Сверхпроводящее магнитное устройство Советский патент 1992 года по МПК H01F7/22 

/SS/SSS7/77/////,//A

Использование: в прикладной сверхпроводимости. .Сущность: устройство содержит сверхпроводящую, обмотку 1, размещенную в криостате 3 с хладагентом , и расположенную непосредственно на поверхности обмотки оболочку из теплоизолирующего волокнисто-пористого материала, В результате происходит экономия жидкого хладагента и уменьшение весогабаритных характеристик устройства. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. s Л

«

-3

-г -;

Ч

4

to

00

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области прикладной сверхпроводимости, и может быть использовано при испытаниях и эксплуатации сверхпроводящих магнитных систем.

Известно сверхпроводящее магнитное устройство, содержащее сверхпроводящую обмотку, размещенную в камере с криогенной жидкостью.

Недостатком данного устройства является большой рост давления в камере при аварийном переходе обмотки в нормальное состояние и потери дорогостоящего газообразного хладагента, испаренного на поверхности нагретой обмотки и выходящего в атмосферу через предохранительные мембраны.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является сверхпроводящее магнитное устройство, содержащее сверхпроводящую обмотку, размещенную в криостате с хладагентом. Обмотка с зазором помещена в оболочку из теплоизолирующего материала. Оболочку в виде колпака снабжена в верхней части клапаном для выхода газообразного хладагента и снижает рост давления в криостате при аварийной потере сверхпроводимости, поскольку ограничивает количество испаряемого жидкого гелия, непосредственно контактирующего с обмоткой, и, соответствен- |но, снижает рост давления при этом.

Недостатком известного устройства является возможность резкого выброса больших порций газа и капельный унос жидкого хладагента в верхнюю теплую часть криостата с последующим испарением и соответствующим ростом давления . Фактически эта часть жидкости испаряется впустую, не участвуя в охлаждении обмотки. Также недостатком являются большие габариты криостата ввиду опасности его переполнения вытесненной из под оболочки жидкостью и следовательно, увеличение затрат материалов на его изготовление и вес криостата.

Цель изобретения - снижение расхода жидкого хладагента и уменьшение весогабаритных характеристик устройства.

Указанная цель достигается тем, что в сверхпроводящем магнитном устройстве, содержащем сверхпроводящую обмотку, размещенную в криостате с

хладагентом, и оболочку из теплоизолирующего материала, охватывающую обмотку, оболочка расположена непосредственно на поверхности обмотки и ее толщина определяется соотношением

Иг )

- - Т-ТЛ)си (-Ј-)

5

5

0

5

0

S

0

5

То

q

,гС Ј

где Т - температура обмотки после ее

перехода в нормальное состоя- ние;

температура хладагента; критический тепловой поток в жидкий гелий с поверхности оболочки при переходе от пузырькового к пленочному режиму кипения;

теплопроводность материала оболочки, усредненная в температурных интервалах от Т до Т0 и от комнатной до Т0; удельная теплоемкость материала оболочки, усредненная в интервале температур от комнатной до Т0 ;

время захолаживания сверхпроводящей обмотки от комнатной температуры до Т0. Причем оболочка выполнена из волокнисто-пористого материала.

На фиг. 1 показано сверхпроводящее магнитное устройство, поперечное сечение; на фиг„ 2 - график зависимости роста давления в криостате от времени после перехода обмотки в нормальное состояние при наличии на ней оболочки из теплоизолирующего материала; на фиг. 3 график зависимости количества испаренного жидкого гелия из криостата после перехода обмотки с оболочкой из теплоизолирующего материала и без (fiee в нормальное состояние от времени. Устройство содержит сверхпроводящую о бмотку 1 с расположенной непосредственно на повехности обмотки обо- лочкой 2 из волокнисто-пористого материала, например ваты, стекловуа- ли. Обмотка расположена в криостате 3 с жидким хладагентом 4.

Устройство работает следующим образом,

В обмотку 1 вводится электрический ток до ее перехода в нормальное состояние, при этом часть хладагента 4 испаряется и выходит из криостата 3 через отверстие в верхнем фланце. При этом теплоизолирующая оболочка пре- дотвращает непосредственный контакт

хладагента с обмоткой, что исключает резкое вскипание гелия и, соответственно, его потерю

Изготовлено и испытано сверхпроводящее магнитное устройство, содержащее сверхпроводящую обмотку с внутренним диаметром 5 мм, внешним 150 мм, высотой мм, генерирующую магнитное поле 11,5 Тл и расположен- |Ную вкриостате с внутренним диаметром 210 мм, высотой мм, содержащем 25 л жидкого гелия. Устройство последовательно испытано с обмоткой без

максимальный рост давления снижается в 3,5 раза, при этом необходимая вы- сота криостата уменьшается на 175 мм, что экономит 2% объема криостата.

Формула изобретения

обмотку, размещенную в криостате с хладагентом, и оболочку из теплойзоли- .рующего материала, охватывающую обмотку, отличающееся тем, что, оболочки, с оболочкой толщиной 20 мм |Ј с целью уменьшения весогабаритных ха- из ваты и с аналогичной оболочкой израктеристик устройства и снижения расстекловуали, которая показала наилуч- хода жидкого хладагента оболочка рас- шие результаты, причем допустимая тол- положена непосредственно на поверхнос- щина может колебаться от 10 до .

30

На фиг. 2 показана динамика роста 20 давления в криостате после перехода обмотки 0 нормальное состояние: I - обмотка без оболочки, II -оболочка из ваты, III - оболочка из стекловуа- ли. На фиг. 3 представлен график из- 25 менения во времени количества испарен. ного из криостата жидкого гелия после перехода обмотки в нормальное состояние: I - обмотка без оболочки, II - оболочка из ваты, III- оболочка из стекловуали.

Уровень, обозначенный на оси ор- динат (11,5 л), соответствует запасенной в обмотке магнитной энергии, выраженной в объеме испаренной жид- . кости (энергия деленная на объемную теплоту парообразования). Кривые II и III асимптотически подходят к этому уровню, не пересекая его. Это означает, что при наличии оболочки отсутствует капельный унос жидкости газом при переходе, в отличие от случая, когда обмотка без оболочки (кривая I) .

Таким образом, при использовании защитной оболочки из волокнисто-пористого материала, расположенной на поверхности сверхпроводящей обмотки лабораторного масштаба, при переходе ее в нормальное состояние экономия идкого хладагента составляет 2Ь%,

ти обмотки.

&

q

- -Чт-т0) )«

35

40

где d - толщина оболочки; , Т - температура обмотки после ее перехода в нормальное состояние;

Т0 - температура хладагента; q - плотность критического теплового потока в жидкий гелий с поверхности оболочки, характеризующего переход от пузырькового к пленочному режиму кипения (10 Вт/мг); Л, ,2.- теплопроводность материала

оболочки, усредненная в интервале температур от Т до Т0

С и от нормальной до Т

4S

Ј

удельная теплоемкость материала оболочки, усредненная в интервале температур от нормаль- ной до Т0;

время захолаживания обмотки от нормальной температуры до

V

максимальный рост давления снижается в 3,5 раза, при этом необходимая вы- сота криостата уменьшается на 175 мм, что экономит 2% объема криостата.

Формула изобретения

обмотку, размещенную в криостате с хладагентом, и оболочку из теплойзоли- рующего материала, охватывающую обмотку, отличающееся тем, что, с целью уменьшения весогабаритных ха- рактеристик устройства и снижения расхода жидкого хладагента оболочка рас- положена непосредственно на поверхнос-

ти обмотки.

&

q

- -Чт-т0) )«

где d - толщина оболочки; , Т - температура обмотки после ее перехода в нормальное состояние;

Т0 - температура хладагента; q - плотность критического теплового потока в жидкий гелий с поверхности оболочки, характеризующего переход от пузырькового к пленочному режиму кипения (10 Вт/мг); Л, ,2.- теплопроводность материала

оболочки, усредненная в интервале температур от Т до Т0

С и от нормальной до Т

Ј

удельная теплоемкость материала оболочки, усредненная в интервале температур от нормаль- ной до Т0;

время захолаживания обмотки от нормальной температуры до

V

дУ/