Система криогенного обеспечения объекта с импульсным характером нагрузки

(22) Заявлено 18,08,78 (21) 2658648/23-0 51) М 5 В рисоединением вкисударственныи комит СССР(71) Заявитель ИСТЕМА КРИОГЕННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОБЪЕКТАС ИМПУЛЬСНЫМ ХАРАКТЕРОМ НАГРУЗКИ Изобретение относится к криогеннои технике и наиболее эффективно может быть использовано в системах, охлаждающих сверхпроводящие устройства с импульсным характером нагрузки.Известны системы криогенного обеспечения объектов, в которых компенсацию отклонения тепловой нагрузки производят за счет регулирования холодопроизводительности криогенной установки путем изменения давлений в цикле 11,Основной недостаток таких систем заключается в том, что они допускают регулирование холодопроизводительности только в узком диапазоне плавно изменяющейся тепловой нагрузки и малонадежны при работе с объектами, тепловая нагрузка которых изменяется импульсно.Известны также системы криогснного обеспечения, включающие криогенную установку и криостатируемое устройство, стабильность работы которых достигается за счет сброса части потока, возвращаемого из криостатируемого устройства, в обвод теплообменных аппаратов криогенной установки 21.Наиболее близкой к описываемой по технической сущности и достигаемому результату является система криогенного обеспечения объекта с импульсным характером нагрузки, содержащая криогенную установку, подключенную к криостатируемому объекту с помощью линии связи Я.Недостатком известных установок явля 5 ется их низкая экономичность при работескриостатируемыми объектами с значительными отклонениями тепловой нагрузки, всвязи с чем ооласть их применения ограничена.10 Целью данного изобретения является устранение указанного недостатка, т. е. повышение экономичности,Согласно изобретению поставленная цельдостигается тем, что система дополнитель 15 но содержит емкость-охладитель с встроенным теплообменником прямого потока,демпферную емкость с встроенным теплообменником обратного потока и термостатирующей рубашкой и регулирующии вентиль,20 причем теплообменник прямого потокавключен в линию связи установки с входомв криостатируемый объект, теплообменникобратного потока включен в линию связиустановки с выходом из криостатируемого25 объскта, а емкость-охладитель и термостатирующая рубашка соединены между собой газовой и жидкостной коммуникациямии регулирующий вентиль установлен в первой из них, Демпферную емкость целесообразно выполнять из материала с высоким3коэффициентом теплопроводности при криогенных температурах и оребрять с обеих сторон.На чертеже изображена схема системы, Система для криостатирования объекта 1 с импульсным характером нагрузки содержит криогенную установку 2, подключенную к криостатируемому объекту 1 с помощью линий 3 и 4 связи. Система также содержит емкость-охладитель 5 с встроен- ным теплообменником 6 прямого потока, демпферную емкость 7 с встроенным теплообменником 8 обратного потока и термостатирующей рубашкой 9 и регулирующий вентиль 10.Теплообменник 6 прямого потока включен в линию 3 связи установки 2 с входом 11 в криостатируемый объект, а теплообменник 8 обратного потока включен в линию 4 связи установки 2 с выходом 12 из криостатируемого объекта 1. Емкость-охладитель 5 и термостатирующая рубашка 9 соединены между собой газовой и жидкостной коммуникациями 13 и 14 и регулирующий вентиль 10 установлен в газовой коммуникации 13. Демпферную емкость 7 целесообразно выполнять из алюминиевого сплава, например АМЦС, имеющего высокий коэффициент теплопроводности при криогенных температурах, и снабжать ребрами 15 и 16 с внутренней и наружной сторон, Система снабжена вентилями 17 - 19 для предварительной заправки ее емкостей криоагентом,До возникновения теплового импульса в кридстатируемом объекте стабильность системы криогенного обеспечения определяется устойчивым и взаимосвязанным комплексом теплофизических параметров криоагента во всех частях системы. При выделении в криостатируемом объекте теплового импульса теплофизические параметры криоагента после выхода его из объекта изменяются в зависимости от величины импульса. Приняв импульсную тепловую нагрузку, криоагент проходит теплообменник 8, где передает энергию криоагенту демпферной емкости и возвращается в криогенную установку с параметрами, незначительно отличающимися от тех, которые имели место до выделения теплового импульса, что обеспечивается необходимым запасом жидкого криоагента в демпферной емкости 7 и поверхностью теплообменника 8. В демпферной емкости 7 захваченный тепловой импульс переходит в эквивалентную тепловую нагрузку, растянутую во времени, что обеспечивает в паузах между импульсами возможность возвратить систему криогенного обеспечения в исходное состояние с плавным регулированием криогенной установки.Плавный вывод теплового импульса, энергия которого аккумулируется криоагентом демпферной емкости 7, осуществляется за счет испарения жидкого криоагента в тер 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4мостатирующей рубашке 9, постоянная подпитка которого происходит по коммуникаЦии 14 из емКости-охладителя 5.Необходимый темп испарения определяется скоростью сброса паров из газовой подушки термостатирующей рубашки 9 по газовой коммуникации 13 и легко регулируется с помощью регулирующего вентиля 10. Пары из термостатирующей рубашки 9, соединившись с парами из емкости-охладителя 5, возвращаются в цикл криогенной установки 2, где их холод реализуется любым известным способом. В зависимости от характера и значения иМпульсной нагрузки в каждом конкретном случае можно рассчитать тот необходимый объем демпферной емкости 7, который позволит получить минимальную амплитуду колебаний теплофизических параМетров криоагента на выходе из демпферной емкости от теплового импульса, а также тот темп испарения жидкого криоагента в термостатируюп 1 ей рубашке 9, который обеспечит минимальное время возврата системы криогенного обеспечения в исходное состояние при оптимальном режиме работы криогенной установки 2.Выполнение демпферной емкости 7 из металла с высоким коэффициентом теплопроводности, а также наличие наружных и внутренних ребер 16 и 15 уЛучшают процесс теплообмена между криоагентами в термостатирующей рубашке 9 и демпферной емкости 7, что в итоге приводит к сокращению периода восстановления параметров криоагента в демпферной емкости 7 вйсходное состояние, т. е, ускоряет ее готдвность к принятию нового теплового йМ- пульса.Предварительные расчеты показывают, что только при реализации данного технического решения в системе криогенного обеспечения стенда испытания головных и рабочих сверхпроводящих катуШек установки ТОКАМАКМ годовой экономический эффект составит около 450 - 500 тес, руб,Формула изобретения1. Система криогенного обеспечения объекта с импульсным характером натрузкй, содержащая криогенную установку, подключенную к криостатируемому объекту с помощью линий связи, отличаюЩаяся тем, что, с целью повыщеййя эКОномиЧйости, система дополнительно содЕрЖит емкость-охладитель с встроенным теплообМенником прямого потока, демпферную еМкдсть с встроенным теплообменником обратного потока и термостатирующей рубашкой и регулирующий вентиль, причем теплообменник прямого потока включен в линию связи установки с входом в криостатируемый объект, теплообменник обратного потока включен в линию связи установки с выходом из криостатируемого объекта, а ем(аз 2916/10 Изд.160 Тираж 583 ПодписноеПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ография, пр. Сапунова, 2 кость-охладитель и термостатирующая рубашка соединены между собой газовой и жидкостной коммуникациями, и регулирующий вентиль установлен в первой из них,2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что демпферная емкость выполнена из металла с высоким коэффициентом теплопроводности при криогенных температурах " оребрена с обеих сторон. 6Источники информации,принятыс во внимание при экспертизе 1. Патент США3200613, кл. 62 в 4, опубл, 1967.2. Криогенная установка. Серия ХМКриогенное, кислородное и автогенное машиностроение, вып. 3, М., 1971, с. 1 - 4.3. Авторское свидетельство СССР по заявке2564834, кл, г 25 В 9/00, 08.01.78.