способ и устройство для стабилизации электропитания

Формула изобретения

1. Способ стабилизации электропитания, заключающийся в том, что

пропускают электрический ток через сверхпроводящий элемент, характеризующийся возможностью подавления в нем сверхпроводимости при превышении электрическим током порогового значения,

пропускают дополнительный электрический ток через металлический элемент, связанный со сверхпроводящим элементом,

заполняют теплоизолированный и закрытый внутренний контейнер долей жидкой фракции хладагента и долей газообразной фракции хладагента,

охлаждают сверхпроводящий элемент и металлический элемент посредством их непосредственного контакта с жидкой фракцией хладагента во внутреннем контейнере и

обеспечивают массообмен хладагентом между внутренним контейнером и внешним контейнером, причем обменом хладагента управляют в зависимости от массового расхода хладагента, выходящего из внутреннего контейнера, мгновенного давления во внутреннем контейнере и с прерыванием заданной продолжительности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что массообмен осуществляют, когда мгновенное давление во внутреннем контейнере превышает давление во внешнем контейнере на заданную величину.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что массообмен в значительной степени снижают после того, как массовый расход на выходе внутреннего контейнера превысит заданный уровень.

4. Способ по любому из пп.1 или 3, отличающийся тем, что массообмен осуществляют после заданной временной задержки после того, как мгновенное давление во внутреннем контейнере достигнет значения, превышающего давление во внешнем контейнере.

5. Устройство для стабилизации электропитания, содержащее

сверхпроводящий элемент, характеризующийся возможностью подавления в нем сверхпроводимости при превышении электрическим током порогового значения,

металлический элемент, связанный со сверхпроводящим элементом, теплоизолированный и герметичный внутренний контейнер, заполненный частью жидкой фракции хладагента и частью газообразной фракции хладагента,

внутренний контейнер, предназначенный для охлаждения сверхпроводящего элемента и металлического элемента посредством их непосредственного контакта с жидкой фракцией хладагента во внутреннем контейнере, и

средство обеспечения массообмена хладагентом между внутренним контейнером и внешним контейнером, содержащее

контроллер массового расхода хладагента, выходящего из внутреннего контейнера,

контроллер мгновенного давления во внутреннем контейнере и

схему задержки, обеспечивающую заданную временную задержку для работы контроллера массового расхода.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что контроллер массового расхода содержит переходной элемент, предназначенный, пригодный для транспортировки хладагента и обеспечивающий увеличенное дифференциальное давление между внутренним контейнером и внешним контейнером после каждого случая увеличения массового расхода.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что переходный элемент представляет собой патрубок.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что переходный элемент представляет собой управляемый извне клапан.

9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что контроллер мгновенного давления содержит дополнительный нормально закрытый клапан.

10. Устройство по любому из пп.5-9, отличающееся тем, что схема задержки предназначена для открытия управляемого извне клапана.

11. Устройство по любому из пп.5-9, отличающееся тем, что металлический элемент, по меньшей мере, частично образован посредством по меньшей мере одной металлической стенкой внутреннего контейнера.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что металлический элемент связан со сверхпроводящим элементом электрическими соединениями или по общей части магнитного потока.

13. Устройство по любому из пп.5-9 и 12, отличающееся тем, что сверхпроводящий элемент содержит сверхпроводящую ленту с покрытием, содержащую высокотемпературный сверхпроводник.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к способу и устройствам для стабилизации электропитания.

Способ и устройство для стабилизации электропитания, являющееся также токовым ограничителем или ограничителем тока повреждения (тока короткого замыкания), известны, например, из патента США 5,379,020. Способ заключается в том, что пропускают электрический ток через сверхпроводящий элемент, характеризующийся возможностью подавления сверхпроводящего состояния при превышении электрическим током порогового значения, пропускают добавочный электрический ток через металлический элемент, связанный со сверхпроводящим элементом, заполняют теплоизолированный и герметичный внутренний контейнер частью жидкой фракции хладагента (жидкий азот) и частью газообразной фракции хладагента (азот), охлаждают сверхпроводящий элемент и металлический элемент благодаря их непосредственному контакту с жидкой фракцией хладагента во внутреннем контейнере и обеспечивают массообмен хладагента между внутренним контейнером и внешним контейнером для заполнения вновь внутреннего контейнера до его рабочего уровня.

Устройство для реализации этого способа содержит

сверхпроводящий элемент, характеризующийся возможностью подавления в нем сверхпроводимости при превышении электрическим током порогового значения,

металлический элемент, связанный со сверхпроводящим элементом,

теплоизолированный и герметичный внутренний контейнер, заполненный долей жидкой фракции хладагента и долей газообразной фракции хладагента,

внутренний контейнер, способный обеспечить охлаждение сверхпроводящего элемента и металлического элемента посредством их непосредственного контакта с жидкой фракцией хладагента, и

средство обеспечения массообмена хладагента между внутренним контейнером и внешним контейнером.

Такой способ и устройство могут быть использованы для стабилизации электропитания, в частности для стабилизации тока во внешней электрической цепи, с которой связано устройство. Внешняя цепь может быть защищена от перегрузки по току. Вместе с тем, такие ограничивающие ток устройства имеют недостаток, заключающийся в том, что время отклика этих устройств относительно велико, что недопустимо в некоторых случаях. Кроме того, в сверхпроводящем элементе при перегрузках по току могут иметь место локальные перегрузки, так называемые "горячие пятна". Эти горячие пятна могут ограничивать срок службы сверхпроводника и в крайних случаях могут привести к повреждению сверхпроводящего элемента и устройства в целом.

Технической задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства для стабилизации электропитания при малом времени отклика. Дополнительной задачей настоящего изобретения является увеличение срока службы устройства. Еще одной дополнительной задачей изобретения является создание устройства, имеющего невысокую себестоимость.

Поставленные задачи решены с помощью способа, заявленного в п.1, и с помощью устройства, заявленного в п.5. Дополнительные признаки способа содержатся в пунктах 2-4, и дополнительные признаки устройства содержатся в пунктах 6-13.

Согласно настоящему изобретению способ стабилизации электропитания заключается в том, что

пропускают электрический ток через сверхпроводящий элемент, характеризующийся возможностью подавления в нем сверхпроводимости при превышении электрическим током порогового значения,

пропускают дополнительный электрический ток через металлический элемент, связанный со сверхпроводящим элементом,

заполняют теплоизолированный и закрытый внутренний контейнер долей жидкой фракции хладагента и долей газообразной фракции хладагента,

охлаждают сверхпроводящий элемент и металлический элемент путем непосредственного контакта с жидкой фракцией хладагента во внутреннем контейнере,

обеспечивают массообмен хладагента между внутренним контейнером и внешним контейнером.

Обмен хладагентом управляется и обеспечивается в зависимости от:

массового расхода хладагента, выходящего из внутреннего контейнера, и

мгновенного давления во внутреннем контейнере, а также

с прерыванием заданной продолжительности.

Во время нормальной работы сверхпроводник находится в сверхпроводящем состоянии, то есть в состоянии с низким сопротивлением. При превышении током порогового значения сверхпроводник быстро переходит в состояние с высоким сопротивлением, что означает подавление сверхпроводимости, стабилизируя тем самым электрический ток. В способе в соответствии с изобретением осуществляют управление подавлением сверхпроводимости сверхпроводника и, следовательно, стабилизируют электропитание посредством управления степенью охлаждения сверхпроводящего элемента хладагентом во время перегрузки по току или в режиме повреждения. В частном случае степень охлаждения хладагентом изменяют во времени, например, после начала перегрузки по току или в аварийной ситуации.

В соответствии с изобретением обмен хладагентом между внешним контейнером и внутренним контейнером, в котором расположен сверхпроводящий элемент, регулируют для управления характеристиками подавления сверхпроводимости сверхпроводящего элемента.

Обменом хладагента управляют регулированием последующих параметров после начальных стадий подавления сверхпроводимости. Начальная стадия подавления сверхпроводимости может реализоваться в локальных областях или в областях горячих пятен. В соответствии с изобретением последующие параметры регулируют с заданной временной последовательностью для достижения заданных характеристик подавления сверхпроводимости и поэтому управляют стабилизацией электропитания или тока во внешней цепи, с которой связано устройство для реализации способа - это массовый расход хладагента, выходящего из внутреннего контейнера, и мгновенное давление во внутреннем контейнере с прерыванием заданной длительности. В этом смысле прерывание заданной длительности относится к временной задержке между регулированием массового расхода хладагента и мгновенным давлением во внутреннем контейнере и, в частности, между началом регулирования массового расхода хладагента и мгновенным давлением во внутреннем контейнере.

Например, когда сверхпроводящий элемент начинает переходить в состояние с высоким сопротивлением, локальные изолированные области сверхпроводника могут переходить в состояние с высоким сопротивлением, то есть первыми испытывать подавление сверхпроводящего состояния. Это приводит к закипанию жидкого хладагента. При этом увеличение давления может регулироваться закрытием внутреннего контейнера для снижения или предотвращения перетекания хладагента из внешнего контейнера во внутренний контейнер. Закрытие внутреннего контейнера приводит к увеличению давления внутри него и увеличению температуры кипения хладагента. Охлаждающая способность, обеспечиваемая хладагентом для сверхпроводящего элемента, снижается, что приводит к быстрому подавлению сверхпроводящего состояния сверхпроводника в целом.

Достоинство предложенного способа заключается в снижении времени отклика при стабилизации электропитания внешней цепи. Кроме того, поскольку сверхпроводящее состояние всего сверхпроводника подавляется быстро, то при этом исключается влияние локальных горячих пятен, что позволяет увеличить срок службы сверхпроводящего элемента и электрического устройства в целом.

В одном варианте реализации изобретения массообмен становится возможным, когда мгновенное давление во внутреннем контейнере превышает давление во внешнем контейнере на заданную величину. При этом хладагент может перейти во внутренний контейнер из внешнего контейнера, увеличивая охлаждающую способность.

В другом варианте реализации изобретения массообмен значительно снижается после того, как массовый расход из внутреннего контейнера превысит заданный уровень. Этим контролируется температура и охлаждающая способность в пределах внутреннего контейнера.

В еще одном варианте реализации изобретения массообмен становится возможным после заданной временной задержки после того, как мгновенное давление во внутреннем контейнере достигнет значения, большего, чем давление во внешнем контейнере. Это позволяет снизить степень охлаждения и увеличить температуру кипения хладагента на требуемый промежуток времени.

Устройство для стабилизации электропитания в соответствии с изобретением содержит

сверхпроводящий элемент, характеризующийся возможностью подавления в нем сверхпроводимости при превышении электрическим током порогового значения,

металлический элемент, связанный со сверхпроводящим элементом,

теплоизолированный и герметичный внутренний контейнер, заполненный частью жидкой фракции хладагента и частью газообразной фракции хладагента,

внутренний контейнер для охлаждения сверхпроводящего элемента и металлического элемента посредством их непосредственного контакта с жидкой фракцией хладагента во внутреннем контейнере,

средство обеспечения массообмена хладагента между внутренним контейнером и внешним контейнером.

Средство массообмена хладагента содержит

контроллер массового расхода хладагента, выходящего из внутреннего контейнера;

контроллер мгновенного давления во внутреннем контейнере,

схему задержки, обеспечивающую заданную временную задержку для работы контроллера массового расхода.

Во время работы устройство стабилизации электропитания связано с внешней стабилизируемой цепью. Это может осуществляться многими способами, известными в данной области техники.

Контроллер массового расхода позволяет хладагенту перетекать из внешнего контейнера во внутренний контейнер, в котором, по меньшей мере, управляемый сверхпроводящий элемент расположен так, что имеется возможность управления степенью охлаждения хладагентом во внутреннем контейнере и, соответственно, возможность управления подавлением сверхпроводимости сверхпроводящего элемента и стабилизации электропитания или тока во внешней цепи, с которой связано устройство.

Контроллер мгновенного давления позволяет регулировать давление внутри внутреннего контейнера. Контроллер может быть закрыт, например, после выявления режима перегрузки по току по увеличению давления внутри внутреннего контейнера, для увеличения давления в контейнере и снижения степени охлаждения. Это вызывает быстрое подавление сверхпроводимости сверхпроводящего элемента в целом и увеличивает время отклика устройства. Если, например, давление превышает заданное значение, то контроллер, который может содержать клапан, может, например, открыться и понизить давление во внутреннем контейнере. Таким образом, можно устанавливать необходимую температуру кипения хладагента.

Схема задержки может обеспечить заданное время задержки между закрытием клапана, управляющего мгновенным давлением внутреннего контейнера, и открытием контроллера массового расхода, который позволяет вводить хладагент во внутренний контейнер из внешнего контейнера и понизить температуру кипения хладагента в пределах внутреннего контейнера. Таким образом, повышается степень охлаждения хладагентом в пределах внутреннего контейнера. При этом схема задержки позволяет на заданный промежуток времени понизить степень охлаждения во внутреннем контейнере.

Поэтому средство управления массообменом хладагента и внутренний контейнер совместно образуют средство управления подавлением сверхпроводимости сверхпроводящего элемента и, соответственно, средство стабилизации или ограничения тока во внешней цепи, к которой устройство присоединено.

В одном варианте реализации изобретения контроллер массового расхода содержит переходной элемент, пригодный для транспортировки хладагента и обеспечивающий увеличенное дифференциальное давление между внутренним контейнером и внешним контейнером после каждого случая увеличения массового расхода.

Переходной элемент может представлять собой патрубок. Или же переходной элемент может представлять собой управляемый извне клапан.

Контроллер мгновенного давления может содержать дополнительный нормально закрытый клапан.

Контроллер массового расхода может содержать два или более переходных элемента, которые могут независимо управляться для обеспечения точного управления массовым расходом хладагента при его транспортировке из внешнего контейнера во внутренний контейнер.

Схема задержки может обеспечить открытие управляемого извне клапана. Запускающий импульс может быть сформирован схемой временной задержки после заданного временного промежутка, который подается на переходной элемент, чтобы хладагент подавался во внутренний контейнер. Запускающий импульс может быть послан на привод для открытия клапана и разрешения на расход хладагента.

В одном варианте реализации изобретения металлический элемент представляет собой по меньшей мере одну металлическую стенку внутреннего контейнера.

В другом варианте реализации изобретения металлический элемент связан со сверхпроводящим элементом электрическими соединениями или по общей части магнитного потока. Устройство и способ в соответствии с изобретением подходят для использования и с индуктивными, и с резистивными стабилизаторами электропитания.

Сверхпроводящий элемент содержит сверхпроводящий материал, характеризующийся тем, что обладает сверхпроводящими свойствами ниже критической температуры, ниже критического магнитного поля и ниже критического значения тока. Примерами сверхпроводников являются Nb₃ Sn и NbTi, которые обычно считаются низкотемпературными сверхпроводниками, и ReBa₂Cu₃O_7-x, где Re - один или несколько редкоземельных элементов, из группы, состоящей из Y, Bi₂Sr₂CaCu₂O_x и Bi(Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃ O_x, которые обычно считаются высокотемпературными сверхпроводниками. Хладагент выбирается в зависимости от критической температуры сверхпроводящего элемента. Для сверхпроводящих элементов, содержащих ReBa₂Cu₃O_7-x, Bi ₂Sr₂CaCu₂O_x и Bi(Pb) ₂Sr₂Ca₂Cu₃O_x , в качестве хладагента обычно используется жидкий азот.

Сверхпроводящий элемент может быть различного вида, например иметь цилиндрическую форму, быть сверхпроводящим покрытием на подложке, которая может быть непроводящей, например керамической, или быть покрытием или пленкой на гибкой металлической ленточной подложке. Одна или две стороны ленты могут быть покрыты сверхпроводящей фазой. Сверхпроводящий элемент может содержать двухосно текстурированную ленту ReBa₂Cu₃O_7-x.

Ниже приводится описание предпочтительных вариантов реализации способа и устройства для стабилизации электропитания со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает схему первого варианта реализации устройства для стабилизации электропитания согласно изобретению;

Фиг.2 - диаграммы, поясняющие способ и работу устройства согласно изобретению;

Фиг.3 - дополнительные диаграммы, поясняющие способ и работу устройства согласно изобретению;

Фиг.4 - схему второго варианта реализации устройства согласно изобретению;

Фиг.5 - схему третьего варианта реализации устройства согласно изобретению;

Фиг.6. - схему четвертого варианта реализации устройства согласно изобретению.

На Фиг.1 представлена схема первого варианта реализации устройства для стабилизации электропитания в соответствии с настоящим изобретением. Устройство содержит сверхпроводящий элемент 1, характеризующийся возможностью подавления в нем сверхпроводимости при превышении электрическим током порогового значения, металлический элемент 2, связанный со сверхпроводящим элементом посредством соединительных дисков 3, теплоизолированный и герметичный внутренний контейнер 4, заполненный хладагентом, который содержит часть 6 жидкой фракции хладагента и часть 31 газообразной фракции хладагента, внутренний контейнер 4 для охлаждения сверхпроводящего элемента 1 и металлического элемента 2 посредством их непосредственного контакта с жидкой фракцией 6 хладагента. Сверхпроводящий элемент расположен в полости металлического элемента. На металлическом элементе имеется ряд отверстий 2а, позволяющих жидкому хладагенту 6 попадать в полость и осуществлять непосредственный контакт жидкого хладагента 6 со сверхпроводящим элементом 1. Устройство содержит также средства 9, 10, 20-26 и 30, 34, 35 для обеспечения массообмена хладагентом между внутренним контейнером 4 и внешним контейнером 7.

Средства для массообмена в соответствии с изобретением содержат контроллер 9, 10, 20-24, 26 массового расхода для управления хладагентом, выходящим из внутреннего контейнера 4, контроллер 30-35 мгновенного давления во внутреннем контейнере 4 и схему задержки 25, обеспечивающую заданную временную задержку для работы контроллера массового расхода.

Контроллер массового расхода содержит переходной элемент 9, 10, 20-23, 26 для транспортировки хладагента, обеспечивающий увеличенное дифференциальное давление между внутренним контейнером 4 и внешним контейнером 7 после каждого случая увеличения массового расхода. В настоящем варианте реализации переходной элемент представляет собой управляемый извне клапан в виде шарика 20, перемещающегося между положением 20' и положением 21, и сдвижной позиционер или клапан 22.

Контроллер мгновенного давления содержит нормально закрытый дополнительный клапан 30, в котором шарик 32 упруго прижимается пружиной 33 к патрубку 31. Дополнительный клапан также может быть присоединен к верхней части внешнего контейнера 7 над уровнем жидкого хладагента 8.

Схема 25 задержки обеспечивает открытие управляемого извне клапана 22 с помощью запускающего сигнала, производимого движущимся шариком 20. Этот импульсный сигнал усиливается усилителем 23 и через соединение 24 подается на схему задержки 25. Задержанный импульс подается на привод 26, который обеспечивает возврат шарика в положение 20'.

Конструкция устройства содержит также два электрических вывода 5, подводящих электрический ток к сверхпроводящему элементу 1 и металлическому элементу 2.

Способ осуществляется следующим образом.

Пропускают электрический ток через сверхпроводящий элемент 1, характеризующийся возможностью подавления в нем сверхпроводимости при превышении электрическим током порогового значения.

Пропускают дополнительный электрический ток через металлический элемент 2, связанный со сверхпроводящим элементом 1.

Заполняют теплоизолированный и герметичный внутренний контейнер 4 частью жидкой фракции 6 хладагента и частью газообразной фракции 31 хладагента.

Охлаждают сверхпроводящий элемент 1 и металлический элемент 2, благодаря их непосредственному контакту с жидкой фракцией 6 хладагента во внутреннем контейнере 4.

Осуществляют массообмен хладагента между внутренним контейнером 4 и внешним контейнером 7.

Обмен хладагентом в соответствии с изобретением осуществляют в зависимости, по меньшей мере, от трех параметров:

от массового расхода хладагента, выходящего из внутреннего контейнера 4,

от мгновенного давления во внутреннем контейнере 4,

при заданной временной задержке.

Протекание тока через сверхпроводящий элемент 1 и протекание дополнительного тока через металлический элемент 2 обеспечиваются разделением тока, выполняемым электрическими токовводами 5 и соединительными дисками 3.

Заполнение внутреннего контейнера 4 осуществляется через внешний контейнер 7, наполняемый жидким хладагентом, в данном случае жидким азотом. Если уровень жидкого хладагента достаточен, то хладагент начинает заполнять внутренний контейнер 4 через трубку 9 и открытый клапан 10. Заполнение внутреннего контейнера 4 продолжается до тех пор, пока уровень 40 жидкого хладагента не станет достаточным настолько, что только малая часть объема 41, обычно несколько кубических сантиметров, заполняется газообразной фракцией 31 хладагента.

Охлаждение сверхпроводящего элемента 1 осуществляется при непосредственном контакте с жидкой фракцией 6 хладагента во внутреннем контейнере 4. Это обеспечивается с помощью ряда маленьких сквозных отверстий 2а во внешних стенках металлического элемента 2, которые позволяют жидкому хладагенту попадать во внутреннюю полость металлического элемента 2, где расположен сверхпроводящий элемент 1. Обеспечивается непосредственное, т.е. поверхность к поверхности, охлаждение сверхпроводящего элемента 1.

На начальной стадии при номинальном токе в сверхпроводящем элементе 1 массовый расход хладагента настолько мал, что управляемый извне клапан 10 находится в открытом состоянии. Мгновенное давление во внутреннем контейнере 4 практически равно давлению во внешнем контейнере 7. Поэтому нормально закрытый дополнительный клапан 30 поддерживается закрытым.

Когда электрический ток в сверхпроводящем элементе 1 превысит пороговое значение, сверхпроводящее состояние элемента 1 начинает подавляться и он переходит в состояние большого сопротивления. В начальный момент времени подавление происходит в ряде локальных точек. В результате выделения Джоулева тепла в сверхпроводящем элементе 1 и в металлическом элементе 2 интенсифицируется кипение жидкого хладагента и массовый расход хладагента, выходящего из внутреннего контейнера 4, быстро увеличивается. Это приводит к закрытию управляемого извне клапана 10. Если объем 41 внутреннего контейнера 4, занятый газообразным хладагентом, мал, то давление во внутреннем контейнере 4 быстро возрастает.

Верхний предел этого давления задается контроллером 30-35 мгновенного давления. Если давление превышает заданный уровень, то нормально закрытый дополнительный клапан 30 открывается и давление падает. В результате мгновенное давление в контейнере слабо осциллирует. После заданной временной задержки запускающий импульс, изначально инициированный шариком 20 и сдвиговым позиционером 22, подается на привод 26, который обеспечивает возврат шарика в начальное положение 20'. Управляемый извне клапан 10 открывается и давление в контейнере 4 сравнивается с давлением во внешнем контейнере 7 на некоторый период времени.

Диаграмма изменения во времени мгновенного давления и массового расхода показана на Фиг.2, где _f обозначает длительность фронта импульса давления, _delay обозначает временную задержку, заданную схемой задержки, и _r обозначает время падения давления, происходящего на последней стадии рабочего цикла управляемого извне клапана 10.

Как увеличение давления во внутреннем контейнере приводит к увеличению температуры кипения хладагента, так и степень охлаждения хладагентом сверхпроводящего элемента 1 значительно снижается во время действия импульса давления, если мгновенное давление достигает 2-6 бар. Это приводит к быстрому подавлению сверхпроводимости сверхпроводника в целом, подавляя влияние "горячих пятен". В итоге это приводит к снижению времени отклика при стабилизации электропитания.

Изменение со временем температуры кипения хладагента 6, а также сопротивления сверхпроводящего элемента 1 и металлического элемента 2, электрически соединенных параллельно, показано на диаграммах на Фиг.3. Обозначения на Фиг.3 те же самые, что и на Фиг.2; сплошные кривые соответствуют настоящему изобретению, точечные кривые соответствуют известному уровню техники. Из Фиг.3 следует, что время отклика, обеспечиваемое заявленным способом и устройством, значительно короче того, что обеспечивается устройством и способами, в которых обмен хладагентом не регулируется так, как в заявленном изобретении. Время отклика снижается в настоящем изобретении в 5-20 раз, обеспечивая абсолютное значение времени отклика порядка 100 мкс.

На Фиг.4 показана схема второго варианта реализации устройства в соответствии с настоящим изобретением. Устройство содержит сверхпроводящий элемент 51, характеризующийся возможностью подавления в нем сверхпроводимости при превышении электрическим током порогового значения, металлический элемент 52, связанный со сверхпроводящим элементом общей частью магнитного потока (не показан), теплоизолированный и герметичный внутренний контейнер 54, заполненный частью жидкой фракции 56 хладагента и частью газообразной фракции 81 хладагента, внутренний контейнер 54, пригодный для охлаждения сверхпроводящего элемента 51 и металлического элемента 52 посредством их непосредственного контакта с жидкой фракцией 56 хладагента, и средство 60, 70, 71 обеспечения массообмена хладагентом между внутренним контейнером 4 и внешним контейнером 7.

Средство для массообмена хладагентом содержит контроллер 60 массового расхода, основанный на переходном элементе 60, контроллер 70 мгновенного давления во внутреннем контейнере 54 и схему 60 задержки.

В этом варианте реализации схема задержки обеспечивается тем же переходным элементом, который содержит контроллер массового расхода.

Переходный элемент предоставлен в виде патрубка с достаточно малым сечением для обеспечения импульса давления во внутреннем контейнере 54 в течение времени, требуемого для стабилизации питания (то есть ограничения питания).

Контроллер мгновенного давления содержит нормально закрытый дополнительный клапан 70 с возможностью самовозврата. Дополнительный клапан может также быть соединен с верхней частью внешнего контейнера 57 в том месте, которое выше уровня жидкого хладагента 58.

Работа устройства на Фиг.4 осуществляется таким же образом, что и работа устройства на Фиг.1, но с тем различием, что патрубок 60, работающий как пассивный элемент, обуславливает время отклика около 200 микросекунд, что приблизительно в два раза дольше, чем время отклика варианта реализации на Фиг.1. Вместе с тем, это время отклика все же много меньше, чем время отклика известных устройств.

На Фиг.5 показана схема третьего варианта реализации устройства в соответствии с настоящим изобретением. Устройство содержит в этом случае те же элементы, что и устройство, показанное на Фиг.1, но со следующими модификациями.

Осуществление массообмена жидкого хладагента и газообразного хладагента разделено таким образом, что обмен газом обеспечивается управляемым извне клапаном 10 с приводом 26, а обмен жидкостью обеспечивается вторым контролируемым извне клапаном 10а, задействованным на привод 26а.

Устройство содержит дополнительный клапан 101, обеспечивающий стабилизацию давления во внешнем контейнере 7.

Устройство содержит механизм 102 охлаждения, обеспечивающий сжижение газообразного хладагента в пределах внешнего контейнера 7.

Контроллер (не показан) мгновенного давления во внутреннем контейнере 4 присутствует как часть конструкции. Устройство может также содержать электрические соединения 3 между сверхпроводящим элементом 1 и металлическим элементом 2, а также токовые вводы 5 (Фиг.1). В случае индуктивной или магнитной связи сверхпроводящего элемента 1 и металлического элемента 2 такие соединения и токовводы не требуются.

Устройство работает так же, как и устройство на Фиг.1, но с тем различием, что управление массовым расходом обеспечивается двумя каналами, содержащими два независимых клапана 10 и 10а. Устройство и способ обеспечивают более точное управление массовым расходом по сравнению с вариантом реализации на Фиг.1. Оказывается возможным обеспечить дополнительное снижение времени отклика на 30% по сравнению с вариантом реализации на Фиг.1. Время отклика устройства на Фиг.5 составляло 70 микросекунд.

На Фиг.6 показана схема третьего варианта реализации устройства в соответствии с настоящим изобретением. Устройство содержит в этом случае те же элементы, что и устройство, показанное на Фиг.5, но со следующими модификациями.

Внутренний контейнер 114, заполняемый жидким хладагентом в объеме 106, имеет тороидальную форму для обеспечения магнитной связи сверхпроводящего элемента 111 с первичной обмоткой 120, снабженной изолирующим сердечником 122. Связь обеспечивается железным сердечником 125. Металлический элемент частично представляет собой металлическое кольцо 112 и частично металлические стенки внутреннего контейнера 114 при этом, и металлическое кольцо 112 и металлические стенки внутреннего контейнера 114 связаны магнитным потоком, формируемым железным сердечником 125.

Отличие в способе работы от способа по Фиг.5 зависит главным образом от примененной магнитной связи сверхпроводящего элемента 111, когда ток в стабилизируемой цепи переменного тока при ее питании подается на первичную обмотку 120 через концевые провода 121.