RU2448313C1 - Component cooling system - Google Patents

Component cooling system Download PDF

Info

Publication number
RU2448313C1
RU2448313C1 RU2010144560/13A RU2010144560A RU2448313C1 RU 2448313 C1 RU2448313 C1 RU 2448313C1 RU 2010144560/13 A RU2010144560/13 A RU 2010144560/13A RU 2010144560 A RU2010144560 A RU 2010144560A RU 2448313 C1 RU2448313 C1 RU 2448313C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
component
temperature
tank
container
cryostat
Prior art date
Application number
RU2010144560/13A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Цзе ЮАНЬ (US)
Цзе ЮАНЬ
Джеймс МАГВАЙР (US)
Джеймс МАГВАЙР
Original Assignee
Американ Суперкондактор Корпорейшн
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 Американ Суперкондактор Корпорейшн filed Critical Американ Суперкондактор Корпорейшн
Application granted granted Critical
Publication of RU2448313C1 publication Critical patent/RU2448313C1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D19/00—Arrangement or mounting of refrigeration units with respect to devices or objects to be refrigerated, e.g. infrared detectors
    • F25D19/006—Thermal coupling structure or interface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/04—Cooling
    • 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
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/01—Heaters
    • 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
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/17—Re-condensers

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: component cooling system includes reservoir for component, which is provided with possibility of being filled at least partially with overcooled fluid with the first pressure and the first temperature, cryogenic system for maintaining in the reservoir for component mainly of the first temperature, which includes heat exchange system thermally connected at least to the section of reservoir for component, heat exchange system is filled at least partially with the second saturated fluid with the second pressure and mainly with the first temperature, and reservoir for cryostat. Reservoir for cryostat is connected via fluid medium to heat exchange system in order to provide pumpless movement of the second saturated fluid between heat exchange system and reservoir for cryostat, which is located in reservoir for cryostat. Buffer reservoir is provided with possibility of being filled at least partially with the first saturated fluid with the second temperature. Heating system of saturated fluid in buffer reservoir for maintaining the first pressure in the reservoir for component.
EFFECT: use of this group of inventions allows reducing the time required for system recovery at providing flexible range of operating temperatures.

Description

Родственная заявкаRelated Application

Настоящая заявка испрашивает приоритет на основании заявки на патент США номер 12/059951, поданной 31 марта 2008 г., которая полностью включена здесь путем ссылки.This application claims priority based on U.S. Patent Application No. 12/059951, filed March 31, 2008, which is incorporated herein by reference in its entirety.

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к системам охлаждения и, в частности, к системам криогенного охлаждения для устройств на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), в частности ограничителей тока короткого замыкания (ОТКЗ) на основе ВТСП.The present invention relates to cooling systems and, in particular, to cryogenic cooling systems for devices based on high-temperature superconductors (HTSC), in particular short-circuit current limiters (SCR) based on HTSC.

Уровень техникиState of the art

Высокотемпературные сверхпроводники могут использоваться для создания сверхпроводниковых ОТКЗ, которые управляют или ограничивают токи короткого замыкания в электрических распределительных сетях. Системы криогенного охлаждения (например, системы охлаждения за счет теплопроводности, системы охлаждения с помощью насыщенного азота и системы охлаждения с помощью переохлажденного азота с газообразным гелием) часто используются для поддержания у обмоток из ВТСП в ОТКЗ криогенных температур, необходимых для того, чтобы ВТСП работал в режиме сверхпроводимости даже во время периодов импульсного нагрева, вызываемого токами короткого замыкания в системе и испытываемого ограничителем тока короткого замыкания.High temperature superconductors can be used to create superconducting OTKZs that control or limit short-circuit currents in electrical distribution networks. Cryogenic cooling systems (for example, thermal conduction cooling systems, saturated nitrogen cooling systems and supercooled nitrogen cooling systems with gaseous helium) are often used to maintain the cryogenic temperatures necessary for HTSC to operate at HTSC windings superconductivity even during periods of pulsed heating caused by short-circuit currents in the system and experienced by the short-circuit current limiter.

К сожалению, хотя системы охлаждения за счет теплопроводности имеют гибкий диапазон рабочих температур, их недостатком является длительное время восстановления. Кроме того, хотя системы охлаждения, использующие насыщенный азот, имеют меньшее время восстановления, их недостатком являются фиксированные рабочие температуры. Дополнительно, хотя системы охлаждения, использующие переохлажденный азот (с газообразным гелием), имеют меньшее время восстановления и гибкий диапазон рабочих температур, жидкий азот обычно удаляется во время короткого замыкания.Unfortunately, although cooling systems due to thermal conductivity have a flexible range of operating temperatures, their disadvantage is the long recovery time. In addition, although cooling systems using saturated nitrogen have a shorter recovery time, their disadvantage is the fixed operating temperatures. Additionally, although cooling systems using supercooled nitrogen (with helium gas) have a shorter recovery time and a flexible operating temperature range, liquid nitrogen is usually removed during a short circuit.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Согласно первому варианту осуществления система охлаждения компонента включает в себя емкость для компонента, выполненную с возможностью приема тепловыделяющего устройства. Емкость для компонента по меньшей мере частично заполнена переохлажденной жидкостью с первым давлением и с первой температурой. Криогенная система включает в себя систему теплообмена, термически связанную с по меньшей мере участком емкости для компонента. Система теплообмена по меньшей мере частично заполнена второй насыщенной жидкостью с вторым давлением и по существу первой температурой. Емкость для криостата связана по текучей среде с системой теплообмена, чтобы позволить безнасосное перемещение второй насыщенной жидкости между системой теплообмена и емкостью для криостата.According to a first embodiment, the component cooling system includes a component container configured to receive a fuel device. The container for the component is at least partially filled with supercooled liquid with a first pressure and with a first temperature. The cryogenic system includes a heat exchange system thermally coupled to at least a portion of the container for the component. The heat exchange system is at least partially filled with a second saturated liquid with a second pressure and essentially a first temperature. The cryostat tank is fluidly coupled to a heat exchange system to allow pumpless movement of the second saturated liquid between the heat exchange system and the cryostat tank.

Также могут быть включены один или более из следующих признаков. Буферная емкость может быть выполнена с возможностью по меньшей мере частичного заполнения первой насыщенной жидкостью с второй температурой. Буферная емкость может быть связана по текучей среде с емкостью для компонента, чтобы позволить безнасосное перемещение жидкости между емкостью для компонента и буферной емкостью.One or more of the following features may also be included. The buffer tank may be configured to at least partially fill the first saturated liquid with a second temperature. The buffer tank may be fluidly coupled to the component tank to allow fluid-free movement of the fluid between the component tank and the buffer tank.

Система нагрева может быть выполнена с возможностью нагрева первой насыщенной жидкости в буферной емкости для поддержания первого давления в емкости для компонента. Первая насыщенная жидкость и вторая насыщенная жидкость могут представлять собой насыщенный жидкий азот.The heating system may be configured to heat a first saturated liquid in a buffer vessel to maintain a first pressure in the vessel for the component. The first saturated liquid and the second saturated liquid may be saturated liquid nitrogen.

Система теплообмена может включать в себя теплообменник, размещенный в емкости для компонента. Теплообменник может содержать один или более трубопроводов, по которым проходит вторая насыщенная жидкость. Теплообменник может содержать теплопроводную массу, через которую проходит один или более трубопроводов.The heat exchange system may include a heat exchanger located in the container for the component. The heat exchanger may contain one or more pipelines through which the second saturated liquid passes. The heat exchanger may comprise a heat conducting mass through which one or more pipelines pass.

Криогенная система может включать в себя криостат, размещенный в емкости для криостата и выполненный с возможностью поддержания у второй насыщенной жидкости по существу первой температуры. Тепловыделяющим устройством может быть ограничитель тока короткого замыкания. Переохлажденной жидкостью может быть переохлажденный жидкий азот. Вторая температура может быть больше первой температуры. Второе давление может быть меньше первого давления.The cryogenic system may include a cryostat placed in a cryostat container and configured to maintain a substantially first temperature in the second saturated liquid. The heat generating device may be a short circuit current limiter. The supercooled liquid may be supercooled liquid nitrogen. The second temperature may be greater than the first temperature. The second pressure may be less than the first pressure.

В другом варианте осуществления система охлаждения компонента включает в себя емкость для компонента, выполненную с возможностью приема ограничителя тока короткого замыкания. Емкость для компонента выполнена с возможностью по меньшей мере частичного заполнения переохлажденной жидкостью с первым давлением и с первой температурой. Буферная емкость выполнена с возможностью по меньшей мере частичного заполнения первой насыщенной жидкостью со второй температурой. Буферная емкость связана по текучей среде с емкостью для компонента, чтобы позволить безнасосное перемещение жидкости между емкостью для компонента и буферной емкостью. Криогенная система поддерживает в емкости для компонента по существу первую температуру. Криогенная система включает в себя систему теплообмена, термически связанную с по меньшей мере участком емкости для компонента. Система теплообмена по меньшей мере частично заполнена второй насыщенной жидкостью со вторым давлением и с по существу первой температурой. Емкость для криостата связана по текучей среде с системой теплообмена, чтобы позволить безнасосное перемещение второй насыщенной жидкости между системой теплообмена и емкостью для криостата. Система нагрева выполнена с возможностью нагрева первой насыщенной жидкости в буферной емкости для поддержания первого давления в емкости для компонента.In another embodiment, the component cooling system includes a component reservoir configured to receive a short circuit current limiter. The container for the component is configured to at least partially fill with a supercooled liquid with a first pressure and with a first temperature. The buffer tank is configured to at least partially fill the first saturated liquid with a second temperature. The buffer tank is fluidly coupled to the component tank to allow pump-less fluid transfer between the component tank and the buffer tank. The cryogenic system maintains a substantially first temperature in the container for the component. The cryogenic system includes a heat exchange system thermally coupled to at least a portion of the container for the component. The heat exchange system is at least partially filled with a second saturated liquid with a second pressure and with a substantially first temperature. The cryostat tank is fluidly coupled to a heat exchange system to allow pumpless movement of the second saturated liquid between the heat exchange system and the cryostat tank. The heating system is configured to heat the first saturated liquid in the buffer tank to maintain the first pressure in the tank for the component.

Также могут быть включены один или более из следующих признаков. Система теплообмена может представлять собой теплообменник, размещенный в емкости для компонента. Система теплообмена может представлять собой теплообменник, заключающий в себе по меньшей мере участок емкости для компонента. Криогенная система может включать в себя криостат, размещенный в емкости для криостата и выполненный с возможностью поддержания у второй насыщенной жидкости по существу первой температуры. Переохлажденной жидкостью, первой насыщенной жидкостью и второй насыщенной жидкость может быть жидкий азот.One or more of the following features may also be included. The heat exchange system may be a heat exchanger located in the container for the component. The heat exchange system may be a heat exchanger, comprising at least a portion of the container for the component. The cryogenic system may include a cryostat placed in a cryostat container and configured to maintain a substantially first temperature in the second saturated liquid. The supercooled liquid, the first saturated liquid and the second saturated liquid may be liquid nitrogen.

В другом варианте осуществления система охлаждения компонента включает в себя емкость для компонента, выполненную с возможностью приема тепловыделяющего устройства. Емкость для компонента выполнена с возможностью по меньшей мере частичного заполнения переохлажденной жидкостью с первым давлением и с первой температурой. Буферная емкость выполнена с возможностью по меньшей мере частичного заполнения первой насыщенной жидкостью со второй температурой. Буферная емкость связана по текучей среде с емкостью для компонента, чтобы позволить безнасосное перемещение жидкости между емкостью для компонента и буферной емкостью. Криогенная система поддерживает в емкости для компонента по существу первую температуру. Криогенная система включает в себя систему теплообмена, термически связанную с по меньшей мере участком емкости для компонента. Система теплообмена по меньшей мере частично заполнена второй насыщенной жидкостью под вторым давлением и с по существу первой температурой. Емкость для криостата связана по текучей среде с системой теплообмена, чтобы позволить безнасосное перемещение второй насыщенной жидкости между системой теплообмена и емкостью для криостата. Криостат размещается в емкости для криостата и выполнен с возможностью поддержания у второй насыщенной жидкости по существу первой температуры.In another embodiment, the component cooling system includes a component container configured to receive a fuel device. The container for the component is configured to at least partially fill with a supercooled liquid with a first pressure and with a first temperature. The buffer tank is configured to at least partially fill the first saturated liquid with a second temperature. The buffer tank is fluidly coupled to the component tank to allow pump-less fluid transfer between the component tank and the buffer tank. The cryogenic system maintains a substantially first temperature in the container for the component. The cryogenic system includes a heat exchange system thermally coupled to at least a portion of the container for the component. The heat exchange system is at least partially filled with a second saturated liquid under a second pressure and with a substantially first temperature. The cryostat tank is fluidly coupled to a heat exchange system to allow pumpless movement of the second saturated liquid between the heat exchange system and the cryostat tank. The cryostat is housed in a cryostat tank and is configured to maintain a substantially first temperature at the second saturated liquid.

Более подробно варианты осуществления изобретения представлены в последующем описании и на прилагаемых чертежах. Другие признаки и преимущества станут очевидными из описания, чертежей и формулы изобретения.Embodiments of the invention are described in more detail in the following description and in the accompanying drawings. Other features and advantages will become apparent from the description, drawings and claims.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1 - схематическое изображение системы охлаждения компонента.Figure 1 is a schematic illustration of a component cooling system.

Фиг.2 - схематическое изображение альтернативного варианта системы охлаждения компонента на фиг.1.FIG. 2 is a schematic illustration of an alternative embodiment of the component cooling system of FIG. 1.

Фиг.3 - схематическое изображение другого альтернативного варианта системы охлаждения компонента на фиг.1.FIG. 3 is a schematic illustration of another alternative embodiment of a component cooling system of FIG. 1.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществленияDetailed Description of Preferred Embodiments

На фиг.1 представлена система 10 охлаждения компонента для поглощения тепловой энергии, генерируемой тепловыделяющим устройством 12. Примеры тепловыделяющего устройства 12 могут включать в себя, но не ограничиваясь этим, ограничители тока короткого замыкания на основе ВТСП, резистивные электрические устройства и тепловыделяющие механические устройства. Ограничитель тока короткого замыкания представляет собой устройство, уменьшающее амплитуду импульсного тока в электрической системе, который может возникнуть из-за, например, включения/выключения питания на различных участках электрической сети, электрических/механических поломок в электрической сети, ударов молнии и повреждений вследствие стихийных бедствий.1 shows a cooling system 10 of a component for absorbing thermal energy generated by a heat-generating device 12. Examples of a heat-generating device 12 may include, but are not limited to, HTSC based short-circuit current limiters, resistive electrical devices, and mechanical heat-generating devices. Short-circuit current limiter is a device that reduces the amplitude of the pulse current in the electrical system, which can occur due, for example, on / off power to various sections of the electrical network, electrical / mechanical breakdowns in the electrical network, lightning strikes and damage due to natural disasters .

Ограничитель тока короткого замыкания может быть сконструирован с использованием лент или проводов из сверхпроводника. При создании ограничителя тока короткого замыкания обмотки из сверхпроводника (например, из высокотемпературного или низкотемпературного сверхпроводящего материала) могут быть выполнены таким образом, чтобы полное сопротивление ограничителя тока короткого замыкания было незначительным при нормальной силе тока. Однако при силе тока короткого замыкания полное сопротивление обмоток из сверхпроводника может резко увеличиться, когда лента из сверхпроводника переходит из сверхпроводящего состояния в несверхпроводящее или «нормальное» состояние. Во время этого перехода сопротивление ленты изменяется от нуля до значительной величины, и ток короткого замыкания тем самым ограничивается. Конечно, когда происходит данный переход, его результатом является то, что ограничитель тока короткого замыкания поглощает существенную часть энергии тока короткого замыкания. Указанное поглощение энергии ограничителем тока короткого замыкания может привести к тому, что ограничитель тока короткого замыкания генерирует большой объем тепловой энергии, которая может быть поглощена системой 10 охлаждения компонента. Тепловая энергия должна быть поглощена без формирования газообразных пузырьков жидким азотом, так как это может привести к электрическому пробою в системе.The short circuit current limiter can be designed using tapes or wires from a superconductor. When creating a short-circuit current limiter, windings from a superconductor (for example, from high-temperature or low-temperature superconducting material) can be made so that the total resistance of the short-circuit current limiter is negligible at normal current strength. However, with a short circuit current, the total resistance of the windings from the superconductor can increase sharply when the tape from the superconductor passes from the superconducting state to the non-superconducting or “normal” state. During this transition, the tape resistance changes from zero to a significant value, and the short circuit current is thereby limited. Of course, when this transition occurs, its result is that the short-circuit current limiter absorbs a substantial part of the energy of the short-circuit current. Said energy absorption by the short circuit current limiter can cause the short circuit current limiter to generate a large amount of thermal energy that can be absorbed by the component cooling system 10. Thermal energy must be absorbed without the formation of gaseous bubbles by liquid nitrogen, as this can lead to electrical breakdown in the system.

Примеры низкотемпературных сверхпроводящих материалов включают: ниобий-цирконий, ниобий-титан и ниобий-олово. Примеры высокотемпературных сверхпроводящих материалов включат: оксид меди-кальция-бария-талия, оксид меди-кальция-стронция-висмута, оксид меди-кальция-бария-меркурия, оксид меди-бария-иттрия или любое соединение на основе MgB2 (диборида магния).Examples of low temperature superconducting materials include: niobium-zirconium, niobium-titanium and niobium-tin. Examples of high temperature superconducting materials will include: copper-calcium-barium-waist oxide, copper-calcium-strontium-bismuth oxide, copper-calcium-barium-mercury oxide, copper-barium-yttrium oxide or any compound based on MgB 2 (magnesium diboride) .

Система 10 охлаждения компонента может включать в себя емкость 14 для компонента, выполненную с возможностью приема тепловыделяющего устройства 12. Емкость 14 для компонента может быть выполнена с возможностью по меньшей мере частичного заполнения переохлажденной жидкостью 16. Примеры переохлажденной жидкости 16 могут включать, но не ограничиваясь этим, переохлажденный жидкий азот.The component cooling system 10 may include a component container 14 adapted to receive a heat generating device 12. The component container 14 may be configured to at least partially fill a supercooled liquid 16. Examples of the supercooled liquid 16 may include, but are not limited to supercooled liquid nitrogen.

Система 10 охлаждения компонента может включать в себя буферную емкость 18, которая может быть выполнена с возможностью по меньшей мере частичного заполнения насыщенной жидкостью 20. Примеры насыщенной жидкости 20 могут включать, но не ограничиваясь этим, насыщенный жидкий азот. Буферная емкость 18 может быть связан по текучей среде с емкостью 14 для компонента, тем самым позволяя безнасосное перемещение жидкостей (например, переохлажденной жидкости 16 и насыщенной жидкости 20) между емкостями 14, 18 при коротком замыкании или в период восстановления. Например, одна или более труб/трубопроводов (например, труба/трубопровод 22) могут связывать емкость 14 для компонента и буферную емкость 18. Используемый в настоящем описании термин «безнасосное перемещение» жидкостей может быть определен, как перемещение жидкостей без использования какого-либо механического насоса.Component cooling system 10 may include a buffer tank 18, which may be configured to at least partially fill with saturated liquid 20. Examples of saturated liquid 20 may include, but are not limited to, saturated liquid nitrogen. The buffer tank 18 may be fluidly coupled to the container 14 for the component, thereby allowing pump-free transfer of liquids (e.g., supercooled liquid 16 and saturated liquid 20) between the tanks 14, 18 during a short circuit or during a recovery period. For example, one or more pipes / conduits (for example, pipe / conduit 22) may connect a component reservoir 14 and a buffer reservoir 18. As used herein, the term “pumpless transfer” of liquids can be defined as moving liquids without using any mechanical pump.

Так как сверхпроводящие материалы достигают своих сверхпроводящих характеристик только при работе с низкими температурами (например, <90 градусов Кельвина для сверхпроводника на основе оксида меди-бария-иттрия), система 10 охлаждения компонента может включать в себя криогенную систему 24 для поддержания температуры емкости 14 для компонента (и, тем самым, жидкости 16 в емкости 14 для компонента) на требуемом значении (T1), которое может изменяться в зависимости от типа и состояния жидкости, находящейся в емкости 14. Например, и как было рассмотрено выше, емкость 14 для компонента может быть выполнена с возможностью по меньшей мере частичного заполнения переохлажденной жидкостью 16. Когда переохлажденной жидкостью 16 является переохлажденный жидкий азот, температура T1 может находиться в диапазоне 65-75 градусов Кельвина, предпочтительно 67 градусов Кельвина. Соответственно, для системы с переохлажденным жидким азотом криогенная система 24 может быть выполнена с возможностью поддерживать температуру емкости 14 для компонента на уровне по существу 67 градусов Кельвина.Since superconducting materials achieve their superconducting characteristics only when operating at low temperatures (for example, <90 Kelvin for a copper-barium-yttrium oxide superconductor), the component cooling system 10 may include a cryogenic system 24 to maintain the temperature of the vessel 14 for component (and, thereby, the liquid 16 in the tank 14 for the component) at a desired value (T 1), which may vary depending on the type and state of the liquid located in the vessel 14. for example, and as discussed a higher capacitance component 14 can be configured to be at least partially filled with subcooled liquid 16. When subcooled liquid 16 is subcooled liquid nitrogen, T 1, the temperature may be in the range of 65-75 degrees Kelvin, preferably 67 Kelvin. Accordingly, for a system with supercooled liquid nitrogen, the cryogenic system 24 may be configured to maintain the temperature of the container 14 for the component at a level of substantially 67 degrees Kelvin.

Криогенная система 24 может включать в себя систему теплообмена, например, охлаждающую емкость 26, которая может быть выполнена с возможностью по меньшей мере частичного заполнения насыщенной жидкостью 28. Примеры насыщенной жидкости 28 могут включать, но не ограничиваясь этим, насыщенный жидкий азот. Если вышеуказанная система теплообмена выполнена в виде охлаждающей емкости 26, охлаждающая емкость 26 может заключать в себе по меньшей мере участок емкости 14 для компонента.The cryogenic system 24 may include a heat exchange system, for example, a cooling tank 26, which may be configured to at least partially fill with saturated liquid 28. Examples of saturated liquid 28 may include, but are not limited to, saturated liquid nitrogen. If the above heat exchange system is in the form of a cooling vessel 26, the cooling vessel 26 may comprise at least a portion of the component vessel 14.

Криогенная система 24 может дополнительно включать в себя емкость 30 для криостата, связанную по текучей среде с охлаждающей емкостью 26, тем самым позволяя безнасосное перемещение насыщенной жидкости 28 между емкостью 30 для криостата и охлаждающей емкости 26 за счет использования силы тяжести. Как было рассмотрено выше, термин «безнасосное перемещение» жидкостей может быть определен, как перемещение жидкостей без использования какого-либо механического насоса. Например, одна или более труб/трубопроводов (например, труба/трубопровод 32, 34) может связывать емкость 30 для криостата и охлаждающую емкость 26. Так как жидкость 28 является насыщенной жидкостью, если тепловая энергия добавляется в насыщенную жидкость 28, часть насыщенной жидкости 28 может перейти (т.е. изменить свое состояние) в пар 36. Криогенная система 24 дополнительно может включать в себя криостат 38, размещенный в емкости 30 для криостата. Криостат 38 может быть выполнен с возможностью поддержания у насыщенной жидкости 28 по существу температуры T1 (например, 67 градусов Кельвина) и соответствующего давления P2 насыщения. Криостат 38 может включать в себя схему управления (не показана) для контролирования температуры и/или давления емкости 30 для криостата и/или охлаждающей емкости 26, и для охлаждения (т.е. удаления тепловой энергии из) емкости 30 для криостата и/или охлаждающей емкости 26, если температура емкости 30 для криостата и/или охлаждающей емкости 26 превысит требуемую температуру (T1), и/или давление в емкости 30 для криостата и/или охлаждающей емкости превысит требуемое давление (Р2). Для системы с насыщенным жидким азотом криогенная система 24 может быть выполнена с возможностью поддержания у охлаждающей емкости 26 и емкости 30 для криостата температуры T1 на уровне по существу 67 градусов Кельвина и давления Р2 приблизительно 0,24 бар.The cryogenic system 24 may further include a cryostat reservoir 30 fluidly coupled to the cooling reservoir 26, thereby allowing pumping of saturated fluid 28 between the cryostat reservoir 30 and the cooling reservoir 26 through the use of gravity. As discussed above, the term “pumpless movement” of liquids can be defined as the movement of liquids without the use of any mechanical pump. For example, one or more pipes / conduits (for example, pipe / conduit 32, 34) may connect a cryostat tank 30 and a cooling tank 26. Since liquid 28 is saturated liquid, if thermal energy is added to saturated liquid 28, part of saturated liquid 28 can go (that is, change its state) to steam 36. The cryogenic system 24 may further include a cryostat 38 located in the tank 30 for the cryostat. The cryostat 38 may be configured to maintain substantially saturated temperature T 1 (for example, 67 degrees Kelvin) at saturated liquid 28 and a corresponding saturation pressure P 2 . The cryostat 38 may include a control circuit (not shown) for controlling the temperature and / or pressure of the tank 30 for the cryostat and / or cooling tank 26, and for cooling (i.e. removing heat energy from) the tank 30 for the cryostat and / or cooling tank 26, if the temperature of the tank 30 for the cryostat and / or cooling tank 26 exceeds the required temperature (T 1 ), and / or the pressure in the tank 30 for the cryostat and / or cooling tank exceeds the required pressure (P 2 ). For a system with saturated liquid nitrogen, the cryogenic system 24 may be configured to maintain at a cooling tank 26 and a cryostat tank 30 a temperature T 1 of substantially 67 degrees Kelvin and a pressure P 2 of approximately 0.24 bar.

Система 10 охлаждения компонента может включать в себя систему 40 нагрева, выполненную с возможностью нагрева насыщенной жидкости 20 (в буферной емкости 18) до требуемой температуры (T2), и поддерживать требуемое давление (Р1). Соответственно, для системы с насыщенным жидким азотом система нагрева может быть сконфигурирована поддерживать температуру Т2 буферной емкости 18 на уровне по существу 105 градусов Кельвина. Так как емкость 14 для компонента и буферная емкость 18 связаны по текучей среде, давление (Р1) может быть по существу одинаковым в обеих емкостях 14, 18. Для системы, которая использует насыщенный и переохлажденный жидкий азот, система 40 нагрева может быть выполнена с возможностью поддерживать давление (Р1) буферной емкости 18 (и, тем самым, емкости 14 для компонента) на уровне по существу 10 бар. Система 40 нагрева может включать в себя электрический резистивный нагревательный элемент (не показан), размещенный таким образом, чтобы обеспечивать тепловой энергией буферную емкость 18. Дополнительно, система 40 нагрева может включать в себя схему управления (не показана) для контролирования температуры и/или давления буферной емкости 18, и обеспечения тепловой энергией буферной емкости 18, если температура буферной емкости 18 ниже требуемой температуры (Т2) и/или давление буферной емкости 18 ниже требуемого давления (Р1).The component cooling system 10 may include a heating system 40 configured to heat the saturated liquid 20 (in the buffer tank 18) to the desired temperature (T 2 ) and maintain the required pressure (P 1 ). Accordingly, for a system with saturated liquid nitrogen, the heating system may be configured to maintain the temperature T 2 of the buffer tank 18 at a level of substantially 105 degrees Kelvin. Since the container 14 for the component and the buffer tank 18 are fluidly coupled, the pressure (P 1 ) can be essentially the same in both tanks 14, 18. For a system that uses saturated and supercooled liquid nitrogen, the heating system 40 can be performed with the ability to maintain the pressure (P 1 ) of the buffer tank 18 (and thereby the component tank 14) at a level of essentially 10 bar. The heating system 40 may include an electric resistive heating element (not shown) arranged so as to provide thermal energy to the buffer tank 18. Additionally, the heating system 40 may include a control circuit (not shown) for monitoring temperature and / or pressure buffer tank 18, and providing thermal energy to the buffer tank 18 if the temperature of the buffer tank 18 is lower than the required temperature (T 2 ) and / or the pressure of the buffer tank 18 is lower than the required pressure (P 1 ).

Дополнительно, система 10 охлаждения компонента может включать в себя второй криостат 42 (показан пунктирными линиями), выполненный с возможностью охлаждения насыщенной жидкости 20 (в буферной емкости 18) до требуемой температуры (Т2) и поддержания требуемого давления (Р1). Второй криостат 42 может включать в себя схему управления (не показана) для контролирования температуры и/или давления буферной емкости 18 и для охлаждения (т.е. удаления тепловой энергии из) буферной емкости 18, если температура буферной емкости 18 выше требуемой температуры (Т2) и/или давление буферной емкости 18 выше требуемого давления (Р1).Additionally, the component cooling system 10 may include a second cryostat 42 (shown by dashed lines) configured to cool the saturated liquid 20 (in the buffer tank 18) to the desired temperature (T 2 ) and maintain the required pressure (P 1 ). The second cryostat 42 may include a control circuit (not shown) for controlling the temperature and / or pressure of the buffer tank 18 and for cooling (i.e., removing heat energy from) the buffer tank 18 if the temperature of the buffer tank 18 is higher than the desired temperature (T 2 ) and / or the pressure of the buffer tank 18 is higher than the required pressure (P 1 ).

Система 10 охлаждения компонента может включать в себя вакуумную емкость 44 для заключения различных компонентов системы 10 охлаждения. Например, вакуумная емкость 44 может заключать в себе охлаждающую емкость 26 (и, тем самым, емкость 14 для компонента), буферную емкость 18 и емкость 30 для криостата. Благодаря вакууму внутри вакуумной емкости 46 различные компоненты системы 10 охлаждения компонента (например, охлаждающая емкость 26, буферная емкость 18 и емкость 30 для криостата) могут быть закрыты от воздействия тепловой энергии, содержащейся в атмосферном воздухе 46, окружающем вакуумную емкость 44.The component cooling system 10 may include a vacuum container 44 for enclosing various components of the cooling system 10. For example, the vacuum tank 44 may include a cooling tank 26 (and thereby a component tank 14), a buffer tank 18, and a cryostat tank 30. Thanks to the vacuum inside the vacuum container 46, the various components of the component cooling system 10 (for example, the cooling tank 26, the buffer tank 18 and the cryostat tank 30) can be closed from the heat energy contained in the atmospheric air 46 surrounding the vacuum tank 44.

Как было рассмотрено выше, тепловыделяющее устройство 12 может быть ограничителем тока короткого замыкания. Соответственно, при воздействии на него тока короткого замыкания (например, через проводники 48, 50) тепловыделяющее устройство 12 может нагреться, нагревать переохлажденную жидкость 16 вблизи тепловыделяющего устройства 12 и добавить достаточно тепловой энергии в переохлажденную жидкость 16, чтобы часть переохлажденной жидкости 16 перешла из жидкого состояния в газообразное состояние, таким образом образовав газообразный пузырь 52 (показанный пунктирными линиями). Так как газообразный пузырь 52 больше по объему, чем количество переохлажденной жидкости 16, которая изменила свое состояние для образования газообразного пузыря 52, часть переохлажденной жидкости 16 может быть вытеснена (через трубу/трубопровод 22) в буферную емкость 18. Как было рассмотрено выше, для систем с переохлажденным и насыщенным жидким азотом температура (Т1) переохлажденной жидкости 16 может поддерживаться на уровне 67 градусов Кельвина, температура (Т2) насыщенной жидкости 20 может поддерживаться на уровне 105 градусов Кельвина и обе жидкости при давлении 10 бар.As discussed above, the fuel device 12 may be a short circuit current limiter. Accordingly, when a short circuit current is applied to it (for example, through conductors 48, 50), the heat-generating device 12 can heat up, heat the supercooled liquid 16 near the heat-generating device 12 and add enough thermal energy to the supercooled liquid 16 so that part of the supercooled liquid 16 transfers from the liquid state into a gaseous state, thereby forming a gaseous bubble 52 (shown by dashed lines). Since the gaseous bubble 52 is larger in volume than the amount of supercooled liquid 16, which has changed state to form the gaseous bubble 52, part of the supercooled liquid 16 can be displaced (through pipe / line 22) into the buffer tank 18. As discussed above, for systems with supercooled and saturated liquid nitrogen, the temperature (T 1 ) of the supercooled liquid 16 can be maintained at 67 degrees Kelvin, the temperature (T 2 ) of the saturated liquid 20 can be maintained at 105 degrees Kelvin and both liquids at a pressure of 10 bar.

Тепловая энергия газообразного пузыря 52 может быть поглощена переохлажденной жидкостью 16, в результате чего газообразный пузырь 52 возвращается в жидкое состояние. При стандартном токе короткого замыкания температура (Т1) переохлажденной жидкости 16 может увеличиться от 67 градусов Кельвина до 70 градусов Кельвина. Как было рассмотрено выше, часть данной переохлажденной жидкости 16, имеющей температуру 70 градусов Кельвина, может быть вытеснена в буферную емкость 18 (которая по меньшей мере частично заполнена насыщенной жидкостью 20, имеющей температуру 105 градусов Кельвина). Соответственно, температура насыщенной жидкости 20 может упасть до 94 градусов Кельвина, и/или давление насыщенной жидкости 20 может упасть до 5 бар. Соответственно, система 40 нагрева может быть приведена в действие для нагрева насыщенной жидкости 20 (в буферную емкость 18) для достижения требуемой температуры Т2 (например, 105 градусов Кельвина) и/или требуемого давления Р1 (например, 10 бар).The thermal energy of the gaseous bubble 52 can be absorbed by the supercooled liquid 16, as a result of which the gaseous bubble 52 returns to the liquid state. With a standard short circuit current, the temperature (T 1 ) of the supercooled liquid 16 may increase from 67 degrees Kelvin to 70 degrees Kelvin. As discussed above, part of this supercooled liquid 16 having a temperature of 70 degrees Kelvin can be displaced into the buffer tank 18 (which is at least partially filled with saturated liquid 20 having a temperature of 105 degrees Kelvin). Accordingly, the temperature of saturated liquid 20 may drop to 94 degrees Kelvin, and / or the pressure of saturated liquid 20 may drop to 5 bar. Accordingly, the heating system 40 can be activated to heat the saturated liquid 20 (into the buffer tank 18) to achieve the desired temperature T 2 (for example, 105 degrees Kelvin) and / or the required pressure P 1 (for example, 10 bar).

Далее, если переохлажденная жидкость 16 в емкости 14 для компонента нагревается до 70 градусов Кельвина (во время короткого замыкания), тепловая энергия из емкости 14 для компонента передается за счет теплопроводности к насыщенной жидкости 28 в охлаждающей емкости 26. Обнаружив данное увеличение температуры, криостат 38 может быть приведен в действие для уменьшения температуры насыщенной жидкости 28 (которая находится как в охлаждающей емкости 26, так и в емкости 30 для криостата) от, например, 70 градусов Кельвина до требуемой температуры Т1 (например, 67 градусов Кельвина). Данный процесс восстановления может занять несколько часов в зависимости от оставшейся доступной мощности охлаждения криостата 38.Further, if the supercooled liquid 16 in the container 14 for the component is heated to 70 Kelvin (during a short circuit), the thermal energy from the container 14 for the component is transferred due to thermal conductivity to the saturated liquid 28 in the cooling tank 26. Having detected this temperature increase, cryostat 38 can be activated to reduce the temperature of the saturated liquid 28 (which is located both in the cooling tank 26 and in the tank 30 for the cryostat) from, for example, 70 degrees Kelvin to the required temperature T 1 (for example er, 67 degrees Kelvin). This recovery process may take several hours, depending on the remaining available cooling capacity of the cryostat 38.

На фиг.2 показан альтернативный вариант осуществления системы 10' охлаждения компонента для поглощения тепловой энергии, генерируемой тепловыделяющим устройством 12.FIG. 2 shows an alternative embodiment of a component cooling system 10 ′ for absorbing thermal energy generated by the heat generating device 12.

Система 10' охлаждения компонента может включать в себя емкость 100 для компонента, выполненную с возможностью приема тепловыделяющего устройства 12. Емкость 100 для компонента может быть выполнена с возможностью по меньшей мере частичного заполнения переохлажденной жидкостью 102. Примеры переохлажденной жидкости 102 могут включать, но не ограничиваясь этим, переохлажденный жидкий азот.The component cooling system 10 ′ may include a component tank 100 configured to receive a heat generating device 12. The component tank 100 may be configured to at least partially fill with supercooled liquid 102. Examples of supercooled liquid 102 may include, but not limited to by this, supercooled liquid nitrogen.

Система 10' охлаждения компонента может включать в себя буферную емкость 104, которая может быть по меньшей мере частично заполнена насыщенной жидкостью 106. Примеры насыщенной жидкости 106 могут включать, но не ограничиваясь этим, насыщенный жидкий азот. Буферная емкость 104 может быть связана по текучей среде с емкостью 100 для компонента, тем самым позволяя безнасосное перемещение жидкостей (например, переохлажденной жидкости 102 и насыщенной жидкости 106) между емкостями 100, 104. Например, одна или более труб/трубопроводов (например, труба/трубопровод 108) могут связывать емкость 100 для компонента и буферную емкость 104. Как было рассмотрено выше, безнасосное перемещение жидкостей может быть определено как перемещение жидкостей без использования какого-либо механического насоса.Component cooling system 10 ′ may include a buffer tank 104, which may be at least partially filled with saturated liquid 106. Examples of saturated liquid 106 may include, but are not limited to, saturated liquid nitrogen. The buffer tank 104 may be fluidly coupled to a component tank 100, thereby allowing pump-free transfer of liquids (eg, supercooled liquid 102 and saturated liquid 106) between containers 100, 104. For example, one or more pipes / tubes (eg, pipe / conduit 108) can connect a component reservoir 100 and a buffer reservoir 104. As discussed above, pump-less fluid transfer can be defined as liquid transfer without using any mechanical pump.

Система 10' охлаждения компонента может включать в себя криогенную систему 110 для поддержания температуры емкости 100 для компонента (и, тем самым, жидкости 102 в емкости для компонента) на уровне требуемой температуры (Т1), которая может изменяться в зависимости от типа и состояния жидкости, находящейся в емкости 100. Например, и как было рассмотрено выше, емкость 100 для компонента может быть выполнена с возможностью по меньшей мере частичного заполнения переохлажденной жидкостью 102. Если переохлажденной жидкостью 102 является переохлажденный жидкий азот, температура Т1 может составлять 67 градуса Кельвина. Соответственно, для системы с переохлажденным жидким азотом криогенная система 110 может быть сконфигурирована поддерживать температуру емкости 100 для компонента на уровне 67 градусов Кельвина.The component cooling system 10 'may include a cryogenic system 110 to maintain the temperature of the component container 100 (and thereby the liquid 102 in the component container) at a desired temperature (T 1 ), which may vary depending on the type and condition the liquid in the container 100. For example, and as discussed above, the container 100 for the component can be configured to at least partially fill the supercooled liquid 102. If the supercooled liquid 102 is a supercooled liquid nitrogen, temperature T 1 can be 67 degrees Kelvin. Accordingly, for a system with supercooled liquid nitrogen, the cryogenic system 110 may be configured to maintain the temperature of the container 100 for the component at 67 degrees Kelvin.

Криогенная система 110 может включать в себя охлаждающую емкость 112 (т.е. систему теплообмена), который может быть по меньшей мере частично заполнен насыщенной жидкостью 114. Охлаждающая емкость 112 может заключать в себе по меньшей мере участок емкости 100 для компонента. Примеры насыщенной жидкости 114 могут включать, но не ограничиваясь этим, насыщенный жидкий азот.The cryogenic system 110 may include a cooling vessel 112 (i.e., a heat exchange system) that may be at least partially filled with saturated liquid 114. The cooling vessel 112 may comprise at least a portion of the component vessel 100. Examples of saturated liquid 114 may include, but are not limited to, saturated liquid nitrogen.

Криогенная система 110 может дополнительно включать в себя криостат 116, размещенный в охлаждающей емкости 112. Криостат 116 может быть выполнен с возможностью поддержания у насыщенной жидкости 114 по существу температуры Т1 (например, 67 градусов Кельвина) и требуемого давления (Р2). Криостат 116 может включать в себя схему управления (не показана) для контролирования температуры и/или давления охлаждающей емкости 112, и для охлаждения (т.е. удаления тепловой энергии из) охлаждающей емкости 112, если температура охлаждающей емкости 112 выше требуемой температуры (Т1) и/или давление охлаждающей емкости 112 выше требуемого давления (Р2). Для системы с насыщенным жидким азотом криогенная система 110 может быть сконфигурирована поддерживать температуру охлаждающей емкости 112 на уровне температуры (Т1), равной по существу 67 градусам Кельвина, и давление (Р2) приблизительно 0,24 бар.The cryogenic system 110 may further include a cryostat 116 located in the cooling tank 112. The cryostat 116 may be configured to maintain the saturated liquid 114 substantially at a temperature T 1 (eg, 67 Kelvin) and a desired pressure (P 2 ). The cryostat 116 may include a control circuit (not shown) for controlling the temperature and / or pressure of the cooling tank 112, and for cooling (i.e. removing heat energy from) the cooling tank 112 if the temperature of the cooling tank 112 is higher than the desired temperature (T 1 ) and / or the pressure of the cooling tank 112 is higher than the required pressure (P 2 ). For a system with saturated liquid nitrogen, the cryogenic system 110 may be configured to maintain the temperature of the cooling tank 112 at a temperature (T 1 ) of substantially 67 degrees Kelvin and a pressure (P 2 ) of approximately 0.24 bar.

Система 10' охлаждения компонента может включать в себя систему 118 нагрева, выполненную с возможностью нагрева насыщенной жидкости 106 (в буферную емкость 104) до требуемой температуры (Т2) и для поддержания требуемого давления (Р1). Соответственно, для системы с насыщенным жидким азотом система 118 нагрева может быть сконфигурирована поддерживать температуру (Т2) буферной емкости 104 на уровне по существу 105 градусов Кельвина. Так как емкость 100 для компонента и буферной емкости 104 связаны по текучей среде, давление (Р1) по существу одинаково в обеих емкостях 100, 104. Для системы, использующей насыщенный и переохлажденный жидкий азот, система 118 нагрева может быть сконфигурирована поддерживать давление (Р1) в буферной емкости 104 (и, тем самым, в емкости 100 для компонента) на уровне по существу 10 бар. Система 118 нагрева может включать в себя электрический резистивный нагревательный элемент (не показан), расположенный таким образом, чтобы обеспечить тепловой энергией буферную емкость 104. Дополнительно, система 118 нагрева может включать в себя схему управления (не показана) для контролирования температуры и/или давления в буферной емкости 104 и подачи тепловой энергии к буферной емкости 104, если температура буферной емкости 104 ниже требуемой температуры (Т2) и/или давление в буферной емкости 104 ниже требуемого давления (Р1).The component cooling system 10 ′ may include a heating system 118 configured to heat the saturated liquid 106 (into the buffer tank 104) to the desired temperature (T 2 ) and to maintain the desired pressure (P 1 ). Accordingly, for a system with saturated liquid nitrogen, the heating system 118 may be configured to maintain the temperature (T 2 ) of the buffer tank 104 at a level of substantially 105 degrees Kelvin. Since the container 100 for the component and the buffer tank 104 are fluidly coupled, the pressure (P 1 ) is substantially the same in both tanks 100, 104. For a system using saturated and supercooled liquid nitrogen, the heating system 118 may be configured to maintain pressure (P 1 ) in the buffer tank 104 (and, thus, in the tank 100 for the component) at a level of essentially 10 bar. The heating system 118 may include an electric resistive heating element (not shown) located so as to provide thermal energy to the buffer tank 104. Additionally, the heating system 118 may include a control circuit (not shown) for monitoring temperature and / or pressure in the buffer tank 104 and supplying thermal energy to the buffer tank 104 if the temperature of the buffer tank 104 is lower than the required temperature (T 2 ) and / or the pressure in the buffer tank 104 is lower than the required pressure (P 1 ).

Дополнительно, система 10' охлаждения компонента может включать в себя второй криостат 120 (показанный штриховыми линиями), выполненный с возможностью охлаждения насыщенной жидкости 106 (в буферной емкости 104) до требуемой температуры (Т2) и для поддержания требуемого давления (Р1). Второй криостат 120 может включать в себя схему управления (не показана) для контролирования температуры и/или давления в буферной емкости 104 и для охлаждения (т.е. удаления тепловой энергии из) буферной емкости 104, если температура в буферной емкости 104 выше требуемой температуры (Т2) и/или давление в буферной емкости 104 выше требуемого давления (Р1).Additionally, component cooling system 10 ′ may include a second cryostat 120 (shown by dashed lines) configured to cool saturated liquid 106 (in buffer tank 104) to a desired temperature (T 2 ) and to maintain a desired pressure (P 1 ). The second cryostat 120 may include a control circuit (not shown) for controlling the temperature and / or pressure in the buffer tank 104 and for cooling (i.e., removing heat energy from) the buffer tank 104 if the temperature in the buffer tank 104 is higher than the desired temperature (T 2 ) and / or the pressure in the buffer tank 104 is higher than the desired pressure (P 1 ).

Система 10' охлаждения компонента может включать в себя вакуумную емкость 122 для заключения различных компонентов системы 10' охлаждения. Например, вакуумная емкость 122 может заключать в себе охлаждающую емкость 112 (и, тем самым, емкость 100 для компонента) и буферной емкости 104. Благодаря вакууму внутри вакуумной емкости 122 различные компоненты системы 10' охлаждения компонента (например, охлаждающая емкость 112 и буферная емкость 104) могут быть закрыты от воздействия тепловой энергии, содержащейся в атмосферном воздухе 124, окружающем вакуумную емкость 122.The component cooling system 10 ′ may include a vacuum vessel 122 for enclosing various components of the cooling system 10 ′. For example, the vacuum tank 122 may include a cooling tank 112 (and thereby a component tank 100) and a buffer tank 104. Thanks to the vacuum inside the vacuum tank 122, various components of the component cooling system 10 '(for example, a cooling tank 112 and a buffer tank 104) can be closed from the effects of thermal energy contained in atmospheric air 124 surrounding the vacuum tank 122.

При воздействии тока короткого замыкания (через, например, проводники 124, 126) тепловыделяющее устройство 12 может нагреваться, нагревать переохлажденную жидкость 102 вблизи тепловыделяющего устройства 12 и добавить достаточно тепловой энергии к переохлажденной жидкости 102, чтобы часть переохлажденной жидкости 102 перешла из жидкого состояния в газообразное состояние, тем самым образуя газообразный пузырь 128 (показанный штриховыми линиями). Так как газообразный пузырь 128 больше по объему, чем количество переохлажденной жидкости 102, которое изменило свое состояние для образования газообразного пузыря 128, часть переохлажденной жидкости 102 может быть вытеснена (через трубу/трубопровод 108) в буферную емкость 104. Как было рассмотрено выше, для систем с переохлажденным и насыщенным жидким азотом у переохлажденной жидкости 102 может поддерживаться температура (Т1) 67 градусов Кельвина, у насыщенной жидкости 106 может поддерживаться температура (Т2) 105 градусов Кельвина и у обоих давление на уровне 10 бар.Under the influence of a short circuit current (through, for example, conductors 124, 126), the heat-generating device 12 can heat up, heat the supercooled liquid 102 near the heat-generating device 12 and add enough thermal energy to the supercooled liquid 102 so that part of the supercooled liquid 102 passes from the liquid state to the gaseous state state, thereby forming a gaseous bubble 128 (shown by dashed lines). Since the gaseous bubble 128 is larger in volume than the amount of supercooled liquid 102, which has changed state to form the gaseous bubble 128, a portion of the supercooled liquid 102 can be displaced (through pipe / line 108) into the buffer tank 104. As discussed above, for systems, subcooled and saturated liquid nitrogen in a subcooled liquid 102 may be maintained at a temperature (T 1) of 67 degrees Kelvin, saturated liquid 106 may be maintained at a temperature (T 2) of 105 degrees Kelvin and both pressure at 10 bar.

Тепловая энергия газообразного пузыря 128 может быть поглощена переохлажденной жидкостью 102, в результате чего газообразный пузырь 128 возвращается в жидкое состояние. При типичном токе короткого замыкания температура (Т1) переохлажденной жидкости 102 может увеличиться от 67 градусов Кельвина до 70 градусов Кельвина. Как было рассмотрено выше, часть переохлажденной жидкости 102, имеющей температуру 70 градусов Кельвина, может быть вытеснена в буферную емкость 104 (которая по меньшей мере частично заполнена насыщенной жидкостью 106, имеющей температуру 105 градусов Кельвина). Соответственно, температура насыщенной жидкости 106 может упасть до 94 градусов Кельвина и/или давление насыщенной жидкости 106 может упасть до 5 бар. Соответственно, система 118 нагрева может быть приведена в действие для нагрева насыщенной жидкости 106 (в буферную емкость 104) до требуемой температуры Т2 (например, 105 градусов Кельвина) и/или до требуемого давления Р1 (например, 10 бар).The thermal energy of the gaseous bubble 128 can be absorbed by the supercooled liquid 102, whereby the gaseous bubble 128 returns to the liquid state. With a typical short circuit current, the temperature (T 1 ) of the supercooled liquid 102 may increase from 67 degrees Kelvin to 70 degrees Kelvin. As discussed above, a portion of the supercooled liquid 102 having a temperature of 70 degrees Kelvin can be displaced into the buffer tank 104 (which is at least partially filled with saturated liquid 106 having a temperature of 105 degrees Kelvin). Accordingly, the temperature of the saturated liquid 106 may drop to 94 degrees Kelvin and / or the pressure of the saturated liquid 106 may drop to 5 bar. Accordingly, the heating system 118 may be actuated to heat the saturated liquid 106 (into the buffer tank 104) to the desired temperature T 2 (e.g. 105 Kelvin) and / or to the desired pressure P 1 (e.g. 10 bar).

Дополнительно, так как переохлажденная жидкость 102 в емкости 100 для компонента может быть нагрета до 70 градусов Кельвина (при воздействии тока короткого замыкания), тепловая энергия из емкости 100 для компонента может быть передана путем теплопроводности к насыщенной жидкости 114 в охлаждающей емкости 112. Обнаружив данное увеличение температуры, криостат 116 может быть приведен в действие для уменьшения температуры насыщенной жидкости 114 с, например, 70 градусов Кельвина, до требуемой температуры Т1 (например, 67 градусов Кельвина). Как было рассмотрено выше, данный процесс восстановления может занять несколько часов, в зависимости от оставшейся доступной мощности охлаждения криостата 38.Additionally, since the supercooled liquid 102 in the container 100 for the component can be heated up to 70 Kelvin (when exposed to a short circuit current), thermal energy from the container 100 for the component can be transferred by thermal conductivity to saturated liquid 114 in the cooling tank 112. Finding this increasing the temperature, the cryostat 116 can be activated to reduce the temperature of the saturated liquid 114 s, for example, 70 degrees Kelvin, to the desired temperature T 1 (for example, 67 degrees Kelvin). As discussed above, this recovery process may take several hours, depending on the remaining available cooling capacity of the cryostat 38.

На фиг.3 показан другой альтернативный вариант осуществления системы 10'' охлаждения компонента для поглощения тепловой энергии, генерируемой тепловыделяющим устройством 12.FIG. 3 shows another alternative embodiment of a component cooling system 10 ″ for absorbing thermal energy generated by the heat generating device 12.

Система 10'' охлаждения компонента может включать в себя емкость 150 для компонента, выполненную с возможностью приема тепловыделяющего устройства 12. Емкость 150 для компонента может быть выполнена с возможностью по меньшей мере частичного заполнения переохлажденной жидкостью 152. Примеры переохлажденной жидкости 152 могут включать, но не ограничиваясь этим, переохлажденный жидкий азот.The component cooling system 10 ″ may include a component container 150 configured to receive a heat generating device 12. The component container 150 may be configured to at least partially fill with supercooled liquid 152. Examples of supercooled liquid 152 may include, but not be limited to this, supercooled liquid nitrogen.

Система 10'' охлаждения компонента может включать в себя буферную емкость 154, которая может быть по меньшей мере частично заполнена насыщенной жидкостью 156. Примеры насыщенной жидкости 156 могут включать, но не ограничиваясь этим, насыщенный жидкий азот. Буферная емкость 154 может быть связана по текучей среде с емкостью 150 для компонента, тем самым позволяя безнасосное перемещение жидкостей (например, переохлажденной жидкости 152 и насыщенной жидкости 156) между емкостями 150, 154. Например, одна или более труб/трубопроводов (например, труба/трубопровод 158) могут связывать емкость 150 для компонента и буферной емкости 154. Как было рассмотрено выше, безнасосное перемещение жидкостей может быть определено как перемещение жидкостей без использования какого-либо механического насоса.Component cooling system 10 ″ may include a buffer tank 154, which may be at least partially filled with saturated liquid 156. Examples of saturated liquid 156 may include, but are not limited to, saturated liquid nitrogen. The buffer tank 154 may be fluidly coupled to the component tank 150, thereby allowing pump-free transfer of liquids (e.g., supercooled liquid 152 and saturated liquid 156) between tanks 150, 154. For example, one or more pipes / tubes (e.g., pipe / conduit 158) can connect the container 150 for the component and the buffer tank 154. As discussed above, pump-free fluid transfer can be defined as fluid transfer without using any mechanical pump.

Система 10'' охлаждения компонента может включать в себя криогенную систему 160 для поддержания температуры емкости 150 для компонента (и, тем самым, жидкости 152 в емкости для компонента) на уровне требуемой температуры (Т1), которая может изменяться в зависимости от типа и состояния жидкости, находящейся в емкости 150. Например, и как было рассмотрено выше, емкость 150 для компонента может быть выполнена с возможностью по меньшей мере частичного заполнения переохлажденной жидкостью 152. Если переохлажденной жидкостью 152 является переохлажденный жидкий азот, температура Т1 может равняться 67 градусам Кельвина. Соответственно, для системы с переохлажденным жидким азотом криогенная система 160 может быть сконфигурирована поддерживать температуру емкости 150 для компонента на уровне 67 градусов Кельвина.The component cooling system 10 ″ may include a cryogenic system 160 for maintaining the temperature of the component container 150 (and thereby the liquid 152 in the component container) at a desired temperature (T 1 ), which may vary depending on the type and the state of the liquid in the container 150. For example, and as discussed above, the container 150 for the component can be configured to at least partially fill the supercooled liquid 152. If the supercooled liquid 152 is supercooled dky nitrogen, the temperature T 1 may be equal to 67 degrees Kelvin. Accordingly, for a system with supercooled liquid nitrogen, the cryogenic system 160 may be configured to maintain the temperature of the container 150 for the component at 67 degrees Kelvin.

Криогенная система 160 может включать в себя систему 162 теплообмена (например, теплообменник), которая может быть по меньшей мере частично заполнена насыщенной жидкостью 164. Система 162 теплообмена может включать в себя один или более трубопроводов (например, трубопровод 166), по которым может проходить насыщенная жидкость 164. Система 162 теплообмена может дополнительно содержать теплопроводную массу 168, выполненную с возможностью обеспечения передачи тепловой энергии (не показана) между переохлажденной жидкостью 152 (находящейся в емкости 150 для компонента) и насыщенной жидкостью 164 (проходящей через трубопровод 166).The cryogenic system 160 may include a heat exchange system 162 (e.g., a heat exchanger) that may be at least partially filled with saturated liquid 164. Heat transfer system 162 may include one or more pipelines (e.g., pipe 166) through which it can pass saturated liquid 164. The heat exchange system 162 may further comprise a heat-conducting mass 168 configured to transfer heat energy (not shown) between the supercooled liquid 152 (located in the container 150 for component) and saturated liquid 164 (passing through line 166).

Криогенная система 160 может дополнительно включать в себя емкость 170 для криостата, связанную по текучей среде с системой 162 теплообмена, тем самым позволяя безнасосное перемещение насыщенной жидкости 164 между емкостью 170 для криостата и системой 162 теплообмена. Как было рассмотрено выше, безнасосное перемещение жидкостей может быть определено как перемещение жидкостей без использования какого-либо механического насоса. Например, одна или более труб/трубопроводов (например, труба/трубопроводы 172, 174) могут связывать емкость 170 для криостата и систему 162 теплообмена. Так как жидкость 164 является насыщенной жидкостью, если тепловая энергия добавляется к насыщенной жидкости 164, часть насыщенной жидкости 164 может перейти (т.е. изменить состояние) в пар 176. Криогенная система 160 может дополнительно включать в себя криостат 178, размещенный в емкости 170 для криостата. Криостат 178 может быть выполнен с возможностью поддержания у насыщенной жидкости 164 по существу температуры Т1 (например, 67 градусов Кельвина) и соответствующего давления насыщения (Р2). Криостат 178 может включать в себя схему управления (не показана) для контролирования температуры и/или давления в емкости 170 для криостата и/или системе 162 теплообмена и для охлаждения (т.е. удаления тепловой энергии из) емкости 170 для криостата и/или системы 162 теплообмена, если температура емкости 170 для криостата и/или системы 162 теплообмена выше требуемой температуры (Т1), и/или давление емкости 170 для криостата и/или системы 162 теплообмена выше требуемого давления (Р2). Для системы с насыщенным жидким азотом криогенная система 160 может быть сконфигурирована поддерживать температуру системы 162 теплообмена и емкости 170 для криостата на уровне температуры (Т1), равной по существу 67 градусам Кельвина, и давление (Р2) приблизительно 0,24 бар.The cryogenic system 160 may further include a cryostat tank 170 fluidly coupled to the heat exchange system 162, thereby allowing non-pumping movement of the saturated liquid 164 between the cryostat tank 170 and the heat exchange system 162. As discussed above, pump-free fluid transfer can be defined as fluid transfer without the use of any mechanical pump. For example, one or more pipes / conduits (e.g., pipe / conduits 172, 174) may connect a cryostat tank 170 and a heat exchange system 162. Since liquid 164 is a saturated liquid, if thermal energy is added to saturated liquid 164, part of the saturated liquid 164 may transfer (i.e., change state) to steam 176. The cryogenic system 160 may further include a cryostat 178 located in the container 170 for cryostat. The cryostat 178 may be configured to maintain substantially saturated temperature T 1 (for example, 67 degrees Kelvin) at saturated liquid 164 and a corresponding saturation pressure (P 2 ). The cryostat 178 may include a control circuit (not shown) for controlling the temperature and / or pressure in the cryostat tank 170 and / or the heat exchange system 162 and for cooling (i.e. removing heat energy from) the cryostat tank 170 and / or heat transfer system 162 if the temperature of the cryostat tank 170 and / or heat exchange system 162 is higher than the required temperature (T 1 ) and / or the pressure of the cryostat tank 170 and / or heat exchange system 162 is higher than the required pressure (P 2 ). For a system with saturated liquid nitrogen, the cryogenic system 160 may be configured to maintain the temperature of the heat exchange system 162 and the cryostat tank 170 at a temperature (T 1 ) of substantially 67 degrees Kelvin and a pressure (P 2 ) of approximately 0.24 bar.

Система 10'' охлаждения компонента может включать в себя систему 180 нагрева, выполненную с возможностью нагрева насыщенной жидкости 156 (в буферной емкости 154) до требуемой температуры (Т2) и для поддержания требуемого давления (Р1). Соответственно, для системы с насыщенным жидким азотом система 180 нагрева может быть сконфигурирована поддерживать температуру (Т2) буферной емкости 154 на уровне по существу 105 градусов Кельвина. Так как емкость 150 для компонента и буферная емкость 154 связаны по текучей среде, давление (Р1) может быть по существу одинаковым в обеих емкостях 150, 154. Для системы, использующей насыщенный и переохлажденный жидкий азот, система 180 нагрева может быть сконфигурирована поддерживать давление (Р1) в буферной емкости 154 (и, тем самым, в емкости 150 для компонента) на уровне по существу 10 бар. Система 180 нагрева может включать в себя электрический резистивный нагревательный элемент (не показан), расположенный таким образом, чтобы обеспечить тепловой энергией буферную емкость 154. Дополнительно, система 180 нагрева может включать в себя схему управления (не показана) для контролирования температуры и/или давления в буферной емкости 154 и подачи тепловой энергии к буферной емкости 154, если температура буферной емкости 154 ниже требуемой температуры (Т2) и/или давление в буферной емкости 154 ниже требуемого давления (Р1).The component cooling system 10 ″ may include a heating system 180 configured to heat saturated liquid 156 (in buffer tank 154) to a desired temperature (T 2 ) and to maintain a desired pressure (P 1 ). Accordingly, for a system with saturated liquid nitrogen, the heating system 180 may be configured to maintain the temperature (T 2 ) of the buffer tank 154 at a level of substantially 105 degrees Kelvin. Since the container 150 for the component and the buffer tank 154 are fluidly coupled, the pressure (P 1 ) can be substantially the same in both tanks 150, 154. For a system using saturated and supercooled liquid nitrogen, the heating system 180 can be configured to maintain pressure (P 1 ) in the buffer tank 154 (and thus in the container 150 for the component) at a level of essentially 10 bar. The heating system 180 may include an electric resistive heating element (not shown) arranged so as to provide thermal energy to the buffer tank 154. Additionally, the heating system 180 may include a control circuit (not shown) for controlling temperature and / or pressure in the buffer tank 154 and supplying thermal energy to the buffer tank 154 if the temperature of the buffer tank 154 is lower than the required temperature (T 2 ) and / or the pressure in the buffer tank 154 is lower than the required pressure (P 1 ).

Дополнительно, система 10'' охлаждения компонента может включать в себя второй криостат 182 (показанный штриховыми линиями), выполненный с возможностью охлаждения насыщенной жидкости 156 (в буферной емкости 154) до требуемой температуры (Т2) и для поддержания требуемого давления (Р1). Второй криостат 182 может включать в себя схему управления (не показана) для контролирования температуры и/или давления в буферной емкости 154 и для охлаждения (т.е. удаления тепловой энергии из) буферной емкости 154, если температура в буферной емкости 154 выше требуемой температуры (Т2) и/или давление в буферной емкости 154 выше требуемого давления (Р1).Additionally, component cooling system 10 ″ may include a second cryostat 182 (shown by dashed lines) configured to cool saturated liquid 156 (in buffer tank 154) to a desired temperature (T 2 ) and to maintain a desired pressure (P 1 ) . The second cryostat 182 may include a control circuit (not shown) for controlling the temperature and / or pressure in the buffer tank 154 and for cooling (i.e., removing heat energy from) the buffer tank 154 if the temperature in the buffer tank 154 is higher than the desired temperature (T 2 ) and / or pressure in the buffer tank 154 is higher than the desired pressure (P 1 ).

Система 10'' охлаждения компонента может включать в себя вакуумную емкость 184 для заключения различных компонентов системы 10'' охлаждения. Например, вакуумная емкость 184 может заключать в себе емкость 150 для компонента (и, тем самым, систему 162 теплообмена), буферная емкость 154 и емкость 170 для криостата. Благодаря вакууму внутри вакуумной емкости 184 различные компоненты системы 10'' охлаждения компонента (например, емкость 150 компонента, буферная емкость 154 и емкость 170 для криостата) могут быть закрыты от воздействия тепловой энергии, содержащейся в атмосферном воздухе 186, окружающем вакуумную емкость 184.The component cooling system 10 ″ may include a vacuum vessel 184 for enclosing various components of the cooling system 10 ″. For example, the vacuum tank 184 may include a container 150 for a component (and thereby a heat exchange system 162), a buffer tank 154, and a cryostat tank 170. Thanks to the vacuum inside the vacuum container 184, the various components of the component cooling system 10 ″ (for example, the component container 150, the buffer tank 154 and the cryostat tank 170) can be closed from the heat energy contained in the atmospheric air 186 surrounding the vacuum tank 184.

Как было рассмотрено выше, тепловыделяющим устройством 12 может быть ограничитель тока короткого замыкания. Соответственно, при воздействии тока короткого замыкания (через, например, проводники 188, 190) тепловыделяющее устройство 12 может нагреваться, нагревать переохлажденную жидкость 152 вблизи тепловыделяющего устройства 12 и добавить достаточно тепловой энергии к переохлажденной жидкости 152, чтобы часть переохлажденной жидкости 152 перешла из жидкого состояния в газообразное состояние, тем самым образуя газообразный пузырь 192 (показанный штриховыми линиями). Так как газообразный пузырь 192 больше по объему, чем количество переохлажденной жидкости 152, которое изменило свое состояние для образования газообразного пузыря 192, часть переохлажденной жидкости 152 может быть вытеснена (через трубу/трубопровод 158) в буферную емкость 154. Как было рассмотрено выше, для систем с переохлажденным и насыщенным жидким азотом у переохлажденной жидкости 152 может поддерживаться температура (Т1) 67 градусов Кельвина, у насыщенной жидкости 156 может поддерживаться температура (Т2) 105 градусов Кельвина, для обоих давление на уровне 10 бар.As discussed above, the fuel device 12 may be a short circuit current limiter. Accordingly, when a short circuit current (through, for example, conductors 188, 190) is applied, the heat-generating device 12 can heat up, heat the supercooled liquid 152 near the heat-generating device 12 and add enough thermal energy to the supercooled liquid 152 so that part of the supercooled liquid 152 transfers from the liquid state into a gaseous state, thereby forming a gaseous bubble 192 (shown by dashed lines). Since the gaseous bubble 192 is larger in volume than the amount of supercooled liquid 152 that has changed state to form the gaseous bubble 192, a portion of the supercooled liquid 152 can be displaced (via pipe / line 158) into the buffer tank 154. As discussed above, for systems, subcooled and saturated liquid nitrogen in a subcooled liquid 152 may be maintained at a temperature (T 1) of 67 degrees Kelvin, saturated liquid 156 may be maintained at a temperature (T 2) of 105 degrees Kelvin, both pressur ie at the level of 10 bar.

Тепловая энергия газообразного пузыря 192 может быть поглощена переохлажденной жидкостью 152, в результате чего газообразный пузырь 192 возвращается в жидкое состояние. При типичном токе короткого замыкания температура (Т1) переохлажденной жидкости 152 может увеличиться от 67 градусов Кельвина до 70 градусов Кельвина. Как было рассмотрено выше, часть переохлажденной жидкости 152, имеющей температуру 70 градусов Кельвина, может быть вытеснена в буферную емкость 154 (который по меньшей мере частично заполнен насыщенной жидкостью 156, имеющей температуру 105 градусов Кельвина). Соответственно, температура насыщенной жидкости 156 может упасть до 94 градусов Кельвина и/или давление насыщенной жидкости 156 может упасть до 5 бар. Соответственно, система 180 нагрева может быть приведена в действие для нагрева насыщенной жидкости 156 (в буферной емкости 154) до требуемой температуры Т2 (например, 105 градусов Кельвина) и/или до требуемого давления Р1 (например, 10 бар).The thermal energy of the gaseous bubble 192 can be absorbed by the supercooled liquid 152, as a result of which the gaseous bubble 192 returns to the liquid state. With a typical short circuit current, the temperature (T 1 ) of supercooled liquid 152 may increase from 67 degrees Kelvin to 70 degrees Kelvin. As discussed above, a portion of the supercooled liquid 152 having a temperature of 70 degrees Kelvin can be displaced into the buffer tank 154 (which is at least partially filled with saturated liquid 156 having a temperature of 105 degrees Kelvin). Accordingly, the temperature of saturated liquid 156 may drop to 94 degrees Kelvin and / or the pressure of saturated liquid 156 may drop to 5 bar. Accordingly, the heating system 180 may be actuated to heat the saturated liquid 156 (in the buffer tank 154) to the desired temperature T 2 (e.g., 105 Kelvin) and / or to the desired pressure P 1 (e.g. 10 bar).

Дополнительно, так как переохлажденная жидкость 102 в емкости 100 для компонента может быть нагрета до 70 градусов Кельвина (при воздействии тока короткого замыкания), тепловая энергия из емкости 100 для компонента может быть передана путем теплопроводности к насыщенной жидкости 114 в охлаждающей емкости 112. Обнаружив данное увеличение температуры, криостат 116 может быть приведен в действие для уменьшения температуры насыщенной жидкости 114 с, например, 70 градусов Кельвина, до требуемой температуры Т1 (например, 67 градусов Кельвина). Как было рассмотрено выше, данный процесс восстановления может занять несколько часов в зависимости от оставшейся доступной мощности охлаждения криостата 38.Additionally, since the supercooled liquid 102 in the container 100 for the component can be heated up to 70 Kelvin (when exposed to a short circuit current), thermal energy from the container 100 for the component can be transferred by thermal conductivity to saturated liquid 114 in the cooling tank 112. Finding this increasing the temperature, the cryostat 116 can be activated to reduce the temperature of the saturated liquid 114 s, for example, 70 degrees Kelvin, to the desired temperature T 1 (for example, 67 degrees Kelvin). As discussed above, this recovery process may take several hours, depending on the remaining available cooling capacity of the cryostat 38.

В то время как системы 10, 10', 10'', описанные выше, используют переохлажденный и насыщенный жидкий азот, другие варианты возможны и считаются входящими в объем настоящего изобретения. Например, может использоваться переохлажденный и насыщенный жидкий гелий.While the systems 10, 10 ′, 10 ″ described above use supercooled and saturated liquid nitrogen, other options are possible and are considered to be included in the scope of the present invention. For example, supercooled and saturated liquid helium may be used.

Здесь были описаны несколько вариантов осуществления. При этом понятно, что также могут быть сделаны различные модификации. Соответственно, в объем настоящего изобретения, определенный прилагаемой формулой изобретения, входят и другие варианты осуществления.Several embodiments have been described herein. It is understood that various modifications may also be made. Accordingly, other embodiments are included within the scope of the present invention as defined by the appended claims.

Claims (20)

1. Система охлаждения компонента, содержащая:
емкость для компонента, выполненную с возможностью приема тепловыделяющего устройства, причем емкость для компонента выполнена с возможностью, по меньшей мере, частичного заполнения переохлажденной жидкостью с первым давлением и с первой температурой; и
криогенную систему для поддержания в емкости для компонента, по существу, первой температуры, которая включает в себя:
систему теплообмена, термически связанную с, по меньшей мере, участком емкости для компонента, причем система теплообмена, по меньшей мере, частично заполнена второй насыщенной жидкостью с вторым давлением и с, по существу, первой температурой, и
емкость для криостата, причем емкость для криостата связана по текучей среде с системой теплообмена, чтобы обеспечить безнасосное перемещение второй насыщенной жидкости между системой теплообмена и емкостью для криостата.1. A component cooling system comprising:
a container for a component configured to receive a fuel device, the container for a component configured to at least partially fill a supercooled liquid with a first pressure and a first temperature; and
cryogenic system for maintaining in the container for the component, essentially the first temperature, which includes:
a heat exchange system thermally coupled to at least a portion of the container for the component, wherein the heat exchange system is at least partially filled with a second saturated liquid with a second pressure and with a substantially first temperature, and
a cryostat tank, wherein the cryostat tank is fluidly coupled to a heat exchange system to provide non-pumping movement of the second saturated liquid between the heat exchange system and the cryostat tank. 2. Система охлаждения компонента по п.1, дополнительно содержащая буферную емкость, выполненную с возможностью, по меньшей мере, частичного заполнения первой насыщенной жидкостью с второй температурой, причем буферная емкость связана по текучей среде с емкостью для компонента, чтобы обеспечить безнасосное перемещение жидкости между емкостью для компонента и буферной емкостью.2. The cooling system of a component according to claim 1, further comprising a buffer tank configured to at least partially fill the first saturated liquid with a second temperature, the buffer tank being fluidly coupled to the container for the component to allow fluid-free movement of the liquid between capacity for the component and buffer capacity. 3. Система охлаждения компонента по п.2, дополнительно содержащая систему нагрева, выполненную с возможностью нагрева первой насыщенной жидкости в буферной емкости для поддержания первого давления в емкости для компонента.3. The component cooling system according to claim 2, further comprising a heating system configured to heat the first saturated liquid in the buffer tank to maintain the first pressure in the component tank. 4. Система охлаждения компонента по п.2, в которой первая насыщенная жидкость и вторая насыщенная жидкость являются насыщенным жидким азотом.4. The component cooling system according to claim 2, wherein the first saturated liquid and the second saturated liquid are saturated liquid nitrogen. 5. Система охлаждения компонента по п.1, в которой система теплообмена включает в себя теплообменник, размещенный в емкости для компонента.5. The component cooling system according to claim 1, wherein the heat exchange system includes a heat exchanger located in the container for the component. 6. Система охлаждения компонента по п.5, в которой теплообменник включает в себя один или более трубопроводов, по которому проходит вторая насыщенная жидкость.6. The component cooling system according to claim 5, in which the heat exchanger includes one or more pipelines through which the second saturated liquid passes. 7. Система охлаждения компонента по п.6, в котором теплообменник содержит теплопроводную массу, через которую проходит один или более трубопроводов.7. The component cooling system according to claim 6, in which the heat exchanger comprises a heat-conducting mass through which one or more pipelines pass. 8. Система охлаждения компонента по п.1, в котором система теплообмена включает в себя теплообменник, размещенный снаружи емкости для компонента.8. The component cooling system according to claim 1, wherein the heat exchange system includes a heat exchanger located outside the container for the component. 9. Система охлаждения компонента по п.8, в которой теплообменник представляет собой охлаждающую емкость, заключающую в себе, по меньшей мере, участок емкости для компонента.9. The component cooling system of claim 8, in which the heat exchanger is a cooling tank, comprising at least a portion of the container for the component. 10. Система охлаждения компонента по п.1, в которой криогенная система включает в себя криостат, расположенный в емкости для криостата и выполненный с возможностью поддержания у второй насыщенной жидкости, по существу, первой температуры.10. The component cooling system according to claim 1, wherein the cryogenic system includes a cryostat located in the cryostat tank and configured to maintain a substantially first temperature in the second saturated liquid. 11. Система охлаждения компонента по п.1, в которой тепловыделяющее устройство является ограничителем тока короткого замыкания.11. The component cooling system according to claim 1, wherein the heat generating device is a short circuit current limiter. 12. Система охлаждения компонента по п.1, в которой переохлажденная жидкость является переохлажденным жидким азотом.12. The component cooling system according to claim 1, wherein the supercooled liquid is supercooled liquid nitrogen. 13. Система охлаждения компонента по п.1, в которой вторая температура больше первой температуры.13. The cooling system of a component according to claim 1, in which the second temperature is greater than the first temperature. 14. Система охлаждения компонента по п.1, в которой второе давление меньше первого давления.14. The component cooling system according to claim 1, wherein the second pressure is less than the first pressure. 15. Система охлаждения компонента, содержащая:
емкость для компонента, выполненную с возможностью приема ограничителя тока короткого замыкания, причем емкость для компонента выполнена с возможностью, по меньшей мере, частичного заполнения переохлажденной жидкостью с первым давлением и с первой температурой;
буферная емкость, выполненная с возможностью, по меньшей мере, частичного заполнения первой насыщенной жидкостью с второй температурой, причем буферная емкость связана по текучей среде с емкостью для компонента, чтобы обеспечить безнасосное перемещение жидкости между емкостью для компонента и буферной емкостью;
криогенную систему для поддержания в емкости для компонента, по существу, первой температуры, которая включает в себя:
систему теплообмена, термически связанную с, по меньшей мере, участком емкости для компонента, причем система теплообмена, по меньшей мере, частично заполнена второй насыщенной жидкостью с вторым давлением и с, по существу, первой температурой, и
емкость для криостата, причем емкость для криостата связана по текучей среде с системой теплообмена, чтобы обеспечить безнасосное перемещение второй насыщенной жидкости между системой теплообмена и емкостью для криостата; и
систему нагрева, выполненную с возможностью нагрева первой насыщенной жидкости в буферной емкости для поддержания первого давления в емкости для компонента.15. A component cooling system comprising:
a container for a component configured to receive a short circuit current limiter, wherein the container for a component is configured to at least partially fill a supercooled liquid with a first pressure and a first temperature;
a buffer tank configured to at least partially fill the first saturated liquid with a second temperature, wherein the buffer tank is fluidly coupled to the component tank to allow pump-less fluid transfer between the component tank and the buffer tank;
cryogenic system for maintaining in the container for the component, essentially the first temperature, which includes:
a heat exchange system thermally coupled to at least a portion of the container for the component, wherein the heat exchange system is at least partially filled with a second saturated liquid with a second pressure and with a substantially first temperature, and
a cryostat tank, wherein the cryostat tank is fluidly coupled to a heat exchange system to provide non-pumping movement of the second saturated liquid between the heat exchange system and the cryostat tank; and
a heating system configured to heat a first saturated liquid in a buffer vessel to maintain a first pressure in the vessel for the component. 16. Система охлаждения компонента по п.15, в которой система теплообмена представляет собой теплообменник, размещенный в емкости для компонента.16. The component cooling system according to clause 15, in which the heat exchange system is a heat exchanger located in the container for the component. 17. Система охлаждения компонента по п.15, в которой система теплообмена представляет собой теплообменник, заключающий в себя по меньшей мере участок емкости для компонента.17. The component cooling system of claim 15, wherein the heat exchange system is a heat exchanger comprising at least a portion of a container for the component. 18. Система охлаждения компонента по п.15, в которой криогенная система включает в себя криостат, расположенный в емкости для криостата и выполненный с возможностью поддержания у второй насыщенной жидкости, по существу, первой температуры.18. The component cooling system according to claim 15, wherein the cryogenic system includes a cryostat located in the cryostat tank and configured to maintain a substantially first temperature in the second saturated liquid. 19. Система охлаждения компонента по п.15, в которой переохлажденная жидкость, первая насыщенная жидкость и вторая насыщенная жидкость являются жидким азотом.19. The component cooling system of claim 15, wherein the supercooled liquid, the first saturated liquid, and the second saturated liquid are liquid nitrogen. 20. Система охлаждения компонента, содержащая:
емкость для компонента, выполненную с возможностью приема тепловыделяющего устройства, причем емкость для компонента выполнена с возможностью, по меньшей мере, частичного заполнения переохлажденной жидкостью с первым давлением и с первой температурой; и
буферную емкость, выполненную с возможностью, по меньшей мере, частичного заполнения первой насыщенной жидкостью с второй температурой, причем буферная емкость связана по текучей среде с емкостью для компонента, чтобы обеспечить безнасосное перемещение жидкости между емкостью для компонента и буферной емкостью;
криогенную систему для поддержания в емкости для компонента, по существу, первой температуры, которая включает в себя:
систему теплообмена, термически связанную с, по меньшей мере, участком емкости для компонента, причем система теплообмена, по меньшей мере, частично заполнена второй насыщенной жидкостью с вторым давлением и с, по существу, первой температурой, и
емкость для криостата, причем емкость для криостата связана по текучей среде с системой теплообмена, чтобы обеспечить безнасосное перемещение второй насыщенной жидкости между системой теплообмена и емкостью для криостата; и
криостат, расположенный в емкости для криостата и выполненный с возможностью поддержания у второй насыщенной жидкости, по существу, первой температуры. 20. A component cooling system comprising:
a container for a component configured to receive a fuel device, the container for a component configured to at least partially fill a supercooled liquid with a first pressure and a first temperature; and
a buffer tank configured to at least partially fill the first saturated liquid with a second temperature, the buffer tank being fluidly coupled to the container for the component to allow fluidless transfer of fluid between the container for the component and the buffer tank;
cryogenic system for maintaining in the container for the component, essentially the first temperature, which includes:
a heat exchange system thermally coupled to at least a portion of the container for the component, wherein the heat exchange system is at least partially filled with a second saturated liquid with a second pressure and with a substantially first temperature, and
a cryostat tank, wherein the cryostat tank is fluidly coupled to a heat exchange system to provide non-pumping movement of the second saturated liquid between the heat exchange system and the cryostat tank; and
a cryostat located in the cryostat tank and configured to maintain, at the second saturated liquid, a substantially first temperature.
RU2010144560/13A 2008-03-31 2009-03-31 Component cooling system RU2448313C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/059,951 US20090241558A1 (en) 2008-03-31 2008-03-31 Component cooling system
US12/059,951 2008-03-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2448313C1 true RU2448313C1 (en) 2012-04-20

Family

ID=41115075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010144560/13A RU2448313C1 (en) 2008-03-31 2009-03-31 Component cooling system

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20090241558A1 (en)
EP (1) EP2265871A2 (en)
JP (1) JP2011516817A (en)
KR (1) KR20100115795A (en)
CN (1) CN101981390A (en)
AU (1) AU2009241556A1 (en)
RU (1) RU2448313C1 (en)
WO (1) WO2009134569A2 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8280467B2 (en) 2008-10-03 2012-10-02 American Superconductor Corporation Electricity transmission cooling system
DE102010028750B4 (en) * 2010-05-07 2014-07-03 Bruker Biospin Gmbh Low-loss cryostat arrangement
DE102011002622A1 (en) * 2011-01-13 2012-07-19 Siemens Aktiengesellschaft Cooling device for a superconductor and superconducting synchronous machine
DE102013011212B4 (en) * 2013-07-04 2015-07-30 Messer Group Gmbh Device for cooling a consumer with a supercooled liquid in a cooling circuit
EP2869005A1 (en) * 2013-11-01 2015-05-06 GE Energy Power Conversion UK Limited Cryogenic cooling apparatus
CN104052040B (en) * 2014-06-24 2017-05-31 广东电网公司电网规划研究中心 A kind of saturable core type superconductive current limiter of utilization nitrogen reinforced insulation performance
KR102337181B1 (en) * 2015-05-22 2021-12-09 한국전력공사 Cooling system for superconducting machine
JP6718744B2 (en) * 2016-05-31 2020-07-08 株式会社前川製作所 Cooling device and cooling method
EP3625498B1 (en) * 2017-05-18 2022-11-16 Rolls-Royce North American Technologies, Inc. Two-phase thermal pump

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2335973A (en) * 1998-03-31 1999-10-06 Toshiba Kk Superconducting magnet cooling apparatus
DE202005010892U1 (en) * 2005-07-08 2005-10-06 Bruker Biospin Gmbh Sub-cooled horizontal cryostat arrangement, has sub-cooling unit provided in helium tank

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3024298A (en) * 1958-07-10 1962-03-06 Raytheon Co Evaporative-gravity cooling systems
JPH0451445Y2 (en) * 1986-09-03 1992-12-03
JPS63138710A (en) * 1986-12-01 1988-06-10 Mitsubishi Electric Corp Cryogenic temperature container
CA2003062C (en) * 1988-11-18 1998-09-29 Kishio Yokouchi Production and use of coolant in cryogenic devices
JPH04350906A (en) * 1991-05-28 1992-12-04 Nippon Steel Corp Method and apparatus for cooling oxide superconducting coil
JP3676407B2 (en) * 1995-01-12 2005-07-27 アイシン精機株式会社 Refrigerant supply device
US5806318A (en) * 1996-12-30 1998-09-15 Biomagnetic Technologies, Inc. Cooling using a cryogenic liquid and a contacting gas
GB2361523B (en) * 1998-03-31 2002-05-01 Toshiba Kk Superconducting magnet apparatus
EP1026755A4 (en) * 1998-05-22 2009-11-11 Sumitomo Electric Industries Method and device for cooling superconductor
DE10018169C5 (en) * 2000-04-12 2005-07-21 Siemens Ag Device for cooling at least one electrical operating element in at least one cryostat
EP1217708A1 (en) * 2000-12-21 2002-06-26 Abb Research Ltd. Superconducting device
JP2004028516A (en) * 2002-06-28 2004-01-29 Sanyo Electric Co Ltd Storage device
US6854276B1 (en) * 2003-06-19 2005-02-15 Superpower, Inc Method and apparatus of cryogenic cooling for high temperature superconductor devices
GB0315663D0 (en) * 2003-07-04 2003-08-13 Rolls Royce Plc A fault current limiter
US7431071B2 (en) * 2003-10-15 2008-10-07 Thermal Corp. Fluid circuit heat transfer device for plural heat sources
JP4494027B2 (en) * 2004-01-26 2010-06-30 株式会社神戸製鋼所 Cryogenic equipment
US8511100B2 (en) * 2005-06-30 2013-08-20 General Electric Company Cooling of superconducting devices by liquid storage and refrigeration unit
US7484372B2 (en) * 2006-03-06 2009-02-03 Linde, Inc. Multi-bath apparatus and method for cooling superconductors

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2335973A (en) * 1998-03-31 1999-10-06 Toshiba Kk Superconducting magnet cooling apparatus
DE202005010892U1 (en) * 2005-07-08 2005-10-06 Bruker Biospin Gmbh Sub-cooled horizontal cryostat arrangement, has sub-cooling unit provided in helium tank

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009134569A2 (en) 2009-11-05
AU2009241556A1 (en) 2009-11-05
WO2009134569A3 (en) 2010-01-21
CN101981390A (en) 2011-02-23
EP2265871A2 (en) 2010-12-29
KR20100115795A (en) 2010-10-28
US20090241558A1 (en) 2009-10-01
JP2011516817A (en) 2011-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2448313C1 (en) Component cooling system
CN101783220B (en) Cooling device
JP4937563B2 (en) System for cooling a superconducting rotating machine
CN101400954B (en) Multi-bath apparatus and method for cooling superconductors
Mito et al. Achievement of high heat removal characteristics of superconducting magnets with imbedded oscillating heat pipes
KR102506491B1 (en) Fault-tolerant cryogenic cooling system
Bon Mardion et al. Helium II in low-temperature and superconductive magnet engineering
CN1321426C (en) Liquid nitrogen/nitrogen steam cooling method for large amplitude enhancing stability of high temperature superconducting current lead wire
CN1806153A (en) Method and apparatus of cryogenic cooling for high temperature superconductor devices
US20160189841A1 (en) Cooling system and method for a magnetic resonance imaging device
JP5017640B2 (en) Cryogenic refrigeration method and cryogenic refrigeration system
JP2011082229A (en) Conduction-cooled superconducting magnet
Pereira et al. Cryogenic loop heat pipes for the cooling of small particle detectors at CERN
US20160141866A1 (en) Fins And Foams Heat Exchangers With Phase Change For Cryogenic Thermal Energy Storage And Fault Current Limiters
JP2004119966A (en) Cryogenic superconductor cooling system
Yeom et al. Study of cryogenic conduction cooling systems for an HTS SMES
KR101165229B1 (en) Superconducting generators to prevent heat generation
Bi et al. Development of 12 kA HTS current lead for accelerator magnet test application
Shirai et al. Critical current test of liquid hydrogen cooled HTC superconductors under external magnetic field
Ivanov et al. a Compact Cooling System for Hts Power Cable Based on Thermal Siphon for Circulation of LN 2
Green Cooling intrinsically stable superconducting magnets with supercritical helium
Zhang et al. Solid Nitrogen Cryogenic Thermal Storage in the Terminations for Resilient Helium Gas Cooled HTS Cables Utilized in DC Power Distribution Network
CN114023508A (en) Superconducting cable cooling device
Al-Mosawi et al. Full cryogenic test of 600 A HTS hybrid current leads for the LHC
JPH0983023A (en) Thermal persistent current switch

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130401