Система криогенного обеспечения объекта с импульсным характером нагрузки

 

О П И С А Н И Е ii! TI8667

ИЗОБРЕТЕНИЯ

С01::, ое тских

Социалкстических

Ро:pyl 5HK

ЪФ (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18.08.78 (21) 2658648/ 23-06 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 28.02.80. Бюллетень № 8 (45) Дата опубликования описания 28.02.80 (51) М. Кл.2

F 25Â 9/00

Государственный комитет (53) УДК 621.57.014 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения В. П. Беляков, Г. М. Анисимов, И. М. Морковкин, Ю. И. Духанин, 8. Д. Коваленко, В. А. Передельский и А. Л. Пуцева (71) Заявитель (54) СИСТЕМА КРИОГЕННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОБЪЕКТА

С ИМПУЛЬСНЫМ ХАРАКТЕРОМ НАГРУЗКИ

Изобретение относится к криогенной 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 (1).

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 (2).

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 (3J

Недостатком известных установок является их низкая экономичность при работес криостатируемыми объектами с значительными отклонениями тепловой нагрузки, в связи с чем ооласть их применения ограничена.

10 Целью данного изобретения является устранение указанного недостатка, т. е. повышение экономичности, Согласно изобретению поставленная цель достигается тем, что система дополнитель15 но содержит емкость-охладитель с встроенным теплообменником прямого потока, демпферную емкость с встроенным теплообменником обратного потока и термостатирующей рубашкой и регулирующии вентиль, 2О 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 объскта, а емкость-охладитель и термостатирующая рубашка соединены между собой газовой и жидкостной коммуникациями и регулирующий вентиль установлен в первой из них. Демпферную емкость целесообразно выполнять из материала с высоким

718667

3 коэффициентом 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 iioмощью 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 — 1,9 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 тер5

4 мостатирующей 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 термостатируюп1ей 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 криоагенга в демпферной емкости 7 в йсходное состояние, т. е. ускоряет ее го1двность к принятию нового теплового йМпульса.

Предварительные расчеты показывают, что только при реализации данного технического решения в системе криогенного обеспечения стенда испытания головных и рабочих сверхпроводящих катуШек установки

ТОКАМАК-10М годовой экономический эффект составит около 450 — 500 тес, руб.

Формула изобретения

1. Система криогенного обеспечения объекта с импульсным характером нагрузки, содержащая криогенную установку, подключенную к криостатируемому объекту с помощью линий связи, отличающаяся тем, что, с целью повышенйя экдномичйости, система дополнительно содЕрЖит eMкость-охладитель с встроенным геплообменником 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 ем718667

Составитель Ю. Килимкин

Техред В. Серякова

Корректор 3. Тарасова

Редактор Л. Гольдина

Заказ 2916/10 Изд. № 160 Тираж 583 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, 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.

Источники информации, принятыс во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3200613, кл. 62 — 402, опубл. 1967.

2. Криогенная установка. Серия ХМ-6

«Криогенное, кислородное и автогенное машиностроение», вып. 3, М., 1971, с. 1 — 4.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2564834, кл. F 25B 9/00, 08.01.78.