×
27.06.2014
216.012.d9be

РЕВЕРСИВНЫЙ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЙ НАСОС ДЛЯ СВЕРХТЕКУЧЕГО ГЕЛИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области криогенной техники, конкретно к устройствам для подачи и откачки сверхтекучего гелия, и может найти применение как при проведении физических экспериментов, так и в практических целях, требующих управления направлением и скоростью подачи сверхтекучего гелия для охлаждения детекторов, нагревателей, оперативным управлением работой испарителей. Два нагревательных элемента располагаются снаружи металлической трубки-корпуса таким образом, что реализуется возможность управлять как величиной, так и направлением потока сверхтекучего гелия через насос. Реверсивный термомеханический насос выполнен в виде стальной цилиндрической трубки, заполненной спрессованным порошком, с двумя нагревательными элементами и впаянной с одного конца трубкой подачи-откачки сверхтекучего гелия. Тонкая стальная стенка трубки-корпуса имеет низкую теплопроводность и поэтому основной поток тепла поступает внутрь корпуса (теплопередача вдоль стенки минимальна). Теплоизоляция нагревательных элементов выполняется плотной намоткой на нагреватели тефлоновой пленки, имеющей низкую теплопроводность и хорошие механические свойства для использования при гелиевых температурах. Насос позволяет надежно блокировать поток гелия подачей напряжения сразу на оба нагревателя, что исключает возможность самопроизвольного подлива сверхтекучего гелия в зону более высокой температуры. 2 з.п. ф-лы,, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области криогенной техники, конкретно к устройствам для подачи и откачки сверхтекучего гелия, и может найти применение как при проведении физических экспериментов, так и в практических целях, требующих управления направлением и скоростью подачи сверхтекучего гелия для охлаждения детекторов, нагревателей, оперативным управлением работой испарителей.

Известны конструкции термомеханических насосов (thermomechanical pump или fountain pump в англоязычной литературе) для сверхтекучего гелия, представляющие собой трубку-капилляр и нагреватель, находящийся внутри заполняемой емкости [С.М.Lyneis, М.S.McAshan, H.A.Schwettman, High Energy Physics Laboratory Report, 1968, P.52-58; G.L.Mills; A.R.Urbach, Performance of a thermomechanical pump. Cryogenics, V.30, 1990, P.206-210]. Особенностями таких насосов является отсутствие движущихся механических частей и работы исключительно при температурах ниже 2.17 К (только со сверхтекучим гелием).

Принцип действия известного термомеханического насоса для сверхтекучего гелия основан на термомеханическом эффекте возникновения потока сверхтекучего гелия через узкие щели или капилляры под влиянием разности температур (на концах капилляра) [J.F.Alien, H.Jones, Nature, V.141, 1938, Р.243-244]: в сверхтекучей жидкости возникает разность давлений, обусловленная разностью температур, и происходит выравнивание концентрации сверхтекучей компоненты, свободно протекающей через щель в направлении нагретой части жидкости. В то же время поток нормальной компоненты в обратном направлении невозможен из-за проявления сил вязкости в узкой щели.

К недостаткам конструкции известных термомеханических насосов для сверхтекучего гелия следует отнести однонаправленность переноса гелия (в сторону заполняемой емкости) и сложность реализации герметичного ввода электрических проводов нагревателя во внутренний объем насоса при температурах ~1 К, принимая во внимание сверхтекучесть гелия-4. Кроме того, ряд конструкций термомеханического насоса предполагает использование стеклянных деталей, что делает такие насосы не пригодными для ремонта (со временем порошок с размером частиц порядка 1-15 мкм, несмотря на использование специальных фильтров, вымывается, что приводит к понижению эффективности работы насоса, а затем и выходу насоса из строя).

Техническим результатом изобретения является устранение недостатков известных технических решений путем упрощения конструкции нагревателя и реализации возможности управления скоростью и направлением потока сверхтекучего гелия через насос - реверсивности.

Указанный технический результат достигается за счет использования двух нагревательных элементов, располагающихся снаружи металлической трубки-корпуса таким образом, что реализуется возможность управлять как величиной, так и направлением потока потока сверхтекучего гелия через насос. Кроме того, расположение нагревателей снаружи корпуса позволяет решить проблему герметичного ввода вовнутрь корпуса проводов к нагревателям. Для эффективной работы насоса необходима надежная теплоизоляция нагревателей от окружающего насос сверхтекучего гелия, иначе джоулево тепло, выделяемое нагревателем при прохождении по нему тока, будет отводиться во внешний объем гелия и не создаст локального нагрева внутри насоса. Теплоизоляция нагревателей выполняется плотной намоткой на нагреватели тефлоновой пленки, имеющей низкую теплопроводность и хорошие механические свойства для использования при гелиевых температурах. Тонкая стальная стенка трубки-корпуса имеет низкую теплопроводность и поэтому основной поток тепла поступает внутрь корпуса (теплопередача вдоль стенки минимальна).

Технический результат достигается за счет следующей сборки насоса (фиг.1). Трубка подачи-откачки сверхтекучего гелия 1 впаивается в трубку-корпус насоса 2, после чего в корпус насоса плотно вдавливается диск-фильтр 3, предотвращающий вымывание запрессованного в корпусе порошка. Диск может быть собран из нескольких слоев, вырезаннных из плотной ткани (стеклоткани), и для жесткости усилен металлической сеткой. Затем в корпус насоса засыпается порошок 4 (из материала, не впитывающего воду, например Al2O3) с размером гранул несколько мкм и плотно утрамбовывается до заполнения всего необходимого объема. Трубка-корпус насоса затыкается вторым диском-фильтром 5, который фиксируется диском-заглушкой с отверстиями для сверхтекучего гелия 6. Диск-заглушка припаивается к корпусу насоса. На корпус насоса наматываются нагреватели 7 и изолируются тефлоновой лентой 8. При подаче напряжения на один из нагревателей, представляющих собой несколько витков провода непосредственно на трубке-корпусе на насоса, происходит его нагрев и, благодаря теплопередаче через тонкую стенку корпуса насоса, повышается температура сверхтекучего гелия в области насоса, определяемой длиной нагревателя и мощностью тепловыделения, в результате в данной области происходит рост давления, обусловленный притоком сверхтекучей компоненты гелия. При этом вязкая, нормальная, компонента выдавливается в направлении наименьшего сопротивления - в сторону ближайшего конца трубки. Данное сопротивление определяется длиной, которую нормальной компоненте необходимо преодолеть сквозь спрессованный (для максимального сопротивления течению обычной жидкости) порошок. Таким образом, направление течения сверхтекучего гелия будет определяться положением на корпусе нагревателя, на который подается напряжение: жидкость будет вытекать из ближайшего к нему конца трубки. Помимо реверсивности (т.е. двунаправленности - такой насос позволяет перемещать сверхтекучий гелий в обоих направлениях) данный насос позволяет надежно блокировать поток гелия подачей напряжения сразу на оба нагревателя: на практике встречаются случаи самопроизвольного подлива сверхтекучего гелия в зону более высокой температуры, и известный термомеханический насос не позволяет остановить самоподлив гелия.

Реверсивный термомеханический насос был успешно опробован для заполнения/опустошения замкнутого герметичного объема, подключенного к насосу. При сопротивлении нагревателей 30 Ом для работы насоса было достаточно подать напряжение 2 В, чтобы обеспечить скорость подачи/откачки жидкого гелия ~0.1 см3/с. В случае самопроизвольного опустошения данного объема скорость ухода гелия из объема будет сильно зависеть от температуры (выше температура - больше плотность нормальной компоненты - ниже скорость протекания жидкого гелия через корпус насоса), но даже при низкой температуре 1.4 К на 2-3 порядка ниже скорости откачки жидкого гелия.

Полученные в результате исследований опытные данные показали, что конструкция реверсивного насоса оказалась успешной: скорости потоков гелия при заполнении/опустошении замкнутого объема были примерно одинаковы при подаче одинаковых мощностей на нагреватели и сравнимы со скоростями подачи сверхтекучего гелия традиционными термомеханическими насосами, имеющимися в нашем распоряжении. Более того, по сравнению с известными конструкциями насосов конструкция реверсивного насоса не только проще, но и заметно (примерно на порядок) меньше (менее 1 см3 по сравнению с 3÷10 см3).


РЕВЕРСИВНЫЙ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЙ НАСОС ДЛЯ СВЕРХТЕКУЧЕГО ГЕЛИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-3 of 3 items.
29.12.2017
№217.015.f7b7

Способ диагностики урогенитального трихомониаза

Изобретение относится к медицине, а именно к акушерству и гинекологии, паразитологии, венерологии, медицинской микробиологии, гематологии, и может быть использовано для диагностики урогенитального трихомониаза. Способ диагностики урогенитального трихомониаза включает забор периферической крови,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639452
Дата охранного документа: 21.12.2017
13.02.2018
№218.016.26bf

Задатчик команд управления

Изобретение относится к средствам задания команд для управления промышленным и транспортным оборудованием. Технический результат заключается в обеспечении возможности производить первичную калибровку без применения дополнительного оборудования и снять дополнительные требования к точности сборки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002644143
Дата охранного документа: 07.02.2018
04.04.2018
№218.016.3100

Устройство контроля наличия высоковольтного напряжения вагона

Изобретение относится к устройствам контроля и сигнализации, а именно к устройствам контроля наличия высоковольтного напряжения на электропоезде постоянного тока. Устройство содержит светодиод и электрическую цепь, включающую последовательно соединенные резистор, обмотку первого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002644973
Дата охранного документа: 15.02.2018
Showing 1-10 of 83 items.
20.05.2013
№216.012.40f1

Способ плазменной обработки тела вращения

Изобретение относится к плазменной обработке изделия, в частности к способам для плазменной поверхностной закалки и отпуска металлов и сплавов. Для обеспечения возможности обработки рабочей поверхности тела вращения неограниченной длины осуществляют вращение обрабатываемого тела и нагрев его...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482195
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.08.2013
№216.012.5f89

Двухручьевой промежуточный ковш установки непрерывной разливки стали

Изобретение относится к металлургии. Ковш содержит центральную камеру, расположенные по разные стороны от нее выпускные камеры и расположенные между центральной камерой и выпускными камерами подогревающие камеры с плазменными горелками. Каждая подогревающая камера через придонное отверстие в ее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490089
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.6119

Способ уменьшения выбросов окислов азота из газотурбинной установки с регенерацией тепла

Способ уменьшения выбросов окислов азота из газотурбинной установки с регенерацией тепла заключается в ступенчатом сжатии окислителя с впрыском воды, подогревом сжатой смеси окислителя с водой, ступенчатом расширении рабочего тела и сжигании органического топлива в камерах сгорания перед...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490489
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.08.2013
№216.012.64c6

Способ уменьшения вредных выбросов из газотурбинной установки с регенерацией тепла

Способ уменьшения вредных выбросов из газотурбинной установки с регенерацией тепла заключается в ступенчатом сжатии окислителя с впрыском воды, подогревом сжатой смеси окислителя с водой, ступенчатом расширении рабочего тела и сжигании органического топлива в камерах сгорания перед...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491435
Дата охранного документа: 27.08.2013
20.05.2014
№216.012.c574

Способ защиты маслонаполненного трансформатора от взрыва и маслонаполненный трансформатор с защитой от взрыва

Способ защиты маслонаполненного трансформатора от взрыва, заключающийся в том, что вводят элегаз в масло, заполняющее бак трансформатора, и перекачивают полученную смесь масла и элегаза из верхней части бака трансформатора в нижнюю через наружный трубопровод со скоростью, равной или превышающей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516307
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.01.2015
№216.013.1ee1

Электродуговой плазмотрон

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области электрического нагрева газов дуговым разрядом, и может быть использовано в плазмотронах при проведении различных технологических процессов, в частности для подогрева расплава металла в промежуточном ковше МНЛЗ в металлургической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539346
Дата охранного документа: 20.01.2015
10.07.2015
№216.013.5f77

Способ производства цементного клинкера

Изобретение относится к области промышленного производства цемента, более конкретно к способу производства цементного клинкера из высокоглиноземистых золошлаковых отходов угольных электростанций, и может найти применение, в том числе при переработке золоотвалов Экибастузской ГРЭС. Технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555980
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.10.2015
№216.013.8125

Экологически чистая энергетическая установка на основе камеры детонационного горения

Изобретение относится к области энергетики и двигателестроения и предназначено в качестве энергоустановки для генерации тепловой и электрической энергии. Установка содержит детонационную камеру бескислородного разложения ацетилена на газообразный водород и углерод в виде наночастиц, которая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564658
Дата охранного документа: 10.10.2015
20.12.2015
№216.013.9a65

Способ получения углеродных нанотрубок

Изобретение относится к области нанотехнологий и может быть использовано при получении элементов памяти, наноэлектрических проводов, электрических и магнитных материалов. В реакторе создают объемную термическую плазму и вводят в нее углеродсодержащий материал - сажу или графит - и катализатор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571150
Дата охранного документа: 20.12.2015
20.08.2016
№216.015.4d44

Шихта для получения высокоосновных окатышей

Изобретение относится к технологии строительных материалов, более конкретно к подготовке шихты для получения алюмосиликатных окатышей для промышленной и строительной индустрии. Технический результат заключается в повышении прочности высокоосновных окатышей при одновременном снижении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595029
Дата охранного документа: 20.08.2016
+ добавить свой РИД