Способ криостатирования протяженного объекта Советский патент 1981 года по МПК F25D3/10 

(54) СПОСОБ КРИОСТАТИЮВАНИЯ ПРОТЯЖЕННОГО Изобретение относится к холодильной техникёТ в частности, к способам охлаждения с помощью движущегося криоагента и может быть использовано при криостатировании протяженных объектов, например низкотемпературных электрокабелей, обмоток сверхпроводящих магнитов, т. е. преимущественно в тех случаях, когда к в криостатируемом объекте необходимо поддерживать минимальную температуру по всей длине объекта. Известен способ криостатирования протяженного объекта посредством воздействия криоагента, предусматривающий предварительное охлаждение криоагента, подачу и отвод его из объекта и возвращение с помощью нагнетателя на охлаждение 1. В данном способе объект охлаждается по участкам, в каждом из которых под охлаждение циркулирующего криоагента осуществляют лнбо в сиедиальной емкости со сжиженным криоагеитом, либо непосредственно в криогенной установке. JIpH этом способе затруднена стабили зация температуры з середине участков, а протяженность самых участков относительно нев«ОБЪЕКТАлика, в связи с чем возникает необхош1мость в разветвленной сети криопроводов, увеличивается масса и стоимость системы криостат1фова1шя объекта. Цель изобретения - уменьшение перепада i температур вдоль криостатируемого объекта и повыщение стабилизации температуры в любой его части. Для достижения этой цели при осуществлении способа криостатирования протяженясн-о обьекта посредством воздействия криоагенп, предусматривающего предварительное охлаждение криоагента, подачу и отвод его нз объекта и возвращение с помощью нагнетателя на охлаждение, в криоагент перед охлаждением ввалят адсорбент в количестве, обеспечивающем состояние устойчивой йзвеси. Адсорбент вьщеляют из взвеси перед нагнетателем и виовь вводят в криоагет после нагнетателя. На фиг. 1-3 представлены схемы криостатирования, на которых может быть осуществлен данный способ. Пример 1 (соответствует схеме на фиг. 1). После нагнетателя 1 криоагент, например гелий, при сверхкритическом давлении (0,31,0 МПа) по криопроводу 2 направляют в узел 3ввода адсорбента, например активированного угля с размерами частиц 0,05-0,25 мм. Затем взвесь криоагента и адсорбента по криопроводу 4вводят в теплообменник 5 криогенной установки 6, где охлаждают до 5-8 К, и по криопроводу 7 подают в криостатируемый объект 8 например сверхпроводящий кабель, длина криогенного тракта которого варьируется от нескольких метров до нескольких километров, нагревают в нем на 1,5-3° и по криопроводу 9 возвращают в нагнетатель 1. Адсорбент вводят в криоагент из питателя 10 через дозатор 11 по магистрали 12 до образования взвеси со средней массовой концентрацией 3050%. ГЫркулг.Щно криоагента в криогенной установке осуществляют нагнетателем 13, в который указанный криоагент при давлении 0,001- 0,002 М выще барометрического подают по тракту 14 из теплообменника 5 после нагрева до температуры окружающей среды в теплообменном узле 15. После нагнетателя 13 криоагент при давлении 2-2,5 МПа по тракту 16 направляют в теплообменный узел 15, в котором охлаждают встречным потоком криоагента идущим по тракту 14, затем дросселируют в дроссельном вентиле 17 до давления 0,11 0,12 МПа, охлаждая в результате этого до 4,34,5 К, и вводят в теплообменник 5. В теплообменный узел 15 могут быть включены известные устройства для получения холода, таки как детандеры, холодильно-газовые мащины, испарители, использующие внеиший сжиженный криоагент, например сжиженный азот. Пример 2. (соответствует фиг. 2). Если конструкция нагнетателя 1 не обеспечивает его работоспособность на взвеси криоаген та и адсорбента, то указанную взвесь перед нагнетателем 1 пропускают через фильтр 18, который располагается в питателе 10 таким о разом, что отделившшся в фильтре от криоагента адсорбент попадает в питатель 10, откуда его через дозатор 11 и узел 3 ввода адсорбента вводят в поток криоагента после нагнетателя 1, Очищенный в указанном фильт от адсорбента криоагент направляют по криопроводу 19 в указанный нагнетатель 1, котор подают указанный криоагеит через узел 3 ввода адсорбента, где этот криоагент насыщаю адсорбентом, для охлаждения в теплообменник 5. Последующие операции осуществляют как описано в примере 1. Пример 3. (соответствует фиг. 3). В одноконтурной схеме криостатирования очищенный от адсорбента криоагент после фильтра 18 по криопроводу 19 соединяют с выходящим из теплообменника 5 потоком криоагента, циркулирующего в криогенной установке, далее общий поток криоагента пускают по тракту 14 через теплообменный узел 15, в котором нагревают до температуры окружающей среды путем теплообмена с потоком криоагента, идущим по тракту 16 от нагревателя 13, и вводят в указанный нагнетатель. Часть потока криоагента, идущего по тракту 16, посте теплообменного узла 15 перед дроссельным вентилем 17 отводят по криопроводу 20 через регулирующий вентиль 21 в узел 3 ввода адсорбента. Последующие операции осуществляют как описано в примере 1. Так как общая теплоемкость взвеси криоагента и адсорбента, равная сумме теплоемкости криоагента теплоты его десорбции, больще теплоемкости одного криоагента, то в идентичных условиях перепад температур вдоль криостатируемого объекта в предлагаемом способе будет меньще. Кроме того, в условиях локального повышения температуры на каком-либо участке объекта, адсорбент в зону с высокой температурой приходит с более высоким содержанием адсорбированного криоагента, соответствующим предьщущему, более холодному участку объекта, и таким образом на участке с более высокой температурой токопроводящей жилы десорбируется больщее количество криоагента и соответственно термостабнлизирующий эффект оказывается больщим, чем в способе с неподвижным адсорбентом. . Данный способ криостатнрования протяженного объекта в сравнении с известным позволяет за счет улучшения стабилизации температуры нуменьщенйя перепада температур увеличить в конечном счете надежность и работоспособность самого объекта, например увеличить электрическую мощность, передаваемую по кабелю, если объект представляет собой низкотемпературный кабель, увеличить мощность магнита и стабилизировать его работу, если объект представляет собой сверхпроводящий магнит и т. п. Формула изобретения 1. Способ Криостатирования протяженного объекта посредством воздействия криоагента, предусматривающий предварительное охлаждение криоагента, подачу и отвод его из объекта и возвращение с помощью нагнетателя на охлаждение, отличающийся тем, что.

с целью уменьшения перепада температуры вдоль криостатируемого протяженного объекта и повышения стабилизации температуры в любой его части, в криоагент перед охлаждением вводят адсорбент в количестве, обеспечивающем состо- S яние устойчивой взвеси.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что адсорбент вьщеляют из взвеси перед

нагнетателем и вновь вводят в криоагент после нагнетателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Обзорная информация ХМ-6 Криогенные гелиевые системы. Криогенное кислородное машиностроение, ЦНИТИХИМНЕФТЕМАШ, М 1978, с. 46, рис, 22.