерывно работающего рефрижератора с 4Не (разд. 5.2.4). Площадь поверхности для передачи тепла должна быть увеличена использованием спеченного металла (разд. 13.6), чтобы поглотить тепло, освобождающееся при конденсации 3Не. Этот испаритель 4Не также применяется для стока тепла от всех трубок и проводов, идущих к более холодным частям рефрижератора, для их тепловой закоротки. Ниже рефрижератора с 4Не нам нужен так называемый основной дроссель (с сопротивлением потоку Z ~ 1012 см–3, о конструкции дросселя — см.разд. 5.2.4 [7.31]), чтобы во входящем 3Не можно было получить давление (30 ÷ 200 мбар), достаточное для конденсации при 1,5 К. Далее жидкий 3Не будет течь через теплообменник, который находится в тепловом контакте (или даже внутри) камеры испарения при температуре около 0,7 К. Ниже камеры испарения мы имеем вторичный дроссель (Z ~ 1011 см–3), чтобы исключить повторное испарение 3Не. После вторичного дросселя жидкий 3Не будет протекать через один или несколько теплообменников (разд. 7.3.3) для предварительного охлаждения до достаточно низкой температуры перед тем, как он войдет в верхнюю концентрированную фазу в камере растворения.

Более широкая трубка для разбавленной фазы в рефрижераторе выходит из расположенной ниже фазы разбавленного раствора в камере растворения и затем проходит через теплообменник для предварительного охлаждения возвращающегося 3Не. Эта трубка входит в разбавленную жидкую фазу в камере испарения, где концентрация жидкого 3Не — менее 1 %. Пар над разбавленной жидкой фазой в камере испарения имеет обычно концентрацию 90 % 3Не благодаря высокой упругости пара 3Не при температуре камеры испарения. Если мы затем откачиваем камеру испарения и непрерывно обеспечиваем газообразным 3Не линию конденсации, то получаем замкнутый цикл 3Не, в котором 3Не вынужден стекать в линию конденсации. Затем снова после ожижения и предварительного охлаждения он входит в концентрированную фазу в камере растворения. Он пересечет границу фаз, внося при этом вклад в охлаждение, затем, наконец, выйдет из камеры растворения и посредством осмотического давления будет «вытолкнут» в камеру испарения, где и будет испаряться.

Чтобы достичь требуемых свойств, каждый узел рефрижератора растворения должен быть тщательно сконструирован, но особенно критичным является качество теплообменников, как это станет очевидным в следующем разделе.