О компании
Компания Криотрейд Инжиниринг специализируется на поставках криогенного оборудования собственного производства, а также лучших отечественных и зарубежных производителей. Работники компании имеют многолетний опыт разработки криогенных устройств.

Подробнее >>


Новости

05.07.2019
"Криотрейд Инжиниринг" выполнила поставку, монтаж и пусконаладку комплекса оборудования на базе двух криостатов растворения Не3-Не4 Bluefors LD250 и генератора сигналов произвольной формы Zurich Instruments HDAWG8 для НИТУ "МИСиС".


27.02.2019
"Криотрейд Инжиниринг" в качестве одного из спонсоров примет участие во Второй Российской школе по квантовым технологиям, которая пройдет cо 2 по 7 марта 2019 г. в отеле «Горки Панорама» (Красная Поляна, с. Эсто-Садок, Краснодарский край).


12.02.2019
"Криотрейд Инжиниринг" выступит одним из спонсоров и примет участие в XXIII Международном симпозиуме "Нанофизика и наноэлектроника" в Нижнем Новгороде с 11 по 14 марта 2019 года.


10.02.2019
Компания "Криотрейд Инжиниринг" примет участие в Международной выставке вакуумного и криогенного оборудования «ВакуумТехЭкспо-2019» с 16 по 18 апреля 2019 года на территории КВЦ "Сокольники".

15.01.2019
С 2019 года "Криотрейд Инжиниринг" является официальным представителем Zurich Instruments (Швейцария) на территории России и в странах СНГ.

25.12.2018
"Криотрейд Инжиниринг" выполнила обслуживание систем PPMS-9 открытого типа и MPMS-XL5 Evercool замкнутого типа, установленных в Институте Физики им. Киренского и Сибирском Федеральном Университете.

20.11.2018
"Криотрейд Инжиниринг" выполнила поставку шлангов гелиевых оригинальных длиной 30 футов для криостата Montana Instruments C2 workstation, установленного в СПбГУ.

06.11.2018
"Криотрейд Инжиниринг" в сотрудничестве с LOT-QD (Германия) - официальным представителем компании Quantum Design в Европе и Азии - выполнила обслуживание систем PPMS-9 и MPMS3 производства Quantum Design (QD, США), установленных в СПбГУ.

05.06.2018
"Криотрейд Инжиниринг" выступила спонсором конференции "Комбинационное рассеяние - 90 лет исследований", проходившей в Новосибирске

Все новости >>

Дата публицкации: 5 августа 2017г.

Гелиевые ожижители малой производительности для научных лабораторий

С увеличением финансирования отдельных направлений науки в последние годы, происходит обновление приборной базы научных учреждений, в связи с чем растет их потребность в обеспечении криогенными жидкостями. Как правило, это предприятия, занимающиеся исследованиями в области низких и сверхнизких температур, либо использующие приборы, такие как сверхпроводящие магниты для работы которых требуется наличие жидкого азота и жидкого гелия.

Появление на рынке коммерчески доступных криогенных рефрижераторов замкнутого цикла и внедрение их в приборы для научных исследований в диапазоне температур 10мК-300К заметно снизило зависимость исследователей от наличия криогенных жидкостей и связанной с ними инфраструктуры.

Однако не стоит забывать про ряд особенностей, присущих криогенным рефрижераторам, таких как: вибрации, флуктуация температуры на холодных ступенях, время захолаживания, физические размеры, которые не позволяют использовать их в ряде исследовательских задач. Таким образом, внедрение криогенных рефрижераторов не исключает потребность в жидком азоте и жидком гелии. Следует отметить, что отечественная приборная база, изготовленная до 2000 г, зачастую не допускает интеграции с криогенными рефрижераторами и соответственно также требует для работы наличия криогенных жидкостей.

"Удобным, быстрым и эффективным способом обеспечения отдельной лаборатории гелиевой инфраструктурой является построение системы сбора, очистки и ожижения гелия на базе современных лабораторных ожижителей малой производительности компании Cryomech Inc (США)"

Обеспечение жидким азотом в целом не вызывает затруднений, за исключением, быть может, удаленных от инфраструктурных центров регионов, таких как, например, г.Якутск. С обеспечением жидким гелием ситуация сложнее, т.к. жидкий гелий легко доступен только в некоторых крупных городах. Но даже там не все компании готовы поставлять гелий объемами менее 250 литров, при том, что внутри институтов работа происходит, как правило, с сосудами емкостью 30-60л. Таким образом, исследователи вынуждены уговаривать поставщиков продать им необходимое количество жидкого гелия, самостоятельно решать вопросы логистики.

Потребление жидкого гелия по институтам и лабораториям неоднородно по объему и времени. По нашим данным, потребление институтов РАН колеблется от 40 до 5 000 литров жидкого гелия в год. Увеличение потребления может быть связано с выполнением того или иного краткосрочного проекта. Такое небольшое потребление не является достаточным для экономической целесообразности содержания в учреждении в рабочем состоянии большого гелиевого хозяйства для сбора и ожижения гелия.

С другой стороны, если говорить о закупке криогенных жидкостей у внешних производителей, то, во-первых - это дорого (рост цен на жидкий гелий с 2010 года - более 50%), во-вторых - сброс газообразного гелия в атмосферу является очень нерациональным использованием не возобновляемого природного ресурса и в-третьих - не всегда выстроенные отношения научных работников с бухгалтерией, отделом снабжения и несовершенство систем закупок в целом не позволяют исследователям своевременно производить эту закупку.

(Рис. 1 .Схема ожижителя с системой сбора и очистки газообразного гелия)

Наименование института

Модель

ожижителя

Год поставки (время наработки, часов)

Перелито гелия (количество залитого в сосуды потребителя), литров

Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН

LHeP12

Декабрь 2012
(3 720)

685

Институт физики микроструктур РАН

LHeP18

Ноябрь 2012
(2 843)

1028

МГУ

LHeP22

Ноябрь 2013
(2000)

1450

Институт проблем химической физики РАН

LHeP18

Февраль 2013
(8 200)

5 130

Институт физики металлов УрО РАН

LHeP18
(3 шт.)

Декабрь 2011
(15 000)

9 420

Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН

LHeP12

Март 2011
(28 100)

12 830

Табл.1. Статистика по некоторым ожижителям, работающим в научных учреждениях России.

Работа с документами, связанными с приобретением гелия, отнимает большое количество времени, которое могло быть использовано более продуктивно. Все вышеназванные причины заставляют задуматься о необходимости наличия эффективной для таких объемов системы сбора и реконденсации гелия при проведении низкотемпературных исследований.

Удобным, быстрым и эффективным способом обеспечения отдельной лаборатории и даже института гелиевой инфраструктурой является построение системы сбора, очистки и ожижения гелия на базе современных лабораторных ожижителей малой производительности компании Cryomech Inc. (США). Основателем данной компании является Вильям Гиффорд, основной разработчик цикла Гиффорда - Мак-Магона, по которому работает большинство современных криогенных рефрижераторов замкнутого цикла.

Ожижители максимально просты в эксплуатации, имеют понятную наглядную панель управления, не требуют дополнительных знаний и навыков, могут работать в автоматическом режиме без присмотра на протяжении многих дней

Компания выпускает небольшие по производительности (от 10 до 480 литров в сутки) компактные лабораторные ожижители азота, а также ожижители гелия производительностью от 6 до 60 литров жидкого гелия в сутки. Подробнее остановимся на гелиевых ожижителях. На рис.1 приведена схема ожижителя с системой сбора и очистки газообразного гелия. Газообразный гелий из газосброса приборов собирается в газгольдер, откуда перекачивается компрессором в баллоны высокого давления (до 200 бар). Далее этот гелий очищается в блоке криогенной очистки до чистоты >99,99% и подается под небольшим избыточным давлением в ожижитель. Все процессы автоматизированы и не требуют участия человека. Произведенный гелий переливается в сосуды потребителя, либо хранится непосредственно в накопительной ёмкости ожижителя, испаряясь из которого постепенно возвращается в систему сбора.

Ожижитель позволяет постоянно иметь запас жидкого гелия и оперативно выдавать его научным сотрудникам, буквально в момент обращения. Из имеющегося опыта работы оборудования можно уверенно говорить о потерях газа на уровне не более 3-5% за цикл полного оборота гелия.

(Рис.2. Структура ожижителя)

Ожижители максимально просты в эксплуатации, имеют понятную наглядную панель управления, не требуют дополнительных знаний и навыков у обслуживающего персонала, могут работать в автоматическом режиме без присмотра на протяжении многих дней. Регламентная периодичность проведения ТО - 20 000 часов. Техническое обслуживание чрезвычайно простое заключается оно в замене адсорбера в компрессоре, для этого потребуется 2 рожковых ключа и не более 20 минут.

Принцип работы ожижителя построен на использовании двухступенчатого криогенного рефрижератора замкнутого цикла. Рефрижератор установлен в сосуд Дьюара, в который подаётся газообразный гелий чистотой 99,9%. Гелий охлаждается до 40К на первой ступени и постепенно захолаживается до 4.2К на теплообменниках от первой ступени ко второй, вплоть до конденсации на теплообменнике второй ступени. Принцип конденсации гелия на холодном теплообменнике-конденсаторе при атмосферном давлении без дросселирования существенно повышает надежность системы, снижает чувствительность ожижителя к чистоте газообразного гелия. При существенном загрязнении холодного теплообменника достаточно просто отогреть систему и откачать накопительную емкость форвакуумным насосом. Накопительная емкость снабжена уровнемером, позволяющим поддерживать заданный уровень гелия, датчиком температуры и давления, которые отслеживают текущее состояние установки, группой предохранительной арматуры и вакуумным гибким переливным устройством с вентилем выдачи.

Параметры Модель

410HR

415HR

LHeP15

LHeP22

LHeP40

LHeP60

Производительность

литров/сутки

(литров/час)

10

(0,4)

15

(0,6)

15

(0,6)

22

(0,9)

40

(1,7)

60

(2,5)

Накопительная емкость, литров

-

-

60

150

500

500

Энергопотрбление, кВт

7,2

9,2

7,2

9,2

18,4

27,6

Ожижитель укомплектован всем необходимым для работы - его система очистки состоит из предварительного осушителя, криогенного адсорбера и газоанализатора, предотвращающего подачу грязного газа в ожижитель. Все элементы мобильны и просты в эксплуатации, также имеется возможность удаленного мониторинга и управления системой через интернет.

Упрощенной версией ожижителя является реконденсатор, устанавливаемый на один прибор и обеспечивающий его работу без потерь гелия. Реконденсатор представляет из себя небольшой криостат со встроенным рефрижератором и трубкой-хвостовиком, в которую поступает газообразный гелий из газосброса криогенного прибора, и через неё же возвращается жидкость. Реконденсаторы могут быть легко установлены на криостаты со сверхпроводящим магнитом для возврата интенсивно испаряющегося во время работы магнита гелия.

В таблицах наглядно показано, что применение ожижителей на базе криогенных рефрижераторов позволяет эффективно решить проблему обеспечения гелием учреждение с потребностью до 20 000 литров в год.

Мы видим, что малые ожижители LHeP способны полностью обеспечить современную лабораторию или весь институт жидким гелием, и в тоже время сэкономить средства не только на закупке гелия, но и на электроэнергии и зарплате обслуживающего персонала, если их сравнивать с инфраструктурой ожижителей большой производительности. Помимо прочего наличие ожижителя сэкономит время научных сотрудников, освобожденных от рутинной работы по периодической закупки гелия, и позволит им сконцентрироваться на выполнении научных задач, добиться лучших результатов в передовых исследованиях.

Гелий - не возобновляемый ресурс, и бережное отношение к нему, его сбор и многократное использование - наша задача и долг перед будущими поколениями.

Статья опубликована в журнале
"Gasworld Россия и СНГ" 13.11.2014