Способ охлаждения сверхпроводящих магнитных систем

ОП ИИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51) М 21) 1995017/24-0 йо 01 Г 7/22 Государственный комите СССР ио делам изобретений и открытий.Н. Формозов и В.М. Худзинский 71) Заявите ОСОБ ОХПЖДЕНИМАГНИТНЬХ СВЕРХПРОВОДЯЩИХИСТЕМ и о етс ван 1 О 5 еливавеса под-. рового30 б 1) Дополнитвльное к в 22) Заявлено 11. 01. 74 с присоединением заяви Изобретение относится к технике получения сильных магнитных по-, лей с помощью сверхпроводящих магнитных систем СПМС и может быть использовано в электротехнике, энергетике, электронике.Известны способ хлаждения СПМС, в которых использу я размещение сверхпроводника в не жидкого ге" лия. Охлаждение ниже температуры перехода материала СПМС в сверхпроводящее состояние осуществляется за счет кипения жидкого гелият.е. используется теплота парообразования гелия, которая является весьма малой величиной.Недостатком такого способа охлажде ния 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 погруж - ния соленоида в жидкий гелий и назапаса гелия над соленоидом,льтате чего увеличиваются габ р ы, .вес и время выхода СПМС на режим; необходимость контроля у ня и периодическая доливка жидк гелия; кроме того, сверхпроводящая магнитная система из-за конструкции криостата оказывается весьма чувствительной к вибрациям и допускает отклонение от рабочего положения лиш 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 поддержание однородного фазового состава или температурного поля в сверхпроводящей обмотке. Кроме того, имеется ряд конструктивных недостатков (технологические сложности изготовления трубчатых сверхпроводников малый коэффициент заполнения об мотки, трудности формирования заданной конфигурации магнитного поля в рабочем зазоре).Цель изобретения - снижение и габаритов магнитной системы идержание 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 системыв самой обмотке.На фиг. 1 показана схема, иллюстрирующая данный способ; на фиг,2 - 1 Оустановка для осуществления предла=гаемого способа, общий вид.Сущность предлагаемого способаохлаждения заключается в том, чтоохлаждение сверхпроводящей обмотки 151 производится холодным сжатым газообразным (закритическим) гелием,поступающим от рефрижеративной установки с замкнутым циклом на входгерметичного корпуса 2, в котором 2 Оразмещается обмотка, после чего газрасширяется, дросселируясь через набор отверстий 3 малого диаметра,расположенных концентрично на радиусах,соответствующих месторасположениюзазоров между соседними слоями обмотки, которые обеспечиваются с помощьюоплетки сверхпроводника изолирующимматериалом, имеющим достаточно высокую проницаемость для газообразногогелия. На выход герметизированнойобмотки имеется идентично расположенный набор отверстий 4 большего диаметра для отвода гелия, прошедшегообмотку, обратно к компрессору рефрижератора, Подвод энергии к соленоиду З 5осуществляется с помощью вакуумноплотных выводов 5.В динамике при установившемся режиме охлаждение производится следующим образом. 40Газообразный гелий, дросселируясьчерез набор входных микроотверстий,охлаждается и проходит по зазораммежду слоями обмотки, обеспечиваякомпенсацию теплопритока по электрическим вводам и излучение с окружающих поверхностей, имеющих температуру более высокую, чем температура,корпуса соленоида, т.е. система обладает хладопроизводительностью.Подбором давления гелия, величинымикроотверстий на входе и выходе ивеличины зазора между слоями обмотки(эти параметры устанавливаются в зависимости от конкретного типа гелиевого рефрижератора), обеспечивают 55равенство температуры газообразногогелия на входе и выходе СПМС, т.е.постоянство температурного поля междухладагентом и сверхпроводником.Таким образом,.в данном способеохлаждения СПМС сверхпроводящий соленоид и гелиевый рефрижератор являютсясоставляющими 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 НЬЗ 5 п 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 НП АН УССР), проградуироэанных по Ое-эталону ТСГи 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 0,1 О К (по сравнению с 0,5 К в прототипе). Таким образом, видно, что данный способ охлаждения обеспечивает большую равномерность температуры обмотки.Формула изобретенияСпособ .охлаждения 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 ОРкссР дактор Л. Письма ед Корректор И. Демч Заказ 9220/Эб лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная 4 тираж 787 ВНИИПИ Государств по делам изобре 3035, Москва, Ж-Э