Способ охлаждения сверхпроводящих магнитных систем

Авторы патента:

АЛФЕЕВ В.Н.

БАРАНОВ И.А.

ТОВМА А.А.

ФОРМОЗОВ Б.Н.

ХУДЗИНСКИЙ В.М.

H01F6/04 - охлаждение

ОП И

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик о>555818

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к ввт. саид-ву (51)М. Кл. (22) Звивлено 11. 01. 74 (21) 1995017/24-07 с присоединением заявки Но

Н 01 F 7/22

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 2310.81. бюллетень М 39

Дата опубликования описания 23. 10. 81 (53) УДК 621. 315. 55 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В.Н. Алфеев, И.A. Баранов, A.A. Товма, Б.Н. Формозов и В.М. Худзинский (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ

МАГНИТНЬ!Х СИСТЕМ

Изобретение относится к тех- нике получения сильных магнитных по-, лей с помощью сверхпроводящих магнитных систем СПМС и может быть использовано в электротехнике, энергетике, электронике.

Известны способы охлаждения CONC, в которых используется размещение сверхпроводника в ванне жидкого гелия. Охлаждение ниже температуры перехода материала СПМС в сверхпроводящее состояние осуществляется за счет кипения жидкого гелия,.т.е. используется теплота парообразования гелия, которая является весьма малой величиной.

Недостатком такого способа охлаждения являются образование паровых пленок на поверхности сверхпроводника, значительно снижающих интенсивность охлаждения соленоида в этих местах, в связи с чем надежность такой системы оказывается очень низкой; необходимость полного погружения соленоида в жидкий гелий и наличие запаса гелия над соленоидом, в результате чего увеличиваются габариты, .вес и время выхода СПМС на режим; необходимость контроля уровня и периодическая доливка жидкого 3 гелия; кроме того, сверхпроводящая магнитная система из-за конструкции криостата оказывается весьма чувствительной к вибрациям и допускает отклонение от рабочего положения лишь в пределах небольшого угла.

Указанные недостатки в значительной мере устраняются при принудительном охлаждении обмотки СПМС с помощью циркуляции хладагента по трубчатому сверхпроводнику. В этом случае устраняется скачкообразное изменение режима теплоотдачи от проводника к хладагенту (отсутствие критического теплового потока), что устраняет опасность перехода СПМС в нормальное состояние.

Однако этим способом невозможно

Ъ поддержание однородного фазового состава или температурного поля в сверхпроводящей обмотке. Кроме того, имеется ряд конструктивных недостатков (технологические сложности изготовления трубчатых сверхпроводни-. ков„ малый коэффициент заполнения обмотки, трудности формирования заданной конфигурации магнитного поля в рабочем зазоре).

Цель изобретения вЂ” снижение веса и габаритов магнитной системы и под-.

555818 держание постоянной температуры обмотки.

Для этого обмотку магнитной системы выполняют пористой, например установкой прокладок между слоями обмотки, помещают в герметичный корпус, а указанное дросселирование хладагента осуществляют на входе герметичного корпуса магнитной системы в самой обмотке.

На фиг. 1 показана схема, иллюстрирующая данный способ; на фиг,2 вЂ” 1() установка для осуществления предла= гаемого способа, общий вид.

Сущность предлагаемого способа охлаждения заключается в том, что охлаждение сверхпроводящей обмотки 15

1 производится холодным сжатым газообразным (закритическим) гелием, поступающим от рефрижеративной установки с замкнутым циклом на вход герметичного корпуса 2, в котором 2() размещается обмотка, после чего газ расширяется, дросселируясь через набор отверстий 3 малого диаметра,расположенных концентрично на радиусах, соответствующих месторасположению зазоров между соседними слоями обмотки, которые обеспечиваются с помощью оплетки сверхпроводника изолирующим материалом, имеющим достаточно высокую проницаемость для газообразного гелия. На выход» герметизированной обмотки имеется идентично расположенный набор отверстий 4 большего диаметра для отвода гелия, прошедшего обмотку, обратно к компрессору рефрижератора. Подвод энергии к соленоиду З5 осуществляется с помощью вакуумноплотных выводов 5.

В динамике при установившемся режиме охлаждение производится следующим образом. 40

Газ ообраз ный гелий, дроссели руясь через набор входных микроотверстий, охлаждается и проходит по зазорам между слоями обмотки, обеспечивая компенсацию теплопритока по электри- 45 ческим вводам и излучение с окружающих поверхностей, имеющих температуру более высокую, чем температура, корпуса соленоида, т.е. система обладает хладопроизводительностью.

Подбором давления гелия, величины микроотверстий на входе и выходе и величины зазора между слоями обмотки (эти параметры устанавливаются в зависимости от конкретного типа гелиевого рефрижератора), обеспечивают 55 равенство температуры газообразного гелия на входе и выходе СПМС, т.е. постоянство температурного поля между хладагентом и сверхпроводником.

Таким образом,.в данном способе охлаждения CIIMC сверхпроводящий соленоид и гелиевый рефрижератор являются составляющими вэаимоэависимыми компонентами единого криомагнитного модуля. Измерение температуры газа на входе и выходе СПМС точными чувствительными термометрами позволяет использовать разность их показаний э целях автоматического регулирования давления газа.

Установка, позволяющая моделировать предлагаемый способ, включает источник сжатого газа (компрессор или баллон), систему теплообменников

6-9, источник низкой температуры (ванна 10 жидкого гелия), узел 11 регулировки температуры потока и герметичный сосуд-камеру 12 соленоида.

В нижнеЙ щечке каркаса соленоида (из нержавеющей стали) толщиной

1,2 мм методом электроискровой прошинки были изготовлены отверстия диаметром 60 мкм для получения эффекта дросселироэания газа, поступающего э обмотку. Обмотка была выполнена из ленты Nb>Sn шириной 10 мм и собрана из 12-и галет диаметром наружным

112 мм и диаметром внутренним 58 мм; для обеспечения прохода гелия равномерно по обмотке изоляция ленты осуществлялась при помощи оплетки из скрученных лавсановых нитей, а между галетами устанавливались прокладки иэ капронового сита. С помощью описанных приемов обеспечивалось формирование пористой обмотки, средний размер каналов которой составлял 10-150 мкм.

Контроль температуры потока (гелия) осуществлялся при помощи полупроводниковых резисторов (разработки

ИП АН УССР), проградуироэанных по

Ge-эталону ТСГ-2 и установленных внутри камеры до и после обмотки. При прокачке гелия под давлением 6,5 атм со скоростью 3 нм/ч температура на входе и на выходе из обмотки отличалась не более чем на 0,1О К (по сравнению с 0,5 К в прототипе). Таким образом, видно, что данный способ охлаждения обеспечивает большую равномерность температуры обмотки.

Формула изобретения

Способ . охлажде ни я сверхпроводящих магнитных систем с использованием процесса дросселирования хладагента при его циркуляции в замкнутой криогенной системе, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения веса и габаритов магнитной системы и поддержания постоянной температуры обмотки, обмотку магнитной системы выполняют пористой, например, установкой прокладок между слоями обмотки, помещают э герметичный корпус, а укаэанное дросселирование хладагента осуществляют на входе герметичного корпуса магнитной системы и в самой обмотке.

555818

nprcra

Заказ 9220/3á

Тираж 787 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4

Редактор 3I. Письман Техред А, Ач Корректор М. немчик

Способ охлаждения сверхпроводящих магнитных систем

Электромагнит // 338928

Силовой трансформатор // 2193253

Изобретение относится к электротехнике

Система охлаждения компонента // 2448313

Сверхпроводящая электромагнитная система с циркуляционным охлаждением // 728610

Сверхпроводящий электромагнит // 1122238

Сверхпроводящая магнитная система с погружным охлаждением // 1218867

Криогенная система // 1356974

Изобретение относится к области криогенной электротехники и может быть использовано в качестве сверхпроводящей магнитной системы в физических , исследованиях или в ЯМР-томографии

Криостат сверхпроводящего трансформатора // 2593151

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для криостатирования сверхпроводящих обмоток многофазных силовых трансформаторов с плоской магнитной системой. Техническим результатом является повышение КПД за счет сокращения теплопритоков из окружающей среды через внешнюю тепловую изоляцию к криогенной жидкости. Криостат состоит из отдельных тороидальных емкостей, образованных внутренними и внешними вертикальными и соосно расположенными диэлектрическими цилиндрами, соединенными плоскими кольцевыми днищами друг с другом. Число тороидальных емкостей равно числу фаз трансформатора. Каждая отдельная тороидальная емкость размещена на отдельном стержне плоского многофазного магнитопровода. Наружные поверхности внешних цилиндров отдельных тороидальных емкостей снабжены двумя теплоизоляционными диэлектрическими блоками в виде параллелепипедов, высотой, равной высоте отдельных тороидальных емкостей, а длиной, равной или превышающей сумму внешних диаметров отдельных тороидальных емкостей. Каждый из теплоизоляционных блоков выполнен с вертикальными полостями со стороны, примыкающей к наружной поверхности внешних цилиндров тороидальных емкостей. Число полостей равно числу отдельных тороидальных емкостей, а их форма повторяет форму внешних цилиндров тороидальных емкостей по линии соприкосновения с ними в стык. Внешние края на стыке между поверхностями внешних вертикальных цилиндров отдельных тороидальных емкостей и вертикальных полостей параллелепипедов заполнены пенополиуретановыми швами. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Сверхпроводящая катушка и сверхпроводящее устройство // 2597876

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в упрощении ремонта. Сверхпроводящая катушка содержит первую и вторую плоские катушки, сформированные путем намотки сверхпроводящего провода, пакетированные в направлении толщины и прилегающие друг к другу. Охлаждающая подложка контактирует с концевой поверхностью первой плоской катушки и разделена на множество охлаждающих пластин. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил.

Способ криостатирования и запитки сверхпроводящей обмотки индукционного накопителя и устройство для его реализации // 2601218

Использование: для криостатирования сверхпроводящей обмотки индукционного накопителя. Сущность изобретения заключается в том, что способ криостатирования и запитки сверхпроводящей обмотки индукционного накопителя включает режим захолаживания, ввод тока в сверхпроводящую обмотку и удержание магнитного поля, где захолаживание сверхпроводящей обмотки индукционного накопителя осуществляют за счет принудительного протока жидкого гелия, а ввод тока и удержание магнитного поля обеспечивают с помощью сверхпроводящего преобразователя тока, который располагают между накопительной емкостью с жидким гелием и сверхпроводящей обмоткой индукционного накопителя, при этом накопительную емкость с жидким гелием, сверхпроводящий преобразователь тока и сверхпроводящую обмотку индукционного накопителя располагают в разных криостатах и соединяют между собой при помощи коаксиальных каналов, внутри которых располагают гелиевые магистрали и токоподводы. Технический результат: обеспечение возможности получения простого и эффективного способа криостатирования. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Криостат сверхпроводящего трансформатора // 2604635

Изобретение относится к электротехнике, к трехфазным силовым трансформаторам с обмотками из высокотемпературных сверхпроводников. Технический результат состоит в повышении к.п.д. за счет сокращения теплопритоков из окружающей среды через внешнюю тепловую изоляцию к криогенной жидкости. Криостат сверхпроводящего трансформатора состоит из отдельных тороидальных емкостей по числу фаз, образованных внутренними и внешними вертикальными соосными диэлектрическими цилиндрами, соединенными плоскими кольцевыми днищами друг с другом. Каждая отдельная тороидальная емкость размещена на отдельном стержне магнитопровода, выполнена с теплоизолированными внешними поверхностями в виде параллелепипедов, размещенных с зазором между параллельными гранями теплоизоляционного покрытия средней и боковых цилиндрических тороидальных емкостей. Длина параллелепипедов в поперечном направлении относительно продольной плоскости симметрии магнитопровода больше ширины параллелепипедов, параллельной продольной плоскости его симметрии. Ширина параллепипедов боковых тороидальных емкостей больше ширины параллелепипеда средней тороидальной емкости, расположенного между боковыми тороидальными емкостями криостата. Зазор между параллельными гранями теплоизоляционного покрытия двух соседних тороидальных емкостей заполнен листовым пенополиуретановым материалом, а его нижние края по всему периметру уплотнены пенополиуретановыми швами. 4 ил.