Циркуляционная система охлаждения сверхтекучим гелием Советский патент 1983 года по МПК F25D3/10 

Йзо&ретнние отнйсится к ;криогенной технике и может быть использовано для эффективного охлаждения различных 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 охлаждениякриоагента, насос с патрубками и трубопроводы 1.. Недостатками данного устройства являются низкая эффективность и ненадежность, это обусловлена тем, что для осуществлекия циркуляции гелия необходим насос, потребляющий значительную электрическую мощность, а выделяемое тепло снимается жидким гелием. Второй недостаток обусловлен необходимостью дополнительного регулирования расхода при изменении выделяе..тепла. - , . Наиболее близкой к предлагаемой является циркуляционная Система охлаждения сверхтекучим гелием, содержащая ванну со Сверхтекучим гелием, термомеханический насос с пористым фильтром и нагревателем, т,«о „р™Го , И. н Однако насос с нагревателем работает к к с постоянным дополнительным выделением тепла которое снимается жидким криоагентом. Следует также отметить низкую надежность в управлении: при изменении количества тепла в тепловыделяющем устройстве необходимо ув1еличивать- расход /криоагента путем дополнительного подво-: да тепла к нагревателю. Цель изобретения - повышение экономичности и термодинамической эффективности системы. Поставленная цааь достигается тем, что в системе охлаждения cвepxteкyчим гелием, содержащей термомеханический насос, ванну со сверхтекучим гелием, трубопровод подвода гелия к тепловыделяющему источнику и трубопровод отвода гелия из, последнего, что в термомеханичес м насо- се установлен по крайней мере один теплообменный элемент, одним концом связанный с трубопроводом отвода гелия из тепловыделяющего источника, а другим - с ванной. : ; Такое рещение позволяет снизить энерго затрать, поскольку не требуется затрачи вать постоянно электроэнергию в нагревателе, njpBbicHTb термодинамическую эффективность, так как система становится саморегулирующейся. На фиг. 1 изображена система с одним насосом; на фкг. 2 - то же, с несколькими насосами. устанбвленными параллельно и с циркуляцией непосредственно через ванну с гелием; на фиг. 3 - система с не.сколькими - последовательно установленными насосами. Система состоит из охлаждающей ванны 1 со сверхтекучим гелием, термомеханического насоса 2 с пористым фильтром 3, нагревателем 4 и теплообменным элементом 5, связанным с тепловыделяющим источником 6 и трубопроводами 7-9. , , ,. Система работает следующим образом, начальный момент для запуска систе включают нагреватель 4. За 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 ,-. ггГе™о.:яй,Егл,глт томатически увеличивается, подача гелия. Д подачн криоагента располагаются или параллельно, или последова ри последовательном подключении / пропорционально числу насосов .-ла прол,„;,тыплг,г,„тй «Lnn nnu увеличивается результирующий напор, при параллельном подключении пропорционально увеличивается расход криоагента. Размещение теплообменного элемента 5 в насосе 2 между фильтром 3 и трубопроводом 7 подвода к тепловыделяющему источнику 6 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 дополнительного 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. За базовый образец при расчете экономической эффективности принята система, охлаждения сверхпроводящего магнита установки ТОКАМАК Т-15, построенная по схеме прототипа. Необходимая производительность системы составляет 800 л/ч жидкого гелия или 800 Вт на уровне 1,8 К. Для обеспечения циркуляции гелия термо; механическим насосом с электронагревателем необходимо затрачивать 20 Вт на

уровне 1,8 К, что равносильно потере 20 л жидкого гелия при 4,2 К. При стоимости о)«,иженйя 5 руб. за литр жидкого гелия

и работе установки 30 дней в году годовой экономический эффект состаляет 5Х20Х Х24ХЗО 72 тыс. руб.

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