專利名稱：具有至少一條超導電纜的裝置的操作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種具有至少一條超導電纜的裝置的操作方法。其中超導電纜被低溫保持器環(huán)繞，低溫保持器由兩個金屬管組成，它們相對于彼此同心布置，并在它們之間密封真空絕緣，并且低溫保持器不僅環(huán)繞電纜，而且還環(huán)繞腔，用于使受壓的冷卻劑穿過，
背景技術(shù)：
像這樣的方法被公開在WO 03/052775A中。在現(xiàn)代技術(shù)中，超導電纜具有由合成材料組成的電導體，其中合成材料包括陶瓷材料，該材料在足夠低的溫度下變成超導狀態(tài)。假如不超過特定的電流水平，如果冷卻充分，對應設計的導體的電直流電阻為零。作為實例，適當?shù)奶沾刹牧鲜菗诫s稀土的材料，其已知的名稱為ReBCO (稀土 -鋇-銅氧化物)，尤其包括YBCO (釔-鋇-銅氧化物)。這些超導材料的另一種是例如BSCCO (鉍-鍶-鈣-銅氧化物)。例如，將這種材料改變?yōu)槌瑢顟B(tài)的充分低的溫度處于67K與IlOK之間。例如，適當?shù)睦鋮s劑為氮、氦、氖、氫、或者這些物質(zhì)的混合物。當執(zhí)行上文描述的方法時，并且在相關裝置的操作過程中，液態(tài)冷卻劑在預定壓力下靠泵被壓入低溫保持器，其在維持該壓力的同時穿過低溫保持器，并且在預定長度的末端穿出，以被再次冷卻。為了使位于低溫保持器中的電纜中的至少一個超導體充分冷卻， 相當數(shù)量的冷卻劑必須被降低到所需的低溫，并且在貯液區(qū)域必須被保持在該溫度，并且如果可能在低溫保持器中也同樣。如果在傳輸路徑的過程中，低溫保持器被損壞，尤其在其中發(fā)生漏洞時，例如作為對低溫保持器的外部機械損壞的結(jié)果，大量冷卻劑在例如漏洞被發(fā)現(xiàn)以前從低溫保持器涌出。這不僅是昂貴的，而且對該裝置周圍的區(qū)域是有害的，尤其如果液態(tài)氮被用作冷卻劑的話。當漏洞實際發(fā)生在冷卻劑到低溫保持器的供應線中時，也是這樣的情況。US 3946141A描述了一種用于冷卻裝配有超導電纜的電纜的方法，其中導體被以同軸電纜的形式布置。電纜由兩部分組成，它們在電纜的中央?yún)^(qū)域相互合并，并且在它們各自的末端裝配有端蓋。在它的連接兩部分的中央?yún)^(qū)域中，諸如氦的冷卻劑依靠泵從冷卻站通向電纜，并以相反的流向從那里饋入電纜的兩部分。冷卻劑在電纜的每個端蓋穿出，并反饋回冷卻站。US 3950606公開了一種用于冷卻超導電纜的方法，該超導電纜的導體同樣以同軸電纜的形式布置，具有管狀的內(nèi)導體和同心環(huán)繞它的外導體，并具有位于它們之間的絕緣體。由被腔分隔的兩個管組件組成的管圍繞外導體，并且例如氦的冷卻劑穿過它，并通過單獨管線的方式反饋回到制冷單元。冷卻劑也以相同的方式穿過管狀的內(nèi)導體。上文引用的WO 03/052775A1描述了一種具有冷絕緣體的超導電纜。這被容納在由兩個管組成的低溫保持器中，這兩個管由真空絕緣分隔，并相對于彼此同心運行。該文獻實質(zhì)上處理當像這樣的至少兩個長度的裝置要被相互連接時通過低溫保持器實現(xiàn)連接。該文獻同樣沒有提供在低溫保持器被損壞的情況下，當冷卻劑饋入低溫保持器中的自由空間時要采取的詳細措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是基于以這樣一種方式來執(zhí)行上文描述的方法，即當具有超導電纜和圍繞它的低溫保持器的裝置被損壞時，提高該裝置以及它的周圍區(qū)域的安全性。該目的是通過如下技術(shù)特征實現(xiàn)的。一種具有至少一個超導電纜的裝置的操作方法，其中超導電纜被低溫保持器環(huán)繞，低溫保持器由兩個金屬管組成，它們相對于彼此同心布置，并在它們之間密封真空絕緣，并且低溫保持器不僅環(huán)繞電纜，而且還環(huán)繞腔，用于使受壓的冷卻劑穿過，其特征在于 貯液區(qū)域，其連接到低溫保持器，以使液態(tài)冷卻劑被布置在低溫保持器的至少一端，泵被使用，其在裝置的操作期間將冷卻劑壓入低溫保持器，以及閥被至少布置在從貯液區(qū)域到低溫保持器的冷卻劑的供應路徑中，該閥在裝置的操作期間被打開，被連接到監(jiān)測低溫保持器的完整性的至少一個單元，并且在從監(jiān)測單元提供對應于故障消息的信號時該閥被阻斷，以中斷向低溫保持器的冷卻劑的供應。當使用該方法時，該裝置尤其是低溫保持器的完整性被監(jiān)測單元持續(xù)檢查。如果低溫保持器被損壞，例如它泄露了，一個信號被直接傳遞給閥，并且有利地同時傳遞給泵。 然后閥被立即關閉，泵也同時被關斷，以使得沒有更多的冷卻劑被泵入低溫保持器或泵到貯液區(qū)域外。監(jiān)測單元可優(yōu)選為壓力測量設備，其測量低溫保持器中的冷卻劑的壓力。在一個優(yōu)選實施例中，如果只有低溫保持器中的冷卻介質(zhì)的壓力被監(jiān)測，那么一個壓力測量設備對傳輸路徑的每個部分是足夠的。此外，然而用來監(jiān)測的單元還可能具有傳感器，它們例如被沿傳輸路徑布置，并額外監(jiān)測低溫保持器的完整性，而不需要發(fā)生延伸到其內(nèi)部的漏洞。作為實例，像這樣的傳感器允許檢測對低溫保持器的外管的損壞，該損壞導致低溫保持器的管之間的真空絕緣的崩潰，并從而導致維持超導導體的冷卻的功能的失敗。在這種情況下，最好還是由一個適當?shù)男盘栮P閉閥并關斷泵。


將參考附圖解釋根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置，作為一個示例性實施例，其中圖1示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置的示意圖，以及圖2示出了沿圖1的線II-II的剖面。
具體實施例方式在說明的示例性實施例中，只有一個閥被示出在裝置的端蓋區(qū)域，這將在下面的描述中被解釋。然而，還可能有兩個或更多個閥被布置在傳輸路徑的分布區(qū)中。移動冷卻劑的閥和泵都已知用于低溫狀態(tài)，并且是商業(yè)上可獲得的。圖1示意說明了依靠布置在低溫保持器2中的超導電纜1實現(xiàn)的電流的傳輸路徑。在說明的示例性實施例中，傳輸路徑在兩個端蓋3和4之間延伸。然而，出于發(fā)明的目的，原則上，傳輸路徑也可在一個端蓋和一個連接套環(huán)之間延伸，或者出于此目的，也可在兩個另外的蓋之間延伸。下文中將考慮在兩個端蓋3和4之間延伸的傳輸路徑，并且也將代表所有其它實施例。
如圖2中所示的用于傳輸路徑的低溫保持器2由兩個金屬管5和6組成，它們相對于彼此同心裝配，二者之間有一個距離，并且真空絕緣7位于其間。管5和6相對于它們的軸向可以是橫向波紋狀的。目的是在低溫保持器2中布置至少一個超導電纜1，并留有腔8以使冷卻劑自由通過，其中冷卻劑優(yōu)選液態(tài)氮。超導電纜1的結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是公知的。因此此處不再詳細描述。 超導電纜1具有至少一個超導導體9和圍繞它的絕緣體10。超導電纜1和低溫保持器2既導電連接、又氣密連接到端蓋3和4。電纜1的貫通電連接和低溫保持器2的氣密連接原則上是公知的，因此不再詳細描述。在端蓋4的區(qū)域中，該裝置具有貯液區(qū)域11，其包含用于冷卻電纜1的冷卻劑、泵 12、閥13、和壓力檢測設備14。壓力檢測設備15被布置在端蓋3的區(qū)域中。泵12 —方面通過管線16連接到貯液區(qū)域11，另一方面通過管線17連接到端蓋 4，并且比此更遠地，連接到低溫保持器2中的自由空間8。閥13被安裝在管線17中。壓力檢測設備14通過管線18連接到低溫保持器2中的自由空間8，并通過電線19連接到閥 13，其中管線18只是示意地表示在此處，并且一個感應壓力的傳感器被安裝到其端部。此外，它也可被導電連接到泵12。布置在端蓋3的區(qū)域中的壓力檢測設備15通過管線20連接到低溫保持器2中的自由空間8，并通過電線21連接到閥13，其中管線20只是示意地表示在此處，并且一個感應壓力的傳感器被安裝到其端部。壓力檢測設備15也可被導電連接到泵12。電線19和21也優(yōu)選被用來將壓力檢測設備14和15連接到泵12。在圖1中說明的示例性實施例中，它們被連接到電控單元22，其本身通過電線既連接到閥13又連接到泵 12。原則上，根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置足夠用來測量端蓋3的區(qū)域中的冷卻劑的壓力，因為這是壓力最低的地方，即使當裝置被正確地操作時。這意味著該裝置原則上只需要壓力檢測設備15。然而，因為低溫保持器2在端蓋4的直接鄰近處也可能被損壞，所以優(yōu)選也使用壓力檢測設備14。例如如下文中所述地執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的具有如圖1和2所示的裝置的方法。在這種情況下，首先假設壓力檢測設備，尤其是壓力檢測設備15只在端蓋3中。在端蓋4的區(qū)域中溫度約為67K的液態(tài)氮作為冷卻劑依靠泵12被泵入低溫保持器2，確切地說，例如在約20巴的壓力。在這種情況下，閥13被打開，也就是說氮可通過它。 一旦電纜1和它的導體9已經(jīng)被冷卻到需要獲得超導性的例如約67K的溫度，導體9就被連接到電壓源，以傳送電流。在端蓋3中，氮以例如0. lm/s至1. Om/s的速度穿過低溫保持器2移動，并在傳輸路徑的端部穿出，以再次被冷卻。氮的壓力隨著距端蓋4中的饋電點的距離的增加而減小。作為實例，不應低于15 巴。壓力檢測設備15被適當?shù)卦O置。如果漏洞發(fā)生在低溫保持器2中的傳輸路徑的過程中，作為對低溫保持器2的損壞的結(jié)果，氮通過該漏洞涌出低溫保持器2。結(jié)果，低溫保持器2中的氮的壓力快速并突然地降低。這被壓力檢測設備15識別。一旦壓力小于15巴，根據(jù)壓力檢測設備15發(fā)送的信號閥13被控制關閉。同時，泵12同樣被來自壓力檢測設備15的電信號關斷。這終止了到低溫保持器2的氮的供應。同時，電纜1可從電壓源斷開連接。
此外，低溫保持器2的完整性也可被監(jiān)測，以判斷例如只有損壞發(fā)生在低溫保持器的外管5，而沒有徹底的漏洞發(fā)生在低溫保持器2中。出于此目的，對冷流起反應的傳感器單元可被安裝在低溫保持器2的外部作為監(jiān)測單元，覆蓋傳輸路徑的整個長度。該傳感器單元可由多個溫度傳感器或另外由至少一個光波導管組成，其對損壞發(fā)生時從真空絕緣 6或低溫保持器的外管5涌出的冷流起反應。在其中冷流在汽化器中產(chǎn)生相當大的蒸發(fā)增加的溫度傳感器或光波導管同樣可通過電線被連接到閥13，并且如果適當，連接到泵12。 然后它們的信號同樣導致閥13的關閉和泵12的關斷，不使低溫保持器2中的冷卻劑的壓力降低到它的更低極限。
權(quán)利要求
1.一種具有至少一個超導電纜(1)的裝置的操作方法，其中超導電纜(1)被低溫保持器(2)環(huán)繞，低溫保持器O)由兩個金屬管(5，6)組成，它們相對于彼此同心布置，并在它們之間密封真空絕緣(7)，并且低溫保持器⑵不僅環(huán)繞電纜，而且還環(huán)繞腔(8)，用于使受壓的冷卻劑穿過，其特征在于貯液區(qū)域(11)，其連接到低溫保持器( ，以使液態(tài)冷卻劑被布置在低溫保持器(2)的至少一端，泵(1 被使用，其在布置的操作期間將冷卻劑壓入低溫保持器O)，以及閥(13)被至少布置在從貯液區(qū)域(11)到低溫保持器O)的冷卻劑的供應路徑中，該閥(1 在布置的操作期間被打開，被連接到監(jiān)測低溫保持器O)的完整性的至少一個單元，并且在從監(jiān)測單元提供對應于故障消息的信號時該閥(13)被阻斷，以中斷向低溫保持器⑵的冷卻劑的供應。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于至少一個壓力檢測設備(14，15)被用作監(jiān)測單元，并監(jiān)測低溫保持器O)中的冷卻劑的壓力。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于對冷起反應的傳感器單元作為監(jiān)測單元被布置在低溫保持器O)的外部且覆蓋它的整個長度。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于多個溫度傳感器被沿低溫保持器( 布置。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于至少一個光波導管被沿低溫保持器(2)布置。
全文摘要
提出了一種方法來操作具有至少一個超導電纜的裝置，其中超導電纜被低溫保持器環(huán)繞，低溫保持器由兩個金屬管組成，它們相對于彼此同心布置，并在它們之間密封真空絕緣。該低溫保持器不僅環(huán)繞電纜，而且還環(huán)繞腔，用于使受壓的冷卻劑穿過。連接到低溫保持器的貯液區(qū)域用于使冷卻劑被布置在低溫保持器的至少一端，并且泵被使用，其在裝置的操作期間將冷卻劑壓入低溫保持器。閥被至少布置在從貯液區(qū)域到低溫保持器的冷卻劑的供應路徑中，該閥在裝置的操作期間被打開，被連接到監(jiān)測低溫保持器的完整性的至少一個單元，并且在對應于故障消息的信號被從監(jiān)測單元提供時被阻斷，以中斷到低溫保持器的冷卻劑的供應。
文檔編號H01F6/04GK102163831SQ20101062505
公開日2011年8月24日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者雷納·索伊卡, 馬克·斯泰默 申請人:尼克桑斯公司