Переливное устройство для криогенной жидкости

Переливное устройство для криогенной жидкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е (,763649

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61} Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 21.07.78 (21) 2647133/23-26 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл. з

F 17 С 9/00

Государственный комитет

СССР

Опубликовано 15.09.80. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 25.09.80 (53) УДК 621.59 (088.8) оо делам иэооретеиий и открытий (72) Авторы изобретения

И. С. Горохов и Е. Н. Лузе (71) Заявитель (54) ПЕРЕЛИВНОЕ УСТРОИСТВО

ДЛЯ КРИОГЕННОЙ ЖИДКОСТИ

Предлагаемое устройство относится к области криогенной техники и может быть использовано в системах автоматической дозаливки криостатов, требующих определенной скорости охлаждения криостатируемых объектов, т.е. оно может найти применение в криогенной радиоэлектронике, экспериментальной физике низких температур,энергетике.

Г1ри захолаживании объектов большой массы, имеющих малую поверхность контакта с испарившимся хладагентом, отходящие tO пары, в случае использования переливных устройств с неизменным проходным сечением, выходят из криостата с температурой, значительно более низкой, чем температура окружающей среды. Уменьшение скорости прохождения газа через криостат и увеличение за счет этого времени контакта испарившегося хладагента с объектом, что приводит к увеличению теплосъема единицей массы газа, можно осуществить введением в переливное устройство узла, обеспечиваюшего изменение проходного сечения переливного канала.

Известен переливной сифон с запорным устройством, позволяющим проводить захо2 лаживание объекта на малом раскрытии регулирующего вентиля и переходить на полное сечение переливного канала на этапе накапливания жидкости в криостате, так как сокращается время контакта хладагента с окружающей средой через изоляцию переливного сифона, в которой, в отличие от криостата, отсутствует азотное экранирование (1).

К недостаткам известного переливного сифона следует отнести наличие ручного регулирования сечения переливного канала, отсутствие устройства для подачи хладагента на этапе захолаживания в нижнюю часть криостата, а также неизбежность усложнения конструкции при применении его в системах автоматической дозаливки за счет введения датчика уровня, устанавливаемого у дна криостата для определения момента перехода от захолаживания к накапливанию жидкости.

На этапе захолаживания криостируемого объекта целесообразно подавать хладагенты в нижнюю часть криостата, что обычно достигается удлинением центральной трубки переливного сифона до дна криостата. Экономия жидкого хладагента, расходуемого на

763649 охлаждение, может составить при этом 20—

25%. Однако при дозаливках криостата в процессе эксплуатации, за время между которыми переливной сифон нагревается за счет теплопритоков извне, будет происходить дополнительное выпаривание оставшейся в криостате жидкости парами, образовавшимися в теплом переливном устройстве, во время поступления в него первых порций жидкого хладагента. Этого можно избежать, если пары отделять от жидкости в верхней части криостата.

Известно устройство для перелива хладагента, в котором пары отделяются от жидкости в сепараторе и отводятся в газгольдер, а жидкость подается в нижнюю часть криостата (2) .

К недостаткам устройства следует отнести наличие неизменного сечения переливного канала, что не позволяет вести режим захолаживания объекта, обеспечивающий теплообмен с парами, при котором их температура приближается к температуре окружающей среды.

Известно также переливное устройство для криогенной жидкости, содержащее сифон, состоящий из наружной трубки и внутренней трубки, присоединенной к пароотделителю, вентиль, включающий концевую трубку, подключенную к наружной трубке, седло, затвор, закрепленный на установленной с возможностью вертикального перемещения подвижной трубке, постоянные магниты, один из которых закреплен на концевоу трубке, а другой — на подвижной, и магнитной экран, размещенный между полюсами магнитов и выполненный из сверхпроводящего материала (3).

Недостатком устройства является большой расход хладагента при применении его для захолаживания объектов большой массы с недостаточно развитой поверхностью теплообмена. В устройстве не предусмотрена также подача хладагента в период захолаживания в нижнюю часть криостата.

Целью изобретения является экономия хладагента.

Поставленная цель достигается тем, что переливное устройство для криогенной жидкости снабжено дополнительной трубкой, размещенной коаксиально между подвижной и внутренней трубками, один конец которой укреплен на сифоне, а противоположный — на седле, при этом концевая, подвижная и дополнительная трубки в верхней части выполнены с отверстиями, а затвор выполнен с отверстиями в центре и по окружности. Кроме того, магнитный экран выполнен в виде слоя сверхпроводящего материала, нанесенного на поверхность магнита, закрепленного на концевой трубке.

Введение в известную конструкцию дополнительной трубки с седлом, перекрывающим периферийные отверстия затвора вентиля, выполнение отверстий для отвода паров в трубках позволило осуществить режим

16

15 а0

36

45 перелива хладагента, при котором на этапе захолаживания хладагент подается в нижнюю часть криостата с малой скоростью, а на этапе накапливания с большой скоростью, после автоматического переключения вентиля на полное проходное сечение, при появлении слоя жидкости на дне криостата паровая фаза отделяется от жидкости и отводится в верхней части криостата.

На чертеже изображено переливное устройство криогенной жидкости.

Переливное устройство содержит сифон, состоящий из наружной и внутренней трубок 1 и 2, пароотделитель 3 и вентиль, состоящий из концевой, дополнительной и подвижной трубок 4, 5 и 6, седла 7, затвора 8, постоянных магнитов 9 и 10 магнитного экрана 11. Трубка 4 соединена с трубкой 1, пароотделитель 3 — с трубкой 2, трубка 5— с сифоном. Седло 7 закреплено на трубке 5, магнит 9 — на трубке 4, затвор 8 и магнит

10 — на трубке 6. Трубка 5 расположена коаксиально между трубками 2 и 6 и служит, кроме того, направляющей для трубки б, установленной с возможностью вертикального перемещения. В верхней части трубок

4, 5 и б выполнены отверстия в радиальном направлении, а в центре и по периферии затвора 8 — в вертикальном направлении.

Последние расположены по окружности, диааметр которой больше проходного сечения трубки 5. Экран 11 представляет собой слой сверхпроводника, нанесенного на поверхности магнита 9 Трубка 5 в нижней своей части выполнена двустенной, с вакуумной изоляцией, обеспечиваемой активированным углем, расположенным в межстенном пространстве.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии хладагента в криостате сверхпроводниковый экран 11 находится в нормальном состоянии и не препятствует прохождению магнитного потока между магнитами 9 и 10, обращенными друг к другу разноименными полюсами. Магнит 0 притянут к магниту 9, затвор 8 находится в верхнем положении, трубка б перекрывает отверстия выхода паров, выполненные в трубке 5 (это положение изображено на чертеже).

Хладагент, подаваемый из сосуда Дьюара или транспортной емкости (на чертеже не показано), проходит в нижнюю часть криостата через центральное отверстие затвора

8, ограничивающее количество хладагента, поступающего в криостат в единицу времени. Диаметр центрального отверстия выбирается в зависимости от массы криостатируемого объекта, его теплообменной поверхности, требуемой скорости понижения температуры. В случае необходимости криостатирования объектов различной массы и конфигурации изготавливается набор затворов с различными диаметрами центральных отверстий и предусматривается резьбовое крепление их в трубке 6.

763649

Формила изобретения дозаливках криостата

5

В нижней двухстенной части трубки 5 при прохождении хладагента устанавливается вакуум (10 — 10 мм рт.ст.), препятст-S -ь вующий достижению экраном 11 критической температуры на этапе захолаживания.

Сверхпроводник выбирается с критической температурой, величина которой превышает на 0,1 Ê температуру кипения хладагента при максимальном рабочем давлении криостата. Материалы трубок 4 и 6, а также месторасположение магнита 9 по высоте трубки 4 выбираются с учетом исключения воз- гр можности перехода экрана 11 в сверхпроводящее состояние до начала этапа накапливанияия жидкости.

После охлаждения криостатируемого объекта в криостате накапливается жидкость, при контакте с которой экран 11 переходит в сверхпроводящее состояние.

Вследствие эффекта Мейснера, а также вследствие отсутствия сопротивления в сверхпроводниковом экране, в поверхностном слое, обращенном к магниту 10. возникают незатухающие токи, магнитное поле которых представляет собой зеркальное отображение поля магния 10. В результате происходит отталкивание магнита 10 от неподвижного экрана 11, что приводит к перемещению трубки 6 с затвором 8 в нижнее положение.

Хладагент в криостат начинает поступать .ерез отверстия затвора, расположенные по его периферии, суммарная площадь которых равна плошади проходного сечения сифона.

При перемешении трубки 6 в нижнее положение отверстия, выполненные в верхней ее части, совпадают с отверстиями для отвода паров, выполненными в трубке 5, вследствие чего в нижнюю часть криостата зз поступает только жидкость. а пар, отделяющийся в керамическом пароотделителе 3 и выходяший через поры боковых стенок пароотделителя в пространство, ограниченное верхней частью трубки 5, отводится через совмещенные отверстия трубок 5 и 6 и от- 46 верстия трубки 4 в верхнюю часть криостата. Жидкий хладагент сливается в криостат через торцовую стенку пароотделителя 3.

Такая же картина будет иметь место и при

Предлагаемое переливное устройство криогенной жидкости позволяет осуществить оптимальные режимы захолаживания крностатируемого объекта и перелива хладагента на этапе накапливания жидкости в криостате. Подача хладагента ко дну криостата на этапе захолаживания, уменьшение скорости прохождения паров через криостат и повышение за счет этого температуры отходящих паров, переход на полное сечение перелива на этапе накапливания жидкости при разделении фаз и отводе паров в верхнюю часть криостата позволяют сократить расход жидкого хладагента на 25 — ЗОБО (в зависимости от конфигурации охлаждаемого объекта), что обусловливает экономический эффект от применения предложенного переливного устройства.

Кроме того, переливное устройство компактно, просто по конструкии, устойчиво в работе при ударных и вибрационных нагрузках, что обусловлено возможностью значительного намагничивания металлов, из которых изготовлены постоянные магниты.

Устройство не требует электрического питания.

1. Переливное устройство для криогенной жидкости, содержащее сифон, состояший из наружной трубки и внутренней трубки, присоединенной к пароотделителю, вентиль, включающий концевую трубку, подключенную к наружной трубке, седло, затвор, закрепленный на установленной с возможностью вертикального перемещения подвижной трубке, постоянные магниты, один из которых закреплен на концевой трубке, а другой — на подвижной, и магнитный экран, размешенный между полюсами магнитов и выполненный из сверхпроводящего материала, отличающееся тем, что, с целью экономии хладагента, оно снабжено дополнительной трубкой, размещенной между подвижной и внутренней трубками, один конец которой укреплен на сифоне, а противоположный — на седле, при этом концевая, подьижная и дополнительная трубки в верхней части выполнены с отверстиями, а затвор выполнен с отверстиями в центре и по окружности.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что магнитный экран выполнен в виде слоя сверхпроводящего материала, нанесенного на поверхность магнита, закрепленного на концевой трубке.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Фастовский В. Г. и др. Криогенная техника. М., 1974, с. 445, рис. 6 — 35.

2. Фастовский В. Г. и др. Криогенная техника, М., 1974, с. 445, рис. 6 — 36.

3. Авторское свидетельство СССР № 606453, кл. G 05 D 9/02, 1976 (прототип) .

763649

"5

10 mqop

"5

10 тпрр

Составитель Г. Ольшанская

Редактор Т. Девятко Техред К. Шуфрич Корректор Ю. Макаренко

Заказ 6260/32 Тираж 571 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и о1крытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4