DE19518945A1 - Thermal conductivity determination for material boundary in current limiter superconductor system - Google Patents

Thermal conductivity determination for material boundary in current limiter superconductor system

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DE19518945A1 DE1995118945 DE19518945A DE19518945A1 DE 19518945 A1 DE19518945 A1 DE 19518945A1 DE 1995118945 DE1995118945 DE 1995118945 DE 19518945 A DE19518945 A DE 19518945A DE 19518945 A1 DE19518945 A1 DE 19518945A1
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    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using infra-red, visible or ultra-violet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/43Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length by measuring critical angle
    • G01N21/431Dip refractometers, e.g. using optical fibres

Abstract

A refractive optical sensor is located at the boundary between an electrical conductor and a colder fluid. The output signal of the optical sensor indicates the thermal conductivity of the boundary. The electrical loss characteristics of the electrical conductor is controlled according to the output signal of the optical sensor. The electrical lead may be a high temp. superconductor, while the fluid is liquid nitrogen. The optical sensor includes an optical fibre with one end not larger than above 0.1 mm.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen des Wärmetransportmechanismus an wenigstens einer Grenzfläche zwischen einem festen Körper und einer Flüssigkeit. The invention relates to a method and an apparatus for determining the heat transfer mechanism on at least one interface between a solid and a liquid.

Bringt man die Oberfläche eines festen Körpers der Temperatur T1 mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium der Temperatur T2 in Kontakt, so wird Wärmeenergie von dem wärmeren Medium auf das kältere Medium übertragen. Bring to the surface of a solid body of the temperature T1 with a liquid or gaseous medium to the temperature T2 in contact, it is transferred from the warmer medium to the colder medium heat energy. Dieses Phänomen bezeichnet man als Wärmeübergang. This phenomenon is called heat transfer. Der übertragene Wärmestrom (Wärmelei stung) ist proportional der Temperaturdifferenz ΔT = T1-T2 an der Grenzfläche zwischen dem Festkörper und dem fluiden Medium. The transferred heat flow (Wärmelei stung) is proportional to the temperature difference .DELTA.T = T1-T2 at the interface between the solid and the fluid medium. Der Proportionalitätsfaktor wird als Wärmeübergangs koeffizient α bezeichnet und hängt von der Beschaffenheit (Rauhigkeit) der Oberfläche des Festkörpers und vom Wärme transportmechanismus an der Grenzfläche sowie den Stoffeigen schaften der Flüssigkeit bzw. des Gases ab. The proportionality factor is called the heat transfer coefficient α, and depends on the nature (roughness) of the surface of the solid body and the heat transfer mechanism at the interface as well as the substance own properties of the liquid or the gas from.

Beim Kühlen eines Festkörpers mit einer Flüssigkeit oder beim Aufheizen einer Flüssigkeit mit einem Heizkörper ist die Tem peratur T1 des Körpers größer als die Temperatur T2 der Flüs sigkeit. On cooling, a solid body with a liquid or during heating of a liquid with a heater, the temperature T1 Tem of the body is greater than the temperature T2 of the flues fluid. Solange die Temperatur T1 des Körpers unter der Sie detemperatur der Flüssigkeit liegt, findet der Wärmeübergang im wesentlichen durch die Wärmetransportmechanismen Wärme leitung und Konfektion statt. As long as the temperature T1 of the body to below the detemperatur the liquid, the heat transfer is substantially determined by the heat transport mechanisms heat pipe and clothing instead. Sobald die Temperatur T1 des Festkörpers jedoch die Siedetemperatur der Flüssigkeit über schreitet, ist der Wärmeübergang komplexer, da die Flüssig keit an der Körperoberfläche zu sieden beginnt und deshalb neben der flüssigen Phase auch die gasförmige Phase vorliegt. When the temperature T1 of the solid body but below about the boiling point of the liquid, the heat transfer is more complex, as the liquid begins to boil ness on the body surface and therefore in addition to the liquid phase and the gaseous phase. Zur Beschreibung des Wärmeübergangs beim Sieden wird die sogenannte stationäre Siedekurve (Nukiyama-Kurve) benutzt, in der die Wärmestromdichte, die dem Wärmestrom pro Flächenein heit entspricht, oder der Wärmeübergangskoeffizient α über der Temperaturdifferenz ΔT = T1-T2 < 0 aufgetragen wird. For the description of the heat transfer at the boil, the so-called stationary boiling curve (Nukiyama curve) is used, in which the heat flow density which corresponds to the heat flow per Flächenein beauty, or the heat transfer coefficient is applied α over the temperature difference .DELTA.T = T1-T2 <0th Diese stationäre Siedekurve kann in vier Wärmetransportmecha nismusbereiche aufgeteilt werden. This stationary boiling curve can be divided into four Wärmetransportmecha nismusbereiche. In einem ersten Wärmetrans portmechanismusbereich bei nur geringen Temperaturunter schieden ΔT bilden sich praktisch noch keine Dampfblasen und der Wärmeübergang findet im wesentlichen noch durch Wärme leitung und Konvektion als Wärmetransportmechanismen statt. In a first heat trans port mechanism area with only small temperature .DELTA.T secreted form virtually no vapor bubbles and the heat transfer is still essentially conducted by heat and convection heat transfer mechanisms instead. Die Wärmestromdichte und der Wärmeübergangskoeffizient α wachsen. The heat flux and heat transfer coefficient α to grow. In diesem ersten Wärmetransportmechanismusbereich mit steigender Temperaturdifferenz ΔT. In this first heat transport mechanism portion with increasing temperature difference AT. Ab einer bestimmten Temperaturdifferenz ΔT von typischerweise einigen Kelvin (K), bilden sich an der Grenzfläche zwischen Festkörper und Flüs sigkeit Gasblasen. From a certain temperature difference .DELTA.T of typically a few Kelvin (K), are formed at the interface between the solid and flues sigkeit gas bubbles. Dies ist der zweite Wärmetransportmecha nismusbereich, den man Blasensieden oder Blasenverdampfen nennt. This is the second Wärmetransportmecha nismusbereich, called boiling or Blasenverdampfen. Die Blasenbildung wird mit steigender Temperatur differenz ΔT intensiver. The bubble formation with increasing temperature difference .DELTA.T intense. Aufgrund der Rührwirkung durch die Gasblasen als Wärmetransportmechanismus wird der Wärmeüber gang deutlich verbessert und der Wärmeübergangskoeffizient α sowie die Wärmestromdichte steigen beim Blasensieden bereits bei nur gering zunehmender Temperaturdifferenz ΔT steil an. Due to the stirring action by the gas bubbles as a heat transport mechanism of heat transfer is significantly improved gear and the heat transfer coefficient α and heat flux for nucleate boiling rise even at only slightly increasing temperature difference .DELTA.T steeply. Bei einer bestimmten Temperaturdifferenz ΔT, die typischer weise zwischen etwa 15 K und etwa 25 K liegt, geht der zweite Wärmetransportmechanismusbereich des Blasensiedens in einen dritten Wärmetransportmechanismusbereich über, der durch das sogenannte partielle oder instabile Filmsieden (Filmver dampfung) als Wärmetransportmechanismus gekennzeichnet ist. At a certain temperature difference .DELTA.T, which as typically is between about 15 K and about 25 K, the second heat transporting mechanism portion of nucleate boiling goes into a third heat transport mechanism range defined by the so-called partial or unstable film boiling (Filmver evaporation) is characterized as a heat transport mechanism. Die Oberfläche des Körpers wird beim instabilen Filmsieden teilweise von einer instabilen geschlossenen Gasschicht oder weitgehend von Gasblasen bedeckt (Übergangszustand zwischen Blasensieden und Filmsieden). The surface of the body is unstable during film boiling partially closed by an unstable gas layer or largely of gas bubbles covering (transitional state between nucleate boiling and film boiling). Wegen der schlechten Wärme leitung in der Gasschicht sinkt der Wärmeübergangskoeffi zient α und auch die Wärmestromdichte dann mit steigender Temperaturdifferenz ΔT. Because of the poor heat pipe in the gas layer of the Wärmeübergangskoeffi decreases coefficient α and the heat flux then with increasing temperature difference AT. Den Übergang zwischen Blasensieden und Filmsieden, der einem Maximum der Siedekurve entspricht, bezeichnet man auch als Burn-out-Punkt. The transition between nucleate boiling and film boiling, corresponding to a maximum of the boiling curve, also called burn-out point. Das instabile Film sieden geht bei einer noch höheren Temperaturdifferenz ΔT (typischerweise zwischen etwa 60 K und etwa 120 K) in den vierten Wärmetransportmechanismusbereich über, bei dem ein vollständiger Gasfilm an der Oberfläche des Festkörpers entsteht, der die Flüssigkeit von dem Festkörper trennt Diesen Wärmetransportmechanismus bezeichnet man als stabiles Filmsieden. boiling the unstable film is at an even higher temperature difference .DELTA.T (typically between about 60 K and about 120 K) in the fourth heat transport mechanism range above, in which a complete gas film is formed at the surface of the solid which separates the liquid from the solid-state referred This heat transport mechanism one as a stable film boiling. Die Wärme wird beim stabilen Filmsieden unmittel bar auf die Gasschicht durch Wärmeleitung und Konvektion übertragen und der Wärmeübergangskoeffizient α sowie die Wärmestromdichte steigen wieder leicht an bei stark steigen dem Temperaturunterschied ΔT. The heat is transferred immediacy bar during stable film boiling on the gas layer by thermal conduction and convection, and the heat transfer coefficient α and heat flux rise again slightly with strongly increase the temperature difference .DELTA.T. Der Übergang vom instabilen Filmsieden ins stabile Filmsieden entspricht also einem Minimum der Siedekurve. The transition from film boiling unstable to stable film boiling thus corresponds to a minimum of the boiling curve.

Beim Kühlen eines Körpers bzw. beim Heizen einer Flüssigkeit mit einem Heizkörper ist der Übergang vom Blasensieden ins Filmsieden (Burn-out-Punkt) besonders kritisch, da bei einer kleinen Überschreitung der Wärmestromdichte plötzlich eine größere Temperaturdifferenz zwischen dem Körper und der Flüs sigkeit auftritt, die zu einer starken Aufheizung und damit zur Zerstörung der Körperoberfläche führen kann. Upon cooling of a body or for heating a liquid having a heating element, the transition from nucleate boiling to film boiling (burn-out point) is particularly critical when suddenly a larger temperature difference between the body and the flues occurs sigkeit with a small excess of the heat flux, which can lead to a strong heating-up and thus the destruction of the body surface. Deshalb sollte die Wärmezufuhr zur Körperoberfläche nicht den Betrag überschreiten, bei dem der Wärmeübergang gerade noch durch Blasensieden stattfindet. Therefore, the supply of heat to the body surface should not exceed the amount at which the heat transfer takes place by just boiling.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfah ren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen der Wärmetrans portmechanismus an wenigstens einer Grenzfläche zwischen einem Körper und einer kälteren Flüssigkeit mit einer nur geringen Zeitverzögerung bestimmt werden kann und mit denen insbesondere festgestellt werden kann, ob der aktuelle Wärme übergang an der Grenzfläche zwischen dem Körper und der Flüssigkeit durch Blasensieden oder durch Filmsieden als Wärmetransportmechanismus stattfindet. The invention is therefore based on the object, reindeer a procedural and to provide a device with which the heat trans port mechanism at at least one interface between a body and a colder liquid can be determined with only a small time delay and with which it can be determined in particular, whether the current heat transition at the interface between the body and the liquid by boiling or by film boiling takes place as a heat transport mechanism.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merk malen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7. This object is solved according to the invention with the characteristics set of claim 1 or of claim 7.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, die unterschied lichen optischen Eigenschaften von flüssiger Phase und gas förmiger Phase zum Bestimmen des Wärmetransportmechanismus an der Grenzfläche zwischen dem festen Körper und der Flüssig keit auszunutzen. The invention is based on the consideration that differed union optical properties of the liquid phase and gaseous phase for determining the heat transfer mechanism at the interface between exploit the fixed body and the liquid ness. Ausgehend von dieser Überlegung wird ein optischer Sensor verwendet, der einen an der Grenzfläche angeordneten Sensorbereich aufweist und dessen Ausgangssignal vom optischen Brechungsindex des im Sensorbereich befindli chen Mediums abhängt. Starting from this consideration, an optical sensor is used, which has a arranged at the interface area sensor and whose output signal depends on the optical index of refraction of befindli surfaces in the sensor region medium. Da sich die Brechungsindizes von Gas phase und flüssiger Phase deutlich unterscheiden, kann mit dem Ausgangssignal des optischen Sensors festgestellt werden, durch welchen Wärmetransportmechanismus der Wärmeübergang an der Grenzfläche zwischen dem Körper und der Flüssigkeit ge rade stattfindet. Since the refractive indices of gas phase and different liquid phase significantly, it can be determined with the output signal of the optical sensor, through which heat transfer mechanism of heat transfer at the interface between the body and the liquid ge rade takes place. Wenn im Sensorbereich des optischen Sensors nur flüssiges Medium ist, bleibt das Ausgangssignal im wesentlichen auf einem ersten konstanten Wert. If the sensor region of the optical sensor is only liquid medium, the output signal remains substantially at a first constant value. Dies ent spricht einem Wärmeübergang durch Wärmeleitung oder Wärme leitung und Konvektion als Wärmetransportmechanismen. This corresponds to a heat transfer by conduction or convection heat management and as a heat transport mechanisms. Das Auftreten von Blasen oder einem Gasfilm im Sensorbereich des optischen Sensors führt zu entsprechenden Änderungen im Aus gangssignal des optischen Sensors, deren zeitlicher Verlauf charakteristisch für Blasensieden bzw. instabiles Filmsieden ist. The occurrence of bubbles and a gas film in the sensor region of the optical sensor leads to corresponding changes in the output signal from the optical sensor, the time course is characteristic of nucleate or film boiling unstable. Beim stabilen Filmsieden schließlich bleibt das Aus gangssignal im wesentlichen auf einem zweiten konstanten Wert, da im Sensorbereich des optischen Sensors praktisch nur noch Gas vorhanden ist. When stable film boiling finally the output signal from remains substantially at a second constant value, as in the sensor region of the optical sensor practically only gas is present.

Der Wärmetransportmechanismus kann in Echtzeit ohne Messung der Temperaturen von dem festen Körper und der Flüssigkeit und ohne Bestimmung der zugehörigen Wärmestromdichte ermit telt werden. The heat transport mechanism can be ermit telt in real time without measuring the temperatures of the solid and the liquid, and without determination of the associated heat flux. Das ermöglicht insbesondere eine effiziente Überwachung der an die Flüssigkeit angrenzenden Oberfläche des Körpers zum Schutz vor thermischer Überlastung. This allows in particular efficient monitoring of adjacent to the liquid surface of the body to protect against thermal overload.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfah rens und der Vorrichtung ergeben sich aus den jeweils abhän gigen Ansprüchen. Advantageous embodiments and developments of the procedure and the device resulting from the respective depen Gigen claims.

In einer ersten Ausführungsform wird mit dem Ausgangssignal des optischen Sensors die vom Körper abgeführte Wärme oder die abgeführte Wärmeleistung ermittelt. In a first embodiment, is determined by the output signal of the optical sensor exhausted by body heat or the dissipated heat output.

In einer zweiten Ausführungsform enthält der Körper wenig stens einen stromdurchflossenen elektrischen Leiter, vorzugs weise einen Hochtemperatur-Supraleiter. In a second embodiment, the body contains little least a current-carrying electrical conductors, preferably, a high temperature superconductor. Als Flüssigkeit zum Kühlen des Hochtemperatur-Supraleiters ist dann vorzugsweise flüssiger Stickstoff vorgesehen. As a liquid for cooling the high-temperature superconductor preferably liquid nitrogen, is then provided. Der Hochtemperatur-Supralei ter kann Teil eines Strombegrenzers sein. The high temperature Supralei ter can be part of a current limiter.

In einer besonderen Weiterbildung wird in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des optischen Sensors die elektrische Verlust leistung in dem stromdurchflossenen elektrischen Leiter ge regelt. In a particular development, the electric power loss is controlled in the current-carrying electrical conductors ge in response to the output of the optical sensor.

Das Verfahren kann auch zur Optimierung der geometrischen Ge stalt eines Körpers oder bei mehreren, mit der Flüssigkeit in Kontakt stehenden Körpern zur Auslegung der geometrischen Ge stalt jedes Körpers und der geometrischen Lage der Körper relativ zueinander verwendet werden. The method may also to optimize geometrical Ge Stalt a body or more, in contact with the liquid bodies on the interpretation of geometrical Ge Stalt each body and the geometric position of the body relative to each other are used.

Der optische Sensor enthält in einer vorteilhaften Ausgestal tung eine Lichtleitfaser, eine Lichtquelle und einen Photo detektor. The optical sensor includes detector in an advantageous Ausgestal processing an optical fiber, a light source and a photosensor. Ein erstes Ende der Lichtleitfaser ist optisch so wohl mit der Lichtquelle als auch mit dem Photodetektor ver bünden. A first end of the optical fiber is optically as well frets ver with the light source and to the photodetector. Der Sensorbereich des optischen Sensors ist mit einem Bereich gebildet, der das zweite, freie Ende der Lichtleit faser umgibt. The sensor region of the optical sensor is formed with an area surrounding the second, free end of the light guide fiber. An einem Ausgang des Photodetektors steht das Ausgangssignal des Sensors an, das eindeutig von der Licht intensität des am freien Ende der Lichtleitfaser reflektier ten Lichts abhängt. At an output of the photodetector, the output signal of the sensor is at that uniquely from the light intensity of the reflektier at the free end of the optical fiber th light depends. Das Ausgangssignal ist somit auch in ein deutiger Weise abhängig vom Brechungsindex des im Sensor bereich am freien Ende der Lichtleitfaser befindlichen Me diums. The output signal is thus dependent on the refractive index of the sensor located in the area at the free end of the optical fiber Me diums in a deutiger manner. Der Durchmesser der Lichtleitfaser an ihrem freien Ende ist vorzugsweise nicht größer als etwa 0,1 mm, um auch sehr dünne Gasfilme an der Grenzfläche detektieren zu können. The diameter of the optical fiber at its free end is preferably no greater than about 0.1 mm in order to be able to detect even very thin gas films at the interface. Vorzugsweise ist das freie Ende der Lichtleitfaser konvex ge formt, um eine hohe Meßempfindlichkeit zu erreichen. Preferably, the free end of the optical fiber is convex ge formed to achieve a high detection sensitivity.

Zum Positionieren des Sensorbereichs des optischen Sensors an die Grenzfläche zwischen dem Körper und der Flüssigkeit kön nen Positioniermittel vorgesehen sein. For positioning of the sensor region of the optical sensor to the interface between the body and the liquid NEN positioning Kgs be provided.

Zum Bestimmen des Wärmetransportmechanismus wird vorzugsweise aus dem Ausgangssignal des optischen Sensors ein Auswerte signal abgeleitet, das der relativen Häufigkeit eines der beiden Werte (Gas oder Flüssigkeit) des Ausgangssignals ent spricht bezogen auf ein betrachtetes Zeitintervall. To determine the heat transfer mechanism, a evaluation signal is derived preferably from the output signal of the optical sensor, that the relative frequency of one of the two values ​​(gas or liquid) of the output signal ent speaks based on an observed time interval. Das Zeit intervall wird während des Betriebs fortlaufend angepaßt. The time interval is adjusted continuously during operation. Beispielsweise kann als Auswertesignal der Quotient aus der Zeit, während der das Ausgangssignal des optischen Sensors seinen Wert bei Gas im Sensorbereich annimmt, und der Gesamt zeit des betrachteten Zeitintervalls oder auch der Quotient aus der Zeit, während der das Ausgangssignal des optischen Sensors seinen Wert bei Flüssigkeit im Sensorbereich annimmt, und der Gesamt zeit des betrachteten Zeitintervalls herange zogen werden ("duty cycle"). For example, as evaluation signal, the quotient of the time during which assumes the output signal of the optical sensor its value in the gas in the sensor region, and the total time of the time interval under consideration, or the ratio of the time during which the output signal of the optical sensor its value in liquid assumes in the sensor area and the total time of the time interval considered Hérange be coated ( "duty cycle").

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren To further explain the invention reference is made to the drawing, in which

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Bestimmen des Wärmetransportmechanismus an einer Grenzfläche zwischen einem Festkörper und einer Flüssigkeit mit einem optischen Sensor, Fig. 1 shows an embodiment of an apparatus for determining the heat transfer mechanism at an interface between a solid and a liquid with an optical sensor,

Fig. 2 bis 6 jeweils in einem Diagramm ein Ausgangssignal des optischen Sensors für jeweils einen Wärmetransport mechanismus und Figs. 2 to 6 are each a diagram showing an output signal of the optical sensor for each of a heat transport mechanism and

Fig. 7 ein aus dem Ausgangssignal des optischen Sensors ermit teltes Auswertesignal in einem Diagramm jeweils schema tisch veranschaulicht sind. A are illustrated from the output signal of the optical sensor ermit teltes evaluation signal in a diagram schematically Fig. 7.

In Fig. 1 sind ein fester Körper mit 2 , eine Flüssigkeit mit 4 , eine Grenzfläche zwischen dem festen Körper 2 und der Flüssigkeit 4 mit 3 , ein optischer Sensor mit 5 , eine Licht leitfaser mit 6 , ein erstes Ende dieser Lichtleitfaser mit 6 A, ein zweites Ende dieser Lichtleitfaser mit 6 B, eine Lichtquelle mit 7 , ein Photodetektor mit 8 , Auswertemittel mit 9 und ein Sensorbereich des optischen Sensors 5 mit 50 bezeichnet. In Fig. 1, a fixed body 2, a liquid 4, an interface between the fixed body 2 and the liquid 4 3, an optical sensor 5, a light are leitfaser 6, a first end of the optical fiber 6 A , a second end of the optical fiber designated 6 B, a light source 7, a photodetector 8, 9 and evaluation means with a sensor region of the optical sensor 5 with 50th

Der Körper 2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ganz in die Flüssigkeit 4 eingetaucht, kann aber auch nur an einem Teil seiner Oberfläche als Grenzfläche 3 mit der Flüssigkeit in Kontakt stehen. The body 2 is completely immersed in the embodiment shown in the liquid 4, but can also be as an interface 3 to the liquid in contact only at a part of its surface. Das freie Ende 6 B der Lichtleitfaser 6 des optischen Sensors 5 ist an der Grenzfläche 3 zwischen dem Körper 2 und der Flüssigkeit 4 angeordnet. The free end 6 B of the optical fiber 6 of the optical sensor 5 is arranged at the interface 3 between the body 2 and the liquid. 4 Der Sensorbereich 50 des optischen Sensors wird mit einem Bereich gebildet, der das freie Ende 6 B der Lichtleitfaser 6 umgibt. The sensor portion 50 of the optical sensor is formed with a region which surrounds the free end of the optical fiber B 6. 6 Das erste Ende 6 A der Lichtleitfaser 6 ist über einen optischen Koppler 11 sowohl mit der Lichtquelle 7 als auch mit dem Photodetektor 8 als Lichtempfänger optisch verbunden. The first end 6 A of the optical fiber 6 is optically connected via an optical coupler 11 with both the light source 7 and the photodetector 8 as a light receiver. Licht L der Lichtquelle 7 wird über den optischen Koppler 11 an dem ersten Ende 6 A in die Lichtleitfaser 6 eingekoppelt und am freien Ende 6 B der Lichtleitfaser 6 teilweise reflektiert. Light L of the light source 7 is coupled through the optical coupler 11 at the first end 6 A in the optical fiber 6 and the free end of the optical fiber 6 B 6 partially reflected. Das reflektierte Licht LR durchläuft die Lichtleitfaser 6 in umgekehrter Rich tung und wird über den optischen Koppler 11 dem Photodetektor 8 zugeführt. The reflected light LR passes through the optical fiber 6 in the reverse Rich processing and is supplied through the optical coupler 11 to the photodetector. 8 Der Photodetektor 8 wandelt das reflektierte Licht LR in ein elektrisches Ausgangssignal S des optischen Sensors 5 um. The photodetector 8 converts the reflected light LR into an electric output signal S of the optical sensor. 5 Dieses Ausgangssignal S ist ein direktes Maß für die Lichtintensität des zurückreflektierten Lichts LR und damit für den Reflexionsgrad am freien Ende 6 B der Lichtleit faser 6 , wobei der Kopplungsfaktor des Kopplers 11 in der Lichtintensität entsprechend zu berücksichtigen ist. This output signal S is a direct measure for the light intensity of the reflected light LR and thus for the degree of reflection on the free end 6 B of the light guide fiber 6, wherein the coupling factor of the coupler 11 is to be taken into account in the light intensity. Der Reflexionsgrad am freien Ende 6 B der Lichtleitfaser 6 ist definiert als Verhältnis von Lichtintensität des reflektier ten Lichts LR zur Lichtintensität des einfallenden Lichts L in der Lichtleitfaser 6 und ist abhängig vom optischen Bre chungsindex des das freie Ende 6 B im Sensorbereich 50 umge benden Mediums. The reflectance at the free end 6 B of the optical fiber 6 is defined as the ratio of light intensity of the reflektier th light LR to the light intensity of the incident light L in the optical fiber 6 and is dependent on the optical a refracting index of the free end 6 B converted in the sensor portion 50 inputting medium , Im allgemeinen wird um so mehr Licht am freien Ende 6 B zurückreflektiert, je niedriger der Brechungs index des Mediums im Sensorbereich 50 ist. In general, the more light is reflected back at the free end 6 B, the lower the refractive index of the medium in the sensor area 50th Das Ausgangssignal S des optischen Sensors 5 wächst deshalb mit fallendem Bre chungsindex des Mediums im Sensorbereich 50 . Therefore, the output signal S of the optical sensor 5 increases with falling a refracting index of the medium in the sensor area 50th Das freie Ende 6 B der Lichtleitfaser 6 kann im wesentlichen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts L angeordnet sein (senkrechte Inzidenz). The free end 6 B of the optical fiber 6 may be substantially perpendicular to the propagation direction of the light L to be positioned (vertical incidence). Vorzugsweise ist das freie Ende 6 B der Lichtleit faser 6 konvex gekrümmt, beispielsweise in Form eines Rota tionskörpers eines Polynoms wenigstens zweiten Grades. Preferably the free end 6 of the B light guide fiber 6 is convexly curved, for example in the form of a Rota tion body of a polynomial of at least second degree. Da durch werden die Benetzungseigenschaften am freien Ende 6 B günstig beeinflußt, und man erhält einen größeren Signalhub zwischen einem Zustand des Ausgangssignals S, der einer flüs sigen Phase im Sensorbereich 50 entspricht, und einem zweiten Zustand des Ausgangssignals S, der einer gasförmigen Phase im Sensorbereich 50 entspricht. By because the wetting characteristics at the free end 6 B are favorably influenced and there is obtained a larger signal swing between a state of the output signal S which corresponds to from a liquid phase in the sensor region 50, and a second state of the output signal S, of a gaseous phase in the sensor region 50 corresponds. Ein solcher optischer Sensor ist beispielsweise aus der DE-C 37 26 412 bekannt, deren Offen barung in den Inhalt der vorliegenden Anmeldung mit einbe zogen wird. Such an optical sensor is known for example from DE-C 37 26 412, whose open barung in the content of the present application is inco subjected.

Der Körper 2 befindet sich nun auf einer höheren Temperatur T1 als die Flüssigkeit 4 . The body 2 is now at a higher temperature T1 than the liquid. 4 Beispielsweise kann der Körper 2 als Heizkörper zum Aufheizen der Flüssigkeit 4 vorgesehen sein oder auch die Flüssigkeit 4 zum Kühlen des heißeren Kör pers 2 . For example, the body 2 may be provided as a heater for heating the liquid 4 or the liquid 4 to cool the hotter Kör pers. 2 Liegt die Temperatur T1 des Körpers 2 nun höher als die Siedetemperatur der Flüssigkeit 4 , so beginnt die Flüs sigkeit 4 an der Grenzfläche 3 zu sieden. The temperature T1 of the body 2 is now higher than the boiling temperature of the liquid 4, the flues begins sigkeit 4 to boil at the interface. 3 Ab einer gewissen Temperaturdifferenz ΔT = T1-T2 zwischen der Temperatur T1 des Körpers 2 und der Temperatur T2 der Flüssigkeit 4 bilden sich an der Grenzfläche 3 Gasblasen, die schematisch eingezeichnet sind. From a certain temperature difference .DELTA.T = T1-T2 between the temperature T1 of the body 2 and the temperature T2 of the liquid 4 are formed at the interface 3 of gas bubbles which are shown schematically. Gelangen nun eine oder mehrere dieser Gasblasen in den Sensorbereich 50 , so ändert sich das Ausgangssignal S des optischen Sensors 5 . Now move one or more of these gas bubbles into the sensor region 50 so the output signal S of the optical sensor 5 changes.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen Ausführungsbeispiele des Ausgangs signals S des optischen Sensors 5 , die jeweils einem bestimm ten Wärmetransportmechanismus an der Grenzfläche 3 zwischen dem Körper 2 und der Flüssigkeit 4 entsprechen. Figs. 2 to 4 show embodiments of the output signal S of the optical sensor 5, each corresponding to a limited hours th heat transfer mechanism at the interface 3 between the body 2 and the liquid 4. Das Ausgangs signal S ist jeweils in einem Zeitintervall Δt in Abhängig keit von der Zeit t aufgetragen. The output signal S is in each case in a time interval .DELTA.t applied in Depending speed of the time t.

Das Ausgangssignal S gemäß der Fig. 2 entspricht dem Fall, wenn im Sensorbereich 50 des optischen Sensors 5 im wesent lichen nur Flüssigkeit vorhanden ist. The output signal S of FIG. 2 corresponds to the case when in the sensor area 50 of the optical sensor 5 in Wesent union only liquid is present. Das Ausgangssignal S ist in diesem Fall im wesentlichen konstant und nimmt im ge samten Zeitintervall Δt = τ einen Wert S min an, der dem nied rigen Reflexionsgrad am freien Ende 6 B der Lichtleitfaser 6 aufgrund des hohen Brechungsindex der Flüssigkeit im Sensor bereich 50 entspricht. The output signal S is constant in this case is substantially takes in ge entire time interval At = τ a value S min on, corresponding to the nied membered reflectance at the free end 6 B of the optical fiber 6 due to the high refractive index of the liquid in the sensor area 50th Ein solches Ausgangssignal S ent spricht einem Wärmeübergang an der Grenzfläche 3 , der nur durch Wärmeleitung oder durch Wärmeleitung und Konvektion als Wärmetransportmechanismus stattfindet. Such an output signal S ent speaks a heat transfer at the interface 3, which takes place only by heat conduction or by heat conduction and convection as a heat transport mechanism.

Die Fig. 3 zeigt einen Fall, bei dem bereits Blasenbildung an der Grenzfläche 3 zwischen dem Körper 2 der Flüssigkeit 4 eingesetzt hat. FIG. 3 shows a case has already started blistering at the interface 3 between the body 2 of the liquid 4 at the. Die einzelnen Blasen resultieren jeweils in einem deutlich erkennbaren Signalpuls, bei dem das Ausgangs signal von seinem ersten Wert S min auf einen zweiten Wert S max sich verändert. The individual bubbles resulting in each case in a clearly recognizable signal pulse, wherein the output signal from its first value to a second value S min S max changes. Der zweite Wert S max des Ausgangssignals S ist wegen des niedrigeren Brechungsindex des Gases in den Gasblasen größer als der erste Wert S min . The second value S max of the output signal S is greater than the first value S min due to the lower refractive index of the gas in the gas bubbles. Die Zeitdauern der Pulse der Signalhöhe S max (Gasblasenpulse) sind mit σ1 bis σ4 bezeichnet. The durations of the pulses of the signal level S max (gas bubble pulse) are denoted by σ1 to σ4. Die Zeitdauern der komplementären Zustände des Ausgangssignals S mit der Signalhöhe S min sind mit τ1 bis τ5 bezeichnet. The durations of the complementary states of the output signal S with the signal level S min are denoted by τ1 to τ5. Die Summe aller Zeitdauern entspricht dem gesam ten Zeitintervall Δt, also The sum of all durations equal to the TOTAL th time interval At, so

Δt = Σ σi + Σ τj At = Σ Σ + j be .sigma..sub.i

mit den Summationsindizes i und j. with the summation indices i and j. Der Summationsindex i läuft im Beispiel der Fig. 3 von 1 bis 4 und der Summations index j von 1 bis 5. The summation index i runs in the example of Fig. 3 of 1 to 4 and the summation index j 1 to 5

Fig. 4 zeigt einen Fall, bei dem eine gegenüber dem in Fig. 3 dargestellten Fall bereits deutlich heftigere Blasenbildung an der Grenzfläche 3 zwischen dem Körper 2 und der Flüssig keit 4 stattfindet. Fig. 4 shows a case in which a case shown already takes place against the in Fig. 3 clearly violent bubble formation at the interface 3 between the body 2 and the liquid ness 4. Die im zeitlichen Mittel größere Anzahl von Gasblasen an der Grenzfläche 3 spiegelt sich in einer entsprechend größeren Anzahl von Gasblasenpulsen des Aus gangssignals S wider, bei denen das Ausgangssignal S seinen Maximalwert S max annimmt. The larger-time average number of gas bubbles at the interface 3 is reflected in a correspondingly greater number of pulses of the gas bubble from crossing signal S resist in which the output signal S is at its maximum value S max. Die Summe Σ σi der Pulsbreiten σi der Gasblasenpulse im Zeitintervall Δt ist größer als im Bei spiel der Fig. 3. Die Summe Σ τj der Pulsbreiten τj der "Flüssigkeitspulse" ist dagegen entsprechend kleiner. The sum Σ .sigma..sub.i of the pulse widths of the gas bubble .sigma..sub.i pulses in the time interval At is greater than in the case of play of Fig. 3. The sum Σ j be the j be pulse widths, the "liquid Pulse" on the other hand correspondingly smaller. Der Summationsindex i läuft hier von 1 bis 9 und der Summations index j von 1 bis 10. Im zeitlichen Mittel nimmt im allge meinen auch die Größe der Gasblasen mit steigender Tempera turdifferenz ΔT zwischen Körper 2 und Flüssigkeit 4 zu. The summation index i runs from 1 to 9 here and the summation index j from 1 to 10. In time average, takes in general also mean the size of the gas bubbles with increasing temperature turdifferenz AT between body 2 and 4 to liquid. Dies führt zu einer im zeitlichen Mittel größeren zeitlichen Breite σi der Gasblasenpulse des Ausgangssignals S. This leads to a larger average over time .sigma..sub.i time width of the gas bubble pulses of the output signal S.

Die Fig. 5 zeigt ein Ausgangssignal S, das bei instabilem Filmsieden an der Grenzfläche 3 zwischen dem Körper 2 und der Flüssigkeit 4 typischerweise erhalten wird. FIG. 5 shows an output signal S which is obtained in unstable film boiling at the interface 3 between the body 2 and the liquid 4 typically. Das Ausgangs signal S ist überwiegend (Intervalle σ1 bis σ4) in seinem oberen, zweiten Zustand S max und geht nur noch gelegentlich für vergleichsweise kurze Zeiträume τ1 bis τ3 in seinen unte ren Zustand S min über. The output signal S is predominantly (σ1 to σ4 intervals) in its upper, second state S max and is only occasionally for comparatively short periods τ1 to τ3 in its unte ren state S min over. Dies entspricht phänomenologisch der Tatsache, daß an der Grenzfläche 3 die Blasen bereits zu einem Gasfilm zusammengewachsen sind und dieser Gasfilm nur noch gelegentlich abreißt, so daß noch einmal Flüssigkeit an die Körperoberfläche des Körpers 2 gelangen kann. This corresponds phenomenologically the fact that at the interface 3, the bubbles are merged to form a film of gas and this gas film only occasionally tearing, so that liquid can pass to the body surface of the body 2 again. Der Über gang zwischen Blasensieden und instabilem Filmsieden im Aus gangssignal S des optischen Sensors 5 ist fließend. The transitional between boiling and unstable film boiling in the off output signal S of the optical sensor 5 is fluid.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 ist der Wärmetransportmecha nismus an der Grenzfläche 3 in stabiles Filmsieden übergegan gen. Das Ausgangssignal S bleibt konstant auf seinem Maximal wert S max . In the embodiment of FIG. 6 of the Wärmetransportmecha is about Gegan gen mechanism at the interface 3 in stable film boiling. The output signal S remains constant at its maximum value S max. Das bedeutet, daß sich ein stabiler Gasfilm an der Grenzfläche 3 gebildet hat, der den Körper 2 von der Flüssig keit 4 trennt. This means that a stable gas film is formed at the interface 3, which separates the body 2 from the liquid ness. 4

Das Ausgangssignal S des optischen Sensors 5 ermöglicht also eine Aussage darüber, ob der Wärmeübergang an der Grenzfläche 3 zwischen dem Körper 2 und der Flüssigkeit 4 durch Wärmelei tung und Konvektion, durch Blasensieden oder durch Filmsieden stattfindet. Thus, the output signal S of the optical sensor 5 enables a statement whether the transfer of heat at the interface 3 between the body 2 takes place and the liquid 4 by Wärmelei processing and convection, nucleate boiling, or by film boiling.

Die Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Auswertesignals D, das von in Fig. 1 dargestellten Auswertemitteln 9 aus dem Ausgangssignal S des optischen Sensors 5 hergeleitet werden kann. Fig. 7 shows an embodiment of an evaluation signal D, which can be derived from shown in Fig. 1 9 evaluation means from the output signal S of the optical sensor 5. Das Auswertesignal D ist in einem Diagramm über dem Wärmetransportmechanismus aufgetragen und ist ein Maß für die relative Häufigkeit der "Gaspulse" im Ausgangssignal S des optischen Sensors 5 , dh der Peaks des Ausgangssignals S, in denen das Ausgangssignal S den Maximalwert S max annimmt. The evaluation signal D is plotted in a diagram over the heat transport mechanism and is a measure of the relative frequency of "gas pulses" in the output signal S of the optical sensor 5, ie, the peaks of the output signal S, in which the output signal S the maximum value assumes S max. Im Diagramm sind die vier Wärmetransportmechanismusbereiche ein getragen. The diagram shows the four heat transport mechanism areas are worn. Der Wärmetransportmechanismusbereich der Wärmelei tung und Konvektion ist mit I bezeichnet, der Wärmetransport mechanismusbereich des Blasensiedens mit II, der Wärmetrans portmechanismusbereich des instabilen Filmsiedens mit III und der Wärmetransportmechanismusbereich des stabilen Filmsiedens mit IV bezeichnet. The heat transport mechanism portion of the Wärmelei tung and convection is denoted by I, the heat transport mechanism portion of nucleate boiling by II, the heat Trans designated port mechanism portion of the unstable film boiling with III and the heat transport mechanism portion of the stable film boiling with IV. Im Wärmetransportmechanismusbereich I (Konvektion) hat das entsprechende Ausgangssignal S typi scherweise einen in Fig. 2 dargestellten Verlauf. In the heat transport mechanism section I (convection), the corresponding output signal S typi cally a waveform shown in Fig. 2. Die relative Häufigkeit der Gaspulse, bei denen das Ausgangssignal S den Maximalwert S max annimmt, ist Null. The relative abundance of the gas pulses in which the output signal S takes the maximum value S max is zero. Deshalb bleibt das Aus wertesignal D im Wärmetransportmechanismusbereich 1 praktisch konstant auf dem Wert 0,0. Therefore, the values from D signal in the heat transport mechanism section 1 remains practically constant at the value 0.0. Beim Übergang in den Wärmetrans portmechanismusbereich II (Blasensieden) beginnen sich Blasen zu bilden. On the transition to heat trans port mechanism section II (boiling) bubbles begin to form. Dadurch entstehen im Ausgangssignal S des opti schen Sensors 5 , wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, Gaspul se, deren Zahl mit heftiger werdender Blasenbildung steigt. This results in the output signal S of the optical rule sensor 5, as shown in Figs. 3 and 4, Gaspul se, whose number increases with violent expectant blistering. Das Auswertesignal D nimmt deshalb im Bereich II des Blasen siedens steil zu. Therefore, the evaluation D takes in region II of the bubbles boiling too steep. In einem Übergangspunkt (Burn Out-Punkt) P geht das Blasensieden in instabiles Filmsieden (Bereich III) über. In a transition point (Burn Out point) P nucleate boiling proceeds (Section III) in unstable film boiling. Die relative Häufigkeit der Gaspulse nähert sich nun mit einem etwas flacheren Verlauf dem Wert 1,0 der relativen Häufigkeit, der dem Wärmetransportmechanismusbereich IV des stabilen Filmsiedens entspricht. The relative frequency of the gas pulses is approaching with a slightly flatter the value 1.0 of the relative frequency corresponding to the heat transport mechanism section IV of the stable film boiling. Die relative Häufigkeit der Zustände des Ausgangssignals S des optischen Sensors 5 mit dem Minimalwert S min , die in Fig. 5 gezeigt sind und bei denen kurzzeitig noch Flüssigkeit zur Grenzfläche 3 gelangen kann, nimmt im Wärmetransportmechanismusbereich III des instabilen Filmsiedens mit steigender Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Körper 2 und der Flüssigkeit 4 immer mehr ab. The relative frequency of the states of the output signal S of the optical sensor 5 to the minimum value S min, shown in Fig. 5 and which can reach even liquid to the interface 3 briefly takes in heat transport mechanism section III of the unstable film boiling with increasing temperature difference AT between the body 2 and the liquid 4 more and more. Der Wärme transportmechanismusbereich IV des stabilen Filmsiedens ent spricht einem Ausgangssignal S, das in Fig. 6 gezeigt ist. Transport mechanism portion of the heat stable film boiling IV of ent speaks an output signal S which is shown in Fig. 6. Die relative Häufigkeit des Gassignals, also des Maximalwerts S max im Ausgangssignal S, und das Auswertesignal D nehmen nun den konstanten Wert 1,0 an. The relative abundance of the gas signal, that is the maximum value S max in the output signal S, and the evaluation D now assume the constant value 1.0.

Als Auswertesignal D kann beispielsweise ein analog zu einem Duty-cycle definiertes Auswertesignal As evaluation signal D, for example, an analog to a defined duty cycle evaluation signal

D = (Σ σi)/((Σ σi) + (Σ τj)) (1) D = (Σ .sigma..sub.i) / ((Σ .sigma..sub.i) + (Σ j be)) (1)

herangezogen werden, wobei i und j Summationsindizes sind und die σi die Zeitdauern der Pulse sind, bei denen das Ausgangs signal S seinen Maximalwert S max annimmt und die τj die Zeit dauern der Zustände des Ausgangssignals S mit dem Minimalwert S min innerhalb des betrachteten Zeitintervalls Δt sind. be used, where i and j summation indexes and the .sigma..sub.i the durations of the pulses are in which accepts the output signal S at its maximum value S max and j be the time durations of the states of the output signal S with the minimum value S min within the observed time interval .DELTA.t are. Der Ausdruck (Σ σi) + (Σ τj) im Nenner des Ausdrucks auf der rechten Seite der Gleichung (1) entspricht dem betrachteten Zeitintervall Δt, dessen Grenzen und gegebenenfalls Länge fortlaufend neu bestimmt werden. The term (Σ .sigma..sub.i) + (Σ j be) in the denominator of the expression on the right side of equation (1) corresponds to the observed time interval At, are continually determines its boundaries and optionally length. Es sind Σ σi = 0 für i = 0 und Σ τj = 0 für j = 0 (keine Summation). There are .sigma..sub.i Σ = 0 for i = 0 and Σ j be = 0 for j = 0 (no summation).

Es kann aber auch ein komplementäres Auswertesignal D′ ver wendet werden, das durch but it can also be a complementary evaluation signal D 'ver turns that by

D′ = (Σ τj)/((Σ σi) + (Σ τj)) (2) D '= (Σ j be) / ((Σ .sigma..sub.i) + (Σ j be)) (2)

definiert ist. is defined. Dieses Auswertesignal D′ ist im Wärmetrans portmechanismusbereich I der Konvektion gleich 1,0 und nimmt in den Bereichen II und III des Blasensiedens bzw. instabilen Filmsiedens entsprechend komplementär zu dem Auswertesignal D gemäß Fig. 7 bis auf den Wert 0,0 im Bereich IV des stabilen Filmsiedens ab. This evaluation signal D 'is in heat trans port mechanism portion I of the convection equal to 1.0 and takes in the regions II and III of nucleate boiling and film boiling unstable accordingly complementary to the evaluation signal D in Fig. 7 to a value of 0.0 in the range of IV stable film boiling off.

Das Verfahren und die Vorrichtung werden in einer vorteilhaf ten Ausführungsform zum Bestimmen des Wärmetransportmechanis mus an einer Grenzfläche zwischen einem stromdurchflossenen elektrischen Leiter als Körper 2 und einer Kühlflüssigkeit (Kältemittel) 4 zum Abführen der elektrischen Verlustleistung in dem elektrischen Leiter eingesetzt. The method and apparatus are used in a vorteilhaf th embodiment for determining the Wärmetransportmechanis mechanism at an interface between a current-carrying electrical conductors as a body 2 and a cooling fluid (refrigerant) 4 for discharging the electric power loss in the electrical conductor. Das Ausgangssignal S des optischen Sensors 5 kann in dieser Ausführungsform insbe sondere als Regelgröße zum Regeln der Verlustleistung in dem elektrischen Leiter vorgesehen sein. The output signal S of the optical sensor 5 may be in particular sondere provided in this embodiment as a control variable for controlling the power loss in the electrical conductor. Wenn das Ausgangssignal S anzeigt, daß der Wärmetransportmechanismus an der Grenzflä che 3 in Filmsieden übergegangen ist oder überzugehen droht, kann dann die Verlustleistung im elektrischen Leiter durch Drosseln oder Abschalten der Stromversorgung verringert wer den. When the output signal S indicates that the heat transfer mechanism on the surface Grenzflä has transitioned to film boiling 3 or is liable to move, the power loss in the electrical conductor can then be reduced by throttling or shutting off the power supply to who.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz des Verfahrens und der Vorrichtung zum Bestimmen des Wärmetransportmechanismus zwi schen einem Hochtemperatur-Supraleiter und flüssigem Stick stoff als Kühlflüssigkeit. Particularly advantageously, the use of the method and apparatus for determining the heat transport mechanism is Zvi rule a high-temperature superconductor and liquid nitrogen material as the cooling liquid. Bei einem Supraleiter kann nämlich insbesondere bei einem Kurzschlußstrom die kritische Strom dichte des Supraleiters überschritten werden und der Supra leiter in seinen normalleitenden Zustand übergehen. In a superconductor Namely, particularly in a short-circuit current density of the superconductor critical current are exceeded and the Supra conductors pass in its normal conducting state. Der dann schlagartig um mehrere Größenordnungen größere elektrische Widerstand des Supraleiters führt zu einem entsprechend schnellen Anstieg der Verlustleistung in dem zu kühlenden Supraleiter. Then abruptly greater by several orders of magnitude electrical resistance of the superconductor leads to a correspondingly rapid rise in the power loss in the superconductor to be cooled. Um eine Zerstörung des Supraleiters zu vermei den, muß deshalb innerhalb einer Zeitspanne von beispiels weise 1 ms die Verlustleistung im Supraleiter gedrosselt wer den, z. A destruction of the superconductor to the vermei must therefore within a span of example, 1 ms, the power loss in the superconductor throttled who the such. B. durch einen Parallelwiderstand. For example, by a parallel resistor. Die Verwendung des optischen Sensors ermöglicht ein ausreichend schnelles Erken nen von Filmsieden an der Grenzfläche zwischen Supraleiter und flüssigem Stickstoff innerhalb von 1 ms und damit eine entsprechend schnell einleitbare Maßnahme zum Schutz des Supraleiters. The use of the optical sensor allows a sufficiently fast Erken NEN film boiling at the interface between the superconductor and liquid nitrogen within 1 ms, and thus a correspondingly fast einleitbare measure to protect the superconductor. Eine bevorzugte Anwendung sind Strombegrenzer mit einem oder mehreren in Reihe geschalteten Hochtemperatur- Supraleitern, die in einem Stickstoffbad gekühlt werden. A preferred application is a current limiter with one or more series-connected high-temperature superconductors, which are cooled in a nitrogen bath. Ein Strombegrenzer (Fault-current limiter) mit Hochtemperatur- Supraleitern ist beispielsweise aus EP-B-0 345 767 bekannt, deren Inhalt in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung miteinbezogen wird. A current limiter (fault-current limiter) with high-temperature superconductors is known for example from EP-B 0 345 767, whose content is incorporated in the disclosure of the present application.

Es können auch mehrere optische Sensoren vorgesehen sein, deren jeweilige Sensorbereiche für eine höhere Genauigkeit an einer gemeinsamen Grenzfläche eines Körpers mit einer Flüs sigkeit oder auch an den Grenzflächen mehrerer Körper jeweils mit einer oder der gleichen Flüssigkeit angeordnet werden können. Also, multiple optical sensors may be provided, sigkeit their respective sensor areas for a higher accuracy in a joint interface of a body having a flues or at the interfaces of several bodies each having one or the same liquid can be arranged. Die Ausgangssignale dieser optischen Sensoren können dann gemeinsam verarbeitet werden. The outputs of these optical sensors can then be processed together.

In einer besonderen Ausführungsform kann das Ausgangssignal des wenigstens einen optischen Sensors zur Optimierung der geometrischen Gestalt eines untersuchten Körpers, insbeson dere der Gestalt und Beschaffenheit der an die Flüssigkeit grenzenden Oberfläche des Körpers verwendet werden. In a particular embodiment, the output signal of the at least one optical sensor for the optimization of the geometric shape of a body under examination, in particular the shape and nature of the bordering on the liquid surface of the body are used. Bei meh reren Körpern kann auch mit Hilfe eines oder mehrerer opti scher Sensoren die Positionierung der Körper zueinander be stimmt werden, die am besten für vorgegebene elektrische und thermodynamische Randbedingungen wie beispielsweise elektri scher Widerstand, Temperaturen oder Wärmekapazitäten geeignet ist (Optimierung der Anordnung der Körper relativ zuein ander). In meh reren bodies, the positioning of the body to one another be (optimization of the arrangement of the body can be true also with the aid of one or more of optical sensors, which is best suited for given electrical and thermodynamic constraints such as electrical resistance to shear, temperature or heat capacity relative to each other). Diese Anwendungen sind vorteilhaft beim geometrischen Auslegen einer Kühlanordnung mit zu kühlenden Körpern und einem flüssigen Kältemittel, insbesondere auch bei den be reits erwähnten Strombegrenzern mit stickstoffgekühlten Hoch temperatur-Supraleitern. These applications are advantageous in the geometric designing of a cooling arrangement with bodies to be cooled and a liquid refrigerant, in particular also in the already mentioned be current limiters with nitrogen-cooled high-temperature superconductors.

Schließlich können auch nicht dargestellte Positioniermittel vorgesehen sein, um den wenigstens einen optischen Sensor an seinen Einsatzort an der Grenzfläche zwischen Körper und Flüssigkeit zu bringen. Finally, positioning means not shown may be provided to bring the at least one optical sensor to its location of use at the interface between the body and liquid. Dafür geeignet sind insbesondere maschinen- oder handgesteuerte Greifer zum Positionieren des freien Ende der Lichtleitfaser des optischen Sensors. Suitable for this purpose are, in particular hand or mechanically controlled gripper for positioning the free end of the optical fiber of the optical sensor.

Ein refraktiver optischer Sensor in einer der beschriebenen Ausführungsformen ist auch bei nicht transparenten Flüssig keiten und über einen weiten Temperaturbereich von Temperatu ren unter 77 K (Siedetemperatur von flüssigem Stickstoff) bis einigen hundert K einsetzbar. A refractive optical sensor in one of the described embodiments is also possibilities for non-transparent liquid and ren over a wide temperature range of tempera below 77 K (boiling point of liquid nitrogen) to several hundred K used. Der Wärmeeintrag des optischen Sensors in die Flüssigkeit ist vergleichsweise gering. The heat input of the optical sensor in the liquid is relatively low.

Zusätzlich kann auch der Füllstand der Kühlflüssigkeit über wacht werden. In addition, the coolant level may be watching over. Dazu kann das Ausgangssignal S oder das Aus wertesignal D bzw. D′ verwendet werden, wobei ein Unter schreiten des Füllstands dem Ausgangssignal S gemäß Fig. 6 entspricht, oder es kann ein zusätzlicher refraktiver opti scher Sensor vorgesehen sein. For this purpose, the output signal S or the off signal values D and D 'are used, with a fall below the level of the output signal S of FIG. 6 corresponds to, or it may be an additional refractive optical sensor may be provided.

Claims (17)

  1. 1. Verfahren zum Bestimmen des Wärmetransportmechanismus an wenigstens einer Grenzfläche ( 3 ) zwischen einem festen Körper ( 2 ) und einer Flüssigkeit ( 4 ), die kälter ist als der Körper ( 2 ), mit folgenden Merkmalen: 1. A method for determining the heat transfer mechanism on at least one interface (3) between a fixed body (2) and a liquid (4), which is colder than the body (2), having the following features:
    • a) es wird wenigstens ein optischer Sensor ( 5 ) mit einem Sensorbereich ( 50 ) verwendet, dessen Ausgangssignal (S) vom optischen Brechungsindex des Mediums im Sensorbereich ( 50 ) abhängt; a) there is at least one optical sensor (5) with a sensor region (50) whose output signal (S) depends on the optical index of refraction of the medium (in the sensor region 50);
    • b) der Sensorbereich ( 50 ) des optischen Sensors ( 5 ) wird an der Grenzfläche ( 3 ) angeordnet; b) the sensor region (50) of the optical sensor (5) is placed at the interface (3);
    • c) mit dem Ausgangssignal (S) des optischen Sensors ( 5 ) wird der Wärmetransportmechanismus an der Grenzfläche ( 3 ) zwischen dem Körper ( 2 ) und der Flüssigkeit ( 4 ) bestimmt. c) with the output signal (S) of the optical sensor (5) of the heat transfer mechanism at the interface (3) between the body (2) and the liquid (4) is determined.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Ausgangssignal (S) des optischen Sensors ( 5 ) als Maß für die von dem Körper ( 2 ) abgeführte Wärme herangezogen wird. 2. The method of claim 1, in which the output signal (S) of the optical sensor (5) used as a measure of the body (2) dissipated heat.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem 3. The method of claim 1 or claim 2, wherein
    • a) der Körper wenigstens einen stromdurchflossenen elektrischen Leiter ( 2 ) umfaßt und a) said body at least one current-carrying electrical conductors (2), and
    • b) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal (S) des optischen Sensor ( 5 ) die elektrische Verlustleistung in dem elektrischen Leiter ( 2 ) geregelt wird. b) the electrical power loss is controlled in the electrical conductor (2) in response to the output (S) of the optical sensor (5).
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Ausgangssignal (S) des optischen Sensors ( 5 ) zur geometri schen Auslegung des Körpers ( 2 ) verwendet wird. 4. The method of claim 1 or claim 2, in which the output signal (S) of the optical sensor (5) for geometric standpoint interpretation of the body (2).
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem 5. The method of claim 1 or claim 2, wherein
    • a) mehrere Körper ( 2 ) jeweils wenigstens eine Grenzfläche ( 3 ) zur Flüssigkeit ( 4 ) aufweisen, a) a plurality of bodies (2) each have at least one boundary surface (3) for liquid (4),
    • b) der Wärmetransportmechanismus an jeweils wenigstens einer Grenzfläche ( 3 ) zwischen jedem der Körper ( 2 ) und der Flüssigkeit ( 4 ) bestimmt wird und b) the heat transport mechanism between each of the body (2) and the liquid (4) is determined in each case at least one boundary surface (3) and
    • c) die geometrische Auslegung jedes der Körper ( 2 ) und die räumliche Anordnung der Körper ( 2 ) in der Flüssigkeit ( 4 ) in Abhängigkeit von den ermittelten Wärmetransportmecha nismen bestimmt werden. c) the geometric design of each of the body (2) and the spatial arrangement of the body (2) in the liquid (4) can be determined mechanisms in dependence on the determined Wärmetransportmecha.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem aus dem Ausgangssignal (S) des optischen Sensors ( 5 ) ein Aus wertesignal (D) abgeleitet wird, das der relativen Häufigkeit eines von zwei Werten (S min , S max ) des Ausgangssignals (S) in fortlaufend neu bestimmten Zeitintervallen (Δt) entspricht, wobei das Ausgangssignal (S) den ersten Wert (S min ) annimmt, wenn im wesentlichen nur Flüssigkeit im Sensorbereich ( 50 ) des optischen Sensors ( 5 ) ist, und den zweiten Wert (S max ) annimmt, wenn im Sensorbereich ( 50 ) des optischen Sensors ( 5 ) im wesentlichen nur Gas ist. Is derived 6. The method according to any one of the preceding claims, in which from the output signal (S) of the optical sensor (5) an off value signal (D) (min S, S max) of the relative frequency of one of two values of the output signal ( S) (in continuously newly determined time intervals .DELTA.t), wherein the output signal (S) assumes the first value (S min) if essentially only liquid is in the sensor area (50) of the optical sensor (5) and (the second value S max) assumes when in the sensor region (50) of the optical sensor (5) substantially only gas.
  7. 7. Vorrichtung zum Bestimmen des Wärmetransportmechanismus an wenigstens einer Grenzfläche ( 3 ) zwischen einem Körper ( 2 ) und einer Flüssigkeit ( 4 ), die kälter ist als der Körper ( 2 ), mit 7. Apparatus for determining the heat transfer mechanism on at least one interface (3) between a body (2) and a liquid (4), which is colder than the body (2), with
    • a) einem optischen Sensor ( 5 ), der einen an der Grenzfläche ( 3 ) angeordneten Sensorbereich ( 50 ) und ein vom optischen Brechungsindex des Mediums im Sensorbereich ( 50 ) abhängen des Ausgangssignal (S) aufweist, (a) an optical sensor 5), the one (at the interface 3) arranged sensor region (50) and one (from the optical refractive index of the medium in the sensor region 50) has depending of the output signal (S),
      und mit and with
    • b) Auswertemitteln ( 7 ) zum Bestimmen des Wärmetransportmecha nismus an der Grenzfläche ( 3 ) zwischen dem Körper ( 2 ) und der Flüssigkeit ( 4 ) aus dem Ausgangssignal (S) des opti schen Sensors ( 5 ). b) evaluation means (7) for determining the Wärmetransportmecha mechanism at the interface (3) between the body (2) and the liquid (4) from the output signal (S) of the optical sensor's (5).
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Auswertemittel ( 7 ) das Ausgangssignal (S) des optischen Sensors ( 5 ) als Maß für die von dem Körper ( 2 ) abgeführte Wärme heranziehen. Use 8. The apparatus of claim 7, wherein the evaluation means (7) the output signal (S) of the optical sensor (5) as a measure of the body (2) dissipated heat.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei der der Körper ( 2 ) wenigstens einen stromdurchflossenen elektrischen Leiter ( 20 ) umfaßt. 9. The device according to claim 7 or claim 8, wherein the body (2) at least one current-carrying electrical conductors (20).
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der als elektrischer Leiter ein Hochtemperatur-Supraleiter ( 20 ) und als Flüssig keit ( 4 ) flüssiger Stickstoff vorgesehen sind. 10. The apparatus are provided as claimed in claim 9, wherein an electrical conductor is a high temperature superconductor (20) and as a liquid speed (4) of liquid nitrogen.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Hochtemperatur- Supraleiter Teil eines Strombegrenzers ist. 11. The apparatus of claim 10, wherein the high temperature superconductor is part of a current limiter.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der Mittel zum Regeln der elektrischen Verlustleistung in dem elektrischen Leiter ( 2 ) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal (S) des optischen Sensor ( 5 ) vorgesehen sind. 12. Device according to one of claims 9 to 11, wherein there are provided means for controlling the electrical power loss in the electrical conductor (2) in response to the output (S) of the optical sensor (5).
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei der 13. Device according to one of claims 7 to 12, wherein
    • a) der optische Sensor ( 5 ) eine Lichtleitfaser ( 6 ) mit einem ersten Ende ( 6 A), das optisch an eine Lichtquelle ( 7 ) und an einen Photodetektor ( 8 ) gekoppelt ist, und mit einem freien zweiten Ende ( 6 B) enthält, a) the optical sensor (5) an optical fiber (6) having a first end (6 A), the optical (to a light source 7) and is coupled to a photodetector (8), and having a free second end (6 B) contains
    • b) an einem Ausgang des Photodetektors ( 8 ) das Ausgangssignal (S) abgreifbar ist, das eindeutig von der Lichtintensität des am freien Ende ( 6 B) der Lichtleitfaser ( 6 ) reflektier ten Lichts abhängt, b) at an output of the photodetector (8) the output signal (S) can be tapped off, which depends clearly (on the light intensity of the (at the free end 6 B) of the optical fiber 6) reflektier th light,
      und bei der and in the
    • c) der Sensorbereich ( 50 ) des optischen Sensors ( 5 ) mit dem das freie Ende ( 6 B) der Lichtleitfaser ( 6 ) umgebenden Bereich gebildet ist. c) the sensor region (50) of the optical sensor (5) with which the free end (6B) of the optical fiber (6) surrounding region is formed.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der der Durchmesser der Lichtleitfaser ( 6 ) des optischen Sensors ( 5 ) wenigstens am freien Ende ( 6 B) nicht größer als etwa 0,1 mm ist. 14. The apparatus of claim 13, wherein the diameter of the optical fiber (6) of the optical sensor (5) at least at the free end (6 B) is not greater than about 0.1 mm.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, bei der das freie Ende ( 6 B) der Lichtleitfaser ( 6 ) eine konvex ge krümmte Oberfläche aufweist. 15. The apparatus of claim 13 or claim 14, wherein the free end (6B) of the optical fiber (6) has a convexly curved surface ge.
  16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, bei der Positioniermittel ( 11 ) zum Positionieren des Sensorbereichs ( 50 ) des optischen Sensors ( 5 ) an die Grenzfläche ( 3 ) zwi schen dem Körper ( 2 ) und der Flüssigkeit ( 4 ) vorgesehen sind. 16. Device according to one of claims 7 to 15, wherein the positioning means (11) for positioning of the sensor region (50) of the optical sensor (5) to the interface (3) Zvi rule the body (2) and the liquid (4) provided are.
  17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, bei der die Auswertemittel ( 7 ) aus dem Ausgangssignal (S) des opti schen Sensors ( 5 ) ein Auswertesignal (D) zum Bestimmen des Wärmetransportmechanismus ableiten, das der relativen Häu figkeit eines von zwei Werten (S min , S max ) des Ausgangssignals (S) in einem Zeitintervall zwischen zwei fortlaufend neu be stimmten Zeitpunkten entspricht, wobei das Ausgangssignal (S) den ersten Wert (S min ) annimmt, wenn im wesentlichen nur Flüssigkeit im Sensorbereich ( 50 ) des optischen Sensors ( 5 ) ist, und den zweiten Wert (S max ) annimmt, wenn im Sensor bereich ( 50 ) des optischen Sensors ( 5 ) im wesentlichen nur Gas ist. 17. Device according to one of claims 7 to 16, wherein the evaluation means (7) from the output signal (S) of the optical rule sensor (5) an evaluation signal (D) for determining the heat transport mechanism deduce the stiffness of the relative Frequently, one of two values (S min, S max) of the output signal (S) in a time interval between two continuously re-be voted corresponding time points, whereby the output signal (S) assumes the first value (S min) if essentially only the liquid in the sensor area (50) is the optical sensor (5), and the second value (S max) assumes when the area sensor (50) of the optical sensor (5) is essentially only gas.
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