专利名称：用于超导器件的制冷系统的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及对一个或更多超导器件提供冷却或制冷。
背景技术：
超导性是某些金属、合金和化合物，例如YBCO、 REBCO和BSCCO
超导器件中，^要的是使得提供到超导器^的冷却即制冷不低于某一水 平以下，以免导线失去其超导能力且危及器件的功能。此制冷经常通过 低温液体提供且在器件内被液体的加热消耗。由于电学方面的考虑，大 多数器件不容许气相冷却剂。
发明内容
本发明的一个方面是 用于向超导器件提供制冷的方法，包括
(A) 使用由初级制冷器生成的制冷来冷却低温液体，且将已冷却 的低温液体通到至少 一个超导器件以向超导器件提供冷却；
(B) 使用由初级制冷器生成的制冷来过冷却低温液体，且将已过 冷却的低温液体通到保存存储容器，且维持液体在保存存储容器内处于 过冷却状态；和
(C) 将已过冷却的液体从保存存储容器通到超导器件以向超导器 件提供冷却。
本发明的另一个方面是 用于向超导器件提供制冷的设备，包括
(A) 初级制冷器、至少一个超导器件和用于将低温液体从初级制 冷器通到超导器件的装置；
(B) 保存存储容器和用于将低温液体从初级制冷器通到保存存储 容器的装置；和
(C) 用于将低温液体从保存存储容器通到超导器件的装置。 如在此所使用，术语"低温，，意味着等于或低于120K的温度。如在此所使用，术语"低温冷却器"意味着能实现和维持低温的制 冷机器。
如在此所使用，术语"超导体"意味着一旦获得一定低温则失去其 对电流传导的全部阻力的材料。
如在此所使用，术语"制冷"意味着从低于环境温度的实体排热的 能力。
如在此所使用，术语"间接换热"意味着使实体发生换热关系但实 体相互无任何物理接触或相互混合。
如在此所使用，术语"过冷却"意味着将液体冷却到低于此液体对 于现有压力的饱和温度的温度。
如在此所使用，术语"直接换热，，意味着通过冷却和加热实体的接 触的制冷传递。
如在此所使用，术语"超导器件，，意味着利用了超导体材料的器件， 例如高温或低温超导电缆，或具有用于发电机或马达的转子的线圏的导 线的形式，或用于磁体或变压器的线圈的导线的形式。
图l是本发明的低温超导体冷却系统的 一个优选实施例的示意性表
示；
图2是本发明的低温超导体冷却系统的实施例的示意性表示，图中 示出了 一个用于低温液体的输送选4f 。 在附图中的数字对于共同的元件相同。
具体实施例方式
将参考附图更详细地描述本发明。现在参考图l,图中示出了生成 制冷的初级制冷器i ，该制冷冷却了低温液体以通到 一 个或更多超导器件。
初级制冷器l优选地是低温冷却器。在本发明的实践中可以使用任
何合适的低温冷却器。这样的低温冷却器中例如可以是Stirlmg低温冷却 器、Gifford-McMahon低温冷却器和脉沖管制冷器。脉沖管制冷器是封 闭的制冷系统，它使工作气体以封闭循环振荡且在这样做时将热负荷从 冷的部分传递到热的部分。纟展荡的频率和相位由系统的构造确定。驱动 器或压力波生成器可以是活塞或 一些其他机械压缩器件，或声波或热声波生成器件，或用于提供脉冲波或压缩波到工作气体的任何其他合适的 器件。即，压力波生成器将能量输送到脉冲管内的工作气体，从而导致 压力和速度的振荡。氦是优选的工作气体，但在脉冲管制冷器内可以使
用任何有效的工作气体，且这样的气体中可以包括氮气、氧气、氩气
和氖气，或包括它们中的一个或更多的混合物，例如空气。
振荡的工作气体优选地在后冷却器内被冷却且当其向冷端移动时
在再生成器内被冷却。脉沖管制冷系统的几何形状和脉冲构造使得在冷 头内的振荡的工作气体对于脉冲循环的一些部分膨胀，且工作气体通过 间接换热而吸热，这为低温液体提供了制冷。优选地，脉冲管制冷系统 使用惰性管和存储器来维持气体的位移和压力脉冲在合适的阶段内。存 储器的尺寸足够大，使得基本上在振荡流动期间其内发生了非常小的压 力振荡。
低温冷却器部件包括机械压缩仪器(压力波生成器)、惰性管和存 储器、最终排热系统以及驱动和控制低温冷却器所要求的电气部件。电 能在压力波生成器内主要地转化为声能。此声能由振荡的工作气体通过 传递管传递到冷头。传递管将压力波生成器连接到位于冷头的热端处的 后冷却器，在此处如前所述地去除热。
被由初级制冷器1生成的制冷过冷却的低温液体在管线6内通到一 个或更多超导器件，它们在图1中以代表性形式示出为物品21、 22和23， 分别具有输入管线24、 25和26。可以在本发明的实践中4吏用的低温液体 中包括液氮、液氦、液氩和液氖，以及包括这些液体中的一个或更多 的混合物。
机、i 达、故障电流^制器/限制器、§电子器件/移动电话发射器、高温 或低温超导电缆、红外传感器、超导磁能存储系统和例如能使用在磁共 振成像系统或其他工业应用内的i"兹体。当多个超导器件/人低温液体接收 冷却时，器件可以都是相同类型的器件，或器件中的两个或更多可以是 不同类型的器件。此外，器件可以以功能方式或其他方式连接且也可以 是例如超导变电站或超变电站的设施的部分。
在将冷却提供到超导器件(多个超导器件)后，现在解除过冷却的 低温液体在返回回路中返回到初级制冷器，在初级制冷器内低温液体被 再次过冷却且再次通到超导器件(多个超导器件)。在图l中图示的发明的实施例中，返回回路包括分别来自超导器件21、 22和23的输出管线 27、 28和29,它们每个供给到管线7内，以返回到初级制冷器l。
随着时间的过去，在初级制冷器和超导器件(多个超导器件)之间 再循环的低温液体将因为蒸发损失而需要补充。这样的补充将来自存储 在保存存储容器2内的低温液体。来自保存存储容器2的低温液体也将在 初级制冷器故障或其他停工的情况下提供到超导器件(多个超导器件)。
当将低温液体从保存存储容器2提供到超导器件(多个超导器件) 时，必须使得低温液体处于过冷却状态，以保证用于超导器件(多个超 导器件)的足够的冷却量且保证防止在器件内形成任何气体。在本发明 的实践中，保存存储容器内的低温液体维持处于过冷却状态。被由初级
从管线6分支的管线4。同时， 一些来自保存存储容器2的低温液体通到 初级制冷器l以获取更多的过冷却，例如通过连接到管线7的管线5。以 此方式，保存存储容器2的内含物维持处于过冷却状态。当需要时，来 自保存存储容器2的已过冷却的低温液体通到超导器件(多个超导器 件)，以向超导器件(多个超导器件)提供冷却，例如通过连接到管线 6的管线8。来自保存存储容器的已过冷却的低温液体通到超导器件(多 个超导器件)可以在来自初级制冷器的已过冷却的低温液体通到超导器 件(多个超导器件)期间发生，至少部分时间，和/或可以在这样的通到 之后发生。实际上，来自保存存储容器的已过冷却的低温液体通到超导 器件(多个超导器件)可以在来自初级制冷器的低温液体通到超导器件 (多个超导器件)之前发生，例如在系统起动期间发生。
有时，对保存存储容器内的低温液体进行补充。图2图示了一个补 充构造，其中补充低温液体从罐车15提供。优选地，补充低温液体在通 入保存存储容器前被过冷却。在图2中图示的实施例中，来自罐车15的 低温液体在填充管线16内通到辅助制冷器10,低温液体在辅助制冷器IO 内过冷却且从此处在管线11内通入保存存储容器2内。辅助制冷器10由 辅助动力源12驱动。优选地，辅助制冷器10包括真空泵送系统，因为真 空泵送系统略微降低了所需的辅助能源的规模。此外，如在图2中图示， 低温液体是液氢，从真空泵送的制冷器排出的氢气可以在管线13内通到 燃料电池14以驱动燃料电池，燃料电池的输出可以驱动真空泵的马达。 替代地，低温液体可以从罐车通到保存存储容器而不过冷却，使得所有过冷却由初级制冷器完成，或来自罐车的低温液体可以由便携式车载辅 助制冷器在通入保存存储容器前过冷却。
虽然本发明已参考某些优选实施例详细描述，但本领域一般技术人 员将认识到，在权利要求书的精神和范围内存在本发明的其他实施例。
权利要求
1.一种用于向超导器件提供制冷的方法，包括(A)使用由初级制冷器生成的制冷来冷却低温液体，且将已冷却的低温液体通到至少一个超导器件以向超导器件提供冷却；(B)使用由初级制冷器生成的制冷来过冷却低温液体，且将已过冷却的低温液体通到保存存储容器，且维持液体在保存存储容器内处于过冷却状态；和(C)将已过冷却的液体从保存存储容器通到超导器件以向超导器件提供冷却。
2. 根据权利要求1所述的方法 同时执行。
3. 根据权利要求1所述的方法
4. 根据权利要求1所述的方法
5. 根据权利要求1所述的方法 多个分立的超导器件。
6. 根据权利要求5所述的方法
7. 根据权利要求5所述的方法
8. 根据权利要求5所述的方法
9. 根据权利要求1所述的方法 和液氖的至少一个。
10. 根据权利要求l所述的方法，进一步包括将来自罐车的低温液 体通入保存存储容器内。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中来自罐车的低温液体在通入 保存存储容器内前被过冷却。
12. 用于向超导器件提供制冷的设备，包括(A)初级制冷器、至少一个超导器件和用于将低温液体从初级制 冷器通到超导器件的装置；(B )保存存储容器和用于将低温液体从初级制冷器通到保存存储 容器的装置；和(C)用于将低温液体从保存存储容器通到超导器件的装置。
13. 根据权利要求12所述的设备，其中初级制冷器是低温冷却器。
14. 根据权利要求13所述的设备，其中低温冷却器是脉沖管制冷,其中步骤(C)的至少部分与步骤(A),其中步骤(C)在步骤(A)后执行。 ,其中步骤(C)在步骤(A)前执行。 ,其中来自初级制冷器的低温液体通到,其中超导器件都为相同的类型。 ,其中超导器件不都为相同的类型。 ,其中超导器件包括超导变电站。 ,其中4氐温液体包括-液氮、液氦、液氩
15. 根据权利要求12所述的设备，进一步包括辅助制冷器和用于将已过冷却的低温液体从辅助制冷器通入保存存储容器内的装置。
16. 根据权利要求15所述的设备，进一步包括燃料电池和用于将流 体从辅助制冷器通到燃料电池的装置。
17. 根据权利要求12所述的设备，包括多个超导器件以接收来自初 级制冷器和来自保存存储容器的低温液体。
18. 根据权利要求17所述的设备，其中超导器件都是相同的类型。
19. 根据权利要求17所述的设备，其中超导器件不都是相同的类型。
20. 根据权利要求17所述的设备，其中超导器件包括超导变电站。
全文摘要
用于冷却一个或更多分立的超导器件(21、22、23)的系统，其中初级制冷器(1)将低温液体过冷却以在器件(21、22、23)内解除过冷却，且随后在再循环回路(27、28、29)内再次将此液体过冷却，且通过将由初级制冷器(1)生成的制冷的一些转移到保存存储容器(2)而使附加的低温液体在保存存储容器(2)内维持在过冷却状态。
文档编号F25B9/14GK101287952SQ200680031162
公开日2008年10月15日 申请日期2006年7月19日 优先权日2005年7月26日
发明者J·H·罗亚尔, J·齐亚, M·阿梅德, N·H·怀特, R·C·费茨格拉德 申请人:普莱克斯技术有限公司