Сверхпроводящая электромагнитная система с циркуляционным охлаждением Советский патент 1991 года по МПК H01L39/14 H01F6/04 F17C3/10 

И.чобретен.е относится к электрофизической аппаратуре и, в частности, к конструкцяйм сверхпроводящих магнитов для электрофизической аппаратуры, например, сверхпроводящим магнитным системам установок для управляемого термоядерного синтеза и физики высоких энергий.

Известна сверхпроводящая магнитная система с циркуляционным охлаждением, конструктивно представляющая собой вакуумный объем, в котором размещаются сверхпроводящие обмотки, работающие при температуре 4,5 К, теплоизоляционные экраны, работающие при промежуточной температуре, обычно это температура жидкого азота 80К, криогенная арматура и другое криогенное оборудование, необходимое для регулирования потоками циркулирующего по сверхпроводящим обмоткам хладагента.

Известна также одна из наиболее крупных и сложных сверхпроводящих магнитных систем с циркуляционным охлаждением сверхпроводящая магнитная система термоядерной установки Токамак-7. которая представляет собой тороидальный соленоид, намотанный композитной сверхпроводящей шиной с каналами для охлаждения. Сверхпроводящий соленоид состоит из 48 катушек, каждая из которых включена в систему охлаждения пара- лельно. Сверхпроводящий соленоид заключен в криостат, в котором кроме этого размещены радиационные экраны, охлаждаемые жидким азотом, блоки токовБОдов и холодные вентили для регулирования потоков хладагента, имеющие общий со сверхпроводящим соленоидом теплоизоляционный вакуумный объем.

Недостатком этой установки являются длительные простои при ремонте.

Известна также принятая за прототип сверхпроводящая электромагнитная система с циркуляционным охлаждением, содержащая заполненный хладагентом криостат со сверхпроводящими катушками и соединенный с ним дополнительныЯ резервуар, размещенные в вакуумном объеме, а также теплоизоляционные экраны и систему регулирования потоком хладагента.

Недостатком этой установки является сложность монтажа и длительнь е, хсчя и несколько coKp8iu,eHHbse дополн;- тельного резервуаре npocioi- при ремонте системы регулирований, з HsncnpaiSHOCTH наиболее вероятна в uv-j-rgiyje регуллрования потоками хладагента, т.к. она включает в себя сложную криогенную ар / зтуру с дмстанционны упразле- изм, При этом приходится отогревать всю систему от рабочей температуры 4, 5К до температуры .а-ющей среды ЗООК, рззб/трзть з,;;куумный объем и устранять неиспрззность, затем снова заколаживать всо сг-шгему от теа-нтературы ЗООК до рабочей ;вмпературь 4,5К. На это требуется сотни часов оаботь дорогостоящих и зиергоемких криогеиньг установок,

Целью изобретения лвляется повышение надежности и экоиаг ичности работь сверхпроводящей злектромагнь-тной систе- мы с циркулйционкыгч охлаждением.

Указанная цель достигается тег-л, что система регулирования пазмещека в допплнительно резервуаре, saKyyiviHbiii объем которого определен от вакуу.ного объема криостатг посредством расположен--кзй на соединитель но f-/ патрубке вакуумно-плст ной перегородки, на которой р змещэны тепловые развязки гфохоля. через нее криогенных тру5оп,,

На черте;:сй мзображенэ схзмс; пргдлагземой элект 0;. ЗГг1мтн;:1й скстзмь:.

В основно - зйкуунпо o6befic Р Kpi«остате pasfviSiueHbi ;-:вцрхпр;зво,с;ящие обмотки е лагнитчсй снс-., 2 Л теплоизоляционные зкрзны 3, а смст ма рэгулироаания пстокам ЦЛркуг;1Шу1ЭЩ5го хладагента 4 размещается в допо мнмтельном резерзуарг с векуунны.. объемом 5. который соединен с осчоеиы 1 }акуумныи объемом 2 патрубком 6, . вакуу лно-плотную герегородху 7. ria перагородкй 7 размещены тепловые о ко:югвнных трубопровсдоа 9. при зыкоде из строя .какого-либо узла з смстеге регу 1ироЕания

пото:;ами циркулирующего хладагента в предлагаемой конструкции сверхпроводящей магнитной системы необходимо будет отогреть до температурь окружающей среды только дополнительный объем. 5 с системой регулирования 4. Сверхпроводящая Мй8-5итиуй система 2, размещенная в криOCTSTG в йЭКууМНО ; ОбъвМб 1,Г(рИ ЭТОМ СОхрзняется при температуре к рабочей. Это обеспечивается .сохранение вакуума в криостате с вакуумным объемом 1, при демонтаже дополнительного резервуара 5, и наличием теплсаых рыззязок 8 на криогенных трубопроводах 9, благо,даря которым существенно снижается теппопрмток к сверхпроводящей магнитной системе 2 по криогенным трубопроводам 9 от отогретой до температуры окружающей среды системы регулирования 4.

После окончания ремонта система регулирования потокамихладагента 4 вновь захолаживается до рабочей температуры., ;:о т.к. ее вес незначите.оен, то эта операция занимает всего несколько часов и требует небольших количеств хладагента.

Таким образом, существенно сокоащаегся время простоя установки для ремонта л экономится значительное кол;:чес1ео энергии, которую необходимо было бь5 трэтить на работу криогенных установок Б режиме захолеживания сверхпроводящей магнитной системы. Поско.пьку типичное время охпаждения крупных сверхпроводящих р/ агнктных систем доходит до 10-20 суток, при расходе злектрпэнэрпли порядка 2000 квт-ч.иа каж,о,ую тонну охлежааемой от ЗООК до 4,БК конструкции, з полный вес сверхпроводящей магнитной системы может, например, а термоядерных установках, дост лГйТь сотен и ,,аже тысяч тонн, о эк.аномический эффект предлагаемого решения может быть значительным

TOfo, предлагаемая конструкция псзЕОДяет существенно упростить сборку вези устзноЕкм за счет того, что система регулирования потоками хладагента MOKST бытьзарзнее смонтирована в дополнител-з :с М резервуаре /i испытана ti налажена отдельно от криостета со сзерхпроводяидей магну тной смстемс й.

СВЕРХПРОВОДЯЩАЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИСТЕМА СДИРКУЛЯЦИОН- НЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ, содержащаязаполненный хладагентом криостат со сверхпроводящими камушками и соединенный с ним патрубком дополнительный резервуар, размещенные в вакуумном объеме, а также теплоизоляционные экраны и систему регулирования потоками хладагента, о т- л и чающаяся тем, что, с целью повышения ее надежности и экономичности работы, система регулирования размещена в дополнительном резервуаре, вакуумный объем которого отделен от вакуумного объема криостата посредством расположенной на соединительном патрубке вакуумно- плотной перегородки, на которой размещены тепловые развязки проходящих через нее криогенных трубопроводов.