用于冷却超导体的多槽设备和方法技术

一种用于冷却超导装置的多槽设备，所述设备包括：　Ａ．包括第一冷冻剂的冷却槽，所述冷却槽包围所述超导装置且保持在第一压力；以及　Ｂ．包括第二冷冻剂的防护槽，所述防护槽包围所述冷却槽且保持在第二压力；　其中所述冷却槽和所述防护槽彼此处于热关系，且所述第一压力超过所述第二压力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
一般来说，本专利技术涉及超导体，并且，更具体的说，涉及用于冷却超导体 的多槽设备和方法。
技术介绍
高温超导体(HTS)设备可在很宽的温度范围内工作，但是通常在它们的 临界转换温度之下的温度处工作得最好。对于很多HTS设备，这些较佳的工 作温度是低于液态氮的标准沸点(77.4 K)的。由于超导体在它们的超导状态和非超导状态之间在它们的导电能力方面的 固有差异，超导体通常被公认为是理想的电流限制器。故障电流限制器(FCL) 是众所周知的设备，它们可将很大的故障电流减少到可由诸如断路器的传统设 备安全处理的较低水平。典型且理想的是，FCL在整个系统(例如电网)的背 景条件下工作，在故障电流事件发生之前保持透过。在这种事件发生时，电流 限制器降低该事件的强度，使得下游断路器可安全地处理该事件。 一旦该事件 结束，断路器和FCL重置且回到正常、透过的工作状态。当超导体在它的超导状态下工作，它提供很少的或不提供电阻。然而，当 超导体在非超导状态下工作，它的电阻显著的增大。作为这些相反状态的结果， 超导体在限流应用方面非常适合，且从超导状态(也就是几乎完美的电导体) 到非超导状态(也就是正常电阻)的转变称为失超。就FCL而言，当出现故 障电流时发生失超，致使超导体从超导状态转变到非超导状态。超导FCL通常设计成在正常工作期间工作电流保持在或低于规定的阈值， 在此期间超导体在工作中遭受非常少的电力损失或没有电力损失(也就是 I2R)。然后，如果故障电流发生，则该超导FCL突然提供增强的阻抗。有了 这些特性，超导FCL正很快的具有广泛和公认的商业生命力。如上文所述，HTS设备在处于低于氮的标准沸点(77.4 K)的温度下工作 得最好。由于成本和设计效率方面的原因，氮是典型的选择用于冷却HTS装 置的媒介，所以HTS装置典型地被冷却到氮的标准沸点和冷凝点(63.2K)之 间的温度。众所周知，对于任何在冷凝点(或三相点)之上且在临界压力之下的任何 特定工作温度，液相的存在有一个唯一的最小工作压力，该压力称为饱和压力。 当保持工作温度不变且将工作压力增大到超过饱和压力时，液态氮变成过冷液 体。过冷且加压的液态氮是用于冷却超导FCL以及在高压环境中提供电击穿 电阻的极好媒介。然而， 一旦超导FCL由于一个或多个故障电流事件而经历 失超，己证实恢复超导状态不够快速和有效。此外，使用加压的、过冷的液态 氮的优势在破坏过冷的均匀性的故障电流事件之后就难以保持。总之，超导FCL通过改变(例如增大)电流限制器的阻抗(从正常工作期 间理想的零值到较高的限流值)来减少故障电流的影响。由于超导体在超导状 态和非超导状态之间的固有差异，用它们来执行这个功能是很理想的。然而， 为了有效和循环地作为FCL使用，超导体必须在一个或多个故障电流事件后 以快速和高效的方式回复到它们的超导状态。
技术实现思路
包括冷却槽和防护槽，冷却槽包括第一 冷冻剂，围绕超导体设备并保持在第一压力，防护槽包括第二冷冻剂，围绕冷 却槽且保持在第二压力，其中冷却槽和防护槽彼此处于热关系，且第一压力通 常超过第二压力。较佳的是，第一冷冻剂是过冷的，第二冷冻剂是饱和的，冷 冻剂例如是液态氮，并且，超导装置例如是诸如故障电流限制器的高温超导装 置。在对超导装置的热破坏之后，将第一压力恢复到冷却槽，且将第二压力恢 复到防护槽。附图说明通过参考下文示例性、代表性且非限定性的附图，很容易明白构成专利技术性 布置的优势和特征以及由这种布置提供的典型机构的不同结构和操作方面的 清楚的概念，这些附图构成本说明书的整体部分，其中在几个视图中同样的标 号通常标示相同的元件，且其中图1是根据第一较佳的实施例实践本专利技术性布置的低温系统的示意图，以及图2是根据第二实施例实践本专利技术性布置的低温系统的示意图。具体实施方式现在参见图l，描述了根据第一较佳的实施例实践本专利技术性布置的低温系统 10。更具体的说，图1是包括它的最为基本的元件的低温系统10的简图，这 些元件包括诸如故障电流限制器的超导装置12、变压器、电动机、发电机、或 者类似的元件。超导装置12被第一冷冻剂14包围，且至少部分地、较佳的是完全浸入在 第一冷冻剂14中，该第一冷冻剂14包含在内部容器18的内壁16中从而形成 冷却或内部槽20。以相同的方式，内部容器18被第二冷冻剂22包围，且至少 部分地、较佳的是完全浸入在第二冷冻剂22中，该第二冷冻剂22被内部容器 18的外壁24和低温恒温器28的内壁26容纳在其间，从而形成防护或外部槽 30。正如将要详细说明的那样，冷却槽20和防护槽30是彼此热接触的(也就 是具有热交换关系)，但在其它方面是彼此不连接的，也就是说， 一个槽的冷 冻剂不会与另一槽的冷冻剂混合。冷却槽20本质上是被动的，也就是说，它 仅对超导装置12或防护槽30中的温度改变作出反应。较佳的是，选择合适尺 寸的冷却槽20来对超导装置12的提供足够冷却，同样，选择合适尺寸的防护 槽30来对冷却槽20的提供足够冷却，包括槽之间的合适比例，正如所期望的 那样。这样，冷却槽20给予超导体12大体均匀的冷却，而防护槽30则给予 冷却槽20大体均匀的冷却。较佳的是，低温恒温器28由标准低温材料形成，例如该材料包括形成在低 温恒温器28的内壁26处并围绕其的真空绝缘层32，以便使冷却槽20和防护 槽30对低温恒温器28外面的环境大气33热绝缘。同样，内部容器18也是较佳的由标准低温材料形成，例如该材料包括较佳的诸如铜或不锈钢的金属材 料，或非金属材料。正如所指出的，冷却槽20包括第一冷冻剂14，且防护槽30包括第二冷冻 剂22。尽管第一冷冻剂14和第二冷冻剂22较佳的是保持在不同的热力学状态， 较佳的但不是必须的是，它们是相同的诸如氮的低温流体的液态形式，如将要 详细说明的那样。其它合适的低温流体包括空气、氖和类似的流体，且第一冷 冻剂14和第二冷冻剂22也可由不同的低温流体形成。无论如何，第一冷冻剂 14较佳的是保持在相对相应于第二冷冻剂22温度的饱和压力升高的压力之 下。而对于冷冻剂14和冷冻剂22两者包含相同的低温流体(例如氮)的情况， 第一冷冻剂14的压力相对于第二冷冻剂22会较高。结果，当第二冷冻剂22 饱和时第一冷冻剂是过冷的。总之<table>table see original document page 9</column></row><table>由于第二冷冻剂的饱和状态，外部槽30的压力由外部槽的温度决定，也就 是说，该压力设置成将第二冷冻剂22保持在特定的温度。内部槽20的压力由 超导体的电气方面的要求决定，也就是说，该压力设置成第一冷冻剂可防止或 减少由于高压环境而发生击穿的可能性。独立的是，通常几乎与第二冷冻剂22 的温度相同的第一冷冻剂14的温度根据超导特性和超导装置12的要求来决 定。除了保持要求的压力，实现第一冷冻剂14的均匀过冷没有其它的要求。较佳的是，内部容器18与从它的表面36延伸的延伸管34流体连通，第一 冷冻剂14可自由流入该延伸管34，且延伸管34延伸到且穿过低温恒温器28 的表面38。通过较佳的管道布置40，延伸管34与在存储的液体冷冻剂46上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于冷却超导装置的多槽设备，所述设备包括：　Ａ．包括第一冷冻剂的冷却槽，所述冷却槽包围所述超导装置且保持在第一压力；以及　Ｂ．包括第二冷冻剂的防护槽，所述防护槽包围所述冷却槽且保持在第二压力；　其中所述冷却槽和所述防护槽彼此处于热关系，且所述第一压力超过所述第二压力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：R·李，
申请(专利权)人：波克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US