DE69932106T2 - System zur Kühlung eines supraleitenden Läufers - Google Patents

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Description

  • Das Problem, wie die sich drehenden Elemente eines supraleitenden Magneten zu kühlen sind, hat die Menschen schon immer beschäftigt. Hochtemperatur-Supraleitermagnete benötigen zur Kühlung typischerweise eine Temperatur von etwa 20 bis 77 K während des Einsatzes.
  • Es ist bekannt, einen Cryo-Kühler in dem sich drehenden Bezugsrahmen des Magneten anzuordnen, um die Magnetwicklungen zu kühlen. Es ist auch bekannt, ein Fluid in Zwangszirkulation zwischen einem stationären Kühlelement und einer Drehfeldwicklung zirkulieren zu lassen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein System zur Kühlung einer supraleitenden Vorrichtung nach Anspruch 1 bereit.
  • Wie hier beschrieben ist, umfasst ein System zum Kühlen einer Supraleitervorrichtung einen in einem stationären Bezugsrahmen angeordneten Cryo-Kühler und ein geschlossenes Zirkulationssystem außerhalb des Cryo-Kühlers. Das geschlossene Zirkulationssystem bildet eine Schnittstelle zwischen dem stationären Bezugsrahmen und einem sich drehenden Bezugsrahmen, in dem sich die Supraleitervorrichtung befindet.
  • Systeme, die nicht in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen, umfassen eines oder mehrere der folgenden Merkmale.
  • Das geschlossene Zirkulationssystem umfasst eine Wärmeübertragungsanordnung, die sich in dem sich drehenden Bezugsrahmen befindet. Zwischen dem Cryo-Kühler und der Wärmeübertragungsanordnung ist ein Wärmeübertragungsspalt festgelegt. Von der Supraleitervorrichtung wird durch die Wärmeübertragungsanordnung Wärme zu dem Wärmeübertragungsspalt übertragen. Ein Kältemittel, beispielsweise Helium, befindet sich in dem Wärmeübertragungsspalt.
  • In dargestellten Beispielen, die nicht in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen, umfasst die sich drehende Wärmeübertragungsanordnung ein Wärmerohr mit einem ersten Fluidweg zum Leiten eines Stroms flüssigen Kältemittels, beispielsweise flüssigen Neons, von einem kalten Ende zu einem warmen Ende der Wärmeübertragungsanordnung, und einem zweiten Fluidweg zum Leiten eines Stroms von Gas-Kältemittel, beispielsweise Neongas, von dem warmen Ende zum kalten Ende der Wärmeübertragungsanordnung.
  • Ein Leitungsblock am warmen Ende ist an der Supraleitervorrichtung und dem Wärmerohr angebracht. Der Leitungsblock am warmen Ende legt das warme Ende der Wärmeübertragungsanordnung fest. Ein Leitungsblock am kalten Ende ist an dem Wärmerohr angebracht und legt das kalte Ende der Wärmeübertragungsanordnung fest. Der Leitungsblock am kalten Ende umfasst mehrere erste Rippen, und der Cryo-Kühler umfasst mehrere zweite Rippen, die in die mehreren ersten Rippen eingreifen. Die Rippen des Leitungsblocks des kalten Endes sind in bezug auf die Rippen des Cryo-Kühlers drehbar. Ein Raum zwischen den ineinandergreifenden Rippen legt den Wärmeübertragungsspalt fest.
  • In speziellen Beispielen, die nicht in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen, ist ein Kühlweg, der beispielsweise flüssigen Stickstoff oder flüssigen Sauerstoff enthält, vorgesehen, um die Supraleitervorrichtung vor dem Drehen der Supraleitervorrichtung zu kühlen.
  • Der Cryo-Kühler kann mehrere Kälteköpfe (coldheads) umfassen. Ein Wärmerohr erstreckt sich von den mehreren Kälteköpfen. Der Wärmeübertragungsspalt ist zwischen dem Wärmerohr und der Wärmeübertragungsanordnung festgelegt.
  • In speziellen Beispielen, die nicht in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen, befindet sich ein Kältekopf des Cryo-Kühlers innerhalb einer isolierten Ummantelung. Eine drehbare Achse der Supraleitervorrichtung erstreckt sich in die Ummantelung. Ein kaltes Ende der Achse umfasst einen Kondensator mit mehreren ersten Rippen. Der Kältekopf umfasst mehrere zweite Rippen, die in die Kondensatorrippen eingreifen. Die Kondensatorrippen sind in bezug auf die Rippen des Kältekopfs drehbar.
  • In einem weiteren Beispiel, das nicht in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fällt, ist ein stationärer Cryo-Kühler innerhalb einer Drehwelle der Supraleitervorrichtung positioniert. Die Drehwelle legt Strömungskanäle für flüssiges Kältemittel fest. Der Cryo-Kühler umfasst eine Verlängerung, und Kältemittel in dem geschlossenen Zirkulationssystem kondensiert bei einem Kontakt mit der Verlängerung. Die Verlängerung ist radial mit den Supraleiterspulen der Supraleitervorrichtung ausgerichtet.
  • Das geschlossene Zirkulationssystem umfasst einen Fluidweg zum Liefern bzw. Fördern flüssigen Kältemittels von einer Oberfläche des Cryo-Kühlers zu der Supraleitervorrichtung, und einen zweiten Fluidweg zum Zurückführen von Kältemitteldampf aus der Supraleitervorrichtung zu der Oberfläche des Cryo-Kühlers.
  • Gemäß einem weiteren Beispiel, das nicht in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fällt, umfasst ein Supraleiter-Rotorkühlsystem einen Cryo-Kühler, der sich in einem stationären Bezugsrahmen befindet, und eine Wärmeübertragungsanordnung, die sich in einem sich drehenden Bezugsrahmen befindet. Ein zwischen dem Cryo-Kühler und der Wärmeübertragungsanordnung festgelegter Wärmeübertragungsspalt überträgt Wärme von einer sich in dem sich drehenden Bezugsrahmen befindlichen Supraleitervorrichtung zu dem Wärmeübertragungsspalt.
  • Gemäß der Erfindung umfasst das System zum Kühlen einer Supraleitervorrichtung die Schritte des Positionierens eines Cryo-Kühlers in einem stationären Bezugsrahmen und des Übertragens von Wärme aus einer in einem sich drehenden Bezugsrahmen befindlichen Supraleitervorrichtung zu dem Cryo-Kühler über ein geschlossenes Zirkulationssystem außerhalb des Cryo-Kühlers. Das geschlossene Zirkulationssystem bildet eine Schnittstelle zwischen dem stationären Bezugsrahmen und dem sich drehenden Bezugsrahmen.
  • Gemäß einem weiteren Beispiel, das nicht in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fällt, umfasst ein Verfahren zum Kühlen einer Supraleitervorrichtung die Schritte des Positionierens eines Cryo-Kühlers in einem stationären Bezugsrahmen, des Positionierens einer Wärmeübertragungsanordnung in einem sich drehenden Bezugsrahmen und des Übertragens von Wärme von einer in dem sich drehenden Bezugsrahmen befindlichen Supraleitervorrichtung über die Wärmeübertragungsanordnung zu einem Wärmeübertragungsspalt, der zwischen dem Cryo-Kühler und der Wärmeübertragungsanordnung festgelegt ist.
  • Unter anderen Vorteilen ermöglicht das hier beschriebene Kühlsystem, dass der Cryo-Kühler stationär bleibt, während die Notwendigkeit eines extensiven Dichtungssystems ausgeschaltet wird, das benötigt wird, um ein Kältemittel durch ein offenes Zirkulationssystem strömen zu lassen. Der Wärmeübertragungsspalt bietet eine effiziente Struktur zur Übertragung von Wärme von der Supraleitervorrichtung zu dem Cryo-Kühler.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor, in denen zeigen:
  • 1 eine Seiten-Schnittansicht eines Supraleiter-Rotorkühlsystems,
  • 2 eine Endansicht des Kühlsystems längs Linien 2-2 in 1,
  • 3 eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines Cryo-Kühlers des Kühlsystems von 1,
  • 4 eine Endansicht des Cryo-Kühlers längs Linien 4-4 in 3,
  • 5 eine Seiten-Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform eines Supraleiter-Rotorkühlsystems,
  • 6 eine Endansicht des Kühlsystems von 5 längs Linien 6-6 in 1,
  • 7 eine Endansicht des Kühlsystems von 5 längs Linien 7-7 in 1,
  • 8 eine Seiten-Schnittansicht eines alternativen Beispiels eines Supraleiter-Rotorkühlsystems,
  • 9 eine Endansicht des Kühlsystems von 8 längs Linien 9-9 in 1,
  • 10 eine Seiten-Schnittansicht eines alternativen Beispiels eines Supraleiter-Rotorkühlsystems,
  • 11 eine Seiten-Schnittansicht einer Wärmerohr-Bajonettverbindung des Kühlsystems von 10,
  • 12 eine Seiten-Schnittansicht eines alternativen Beispiels eines Supraleiter-Rotorkühlsystems, und
  • 13 eine Seiten-Schnittansicht eines Supraleiter-Rotorkühlsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Die 1 bis 12 zeigen keine Ausführungsformen der Erfindung.
  • Gemäß 1 umfaßt ein Supraleiter-Rotorkühlsystem 10 beispielsweise einen Gifford-McMahon(GM)-Cryo-Kühler 12, der in einem stationären Bezugsrahmen zum Kühlen einer Hochtemperatur-Supraleiterwicklung 18 positioniert ist, die sich in einem sich drehenden Bezugsrahmen befindet. Andere Kühlsysteme, beispielsweise ein Impulsrohr- oder Stirling-Cryo-Kühler könnten verwendet werden. Der Cryo-Kühler 12 befindet sich in einem stationären Bezugsrahmen statt in einem sich drehenden Bezugsrahmen aufgrund einer unerwünschten Wärmeübertragung mit hoher Schwerkraft, die im Innern des Kältekopfs des Cryo-Kühlers auftritt, wenn er sich dreht.
  • Ein geschlossenes Zirkulationssystem 11 des Rotorkühlsystems 10 bildet eine Schnittstelle mit den zwei Bezugsrahmen, um Wärme von einer Wicklung 18 des Supraleiterrotors 22 zu dem Cryo-Kühler 12 zu übertragen. Kältemittel innerhalb des Zirkulationssystems 11 tritt zu keiner Zeit in den Cryo-Kühler ein, sondern wird vielmehr durch Kontakt mit einer Außenfläche des nachstehend beschriebenen Cryo-Kühlers gekühlt. Die Wärmeübertragung in dem Zirkulationssystem erfolgt durch verschiedene Mittel, beispielsweise Wärmeleitung, Konvektion und Massentransport. Es wird keine externe Kraft, beispielsweise Pumpkraft auf das Kältemittel aufgebracht.
  • Der Cryo-Kühler 12 ist in einer Hohlwelle 20 eines Rotors 22 positioniert. Ein an der Welle 20 auf Lagern 26 angebrachter Bügel 24 haltert den Cryo-Kühler 12 so, dass der Cryo-Kühler 12 stationär bleibt, während sich die Welle 20 dreht. Ein Relativbewegungsspalt 30 ist zwischen dem Cryo-Kühler 12 und einer Innenwand 28 der Welle 20 festgelegt. Eine Dichtung 32, beispielsweise eine Gas-Gas-Kammer, Reib- oder Ferrofluid-Dichtung trennt den Relativbewegungsspalt 30 von einem Bereich 34 in dem Bügel 24. Der Relativbewegungsspalt 30 ist über eine Zuführleitung 36 zugänglich, welche durch den Bügel 24 und die Dichtung 32 hindurchgeht, um ein Kältemittel, beispielsweise Helium oder Neon, in den Spalt 30 einzuleiten.
  • Das Zirkulationssystem 11 umfaßt eine Wärmeübertragungsanordnung 16 mit einem Leitungszylinder 40, einer Wärmerohranordnung 42 und einer Herabkühlleitung 44. Der Relativbewegungsspalt 30 umfaßt einen Wärmeübertragungsspalt 46, der zwischen einer Kupferverlängerung 48 des Cryo-Kühlers 12 und dem Zylinder 40 festgelegt ist. Wie nachstehend erläutert wird, umfassen die Cryo-Kühlererweiterung 48 und der Zylinder 40 eine Reihe ineinandergreifender Rippen 50 bzw. 52, welche den Wärmeübertragungsspalt 46 festlegen. Kältemittel in dem Wärmeübertragungsspalt 46 wird durch Kontakt mit den Rippen 50 der Cryo-Kühlerverlängerung 48 gekühlt.
  • Wenn sich der Supraleiterrotor 22 im Einsatz befindet, wird durch die Wicklung 18 und andere parasitäre Wärmelecke, wie z.B. Wärmestrahlung, Leitung durch strukturelle Halterungen bzw. Träger und ein Wärmeleck durch die Stromleitungen Wärme erzeugt. Um die Wärme zu zerstreuen bzw. abzuführen, wird die Wärme durch Leitung zu einem inneren Kühlblock 54 übertragen. Die Wärme wird dann von dem Kühlblock 54 zu dem Zylinder 40 durch eine Wärmerohranordnung 42 übertragen. Der Kühlblock 54, die Wärmerohranordnung 42 und der Zylinder 40 befinden sich in dem sich drehenden Bezugsrahmen. Die Wärme erreicht den Cryo-Kühler 12 durch Konvektion über das in dem Spalt 46 befindliche Kältemittel.
  • Ebenfalls gemäß 2 ist die Wärmerohranordnung 42 vorzugsweise ein auf Schwerkraft beruhendes Neon-Wärmerohr und umfasst ein zentrales Rohr 60, drei gleich um das zentrale Rohr 60 beabstandete äußere Rohre 62 sowie Verbindungsrohre 64, insgesamt sechs, die jedes Ende der äußeren Rohre 62 mit dem zentralen Rohr 60 verbinden. Wenn sich die Wärmerohranordnung 42 dreht, strömt das Neon in den Rohren radial nach außen zu den Außenrohren 62 und zu dem wärmeren Ende am Kühlblock 54. Das erwärmte Neon wandert nun in der Form eines Gases in dem zentralen Rohr 60 zu dem kälteren Ende am Zylinder 40. Somit wird das Neon in der Wärmerohranordnung 42 durch Wärmeleitung am Kühlblock 54 zu einem Gas erwärmt und durch Wärmeleitung am Zylinder 40 zu einer Flüssigkeit abgekühlt. Diese Masseströmung überträgt den Wärmestrom von dem Kühlblock 54 zum Zylinder 40. Der Flüssigkeits- und Dampfstrom ergibt einen Druckkopf. Ein Flüssigkeitskopf wird durch flüssiges Neon hergestellt, das sich in den Verbindungsrohren 64 befindet, um den Druckabfall des Druckkopfs auszugleichen.
  • Wenn sich die Wärmerohranordnung 42 nicht dreht, arbeitet während des Abkühlens des Supraleiterrotors 22 die Wärmerohranordnung 42 beispielsweise in einem auf der Schwerkraft basierenden Modus. Eine Strömung wird durch den Flüssigkeitskopf geschaffen, auf den die Schwerkraft einwirkt. Unter diesen Bedingungen wurde berechnet, dass ein Kopf von 0,25 Inch (6,4 mm) ausreichend war, um einen Wärmestrom von 60 Watt für die unten angegebenen Rohrdimensionen zu unterhalten. Bei einer Wärmerohranordnung 42, die bis 900 psi (6,2 Mpa) mit Neon bei 27 K geladen war, wurde berechnet, dass genügend Flüssigkeit vorhanden ist, um die äußeren Rohre 62 zu füllen.
  • Um die Herabkühlzeit zu verringern, kann flüssiger Stickstoff zu dem Kühlblock 54 geliefert werden, um die Temperatur der Wicklung 18 von der Umgebungstemperatur auf 77 K zu mindern. Der flüssige Stickstoff wird an der Eingangsöffnung 70 der Herabkühlleitung 44 eingeleitet. Der durch die Herabkühlleitung 44 strömende flüssige Stickstoff wird durch Wärmeleitung am Kühlblock 54 erwärmt, und der Stickstoffdampf tritt aus der Herabkühlleitung 54 an der Austrittsöffnung 42 aus. Eine Bajonett-Vakuumsonde 74 wird vorzugsweise während des Herabkühlens in die Eingangsöffnung 70 eingesetzt, wobei flüssiger Stickstoff über die Vakuumsonde 74 in die Herabkühlleitung 44 eingeleitet wird.
  • Gemäß 3 und 4 sind Rippen 50 an der Cryo-Kühlerverlängerung 48 kreisförmig und konzentrisch angeordnet. Entsprechende Rippen 52 am Zylinder 40 sind ebenfalls kreisförmig und konzentrisch angeordnet, so dass die Rippen 50, 52 ineinander greifen, wie in 1 gezeigt ist. Mit einem Spalt 46 von etwa 0,03 Inch (0,76 mm) wirken die Rippen 50, 52 so, dass sie den Temperaturabfall über dem Wärmeübertragungsspalt 46 auf einige Grad Kelvin begrenzen, indem sie den Oberflächenbereich für die Wärmeübertragung erweitern und ein Durchmischen und daher eine Zunahme des Konvektionswärmeübertragungskoeffizienten des in dem Wärmeübertragungsspalt 46 befindlichen Kältemittels erhöhen. Die verbesserte Mischung des Kältemittels wird durch die Interaktion der stationären Rippen 50 und der sich drehenden Rippen 52 an dem zwischen den Rippen 50, 52 befindlichen Kältemittel bewirkt.
  • Ein Widerstandsheizelement 90 (3) wird zur Steuerung des Temperaturbereichs des Neon in der Wärmerohranordnung 42 verwendet. Eine Temperatursteuerung ist notwendig, da die Kondensation und das Sieden des Neon an den kalten und heißen Enden der Wärmerohranordnung nur über einen geringen Temperaturbereich stattfindet. Falls das Kältemittel in dem Wärmeübertragungsspalt 46 Neon ist, wird das Heizelement 90 dazu verwendet, ein Fallen der Temperatur des Neon unter 24 bis 25 K zu vermeiden, bei dem Neon gefriert.
  • Die Wärmerohranordnung 42, der Kühlblock 54, der Zylinder 40 und die Verlängerung 48 sind vorzugsweise aus Kupfer gebildet. Der die Wärmeübertragungsanordnung 16 umgebende Bereich 80 und der die Wicklung 18 umgebende Bereich 82 werden unter Vakuum gehalten. Die Rippen 50, 52 sind beispielsweise etwa 6 Inch (15,2 cm) lang, und die Verlängerung 48 hat einen Außendurchmesser von etwa 4 Inch (10,2 cm). Das Rohr 60 hat einen Innendurchmesser von etwa 0,75 Inch (1,9 cm), und die Rohre 62 haben einen Innendurchmesser von 0,1 Inch (2,5 mm) und sind radial um das Rohr 60 herum mit einem Durchmesser von etwa 4 Inch (10,2 cm) gelegen.
  • Gemäß 5 kann die Wärmeübertragungsanordnung 16 durch ein Zirkulationssystem ersetzt werden, welches auf Kondensation und Massentransport zur Kühlung der Wicklung 218 beruht. Eine einzelne Kupferverlängerung 248 erstreckt sich von einem Cryo-Kühler 212. In einer Vakuumummantelung 217 befindliches Kältemittel überträgt Wärme von der Wicklung 218 zu dem Cryo-Kühler 212. Die Ummantelung legt ein geschlossenes Zirkulationssystem fest, wobei Kältemittel an der Wicklung 218 verdampft und an dem Kupferfinger 248 kondensiert wird.
  • Um die Wärme aus der Wicklung 218 abzuleiten, strömt Dampf von der Wicklung 218 und kontaktiert die Verlängerung 248, wo der Dampf abgekühlt und zu einer Flüssigkeit kondensiert wird. Das flüssige Kältemittel tropft von der Verlängerung 248 unter Schwerkraft ab. Wie in 6 gezeigt ist, strömt das flüssige Kältemittel 213 zu dem wärmeren Ende an den Spulen 218 und wird verdampft. Ebenfalls gemäß 7 kann ein Rotor 222 einen Schlitze 221 festlegenden Strömungsring 215 aufweisen, was bei der Kanalisierung des flüssigen Kältemittels zu dem wärmeren Ende hilft. Während des Herabkühlens kann die Wicklung auf die gleiche Weise gekühlt werden oder durch ein zusätzliches Bajonett ergänzt werden. Während des Herabkühlens könnte Zweiphasen-Stickstoff das bevorzugte Fluid sein, während beim Betrieb Fluid mit einem niedrigen Siedepunkt für die Wärmeübertragung bevorzugt sein könnte.
  • Gemäß 8 und 9 kann die Kupferverlängerung 248 des Kältekopfs 212 auf einfache Weise innerhalb der Spulen 218 radial ausgerichtet werden. In der Konfiguration der 5 kommt es durch axialen Massentransport zu einer Wärmekonvektion zu der Cryo-Kühler-Grenzfläche 248, die bequemer in der Welle 217 positioniert ist, während in der Konfiguration von 8 der Kältekopf und die Wärmeübertragungsfläche 248 sich radial innerhalb der Spule 218 erstrecken, wobei die Notwendigkeit eines axialen Wärmetransports vermieden wird. Alternative Beispiele für die Form des Kühlsystems sind in 6 und 9 gezeigt.
  • Gemäß 10 und 11 können zur Erhöhung der Kühlkapazität des Cryo-Kühlers derart, dass eine breite Palette von Kühlanforderungen erfüllt werden kann, mehrere Kälteköpfe 110, beispielsweise zwei oder drei Kälteköpfe, in einer Cryo-Kühleranordnung 112 gebündelt sein bzw. werden. Ein Wärmerohrbajonett 114 verbindet die Kälteköpfe 110 zu der Verlängerung 48 oder 248. Das Bajonett 114 wird unter Schwerkraft gespeist, um kondensiertes Neon nach unten zu einem mittleren Rohr 116 zu liefern. Ein Rückführmantel 118 bietet einen Rückführweg für Dampf zu dem Kältekopf. Ein Vakuummantel 120 umgibt den Rückführmantel 118.
  • Gemäß 12 umfaßt ein hohler Rotor 322 einen Kondensatorabschnitt 323, der in dem Drehrahmen gelegen ist. Der Kondensatorabschnitt ist innerhalb einer stationären, vakuumisolierten Ummantelung 327 positioniert. Ein Kältekopf 311 eines Cryo-Kühlers 312 befindet sich in der Ummantelung 327. Kältemittel, beispielsweise Wasserstoff, Neon oder Stickstoff in der Ummantelung 327 wird durch den Cryo-Kühler 312 gekühlt. Kältemittel, beispielsweise Neon, in dem Rohr 322 verdampft an den Spulen und strömt durch den Rotor 322 zu dem Kondensator 323, wo es zu einer Flüssigkeit kondensiert wird. Das Kältemittel in der Ummantelung 327 und in dem Rotor 322 legen ein geschlossenes Zirkulationssystem fest. Der Kondensatorabschnitt 323 umfaßt Rippen 325, und der Kältekopf 311 eines Cryo-Kühlers 312 kann mit Rippen 325 ineinandergreifende Rippen 313 aufweisen.
  • Gemäß 13 umfaßt ein geschlossenes Zirkulationssystem ein vakuumisoliertes Rohr 415, das einen ersten Kanal 417 festlegt, welcher flüssiges Kältemittel von einer Oberfläche 441 eines Kältekopfs 411 eines Cryo-Kühlers 412 zu dem Rotor 422 liefert, und einen zweiten Kanal 419, der Kältemitteldampf zu der Oberfläche des Kältekopfs 411 zurückführt. Der Kältekopf 411 befindet sich in einer vakuumisolierten Ummantelung 413. Das Cryogen wird an der Oberfläche des Kältekopfs kondensiert.
  • Nach einer Ausführungsform kann der Wärmetauscher mit dem Kältekopf verbunden sein bzw. werden, um den kalten Oberflächenbereich zu erweitern. Das flüssige Kältemittel bewegt sich vom Kältekopf 411 zum Rotor 422 durch Schwerkraft. Das flüssige Kältemittel bewegt sich von dem stationären Rahmen zu dem sich drehenden Rahmen an der Rohröffnung 423. Es können Schwerkraft, Zentrifugalkraft und Dochte eingesetzt werden, um das flüssige Kältemittel zu den Spulen zu transportieren. Der Ring 427 zwischen dem stationären Rohr 415 und dem sich drehenden Rotor ist durch eine Dichtung 429, vorzugsweise eine kontaktlose Ferrofluiddichtung abgedichtet. Der Kältemitteldampf kehrt durch den Kanal 419 zum Kältekopf 411 durch Cryo-Pumpen zurück. Eine zusätzliche Warmdampf-Rückführleitung 431 kann vorgesehen sein. Falls die Rückführleitung 431 vakuumisoliert ist, kann die Leitung 431 auch Zwischentemperatur-Kältemittel zurückführen, um den verschiedenen Lasten zusätzliche Kühlung zu bieten. Nach dem Kühlen der Wicklung kann ein Teil der zurückgeführten Strömung abgelenkt werden, um die Wärmebelastungen an den Stromleitungen sowie die parasitäre Belastung aufzufangen. Der zur Kühlung der parasitären Lasten benutzte Abschnitt wird mit einer mittleren Temperatur zurückgeführt. Ein zweiter Kältekopf kann bei einigen Ausführungsformen mit einbezogen sein.
  • Weitere Ausführungsformen liegen im Schutzumfang der folgenden Ansprüche.

Claims (6)

  1. System zum Kühlen einer in einem drehbaren Bezugsrahmen befindlichen Supraleitervorrichtung, wobei das System umfasst einen Cryo-Kühler (412), der sich in einem stationären Bezugsrahmen befindet, und ein außerhalb des Cryo-Kühlers befindliches geschlossenes Zirkulationssystem (417, 423, 419), wobei das geschlossene Zirkulationssystem: den stationären Bezugsrahmen mit einem drehbaren Bezugsrahmen koppelt, ein Kältemittel in flüssiger Form von einem ersten Ende (411) in dem stationären Bezugsrahmen zu einem zweiten Ende in dem drehbaren Bezugsrahmen zum Strömen bringt, wobei das zweite Ende in thermischer Zuordnung zu der Supraleitervorrichtung steht, und das Kältemittel in Dampfform zum Zurückströmen von dem zweiten Ende zu dem ersten Ende bringt, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene Zirkulationssystem ein stationäres Rohr (415) umfasst, das sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende erstreckt, um das flüssige Kältemittel von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende zu leiten, wobei das Strömen des Kältemittels durch Schwerkraft bewirkt wird.
  2. System nach Anspruch 1, wobei das stationäre Rohr (415) Wände aufweist, die einen Kanal (417) für flüssiges Kältemittel bilden, um Kältemittel in flüssiger Form von dem ersten Ende (411) zu dem zweiten Ende zu leiten.
  3. System nach Anspruch 1, wobei das stationäre Rohr (415) Wände aufweist, die einen Kanal (419) für dampfförmiges Kältemittel bilden, um Kältemittel in Dampfform von dem zweiten Ende zu dem ersten Ende (411) zu leiten.
  4. System nach Anspruch 1, wobei das stationäre Rohr (415) so angeordnet ist, dass es an dem Cryo-Kühler (412) kondensiertes flüssiges Kältemittel sammelt.
  5. System nach Anspruch 1, ferner mit einen zusätzlichen Kältemittelkanal (431) bildenden Wänden zum Leiten von Kältemittel in Dampfform von der Supraleitervorrichtung zu dem Cryo-Kühler (412).
  6. Rotationsmaschine mit: einer in einem drehbaren Bezugsrahmen befindlichen Supraleitervorrichtung, und einem System gemäß Anspruch 1.
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