УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРИОСТАТИРОВАНИЯ СВЕРХПРОВОДНИКА

Область техники
Предложение относится к криогенной технике и может быть использовано для криостатировании сверхпроводящих кабелей и других сверхпроводящих объектов.
Уровень техники
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является устройство криостатирования, описанное в [Ж-л «Химическое и нефтяное машиностроение №1, 1985 г. стр. 16-17], которое выбрано в качестве прототипа.
Прототип содержит трубопровод азота, в который включены циркулярный насос и теплообменный аппарат, связанный с ожижителем-рефрижератором подводящим и отводящим трубопроводами гелия.
Недостатком прототипа является то, что криогенная жидкость расходуется без ее резервирования, что снижает надежность работы криостатируемого сверхпроводника, используемого, например, в сверхпроводящем кабеле или другом сверхпроводящем электрическом объекте.
Раскрытие сущности полезной модели Предметом полезной модели является устройство для криостатирования сверхпроводника, снабженного криостатной оболочкой, содержащее связанные трубопроводом азота циркулярный насос, теплообменный аппарат и накопительную емкость переохлажденного азота, при этом теплообменный аппарат связан с ожижителем-рефрижератором подводящим и отводящим трубопроводами гелия.
Предлагаемое устройство отличается от прототипа тем, что в трубопровод азота включена накопительная емкость переохлажденного азота.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение надежности криостатирования и поддержания электрического состояния сверхпроводника и, соответственно, объекта, использующего сверхпроводник.
Развитие полезной модели предусматривает, что накопительная емкость переохлажденного азота снабжена змеевиком-охладителем, расположенным в ее паровой зоне и связанным с ожижителем-рефрижератором дополнительными подводящим и отводящим трубопроводами гелия.
Это позволяет уменьшить испарение и потери переохлажденного азота в накопительной емкости.
Осуществление полезной модели с учетом ее развития
На чертеже приведена структурная схема устройства. Она содержит трубопровод азота, состоящий из участков 1, 2, 3, 4. В трубопровод азота включены циркулярный насос 5, например центробежный, теплообменный аппарат 6, связанный подводящим трубопроводом 7 гелия и отводящим трубопроводами 8 гелия с ожижителем-рефрижератором 9, и накопительная емкость 10 переохлажденного азота.
Накопительная емкость 10 снабжена змеевиком-охладителем 11, расположенным в ее паровой зоне и связанным с ожижителем-рефрижератором 9 дополнительными подводящим и отводящим трубопроводами 12, 13 гелия.
Кроме того, на чертеже показана криостатная оболочка 14 сверхпроводника и ее байпасный трубопровод 15.
На схеме также показаны термометры 16, 17 и 18, которые могут быть установлены на участках 2, 3 и 4 соответственно.
Трубопроводы азота и гелия обеспечивают конструктивное и функциональное единство заявляемого устройства.
Устройство работает следующим образом.
Перед началом работы трубопровод азота заполняют жидким азотом из стороннего реципиента. Циркуляция жидкого азота обеспечивается насосом 5, производительность которого может регулироваться изменением числа оборотов. Жидкий азот, поступая по участку 1 трубопровода в теплообменный аппарат 6, переохлаждается в нем до требуемой температуры за счет теплообмена с гелием из ожижителя-рефрижератора 9, циркулирующим по трубопроводам 7 и 8.
Из теплообменного аппарата 6 переохлажденный азот, температура которого может измеряться термометром 16, поступает через участок 2 трубопровода азота в накопительную емкость 10.
Накопительная емкость 10 служит резервным хранилищем переохлажденного азота, обеспечивающим его запас, необходимый для криостатирования сверхпроводника при наличии утечек и особенно во время проведения ремонтно-профилактических работах на ожижителе-рефрижераторе 9.
Для стабилизации температуры, уменьшения испарения и потерь переохлажденного жидкого азота в накопительной емкости 10 по трубопроводам 12 и 13 через змеевик-охладитель 11, расположенный в паровой зоне емкости 10, пропускается гелий из ожижителя-рефрижератора 9.
Из накопительной емкости 10 переохлажденный азот через участок 3 трубопровода азота подается в криостатную оболочку 14. Термометры 17 и 18 замеряют температуру азота, входящего и выходящего из оболочки 14.
Поддержание температуры сверхпроводника, помещенного в криостатную оболочку 14, обеспечивается регулированием числа оборотов и производительности насоса 5, который может быть снабжен частотно-регулируемым приводом, и/или запорно-регулировочным вентилем байпасного трубопровода 15. Из оболочки 14 жидкий азот через участок 4 трубопровода азота вновь поступает на всасывающий вход циркуляционного насоса 5.
Благодаря введению в устройство накопительной емкости 10, которая может быть снабжена змеевиком-охладителем 11, установленным в паровой полости емкости 10, повышается надежность криостатирования и поддержания требуемого электрического состояния сверхпроводника, помещенного в оболочку 14.