Система циркуляционного криоснабжения Советский патент 1992 года по МПК F25B9/00 

Изобретение относится к криогенной технике, например к использованию в качестве системы криогенного обеспечения сверхпроводниковых устройств.

Для обеспечения отвода тепла от сверхпроводниковых устройств необходимо осуществлять интенсивную циркуляцию криоагент а (жидкого гелия или жидкого азота в устройствах из высокотемпературной сверхпроводящей керамики).

Известна эжекторная циркуляционная система, состоящая из объекта криостати- рования, криогенной установки со сборником жидкого криоагента, эжектора с линиями рабочей среды, инжектируемой среды и смеси, напорного и сливного трубопроводов, соединяющих объект с эжектором и сборником жидкого криоагента. В качестве рабочей среды для эжектора используется охлажденный прямой поток криогенной установки. Циркуляция жидкого криоагента в системе обеспечивается за счет использования потенциальной энергии сжатого прямого потока.

Недостатками эжекторной циркуляционной системы являются повышение температуры криоагента при сжатии в эжекторе, ограничение величины кратности циркуляции, обусловленное допускаемые отбором на эжектор холодного прямого потока.

Прототипом изобретения является насосная система циркуляционного криоснаб- жеиия, которая состоит из объекта криостатирования, криогенной установки со сборником жидкого криоагента, криогенного насоса, соединенного трубопроводами со сборником жидкого кригоагента и с объектом криостатирования. Циркуляция жидкого криоагента в системе обеспечивается криогенным насосом за счет,использования энергии, подводимой от внешнего источника. При этом возможно получение любой величины кратности циркуляции.

Основным недостгтком прототипа является то, что подводимая извне к криогенному насосу энергия пребразуется в тепло, приводящее к нагреванию жидкого криоагента. В связи с этим необходимо увеличивать холодопроизводительнсть крио(Л

С

xj

XI

to ел

Ьь

ел

генной установки, чтобы скомпенсировать подводимую к насосу энергию. В результате существенно уменьшается энергетическая эффективность системы.

Целью избретения является повышение энергетической эффективности системы путем снижения теплолритоков в низкотемпературную часть системы.

Поставленная цель достигается тем, что в систему циркуляционного криоснабже- ния, состоящую из объекта криостатирова- ния и криогенной установки со сборником жидкого криоагента, включен дополнительно детандер-насос с газовым и жидостным цилиндрами и жидким поршнем, установленный внутри сборника жидкого криоагента, причем газовый цилиндр находится в паровой полости, а жидкостный цилиндр - в жидкостной полости сборника.

В отличие от прототипа использование в системе детандер-насоса, в котором реализуется потенциальная энергия расширяющегося прямого потока криогенной установки, исключает необходимость подвода внешней энергии, для компенсации ко- торой требовалось бы увеличивать холодопроизводительность криогенной установки. Кроме того, размещение детандер- насоса непосредственно в сборнике жидкого криоагента и практическое отсутствие связи его с теплыми элементами системы обеспечивает уменьшение притока тепла, для компенсации которого также требовалось бы увеличивать холодопроизводм-- тольность криогенной установки.

Принципиальная схема предложенной системы циркуляционного криоснабжения избражена на чертеже.

Система циркуляционного криоснабжения состоит -} объекта криосгатироезния , и криогенной установки 2 со сборииког жидкого криоагента 3, в котором размещен детандер-насос 4, включающий в себя газовый цилиндр 5 и жидкостный цилиндр 6. Вход 7 э газовый цилиндр детандер-насо.ь соединен с линией прямого потока 8 криогенной установки до дросселя 9, а выход из жидкостного цилиндра - с напорным трубопроводом 10. Напорный трубопровод 10 присоединен к объекту криост тировзн:.. .. от которого к сборнику жидкого криоаг5 ггз ведет сливьой трубопровод 11. Система может такжо иметь трубопровод 12 для подпитки жидким криоагентом от внешнего источника. Жидкостный цилиндр детандер- насоса имеет штуцер заполнения 13 и штуцер выхлопа 14.

Система работает следующим образом. Жидкий криоагент, получающийся при работе криогенной установки, а также добавляемый от внешнего источника, поступает непосредственно из сборника жидкого криоагента 3 через штуцер заполнения 13 в жидкостный цилиндр б детандер-насоса 4 и за счет работы, совершаемой расширяющимся в детандер-насосе прямым потоком,

подается в напорный трубопровод 10 и далее в объект криостатирования 1. После объекта криостатирования жидкий криоагент или парожидкостная смесь возвращается по сливному трубопроводу 11 в сборник

жидкого криоагентл 3.

Выполненные расчеты показывают, что применение детандер-насоса вместо жидкостного насоса в системе циркуляционного криоснабжения позволяет сократить холодопроизводительность криогенной установки на 10-12% и соответственно этому будет достигнута экономия электроэнергии.

Изобретение иллюстрируется циркуляционной системой криоснабжения электрогенератора со сверхпроводниковыми обмотками, имеющими каналы для прокачки криоагента, с использованием криогенной установки (например, КГУ-500/4,5). В сборнике жидкого криоагента установки

монтируется детандер-насос таким образом, чтобы газовым цилиндр находи; а паровой полости, а жидкостный цилиндр - в жидкостной полости сборника. Газовый цилиндр детандер-насоса подключается к пинии прямого потока установки перед дросселем, а жидкостный напорный трубопровод подводится к каналам сверхпроводниковых обмоток электрогенератора. Возврат криоагемта после прохождения канпов сеч хпровод-1иковых обмоток осуществляется в паровую полость сборника установки черезсливнпр ;рубопровод, Формула изобретения Система циркуляционного криоснабжеимя, состоящая из объекта криостатирова- нйй л крис онной установки со сборником жммсгс криоагента, отличающаяся тем, что, с целью повышения ее энергетической эффективности путем снижения теплопритоков в низкотемпературную часть системы, система дополнительно содержит детандер нзсос с газовым и жидкостными цилиндрами и жидким поршнем, установленные внутри сборника жидкого криоагента, причем газовый цилиндр находится в паровой полости, а жидкостный цилиндр - в жидкостной полости сборника,

12

4 /4 //

Использование: в криогенном машиностроении при создании систем криосиабже- ния сверхпроводящих устройств. Сущность изобретения: в системе циркуляционного криоснабжения применен детандер-насос с жидким поршнем -ля перекачки жидкого криоагента. бл -огзря чему не требуется подвода гнзгг .: извне, т.к. используется работа расширяющегося газа, 1 ил.

/J 6 10