КРИОГЕННЫЙ ТОКОВВОД Российский патент 1994 года по МПК H01L39/16 

Изобретение относится к технике низких температур и может быть использовано в установках со сверхпроводящими магнитными системами различного назначения.

Известны полые гофрированные медные токонесущие элементы у кабелей [1]. Гофры способствуют некоторому улучшению теплоотвода от токонесущих элементов, но резко увеличивают гидравлическое сопротивление потоку хладагента и длину кабеля, поэтому гофрированные токонесущие элементы применяются только в виде небольших вставок в местах соединения трубчатых медных токонесущих элементов с целью температурной компенсации у кабеля.

Известен криогенный токоввод, токонесущая часть которого выполнена в виде цилиндра с винтовой нарезкой для создания канала охлаждения с целью турбулизации потока [2]. Недостатком токоввода является малая эффективность теплоотвода, токоввод охлаждается с внешней стороны и выполняется только как однополюсный.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является криогенный токоввод, токонесущий элемент которого выполнен в виде медной с поперечным оребрением трубы [3]. Токоввод прост по конструкции, но имеет тот недостаток, что поперечные ребра расположены на одинаковом расстоянии друг от друга по всей длине токонесущего элемента, поэтому мала эффективность теплоотвода. Кроме того, токонесущий элемент охлаждается только с одной внешней стороны.

Целью изобретения является повышение экономичности токоввода.

Цель достигается тем, что в криогенный токоввод, содержащий токонесущий элемент с поперечным оребрением и один канал охлаждения, введены токонесущий элемент с поперечным оребрением, два изоляционных цилиндра: один между токонесущими элементами, другой снаружи, три канала охлаждения, при этом оребрение обоих токонесущих элементов выполнено с переменным шагом, уменьшающимся к теплому концу, а внутри внутреннего и между внешним токонесущими элементами и внутренним изоляционным цилиндром установлены выполненные в виде диафрагм турбулизаторы.

Отличительными признаками заявленного технического решения являются оребрение токонесущих элементов, выполненное с уменьшающимся расстоянием между ребрами по мере приближения к теплому концу токоввода, установка в двух каналах охлаждения турбулизаторов в виде диафрагм, установка двух изоляционных цилиндров и размещение одного из них между токоведущими элементами, а другого снаружи, что увеличивает электрическую прочность токоввода, наличие дополнительно трех каналов охлаждения. В заявленном токовводе последние два отличительных признака представляют известные технические решения, однако в совокупности с первыми двумя признаками, являющимися новыми, они проявляют сверхсуммарный эффект, заключающийся в повышении экономичности токоввода за счет увеличения поверхности охлаждения и турбулизации потоков во всех четырех каналах охлаждения.

На чертеже изображен криогенный токоввод в разрезе. Токоввод состоит из токонесущих оребренных медных цилиндров 1,2, двух цилиндров 3, 4 из изоляционных материалов, образующих коаксиальную систему с каналами 5, 6, 7, 8 охлаждения. В канале 5 помещены диафрагмы 9, а в канале 7 - диафрагмы 10 для турбулизации потока хладагента в них. Диафрагмы 9 закреплены на четырех стержнях 11, а диафрагмы 10 - на четырех стержнях 12.

Таким образом, во всех четырех каналах охлаждения токоввода имеются эффективные турбулизаторы потоков хладагента. В двух каналах 6 и 8 турбулизация осуществляется с помощью оребрений на токонесущих цилиндрах, в двух других каналах (5, 7) турбулизация осуществляется с помощью вставок в виде смещенных по высоте диафрагм из медных лент. Диафрагмы обеспечивают эффективное охлаждение поверхностей токонесущих цилиндров. Оребрение на токонесущих цилиндрах выполнено так, что расстояние между ребрами уменьшается к тепловому концу токоввода. При этом уменьшение расстояния между ребрами приводит к повышению скорости потока хладагента, а следовательно, к интенсификации теплоотвода от токонесущих цилиндров.

При расчетах геометрических параметров токоввода определяются расстояния между ребрами и диафрагмами. При этом должно быть соблюдено условие, при котором рост теплоотдачи должен превышать тепловыделения, обусловленные возрастанием гидродинамических потерь.

Оптимальные значения расстояний между ребрами и диафрагмами определяются при теплофизических расчетах токоввода.

Экономическая эффективность от использования изобретения состоит в снижении расхода хладагента за счет увеличения поверхностей охлаждения и интенсификации теплообмена.

Использование: в установках со сверхпроводящими магнитными системами и устройствами. Сущность изобретения: криогенный токоввод содержит два коаксиально установленных токонесущих и два изоляционных цилиндра, один из которых расположен снаружи внешнего токонесущего элемента, три канала для прохождения хладагента, причем токонесущие цилиндры снабжены наружным поперечным оребрением с переменным шагом с его уменьшением к теплому концу, другой изоляционный цилиндр расположен между ними, при этом полость внутреннего токонесущего цилиндра образует дополнительный канал для прохождения хладагента, а в упомянутой полости и в канале, расположенном между токонесущим внешним и внутренним изоляционным цилиндрами, установлены выполненные в виде диафрагмы турбулизаторы. 1 ил.

КРИОГЕННЫЙ ТОКОВВОД, содержащий токонесущий элемент с поперечным оребрением и один канал охлаждения, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности, он снабжен вторым токонесущим элементом с поперечным оребрением и двумя изоляционными цилиндрами, один из которых установлен между токонесущими элементами, а другой - снаружи, тремя каналами охлаждения, при этом оребрение обоих токонесущих элементов выполнено с переменным шагом, уменьшающимся к теплому концу, а внутри внутреннего и между внешним токонесущими элементами и внешним изоляционным цилиндром установлены выполненные в виде диафрагм турбулизаторы.