[發明專利]用于超導體和超導的同步電機的冷卻裝置

有效

• 申請號: 201280004795.2
• 申請日: 2012-01-02
• 公開（公告）號: CN103299142A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 米夏埃爾·弗蘭克;皮特·克魯默斯;沃爾夫岡·尼克;海因茨·施密特
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F25D19/00
• 分類號: F25D19/00;F25B9/14;H02K55/04;H02K9/20;H01L23/427
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;李慧

技術領域

本發明涉及用于超導體、特別是同步電機的高溫超導體的冷卻裝置，包括用于冷卻介質的冷卻循環，其中，在具有冷凝器的冷頭（Kaltkopf）中液化的冷卻介質引導至待冷卻的超導體、特別是導入同步電機的轉子中，并且氣態地導向返回至冷凝器。此外本發明涉及一種超導的同步電機、特別是應用于航海運輸工具。

背景技術

在所謂的超導的機器中設置至少一個超導的繞組，其中，通常應用所謂的高溫超導體（HTS超導體）。HTS超導體稱為金屬氧化的超導體材料，具有超過77K的轉變溫度（Sprungtemperature）Tc。

通常低溫的液體作為冷卻介質應用于對超導體的冷卻，特別是也用于對在超導的機器中的超導體的冷卻。因此例如對于HTS超導體而言冷卻裝置是已知的，其中，在封閉的系統中例如將氖氣或氮氣作為冷卻介質在具有冷凝器的冷頭上進行液化。冷卻介質從此處出發流入承載超導體的部件中，例如待冷卻的轉子中。蒸發的冷卻介質返回到達冷凝器并且在那里重新液化。在此，充分利用所謂的熱虹吸效應。液態的冷卻介質在承載超導體的、導熱的載體上，特別是在繞組載體上蒸發，并且基于壓力差返回流至冷凝器，基于在蒸發器中的蒸發和在冷凝器的冷凝器腔室中的冷凝而產生該壓力差。這種制冷介質流動裝置（Kaeltemittelstroemungen）也稱為“Heat-Pipe”。

在已知的冷卻裝置中通過重力來實現將液態的冷卻介質運輸至超導體。這意味著，在大地測量學方面，冷凝器布置地高于蒸發器?？傮w上形成封閉的冷卻系統。

那么當冷卻裝置的或者說包括該冷卻裝置的同步電機的傾斜位置可能出現時，如同其例如對于船舶應用而言在超導的同步電機中、即例如HTS電機或HTS發電機中可能的那樣，該工作方法總是證明為有困難的。在例如船舶的航海交通工具中船舶很容易出現傾斜位置或者說傾斜。這樣的靜態偏斜稱為“Trim”，但是動態偏斜也是可能的。那么液態的冷卻介質同樣不能到達蒸發器中并且其冷卻效果無法發揮。

為了解決這個問題提出，即當冷卻裝置和特別是因此冷卻介質管道也可能出現傾斜時，則總是利用液體鏡面的在大地測量學方面的高度，或者甚至于，已經傾斜地安裝整個超導的機器。這特別意味著，布置具有冷頭的冷凝器布置地明顯高于待冷卻的超導體。在封閉的系統中液態冷卻介質中和進而高位液體鏡面充足時，因此盡管冷卻介質管道升高，液態的冷卻介質也可以導向至超導體、特別是導向進入轉子中。

這種工作方式一方面具有的缺點在于，在系統中必須維持大量的液態的冷卻介質。另一方面相對于各種組件的布置和管道的走向為冷卻介質給出限制，這涉及冷卻裝置的設計。

當空間不足時，設計限制也在其它的應用領域中給出，空間不足不允許設置具有冷頭的在大地測量學方面位置更高的冷凝器，該冷頭通常與制冷機連接。這例如也適用于裝置、例如鐵路的驅動車輛或者類似物的高度限制。

對例如泵的機械裝置的應用需要高昂的裝備和能量消耗，該消耗恰好對于低冷卻介質溫度而言還要升高。

發明內容

因而本發明的目的在于，提出一種用于超導體的冷卻裝置，該冷卻裝置以可靠的方式將冷卻介質運輸至待冷卻的超導體，在此無需以引力效應為基礎，并且克服了相應的限制。

為了實現該目的，根據本發明設置開頭所述方式的冷卻裝置，即冷卻介質的、通過借助于熱源蒸發的部分所產生的壓力用于將冷卻介質從冷凝器輸送至超導體。

根據本發明還提出，冷卻裝置配備有熱源，熱源布置在冷凝器和待冷卻的超導體之間的輸送部段中，并且設計用于這樣運行，即，通過蒸發的、因此體積大的冷卻介質產生壓力，該壓力將冷卻介質輸送至待冷卻的超導體。以這種方式可能的是，液態的冷卻介質在不利用重力的情況下向上輸送至待冷卻的超導體，特別是輸送進入轉子中。在此充分利用了通過在液態的冷卻介質的區域中的熱源而導致的壓力升高情況，并且將冷卻介質最終壓向超導體。特別地，這種冷卻介質供給裝置適用于船舶，由于在液態的冷卻介質與船舶的實際位置無關，可以相對于水平面輸送?？梢愿`活地選擇液態的冷卻介質量，并且冷凝器不再必須強制地高于管道部段的排出開口，承載超導體的部件、特別是轉子位于管道部段中。在同步電機中，超導體例如可以固定在能導熱的繞組載體上，該繞組載體構成轉子的內腔的邊界，該轉子作為蒸發器腔室起作用。