WO2014026873A2

WO2014026873A2 - Method and device for cooling objects

Info

Publication number: WO2014026873A2
Application number: PCT/EP2013/066402
Authority: WO
Inventors: Friedhelm Herzog; Thomas Kutz
Original assignee: Messer Group GmbH; Messer Industriegase GmbH
Current assignee: Messer Group GmbH; Messer Industriegase GmbH
Priority date: 2012-08-16
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2014-02-20
Anticipated expiration: 2015-02-16
Also published as: DE102012016292B4; DE102012016292A1; WO2014026873A3

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von Objekten Method and device for cooling objects

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von Objekten, bei dem ein Kühlmedium aus einem ersten Vorratsbehälter über eine erste Kühlmediumsleitung einem zu kühlenden Objekt zugeführt, mit diesem im Wärmekontakt gebracht und anschließend über eine zweite Kühlmediumsleitung abgeführt wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung. The invention relates to a method for cooling objects, in which a cooling medium supplied from a first reservoir via a first cooling medium line to an object to be cooled, brought into thermal contact with this and then discharged via a second cooling medium line. The invention furthermore relates to a device suitable for carrying out the method according to the invention.

Als„Objekt" im Sinne der vorliegenden Erfindung soll jedes mit einem flüssigen oder gasförmigen, insbesondere kryogenen Kühlmedium kühlbare Objekt verstanden werden; beispielsweise handelt es sich dabei um zu kühlende elektrische oder elektronische Geräte, Brenner, Motoren, Aggregate zum Kühlen eines Raumes oder eines Gasstroms. Insbesondere zielt die Erfindung auf die Kühlung supraleitender Apparaturen, wie beispielsweise supraleitende Spulen oder Kabel. Supraleitende Kabel müssen, wie alle auf Basis supraleitender Bauelemente arbeitende Einrichtungen, auf eine Betriebstemperatur gekühlt werden, die unterhalb der supraleitenden Übergangstemperatur (Sprungtemperatur) des verwendeten Supraleiters liegt. Sprungtemperaturen von Supraleitern variieren in einem weiten Bereich und reichen von T_c < 10 K bei klassischen metallischen Supraleitern bis zu Werten von T_c >100 K bei keramischen Hochtemperatursupraleitern, wie beispielsweise Bi₂Sr₂CanCun₊i O₂n₊6- Zur Kühlung werden nach dem Stand der Technik unterkühlte verflüssigte Gase, beispielsweise tiefkalt verflüssigter Stickstoff, flüssige Luft oder ein verflüssigtes Edelgas, insbesondere flüssiges Helium, als Wärmeübertragungsmittel eingesetzt. Als„unterkühltes verflüssigtes Gas" wird hier ein Gas verstanden, das auf einer Temperatur unterhalb der Siedetemperatur beim jeweils herrschenden Druck vorliegt. Im Gegensatz zur Verwendung eines nicht- unterkühlten, also bei der entsprechenden Siedetemperatur vorliegenden, verflüssigten Gases bewirkt dabei die Aufnahme von Wärme zunächst nur eine Temperaturerhöhung des verflüssigten Gases, ohne dass eine Änderung des Aggregatzustandes eintritt. For the purposes of the present invention, "object" is to be understood as any object which can be cooled by a liquid or gaseous, in particular cryogenic, cooling medium, for example electrical or electronic devices, burners, motors, units for cooling a room or a gas stream to be cooled In particular, the invention is directed to the cooling of superconductive devices, such as superconducting coils or cables Superconducting cables, like all devices based on superconducting devices, must be cooled to an operating temperature which is below the superconducting transition temperature (transition temperature) of the superconductor used. Transition temperatures of superconductors vary widely and range from T _c <10 K in classical metallic superconductors to values of T _c > 100 K in high-temperature ceramic superconductors, such as Bi ₂ Sr ₂ CanCun ₊ i O ₂ n ₊ 6 For cooling According to the prior art, supercooled liquefied gases, for example cryogenic liquefied nitrogen, liquid air or a liquefied inert gas, in particular liquid helium, are used as heat transfer agents. The term "supercooled liquefied gas" is understood here to mean a gas which is at a temperature below the boiling temperature at the prevailing pressure In contrast to the use of a non-supercooled, ie at the corresponding boiling point, liquefied gas causes the absorption of heat first only a temperature increase of the liquefied gas, without any change in the state of matter occurs.

Beispiele für derartige Kühlsysteme werden in den Druckschriften US 6 732 536 B1 , WO 2007/005091 A1 , EP 1 850 354 A1 und US 2006/0150639 A1 beschrie- ben. Bei all diesen Systemen wird das verflüssigte Gas unterkühlt und mittels einer Pumpe dem Objekt (supraleitendes Kabel) zugeführt. Nach dem Wärmetausch mit dem Objekt wird das Kühlmedium mittels eines Unterkühlers erneut abgekühlt, um die beim Wärmekontakt mit dem Objekt aufgenommene Wärme abzuführen, und steht anschließend wieder zur erneuten Kühlung des Objekts zur Verfügung. Als Unterkühler kommt beispielsweise eine Kältemaschine zum Einsatz, oder, wie bei den Gegenständen der der EP 1 850 354 A1 und der US 6 732 536 B1 , ein Wärmeaustauscher, in welchem auf der wärmeabführenden Seite ein Kühlmedium bei einer Temperatur verdampft, die unterhalb der Kühltemperatur des zu kühlenden Objektes liegt. Beispielsweise wird das gleiche Kühlmedium wie im Kältekreislauf bei einem Druck verdampft, der geringer als der Systemdruck im Kältekreislauf ist, und mit dem bei höherem Druck vorliegenden Kühlmedium in Wärmekontakt gebracht. Dadurch wird das bei höherem Druck vorliegende Kühlmedium unterkühlt. Durch den Einsatz von Vakuumpumpen kann der Verdampfungsdruck und damit die Verdampfungstemperatur des zur Unterkühlung eingesetzten Mediums noch weiter abgesenkt werden. Die Wahl des Kühlmediums hängt von der Betriebstemperatur des zu kühlenden Objekts ab; bei Systemen, die auf der Basis von Hochtemperatursupraleitern arbeiten, kommt häufig flüssiger Stickstoff als Kühlmedium zum Einsatz. Examples of such cooling systems are described in the publications US Pat. No. 6,732,536 B1, WO 2007/005091 A1, EP 1 850 354 A1 and US 2006/0150639 A1. ben. In all these systems, the liquefied gas is undercooled and supplied to the object (superconducting cable) by means of a pump. After the heat exchange with the object, the cooling medium is cooled down again by means of a subcooler in order to dissipate the heat absorbed during thermal contact with the object, and is then available again for re-cooling the object. As a subcooler, for example, a chiller is used, or, as in the objects of EP 1 850 354 A1 and US Pat. No. 6,732,536 B1, a heat exchanger in which a cooling medium evaporates on the heat-dissipating side at a temperature below the cooling temperature the object to be cooled is located. For example, the same cooling medium as in the refrigeration cycle is evaporated at a pressure which is lower than the system pressure in the refrigeration cycle, and brought into thermal contact with the present at higher pressure cooling medium. As a result, the present at higher pressure cooling medium is supercooled. Through the use of vacuum pumps, the evaporation pressure and thus the evaporation temperature of the medium used for subcooling can be lowered even further. The choice of cooling medium depends on the operating temperature of the object to be cooled; In systems based on high-temperature superconductors, liquid nitrogen is often used as the cooling medium.

Die bekannten Systeme weisen Nachteile auf, die insbesondere bei langen Kühlstrecken, insbesondere bei der Kühlung von Kabeln, zum Tragen kommen. Da das Kühlmedium im Kreislauf geführt wird, durchläuft nach dem Stande der Technik das Kühlmedium entweder das zu kühlende Objekt sowohl auf dem Hin- als auch Rückweg, oder das Kühlmedium wird über eine parallel zum Objekt führende Rückleitung zum Kühlmediumstank bzw. zur Saugseite der Pumpe zurückgeführt. Im ersten Fall verkompliziert das Vorsehen von zwei Strömungswegen im zu kühlenden Objekt den Aufbau des Objekts, und der über die doppelte Länge des Kühlweges auftretende Druckverlust muss mit entsprechend aufwändig ausgelegten Pump- und Druckleitungssystemen kompensiert werden. Im zweiten Falle ist der Bau einer aufwändigen, wärmeisolierten Rückleitung erforderlich. Die zunächst naheliegende Lösung, auf den Kreislauf und damit auf die Rückführung des Kältemediums zu verzichten, scheitert an den hohen Kosten des verflüssigten Gases. Um auftretende Druckverluste möglichst gering zu halten, wird das zu küh- lende Objekt daher in strömungstechnisch voneinander getrennte Kühlsegmente unterteilt, für die jeweils ein eigenes Kreislauf- Kühlsystem zum Einsatz kommt. Auch dies ist jedoch mit einem hohen apparatetechnischen Aufwand verknüpft. The known systems have disadvantages which come into play particularly in the case of long cooling sections, in particular in the cooling of cables. Since the cooling medium is circulated, according to the prior art, the cooling medium either passes through the object to be cooled both on the outward and return path, or the cooling medium is returned to the cooling medium tank or to the suction side of the pump via a return line leading parallel to the object , In the first case, the provision of two flow paths in the object to be cooled complicates the structure of the object, and the pressure loss occurring over twice the length of the cooling path must be compensated with correspondingly elaborate pumping and pressure line systems. In the second case, the construction of a complex, heat-insulated return line is required. The initially obvious solution to dispense with the circulation and thus the return of the refrigerant fails because of the high cost of the liquefied gas. In order to minimize occurring pressure losses, the Therefore lende object divided into fluidic separate cooling segments, for each of which a separate circuit cooling system is used. However, this is also associated with a high apparatus complexity.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist demnach, eine Möglichkeit zum Kühlen von Objekten, insbesondere von supraleitenden Kabeln, anzugeben, die bei ähnlicher Leistungsfähigkeit mit einem geringeren apparatetechnischen Aufwand als nach dem Stand der Technik bekannte Systeme auskommt. Object of the present invention is therefore to provide a way to cool objects, in particular superconducting cables, which makes do with similar performance with less technical equipment than known in the prior art systems.

Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalskombinationen der Unteransprüche. This object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and by a device having the features of patent claim 6. Advantageous embodiments result from the feature combinations of the subclaims.

Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren der eingangs genannten Art und Zweckbestimmung dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium nach dem Wärmekontakt mit dem Objekt über die zweite Kühlmediumsleitung einem zweiten Vorratsbehälter zugeführt wird und dass bei Erreichen einer vorgegebenen Füllmenge im ersten oder zweiten Vorratsbehälter das Kühlmedium aus dem zweiten Vorratsbehälter dem Objekt zugeführt, mit diesem in Wärmekontakt gebracht und anschließend in den ersten Vorratsbehälter zurückgeführt wird. According to the invention, therefore, a method of the type and purpose mentioned in the introduction is characterized in that the cooling medium is supplied after thermal contact with the object via the second cooling medium line to a second reservoir and that upon reaching a predetermined amount in the first or second reservoir, the cooling medium from the second reservoir supplied to the object, brought into thermal contact with this and then returned to the first reservoir.

Erfindungsgemäß wird also das Kühlmedium abwechselnd vom ersten Vorratsbehälter zum zweiten Vorratsbehälter und zurück geführt, wobei es bei jedem According to the invention, therefore, the cooling medium is alternately led from the first reservoir to the second reservoir and back, where it is at each

Durchgang in jeder Richtung zu einem Wärmekontakt mit dem Objekt kommt. Beispielsweise wird mittels eines Sensors die Füllmenge im ersten oder dem zweiten Vorratsbehälter kontinuierlich gemessen. Bei Erreichen einer vorgegebenen Grenzfüllmenge wird die Förderung aus dem ersten Vorratsbehälter eingestellt, beispielsweise wird eine dazu eingebaute Fördereinrichtung abgestellt und/oder der Druck im ersten Vorratsbehälter reduziert. Gleichzeitig wird die Rückforderung des Kühlmediums aus dem zweiten Vorratsbehälter gestartet. Dabei durchströmt das Kühlmedium bevorzugt die gleichen Strömungswege wie zuvor, nunmehr jedoch in umgekehrter Strömungsrichtung. Im Verlauf einer Kühlaufgabe pendelt das Kühlmedium dabei vorzugsweise mehrfach hintereinander zwischen den Vor- ratsbehältern. Das Kühlmedium wird also nicht gleichzeitig durch das Objekt hin- und zurück geführt, wie dies bei Systemen nach dem Stand der Technik der Fall ist, sondern durchläuft das Objekt stets nur in einer Richtung. Entsprechend sind die Strömungswege innerhalb des Objekts gegenüber dem Stand der Technik deutlich verkürzt. Die Pendelführung des Kühlmediums ermöglicht daher eine wirtschaftliche und vorteilhafte Kühlung, insbesondere für Objekte mit langen Kühlstrecken, bei denen es zu einem hohen Druckverlust entlang der Kühlstrecke kommt. Passage in any direction to a thermal contact with the object comes. For example, the filling quantity in the first or the second storage container is continuously measured by means of a sensor. Upon reaching a predetermined Grenzfüllmenge the promotion from the first reservoir is set, for example, a built-in conveyor is turned off and / or reduces the pressure in the first reservoir. At the same time the recovery of the cooling medium from the second reservoir is started. In this case, the cooling medium preferably flows through the same flow paths as before, but now in the reverse flow direction. In the course of a cooling task, the cooling medium preferably oscillates several times in succession between the storage containers. The cooling medium is thus not simultaneously guided back and forth by the object, as is the case with systems according to the prior art, but always passes through the object only in one direction. Accordingly, the flow paths within the object compared to the prior art are significantly shortened. The pendulum guide of the cooling medium therefore allows an economical and advantageous cooling, especially for objects with long cooling sections, where there is a high pressure drop along the cooling section.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Förderung des Kühlmediums aufgrund eines eingestellten Druckunterschiedes zwischen den Vorratsbehältern erfolgt. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird - im Falle eines flüssigen Kühlmediums - der Druck in einem der Vorratsbehälter durch Teilverdampfung erhöht und/oder der Druck im anderen Vorratsbehälter durch teilweises Ablassen von verdampftem Kühlmedium auf einen geringeren Wert als im erstgenannten Vorratsbehälter gehalten. Der Druckaufbau erfolgt entweder mittels einer Heizeinrichtung oder dadurch, dass ein Teil der flüssigen Phase einem Luftverdampfer zugeführt und das dabei verdampfende Kühlmedium zum Druckaufbau im Vorratsbehälter verwendet wird. Dabei auftretende Gasverluste können zweckmäßigerweise teilweise dadurch ausgeglichen werden, dass eine Pendelgasleitung vorgesehen ist, die die Gasphasen der Vorratsbehälter verbindet und die mit einer Armatur ausgerüstet ist, die einen teilweisen Druckausgleich zwischen den Vorratsbehältern erlaubt. Diese Ausführungsform der Erfindung kommt also ohne Fördereinrichtungen wie Pumpen, etc. in den Kühlmediumsleitungen aus, jedoch geht zumindest ein Teil des verdampften Kühlmediums durch Abblasen verloren oder muss aufwändig wieder verflüssigt und einem der Vorratsbehälter erneut zugeführt werden. An advantageous development of the invention provides that the promotion of the cooling medium takes place due to a set pressure difference between the storage containers. In this embodiment of the invention is - in the case of a liquid cooling medium - the pressure in one of the reservoir increased by partial evaporation and / or held the pressure in the other reservoir by partially draining vaporized cooling medium to a lower value than in the first-mentioned reservoir. The pressure is built up either by means of a heater or by the fact that a part of the liquid phase fed to an air evaporator and the thereby evaporating cooling medium is used to build up pressure in the reservoir. Occurring gas losses can advantageously be partially compensated by the fact that a pendulum gas line is provided which connects the gas phases of the reservoir and which is equipped with a valve that allows a partial pressure equalization between the reservoirs. This embodiment of the invention thus comes without conveyors such as pumps, etc. in the cooling medium lines, however, at least part of the vaporized cooling medium is lost by blowing or laboriously has to be re-liquefied and fed to the reservoir again.

Alternativ oder ergänzend zur vorgenannten Ausführungsform kommen Fördereinrichtungen, beispielsweise Pumpen, zum Fördern des Kühlmediums zum Einsatz. Im einfachsten Fall genügt der Einsatz einer einzigen Fördereinrichtung, die entweder zugleich mit der Förderung des Kühlmediums einen Druckaufbau im zweiten Vorratsbehälter bewirkt, der wiederum nach Erreichen der Grenzfüllhöhe für die Rückströmung des Kühlmediums in den ersten Vorratsbehälter sorgt, oder aber die eine Fördereinrichtung kann mit den beiden Vorratsbehältern derart verschaltet werden, dass sie zum abwechselnden Fördern von Kühlmedium vom ersten Vorratsbehälter zum zweiten und umgekehrt in der Lage ist. Besonders vorteilhaft ist jedoch der Einbau zweier gegenläufig arbeitender Fördereinrichtungen, die jeweils abwechselnd betrieben werden. Eine Druckdifferenz zwischen den beiden Vorratsbehältern ist dann zur Förderung des Kühlmediums nicht erforderlich. Alternatively or in addition to the aforementioned embodiment, conveying devices, for example pumps, are used for conveying the cooling medium. In the simplest case, the use of a single conveyor, which causes either at the same time with the promotion of the cooling medium pressure build-up in the second reservoir, which in turn provides after reaching the Grenzfüllhöhe for the return flow of the cooling medium in the first reservoir, or but the one conveyor can be connected to the two reservoirs so that it is for the alternate conveying of cooling medium from the first reservoir to the second and vice versa in a position. However, particularly advantageous is the installation of two counter-rotating conveyors, which are operated alternately. A pressure difference between the two storage containers is then not required to convey the cooling medium.

Vorteilhafterweise wird das Kühlmedium vor seinem Wärmekontakt mit dem Objekt unterkühlt, also auf eine Temperatur unterhalb seines Siedepunktes gebracht. Dazu ist zumindest ein Unterkühler in einer der Kühlmediumsleitungen angeordnet, wobei das Kühlmedium zumindest so weit unterkühlt werden sollte, dass das Kühlmedium weder bei der Kühlung des Objekts, noch bei der anschließenden Speicherung im zweiten Vorratsbehälter, noch bei der Rückführung zum ersten Vorratsbehälter zu wesentlichen Teilen verdampft. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind in beiden Kühlmediumsleitungen Unterkühler vorgesehen und das Kühlmedium wird vor jedem Wärmekontakt an das Objekt einer Unterkühlung unterzogen. Advantageously, the cooling medium is subcooled before its thermal contact with the object, that is brought to a temperature below its boiling point. For this purpose, at least one subcooler is arranged in one of the cooling medium lines, wherein the cooling medium should be at least so far subcooled that the cooling medium neither during the cooling of the object, nor during the subsequent storage in the second reservoir, nor in the return to the first reservoir to substantial parts evaporated. In a particularly preferred embodiment, subcoolers are provided in both cooling medium lines and the cooling medium is subjected to a subcooling before each thermal contact with the object.

Bevorzugt kommt als Kühlmedium ein verflüssigtes Gas zum Einsatz, beispielsweise Flüssigstickstoff, LNG oder ein verflüssigtes Edelgas, insbesondere flüssiges Argon oder flüssiges Helium. Flüssigstickstoff ist insbesondere zum Kühlen von Apparaturen geeignet, die auf der Basis von Hochtemperatursupraleitern arbeiten, insbesondere von supraleitenden Kabeln oder Segmenten von supraleitenden Kabeln. Preferably, a liquefied gas is used as the cooling medium, for example liquid nitrogen, LNG or a liquefied inert gas, in particular liquid argon or liquid helium. Liquid nitrogen is particularly suitable for cooling equipment operating on the basis of high temperature superconductors, particularly superconducting cables or segments of superconducting cables.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung zum Kühlen eines Objekts umfasst die Merkmale des Patentanspruchs 6. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist dabei einen ersten Vorratsbehälter zum Speichern von Kühlmedium auf, der über eine erste Kühlmediumsleitung mit einem zu kühlenden Objekt strömungsverbunden ist. Dabei ist dem Objekt eine Wärmetauscherfläche zum Übertragen von Wärme vom Objekt auf das Kühlmedium zugeordnet, die wiederum mit einer zweiten Kühlmediumsleitung zum Abführen von Kühlmedium strömungsverbunden ist, die an einen zweiten Vorratsbehälter zum Speichern von Kühlmedium angeschlossen ist. Weiterhin sind Mittel zum Rückfördern von Kühlmedium vom zweiten Vorratsbehälter über die Wärmetauscherfläche des Objekts zum ersten Vorratsbehälter vorgesehen. A device suitable for carrying out the method according to the invention for cooling an object comprises the features of patent claim 6. A device according to the invention has a first storage container for storing cooling medium, which is flow-connected via a first cooling medium line to an object to be cooled. In this case, the object is associated with a heat exchanger surface for transmitting heat from the object to the cooling medium, which in turn is fluidly connected to a second cooling medium line for discharging cooling medium, which is connected to a second reservoir for storing cooling medium. Furthermore, funds are for Return conveying of cooling medium from the second reservoir via the heat exchanger surface of the object to the first reservoir provided.

Gemäß der Erfindung ist also vorgesehen, das Kühlmedium nach dem Wärmekontakt mit dem Objekt einem zweiten Vorratsbehälter zuzuführen und darin zu speichern. Das dem zweiten Vorratsbehälter zugeführte Kühlmedium wird anschließend wieder zur Kühlung des Objekts eingesetzt, und zwar derart, dass es der Wärmetauscherfläche des Objekts und anschließend dem ersten Vorratsbehälter zugeführt wird, wobei bevorzugt die dabei benutzten Strömungswege zumindest weitgehend identisch mit den Strömungswegen sind, die zuvor zur Führung des Kühlmediums aus dem ersten Vorratsbehälter eingesetzt wurden. Das Kühlmedium wird also in einer Pendelbewegung zwischen den beiden Vorratsbehältern hin- und her geführt, wobei bei in beiden Richtungen ein Wärmekontakt mit dem Objekt stattfindet. Als„Wärmetauscherfläche" soll hier im Übrigen jede zur Wärmeübertragung vom Objekt auf das Kühlmedium geeignete Einrichtung verstanden werden, beispielsweise eine Metallfläche, die zur Wärmeübertragung von einem aus einem supraleitenden Material bestehenden Bauteil dient. According to the invention, it is thus provided to supply the cooling medium after the thermal contact with the object to a second storage container and store it. The cooling medium supplied to the second storage container is then used again for cooling the object, specifically in such a way that it is fed to the heat exchanger surface of the object and then to the first storage container, the flow paths used being preferably at least substantially identical to the flow paths previously used Guide the cooling medium were used from the first reservoir. The cooling medium is thus guided back and forth in a pendulum motion between the two storage containers, with thermal contact with the object taking place in both directions. Incidentally, the term "heat exchanger surface" is to be understood here as any device suitable for transferring heat from the object to the cooling medium, for example a metal surface which serves for heat transfer from a component consisting of a superconducting material.

Vorteilhafterweise umfassen die Mittel zum Rückführen des Kühlmediums Einrichtungen zur Druckänderung in den Vorratsbehältern, beispielsweise Druckaufbauverdampfer, Kompressoren oder dergleichen. Die Förderung des Kühlmediums erfolgt somit aufgrund des Druckunterschieds zwischen den Vorratsbehältern. Bei Erreichen eines vorgegebenen Grenzfüllstandes, was beispielsweise mittels eines Sensors festgestellt wird, werden die Druckverhältnisse umgestellt und der bisher füllende Behälter wird auf einen niedrigeren Druck eingestellt als der bis dahin befüllte Behälter, woraufhin das Kühlmedium in umgekehrte Richtung strömt. Beispielsweise erfolgt die Umkehrung der Druckverhältnisse durch Ablassen eines Teils der Gasphase im ersten Vorratsbehälter und gleichzeitigem Druckaufbau im zweiten Vorratsbehälter. Advantageously, the means for returning the cooling medium comprise means for changing the pressure in the storage containers, for example pressure build-up evaporators, compressors or the like. The promotion of the cooling medium is thus due to the pressure difference between the reservoirs. Upon reaching a predetermined limit level, which is determined for example by means of a sensor, the pressure conditions are changed and the previously filling container is set to a lower pressure than the previously filled container, whereupon the cooling medium flows in the reverse direction. For example, the reversal of the pressure conditions by discharging a portion of the gas phase in the first reservoir and simultaneous pressure build-up in the second reservoir.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in der ersten Kühlmediumsleitung eine Fördereinrichtung zum Fördern von Kühlmedium zum Objekt angeordnet ist und dass die Mittel zum Rückfördern des Kühlmediums eine zuschaltbare Zweigleitung umfassen, mittels der eine Strömungsverbindung zwischen Wärme- tauscherfläche und dem erstem Vorratsbehälter unter Umgehung dieser Fördereinrichtung herstellbar ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung dient die Fördereinrichtung zum einen dazu, das Kühlmedium zum zweiten Vorratsbehälter zu fördern und zum anderen dazu, im zweiten Vorratsbehälter einen Druckaufbau zu bewirken, der die Rückforderung des Kühlmediums vom zweiten Vorratsbehälter zum ersten Vorratsbehälter ermöglicht. Zur Rückforderung muss die Zweigleitung zugeschaltet und die Strömungsverbindung zur Fördereinrichtung in der ersten Kühlmediumsleitung unterbrochen und/oder die Fördereinrichtung abgestellt werden. Das Kühlmedium strömt dann über die Zweigleitung unter Umgehung der Fördereinrichtung und entgegen deren Förderrichtung. Eine weitere Fördereinrichtung für die Rückforderung ist in diesem Fall nicht erforderlich. A development of the invention provides that a conveying device for conveying cooling medium to the object is arranged in the first cooling medium line and that the means for returning the cooling medium comprise a connectable branch line, by means of which a flow connection between heat exchanger surface and the first reservoir under circumvention of this conveyor can be produced. In this embodiment of the invention, the conveyor serves on the one hand to promote the cooling medium to the second reservoir and on the other to cause a pressure build-up in the second reservoir, which allows the recovery of the cooling medium from the second reservoir to the first reservoir. To reclaim the branch line must be switched on and interrupted the flow connection to the conveyor in the first cooling medium line and / or the conveyor be turned off. The cooling medium then flows via the branch line, bypassing the conveyor and counter to the conveying direction. Another conveyor for the recovery is not required in this case.

In einer alternativen Ausgestaltung der zuvor beschriebenen Vorrichtung wird die in der ersten Kühlmediumszuführung angeordnete Fördereinrichtung direkt zur Rückführung des Kühlmediums aus dem zweiten Vorratsbehälter eingesetzt. Dazu umfassen die Mittel zum Rückführen des Kühlmediums zwei zuschaltbare Zweigleitungen, mit denen, bei entsprechender Verschaltung der Leitungen, eine Strömungsführung des Kühlmediums vom zweiten Vorratsbehälter zur Fördereinrichtung, von dort zum Objekt bzw. zur Wärmetauscherfläche und von dort zum ersten Vorratsbehälter möglich ist. Als„zuschaltbar" wird hier eine Leitung verstanden, die mit eingebauten Sperrarmaturen geöffnet und geschlossen werden kann. Eine erste zuschaltbare Zweigleitung führt dabei vom zweiten Vorratsbehälter zur ersten Kühlmediumsleitung, und zwar saugseitig zur Fördereinrichtung. Eine zweite zuschaltbare Zweigleitung führt von der zweiten Kühlmediumsleitung, vorzugsweise stromab zur Wärmetauscherfläche, zum ersten Vorratsbehälter. Weiterhin ist eine Sperrarmatur in der ersten Kühlmediumsleitung, zwischen deren Anschluss zum erstem Vorratsbehälter und dem Anschluss der ersten Zweigleitung vorgesehen, und eine weitere Sperrarmatur in der zweiten Kühlmediumsleitung, zwischen dem Anschluss der zweiten Zweigleitung und dem Anschluss des zweiten Vorratsbehälters. Die Sperrarmaturen in den Zweigleitungen und in den Kühlmediumsleitungen ermöglichen die Schaltung von einem ersten Betriebszustand, in dem die Fördereinrichtung Kühlmedium vom ersten Vorratsbehälter über das Objekt zum zweiten Vorratsbehälter fördert, zu einem zweiten Betriebszustand, in dem die Fördereinrichtung Kühlmedium vom zweiten Vorratsbehälter über das Objekt zum ersten Vorratsbehälter fördert. Der Wechsel der Betriebszu- stände findet dabei bevorzugt automatisch statt und wird von einer elektronischen Überwachungseinheit gesteuert. In an alternative embodiment of the device described above, the conveyor arranged in the first cooling medium supply is used directly for returning the cooling medium from the second reservoir. For this purpose, the means for returning the cooling medium comprise two switchable branch lines with which, with appropriate interconnection of the lines, a flow guidance of the cooling medium from the second reservoir to the conveyor, from there to the object or the heat exchanger surface and from there to the first reservoir is possible. A first switchable branch line leads from the second storage container to the first cooling medium line, specifically to the suction side of the delivery device A second switchable branch line leads from the second cooling medium line, preferably Furthermore, a blocking valve is provided in the first cooling medium line, between the connection to the first reservoir and the connection of the first branch line, and a further blocking device in the second cooling medium line, between the connection of the second branch line and the connection of the first branch line The shut-off valves in the branch lines and in the cooling medium lines enable the switching from a first operating state, in which the conveying device cooling medium from the first reservoir via the object to the second reservoir promotes, to a second operating state in which the conveyor cooling medium from the second reservoir promotes the object to the first reservoir. The change of operating states preferably takes place automatically and is controlled by an electronic monitoring unit.

Eine wieder andere, zweckmäßige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass in der zweiten Kühlmediumsleitung eine Fördereinrichtung zum Fördern von Kühlmedium vom zweiten Vorratsbehälter zur Wärmetauscherfläche angeordnet sowie eine zuschaltbare Zweigleitung vorgesehen ist, mittels der eine Strömungsverbindung zwischen der Wärmetauscherfläche und zweitem Vorratsbehälter unter Umgehung der Fördereinrichtung herstellbar ist. In diesem Falle sind also zwei in entgegen gesetzte Richtungen arbeitende Fördereinrichtungen vorgesehen, die abwechselnd betrieben werden. Das Kühlmedium wird dabei, an der jeweils nicht betriebenen Fördereinrichtung vorbei, durch eine der Zweigleitungen geführt. Auch bei dieser Variante findet die Steuerung der Strömungsführungen und Fördereinrichtungen bevorzugt automatisch statt. Yet another expedient embodiment of the device according to the invention provides that in the second cooling medium line a conveyor for conveying cooling medium from the second reservoir to the heat exchanger surface arranged and a switchable branch line is provided by means of a flow connection between the heat exchanger surface and the second reservoir, bypassing the conveyor can be produced. In this case, therefore, two working in opposite directions conveyors are provided, which are operated alternately. The cooling medium is thereby guided past one of the branch lines at the respective non-operated conveying device. Also in this variant, the control of the flow guides and conveyors preferably takes place automatically.

Bevorzugt ist/sind in der ersten und/oder in der zweiten Kühlmediumsleitung eine Einrichtung zum Unterkühlen des durch die Kühlmediumsleitung geführten Kühlmediums vorgesehen. Dadurch wird gewährleistet, dass das Kühlmedium vor dem Wärmekontakt mit dem Objekt stets im unterkühlten Zustand vorliegt. Als Unterkühler kommt beispielsweise eine Apparatur zum Einsatz, bei der ein verflüssigtes, bei einem gegebenen Druck vorliegendes kryogenes Kühlmedium mit dem gleichen Kühlmedium in Wärmekontakt gebracht wird, das gleichfalls im verflüssigten Zustand, jedoch bei einem niedrigeren Druck vorliegt. Da die Siedetemperatur mit abnehmenden Druck sinkt, wird das beim höheren Druck vorliegende Kühlmedium beim Wärmekontakt auf eine Temperatur unterhalb seiner Siedetemperatur abgekühlt. Auf diese Weise kann das kryogene Kühlmedium auf eine Temperatur abgekühlt werden, die beispielsweise 5 bis 10K oder noch weiter unterhalb seines Siedepunkts liegt. Alternativ kann jedoch auch eine Kältemaschine oder ein Wärmetauscher zum Einsatz kommen, der einen thermischen Kontakt mit einem weiteren, noch kälteren Medium herstellt. Besonders bevorzugt ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens o- der der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung einer supraleitenden Apparatur, insbesondere eines supraleitenden Kabels. Preferably, in the first and / or in the second cooling medium line, a device is provided for subcooling the cooling medium guided through the cooling medium line. This ensures that the cooling medium is always in the supercooled state before thermal contact with the object. As a subcooler, for example, an apparatus is used in which a liquefied, present at a given pressure cryogenic cooling medium is brought into thermal contact with the same cooling medium, which is also present in the liquefied state, but at a lower pressure. Since the boiling temperature decreases with decreasing pressure, the cooling medium present at higher pressure is cooled during thermal contact to a temperature below its boiling point. In this way, the cryogenic cooling medium can be cooled to a temperature, for example, 5 to 10K or even below its boiling point. Alternatively, however, it is also possible to use a chiller or a heat exchanger which makes thermal contact with another, even colder medium. Particularly preferred is the use of the inventive method o- of the device according to the invention for cooling a superconducting apparatus, in particular a superconducting cable.

Anhand der Zeichnungen sollen nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen: Reference to the drawings, embodiments of the invention will be explained in more detail below. In schematic views show:

Fig. 1 : Eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform, Fig. 2: den Aufbau eines supraleitenden Kabels und Fig. 1: A device according to the invention in a first embodiment, Fig. 2: the structure of a superconducting cable and

Fig. 3: Eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform. 3 shows a device according to the invention in a second embodiment.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 zum Kühlen eines Objekts 2, beispielsweise eines supraleitenden Kabels, umfasst einen ersten Vorratsbehälter 3, beispielsweise einen mit thermisch gut isolierten Wänden ausgerüsteter Standtank, zum Speichern von verflüssigtem Gas, der über eine Kühlmediumsleitung 5 mit einem ersten Kühlmediumsanschluss 6 des Objekts 2 strömungsverbunden ist. In der Kühlmediumsleitung 5 ist eine Pumpe 7 zum Fördern des verflüssigten Gases aus dem Vorratsbehälter 3 sowie eine Einrichtung 8 zum Unterkühlen des durch die Kühlmediumsleitung 5 geführten verflüssigten Gases vorgesehen. Mittels einer Sperrarmatur 9 kann die Durchleitung von verflüssigtem Gas durch die Kühlmediumsleitung 5 unterbrochen oder geöffnet werden. Weiterhin ist eine ZweigleitungThe device 1 shown in FIG. 1 for cooling an object 2, for example a superconducting cable, comprises a first storage tank 3, for example a standing tank equipped with thermally well insulated walls, for storing liquefied gas, which has a cooling medium line 5 with a first cooling medium connection 6 of the object 2 is fluidly connected. In the cooling medium line 5, a pump 7 for conveying the liquefied gas from the reservoir 3 and a device 8 for subcooling the guided through the cooling medium line 5 liquefied gas is provided. By means of a blocking valve 9, the passage of liquefied gas through the cooling medium line 5 can be interrupted or opened. Furthermore, a branch line

10 vorgesehen, mittels der eine Strömungsverbindung zwischen dem ersten Kühlmediumsanschluss 6 des Objekts 2 und dem Vorratsbehälter 3 unter Umgehung von Pumpe 7 und Einrichtung 8 hergestellt werden kann. Eine Sperrarmatur10, by means of which a flow connection between the first cooling medium connection 6 of the object 2 and the reservoir 3, bypassing the pump 7 and device 8 can be produced. A blocking valve

1 1 ermöglicht das Schließen bzw. Öffnen der Zweigleitung 10. 1 1 allows the closing or opening of the branch line 10th

Bei der Einrichtung 8 handelt es sich beispielsweise um einen Unterkühler, der nach folgendem Prinzip arbeitet: Von der Kühlmediumsleitung 5 zweigt, stromauf zur Pumpe 7, eine Ausleitung 12 ab, durch die Kühlmedium aus dem Vorratsbehälter 3 abgeführt und in einem in der Einrichtung 8 eingebauten Wärmetauscher mit dem durch die Kühlmediumsleitung 5 geführten Medium stromab zur Pumpe 7 in thermischen Kontakt gebracht wird. Da beim Eintritt in die Einrichtung 8 das Kühlmedium innerhalb der Kühlmediumsleitung 5 auf einem höheren Druck und damit auf einer höheren Temperatur vorliegt als das in der Ausleitung 12 vorlie- gende Medium, wird das durch die Kühlmediumsleitung 5 geführte Medium durch den Wärmetausch auf eine Temperatur unterhalb seines Siedepunkts gebracht, also unterkühlt. Beispielsweise wird das dem Kühlmediumsanschluss 6 zugeführte Kühlmedium auf eine Temperatur gekühlt, die 5 K bis 10 K oder mehr unterhalb seines Siedepunktes liegt. Um die Temperatur des Kühlmediums in einem weiten Bereich einstellen zu können, ist es im Übrigen vorteilhaft, an die Ausleitung 12 eine hier nicht gezeigte Vakuumpumpe anzuschließen, mittels der, nach Betätigung einer dort vorgesehenen Regelarmatur 13, der Druck des Kühlmediums in der Ausleitung 12, und damit dessen Temperatur, weiter reduziert werden kann. The device 8 is, for example, a subcooler, which operates according to the following principle: From the cooling medium line 5 branches, upstream of the pump 7, a discharge 12, discharged through the cooling medium from the reservoir 3 and installed in a device 8 in the device Heat exchanger is brought to the guided through the cooling medium line 5 medium downstream of the pump 7 in thermal contact. Since, when entering the device 8, the cooling medium within the cooling medium line 5 is at a higher pressure and thus at a higher temperature than that present in the outlet 12. ing medium, the guided through the cooling medium line 5 medium is brought by the heat exchange to a temperature below its boiling point, that is supercooled. For example, the cooling medium supplied to the cooling medium connection 6 is cooled to a temperature which is 5 K to 10 K or more below its boiling point. In order to adjust the temperature of the cooling medium in a wide range, it is otherwise advantageous to connect to the discharge 12 a vacuum pump, not shown here, by means of which, after actuation of a control valve 13 provided there, the pressure of the cooling medium in the discharge 12, and thus its temperature can be further reduced.

An einem zweiten Kühlmediumsanschluss 15 des Objekts 2 ist eine zweite Kühlmediumsleitung 16 angeschlossen, die eine Strömungsverbindung mit einem zweiten Vorratsbehälter 17 herstellt, bei dem es sich ebenfalls um einen thermisch gut isolierten Behälter zum Speichern von verflüssigtem Gas handelt. In der Kühlmediumsleitung 16 ist eine Pumpe 18 zum Fördern von Kühlmedium aus dem zweiten Vorratsbehälter 17 und eine Einrichtung 19 zum Unterkühlen vorgesehen, ebenso eine Sperrarmatur 21 , mittels der die Kühlmediumsleitung 16 gesperrt oder geöffnet werden kann. Innerhalb des Objekts 2 sind die Kühlmediumsanschlüsse 6, 15 miteinander strömungsverbunden, wobei eine hier nicht gezeigte Wärmetauscherfläche im Objekt 2 die Übertragung von Wärme auf das Kühlmedium gestattet, Connected to a second cooling medium connection 15 of the object 2 is a second cooling medium line 16, which establishes a flow connection with a second reservoir 17, which is likewise a thermally well-insulated container for storing liquefied gas. In the cooling medium line 16, a pump 18 for conveying cooling medium from the second reservoir 17 and a device 19 is provided for supercooling, as well as a blocking valve 21, by means of the cooling medium line 16 can be locked or opened. Within the object 2, the cooling medium connections 6, 15 are flow-connected to one another, wherein a heat exchanger surface (not shown here) in the object 2 permits the transfer of heat to the cooling medium,

Weiterhin ist eine Zweigleitung 23 vorgehen, mittels der eine Strömungsverbindung zwischen dem Vorratsbehälter 17 und dem ersten Kühlmediumsanschluss 15 des Objekts 2 unter Umgehung von Pumpe 18 und Einrichtung 19 zum Unterkühlen hergestellt werden kann. Eine Sperrarmatur 24 ermöglicht das Schließen bzw. Öffnen der Zweigleitung 23. Die Unterkühlung von verflüssigtem Gas in der Einrichtung 19 zum Unterkühlen erfolgt - ähnlich wie bei der Einrichtung 8 - mittels einer zwischen Pumpe 18 und Vorratsbehälter 17 abzweigenden Ausleitung 25, die mit einem Wärmetauscher in der Einrichtung 19 strömungsverbunden ist. Ebenso wie in der Ausleitung 12 dient in der Ausleitung 25 eine Regelarmatur 26 dazu, den Druck und damit die Temperatur des Kühlmediums im Bereich des Wärmetauschers einzustellen. Beim Betrieb der Vorrichtung 1 sei zunächst der erste Vorratsbehälter 3 mit verflüssigtem Gas, beispielsweise flüssigem Stickstoff, gefüllt und der Vorratsbehälter 17 sei leer. Die Sperrarmaturen 9, 24 sowie 13 sind geöffnet, während die Sperrarmaturen 1 1 , 21 und 26 geschlossen sind. Mittels der Pumpe 7 wird verflüssigtes Gas aus dem Vorratsbehälter 3 zur Einrichtung 8 gefördert, dort unterkühlt und als unterkühltes verflüssigtes Gas dem Objekt 2 zugeführt. Nach Durchlaufen des Objekts 2 und dem dabei erfolgenden Wärmekontakt mit dem Objekt 2 strömt das unterkühlte verflüssigte Gas über die Zweigleitung 23 zum zweiten Vorratsbehälter 17. Im Verlauf der Kühlaufgabe füllt sich der zweite Vorratsbehälter 17 mit verflüssigtem Gas und der Füllstand im ersten Vorratsbehälter 3 sinkt. Bei Erreichen eines vorgegebenen Füllstands in einem der Vorratsbehälter 3, 17, beispielsweise dann, wenn der Vorratsbehälter 3 zumindest weitgehend entleert ist, werden die Sperrarmaturen 9, 24 und 13 geschlossen, die Pumpe 7 abgestellt, die Sperrarmaturen 1 1 , 21 , 26 geöffnet und die Pumpe 18 angestellt. In diesem Betriebszustand wird verflüssigtes Gas aus dem Vorratsbehälter 17 mittels der Pumpe 18 zur Einrichtung 19 zum Unterkühlen gefördert, dort unterkühlt und dem Objekt 2 zugeführt. Nach Durchlaufen des Objekts 2 und dem dabei erfolgenden Wärmekontakt mit dem Objekt 2 strömt das unterkühlte verflüssigte Gas über die Zweigleitung 10 in den Vorratsbehälter 3 ein, der sich nunmehr im Verlauf des weiteren Kühlvorgangs wieder füllt, während sich der Vorratsbehälter 17 leert. Das Kühlmedium kann auf diese Weise zwischen den Vorratsbehälter 3, 17 pendeln, bis es vollständig verdampft ist, wobei jedoch bei Unterschreiten einer vorgegebenen Menge an noch flüssigem Kühlmedium einer oder beide der Vorratsbehälter 3, 17 mit frischem verflüssigtem Gas befüllt werden oder mittels einer hier nicht gezeigten Kühleinrichtung verdampftes Kühlmedium aus den Gasphasen der Vorratbehälter 3, 17 verflüssigt werden kann. Furthermore, a branch line 23 proceed, by means of which a flow connection between the reservoir 17 and the first cooling medium connection 15 of the object 2, bypassing pump 18 and device 19 for supercooling can be produced. A suppression valve 24 allows the closing or opening of the branch line 23. The supercooling of liquefied gas in the device 19 for subcooling takes place - similar to the device 8 - by means of a branching off between the pump 18 and reservoir 17 outlet 25, which with a heat exchanger in the device 19 is fluidly connected. As in the outlet 12, a control valve 26 in the outlet 25 serves to set the pressure and thus the temperature of the cooling medium in the region of the heat exchanger. During operation of the device 1, first the first storage container 3 is filled with liquefied gas, for example liquid nitrogen, and the storage container 17 is empty. The locking fittings 9, 24 and 13 are open, while the locking fittings 1 1, 21 and 26 are closed. By means of the pump 7 liquefied gas is conveyed from the reservoir 3 to the device 8, where it is undercooled and fed to the object 2 as a supercooled liquefied gas. After passing through the object 2 and thereby taking thermal contact with the object 2, the supercooled liquefied gas flows via the branch line 23 to the second reservoir 17. During the cooling task, the second reservoir 17 fills with liquefied gas and the level in the first reservoir 3 decreases. Upon reaching a predetermined level in one of the reservoir 3, 17, for example, when the reservoir 3 is at least largely emptied, the locking valves 9, 24 and 13 are closed, the pump 7 is turned off, the locking fittings 1 1, 21, 26 open and the pump 18 is turned on. In this operating state, liquefied gas is conveyed from the reservoir 17 by means of the pump 18 to the device 19 for subcooling, where it is subcooled and fed to the object 2. After passing through the object 2 and thereby taking thermal contact with the object 2, the supercooled liquefied gas flows via the branch line 10 into the reservoir 3, which now fills again in the course of the further cooling process, while the reservoir 17 empties. The cooling medium can commute in this way between the reservoir 3, 17 until it is completely evaporated, but falling below a predetermined amount of still liquid cooling medium one or both of the reservoir 3, 17 are filled with fresh liquefied gas or not by means of a here shown cooling device vaporized cooling medium from the gas phases of the reservoir 3, 17 can be liquefied.

Es ist im Übrigen in einer Variante der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform (ohne Abbildung) möglich, auf eine der Einrichtungen 8, 19 zum Unterkühlen zu verzichten, sofern die durch die verbleibende Einrichtung 19, 8 erfolgende Unterkühlung ausreicht, um zu gewährleisten, dass das Kühlmedium, trotz eines unvermeidlichen Wärmeeintrags in den Kühlmediumsleitungen 5, 1 6, 10, 23 und/oder beim Wärmekontakt mit dem Objekt 2 und/oder in den Vorratsbehälter 3, 17, in einem unterkühlten Zustand vorliegt, der ausreicht, um das Verdampfen eines wesentli- chen Teiles des Kühlmediums beim Rücklauf zum jeweils anderen Vorratsbehälter 17, 3 zu unterbinden. Wiederum ist es möglich, die Einrichtungen 8, 19 zum Unterkühlen und die Vorratsbehälter 3, 17 funktional zu kombinieren, in dem die Gasphase eines oder beider Vorratsbehälter 3, 17 mit einer Vakuumpumpe verbunden werden: Durch die Verringerung des Drucks im Vorratsbehälter 3, 17 wird die Temperatur der flüssigen Phase des Kühlmediums im Vorratsbehälter 3, 17, reduziert, wodurch es möglich ist, das Kühlmedium mittels der Pumpen 7, 18 unterkühlt dem Objekt 2 zuzuführen. Einer separaten Einrichtung zur Unterkühlung bedarf es in diesem Falle nicht mehr. It is also possible in a variant of the embodiment shown in FIG. 1 (not shown) to dispense with one of the devices 8, 19 for subcooling, provided that the subcooling effected by the remaining device 19, 8 is sufficient to ensure that the cooling medium, in spite of an unavoidable heat input in the cooling medium lines 5, 1 6, 10, 23 and / or in thermal contact with the object 2 and / or in the reservoir 3, 17, in a supercooled state is sufficient to evaporate a essential Chen part of the cooling medium in the return to the other reservoir 17, 3 to prevent. Again, it is possible to functionally combine the supercooling devices 8, 19 and the reservoirs 3, 17, in which the gas phase of one or both of the reservoirs 3, 17 is connected to a vacuum pump: By reducing the pressure in the reservoir 3, 17 the temperature of the liquid phase of the cooling medium in the reservoir 3, 17, reduced, whereby it is possible to supply the cooling medium by means of the pumps 7, 18 undercooled the object 2. A separate device for hypothermia is not needed in this case.

In einer anderen vereinfachten Variante der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung (ebenfalls ohne Abbildung) kann auf beide Pumpen 7, 18, sowie auf die Zweigleitungen 10, 23 verzichtet werden; das Kühlmedium wird bei dieser Variante allein durch den Druckaufbau in einem der Vorratsbehälter 3, 17 durch das Objekt 2 gefördert, während zugleich durch Ablassen von Gas der Druck im anderen Vorratsbehälter 17, 3 konstant oder zumindest auf einen geringeren Wert als im ersten Vorratsbehälter 3, 17 gehalten wird. Die Vorratsbehälter 3, 17 sind in diesem Fall entsprechend druckfest ausgestaltet. Ist eine bestimmte, vorgegebene Füllhöhe in einem der Vorratsbehälter 3, 17 erreicht, wird die Abgasleitung des bis dahin befüllten Vorratsbehälters 17, 3 geschlossen und die Abgasleitung des bis dahin füllenden Vorratsbehälters 3, 17 geöffnet. Aufgrund des allmählichen Druckaufbaus im befüllten Vorratsbehälter 17, 3 strömt anschließend das Kühlmedium in den anderen Vorratsbehälter 3, 17 zurück. Auf diese Weise wird das Kühlmedium ohne Zuhilfenahme einer separaten Fördereinrichtung in stets abwechselnden Richtungen durch das Objekt 2 geführt. In another simplified variant of the device shown in Figure 1 (also without illustration) can be dispensed with both pumps 7, 18, and on the branch lines 10, 23; the cooling medium is conveyed in this variant solely by the pressure build-up in one of the reservoir 3, 17 through the object 2, while at the same time by discharging gas, the pressure in the other reservoir 17, 3 constant or at least to a lower value than in the first reservoir 3, 17 is held. The reservoir 3, 17 are configured in this case correspondingly pressure-resistant. If a certain, predetermined level in one of the reservoir 3, 17 is reached, the exhaust pipe of the previously filled reservoir 17, 3 is closed and the exhaust pipe of the hitherto filling reservoir 3, 17 is opened. Due to the gradual buildup of pressure in the filled reservoir 17, 3 then flows the cooling medium in the other reservoir 3, 17 back. In this way, the cooling medium without the aid of a separate conveyor in always alternating directions through the object 2 is performed.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau eines als zu kühlendes Objekt 3 zum Einsatz kommenden supraleitenden Kabels 30 („Kabelkryostat"). Im Kern des nur abschnittsweise dargestellten Kabels 30 sind mehrere, im Ausführungsbeispiel zwei, koaxial zueinander angeordnete Leiter 31 , 32 aus einem supraleitenden Material vorgesehen, die jeweils durch ein Dielektrikum 33 elektrisch voneinander getrennt sind. Radial außenseitig zu den Leitern und koaxial zu diesem ist eine Kühlmediumsführung 34 vorgesehen. Als Kühlmedium kommt im Falle von Hochtemperatursupraleitern als stromführende Einheiten insbesondere unterkühlter, flüssiger Stickstoff zum Einsatz. Radial außenseitig zur Kühlmediumsführung 34 ist eine Isolierschicht 35 angeordnet. Das in Fig. 2 gezeigte supraleitende Kabel 30 verzichtet insbesondere auf die in supraleitenden Kabeln nach dem Stande der Technik vorgesehene Rückleitung des Kühlmediums. 2 shows schematically the structure of a superconducting cable 30 ("cable cryostat") to be cooled 3. At the core of the cable 30 shown only in sections are a plurality of conductors 31, 32 of a superconducting conductor arranged coaxially with one another in the exemplary embodiment Material is provided, which are each electrically separated from one another by a dielectric 33. Radially on the outside of the conductors and coaxially therewith is provided a cooling medium guide 34. As cooling medium, in the case of high-temperature superconductors, current-carrying units are in particular supercooled, liquid Nitrogen used. Radially outside the cooling medium guide 34, an insulating layer 35 is arranged. The superconducting cable 30 shown in FIG. 2 dispenses in particular with the return line of the cooling medium provided in superconducting cables according to the state of the art.

Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 40 zum Kühlen eines Objekts 2 umfasst, ebenso wie die Vorrichtung 1 aus Fig. 1 , zwei Vorratsbehälter 41 , 42. Der Vorratsbehälter 41 ist über eine Kühlmediumsleitung 43 mit dem ersten Kühlmediumsanschluss 6 des Objekts 2 strömungsver- bunden. In der Kühlmediumsleitung 43 sind - in Strömungsrichtung nacheinander gesehen - eine Pumpe 44 sowie eine Einrichtung 45 zum Unterkühlen vorgesehen. Die Einrichtung 45 zum Unterkühlen arbeitet in der gleichen Weise wie die Einrichtungen 7, 19 zum Unterkühlen, nämlich durch thermische Wechselwirkung des durch die Kühlmediumsleitung 43 geführten Kühlmediums mit Kühlmedium, das durch eine stromauf zur Pumpe 44 abzweigenden Leitung 46 geführt wird. Der zweite Kühlmediumsanschluss 15 des Objekts 2 ist über eine Kühlmediumsleitung 48 mit dem Vorratsbehälter 42 strömungsverbunden. Zwei Zweigleitungen 49, 59 verbinden die Kühlmediumsleitung 43 mit der Kühlmediumsleitung 48 unter Umgehung der Pumpe 44, des Unterkühlers 45 sowie des Objekts 2. Die Regelung der Strömung des Kühlmediums erfolgt mittels Sperrarmaturen 51 , 52, 53, 54. Optional ist eine Druckausgleichsleitung 55 vorgesehen, die die Gasphasen zwischen den Vorratsbehältern 41 , 42 miteinander verbindet. The embodiment of a device 40 according to the invention for cooling an object 2 shown in FIG. 3, like the device 1 from FIG. 1, comprises two storage containers 41, 42. The storage container 41 is connected to the first cooling medium connection 6 of the object 2 via a cooling medium line 43 flow-connected. In the cooling medium line 43 are - seen in the flow direction one after the other - a pump 44 and a device 45 for supercooling provided. The subcooling device 45 operates in the same manner as the subcooling devices 7, 19, namely, by thermal interaction of the cooling medium passed through the cooling medium line 43 with the cooling medium, which is passed through a line 46 branching upstream from the pump 44. The second cooling medium connection 15 of the object 2 is flow-connected via a cooling medium line 48 to the reservoir 42. Two branch lines 49, 59 connect the cooling medium line 43 with the cooling medium line 48, bypassing the pump 44, the subcooler 45 and the object 2. The flow of the cooling medium is controlled by means of locking fittings 51, 52, 53, 54. Optionally, a pressure equalization line 55 is provided , which connects the gas phases between the storage containers 41, 42 with each other.

Beim Betrieb der Vorrichtung 40 sei zunächst der Vorratsbehälter 41 mit einem verflüssigten Gas gefüllt und der Vorratsbehälter 42 leer. Zu Beginn der Kühlaufgabe werden die Sperrarmaturen 51 und 53 geöffnet und die Sperrarmaturen 52 und 54 geschlossen. In diesem Betriebszustand strömt Kühlmedium aus dem Vorratsbehälter 41 , gefördert von der Pumpe 44, zur Einrichtung 45 zum Unterkühlen, wird dort, wie zuvor beschrieben, unterkühlt, und durchströmt anschließend als unterkühltes verflüssigtes Gas das zu kühlende Objekt 2. Nach Durchlaufen des Objekts 2 strömt das Kühlmedium über die Kühlmediumsleitung 48 zum Vorratsbehälter 42. Im Verlauf der Kühlaufgabe leert sich der Vorratsbehälter 41 zumindest weitgehend und der Vorratsbehälter 42 füllt sich. Nach Erreichen eines vorgegebenen Füllzustandes des Kühlmediums in einem der Vorratsbehälter 41 , 42 werden die Sperrarmaturen 51 und 53 geschlossen und die Sperrarmaturen 52, 54 geöffnet. Die Pumpe 44 fördert nun Kühlmedium aus dem Vorratsbehälter 42 über die Zweigleitung 50 und die Kühlmediumsleitung 43 zur Einrichtung 45 zum Unterkühlen sowie dem Objekt 2 und von dort über die Zweigleitung 49 in den Vorratsbehälter 41 . Ähnlich der Vorrichtung 1 werden auch bei der Vorrichtung 40 zwei Vorratsbehälter abwechselnd mit Kühlmedium befüllt, jedoch durchläuft das Kühlmedium bei der Vorrichtung 40 das Objekt 2 stets in der gleichen Richtung, es genügt somit eine Pumpe 44 um das Kühlmedium vom Vorratsbehälter 41 zum Vorratsbehälter 42 und umgekehrt zu fördern. During operation of the device 40, first the storage container 41 is filled with a liquefied gas and the storage container 42 is empty. At the beginning of the cooling task, the locking fittings 51 and 53 are opened and the locking fittings 52 and 54 are closed. In this operating state, cooling medium flows from the reservoir 41, conveyed by the pump 44, to the device 45 for subcooling, where it is subcooled, as described above, and then flows through the object 2 to be cooled as supercooled liquefied gas. After passing through the object 2 flows the cooling medium via the cooling medium line 48 to the reservoir 42. During the cooling task, the reservoir 41 at least largely emptied and the reservoir 42 fills. After reaching a predetermined filling state of the cooling medium in one of the reservoir 41, 42nd the locking fittings 51 and 53 are closed and the locking fittings 52, 54 are opened. The pump 44 now conveys cooling medium from the reservoir 42 via the branch line 50 and the cooling medium line 43 to the device 45 for supercooling and the object 2 and from there via the branch line 49 into the reservoir 41st Similar to the device 1, two reservoirs are alternately filled with cooling medium in the device 40, however, the cooling medium in the device 40 always passes through the object 2 in the same direction, it is sufficient a pump 44 to the cooling medium from the reservoir 41 to the reservoir 42 and to promote the other way around.

Durch die abwechselnde Befüllung der beiden Vorratsbehälter 3, 17 bzw. 41 , 42 wird der Kälteinhalt des zur Verfügung stehenden verflüssigten Gases weitestgehend genutzt und aufwändige Doppelleitungen für das Kühlmedium im zu kühlenden Objekt 2 vermieden. As a result of the alternating filling of the two storage containers 3, 17 and 41, 42, the refrigeration content of the available liquefied gas is largely utilized and complicated double lines for the cooling medium in the object 2 to be cooled are avoided.

Bezuqszeichenliste LIST OF REFERENCES

1 . Vorrichtung 33. Dielektrikum 1 . Device 33. Dielectric

2. Objekt 34. Kühlmediumsführung 2. Object 34. Cooling medium guide

3. Vorratsbehälter 35. Isolierung 3. Storage tank 35. Insulation

4. - 36. - 4th - 36th -

5. Kühlmediumsleitung 37. -5. Cooling medium line 37. -

6. Kühlmediumsanschluss 38. -6. Cooling medium connection 38. -

7. Pumpe 39. -7. Pump 39. -

8. Einrichtung zum Unterkühlen 40. Vorrichtung 8. Device for subcooling 40th device

9. Sperrarmatur 41 . Vorratsbehälter 9. Barrier 41. reservoir

10. Zweigleitung 42. Vorratsbehälter 10. Branch 42. Reservoir

1 1 . Sperrarmatur 43. Kühlmediumsleitung 1 1. Locking device 43. Cooling medium line

12. Ausleitung 44. Pumpe 12. Drainage 44. Pump

13. Regelaramatur 45. Einrichtung zum Unterkühlen 13. Control panel 45. Cooling device

14. - 46. Leitung 14. - 46. Management

15. Kühlmediumsanschluss 47. - 15. Cooling medium connection 47. -

16. Kühlmediumsleitung 48. Kühlmediumsleitung 16. Coolant medium line 48. Coolant medium line

17. Vorratsbehälter 49. Zweigleitung 17. Reservoir 49. branch line

18. Pumpe 50. Zweigleitung 18. Pump 50. Branch line

19. Einrichtung zum Unterkühlen 51 . Sperrarmatur 19. Device for subcooling 51. lock fitting

20. - 52. Sperrarmatur 20. - 52. blocking valve

21 . Sperrarmatur 53. Sperrarmatur 21. Locking device 53. Locking device

22. - 54. Sperrarmatur 22nd - 54th stop valve

23. Zweigleitung 55. Druckausgleichsleitung 23. Branch line 55. Pressure compensation line

24. Sperrarmatur 24. Barrier fitting

25. Ausleitung 25th diversion

26. Regelarmatur 26. Control valve

27. - 27. -

28. -28. -

29. -29. -

30. Supraleitendes Kabel 30. Superconducting cable

31 . Leiter 31. ladder

32. Leiter 32nd ladder

Claims

claims

1 . A method for cooling objects, wherein a cooling medium from a first reservoir (3, 41) via a first cooling medium line (5, 43) supplied to an object to be cooled (2), brought into thermal contact with this and then via a second cooling medium line (16 , 48) is discharged, characterized

that the cooling medium after the thermal contact with the object (2) via the second cooling medium line (16, 48) to a second reservoir (17, 42) is supplied and upon reaching a predetermined amount in the first or second reservoir (3, 17, 41, 42 ) the cooling medium from the second reservoir (17, 42) supplied to the object and brought into thermal contact with this and then returned to the first reservoir (3, 41).

2. The method according to claim 1, characterized in that the promotion of the cooling medium due to a set pressure difference between the storage containers (3, 17, 41, 42) takes place.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the promotion of the cooling medium by means of counter-rotating, alternately operated conveyors (7, 18).

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the cooling medium before the thermal contact with the object (2) is supercooled.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a liquefied gas is used as the cooling medium.

6. A device for cooling objects, with a first reservoir (3, 41) for storing cooling medium, which is flow-connected via a first cooling medium line (5, 43) with an object to be cooled (2), wherein the object (2) a Heat exchanger surface for transferring heat from Object (2) is assigned to the cooling medium, which is fluidly connected to a second cooling medium line (16, 48) for discharging cooling medium,

characterized,

in that the second cooling medium line (16, 48) is in flow communication with a second storage tank (17, 42) for storing cooling medium, and means for returning cooling medium from the second storage tank (17, 42) via the heat exchange surface of the object (2) to the first storage tank (3, 41) are provided.

7. The device according to claim 6, characterized in that the means for returning the cooling medium comprise means for changing the pressure in the storage containers (3, 17, 41, 42).

8. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that in the first cooling medium line (5, 43) a conveyor (7, 44) for conveying cooling medium to the object (2) is arranged, and the means for returning the cooling medium a switchable Branch line (10, 49) comprise, by means of a flow connection between the heat exchanger surface (2) and the first reservoir (3, 41), bypassing the conveyor (7, 44) can be produced.

9. The device according to claim 8, characterized in that the means for returning the cooling medium, a first switchable branch line (50) from the second reservoir (17, 42) to the first cooling medium line, the suction side to the conveyor (7, 44), and a second connectable branch conduit (49) leading from the second cooling medium conduit (16, 48) downstream of the heat exchanger surface to the first reservoir (3, 41), in the first cooling medium conduit (5, 43) between the ports thereof to the first reservoir (3, 41) and the connection of the first branch line (50), and in the second cooling medium line (16, 48), between the connection of the second branch line (49) and the connection of the second reservoir (17, 42), in each case a blocking valve (51, 53) is provided.

10. The device according to claim 8, characterized in that in the second cooling medium line (16, 48) a conveyor (18) for conveying cooling medium from the second reservoir (17, 42) to the heat exchanger surface and a connectable branch line (23) is arranged by means a flow connection between the heat exchanger surface and the second reservoir (17, 42), bypassing the conveyor (18) can be produced.

1 1. Device according to one of claims 6 to 10, characterized in that in the first and / or in the second cooling medium line (5, 16, 43) means (8, 19, 45) for undercooling by the cooling medium line (5, 16, 43) guided cooling medium is provided.

12. Use of a method according to claim 1 to 5 or a device (1, 40) according to claim 6 to 10 for cooling a superconducting apparatus, in particular a superconducting cable.