CN112585417A - 用于超导发电机的远程驱动式低温冷却器 - Google Patents

Abstract

一种低温冷却器组件，包括至少一个远程驱动式低温冷却器，至少一个远程驱动式低温冷却器可在开启操作状态与关闭操作状态之间操作，并且限定低温冷却器组件的第一级。液化杯与低温流体贮存器流体连通，其中，多个导管使液化杯热联接到流体贮存器，并且限定低温冷却器组件的第二级。低温冷却器组件进一步包括：阀、气体/液体开关、致动支承臂以及热管道中的一个或多个，其联接到低温冷却器组件的第二级，以在关闭操作状态期间，远程地断开第一级与第二级之间的由至少一个远程驱动式低温冷却器生成的热路径。公开了包括至少一个远程驱动式低温冷却器组件的超导发电机和利用至少一个远程驱动式低温冷却器组件来操作用于超导发电机的冷却组件的方法。

Description

用于超导发电机的远程驱动式低温冷却器

技术领域

本公开的实施例总体上涉及一种冷却系统，并且更特别地涉及一种用于在超导发电机的低温冷却系统中使用的远程驱动式低温冷却器。

背景技术

超导磁体在诸如但不限于下者的多种设备中使用：用于电动发电机和马达的超导转子、用于医疗诊断的磁共振成像(MRI)系统、用于火车运输的磁悬浮装置、核聚变和大故障电流限制装置。

常规的超导磁体包括典型地必须与环境热隔离的至少一个超导线圈。一些超导磁体由低温冷却器(诸如，常规的Gifford-McMahon (GM)的低温冷却器或脉冲管式低温冷却器)进行传导冷却，低温冷却器的壳体封闭地连接到真空包封件，低温冷却器的第一级从壳体延伸到真空包封件中，以与热屏蔽件热接触，并且，低温冷却器的第二级从第一级延伸，以与超导线圈热接触。使用GM型低温冷却器(例如，用于MRI的Cryomech®或Sumitomo®(SHI)冷头模型RDK)的典型的低温冷却系统利用提供所需的冷却性能的所安装的一个低温冷却器来运行。一些已知的MRI系统需要两个低温冷却器，但在此情况下，两个冷却器都永久地运行。

在使多于一个低温冷却器并入的系统中，诸如在冗余或后备的情形下，安装并且准备好冷却但未操作的任何低温冷却器将由沿着冷却器管的热传导和热辐射中的一种或多种引起的寄生热引入到系统。如果冷却器不运行，则冷却器基本上处于室温，从而将热引入到级所接触的区域。

因而，需要采用多个低温冷却器的改进的低温冷却系统，其中，一个或多个低温冷却器处于空转或关闭操作状态，而未将寄生热引入到系统。另外，需要用于远程地驱动空转或关闭操作状态的低温冷却器的手段。

发明内容

本公开的多种实施例提供了一种低温冷却器组件。低温冷却器组件包括阀、气体/液体开关、支承臂以及热管道中的一个或多个、液化杯以及至少一个远程驱动式低温冷却器。至少一个远程驱动式低温冷却器可在开启操作状态与关闭操作状态之间操作，并且限定低温冷却器组件的第一级。液化杯与低温流体贮存器流体连通。多个导管使液化杯热联接到低温流体贮存器，并且限定低温冷却器组件的第二级。阀、气体/液体开关、支承臂以及热管道中的一个或多个联接到低温冷却器组件的第二级，以在关闭操作状态期间，远程地断开第一级与第二级之间的由至少一个远程驱动式低温冷却器生成的热路径。

根据另一示例性实施例，公开了一种超导发电机，超导发电机包括壳体、热屏蔽件、冷却组件以及至少一个超导场绕组。壳体延伸第一长度并且在其中限定绝缘真空包封件。至少一个超导场绕组设置于绝缘真空包封件内并且与壳体间隔开。热屏蔽件设置于绝缘真空包封件内，并且环绕至少一个超导场绕组且与至少一个超导场绕组间隔开。冷却组件与至少一个超导场绕组流体连通。冷却组件包括至少一个低温冷却器组件和至少一个额外的低温冷却器组件。至少一个低温冷却器组件可在开启操作状态与关闭操作状态之间操作。至少一个额外的低温冷却器组件可在开启操作状态与关闭操作状态之间操作。至少一个额外的低温冷却器包括阀、气体/液体开关、支承臂以及热管道中的一个或多个、远程驱动式低温冷却器以及液化杯。远程驱动式低温冷却器可在开启操作状态与关闭操作状态之间操作并且限定至少一个额外的低温冷却器组件的第一级。液化杯与低温流体贮存器流体连通。多个导管使液化杯热联接到流体贮存器，并且限定至少一个额外的低温冷却器组件的第二级。阀、气体/液体开关、支承臂以及热管道中的一个或多个联接到至少一个额外的低温冷却器组件的第二级，以在关闭操作状态期间，远程地断开第一级与第二级之间的由至少一个额外的低温冷却器组件生成的热路径。

根据又一示例性实施例，公开了一种操作用于超导发电机的冷却组件的方法。冷却组件包括第一低温冷却器组件和至少一个远程驱动式低温冷却器组件。方法包括在开启操作状态下操作第一低温冷却器组件并且在关闭操作状态下操作至少一个远程驱动式低温冷却器组件。在关闭操作状态期间，在至少一个远程驱动式低温冷却器组件的第一级与第二级之间生成热路径。方法进一步包括远程地致动联接到至少一个远程驱动式低温冷却器组件的第二级的阀、气体/液体开关、支承臂以及热管道中的一个或多个，以远程地使热路径从至少一个远程驱动式低温冷却器的第一级断开。继续进行第一低温冷却器的操作，直到需要额外的冷却功率或第一低温冷却器失效中的一种。在此阶段，远程地致动联接到至少一个远程驱动式低温冷却器组件的第二级的阀、气体/液体开关、支承臂以及热管道中的一个或多个，以远程地使热路径从至少一个远程驱动式低温冷却器的第一级连接到至少一个远程驱动式低温冷却器的第二级。

在参考附图来阅读以下详细描述和所附权利要求书时，本公开的其它目标和优点将变得显而易见。

附图说明

根据结合描绘本公开的多种实施例的附图而得到的本公开的多种方面的以下详细描述，将更容易理解本公开的这些特征和其它特征，在附图中：

图1是根据本文中所示出或描述的一个或多个实施例的超导发电机的示意图；

图2是根据本文中所示出或描述的一个或多个实施例的处于脱离并且关闭的操作状态的图1的低温冷却器的示意图；

图3是根据本文中所示出或描述的一个或多个实施例的处于接合并且关闭的操作状态的图2的低温冷却器的示意图；

图4是根据本文中所示出或描述的一个或多个实施例的处于接合并且开启的操作状态的远程驱动式低温冷却器的实施例的示意性横截面视图；

图5是根据本文中所示出或描述的一个或多个实施例的处于接合并且关闭的操作状态的图4的远程驱动式低温冷却器的示意性横截面视图；

图6是根据本文中所示出或描述的一个或多个实施例的远程驱动式低温冷却器的另一实施例的示意性横截面视图；

图7是根据本文中所示出或描述的一个或多个实施例的处于接合并且开启的操作状态的远程驱动式低温冷却器的另一实施例的示意性横截面视图；

图8是根据本文中所示出或描述的一个或多个实施例的处于接合并且关闭的操作状态的图7的远程驱动式低温冷却器的示意性横截面视图；

图9是根据本文中所示出或描述的一个或多个实施例的远程驱动式低温冷却器的另一实施例的示意性横截面视图；

图10是根据本文中所示出或描述的一个或多个实施例的用于控制远程驱动式低温冷却器组件的驱动回路的实施例，其中，远程驱动式低温冷却器组件处于关闭操作状态；

图11是根据本文中所示出或描述的一个或多个实施例的图10的驱动回路，其中，远程驱动式低温冷却器组件处于开启操作状态；

图12是根据本文中所示出或描述的一个或多个实施例的用于控制远程驱动式低温冷却器的驱动回路的另一实施例，其中，远程驱动式低温冷却器组件处于关闭操作状态；

图13是根据本文中所示出或描述的一个或多个实施例的图12的驱动回路，其中，远程驱动式低温冷却器组件处于开启操作状态；以及

图14是图示根据本文中所示出或描述的一个或多个实施例的操作用于超导发电机的冷却组件的方法的流程图。

除非另外指示，否则本文中所提供的附图意在图示本公开的实施例的特征。这些特征被认为可适用于包括本公开的一个或多个实施例的许多种系统中。照此，附图不意在包括本领域普通技术人员已知的实践本文中所公开的实施例所需的所有常规特征。

注意，如本文中所呈现的附图不一定按比例绘制。附图旨在仅描绘所公开的实施例的典型的方面，并且因此不应当被认为限制本公开的范围。在附图中，同样的编号表示附图之间同样的元件。

具体实施方式

现在将详细地参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中图示。各个示例通过本发明的解释而非本发明的限制的方式来提供。实际上，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出多种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分而图示或描述的特征可与另一实施例一起使用以产生再一个另外的实施例。因而，意图的是，本发明涵盖如归入所附权利要求书及其等同体的范围内的这样的修改和变型。

为了提供对这些实施例的简明描述，在本公开中可未描述实际实施方式的所有特征。应当认识到，在任何这样的实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中那样，可作出许多特定于实施方式的决策，以实现开发者的特定目标，诸如顺从与系统相关的约束和与商业相关的约束。

除非另外限定，否则本文中所使用的技术用语和科学用语具有如本公开所属领域中的普通技术人员通常理解的相同含义。如本文中所使用的，用语“第一”、“第二”等不指代任何顺序、量或重要性，而是用于将一个元件与另一个元件区分开。而且，用语“一”和“一种”不指代量的限制，而是指代所引用的项中的至少一个的存在。本文中的“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用意在包含其后列出的项及其等同体以及额外的项。用语“连接”和“联接”不局限于物理或机械连接或联接，并且可包括或者直接或者间接的电连接或联接。

如本文中所使用的，用语“可”和“可为”指示在一组情形内发生的可能性；拥有所指定的性质、特性或功能；和/或通过表达与修饰的动词相关联的能力、性能或可能性中的一个或多个而修饰另一动词。因此，“可”和“可为”的使用指示所修饰的用语对于所指示的能力、功能或使用来说显而易见地为适当的、能够实现的或合适的，同时考虑到，在一些情形下，所修饰的用语有时可能并非适当的、能够实现的或合适的。

现在参考图1，以简化的等距视图图示了根据本公开的实施例的超导发电机10。超导发电机10配置成基于电枢(目前描述的)相对于固定场的旋转而生成电功率。超导发电机10可以以同步发电机的形式实施。在不限制本申请的范围的情况下，超导发电机10可为在风力涡轮或除了风力涡轮以外的任何应用(诸如，MRI等)中使用的实施例的示意性表示。尽管图1中所描绘的超导发电机10是径向场电机，但本公开的实施例还可适用于轴向场或横向场超导发电机。

如图1中所描绘的，超导发电机10包括设置于圆柱形壳体50中的固定场46和环形旋转电枢48。固定场46包括超导场绕组70，超导场绕组70配置成生成沿超导发电机10的径向方向取向的磁场。环形旋转电枢48可包括非超导电枢绕组58。

固定场46设置成邻近于环形旋转电枢48，并且同心地设置于环形旋转电枢48外部。如本文中所使用的，关于固定场46和环形旋转电枢48的定位的用语“设置成邻近于”指固定场46和环形旋转电枢48的相对定位，使得环形旋转电枢48由固定场46环绕。在另一实施例中，用语“设置成邻近于”指固定场46和环形旋转电枢48的相对定位，使得固定场46由环形旋转电枢48环绕(未示出)。固定场46和环形旋转电枢48通过空气间隙56而分离。

环形旋转电枢48包括导电电枢绕组58(例如，线圈或条)，导电电枢绕组58沿着环形旋转电枢48的长度纵向地布置并且布置于环形旋转电枢48的内圆柱形表面上。在示例性实施例中，导电电枢绕组58在其相反的端部处通过导电端线匝60而彼此联接。圆柱形轭62支承导电电枢绕组58。圆柱形轭62的外表面固定到圆柱形壳体。圆柱形壳体与环形旋转电枢48一起旋转。

固定场46包括限定绝缘真空包封件66的环形壳体64和设置于环形壳体64内的多个构件。环形壳体64和设置于其中的多个构件形成低温恒温器78。超导场绕组70设置于环形壳体64内，超导场绕组70由多个跑道或卵形形状的线圈68和承载或机械地支承单独的场线圈68的场线圈架72组成。绝缘真空包封件66围绕热屏蔽件74和超导场绕组70形成。热屏蔽件74包封超导场绕组70，并且帮助将超导场绕组70的温度维持到低温温度。热屏蔽件74经由双扭矩管组件76来悬挂于绝缘真空包封件66中。扭矩管组件76配置成使超导场绕组70热隔离并且接收超导场绕组70所经历的扭矩。

超导发电机10进一步包括冷却组件90，冷却组件90用于使超导场绕组70冷却并且维持于低温温度下。冷却组件90可包括用于接收低温流体94(例如，液态氦)的多个导管92以及间接地联接到超导场绕组70和扭矩管组件76的一个或多个低温冷却器96。贮存器98典型地用于存储低温流体94。尽管固定场46示出为包括单个贮存器98，但在本公开的范围内还设想使用用于保持低温流体94的两个或多于两个这样的贮存器。低温流体94的非限制性示例可包括任何类型的气态或冷凝的冷却流体，诸如先前所提到的液态氦。导管92配置成便于低温流体94在固定场46内的流动。围绕超导场绕组70供给低温流体94，以便使超导场绕组70冷却，以实现用于超导场绕组70的超导条件。低温流体94在循环时移除沉积到低温结构和超导场绕组70上或沉积到其中的任何热(诸如，来自辐射或传导热传递或来自由发电机操作造成的涡电流加热)，由此将超导场绕组70维持于低温温度下。

冷却组件90进一步配置成保持并且吸收扭矩以及承受超导发电机10的重量。另外，冷却组件90配置成使扭矩管组件76的暖端与超导场绕组70绝缘，使得超导场绕组70被冷却至接近或低于4 K。

如先前所陈述的，冷却组件90包括冗余的低温冷却器(目前描述的)，其中，一个或多个低温冷却器保持处于接合但关闭的操作状态(空转状态)，直到基于组件中的冷却低温冷却器的耗尽的使用寿命或何时以及何处需要额外的冷却(诸如，在需要进行额外的冷却达一定时间段的操作模式期间、在暂时的低温冷却器失效期间或当低温冷却器维修/维护正被执行时)，需要使用低温冷却器以用于冷却。

图2和图3以横截面视图图示用于在冷却图1的固定超导场绕组组件70的方面使用的低温冷却器组件100。图2图示处于脱离的关闭操作状态102的低温冷却器组件100。图3图示处于接合的开启操作状态104的低温冷却器组件100。低温冷却器组件100包括套筒106，低温冷却器108设置到套筒106中。低温冷却器组件100通过热连接器或编织物110而间接地联接到固定超导场绕组组件70。低温冷却器组件100以及更特别地套筒106配置成提供用于插入低温冷却器108的真空绝缘的包封件107。在示例性实施例中，低温冷却器108可为脉冲管、GM或Stirling型低温冷却器。

在所图示的实施例中，低温冷却器108是用于冷却场绕组组件70的超导场绕组线圈架72(图1)的两级冷却器。更具体地，低温冷却器包括第一级124和第二级126。在图2和图3的实施例中，第一级124经由热连接器或编织物110来联接(未示出)到固定超导场绕组组件70以及更特别地热屏蔽件74。第二级126联接到位于低温冷却器108下方的大体上类似于图1的罐98的低温流体贮存器132。柔性导管134、135(例如，承受高压的编织柔性管)用于在第二级126与低温流体贮存器132之间进行热连接以及保护第二级126以及更特别地冷头(目前描述的)以免于热收缩，并且限定热路径128。

如图2和图3中所图示的，低温冷却器108包括具有冷头114的部分112，并且至少部分地插入到低温冷却器组件100的套筒106中。套筒106包括作为接触表面位于下端处的接触板120，诸如EB焊接或钎焊铜板。液化杯116单独地附接到低温冷却器108。冷头114配置成经由接触板120来与液化杯116内的多个液化翅片118良好地接触。在示例性实施例中，低温冷却器108配置成在套筒106内轴向地平移，以建立冷头114、液化杯116内的液化翅片118的接触板120之间的选择性的接触。

在图2中所示出的脱离位置102中，冷头114通过间隙122而与接触板120以及因而液化翅片118隔开。低温冷却器108在位于脱离位置102中时处于关闭操作状态。在图3中所示出的接合位置104中，冷头114横跨间隙122(图2)而平移并且平移成与接触板120和液化翅片118热接合。低温冷却器108可在位于接合位置104中时处于关闭操作状态或开启操作状态。致动器130用于使用压缩力来使冷头114接合和脱离。更特别地，致动器130配置成使低温冷却器冷头114平移成与接触板120热接合，并且配置成维持冷头114对接触板120的恒定压力，以便于维持与接触板120的热接合。在实施例中，致动器130包括液压致动器、气动致动器、电动致动器、压电致动器、动铁式可控致动器以及真空中的至少一种。控制器(未示出)操作性地联接到致动器130，以控制致动器130来选择性地使冷头114热联接到接触板120。在实施例中，致动器130被远程地驱动。

在冷却下来的操作期间，冷头114的有效性和/或在冷头122与接触板120和液化杯116的液化翅片118之间的热连接可变得被破坏。作为响应，低温冷却器组件100典型地配置成继续将冷头114朝向接触板120按压，以便于维持冷头114对接触板120的恒定压力。照此，在冷却下来的过程期间，维持与液化翅片118的热接合。在已知的实施例中，在接触板120处利用具有1.5 mm厚度的铟丝，或代替接触板120而利用该铟丝，并且使用大的压缩力来压缩该铟丝。然而，由于在冷头114与接触板120之间发生的铟冷焊，冷头114不可容易地被分离或移除以用于维修。

在操作期间，如果低温冷却器处于关闭操作状态，但接合成使得冷头114保持诸如图3中所图示的那样热联接到接触板120，则低温冷却器组件100由于通过第一级124和第二级126来进行的传导而受到热负荷。一旦液态氦使固定超导场绕组组件70冷却至低于冷头114的温度(例如，低于20 K)，冷头114就可充当热负荷。如果低温冷却器处于关闭操作状态，并且诸如图2中所图示的那样不与接触板120接合，则低温冷却器组件100由于通过第一级124、第二级126以及套筒106来进行的辐射而受到热负荷。

如先前所陈述的，在冗余的低温冷却器系统中，安装成准备好冷却但未操作的低温冷却器将由如关于图2和图3的低温冷却器组件而描述的热辐射和热传导中的至少一种引起的寄生热引入到系统。当低温冷却器处于关闭操作状态并且正空转时，冷却器处于接近室温的温度并且将热引入到第一级和第二级所接触的区域。如本文中所使用的，用语“空转”意味着低温冷却器处于关闭操作状态并且未操作；这包括甚至在低功率下操作。

在下文中所公开的实施例中的各个中，描述了一种低温冷却器组件，该低温冷却器组件用于在冗余的系统中使用，由此，一个或多个低温冷却器处于空转状态，而其它低温冷却器在操作中。如先前所描述的，所描述的低温冷却器组件被远程地驱动，并且包括自动接合。在冗余的系统的操作期间，如果操作的低温冷却器中的一个失效，则失效的低温冷却器自动地脱离。通过以下方式而实现该自动脱离：对套筒的下部部分(包含接触板)施加热至室温，从而提供冷头的脱离，并且允许在最小程度地将力用于套筒至不将力用于套筒的情况下使低温冷却器缩回。此时，冗余的并行的远程驱动式低温冷却器接合，从而提供与接触板的接触。

如先前所描述的，为了安装冗余的低温冷却器，下文的低温冷却器组件被远程地驱动，从而使低温冷却器能够在不使用时空转，并且在需要使用时自动接合并且被远程地驱动。因此，将在下文中描述本技术的一个或多个特定实施例。为了提供对这些实施例的简明描述，未在说明书中描述实际实施方式的所有特征。现在参考图4-9，如先前所陈述的，提供了针对用于在冗余的低温冷却器配置中使用的远程驱动式的可自动接合的低温冷却器组件的备选配置。图4-9中的与图2和图3的构件相同的构件在图4-9中使用图2和图3中所使用的相同的参考标号来标识。

更具体地参考图4和图5，图示了远程驱动式低温冷却器组件150，分别图示了处于接合并且开启的操作状态的低温冷却器108和处于接合并且关闭的操作状态(空转)的低温冷却器108。如所图示的，大体上类似于先前参考图2和图3而描述的情况，存在通过第一级124和第二级126的热路径128。如先前所描述的，柔性导管134、135用于在第二级126与低温流体贮存器132之间进行热连接以及保护第二级126以及更特别地冷头114以免于热收缩。为了提供从低温流体贮存器132通过柔性导管134并且到达液化翅片118的蒸汽流的远程解耦，提供与柔性导管134流体连通的电磁阀154。为了提供低温冷却器108与接触板120的接合和接触，提供致动器130，以使低温冷却器108相对于接触板120而移动并且将低温冷却器108锁定就位。在该所图示的实施例中，当低温冷却器108如图4中所图示的那样接合并且处于开启操作状态时，蒸汽转换成液体(通过使蒸汽再冷凝于多个液化翅片118上)并且经由柔性导管135来移动回到处于4 K的低温流体贮存器132。因此，在低温冷却器108的操作期间，当处于开启操作状态时，电磁阀154处于打开位置，以提供低温蒸汽通过电磁阀154的流动通路，以在液化杯116和多个液化翅片118中形成液体，并且经由柔性导管134来使液体返回到低温流体贮存器132。当低温冷却器108处于接合并且关闭的操作状态(空转)(诸如，图5中所图示的情况)时，套筒106和低温冷却器108与第二级126接触，并且存在来自第二级126的热负荷。在该关闭操作状态(空转)期间，电磁阀154位于闭合位置中，以使热路径128从低温流体贮存器132断开。当电磁阀154位于该闭合位置中并且防止来自低温流体贮存器132的蒸汽循环通过液化杯116并且回到低温流体贮存器132时，接触板120处的接口可被加热，并且，远程驱动式低温冷却器组件150被移除或脱离。

现在参考图6，图示了远程驱动式低温冷却器组件160的另一实施例，图示了处于关闭状态或空转操作模式的低温冷却器108。由于低温冷却器108相对于套筒106的接合(如先前所描述的)，大体上类似于先前参考图2和图3而描述的情况，热路径128由于辐射和/或对流而被限定通过第一级124和第二级126。

如先前所描述的，柔性导管134、135用于在第二级126与低温流体贮存器132之间进行热连接以及保护第二级126以及更特别地冷头114以免于热收缩。为了提供低温冷却器108的远程驱动，气体/液体开关164(诸如，氦开关)设置于套筒106的下部部分与液化杯116的翅片118之间。气体/液体开关164包括腔(未示出)，该腔允许将蒸汽引入到腔中。蒸汽再冷凝并且提供接触板120、气体/液体开关164以及多个液化翅片118之间的完全接触。为了产生热屏障，将腔抽空并且产生真空。类似于先前所公开的实施例，为了提供低温冷却器108与接触板120的接合和接触，提供致动器130，以使低温冷却器108相对于接触板120而移动，并且将低温冷却器108锁定就位。在该所图示的实施例中，当低温冷却器108接合并且处于开启操作状态(未示出)时，气体/液体开关164闭合(包含液态氦)，以允许来自低温流体贮存器132和柔性导管134的蒸汽转换成蒸汽，并且经由柔性导管135来使再冷凝的液体移动到处于4 K的低温流体贮存器132。因此，在低温冷却器108的操作期间，当处于开启操作状态时，气体/液体开关164位于闭合位置中，以允许沿着柔性导管134通过液化翅片118并且离开液化杯116以经由柔性导管135到达低温流体贮存器132的蒸汽再冷凝。当低温冷却器108处于接合并且关闭的操作状态(空转)(诸如，图6中所图示的情况)时，套筒106和低温冷却器108与第二级126接触，并且存在来自第二级126的热负荷。在该关闭操作状态(空转)期间，气体/液体开关164位于打开位置中，以断开热路径128。在此情况下，将开关抽空(类似于目前描述的图9的热管道)，并且，在接触板120、气体/液体开关164以及多个液化翅片118之间产生热阻。

现在参考图7和图8，图示了远程驱动式低温冷却器组件170的另一实施例，分别图示了处于开启操作状态的低温冷却器108和处于关闭操作状态的低温冷却器108。在关闭操作状态(空转)下，大体上类似于先前参考图2和图3而描述的情况，存在由于通过第一级124和第二级126来进行的辐射而导致的热负荷。在所图示的实施例中，支承臂172联接到液化杯116和致动器174。支承臂172用于使液化杯116相对于套筒106的底部而移动(使用力)，以便将液化杯116放置成与接触板120热接触或使液化杯116从接触板120脱离。在开启操作状态下，如图7中所图示的，液化杯116移动，以与接触板120刚性地接合并且允许经由柔性导管134来使蒸汽/液体循环到处于4 K的低温流体贮存器132。在关闭操作状态下，如图8中所图示的，当存在由于通过第一级124、第二级126以及套筒106来进行的辐射和传导而导致的热负荷时，支承臂172使液化杯116下降，以便使液化杯116从接触板120脱离并且从由远程驱动式低温冷却器组件170引起的热负荷脱离。

现在参考图9，图示了远程驱动式低温冷却器组件180的另一实施例，图示了在套筒内接合并且处于关闭操作状态的低温冷却器108。大体上类似于先前参考图2和图3而描述的情况，存在由于通过第一级124和第二级126来进行的辐射和传导而导致的热负荷。在该所图示的实施例中，热管道182设置于接触板120与液化杯116之间，并且在第一端184处与接触板120热接触，并且在第二端186处与液化杯116热接触。当低温冷却器108处于关闭操作状态(空转)时，低温流体需要经由管线185或通过使用与第一级124和管线185接触的低温吸附器186来从热管道182泵送出。当低温冷却器108处于开启操作状态时，热管道182最初利用处于过压的气态氦填充，从而允许低温流体再冷凝并且在热管道182内循环，并且允许经由到处于4 K的低温流体贮存器132的柔性导管134、135在多个液化翅片118处发生再冷凝。在实施例中，低温吸附器186包括加热器188。

现在参考图10-14，图示了如参考图2-9而描述的用于远程驱动式空转和非空转低温冷却器的控制回路的实施例。更具体地参考图10和图11，图示了总体上以200标注的控制回路的实施例。控制回路200包括第一低温冷却器202、第二低温冷却器204、压缩机206、第一阀208(诸如，电磁阀)以及任选的第二阀210。可利用多个高压管线212，诸如具有Aeroquip®配件的铜管线或挠性管线。第二低温冷却器204被注释为能够由先前在图4-9中描述的手段中的任何手段远程地驱动。

更具体地参考图10，图示了处于接合并且开启的操作状态的第一低温冷却器202。第二低温冷却器204处于接合或脱离状态和关闭操作状态。在所图示的实施例中，第二低温冷却器204是诸如先前关于图4-9而描述的远程驱动式低温冷却器。第一阀208位于闭合位置中，以防止低温流体流过第一阀208并且由此绕过处于关闭操作状态(空转)的第二低温冷却器204。任选的第二阀210(如果存在)也位于闭合位置中。在第一低温冷却器202的操作期间，低温流体如由虚线注释的那样经由高压管线212来从第一低温冷却器202流动到压缩机206。

在第一低温冷却器202到达其寿命终点并且不存在功率或切换到关闭操作状态时，如在图11中最佳地图示的，第二低温冷却器204接合并且远程地切换到开启操作状态。为了提供低温流体通过第二低温冷却器204的流动，第一阀208打开，并且如果存在，则任选的第二阀210打开。在第二低温冷却器204的操作期间，低温流体如由虚线注释的那样经由高压管线212来从第二低温冷却器204流动到压缩机206。

现在参考图12和图13，图示了总体上以250标注的控制回路的另一实施例。控制回路250包括第一低温冷却器252、第二低温冷却器254、压缩机256、第一阀258(诸如，电磁阀)以及第二阀260。可利用多个高压管线262，诸如具有Aeroquip®配件的铜管线或挠性管线。第二低温冷却器254被注释为能够由先前在图4-9中描述的手段中的任何手段远程地驱动。

更具体地参考图12，图示了处于接合并且开启的操作状态的第一低温冷却器252。第二低温冷却器254处于接合或脱离状态和关闭操作状态。第一阀258位于打开位置中，以提供低温流体通过第一阀258的流动。第二阀260位于闭合位置中，以防止低温流体流过第二阀260并且由此绕过处于空转状态的第二低温冷却器254。在第一低温冷却器252的操作期间，低温流体如由虚线注释的那样经由高压管线262来从第一低温冷却器252流动到压缩机256。

在第一低温冷却器252例如到达其寿命终点并且不存在功率或切换到关闭操作状态时，如在图13中最佳地图示的，第二低温冷却器254接合并且远程地切换到开启操作状态。第一阀258位于闭合位置中，以防止低温流体流过第一阀258并且由此绕过第一低温冷却器252。第二阀260位于打开位置中，以提供低温流体通过第二阀260的流动。在第二低温冷却器254的操作期间，低温流体如由虚线注释的那样经由高压管线262来从第二低温冷却器254流动到压缩机256。

在图14中图示了操作用于超导发电机的冷却组件的方法，其中，冷却组件包括第一低温冷却器组件和至少一个远程驱动式低温冷却器组件。总体上以300标注的方法包括在开启操作状态下操作第一低温冷却器组件并且在关闭操作状态下操作至少一个远程驱动式低温冷却器组件的第一步骤302。在该步骤期间，在关闭操作状态期间，在至少一个远程驱动式低温冷却器组件的第一级与第二级之间生成热路径。步骤304包括远程地致动阀、气体/液体开关、支承臂以及热管道中的一个或多个。阀、气体/液体开关、支承臂以及热管道中的各个联接到至少一个远程驱动式低温冷却器组件的第二级，以远程地使热路径从至少一个远程驱动式低温冷却器的第一级断开。在步骤306中，继续进行第一低温冷却器的操作，直到第一低温冷却器到达其寿命终点并且失效或需要额外的冷却功率。此时，第一低温冷却器自动地脱离，并且，在步骤308中，远程地致动联接到至少一个远程驱动式低温冷却器组件的第二级的阀、气体/液体开关、支承臂以及热管道中的一个或多个，以远程地使热路径从至少一个远程驱动式低温冷却器的第一级连接到至少一个远程驱动式低温冷却器的第二级。

根据本文中所描述的实施例，提供了用于在超导发电机(诸如，超导发电机10)中使用的包括一个或多个远程驱动式低温冷却器的改进的冗余低温冷却器组件。根据本公开的实施例，由于包括一个或多个远程驱动式低温冷却器而可实现冗余低温冷却器组件中的改进。另外，根据本公开的实施例，由于由用于一个或多个远程驱动式低温冷却器的特定的驱动回路进行的操作而可实现冗余低温冷却器组件中的改进。在风力涡轮超导发电机中，改进的远程驱动式低温冷却器组件消除当一个低温冷却器失效或若干低温冷却器表现出随时间推移而减小的冷却功率时在塔架或机舱处进行的维护。

本发明的若干优选实施例的前文描述已出于说明的目的而呈现。该描述不旨在为穷尽的或将本发明限于精确的所公开的形式，并且，显然，根据上述教导，许多修改和变型是可能的。意图的是，本发明的范围由本发明的所附权利要求书限定。

本书面描述使用示例来公开本发明(包括优选实施例)，并且还使本领域中的任何技术人员能够实践本发明(包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法)。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等同结构元件，则这样的其它示例旨在处于权利要求书的范围内。来自所描述的多种实施例的方面以及针对各个这样的方面的其它已知的等同体可由本领域普通技术人员混合和匹配，以根据本申请的原理而构建额外的实施例和技术。

Claims (24)

1.一种低温冷却器组件，包括：

至少一个远程驱动式低温冷却器，其可在开启操作状态与关闭操作状态之间操作，并且限定所述低温冷却器组件的第一级；

液化杯，其与低温流体贮存器流体连通，其中，多个导管使所述液化杯热联接到所述低温流体贮存器，并且限定所述低温冷却器组件的第二级；以及

阀、气体/液体开关、支承臂以及热管道中的一个或多个，其联接到所述低温冷却器组件的所述第二级，以在所述关闭操作状态期间，远程地断开所述第一级与所述第二级之间的由所述至少一个远程驱动式低温冷却器生成的热路径。

2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，进一步包括套筒，所述套筒在其中限定有真空绝缘包封件，其中，所述套筒间接地联接到超导发电机的固定超导场绕组，并且其中，所述远程驱动式低温冷却器至少部分地设置于所述套筒中。

3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于，所述远程驱动式低温冷却器进一步包括与低温流体热接合的冷头。

4.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，进一步包括联接到所述至少一个远程驱动式低温冷却器的可远程地操作的致动器，所述致动器配置成使所述低温冷却器冷头相对于联接到所述套筒的接触板而平移。

5.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，所述可远程地操作的致动器配置成使所述冷头平移，以进行使所述冷头与所述接触板远程地热接合或热脱离中的一种。

6.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，所述可远程地操作的致动器包括液压致动器、气动致动器、电动致动器、压电致动器、动铁式可控致动器以及真空中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，联接到所述低温冷却器组件的所述第二级的阀中的所述一个或多个是电磁阀。

8.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述气体/液体开关设置于所述低温冷却器组件的所述第一级与所述第二级之间。

9.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，所述气体/液体开关是氦气体开关。

10.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述支承臂联接到所述液化杯，以使所述液化杯平移，以使所述液化杯热接合到联接到所述套筒的接触板和从所述接触板热脱离。

11.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述热管道在第一端处联接到所述低温冷却器组件的所述第一级，并且，第二端联接到所述低温冷却器组件的所述第二级。

12.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述至少一个远程驱动式低温冷却器包括脉冲管型冷却器、GM型冷却器以及Stirling型冷却器中的至少一种。

13.一种超导发电机，包括：

壳体，其延伸第一长度，并且在其中限定绝缘真空包封件；

至少一个超导场绕组，其设置于所述绝缘真空包封件内，并且与所述壳体间隔开；

热屏蔽件，其设置于所述绝缘真空包封件内，并且环绕所述至少一个超导场绕组且与所述至少一个超导场绕组间隔开；以及

冷却组件，其与所述至少一个超导场绕组流体连通，所述冷却组件包括：

至少一个低温冷却器组件，其可在开启操作状态与关闭操作状态之间操作；以及

至少一个额外的低温冷却器组件，其可在开启操作状态与关闭操作状态之间操作，其中，所述至少一个额外的低温冷却器包括：

远程驱动式低温冷却器，其可在开启操作状态与关闭操作状态之间操作，并且限定所述至少一个额外的低温冷却器组件的第一级；

液化杯，其与低温流体贮存器流体连通，其中，多个导管使所述液化杯热联接到所述流体贮存器，并且限定所述至少一个额外的低温冷却器组件的第二级；以及

阀、气体/液体开关、支承臂以及热管道中的一个或多个，其联接到所述至少一个额外的低温冷却器组件的所述第二级，以在所述关闭操作状态期间，远程地断开所述第一级与所述第二级之间的由所述至少一个额外的低温冷却器组件生成的热路径。

14.根据权利要求13所述的超导发电机，其特征在于，联接到所述至少一个额外的低温冷却器组件的所述第二级的阀中的所述一个或多个是电磁阀。

15.根据权利要求13所述的超导发电机，其特征在于，所述气体/液体开关设置于所述至少一个额外的低温冷却器组件的所述第一级与所述第二级之间。

16.根据权利要求15所述的超导发电机，其特征在于，所述气体/液体开关是氦气体开关。

17.根据权利要求13所述的超导发电机，其特征在于，所述支承臂联接到所述液化杯，以使所述液化杯平移，以进行使所述液化杯热接合到所述接触板和从所述接触板热脱离中的一种。

18.根据权利要求13所述的超导发电机，其特征在于，所述热管道在第一端处联接到所述至少一个额外的低温冷却器组件的所述第一级，并且，第二端联接到所述至少一个额外的低温冷却器组件的所述第二级。

19.根据权利要求13所述的超导发电机，其特征在于，所述冷却组件包括脉冲管型冷却器、GM型冷却器以及Stirling型冷却器中的至少一种。

20.一种操作用于超导发电机的冷却组件的方法，所述冷却组件包括第一低温冷却器组件和至少一个远程驱动式低温冷却器组件，所述方法包括：

在开启操作状态下操作所述第一低温冷却器组件，并且在关闭操作状态下操作所述至少一个远程驱动式低温冷却器组件，其中，在所述关闭操作状态期间，在所述至少一个远程驱动式低温冷却器组件的第一级与第二级之间生成热路径；

远程地致动联接到所述至少一个远程驱动式低温冷却器组件的所述第二级的阀、气体/液体开关、支承臂以及热管道中的一个或多个，以远程地使所述热路径从所述至少一个远程驱动式低温冷却器的所述第一级断开；

继续进行所述第一低温冷却器的操作，直到需要额外的冷却功率或所述第一低温冷却器失效中的一种；以及

远程地致动联接到所述至少一个远程驱动式低温冷却器组件的所述第二级的阀、所述气体/液体开关、所述支承臂以及所述热管道中的所述一个或多个，以远程地使所述热路径从所述至少一个远程驱动式低温冷却器的所述第一级连接到所述至少一个远程驱动式低温冷却器的所述第二级。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，联接到所述至少一个远程驱动式低温冷却器的所述第二级的阀中的所述一个或多个是电磁阀。

22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述气体/液体开关设置于所述至少一个远程驱动式低温冷却器组件的所述第一级与所述第二级之间。

23.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述支承臂联接到所述液化杯，以使所述液化杯平移，以进行使所述液化杯热接合到所述接触板和从所述接触板热脱离中的一种。

24.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述热管道在第一端处联接到所述至少一个远程驱动式低温冷却器组件的所述第一级，并且，第二端联接到所述至少一个远程驱动式低温冷却器组件的所述第二级。

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