DE2114538A1

DE2114538A1 - Verfahren zur Kühlung eines elektrischen Organes in einer durch Wärmeschilder thermisch isolierten Kammer

Info

Publication number: DE2114538A1
Application number: DE19712114538
Authority: DE
Inventors: Pierre Thairy St. Julien en Genevois; Bricout Daniel Maurepas Trappes; Burnier (Frankreich). M F25d 19-00
Original assignee: Societe Generale De Constructions Electriques Et Mecaniques (Alsthom), Paris
Priority date: 1970-03-31
Filing date: 1971-03-25
Publication date: 1971-11-18
Also published as: FR2082897A5; CH534336A; GB1347111A; US3795116A

Description

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PATEKTANWALT
8 Mönchen21 - Bihardslr. 81 25. März 19 71

Telefon 561762 ₆₅₂₂ - V

Societe Generale de Constructions Electriques et Mecaniques (ALSTHOM), Paris 16^e, 38, avenue Kleber (Frankreich)

„Verfahren zur Kühlung eines elektrischen Organes in einer durch Warmeschilder thermisch isolierten Kammer"

Priorität vom 31. März 1970 aus der französischen Patentanmeldung Nr. 70 11 562

Innerhalb der bisher bekannten und untersuchten Konstruktionsformen bildete eine elektrische Tiefstkühlexnrichtung (z.B. eine supraleitende Spule, ein Kryotransformator usw.) in jedem Falle eine technisch und physikalisch gegenüber dem Verflüssiger oder dem Kühlaggregat getrennte Einheit, das die Aufgabe erfüllt, diese Einheit auf einer tiefen Temperatur zu halten.

Diese direkt von der Bauweise der herkömmlichen und unter anderen Bedingungen verwendeten Geräte abgeleitete Anordnung ist wohl kaum als die hierfür günstigste anzusehen. Es ergibt sich hieraus eine Doppelanordnung bestimmter Elemente, die zusammengefaßt werden könnten. Somit erfordert diese Anordnung Übertragung«leitungen, Kaltstromventile und gegebenenfalls Umwälzpumpen und führt zu einer komplizierten Konstruktion der FlÜssigkeitsständs-Regeieinrichtungen. Durch eine Integration des elektrischen und des kMlteerzeugenden Teiles der Anlage ergäbe sich eine erhebliche Kosteneinsparung gegenüber den preisintensiven

ORiGfNAL INSPECTED

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Ausrüstungsteilen und darüberhinaus eine Herabsetzung der unvermeidlichen und in den zur Zeit verwendeten komplizierten Systemen anfallenden hohen Temperaturverluste, wodurch nicht nur die Gesamt leistungsfähigkeit der Anlage erhöht, sondern außerdem die Investitionskosten gesenkt werden könnten, indem die erforderliche Kühlleistung herabgesetzt werden kann.

in der Zielsetzung der Erfindung liegt demnach die Schaffung einer einfachen, bei geringen Investitionskosten zu erstellenden und mit nur schwachen Temperaturverlusten arbeitenden Anlage, die die genannte Integration ermöglicht und nach einem Verfahren arbeitet, bei dem ein elektrisches Organ gekühlt wird, das sich in einer durch Wärmeschilder thermisch isolierten Kammer befindet, wobei diese Wärmeschilder mit Hilfe der Kühlvorrichtung

, auf der hierfür günstigsten Temperatur gehalten werden, dadurch ;

^: gekennzeichnet, daß die erforderliche Kühlleistung durch ein unter Druck stehendes Gas unter Umgebungstemperatur erzielt wird, das sich in den Wärmetauschern und den Joule/Thomson-Ventilen ausdehnt, die sich in der gleichen Kammer wie das zu kühlende elektrische Organ und die Wärmeschilde befinden, deren Temperatur durch Berührung mit genau hierfür gewählten Punkten des Systems der Wärme-

. tauscher bestimmt wird.

Mit Hilfe der erfindungsgemäß aufgebauten Anlage kann . somit genau der Temperaturverlust der Kammer und somit der Verlust}

_; des darin enthaltenen elektrischen Organs ausgeglichen werden bzw.I

■ i . . . j

zu dieser Temperaturkonstanthaltung auf einem niedrigen Wert noch I die Aufgabe der Kühlung der Kammer und des elektrischen Qgans treten. Das unter Druck in die Kammer eingeführte Gas kann entweder ι über eine äußere Quelle zugeführt oder durch die Dämpfe des in derj Kammer entsteileiideri und außen verdichteten Kühlmediums oder aus ; einer Kombination beider Quellen hervorgerufen werden.

Zur Anwendung des Verfahrens gehören im wesentlichen: eine außerhalb der Kammer befindliche Kühlgasquelle unter Druck (Helium_s Wässerstoff, Stickstoff), z.B. eine Anzahl Gasflaschen bzw. ein Kompressor mit Wasserkühler, innerhalb der Kammer gege-

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benenfalls ein Bad einer unter der Umgebungstemperatur liegenden | Temperatur, in dem ein Wärmetauscher liegt, durch den das zu kühlende Gas fließt, das dort einen wesentlichen Teil seines Wärme- j inhalts abgibt, ferner ein oder mehrere Wärmetauscher, in denen \ das zu kühlende Gas am Ausgang' des vorgenannten Wärmetauschers j fließt und die im Gegenstrom durch die in der Kammer erzeugten kalten Gase gekühlt werden. Darüberhinaus gegebenenfalls Druckreg·* ler mit Außenverbindung zwischen den einzelnen Wärmetauscherstu- | fen, eine oder mehrere Druckablaßöffnungen am Ende der Kühlgaslei-f

tung und gegebenenfalls einen oder mehrere Wärmetauscher, die die j Kühlleistung an das Kühlmedium abgeben, das das elektrische Organ^!

kühlt, vorausgesetzt, daß es sich hierbei im Gegensatz zum vorherigen um ein anderes Medium handelt.

In den Zeichnungen ist die erfindungsgemäß aufgebaute und innerhalb des Verfahrens eingesetzte Anlage anhand mehrerer beispielsweise gewählten Ausführungsformen schematisch veranschaulicht. Es zeigen:

Figur 1 - zeigt eine Anwendung des Verfahrens zur Kühlung von supraleitenden Spulen, die in ein Bad flüssigen He- , liums getaucht wurden;

Figur 2 - zeigt eine Anwendung des Verfahrens auf supraleitende Spulen mit Hohlleitern, die durch überkritisches Helium gekühlt werden;

Figur 3 - zeigt eine Anwendung des Verfahrens zur Kühlung von Kabeln für den elektrischen Energietransport bei niedriger Temperatur.

In der Darstellung in Figur 1 ist außerhalb eines Kältereglers 1 mit einer in flüssiges Helium getauchten Spule 2 und einer thermischen Isolation 3 eine Heliumgasflasche ·+ mit einem Druckregler 5 und einem Durchflußmesser 6 angeordnet. Eine Kanalisation führt das unter Druck stehende und aus dieser Flasche 4 herrührende gasförmige Helium in einen Wärmetauscher 7, der sich in einem Behälter 8 befindet, der flüssigen Stickstoff enthält unc

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-indessen Füllstand über eine nicht dargestellte Vorrichtung auf einen bestimmten Wert eingeregelt wird. Das aus diesem ersten Wärmetauscher bei 9 austretende Gas wird in einen zweiten Wärmetauscher 10 geleitet, von dem nur der Anschnitt der in dem Raum zwischen Behälter 12 und der inneren Wandung 13 des Kältereglers liegenden Rohrleitung dargestellt wurde. Zwischen zwei genau ausgewählten Punkten dieses Wärmetauschers 10 wurde ein Druckregler mit Außenverbindung 11 angeordnet. Der Raum zwischen dem Behälter 12 und der inneren Wandung 13 wurde in der Form begrenzt, daß sich ein guter Wärmeaustausch zwischen den heißen Gasen, die sich im Wärmetauscher 11 befinden und den kalten Gasen ergibt, die sich durch das Heliumbad der Spule 2 ergeben und in dem Raum zwischen dem Behälter 12 und der inneren Wandung 13 aufsteigen. Eine mehr oder weniger starke thermische Isolierschicht m im Behälter 12 vermindert Wärmeübergänge zwischen dem Behälter für flüssigen Stickstoff 8 und dem Behälter 12, über dessen äußere Fläche die kalten Heliumdämpfe geleitet werden.

Am Austrittsteil des Wärmetauschers 10 wird das unter Druck stehende Helium in einen Wärmetauscher 15 überführt, der sich im flüssigen Heliumbad der Spule 2 befindet, wobei der Druck■■-ausgleich über eine Öffnung 16 im flüssigen Heliumbad bzw. an der Oberfläche dieses Bades erfolgt. Diese öffnung 16 liegt an einer Rohrleitung, die das Ansaugen des flüssigen Heliums aus dem Bad über Kühlkanäle der supraleitenden Spule gewährleistet (siehe französische Patentanmeldung der gleichen Anmelderin vom 29. August 1968 unter der Nummer 16M· 628 und dem Titel „Procede de mise en circulation d'un liquide cryogenique ä l'interieur d'un corps immerge dans ce liquide"). Das unter Druck stehende Helium einer Temperatur von annähernd H⁰K tritt aus der öffnung 16 aus und kühlt sich während des Druckausgleiches ab, da es sich unterhalb des Helium-Umkehrpunktes befindet (bei HO⁰K bis 50⁰K Joule/Thomson-Druckaus gleich ). Somit läßt die Ausgleichsenergie (aus der Kompression in der Flasche H) am Ausgang der öffnung 16 ein kaltegasförmiges Heliumgemisch entstehen, das sich mit den Heliumdämpfen des Bades der Spule 2 vereinigt und seine Kilogrammkalorien

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an das Helium abgibt, das in den Wärmeaustauscher 10 eintritt, ' woran außerdem das flüssige Helium beteiligt ist, das in das Heliumbad der Spule 2 zurücksinkt. Durch Einstellen des Druckregler^ 5 über einen Füllstandsanzeiger 17 kann bewirkt werden, daß im ; Kälteregler 1 die gleiche Menge flüssigen Heliums entsteht, die i im Bad unter der Wirkung der thermischen Verluste, der Verluste ■ der supraleitenden Spule 2 und der (nicht dargestellten) elektri-v sehen Verbindungen verdampft. Der Füllstand des Bades bleibt dem-j nach konstant bzw. kann auf die gewünschte Höhe geregelt werden. I Mit Hilfe einer Initialfüllung flüssigen Heliums bei der Kühlung der Spule und einem Verbrauch von unter Druck stehendem, gasförmigen Heliums und flüssigem Stickstoff kann die Anlage während einer unbegrenzten Zeit ohne weitere Zusätze arbeiten. Das verdampfte gasförmige Helium tritt aus dem Kälteregler über eine durch den Flansch 18 des Kältereglers geführte Leitung 17 aus. Dieses kann nunmehr aus der Leitung 17 zu einer nicht dargestellten Helium-Auffangvorrichtung geführt werden, deren Aufgabe darin besteht, die Flaschen H wieder aufzufüllen. Diese einfache und mit geringen Kosten zu erstellende Anlage, die insgesamt am Flansch 18 des Kältereglers 1 aufgehängt ist_s eignet sich in der beschriebenen Form vorzugsweise zur Kühlung einer supraleitenden Spule geringer Abmessungen bzw. in Zusammenarbeit mit dem Kälteregler für beliebige Zwecke und. während bestimmter Zeit im flüssigen Helium. Soll eine größere Anlage auf einer tiefen Temperatur gehalten'werden, so empfiehlt es sich einerseits, ohne _nHeliun£- verluste" zu arbeiten und andererseits den Kälteregler nicht aus Flaschen ·+ zu betreiben. Man kann hierbei den Helium-Aus gang 17 ohne weiteres mit einem Kompressor verbinden, der die Flaschen ^ j ersetzt, wobei die Regelung des Füllstandes über eine Abzweigleitung erfolgt, die den Kompressor mehr oder weniger drosselt. Darüberhinaus kann der gleiche Zweck durch eine Beeinflussung der Drehzahl defe Kompressors erfüllt werden. Die Leistungsfähigkeit des Wärmetauschers 10 kann dadurch verbessert werden, daß dieser durch ein doppeltes Rohrsystem gebildet wird, wobei eine Leitung für das unter Druck stehende Gas vom Wärmetauscher 7 zum Wärme-

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- 6 tauscher 15, die andere Leitung für das kalte und unter geringem

Druck stehende und aus dem Bad des flüssigen Heliums aufsteigende Gas bestimmt ist, das aus dem Kälteregler austritt.

Figur 2 zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine supraleitende Spule mit Hohlleitern, die durch den Umlauf überkritischen Heliums gekühlt werden. Ein Kompressor 19 befördert das unter hohem Druck (z.B. 20 bzw. 30 Bar) stehende Helium in eine ringförmige Rohrleitung 20, die in flüssigem Stickstoff liegt,

■ das sich in einem ringförmigen Behälter 21 befindet. Dieses Helium wird somit bis auf etwa 77°K abgekühlt. Dieses Helium gelangt an-

. schließend in Hochdruckleitungen einer Reihe von Wärmetauschern 22, 23, 21, 25, die wie der Behälter 21 koaxial gegenüber der supraleitenden Spule 26 und um diese herum angeordnet sind. Durch , ihre Anordnung wirken diese Wärmetauscher als Wärmeschilder und · tragen zur thermischen Isolation der supraleitenden Spule 26 bei. \ Das Helium tritt aus diesen Wärmetauschern unter einem mittleren Druck (beispielsweise 10 bis 15 Bar) und einer Temperatur von ; etwas über 1,2⁰K aus, wobei diese Temperatur dadurch erreicht wird, daß das Helium durch eine Leitung 27 läuft, die in flüssi-

■ gem Helium liegt, das sich in einem ringförmigen Behälter 28 be-

' findet. Aus dieser Leitung 27 gelangt es in die Hohlleiter der i . supraleitenden Spule 26, die gekühlt wird, wobei infolge der ' ι Druckverluste in der Spule 26 eine Ausdehnung stattfindet. Am ; Ausgang dieser Spule besitzt das Helium noch einen nicht zu vernachlässigenden Druck von beispielsweise 5 bis 10 Bar. Von hier j aus wird es über die Leitung 29 in den ringförmigen Behälter 28 geführt, wobei ein Druckausgleich in einem Joule/Thomson-Ventil 30 auftritt, wonach somit flüssiges Helium entsteht, das zur Konstanthaltung des Flüssigkeitsstandes im ringförmigen Behälter 28 dient. Die darüberhinaus bei diesem Joule/Thomson-Drückausgleich entstehenden Heliumdämpfe werden zusammen mit den bei der Verdampfung des Bades im ringförmigen Behälter 28 entstehenden über eine Leitung 31 in die Niederdruckleitungen der Wärmetauscher 25, 21, 23 und 22 geführt, von wo aus diese in die Leitungen gelangen, die die Wärmeschilder 32, 33 und 31 kühlen, bevor diese über eine Leitung 35 zum Kompressor 18 zurückgeführt werden.

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Die supraleitende Spule 26 wird mechanisch von Stangen 37 in einer ringförmigen Außenwanne 36 gehalten. Die Stangen und die elektri-j sehen Anschlüsse 38 der supraleitenden Spule 26 werden an zahlrei chen Punkten durch Berührung mit den Enden der Wärmetauscher 25, 2t, 23, 22 und der Schilde 32, 33 und 34 gekühlt. Aus diesem Grun4 de werden ihre thermischen Verluste stark herabgesetzt. Die Wärme+ tauscher und Schilde 25, 24, 23, 22, 32, 33 und 34 bilden in sich eine ausgezeichnete thermische Isolierung auf den Außenseiten zwischen der Spule 26 und der Außenwanne 36. Diese thermische Isolierung kann durch die Schilde 39, 40 und 41 vervollständigt werden, die thermisch entweder mit den gemeinsamen Punkten der Wärmetau-

i scher 22, 23, 25, 24 oder mxt dem ringförmigen Behälter 21 verbun-f den sind, der flüssigen Stickstoff enthält. Um den thermodynamisch en Wirkungsgrad der Anlage zu verbessern, können an geeigneten Punkten der Wärmetauscher ein oder mehrere Druckregler mit Außenverbindung 42 angeschlossen werden. Durch eine solche Anordnung wird bewirkt, daß die thermischen Verluste sämtlicher kalten Teile der Ari&ge auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden. Außer diesem beachtlichen Vorteil kann durch Integration der einzelnen Elemente zu einer zusammenhängenden Einheit eine Anlage erstellt werden, die sich sowohl hinsichtlich der Investitionen als auch inbezug auf ihren Betrieb als wirtschaftlich erweist.

Figur 3 zeigt ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kühlung von Kabeln für den elektrischen Energietransport bei niedriger Temperatur. Außer der Bedeutung dieser Anwendung in der Praxis zeigt dieses Beispiel die Vorteile des Ver fahrens in besonders klarer Form auf. Bei den bisher bekannten Anordnungen war man gezwungen, eine große Anzahl voneinander unabhängiger Kühlaggregate begrenzter Leistung entlang eines Kabels aufzustellen, dessen Länge sich über mehrere Dutzend Kilometer erstrecken kann,- und zwar um die LadungsVerluste zu vermindern und die erforderlichen Kühlbedingungen entlang des gesamten Kabels aufrechtzuerhalten.

Demgegenüber ist es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, an einem (oder an zwei) Ende(n) des Kabels,

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das durch die von einer elektrischen Isolierung 45 umgebenen Hohlleiter 43 und 44 gebildet wird, einen Kompressor entsprechender Leistung (in Figur 3 nicht dargestellt) vorzusehen, der eine Lei-; tung 46 mit unter hohem Druck stehenden Gas versorgt und das Gas mit geringem Druck wieder in einer Leitung 47 aufnimmt, wobei die⁴-se Leitungen Umgebungstemperatur besitzen. Es kann demnach als ausreichend angesehen werden, entlang des Kabels Anlagen der bei-, spielhaft in Figur 3 gezeigten Art an bestimmten Stellen zu in- !

stallieren. Das unter hohem Druck stehende Gas wird an einer An- '

i zapfung 48 an der Leitung 46 entnommen. Anschließend wird dieses Gas durch die Wandung des zylinderförmigen Vakuumbehälters 49 in einen Wärmeaustauscher 50 geleitet, der sich innerhalb eines Behälters 51 befindet, der ein Kühlmedium einer Zwischentemperatur enthält (hierbei kann es sich beispielsweise um flüssigen Stickstoff handeln,sofern der Kabelleiter auf der Temperatur des Wasserstoffs (flüssig) oder der des flüssigen Heliums gehalten werder muß). Am Ausgang dieses Wärmetauschers 50 wird das unter hohem j Druck stehende Gas über eine Leitung 52 einer Reihe von Wärmetauschern 53, 54, 55 zugeführt, die auf Schilde 56, 57, 58 geschweißt und mit Bohrungen versehen sind, um somit sicherzustellen, daß sich das im Behälter 49 gehaltene Vakuum bis zur äußeren dichten Oberfläche der Hohlleiter 43 und 44 ausbreiten kann. Die Leitung der Wärmetauscher 53, 54 und 5 5 kann durch eine einfache Hin- und Rückleitung verlängert werden, die auf einer großen Länge die Schilde 56, 57 und 58 auf beiden Seiten außerhalb der in Figur 3 dargestellten mittleren Zone berührt, wodurch die Wirksamkeit dieser Schilde an der gesamten Kabellänge gewährleistet wird. Am j Hochdruckausgang des Wärmetauschers 55 dehnt sich das Gas in einer Trennkammer 59 über ein Joule/Thomson-Ventil 60 aus. Somit entstehen gleichzeitig die Kühlflüssigkeit und die kalten Dämpfe, die j zuerst in die Niederdruckleitungen der Wärmetauscher 55, 54 und i 53 und anschließend in eine Leitung 61 geführt werden, die einen Wärmeschild für den Behälter 51 bildet. Anschließend gelangen die- ■ se Dämpfe über eine Anzapfung 62 in die Leitung 47. Durch den in , der Trennkammer 59 herrschenden Druck wird die Kühlflüssigkeit

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über Kanäle 63 in der elektrischen Isolierung 4-5 und dem Leiter 4-M- in den Mittelkanal dieses Leiters M-M- gedrückt. Dieser Kanal wird an dieser Stelle durch eine Platte 64 abgedichtet, wonach die Flüssigkeit in die beiden entgegengesetzten Richtungen abgedrängt wird und über eine geeignete, nicht dargestellte Leitung, die diesen Kanal mit dem des Leiters 43 in Höhe des Endes der von! der dargestellten Anlage gekühlten Zone verbindet, in Gegenrichtvrg im Kanal des Leiters zurückgeleitet wird. Mehr oder weniger verdampft verläßt die Flüssigkeit diesen Kanal in Höhe einer Klappe 65 über Leitungen 66, die wiederum den Eingang der Niederdruckleitung des Wärmetauschers 55 durch den Druckunterschied zwischen diesem Eingang und der Trennkammer 59 unter Mitwirkung eines einstellbaren Ventils 67 erreichen.

Hierbei sind zahlreiche Varianten möglich, deren jewei-· liger Einsatz sich danach richtet, ob das Kabel aus drei oder mehr Leitern besteht oder ob die verdampfte Flüssigkeit um die Leiter zur dargestellten Anlage zurückfließt oder ob diese durch eine gleichartige Anlage aufgenommen wird, die sich am anderen Ende der von der dargestellten Anlage gekühlten Zone befindet odei ob schließlich geeignete Druckausgleichsvorrichtungen zwischen bestimmten Punkten der Wärmetauscher angeordnet werden.

Die im Behälter 51 enthaltene Kühlflüssigkeit mit Zwischentemperatur wird über eine thermisch isolierte Leitung 68 herangeführt, wobei ihre Dämpfe über eine Leitung 69 zum (nicht dargestellten) Generator dieser Flüssigkeit zurückgeleitet werden ι Abgesehen davon, daß sich für die Kühlung des Kabels Vorteile ergeben und wirtschaftliche Gesichtspunkte mit der Leistung der An- lcge. verbunden sind, erweist es sich als nicht unbedingt erforderlich, eine Vorkühlung mit dieser Flüssigkeit bei Zwischentempera-

■ tür vorzunehmen.

j Gegenüber dem bisher bekannten Aufbau ergeben sich

durch eine Anordnung der in dieser Figur gezeigten Art zahlreiche Vorteile:

j - Sämtliche Anlagenteile, die einer Wartung bedürfen, d.h. insbesondere der Kompressor sowie die Einrichtungen zur Fernsteuerung

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und Fernmessung, liegen an einem Ende des Kabels und sind nicht . auf zahlreiche Punkte dieses Kabels verteilt;

- der Zentralkompressor erweist sich als wesentlich stärker als die entsprechende Anzahl von Nebenkompressoren, die auf zahlreiche Punkte des Kabels aufgeteilt wären, wobei darüberhinaus der Preis des Zentralkompressors wesentlich unter dem Gesamtpreis der Nebenkompressoren liegt;

- das- für die Kälteerzeugung bestimmte Medium wird bei Umgebungstemperatur entlang des Kabels transportiert und nicht in Form einer kalten Flüssigkeit, wodurch unzweckmäßige Wärmeverluste vermieden werden;

- der das Kabel umgebende Mantel enthält gleichzeitig sämtliche

. Tieftemperaturteile, wodurch die Verminderung der thermischen ; Verluste begünstigt wird;

- der Raum zwischen dem äußeren Mantel des Kabels und den kalten

: Leitern wird durch Schilde in mehrere Zonen unterteilt, die ' durch eine geeignete Kaskadenanordnung von Wärmetauschern auf

, der gewünschten Temperatur gehalten werden; die Leitung dieser Wärmetauscher kann darüberhinaus entlang dieser Schilde noch ver-:

längert werden, wenn die Entfernung zwischen den Anlagen der in \ Figur 3 gezeigten Art zu groß ist; auch hier zeigt sich wiederum die Bedeutung einer Verringerung der thermischen Verluste;

- der Gesamtpreis einer kompletten Anlage liegt zweifelsohne unter dem eines Kabels, das durch eine große Anzahl von getrennten

I Kühlaggregaten auf einer niedrigen Temperatur gehalten wird und _: ' zwar insbesondere dann, wenn in diesem Zusammenhang Kosten für | ■ Bauleistungen und die elektrische Stromversorgung der Anlage mit j ! einer hohen Anzahl von getrennten Kühlaggregaten berücksichtigt I werden.

j Das erfindungsgemäße Verfahren kann darüberhinaus zur

Kühlung des Rotors eines Wechselstromaggregates mit supraleitendem Induktor angewendet werden, wobei sich die erfindungsgemäß aufgebaute Anlage um die Symmetrieachse der Wärmetauscher drehen kann. Hierbei kann ein Teil der Wärmetauscher einen festen Aufbau und ein anderer Teil einen beweglichen Aufbau besitzen, wobei ein Gaseingang bereits vorgekühlt ist.

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Claims

25. März 1971 PATLNTAHWALT 6522 - V Telefon 561762 Societe Generale de Constructions Electriques et Mecaniques (ALSTHOM), Paris 16e, 38, avenue Kleber (Frankreich) Patentansprüche

1.J Verfahren zur Kühlung eines elektrischen Organes-in einer durch Wärmeschilder thermisch isolierten Kammer, wobei diese Wärmeschilder über das Kühlaggregat auf der günstigsten Temperatur gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Kühlleistung durch ein unter Druck stehendes Gas unter Umgebungstemperatur erzielt wird, das sich in Wärmetauschern (7, 11, 15, 50, 53, 54, 55) und den Joule/Thomson-Ventilen (60) ausdehnt, die sich in der gleichen Kammer wie das zu kühlende elektrische Organ und die Wärmeschilde (32, 33, 31, 39, "+0, ti 56, 57, 58) befinden, deren Temperatur durch Berührung mit genau hierfür gewählten Punkten des Systems der Wärmetauscher bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Druck stehende Gas sich zwischen den einzelnen Stufen des Wärmetauschers ausdehnt, wobei durch diese Ausdehnung außerhalb der thermisch isolierten Kammer Arbeit geleistet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch in der Kammer zumindest teilweise mit dem aus der Kammer austretenden gekühlten Gas abläuft

"4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustausch in der Kammer zuerst mit einem Hilfsmedium abläuft.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem unter Druck stehenden Gas um Helium und bei dem Hilfsmedium um flüssigen Stickstoff handelt.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- : zeichnet, daß es sich bei dem elektrischen Organ um ein Kabel '

für den elektrischen Energietransport handelt. !

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- j zeichnet, daß es sich bei dem elektrischen Organ um einen Rotor: eines Wechselstromaggregaires mit supraleitendem Induktor handeHi.

8. Verfahren nach einem der Ansprüdhe 1 bis 5, dadurch gekenn- ; zeichnet, daß es sich bei dem elektrischen Organ um eine Spuleriwicklung handelt. \

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ka- ί bei mit Hohlleitern in einer thermisch isolierten Kammer neben j zumindest einer Zuleitung für unter Druck stehendes Gas und j ferner einer Abgangsleitung für dieses Gas zum Ausgang der thermisch isolierten Kammer, die das Kabel enthält, geführt

^; wird, wobei sich diese beiden Leitungen außerhalb dieser Kammer; befinden, ferner dadurch gekennzeichnet, daß Leitungen an be- j stimmten Stellen die genannten Leitungen mit dem Innern der Hohlleiter des Kabels über Wärmetauscher verbinden, die in den \ Ausbauchungen dieser Kammer liegen, daß die Leiter des Kabels von Wärmeschilden umgeben werden, deren Temperatur, durch Beruh-; rung mit den Leitungen geregelt wird, die Bestandteil der Wärme-' tauscher bilden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus—, bauchungen der Kammer jeweils einen Wärmetauscher mit Zwischen-' medium umfassen, daß neben dem Kabel eine Zuleitung für dieses Zwischenmedium und eine Abflußleitung für die.ses Zwischenmedium geführt wird und daß Rohre vorgesehen sind, die diese Leitungen mit dem Wärmetauscher für Zwischenmedium verbinden.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß· sich am unteren Teil der thermisch isolierten Kammer eine elektrische Wicklung befindet, die von einem Kühlflüssigkeitsbad umgeben wird, daß sich am oberen Teil der Kammer ein Behälter für Hilfsflüssigkeit befindet, die für einen ersten Wärmeaustausch des in die Kammer einströmenden Gases bestimmt ist, um sicherzustel-

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len, daß sich das Gas hier verflüssigt, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter von einer thermischen Isolierung \ umgeben wird, die zwischen ihr und der Wandung der Kammer einei Durchgang entstehen läßt, durch den die Dämpfe der in der Kam-; mer erzeugten Kühlflüssigkeit geleitet werden und der für ei- j nen zweiten Wärmeaustausch des zu kühlenden Gases herangezogen)

wird. ,

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die j

Dämpfe der in der Kammer erzeugten Kühlflüssigkeit zum oberen j

I Teil der Kammer in eine Leitung aufsteigen, die in enger Wärmeberührung mit der Leitung steht, die das unter Druck stehende Gas zum unteren Teil der Kammer leitet.

13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch isolierte Kammer einen oder mehrere Wärmeaustauscher einen Behälter mit Kühlmedium in Flüssigphase und eine Spule mit Hohlleitern umfaßt, ferner dadurch gekennzeichnet, daß das in die Kammer eintretende Gas nacheinander den bzw. die Wärmetauscher durchläuft, in den Behälter für Kühlflüssigkeit gelangt und in den Leitern der Spule umläuft, um sich hierbei unter teilweiser Verflüssigung im Behälter für Kühlflüssigkeit zu entspannen und daß die Dämpfe des in diesem Behälter erzeugten Kühlmediums in den bzw. die Wärmetauscher geleitet werden♦

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