Способ охлаждения сверхпроводящих магнитных систем

Способ охлаждения сверхпроводящих магнитных систем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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 — 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 — 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

/1

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