Промышленные методы ожижения водорода

А. В. Маннаников, cтудент гр. НТ-081, И. М. Шушлебин

Кафедра физики твердого тела

О

Рис. 1. Схема ожижения водорода методом дросселирования: К-компрессор; ВН-вакуум-насос; I,III-теплообменники, II-ванна с охлаждающей жидкостью, IV-сборник жидкого водорода

Рис. 2. Схема цикла двух давлений: К-компрессор; I,III,V-теплообменники; II-ванна с жидким азотом; IV-сосуд для промежуточного дросселирования; IV-сборник жидкого водорода (1, 2-дроссельные вентили)

бласть низких температур является важным объектом исследования. Помимо таких постоянных газов в жидком состоянии как азот, кислород, гелий, важным также считается водород. Для ожижения последнего применяются различные методы. Один из них метод дросселирования с предварительным охлаждением рис. 1. Газообразный водород сжимается изотермически в компрессоре и поступает в теплообменник I, где охлаждается; затем водород поступает в ванну II предварительного охлаждения, где его температура понижается. Дальнейшее же понижение температуры в теплообменнике III позволяет после дросселирования получить в сборнике IV жидкость в количестве х кг/кг. Жидкость отбирается из цикла, а оставшиеся пары (1 — х) идут обратным потоком через теплообменники III и I, охлаждая прямой поток. Чем ниже температура предварительного охлаждения в точке 4, тем выше коэффициент ожижения х и, следовательно, экономичность цикла. Более низкая температура может быть обеспечена путем снижения давления в ванне с кипящей жидкостью (откачкой паров вакуумным насосом). Если предварительное охлаждение осуществлять в двух ваннах жидкостью, кипящей под атмосферным давлением, а затем под вакуумом, то расход жидкости уменьшается, экономичность растет. Рассмотренная схема применяется в ожижителях небольшой и средней производительности [1]. В другом методе ожижение водорода производится в цикле двух давлений рис. 2. Поток водорода высокого давления проходит теплообменники I, II, III и дросселируется до промежуточного давления в сосуд IV. Небольшое количество водорода охлаждается в теплообменнике V и дросселируется в сборник жидкости VI: остальной водород из сосуда IV возвращается через теплообменники в компрессор при промежуточном давлении. Работа сжатия в компрессоре существенно уменьшается и, несмотря на некоторое уменьшение коэффициента ожижения, удельный расход энергии снижается. Минимальный расход энергии имеет место при промежуточном давлении, равном примерно половине высокого давления. Цикл двух давлений сравнительно прост и надежен при умеренном расходе энергии, поэтому его использование рекомендуется в установках малой и средней производительности [1].

Литература

1.Е. И. Микулин // Криогенная техника. М. ,”Машиностроение”, 1969, стр. 272.

УДК 621.315.57: 537.312.62

Методы получения массивных втсп

О.В. Пасюкова, студенты гр. НТ-101, Е.С. Кипелова, В.Е. Милошенко

Кафедра физики твердого тела

Известно, что к высокотемпературным сверхпроводникам относятся материалы с температурой N-S перехода выше температуры жидкого азота (77К). Они используются как в виде массивных материалов, так и в виде пленок. В докладе мы будем рассматривать некоторые технологии получения массивных сверхпроводников.

К ним относится "керамический метод (технология)" на примере Y-Ba-Cu-O. Данная технология включает следующие основные стадии: дозирование и просушка исходных компонентов шихты и ее гомогенизация, высокотемпературный синтез при температурах 830-840^оС с промежуточным помолом шихты, а также компактирование (прессование) и отжиг керамических изделий при температуре 940^оС. На плотность и микроструктуру полученных материалов оказывают сильное влияние состояние исходного порошка и условия синтеза. Керамические материалы содержат неориентированные зерна, поры и примесь посторонних фаз. Введение небольшого количества примесных оксидов в основной состав положительно сказывается на свойствах керамик, способствуя образованию необходимой текстуры. Таким методом получают Y-ВТСП с наперед заданными свойствами: критической температурой T_к=93К, критическим током I=10 А/□, критическими полями H_к1=30 Гс, H_к2=10⁵ Гс.

Вторым методом получения массивных ВТСП является метод с использованием сверхвысокочастотного источника нагрева. В этой технологии так же используют подготовительные этапы приготовления сверхпроводников, как и в керамической (взвешивание порошков, их перемешивание до стехиометрического состава, компактирование), а далее производится отжиг в СВЧ-печи при частоте 2,45 ГГц и строго дозированном времени. Насыщение кислородом происходит непосредственно при отжиге и при дальнейшем остывании в печи.

Третий метод – это изготовление квазимонокристаллов высокотемпературных сверхпроводников состава YBaCuO разработанный в МГТУ им. Баумана. Его суть заключается в том, что для выращивания кристаллов изготавливают затравку, размещают ее на поверхности заготовки и подвергают кристаллизации. Затравку вырезают в виде параллелепипеда таким образом, чтобы две противоположные длинные грани соответствовали кристаллографической плоскости (001) затравки, а ребра длинных граней ориентируют в кристаллографическом направлении [110]±30°, при этом ширина затравки должна быть минимальной, но обеспечивающей устойчивость положения затравки на поверхности заготовки.

Представленные технологии демонстрируют основные направления развития методов получения ВТСП, но не представляют всю полноту картины. В частности, многие прикладные подходы непосредственно связаны с созданием конкретных сверхпроводящих структур и устройств.

Литература

1. Плакида Н.М. Высокотемпературные сверхпроводники// М.: международная программа образования., 1996. 288 с.

2. Сокращенный перевод статьи M. Kato, K.Sakakibara и Y. Koike. J. Appl.Phis. 1997, v36, p. L1291.

УДК 621.315.57: 537.312.62