Способ охлаждения сверхпроводящего кабеля

Авторы патента:

H01B12/00 - Сверхпроводники, сверхпроводящие кабели или передающие линии (сверхпроводники, отличающиеся способом формования или составом керамики C04B 35/00; конструктивные элементы или приборы с использованием сверхпроводимости, отличающиеся материалом H01L 39/12)

Владельцы патента RU 2544843:

НЕКСАНС (FR)

Изобретение относится к способу охлаждения по меньшей мере одного сверхпроводящего кабеля, установленного в имеющем по меньшей мере одну термически изолированную трубу криостате с охваченным трубой свободным пространством, в котором установлены кабель и по меньшей мере одно трубчатое устройство, через которое из находящейся на одном конце точки подачи до отдаленного конца пропускается охлаждающее средство. Охлаждающее средство до охлаждения кабеля до его рабочей температуры пропускается через криостат и трубчатое устройство исключительно в одном направлении, а на отдаленном конце отводится в окружающую среду. По достижении рабочей температуры охлаждающее средство с отдаленного конца установки возвращается через трубчатое устройство обратно к точке подачи. Техническим результатом является повышение эффективности при охлаждении сверхпроводящего кабеля до рабочей температуры. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Такой способ известен, например, из европейского патента ЕР 2200048 А1.

Сверхпроводящий кабель имеет в современной технике электрические провода из композиционного материала, содержащего керамический материал, переходящий при достаточно низких температурах в сверхпроводящее состояние. Электрическое сопротивление постоянного тока соответственно сконструированного провода при достаточном охлаждении является нулевым до тех пор, пока не будет превышена определенная сила тока. Соответствующими керамическими материалами являются, например, материалы, легированные редкоземельными элементами, известными под названием ReBCO (оксид редкоземельного элемента-бария-меди), к которым, в частности, относится YBCO (оксид иттрия-бария-меди. Другим из этих сверхпроводящих материалов является, например, BSCCO (оксид висмута-стронция-кальция-меди). Достаточно низкие температуры для того, чтобы перевести такой материал в сверхпроводящее состояние, располагаются, например, между 67 К и 110 К. Соответствующими охлаждающими средствами являются, например, азот, гелий, неон и водород или смеси этих веществ.

Патент US 3800062 А описывает способ эксплуатации установки со сверхпроводящими кабелями. В установке в одном криостате присутствуют, например, три сверхпроводящих кабеля с трубчатой сердцевиной. Охлаждающее средство, поставляемое станцией охлаждения, с одного конца криостата подается в него и в виде нагретого охлаждающего средства с отдаленного конца криостата через отдельную трубу или через второй криостат возвращается обратно на станцию охлаждения. Нагретое охлаждающее средство может дополнительно возвращаться с помощью специальной системы труб через участки трубчатых сердцевин кабелей, которые с использованием заграждений, или стопоров, в разных местах соединены с отдельной трубой или со вторым криостатом.

Способ, описанный выше, вытекает, например, из европейского патента ЕР 2200048 А1. Эта публикация показывает установку со сверхпроводящим кабелем, который с включением свободного пространства для пропуска охлаждающего средства окружен криостатом, состоящим из двух установленных концентрично друг другу металлических труб, между которыми установлена вакуумная изоляция. Кроме того, в свободном пространстве криостата находится труба, через которую охлаждающее средство, подаваемое в криостат с ближнего конца, может возвращаться обратно с отдаленного конца установки. Охлаждающее средство нагревается уже на пути к отдаленному концу установки в свободном пространстве криостата. Его дальнейший нагрев происходит при возврате через трубу с соответствующим обратным воздействием на охлаждающее средство, подаваемое в криостат в точке подачи. В результате эффективность охлаждения в целом испытывает отрицательное воздействие.

В основу изобретения положена задача повышения эффективности вышеописанного способа при охлаждении сверхпроводящего кабеля до рабочей температуры.

Эта задача согласно изобретению решается за счет того,

что охлаждающее средство до охлаждения кабеля до его рабочей температуры пропускается через криостат и трубчатое устройство исключительно в одном направлении, а на отдаленном конце отводится в окружающую среду, и

что охлаждающее средство по достижении рабочей температуры с отдаленного конца установки возвращается через трубчатое устройство обратно к точке подачи.

При использовании этого способа охлаждающее средство оказывается в полной мере эффективным, поскольку в результате подачи тепла извне оно нагревается лишь несущественно. Поэтому сверхпроводящий кабель весьма эффективно охлаждается до своей рабочей температуры настолько быстро, насколько возможно. Для этого охлаждающее средство может пропускаться через свободное пространство, окруженное криостатом. При этом трубчатое устройство остается неиспользованным. Однако возможно также, чтобы охлаждающее средство до достижения рабочей температуры кабеля дополнительно пропускалось через трубчатое устройство. При этом охлаждающее средство отводится в окружающую среду на отдаленном конце. По достижении рабочей температуры сверхпроводящего кабеля охлаждающее средство с отдаленного конца установки возвращается через трубчатое устройство обратно к точке подачи. В качестве трубчатого устройства может служить трубчатая сердцевина сверхпроводящего кабеля. Однако в качестве трубчатого устройства в криостате может быть установлена также отдельная труба.

Способ согласно изобретению поясняется на примерах выполнения со ссылкой на чертежи, на которых

фиг.1 изображает схематично устройство для осуществления способа согласно изобретению,

фиг.2 и 3 изображают поперечные сечения двух устройств различной конструкции согласно фиг.1.

Устройство, изображенное на фиг.1 чисто схематично, имеет две концевые закрывающие муфты 1 и 2, между которыми установлен криостат 3. Криостат 3 охватывает по меньшей мере один сверхпроводящий кабель, изображенный на фиг.2 и 3. Концевая муфта 2 может быть также местом соединения, в котором соединены друг с другом два криостата, содержащие по меньшей мере по одному сверхпроводящему кабелю.

Криостат 3 изображен на фиг.2 и 3 только окружностью 4. В простой форме исполнения он может быть термически изолированной трубой, предпочтительно, состоящей из металла, в частности из высококачественной стали. Труба может состоять также из пластмассы. Снаружи она окружена по меньшей мере одним слоем термически активного изоляционного материала. В предпочтительной форме исполнения криостат 3 состоит из двух концентричных, дистанцированных друг от друга труб из металла, предпочтительно, из высококачественной стали, между которыми находятся распорка и вакуумная изоляция. Трубы в обеих формах исполнения криостата 3 могут быть гофрированными в направлении поперек своего продольного направления.

Согласно фиг.2 в криостате 3 установлен сверхпроводящий кабель 5, содержащий трубчатую сердцевину 6. Конструкция кабеля 5 является любой из всех возможных и известных форм исполнения. Поэтому такая структура более подробно не раскрывается. Криостат 3 охватывает для пропуска охлаждающего средства свободное пространство FR, в котором установлен кабель 5. В криостате 3 могут быть установлены также два или три сверхпроводящих кабеля, по меньшей мере один из которых содержит трубчатую сердцевину 6.

Способ согласно изобретению осуществляется с учетом фиг.1 и 2, например, следующим образом:

от концевой муфты 1 в направлении стрелки Р1 в устройство впускается охлаждающее средство, например холодный газообразный азот, который пропускается через свободное пространство FR криостата 3 до концевой муфты 2. Там охлаждающее средство в направлении стрелки Р2 отводится в окружающую среду. Этот принцип работы осуществляется до тех пор, пока сверхпроводящий кабель 5 не охладится до своей рабочей температуры, например до 77 К. Трубчатая сердцевина 6 кабеля 5 при осуществлении способа сначала в принципе остается неиспользованной. Однако для ускорения процесса охлаждения возможно и целесообразно также, чтобы охлаждающее средство пропускалось также через сердцевину 6 кабеля, а именно так же, как через свободное пространство FR от концевой муфты 1 до концевой муфты 2.

По достижении рабочей температуры кабеля 5 для его дальнейшего охлаждения охлаждающее средство пропускается от концевой муфты 1 до концевой муфты 2 только через свободное пространство FR, а от концевой муфты 2 до концевой муфты 1 возвращается обратно через сердцевину 6 кабеля 5. Там оно отводится и снова охлаждается до температуры, необходимой для охлаждения сверхпроводящего кабеля 5.

В форме исполнения устройства согласно фиг.3 наряду со сверхпроводящим кабелем 7 в криостате 3, или в его свободном пространстве FR, установлена отдельная труба 8. При осуществлении способа согласно изобретению с помощью устройства согласно фиг.3 по аналогии со способом, показанным на фиг.1, охлаждающее средство может пропускаться до охлаждения кабеля 7 до его рабочей температуры только через свободное пространство FR или одновременно также через трубу 8 от концевой муфты 1 до концевой муфты 2. При этой форме исполнения устройства в криостате 3 могут быть также установлены два или более сверхпроводящих кабеля. По достижении рабочей температуры кабеля 7 по аналогии со способом, показанным на фиг.2, охлаждающее средство может возвращаться от концевой муфты 2 к концевой муфте 1 по трубе 8.

1. Способ охлаждения по меньшей мере одного сверхпроводящего кабеля, установленного в имеющем по меньшей мере одну термически изолированную трубу криостате с охваченным трубой свободным пространством, в котором установлены кабель и по меньшей мере одно трубчатое устройство и через которое из находящейся на одном конце точки подачи до отдаленного конца пропускается охлаждающее средство, отличающийся тем,
что охлаждающее средство до охлаждения кабеля (5, 7) до его рабочей температуры пропускается через криостат (3) и трубчатое устройство (6, 8) исключительно в одном направлении, а на отдаленном конце отводится в окружающую среду и
что охлаждающее средство по достижении рабочей температуры с отдаленного конца установки возвращается через трубчатое устройство (6, 8) обратно к точке подачи.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют кабель (5) с трубчатой сердцевиной (6), предусмотренной в качестве трубчатого устройства, через которое охлаждающее средство по достижении рабочей температуры возвращается с отдаленного конца устройства обратно к точке подачи.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наряду с кабелем (7) в криостате (3) устанавливается по меньшей мере одна отдельная труба (8), служащая в качестве трубчатого устройства (7), через которое охлаждающее средство по достижении рабочей температуры возвращается с отдаленного конца устройства обратно к точке подачи.

Похожие патенты:

Ленточный втсп-провод // 2518505

Изобретение относится к технологии высокотемпературных ленточных сверхпроводников на основе смешанных оксидов иттрия-бария-меди (YBCO) и может быть использовано при конструировании и изготовлении высокотемпературных сверхпроводящих проводов второго поколения, в частности в импульсных магнитных системах или в других установках, в которых требуются сверхпроводники с высокой механической прочностью.

Способ обработки высокотемпературного сверхпроводника // 2477900

Изобретение относится к области сверхпроводимости и нанотехнологий, а именно к способу получения и обработки композитных материалов на основе высокотемпературных сверхпроводников (BTCП), которые могут быть использованы в устройствах передачи электроэнергии, для создания токоограничителей, трансформаторов, мощных магнитных систем.

Способ получения сверхпроводящего трехкомпонентного борида // 2443627

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к получению новых сверхпроводящих борсодержащих соединений. .

Способ получения высокотемпературного сверхпроводника в системе литий-теллурид сурьмы // 2442837

Изобретение относится к технологии получения высокотемпературных проводников в системе металл-оксид металла и может использоваться для получения соединений, обладающих особыми физическими свойствами.

Способ получения сверхпроводящего соединения кальций-фосфор-кислород // 2442749

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к получению новых сверхпроводящих соединений в области высоких давлений от 17 ГПа до 160 ГПа. .

Способ получения высокотемпературного сверхпроводника в системе медь-оксид меди // 2441936

Способ получения высокотемпературного сверхпроводника в системе натрий-теллурид сурьмы // 2441935

Изобретение относится к технологии получения высокотемпературных проводников в системе металл-теллурид металла и может использоваться для получения соединений, обладающих особыми физическими свойствами.

Способ получения высокотемпературного сверхпроводника в системе натрий - теллурид натрия // 2441934

Изобретение относится к технологии получения высокотемпературных проводников в системе металл - оксид металла и может использоваться для получения соединений, обладающих особыми физическими свойствами.

Способ получения высокотемпературного сверхпроводника в системе натрий-оксид натрия // 2441933

Способ получения высокотемпературного сверхпроводника в системе железо-оксид железа // 2441845

Изобретение относится к области технологии получения высокотемпературных проводников в системе металл - оксид металла и может использоваться для получения соединений, обладающих уникальными физическими свойствами.

Способ изготовления nb3sn сверхпроводящего провода // 2546136

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при конструировании и изготовлении сверхпроводящих проводов на основе соединения Nb3Sn для установок термоядерного синтеза, импульсных магнитных систем или для других перспективных технологий, в которых требуются сверхпроводники с повышенной критической плотностью тока. Способ включает формирование первичной композиционной заготовки единичного волокна из большого количества (более 19) прутков из ниобия и из сплава Nb-Ti, причем количество титана по отношению к ниобию в пересчете на все волокно составляет от 0,5 до 5 масс.%, каждая упомянутая первичная композиционная заготовка единичного волокна выполняется с покрытием из меди или медного сплава и может содержать источник олова, а также формирование композиционной заготовки сверхпроводника, содержащей единичные волокна из ниобия и из сплава Nb-Ti, которые размещены в матрице из меди или медного сплава, источник олова, диффузионный барьер и медное покрытие, многостадийное волочение и термообработку композиционной заготовки до получения провода нужного поперечного сечения, реакционную термообработку провода для образования сверхпроводящего соединения Nb3Sn. Изобретение обеспечивает повышение токонесущей способности и стабильности электрофизических характеристик каждого единичного волокна сверхпроводника за счет уменьшения размеров и повышения однородности кристаллитов Nb3Sn. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ получения nb3sn сверхпроводника методом внутреннего источника олова // 2547814

Способ относится к электротехнике и может быть использован при конструировании и изготовлении сверхпроводящих проводов на основе соединения Nb3Sn для сверхпроводящих магнитных систем энергетических установок термоядерного синтеза. Технический результат состоит в исключении трудоемких процессов химического травления, вакуумирования и герметизации составных заготовок, а также в получении сверхпроводника с заданным распределением волокон в поперечном сечении сверхпроводника. Формируют заготовку Cu/Nb субэлемента, которая содержит прутки из ниобия или сплава на его основе, распределенные в матрице из меди или сплава на ее основе, и центральный сердечник из олова или из сплава на основе олова, деформируют заготовку до промежуточного размера, нарезают ее на части, из которых формируют длинномерную композиционную заготовку, включающую наружный цилиндрический слой из высокочистой меди и внутренний цилиндрический диффузионный барьер, деформируют композиционную заготовку волочением вхолодную до конечного диаметра и проводят реакционную термообработку для формирования сверхпроводящего соединения Nb3Sn, при этом заготовку Cu/Nb субэлемента формируют в индукционной вакуумной печи путем заливки расплавом меди или сплава на основе меди прутков из ниобия или сплава на его основе, которые размещают в изложнице в виде пространственного каркаса. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ производства многожильного сверхпроводящего провода на основе соединения nb3sn // 2558753

Изобретение относится к области производства сверхпроводящих материалов и может быть использовано в электротехнической промышленности и других отраслях техники для изготовления сверхпроводящих магнитных систем различного назначения. Способ включает формирование первичной композитной заготовки, содержащей наружную оболочку и осевой цилиндрический блок, герметизацию первичной композитной заготовки, обжатие, экструзию и последующую деформацию до получения прутка заданной формы и размера, резку прутка на мерные длины, формирование вторичной композитной заготовки путем сборки нарезанных прутков в наружную оболочку, герметизацию вторичной композитной заготовки, обжатие, экструзию и последующую деформацию до конечного размера провода. Деформацию после экструзии и первичной композитной заготовки, и вторичной композитной заготовки осуществляют волочением, при этом количество переходов при многократном волочении определяют по определенной формуле. Изобретение обеспечивает безобрывную деформацию композитной заготовки до получения конечного размера сверхпроводящего провода.

Способ изготовления композиционного сверхпроводящего провода на основе соединения nb3sn и технологическая линия для изготовления композиционного сверхпроводящего провода на основе соединения nb3sn // 2559803

Изобретение относится к технологии получения сверхпроводящих материалов и может быть использовано в электротехнической промышленности и других отраслях науки и техники при изготовлении сверхпроводящих магнитных систем различного назначения. Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является упрощение способа изготовления композиционного сверхпроводящего провода на основе соединения Nb3Sn, а также упрощение технологической линии для его изготовления путем сокращения технологического передела, снижения трудоемкости процесса и сокращения количества образующихся отходов в процессе производства, исключение разрушения как бронзовых элементов, так и самого композиционного проводника в процессе деформирования. Способ изготовления композиционного сверхпроводящего провода на основе соединения Nb3Sn, который включает получение бронзовых литых трубных и/или прутковых заготовок в печи непрерывного литья оловянной бронзы с содержанием олова 12-17 мас.%, их гомогенизационный отжиг при температуре 500-750°C, формирование первой композиционной заготовки путем размещения в чехле из сплава Cu-Sn нарезанных на определенные длины и прошедших осветляющее травление прутков из сплава Cu-Sn и ниобиевых прутков, с последующим ее вакуумированием и заваркой, выдавливание первой композиционной заготовки на прессе при температуре нагрева контейнера и матрицы 350-500°C с получением композиционного прутка первой композиционной заготовки, деформацию композиционного прутка первой композиционной заготовки на прокатном и/или волочильном стане со скоростью менее 20 м/мин с промежуточными отжигами в печи при температуре 400-550°C в неокислительной атмосфере для снятия наклепа после деформации 5-50% с получением композиционных прутков круглого или шестигранного сечения, формирование второй композиционной заготовки путем размещения нарезанных на определенные длины и прошедших осветляющее травление композиционных прутков в чехле, выполненном из высокочистой меди, внутри которого размещен диффузионный барьер из ниобия с танталовыми вставками, с последующим вакуумированием и заваркой, выдавливание второй композиционной заготовки на прессе при температуре нагрева контейнера и матрицы 350-500°C с получением композиционного прутка второй композиционной заготовки, деформацию композиционного прутка второй композиционной заготовки на прокатном и/или волочильном стане со скоростью менее 20 м/мин с промежуточными отжигами в печи при температуре 400-550°C в неокислительной атмосфере для снятия наклепа после деформации 5-50% с получением композиционного провода требуемого поперечного сечения и его диффузионный отжиг до получения сверхпроводящего соединения Nb3Sn при 550-700°C в течение 100-600 ч. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ получения многоволоконной заготовки для изготовления сверхпроводящего провода на основе соединения nb3sn // 2564660

Изобретение относится к области изготовления сверхпроводящих магнитных систем различного назначения. Способ получения многоволоконной заготовки для изготовления сверхпроводящего провода на основе соединения Nb3Sn заключается в формировании первичной многоволоконной заготовки путем размещения в чехле из сплава Cu-Sn Nb-содержащих прутков, объединенных в блоки путем размещения между ними прутков из сплава Cu-Sn, а толщину стенки чехла первичной многоволоконной заготовки выбирают в интервале 0,5-0,8 минимального расстояния между ближайшими Nb-содержащими прутками, не принадлежащими одному блоку, которую деформируют, и формируют многоволоконную заготовку путем размещения прутков, полученных из первичной многоволоконной заготовки, в чехле из меди или сплава Cu-Sn, при этом Nb-содержащий пруток выполняют с размещенным вдоль его центральной оси легирующим вкладышем из сплава Ti-Sn, содержащим олово в количестве от 3 до 15 мас.%, а степень разовой деформации при деформировании первичной многоволоконной заготовки волочением не превышает 20%. Технический результат изобретения заключается в возрастании токонесущей способности сверхпроводящего провода. 1 ил.

Способ получения сверхпроводящего материала на основе bi-2223 с критической температурой перехода 197 к // 2568463

Изобретение относится к созданию новых высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) материалов и позволяет получить материал, обладающий сверхпроводимостью при температуре 197 К. Данное изобретение может найти широкое применение в области энергетики в качестве энергосберегающих материалов, в частности является наиболее подходящей основой для создания ВТСП кабелей. Образец номинального состава Bi-2223 после охлаждения ниже температуры сверхпроводящего перехода (Тс) помещают в вакуум (Р≤10-6 Торр) и при воздействии на образец материала Bi-2223 внешнего давления Р≤10-6 Торр он проявляет свойства сверхпроводящего материала с температурой перехода 197 К. Сверхпроводящий материал, полученный предлагаемым способом, обладает значительно более высокой критической температурой, чем все известные ВТСП. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 пр.

Многослойный блок из сверхпроводящих лент и способ его получения // 2579457

Изобретение относится к электротехнике, к многослойным магнитным блокам из высокотемпературных сверхпроводящих лент второго поколения и может быть использовано при промышленном производстве устройств для магнитной левитации, экранов магнитного поля, постоянных магнитов захваченного магнитного потока и компонентов роторов электрических машин и т.д. Технический результат состоит в повышении производительности, прочности, обеспечении возможности получения изделий любых форм и размеров. Сверхпроводящий многослойный блок включает пакет из сверхпроводящих листов, установленных один на другой и механически связанных друг с другом, где каждый лист выполнен из отрезков высокотемпературных сверхпроводящих лент второго поколения, уложенных в ряд и механически связанных друг с другом по длинным сторонам. Ленты в каждом последующем листе размещены так, что продольные оси лент последующего листа расположены параллельно осям лент предыдущего листа и смещены относительно упомянутых осей лент предыдущего листа в поперечном направлении или продольные оси лент последующего листа расположены под углом к осям лент предыдущего листа. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.