Циркуляционная система охлаждения сверхтекучим гелием

 

ЦИРКУЛЯЦИОННАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ СВЕРХТЕКУЧИМ ГЕЛИЕМ , содержащая термомеханический насос, ванну со сверхтекучим гелием, трубопровод подвода гелия к тепловыделяющему источнику и трубопровод отвода гелия из последнего, отличающаяся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности и экономичности системы, в термомеханическом насосе установлен по крайней мере один теплообменный элемент, одним концом связанный с трубопроводом отвода гелия из тепловыделяющего источ-. ника, а другим - с ванной. (Л С а 4 О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(я) F 25 D 3/10 ...

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСИОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3402274/28-13, (22) 18.02.82

: (46) 30.12.83. Бюл..№ 48 (72) В. П.: Беляков, В. А. Шапошников, А. Г. Шифельбайн и Н. П. Стасевич (53) 621.59(088.8} (56) 1. Патент США № 4048437, кл. 174.15, опублик. 197?.

2. Авторское свидетельство СССР № 541078, кл, F 25 1 1 00, 1972 (прототип). (54) (57) ЦИРКУЛЯЦИОННАЯ СИСТЕМА

ОХЛАЖДЕНИЯ СВЕРХТЕКУЧИМ ГЕЛИÄÄSUÄÄ 1064090 A

ЕМ, содержащая термомеханический насос, ванну со сверхтекучим гелием, трубопровод подвода гелия к тепловыделяющему источнику и трубопровод отвода гелия из последнего, отличающаяся тем, что, с целью повышения термодинамической эффективности и. экономичности системы, в термомеханическом насосе установлен по крайней мере один теплообменный элемент, одним концом связанный с трубопроводом отвода гелия из тепловыделяющего источника, а другим — с ванной.

30. параллельном подключении пропорционально увеличивается расход криоагента. Размещение теплообменного элемента-5 в насосе 2 между фильтром 3 и трубопроводом 7

З5: подвода к тепловыделяющему источнику б

$0 жидкого гелия или 800 Вт на уровне 1,8 К.

Для обеспечения циркуляции гелия термомеханическим насосом с электронагревате-. лем необходимо затрачивать 20 Вт на

Изобретение Относится к . криогенной технике и может быть использовано для эффективного охлаждения различйых тепловыделяющих объектов, устройств, а также при проведении научных исследований.

Известна циркуляционная система охлаждения, в которой содержится тепловыделяющее устройство с патрубками входа и выхода криоагента, устройство для охлаждения криоагента, насос с патрубками и трубопроводы (11.

Недостатками данного устройства являются низкая эффективность и ненадежность, это обусловленс тем, что для осуществления циркуляции гелия необходим насос, потребляющий значительную электрическую мощность, а выделяемое тепло снимается жидким гелием. Второй недостаток обуслов лен необходимостью дополнительного регулирбвания расхода при изменении выделяелйого .тепла.--Наиболее близкой к предлагаемой является циркуляционная сйстема охлаждения сверхтекучим гелием, содержащая ванну со сверхтекучим гелием, термомеханический насос с пористым фильтром и нагревателем, трубопровод подвода гелия к тепловыделяю щему источнику и трубопровод отвода гелия (2) .

Однако насос с нагревателем работает с постоянным дополнительным выделением тепла, которое снимается жидким криоагентом. Следует также отметить низкую надежность в управлении: при изменении количества тепла в тепловыделяющем устройстве необходимо увеличивать расход криоагента путем дополнительного подво-да тепла к нагревателю.

Цель изобретения — повышение экономичности и термодинамической эффективности системы.

Поставленная цель достигается тем, что в системе охлаждения сверхФекучим гелием, содержащей термомеханический насос, ванну со сверхтекучим гелием, трубопровод подвода гелия к тепловыделяющему источнику и трубопровод отвода гелия из, последнего, что в термомеханичесйом насо-., се установлен по крайней мере один теплообменный элемент, одним концом связанный с трубопроводом отвода гелия из тепловыделяющего источника, а другим с ванной.

Такое решение позволяет снизить энерго- затраты, поскольку не требуется затрачи-. вать постоянно электроэнергию в нагревателе, повысить термодинамическую эффективность, так как система становится саморегулирующейся.

На фиг. 1 изображена система с одним насосом; на фит, 2 — то же, с несколькими.

) насосами. устанбвленными параллельно и с циркуляцией непосредственно через ванну с гелием; на фиг. 3 — система с несколькими - последовательно установленными насосами.

Система состоит из охлаждающей ванны 1 со сверхтекучим гелием, термомеханического насоса 2 с пористым фильтром 3, нагревателем 4 и теплоабменным элементом 5, связанным с тепловыделяющим источником 6 и трубопроводами 7 — 9.

Система работает следующим образом.

В начальный момент для запуска системы включают нагреватель 4. 3а счет термомеханического эффекта возникает течение сверхтекучего криоагента (гелия) из ванны 1 через фильтр 3, нагреватель 4, трубопровод 7 подвода к тепловыделяющему источнику 6, трубопровод 8 отвода из последнего, теплообменный элемент 5, трубопровод 9 ввода гелия обратно в ванну 1, как изображено на фиг. 1 и 3, или непосредственно в ванну 1 на фиг. 2. После запуска система работает без нагревателя 4, при этом процесс не требует дополнительного регулирования. При увеличении количества тепла в епловыделяющем источнике 6 автоматически увеличивается - подача гелия.

Насосы 2 для подачи криоагента располагаются или параллельно, или последовательно. При последовательном подключении насосов 2 пропорционально числу насосов увеличивается результирующий напор, при и охлаждающей ванной 1 позволяет снизить энергозатраты, поскольку не требуется затрачивать. постоянно электроэнергию в нагревателе 4 и на охлаждение нагретого нагревателем гелия, повысить термодинамическую эффективность системы и ее надежность благодаря тому, что система саморегулирующаяся, и не требуется дополни- тельного контроля и вмешательства.

Использование предлагаемой системы в сравнении с известными повышает термодинамическую эффективность, экономичность и надежность системы и позволяет получить экономический -эффект 72 тыс. руб в год. 3а базовый образец при расчете экономической эффективности принята система охлаждения сверхпроводящего магнита установкц ТОКАМАК Т-15, построенная по схеме прототипа. Необходимая производительность системы составляет 800 л/ч а

t 06409 уровне I,8 К, что равносильно потере 20 A/4 жидкого гелия при 4,2 К. При стоимости ощижения 5 руб. за литр жидкого гелия

0 и работе установки 30 дней в году гбдовой экономический эффект состаляет 5 X 20 X

Х24ХЗО =.72 тыс. руб.

Редактор А. Руднева

Заказ !0446 40

Составитель Е. Новикова

Техред И. Верес Корректор А. Ильин. Тираж 530 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий! l 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патента, . Ужгород, ул. Проектная, 4