CN1385948A - 一种用于具有高温超导励磁绕组的转子的低温冷却系统 - Google Patents

一种用于具有高温超导励磁绕组的转子的低温冷却系统 Download PDF

Info

Publication number
CN1385948A
CN1385948A CN02120008A CN02120008A CN1385948A CN 1385948 A CN1385948 A CN 1385948A CN 02120008 A CN02120008 A CN 02120008A CN 02120008 A CN02120008 A CN 02120008A CN 1385948 A CN1385948 A CN 1385948A
Authority
CN
China
Prior art keywords
storage tank
rotor
cooling fluid
fluid
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN02120008A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1307775C (zh
Inventor
E·T·拉斯卡里斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN1385948A publication Critical patent/CN1385948A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1307775C publication Critical patent/CN1307775C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
    • H02K55/04—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type with rotating field windings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/005—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels for medium-size and small storage vessels not under pressure
    • F17C13/006—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels for medium-size and small storage vessels not under pressure for Dewar vessels or cryostats
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/005—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00 using primary and secondary systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H02K9/225—Heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
    • F17C2201/01—Shape
    • F17C2201/0104—Shape cylindrical
    • F17C2201/0109—Shape cylindrical with exteriorly curved end-piece
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/016—Noble gases (Ar, Kr, Xe)
    • F17C2221/017—Helium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0146—Two-phase
    • F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
    • F17C2223/0161—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL cryogenic, e.g. LNG, GNL, PLNG
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/03—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the pressure level
    • F17C2223/033—Small pressure, e.g. for liquefied gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/01—Propulsion of the fluid
    • F17C2227/0121—Propulsion of the fluid by gravity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0337—Heat exchange with the fluid by cooling
    • F17C2227/0341—Heat exchange with the fluid by cooling using another fluid
    • F17C2227/0353—Heat exchange with the fluid by cooling using another fluid using cryocooler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/05—Applications for industrial use
    • F17C2270/0527—Superconductors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)

Abstract

公开了一种将低温冷却流体提供给高温超导转子的冷却流体系统,其包括:储存液态低温冷却流体的制冷剂储罐;连接储罐与转子并形成从储罐到转子的液态冷却流体通道的输入传送管,其中,所述储罐位于转子上方,液态冷却流体通过重力供应给转子。

Description

一种用于具有高温超导励磁绕组的转子的低温冷却系统
技术领域
本发明大体上涉及一种用于具有带高温超导(HTS)线圈的转子的同步电机的低温冷却系统，更具体地涉及一种将低温流体提供给转子并再冷却从转子回流的用过的冷却流体的蒸发冷却系统。
背景技术
为能作为商品推出，高温超导发电机需有高可靠、低成本的低温制冷设备。以现有的低温制冷设备达到高可靠性涉及过多的低温制冷机部件。这些部件的可靠性不足而且HTS转子需要不间断地提供冷却流体，使得需要在HTS转子的低温制冷系统中装有过多部件。
然而，由于需有过多的低温制冷机部件，因此低温制冷系统的成本显著地增加。而且，由于可靠性不足和系统过多，现有的低温制冷系统需要经常维修。因此，这些系统的运作成本也相对地高。
现有低温制冷系统的购置和运作成本显著地增加了具有HTS转子的电机的成本。这些高的成本使得将HTS转子装在市场上售卖的同步电机中缺乏商业的实用性。因此，存在着对于价廉、运作成本低且能为HTS转子可靠地供给低温冷却流体的低温制冷系统的巨大的和未能满足的需求。
具有励磁线圈绕组的同步电机包括但不限于旋转发电机、旋转电动机和直线电动机。这些电机通常包括电磁耦合在一起的定子和转子。转子可包括多极转子铁芯和安装在转子铁芯上的线圈绕组。转子铁芯可包括可导磁的实心材料，如铁锻件。
在同步电机的转子中通常采用传统的铜绕组。然而，铜绕组的电阻(虽然其传统的测量值较低)足以产生大量的转子热量，并降低了电机的功率效率。近来，已开发出了用于转子的超导(SC)线圈绕组。SC绕组实际上不具有电阻，是非常优良的转子线圈绕组。
铁芯的转子在气隙磁场强度约为2特斯拉时饱和。已知的超导转子采用在转子中没有铁芯的空气芯设计，以使气隙磁场强度达到3特斯拉或更高。这些高的气隙磁场使电机的功率密度增加，并导致其重量和尺寸显著减小。然而，空气芯的超导转子需要大量的超导线，这些超导线增加了所需的线圈数量、线圈支撑构件的复杂性以及成本。
超导转子采用液氦来冷却超导线圈，用过的氦以室温的气态氦回流。采用液氦进行低温冷却需要连续地再液化回流的室温的气态氦。这种再液化在可靠性方面存在较大的问题，并需要大量的辅助电源。因此，就需要一种能使从转子回流、热的、用过的冷却流体再液化的低温冷却系统。然后，再液化的冷却流体可再用作HTS转子的冷却流体。
发明内容
已开发了用于同步电机的HTS转子的可靠性高的低温冷却系统。冷却系统可稳定提供冷却流体给HTS转子。此外，冷却系统的造价和运作的成本低廉。冷却系统的可靠性和经济性都有利于装有HTS转子的同步电机的商业应用。
低温冷却系统是用于高温超导(HTS)转子的通过重力供给的闭环蒸发冷却系统。该系统包括：高架的制冷剂储罐；输送液态制冷剂给转子并使蒸气回流至储罐的套有真空的传送管；以及装在可再冷凝蒸气的储罐的蒸气区的低温制冷机。低温制冷机可以是单级Gifford-McMahon低温冷却器或装有分离或整体的压缩机的脉冲管。低温流体可以是氖、氢或其它这种冷却流体。
在第一实施例中，本发明是将低温冷却流体提供给高温超导转子的冷却流体系统，其包括：储存液态低温冷却流体的制冷剂储罐；连接储罐与转子并形成可使液态冷却流体从储罐流到转子的通道的输入传送管，其中，储罐位于转子上方，液态冷却流体通过重力供应给转子。
在另一实施例中，本发明是与同步电机的高温超导转子相连的冷却流体系统和低温冷却流体源，其包括：冷却剂储罐和储存在罐内的低温冷却流体源，其中储罐位于转子上方；在储罐和转子之间为冷却流体提供流体通道的输入管；在转子和储罐之间为冷却流体提供流体通道的回流管；以及可冷却储罐内的流体的低温制冷机。
在另一实施例中，本发明是一种采用高架的制冷剂储存装置冷却同步电机的转子中的超导励磁绕组线圈的方法，其包括步骤：将低温冷却流体储存于储罐中，其中储罐位于转子上方；使冷却流体在重力作用下从储罐流到转子；用冷却流体冷却励磁绕组线圈，并使冷却流体回流至储罐中。
附图说明
下面将通过附图并结合说明书的内容来介绍本发明的实施例。
图1是定子内的示意性超导(SC)转子的示意性侧视图。
图2是具有冷却气体通道的跑道形SC线圈的示意性透视图。
图3是将冷却流体供给SC转子的低温冷却系统的示意图。
在图中各标号的含义如下：
10：同步电机；12：定子；14：转子；16：定子内的转子腔；18：磁场；19：定子磁场；20：转子轴线；22：转子铁芯；24：转子端部轴；25：轴承；26：制冷剂传送连接器；30：相对的转子端部轴；32：涡轮机连接器；34：转子线圈绕组；36：高温超导(HTS)线圈；38：冷却通道；39：冷却通道的输入/输出端口；40：绕组侧部；50：低温冷却系统；52：制冷剂储罐；54：储罐高于电机的高度；56：输入传送管；58：套有真空的回流传送管；60：储罐的蒸气区；62：储罐的液体区；64：低温制冷机；66：检修通道；78：集电环。
具体实施方式
图1显示了具有定子12和转子14的示例性同步发电机10。定子包括安装在定子的圆柱形转子真空腔16内的励磁绕组线圈34。转子14安装在定子的转子真空腔16内。当转子在定子内转动时，转子和转子线圈所产生的磁场18(由虚线所示)穿过定子延伸，在定子线圈19的绕组中产生了电流。此电流由发电机作为电能输出。
转子14具有通常纵向延伸的轴线20和通常为实心的转子铁芯22。实心的铁芯22具有较高的导磁性，通常由铁磁材料如铁制成。在低功率密度的超导电机中，可用转子的铁芯来减少磁动势(MMF)，从而减少线圈绕组的用量。例如，转子的铁芯可在气隙磁场强度约为2特斯拉时磁饱和。
转子14支撑了一对通常沿纵向延伸的、跑道形的高温超导(HTS)线圈。HTS线圈绕组也可为鞍形线圈，或者是可适应特定HTS转子设计的其它线圈绕组的形状。这里所公开的冷却系统也可适用于与安装在实心转子上的跑道形线圈不同的其它线圈绕组及转子结构。
转子包括一对端部轴24，30，其可支持铁芯22并由轴承25支撑。集电器侧的端部轴24包括冷却剂传送连接器26，连接器可与用于冷却转子中SC线圈绕组的低温冷却流体源相连。冷却剂传送连接器26包括与低温冷却流体源相连的固定部分以及为HTS线圈提供冷却流体的旋转部分。集电器侧的端部轴还包括集电环78，其可将转子线圈34与外部电装置或电源连接。驱动侧的端部轴30可以是动力涡轮机的连接器32。
图2显示了一个示例性的HTS跑道形励磁线圈绕组34。转子的SC励磁绕组34包括高温超导线圈36。各HTS线圈包括高温超导体，例如层叠在固体的经环氧树脂浸渍的绕组组成物中的BSCCO(BixSrxCaxCuxOx)导线。例如，可在固体的环氧树脂浸渍的线圈中层叠、粘结并缠绕一组BSCCO 2223导线。
HTS导线是脆性的且容易损坏。HTS线圈为典型的由HTS带缠绕并经环氧树脂浸渍的层。HTS带缠绕成精密的线圈形状以获得精密的尺寸公差。带以螺旋方式缠绕，形成跑道形SC线圈36。
跑道形线圈的尺寸取决于转子铁芯的尺寸。通常来说，各跑道形线圈包围了转子铁芯的磁极，并与转子轴线平行。线圈绕组围绕着此跑道形是连续的。SC线圈围绕着转子铁芯和在铁芯的磁极之间形成了无电阻的电流路径。
在线圈绕组34内具有低温冷却流体的流体通道38。这些通道可以围绕SC线圈36的外边缘延伸。通道可为线圈提供低温冷却流体，以从线圈中带走热量。冷却流体可在SC线圈绕组中保持为促进包括线圈中的电阻消失在内的超导状态所需的低温，如27K。冷却通道具有位于转子铁芯一端的输入端口39和输出端口41。这些端口39将SC线圈上的冷却通道38与冷却剂传送连接器26相连。
图3是HTS发电机10的低温制冷系统50的示意图。低温储罐52或杜瓦瓶储存了液态制冷剂。储罐设置在相对于HTS发电机为高度54处的位置。储罐高于转子的高度与进入转子的冷却流体所需的压力成正比，与冷却流体的密度成反比。由于储罐的高度，重力迫使冷却流体从冷却罐流入转子连接器26和SC线圈34中。重力不会出差错，无需维修，并且是免费的。因此，重力供给的冷却系统的可靠性高，并且是经济的。
冷却系统是闭环系统。来自储罐52的冷却流体流入连接储罐与转子连接器26的输入传送管56。冷却流体通过端部轴24中的套有真空的冷却通道，并流入围绕SC线圈36的冷却通道38中。冷却流体通过蒸发冷却将线圈保持在低温，并保证线圈在超导状态下运转。用过的冷却流体通常以冷气的形式从线圈的冷却通道38中排出，流经端部轴中的套有真空的通道和冷却连接器26。从转子出来的回流冷却流体经回流传送管58流到储罐52中。输入和传送管是套有真空，因此极大地隔绝了热量。当冷却流体从储罐流到转子和从转子流到储罐时，传送管的真空隔热使冷却流体的传热耗损最小。
冷却流体通常是惰性气体，例如是氖或氢。适于HTS超导体的温度通常在30K以下，最好是27K左右。最适合冷却HTS转子的SC线圈的低温流体是可使线圈冷却到20K的氢，以及可使SC线圈冷却到27K的氖。例如，液氖通常以27K左右的温度离开低温制冷机的储罐52。通常采用储罐52中的液态制冷剂来为HTS转子提供液态冷却流体。套有真空的输入传送管可保证来自储罐的液态冷却流体能以与流体离开储罐时相同的温度进入转子。
冷却流体在绕超导线圈流动时蒸发。冷却流体的蒸发可冷却SC线圈，并保证线圈在超导状态下运转。蒸发的冷却流体以冷气的形式从HTS转子经回流管58流入冷却罐52中。回流管的尺寸可使来自HTS转子的冷的冷却气体经回流管流回到储罐52的上部蒸气区60。储罐的蒸气区垂直地位于储罐的液体区62上方。储罐的蒸气区和液体区可以是储罐中单独的连续容体，或是可流体互通的分开的隔室。
储罐中的气态冷却流体的再液化是通过冷头再冷凝器64进行的。再冷凝器从储罐中的气态冷却流体中排出热量，使得流体冷凝至液态并下流至储罐的液体区。由于储罐具有为HTS转子提供液态冷却流体的供应源，再冷凝器不必连续地运作。储罐中的液态冷却流体为HTS转子提供了不间断的冷却流体供应。因此，在HTS发电机继续不间断地运作时，可再冷凝器对进行维修。在再冷凝器发生临时故障时，无须在维修再冷凝器时关闭HTS转子。当关闭HTS转子进行正常检修时，可以通过检修通道66对储罐进行检修。
为满足HTS转子所需的制冷能力，低温制冷机64可采用一个或更多的Gifford-McMahon或脉冲管冷头机组。低温制冷机可以是能将蒸气冷凝成流体的再冷凝器。通常不需要太多的低温制冷机组。由于制冷剂储罐有足够的液态冷却流体的储存能力，可允许冷凝制冷机组64为检修或更换而关闭但又不影响转子的运转，因此低温制冷机不必具有过量的能力。储罐的储存容积应制成在再冷凝器关闭的一段时间内能提供足量的流体给转子，关闭时间例如为一天，在这种情况下用于冷却HTS转子的氖气典型储量应在100升左右。在低温制冷机关闭的期间，冷却系统是在开环状态下运作，这样，从转子回流的冷却流体蒸气就通过检修排道66排放到外部大气中。在低温制冷机恢复运转后，在储罐中再添加制冷剂，以补充消耗的低温流体。
在运转中，液态制冷剂在重力作用下从储罐52的液体区62中通过套有真空的输入管56提供给超导转子的传送连接器26。冷却流体通过与HTS线圈外部接触的热交换管38循环，因此可通过沸腾传热来冷却线圈36。气态的冷却蒸气从转子的传送连接器26通过套有真空的回流传送管58回流到储罐的顶部(蒸气区60)。使冷却流体通过闭环系统循环的驱动力是压力差，它是由重的流体输入柱高54与轻的气体回流柱高54相比而产生的。
低温制冷机的冷却头64在储罐的蒸气区60中操作，以再次冷凝蒸气。通过再冷凝冷却流体使流体返回到储罐的液体区，又可用来冷却HTS转子。该系统是一个闭环系统，可反复使用冷却流体并可避免流体泄漏。然而，如果低温制冷机没有运转，该系统还可作为开环系统使用。而且，所提出的转子冷却系统还可用于在开环模式下有效地冷却转子，这是通过根据快速冷却的需要对储罐的蒸气区加压，使得更多的流体流入转子来实现的。
冷却系统50既经济又可靠。该系统依靠重力和一个冷却流体的储罐以花费不多的方式不间断地提供冷却流体。通过保证使用更多的系统，可使潜在的损坏减到最少，例如不需要连续地进行低温制冷。
虽然在上文中结合目前被认为是最实用和优选的实施例来介绍了此发明，但是可以理解，此发明并不限于所公开的实施例。相反，本发明覆盖了在所附权利要求的精神实质内的所有实施例。

Claims (25)

1.一种将低温冷却流体提供给高温超导转子的冷却流体系统，包括：
储存了液态低温冷却流体的制冷剂储罐；
连接所述储罐和所述转子并形成可使所述液态冷却流体从所述储罐流到所述转子的通道的输入传送管，
其特征在于，所述储罐位于所述转子之上，所述液态冷却流体通过重力供给所述转子。
2.根据权利要求1所述的冷却流体系统，其特征在于，所述冷却系统还包括从所述转子到所述储罐的回流管，为用过的冷却流体提供了从所述转子到所述储罐的通道。
3.根据权利要求1所述的冷却流体系统，其特征在于，所述输入传送管上套有真空。
4.根据权利要求2所述的冷却流体系统，其特征在于，所述回流传送管上套有真空。
5.根据权利要求1所述的冷却流体系统，其特征在于，所述低温冷却流体是氢气。
6.根据权利要求2所述的冷却流体系统，其特征在于，所述低温冷却流体在所述输入传送管中为液体，在所述回流管中为蒸气。
7.根据权利要求1所述的冷却流体系统，其特征在于，所述储罐包括位于上方的蒸气区和位于下方的液体区。
8.根据权利要求7所述的冷却流体系统，其特征在于，所述冷却流体系统还包括与所述储罐的蒸气区相连的再冷凝器。
9.根据权利要求1所述的冷却流体系统，其特征在于，所述储罐是杜瓦瓶。
10.根据权利要求1所述的冷却流体系统，其特征在于，所述冷却流体是氖。
11.根据权利要求1所述的冷却流体系统，其特征在于，所述储罐具有检修通道。
12.一种与同步电机的高温超导转子相连的冷却流体系统和低温冷却流体源，包括：
冷却剂储罐和储存在所述储罐内的低温冷却流体源，其中所述储罐位于所述转子上方；
在所述储罐和转子之间为所述冷却流体提供流体通道的输入管；
在所述转子和储罐之间为所述冷却流体提供流体通道的回流管，和
可冷却所述储罐内的流体的低温制冷机。
13.根据权利要求12所述的冷却流体系统，其特征在于，所述输入传送管上套有真空。
14.根据权利要求12所述的冷却流体系统，其特征在于，所述回流传送管上套有真空。
15.根据权利要求12所述的冷却流体系统，其特征在于，所述低温冷却流体是氖气或氢气。
16.根据权利要求12所述的冷却流体系统，其特征在于，所述低温冷却流体在所述输入传送管中为液体，在所述回流管中为蒸气。
17.根据权利要求12所述的冷却流体系统，其特征在于，所述储罐包括位于上方的蒸气区和位于下方的液体区。
18.根据权利要求12所述的冷却流体系统，其特征在于，所述储罐具有检修通道。
19.一种采用高架的制冷剂储存装置冷却同步电机的转子中的超导励磁绕组线圈的方法，包括步骤：
a.将低温冷却流体储存于储罐中，其中所述储罐位于所述转子上方；
b.使所述冷却流体在重力作用下从所述储罐流到所述转子；
c.采用所述冷却流体冷却所述励磁绕组线圈，和
d.使所述冷却流体回流至所述储罐中。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，从所述转子回流的流体为气态，流向所述转子的流体为液态。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法还包括冷凝回流流体的步骤。
22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
e.冷凝所述储罐或所述回流管中的所述冷却流体的蒸气部分；
f.中断步骤(e)，停止冷凝所述冷却流体的蒸气部分；
g.在步骤(f)期间，继续使所述冷却流体从所述储罐流入所述转子。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤(f)期间排出所述蒸气部分的步骤。
24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：
h.在步骤(f)期间，增大所述储罐内的冷却流体的压力。
25.根据在权利要求24所述的方法，其特征在于，所述步骤(h)在所述转子的冷却阶段中实施。
CNB021200084A 2001-05-15 2002-05-15 同步电机转子的超导励磁绕组线圈的冷却方法 Expired - Fee Related CN1307775C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/854,943 US6553773B2 (en) 2001-05-15 2001-05-15 Cryogenic cooling system for rotor having a high temperature super-conducting field winding
US09/854943 2001-05-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1385948A true CN1385948A (zh) 2002-12-18
CN1307775C CN1307775C (zh) 2007-03-28

Family

ID=25319946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB021200084A Expired - Fee Related CN1307775C (zh) 2001-05-15 2002-05-15 同步电机转子的超导励磁绕组线圈的冷却方法

Country Status (11)

Country Link
US (1) US6553773B2 (zh)
EP (1) EP1261118A1 (zh)
JP (1) JP4001365B2 (zh)
KR (1) KR100911518B1 (zh)
CN (1) CN1307775C (zh)
BR (1) BR0201806A (zh)
CA (1) CA2384578C (zh)
CZ (1) CZ20021672A3 (zh)
MX (1) MXPA02004836A (zh)
NO (1) NO331158B1 (zh)
PL (1) PL200523B1 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102003829A (zh) * 2010-10-29 2011-04-06 北京科技大学 利用重力作用实现液体蒸发制冷和热机过程的机构及方法
CN103730985A (zh) * 2014-01-21 2014-04-16 电子科技大学 一种兆瓦级高温超导风机系统
CN107612287A (zh) * 2017-10-25 2018-01-19 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种高温超导同步调相机
CN108352372A (zh) * 2015-10-15 2018-07-31 维多利亚互联有限公司 用于冷却浸入液氮中的超导装置的方法和设备
CN108494173A (zh) * 2018-06-12 2018-09-04 中国科学院电工研究所 一种立式电机的转子蒸发冷却装置
CN110725747A (zh) * 2019-11-01 2020-01-24 北京动力机械研究所 无轴电传动涡轮发动机

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7018249B2 (en) * 2001-11-29 2006-03-28 Siemens Aktiengesellschaft Boat propulsion system
DE10211568B4 (de) * 2002-03-15 2004-01-29 Siemens Ag Kälteanlage für zu kühlende Teile einer Einrichtung
US6725683B1 (en) * 2003-03-12 2004-04-27 General Electric Company Cryogenic cooling system for rotor having a high temperature super-conducting field winding
US6732536B1 (en) * 2003-03-26 2004-05-11 Praxair Technology, Inc. Method for providing cooling to superconducting cable
US20100019604A1 (en) * 2003-05-27 2010-01-28 General Electric Company Methods and apparatus for assembling homopolar inductor alternators including superconducting windings
US7317268B2 (en) * 2004-03-30 2008-01-08 General Electric Company System and method for cooling a super-conducting device
US7608785B2 (en) * 2004-04-27 2009-10-27 Superpower, Inc. System for transmitting current including magnetically decoupled superconducting conductors
AU2004320429A1 (en) * 2004-06-04 2005-12-15 Rapp Hydema As Liquid cooling for an electric motor
US7548000B2 (en) 2004-10-18 2009-06-16 General Electric Company Multilayer radiation shield
US8511100B2 (en) * 2005-06-30 2013-08-20 General Electric Company Cooling of superconducting devices by liquid storage and refrigeration unit
US7228686B2 (en) * 2005-07-26 2007-06-12 Praxair Technology, Inc. Cryogenic refrigeration system for superconducting devices
US7466046B2 (en) * 2006-07-05 2008-12-16 General Electric Company Methods and apparatus for operating an electric machine
US7821164B2 (en) * 2007-02-15 2010-10-26 General Electric Company Method and apparatus for a superconducting generator driven by wind turbine
US8875380B2 (en) * 2007-03-08 2014-11-04 General Electric Company Process of forming an encapsulated magnet assembly
US8847450B2 (en) * 2007-03-08 2014-09-30 General Electric Company Encapsulated magnet assembly and process for making
US20080218008A1 (en) * 2007-03-08 2008-09-11 General Electric Company Rotor and Stator Assemblies that Utilize Magnetic Bearings for Use in Corrosive Environments
US20090113999A1 (en) * 2007-03-08 2009-05-07 General Electric Company Method for Testing a Rotor and Stator Assembly
US7847454B2 (en) * 2007-03-08 2010-12-07 General Electric Company Encapsulated stator assembly and process for making
US20080219834A1 (en) * 2007-03-08 2008-09-11 General Electric Company Rotor Shaft Assembly for Magnetic Bearings for Use in Corrosive Environments
DE102007030474A1 (de) * 2007-06-29 2009-01-02 Siemens Ag Elektrische Maschine mit supraleitender Rotorwicklung
WO2010144811A1 (en) * 2009-06-11 2010-12-16 Florida State University Zero delta temperature thermal link
US20110225987A1 (en) * 2010-03-21 2011-09-22 Boyd Bowdish Self generating power generator for cryogenic systems
US8338979B2 (en) * 2011-06-30 2012-12-25 General Electric Company Method and apparatus for a superconducting direct current generator driven by a wind turbine
KR101386760B1 (ko) * 2012-10-16 2014-04-18 두산엔진주식회사 자기 포화 실드를 갖는 초전도 발전 시스템
US9306433B2 (en) * 2013-03-13 2016-04-05 E-Aam Driveline Systems Ab Drive module with spray cooling of electric motor
US10033236B2 (en) * 2014-07-23 2018-07-24 Lockheed Martin Corporation Vacuum gap generators and motors
GB201515701D0 (en) * 2015-09-04 2015-10-21 Tokamak Energy Ltd Cryogenics for HTS magnets
EP4199009A1 (en) * 2021-12-14 2023-06-21 Supernode Limited A superconducting cable system with evaporative cooling

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2713885C2 (de) 1977-03-29 1979-02-01 Kraftwerk Union Ag, 4330 Muelheim Kühlmittelkreislauf für den Läufer eines Turbogenerators mit supraleitender Erregerwicklung
US4280071A (en) 1979-07-30 1981-07-21 Westinghouse Electric Corp. Vapor trap and regulator for superconductive turbogenerators
FR2589646B1 (fr) 1985-10-30 1987-12-11 Alsthom Machine synchrone a enroulements stator et rotor supraconducteurs
US4745760A (en) * 1987-07-21 1988-05-24 Ncr Corporation Cryogenic fluid transfer conduit
JPH0851762A (ja) * 1994-08-09 1996-02-20 Imura Zairyo Kaihatsu Kenkyusho:Kk 超電導モーター
US5531015A (en) 1994-01-28 1996-07-02 American Superconductor Corporation Method of making superconducting wind-and-react coils
US5548168A (en) 1994-06-29 1996-08-20 General Electric Company Superconducting rotor for an electrical machine
US5625548A (en) 1994-08-10 1997-04-29 American Superconductor Corporation Control circuit for cryogenically-cooled power electronics employed in power conversion systems
US5672921A (en) 1995-03-13 1997-09-30 General Electric Company Superconducting field winding assemblage for an electrical machine
US5532663A (en) 1995-03-13 1996-07-02 General Electric Company Support structure for a superconducting coil
US5586437A (en) * 1995-09-06 1996-12-24 Intermagnetics General Corporation MRI cryostat cooled by open and closed cycle refrigeration systems
US5777420A (en) 1996-07-16 1998-07-07 American Superconductor Corporation Superconducting synchronous motor construction
US6173577B1 (en) 1996-08-16 2001-01-16 American Superconductor Corporation Methods and apparatus for cooling systems for cryogenic power conversion electronics
US5774032A (en) 1996-08-23 1998-06-30 General Electric Company Cooling arrangement for a superconducting coil
US5848532A (en) * 1997-04-23 1998-12-15 American Superconductor Corporation Cooling system for superconducting magnet
US6131647A (en) * 1997-09-04 2000-10-17 Denso Corporation Cooling system for cooling hot object in container
JP3263666B2 (ja) * 1998-07-24 2002-03-04 明 奥村 遠心ローター上の容器内の液体試料を該ローター上の他の容器内に移送する方法
US6376943B1 (en) * 1998-08-26 2002-04-23 American Superconductor Corporation Superconductor rotor cooling system
US6066906A (en) 1999-02-17 2000-05-23 American Superconductor Corporation Rotating machine having superconducting windings
US6140719A (en) 1999-02-17 2000-10-31 American Superconductor Corporation High temperature superconducting rotor for a synchronous machine
US6169353B1 (en) 1999-09-28 2001-01-02 Reliance Electric Technologies, Llc Method for manufacturing a rotor having superconducting coils
US6347522B1 (en) 2000-01-11 2002-02-19 American Superconductor Corporation Cooling system for HTS machines

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102003829A (zh) * 2010-10-29 2011-04-06 北京科技大学 利用重力作用实现液体蒸发制冷和热机过程的机构及方法
CN102003829B (zh) * 2010-10-29 2012-07-25 北京科技大学 利用重力作用实现液体蒸发制冷和热机过程的机构及方法
CN103730985A (zh) * 2014-01-21 2014-04-16 电子科技大学 一种兆瓦级高温超导风机系统
CN103730985B (zh) * 2014-01-21 2015-12-09 电子科技大学 一种兆瓦级高温超导风机系统
CN108352372A (zh) * 2015-10-15 2018-07-31 维多利亚互联有限公司 用于冷却浸入液氮中的超导装置的方法和设备
CN107612287A (zh) * 2017-10-25 2018-01-19 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种高温超导同步调相机
CN108494173A (zh) * 2018-06-12 2018-09-04 中国科学院电工研究所 一种立式电机的转子蒸发冷却装置
CN110725747A (zh) * 2019-11-01 2020-01-24 北京动力机械研究所 无轴电传动涡轮发动机

Also Published As

Publication number Publication date
NO20022305D0 (no) 2002-05-14
US6553773B2 (en) 2003-04-29
MXPA02004836A (es) 2004-12-13
JP4001365B2 (ja) 2007-10-31
US20020170298A1 (en) 2002-11-21
CA2384578C (en) 2013-02-05
EP1261118A1 (en) 2002-11-27
CN1307775C (zh) 2007-03-28
KR20020087349A (ko) 2002-11-22
NO331158B1 (no) 2011-10-24
CZ20021672A3 (cs) 2003-02-12
KR100911518B1 (ko) 2009-08-10
BR0201806A (pt) 2003-03-11
PL200523B1 (pl) 2009-01-30
CA2384578A1 (en) 2002-11-15
JP2003032963A (ja) 2003-01-31
PL353902A1 (en) 2002-11-18
NO20022305L (no) 2002-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1307775C (zh) 同步电机转子的超导励磁绕组线圈的冷却方法
US6438969B1 (en) Cryogenic cooling refrigeration system for rotor having a high temperature super-conducting field winding and method
Sheahen Introduction to high-temperature superconductivity
US6442949B1 (en) Cryongenic cooling refrigeration system and method having open-loop short term cooling for a superconducting machine
JP3446883B2 (ja) 液体ヘリウム再凝縮装置およびその装置に使用するトランスファーライン
JP2003532861A (ja) 磁気冷凍を使用して流体を冷却し液化する装置及び方法
CN108352372A (zh) 用于冷却浸入液氮中的超导装置的方法和设备
EP1931926B1 (en) Refrigeration system for superconducting devices
CN103047788A (zh) 低温线性压缩机驱动的j-t节流制冷循环系统
CN101889213A (zh) 具有冷却系统的超导磁体系统
CN100416880C (zh) 高温超导的多级制冷
Van Sciver Cryogenic systems for superconducting devices
CN203132192U (zh) 低温线性压缩机驱动的j-t节流制冷循环系统
CN102611284B (zh) 用于冷却超导机器的装置和方法
JP6420201B2 (ja) 空気分離装置
Richardson et al. Cryogenic engineering of high temperature superconductors below 77 K
Xue et al. A Cryogenic System With High Capacity and Efficiency for HTS Cable
Jia et al. Cryogenics for the muon g-2 superconducting magnet system
Lebrun Cryogenic refrigeration for the LHC
Hosoyama Cryogenic technology for superconducting accelerators
JP2513711B2 (ja) ネオン冷凍サイクル
Agapov et al. Liquid helium technologies at the cryogenic complex of the heavy ion collider NICA
Richardson et al. The refrigeration of high temperature superconductors between 25K and 65K
Hall CRYOGENIC REFRIGERATORS USING NEON AS REFRIGERANT
JPH07220915A (ja) 超電導装置の電流リードならびにその使用方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070328

Termination date: 20190515