Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND DEVICE FOR COOLING A SUPERCONDUCTING CURRENT CARRIER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/154552
Kind Code:
A1
Abstract:
For the transmission of electrical current, determined superconducting current carriers are accommodated in a cryostat, in which they are cooled with an undercooled cryogenic cooling medium, e.g. liquid nitrogen. The current carrier is electrically connected at the ends thereof to two normally conducting current supply means. The cooling medium is undercooled from a storage container to a temperature below its boiling temperature and supplied to the cryostat via a cooling medium inlet, brought into thermal contact with the superconducting current carrier, and subsequently discharged via a cooling medium outlet of the cryostat. According to the invention, the cooling medium from the cryostat is to be used for cooling at least one of the normally conducting current supply means.

Inventors:
HERZOG, Friedhelm (Josef-Brocker-Dyk 129, Krefeld, 47803, DE)
KUTZ, Thomas (Tippheideweg 11, Brüggen-Born, 41379, DE)
Application Number:
EP2018/086290
Publication Date:
August 15, 2019
Filing Date:
December 20, 2018
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
MESSER GROUP GMBH (Messer-Platz 1, Bad Soden, 65812, DE)
MESSER INDUSTRIEGASE GMBH (Messer-Platz 1, Bad Soden, 65812, DE)
International Classes:
F25B19/00; F25B25/00; F25D3/10; H02G15/34
Domestic Patent References:
WO2007005091A12007-01-11
Foreign References:
US20140150471A12014-06-05
US6732536B12004-05-11
EP1850354A12007-10-31
US20060150639A12006-07-13
Attorney, Agent or Firm:
MESSER GROUP GMBH (Messer-Platz 1, Bad Soden, 65812, DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1 . Verfahren zum Kühlen eines in einem Kryostaten (4) aufgenommenen, mit zwei normalleitenden Stromzuführungen (5, 6) elektrisch verbundenen supra leitenden Stromträgers (2), bei dem ein Kühlmedium aus einem Vorratsbehäl ter (3) auf eine Temperatur unterhalb seiner Siedetemperatur unterkühlt und über einen Kühlmediumseingang (9) dem Kryostaten (4) zugeführt, mit dem supraleitenden Stromträger (2) in thermischen Kontakt gebracht und an schließend über einen Kühlmediumsausgang (22) des Kryostaten (4) abge führt wird,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Kühlmedium nach dem Durchlaufen des Kryostaten (4) mit wenig stens einer ersten Stromzuführung (5, 6) in Wärmekontakt gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das der Stromzu führung (5, 6) zugeführte Kühlmedium stromab zum Kryostaten (4) mit Kühl medium aus dem Vorratsbehälter (3) oder einem weiteren Vorratsbehälter er gänzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Küh lung der zweiten Stromzuführung (6, 4) Kühlmedium aus dem Vorratsbehälter (3) eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn

zeichnet, dass zur Unterkühlung des Kühlmediums Kühlmedium aus dem Vor ratsbehälter (3) in einem Behälter (13) mit einem Kühlmedium in indirekten Wärmekontakt gebracht wird, das bei einem geringeren Druck als der Druck im Vorratsbehälter (3) vorliegt und aus dem Behälter (13) abdampfendes Kühlmedium zur Kühlung einer Stromzuführung (5, 6) eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass zum Unterkühlen des Kühlmediums dem Vorratsbehälter (3) kontinu ierlich oder in regelmäßigen Abständen kondensiertes Kühlmedium zugeführt wird, dessen Druck unmittelbar vor der Befüllung des Vorratsbehälters (3) niedriger als der Druck am Boden des Vorratsbehälters (3) ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn

zeichnet, dass als Kühlmedium ein erstes Kühlmedium und zum Unterkühlen des ersten Kühlmediums ein mit diesem in Wärmekontakt stehendes zweites Kühlmedium zum Einsatz kommt, das auf einer niedrigeren Temperatur vor liegt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn

zeichnet, dass als erstes und/oder zweites Kühlmedium ein verflüssigtes Gas eingesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn

zeichnet, dass die Menge an den Stromzuführungen (5, 6) zugeführten Kühl medium in Abhängigkeit von der benötigten Kälteleistung geregelt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem supraleitenden Stromträger (2), der an seinen Enden mit jeweils einer normalleitenden Stromzuführung (5, 6) elektrisch verbunden und in einem einen Kühlmediumseingang (9) und einem Kühlmediumsausgang (22) aufweisenden Kryostaten (4) aufgenommen ist, wobei der Kühlmediums eingang (9) über eine Zuleitung (8) mit einem Vorratsbehälter (3) für ein kryo genes Kühlmedium strömungsverbunden ist, welcher Zuleitung (8) eine Ein richtung (10) zur Unterkühlung des Kühlmediums zugeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Stromzuführungen (5, 6) zumindest an ihren an den supraleitende Stromträger (2) angrenzenden Abschnitten durch Wärmetauscher (18, 19) ge führt sind, die jeweils einen Kühlmediumseingang und einen Kühlmediums ausgang aufweisen und der Kühlmediumseingang wenigstens einer der Wär metauscher (18, 19) mit dem Kühlmediumsausgang (22) des Kryostaten strö mungsverbunden ist.

Description:
Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen eines supraleitenden Stromträgers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines in einem Kryostaten aufge nommenen, mit zwei normalleitenden Stromzuführungen elektrisch verbundenen supraleitenden Stromträgers, bei dem ein Kühlmedium aus einem Vorratsbehälter auf eine Temperatur unterhalb seiner Siedetemperatur unterkühlt und über einen Kühlmediumseingang dem Kryostaten zugeführt, mit dem supraleitenden Strom träger in thermischen Kontakt gebracht und anschließend über einen Kühlmedi umsausgang des Kryostaten abgeführt wird.

Als supraleitende Stromträger sollen im folgenden zum elektrischen Stromtrans port bestimmte Bauelemente bezeichnet werden; insbesondere handelt es sich dabei um supraleitende Kabel oder supraleitende Stromschienen. Derartige sup raleitende Stromträger müssen, wie alle auf Basis supraleitender Bauelemente arbeitende Einrichtungen, auf eine Betriebstemperatur gekühlt werden, die unter halb der supraleitenden Übergangstemperatur (Sprungtemperatur) des verwende ten Supraleiters liegt. Sprungtemperaturen von Supraleitern variieren in einem weiten Bereich und reichen von T c < 10 K bei klassischen metallischen Supralei tern bis zu Werten von T c >100 K bei keramischen Hochtemperatursupraleitern, wie beispielsweise Bi2Sr2Ca n Cun +i 02n +6 . Zur Kühlung werden nach dem Stand der Technik unterkühlte verflüssigte Gase, beispielsweise tiefkalt verflüssigter Stick stoff, 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 Ag gregatzustandes eintritt.

Beispiele für solche Kühlsysteme werden in den Druckschriften US 6 732 536 B1 , WO 2007/005091 A1 , EP 1 850 354 A1 und US 2006/0150639 A1 beschrieben. Bei all diesen Systemen wird das verflüssigte Gas unterkühlt und mittels einer Pumpe dem Objekt (supraleitender Stromträger) zugeführt. Nach dem Wärme- tausch 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 Ein satz, 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 Kühl medium unterkühlt. Durch den Einsatz von Vakuumpumpen kann der Verdamp fungsdruck und damit die Verdampfungstemperatur des zur Unterkühlung einge setzten 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.

Die bekannten Systeme weisen Nachteile auf, die insbesondere bei langen Kühl strecken, insbesondere bei der Kühlung von langen supraleitenden Kabeln oder Stromschienen, zum Tragen kommen. Da das Kühlmedium im Kreislauf geführt wird, durchläuft nach dem Stande der Technik das Kühlmedium entweder den supraleitenden Stromträger sowohl auf dem Hin- als auch Rückweg, oder das Kühlmedium wird über eine parallel zum Stromträger führende Rückleitung zum Kühlmediumstank bzw. zur Saugseite der Pumpe zurückgeführt. Im ersten Fall verkompliziert das Vorsehen von zwei Strömungswegen den Aufbau des supralei tenden Stromträgers und der über die doppelte Länge des Kühlweges auftretende Druckverlust muss mit entsprechend aufwändig ausgelegten Pump- und Drucklei tungssystemen kompensiert werden. Im zweiten Falle ist der Bau einer aufwändi gen, wärmeisolierten Rückleitung erforderlich. Insbesondere bei supraleitenden Kabeln oder Stromschienen stellt sich das zusätzliche Problem, dass die zu küh lenden Objekte eine Länge von einigen Hundert Metern bis zu einigen Kilometern haben, wobei in Zukunft die Entwicklung von noch erheblich längeren Stromträ gern zu erwarten ist. Um auftretende Verluste möglichst gering zu halten, wird der Stromträger daher in strömungstechnisch voneinander getrennte Kühlsegmente unterteilt, für die jeweils ein eigenes Kreislauf- Kühlsystem zum Einsatz kommt. Dies ist jedoch mit einem hohen apparatetechnischen Aufwand verknüpft.

Um Strom durch einen supraleitenden Stromträger führen zu können, ist der sup raleitende Stromträger an beiden Enden mit normalleitenden Stromzuführungen elektrisch verbunden, die die Zuführung des Stroms von einem Erzeuger und die Weiterleitung an einen Verbraucher vermitteln. Da im Betrieb durch die Stromzu führungen und den supraleitenden Stromträger hohe Ströme von beispielsweise bis zu 200 000 A geführt werden, die in den normalleitenden Stromzuführungen zu einer beträchtlichen Wärmeentwicklung führen, und gleichzeitig der supralei tende Stromträger im Betrieb stets auf einer Temperatur unterhalb seiner Sprung temperatur gehalten werden muss, ist eine Kühlung der Stromzuführungen insbe sondere im Übergangsbereich zum supraleitenden Stromträger unabdingbar. Der zeit erfolgt die Kühlung der Stromzuführungen mit konventionellen Kühlaggrega ten, die allerdings technisch aufwändig sind und ihrerseits einen hohen Stromver brauch aufweisen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist demnach, eine Möglichkeit zum Kühlen von supraleitenden Stromträgern anzugeben, die bei ähnlicher Leistungsfähigkeit mit einem geringeren apparatetechnischen Aufwand als nach dem Stand der Technik bekannte Systeme auskommt.

Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentan spruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalskombinationen der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren der eingangs genannten Art und Zweck bestimmung dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium nach dem Durchlau fen des Kryostaten mit wenigstens einer ersten Stromzuführung in Wärmekontakt gebracht wird. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird also der Kälteinhalt des Kühlmediums mehrfach genutzt: Zum einen dazu, den supraleitenden Stromträger auf einen Wert unterhalb seiner Sprungtemperatur zu halten und zum andern zur Kühlung der normalleitenden Stromzuführung. Da der supraleitende Stromträger im Betrieb keine Wärme erzeugt, erfolgt nur ein geringfügiger Wärmeeintrag über die Isolie rung des Kryostaten. Daher wird das Kühlmedium stromauf zum Kryostaten be vorzugt so weit unterkühlt, dass es noch als verflüssigtes Gas vorliegt, wenn es den Kryostaten verlässt und der normalleitenden Stromzuführung zugeführt wird.

Das als Kühlmedium eingesetzte verflüssigte Gas wird vor seinem Wärmekontakt mit dem Objekt unterkühlt, also auf eine Temperatur unterhalb seines Siedepunk tes gebracht. Dazu ist die Kühlmediumsleitung mit einer Einrichtung zum Unter kühlen des durch die Kühlmediumsleitung geführten Kühlmediums ausgerüstet. Dadurch wird gewährleistet, dass das Kühlmedium vor dem Wärmekontakt mit dem supraleitenden Stromträger stets als unterkühltes verflüssigtes Gas vorliegt. Zum Unterkühlen des Kühlmediums kommt beispielsweise eine Apparatur zum Einsatz, bei der ein verflüssigtes, bei einem gegebenen Druck vorliegendes kryo genes Kühlmedium, beispielsweise flüssiger Stickstoff, mit dem gleichen Kühlme dium in Wärmekontakt gebracht wird, das gleichfalls im verflüssigten Zustand, jedoch bei einem niedrigeren Druck vorliegt. Da die Siedetemperatur mit abneh mendem Druck sinkt, wird das bei höherem 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 Siede punkts liegt. Alternativ kann jedoch auch eine Kältemaschine oder ein Wärmetau scher zum Einsatz kommen, der einen thermischen Kontakt mit einem weiteren, noch kälteren Medium herstellt.

Falls der Kälteinhalt des durch den Kryostaten geführten Kühlmediums nicht zur Kühlung der Stromzuführung ausreicht, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass diesem aus dem Vorratsbehälter oder einem weiteren Vorratsbehälter zusätzliches Kühlmedium stromab zum Kryostaten zugeführt wird und zur Kühlung der Stromzuführung eingesetzt wird. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zur Küh lung der zweiten Stromzuführung Kühlmedium aus dem Vorratsbehälter einge setzt wird. Die zweite Stromzuführung kann auch durch Kühlmedium aus dem Kryostaten gekühlt werden, was eine bevorzugte Ausgestaltung insbesondere bei kurzen Stromträgeranordnungen ist. Insbesondere bei längeren Stromträgern empfiehlt es sich jedoch, die zweite Stromzuführung mit einer separaten Kühlme diumsleitung an den Vorratsbehälter anzuschließen, um den apparatetechnischen Aufwand zu begrenzen.

Die Unterkühlung des Kühlmediums erfolgt bevorzugt in der Weise, dass Kühlme dium aus dem Vorratsbehälter in einem Behälter mit einem Kühlmedium in indi rekten Wärmekontakt gebracht wird, das bei einem geringerem Druck als dem Druck im Vorratsbehälter vorliegt. Das aus dem Behälter abdampfende oder mit tels einer Vakuumpumpe entnommene Gas besitzt noch einen erheblichen Kälteinhalt und kann ebenfalls vorteilhaft zur Kühlung einer Stromzuführung oder beider Stromzuführungen eingesetzt werden.

Eine alternative Möglichkeit zum Unterkühlen des Kühlmediums sieht vor, dass dem Vorratsbehälter kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen kondensiertes Kühlmedium zugeführt wird, dessen Druck unmittelbar vor der Befüllung des Vor ratsbehälter niedriger als der - durch den Tankdruck sowie durch den hydrostati schen Druck des im Vorratsbehälter bereits vorliegenden Kühlmedium bestimmten - Druck am Boden des Vorratsbehälters ist. Das am Boden des Vorratsbehälters abgezogene und zur Kühlung der Stromzuführungen eingesetzte Kühlmedium liegt dadurch bei einer Temperatur deutlich unterhalb des Siedepunkts bei dem Druck am Boden des Vorratsbehälters vor.

Eine wieder andere Möglichkeit zur Unterkühlung des Kühlmediums ist dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmedium ein erstes Kühlmedium und zum Unterküh len des ersten Kühlmediums ein mit diesem an einem Wärmetauscher in direktem oder indirektem Wärmekontakt stehendes zweites Kühlmedium zum Einsatz kommt, das auf einer niedrigeren Temperatur vorliegt. Beispielsweise kommt als erstes Kühlmedium flüssiger Sauerstoff und als zweites Kühlmedium flüssiger Stickstoff zum Einsatz, der aufgrund seiner niedrigeren Siedetemperatur den flüs sigen Sauerstoff unterkühlt.

Bevorzugt kommt als Kühlmedium ein verflüssigtes Gas zum Einsatz, beispiels weise Flüssigstickstoff, Flüssigsauerstoff, LNG oder ein verflüssigtes Edelgas, insbesondere flüssiges Argon oder flüssiges Flelium. Flüssigstickstoff ist insbe sondere zum Kühlen von Apparaturen geeignet, die auf der Basis von Flochtem- peratursupraleitern arbeiten, insbesondere von supraleitenden Stromträgern oder Segmenten von supraleitenden Stromträgern. Bei Verwendung von Flüssigsau erstoff kann dieser nach der Kühlung des Stromträgers einer weiteren Verwen dung zugeführt werden, beispielsweise als Oxidationsmittel in einem Verbren nungsprozess.

In einer abermals vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Menge des an den Stromzuführungen zugeführten Kältemediums in Ab hängigkeit von der benötigten Kälteleistung geregelt.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung zum Kühlen eines supraleitenden Stromträgers umfasst die Merkmale des Pa tentanspruchs 9. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen supraleiten den Stromträger, der an seinen Enden mit jeweils einer normalleitenden Stromzu führung elektrisch verbunden und in einem einen Kühlmediumseingang und einen Kühlmediumsausgang aufweisenden Kryostaten aufgenommen ist, wobei der Kühlmediumseingang über eine Zuleitung mit einem Vorratsbehälter für ein kryo genes Kühlmedium strömungsverbunden ist, welcher Zuleitung eine Einrichtung zum Unterkühlen zugeordnet ist. Beispielsweise ist eine Einrichtung zur Unterküh lung des Kühlmediums in der Zuleitung angeordnet. Die Vorrichtung ist erfin dungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuführungen zumindest an ihren an den supraleitenden Stromträger angrenzenden Abschnitten durch Wär metauscher geführt sind, die jeweils einen Kühlmediumseingang und einen Kühl mediumsausgang aufweisen und der Kühlmediumseingang wenigstens einer der Wärmetauscher mit dem Kühlmediumsausgang des Kryostaten strömungsver bunden ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird also ein kryogenes Kühlmedium zu nächst unterkühlt und zur Kühlung des supraleitenden Stromträgers im Kryostaten und anschließend in einem Wärmetauscher zur Kühlung von mindestens einer der Stromzuführungen eingesetzt. Durch diesen Aufbau werden aufwändige elektrisch betriebene Kühlaggregate zur Kühlung der Stromzuführung vermieden oder kön nen zumindest leistungsschwächer ausgeführt werden. Anstelle eines etwaig noch erforderlichen elektrisch betriebenen Kühlaggregats kann im Übrigen auch kryo genes Kühlmedium zum Einsatz kommen, das zusätzlich zu dem durch den Kryo staten geführten Kühlmedium zur Kühlung der Stromzuführung eingesetzt wird. Dazu mündet in eine den Kühlmediumsausgang des Kryostaten mit dem Kühlme diumseingang des Wärmetauschers der Stromzuführung verbindenden Leitung eine Zuleitung ein, aus der Kühlmedium aus dem Vorratsbehälter und/oder einem weiteren Vorratsbehälter beigemischt werden kann. Im Übrigen kann auch in die ser Zuleitung ein Unterkühler vorgesehen sein und das Kühlmedium als unterkühl tes verflüssigtes Gas dem aus dem Kryostaten abgeführten beigemischt werden.

Der Unterkühler kann im Übrigen als separate Apparatur zwischen Vorratsbehälter und Stromträger angeordnet sein. Um den Eintrag von Wärme in den Unterkühler zu vermeiden ist es jedoch auch möglich, einen Abschnitt der Zuleitung mit dem Unterkühler innerhalb des Vorratsbehälters anzuordnen. Ebenso kann der Vor ratsbehälter selbst als Unterkühler zum Einsatz kommen, indem das im Vorrats behälter bevorratete Flüssiggas durch Wärmekontakt mit einem kälteren Medium in einen unterkühlten Zustand versetzt wird.

Anhand der Zeichnung soll nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. Die einzige Zeichnung (Fig. 1 ) zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 zum Kühlen eines supraleitenden Stromträ gers 2 umfasst einen Vorratsbehälter 3 zum Speichern eines kryogenen Kühlme diums, beispielsweise einen mit thermisch gut isolierten Wänden ausgerüsteten Standtank. Beim Kühlmedium handelt es sich beispielsweise um verflüssigten Stickstoff, verflüssigten Sauerstoff oder um ein verflüssigtes Edelgas. Beim supra leitenden Stromträger 2 handelt es sich um einen Leiter, der aus einem supralei- tenden Material, im Ausführungsbeispiel aus einem hochtemperatursupraleiten den Material gefertigt ist. Insbesondere handelt es sich dabei um ein supraleiten des Kabel oder um eine supraleitende Stromschiene. Um den supraleitenden Stromträger 2 während seines Einsatzes auf einer Temperatur unterhalb der sup raleitenden Sprungtemperatur seines Materials zu halten, ist der Stromträger 2 ist über seine gesamte Länge in einem Kryostaten 4 aufgenommen, in dem der sup raleitende Stromträger 2 in Kontakt mit Kühlmedium aus dem Vorratsbehälter 3 gebracht wird. Der supraleitende Stromträger 2 ist mit normalleitenden Stromzu führungen 5, 6, beispielsweise Stromträger oder massiven Zuführungen aus ei nem gut leitenden Material, beispielsweise Kupfer, elektrisch verbunden.

Zum Transport des Kühlmediums vom Vorratsbehälter 3 zum Kryostaten 4 dient eine Kühlmediumsleitung 8, die mit einem Kühlmediumseingang 9 des Kryostaten 4 strömungsverbunden ist. In der Kühlmediumsleitung 8 ist eine Einrichtung 10 zum Unterkühlen des durch die Kühlmediumsleitung 8 geführten verflüssigten Ga ses vorgesehen. Mittels einer Sperrarmatur 1 1 kann die Durchleitung von verflüs sigtem Gas durch die Kühlmediumsleitung 8 unterbrochen oder geöffnet werden.

Bei der Einrichtung 10 handelt es sich insbesondere um einen Unterkühler, der nach folgendem Prinzip arbeitet: Von der Kühlmediumsleitung 8 zweigt eine Aus leitung 12 ab, durch die Kühlmedium aus dem Vorratsbehälter 3 abgeführt und in einem in der Einrichtung 10 eingebauten Behälter 13 mit dem durch die Kühlme diumsleitung 8 geführten Medium in thermischen Kontakt gebracht wird. Mittels einer Sperrarmatur 14 kann das Medium im Behälter 13 strömungstechnisch von dem durch die Kühlmediumsleitung 8 geführten Kühlmedium getrennt werden. Im Behälter wird Kühlmedium bis zur Höhe eines Pegels 15 eingefüllt. Von der Gas phase oberhalb des Pegels 15 zweigt eine Ausleitung 17 für gasförmiges Kühl medium ab, die entweder mit der Umgebungsatmosphäre oder mit einer hier nicht gezeigten Vakuumpumpe verbunden ist. Da beim Eintritt in die Wärmetauscher 10 das über die Kühlmediumsleitung 8 herangeführte Kühlmedium auf einem höhe ren Druck und damit auf einer höheren Temperatur vorliegt als das Kühlmedium im Behälter 13, wird das durch die Kühlmediumsleitung 8 geführte Medium durch den Wärmetausch auf eine Temperatur unterhalb seines Siedepunkts gebracht, also unterkühlt. Beispielsweise wird das anschließend dem Kühlmediumseingang 9 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 17 eine hier nicht gezeigte Vakuumpumpe anzuschließen, mittels der der Druck des Kühlmediums in der Ausleitung 17, und damit dessen Temperatur im Behälter 13, weiter reduziert werden kann.

Im Betrieb der Vorrichtung 1 wird der supraleitende Stromträger 2 auf eine Tem peratur unterhalb seiner supraleitenden Sprungtemperatur gekühlt. Anschließend wird ein Strom, bevorzugt Gleichstrom mit einer Stromstärke von beispielsweise 200000 A von einem hier nicht gezeigten Stromerzeuger über die Stromzuführung 5 in den supraleitenden Stromträger 2 zur Stromzuführung 6 geleitet und an schließend einem hier gleichfalls nicht gezeigten Verbraucher zugeführt.

Da es aufgrund der hohen Ströme in den normalleitenden Stromzuführungen 5, 6 zu einer erheblichen Wärmeentwicklung kommt, sind diese jeweils mit einem Wärmetauscher 18, 19 zum thermischen Kontakt mit einem Kühlmedium ausge rüstet. Als Kühlmedium kommt bei der Vorrichtung 1 Kühlmedium aus dem Vor ratsbehälter 3 zum Einsatz. Während das Kühlmedium für den Wärmetauscher 18 über eine Zuleitung 21 direkt aus dem Vorratsbehälter 3 in den Wärmetauscher geführt wird und dort an einer hier nicht gezeigten Wärmetauscherfläche mit der Stromzuführung 5 in thermischen Kontakt kommt, wird der Wärmetauscher 19 von dem aus dem Kryostaten 4 an einem Kühlmediumsausgang 22 austretenden und über eine Leitung 23 zum Wärmetauscher 19 geführten Kühlmedium gekühlt. Da das Kühlmedium im Kryostat 4 im Betrieb des supraleitenden Stromträgers 2 nur wenig Wärme, überwiegend aufgrund eines Wärmeeintrags über die isolierenden Wände des Kryostaten 4, aufnimmt, ist das Kühlmedium auch in der Leitung 23 noch im flüssigen Zustand. Durch den Wärmekontakt mit den Stromzuführungen 5, 6 verdampft das kryogene Kältemedium zumindest teilweise und wird nach Durchlaufen durch die Wärmetauscher in die Umgebungsatmosphäre abgegeben oder einer weiteren Verwendung zugeführt.

Im Übrigen kann auch kaltes Gas aus der Ausleitung 17 zur Kühlung in einem der Wärmetauscher 18, 19, anstelle oder ergänzend zu dem über die Leitungen 21 , 23 herangeführten Kühlmedium, eingesetzt werden. Bei nicht allzu langen supra leitenden Stromträgern 2 ist es zudem möglich, das aus dem Kryostaten 4 am Kühlmediumsausgang austretende Kühlmedium zum Kühlen beider Stromzufüh rungen 5, 6 einzusetzen. Die Leitung 23 kann darüber hinaus auch mit einer Zulei tung 24 ausgerüstet sein, über die bei Bedarf zusätzliches Kühlmedium aus dem Vorratsbehälter 3 oder einem weiteren Vorratsbehälter zugeführt und zur Kühlung der Stromzuführung 6 im Wärmetauscher 19 eingesetzt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist insbesondere zur Kühlung langer supra leitender Stromträger 2 geeignet, bei denen eine Kreislaufführung des Kühlmedi ums aufgrund des hohen apparativen Aufwandes und/oder des unvermeidlichen Wärmeeintrags über die isolierenden Wände des Kryostaten 4 unwirtschaftlich wäre.

Bezuaszeichenliste

1 . Vorrichtung

2. Supraleitender Stromträger

3. Vorratsbehälter

4. Kryostat

5. Stromzuführung

6. Stromzuführung

7.

8. Kühlmediumsleitung

9. Kühlmediumseingang

10. Einrichtung zum Unterkühlen

1 1 . Sperrarmatur

12. Ausleitung

13. Behälter

14. Sperrarmatur

15. Pegel

16. -

17. Ausleitung

18. Wärmetauscher

19. Wärmetauscher

20

21 . Zuleitung

22. Kühlmediumsausgang

23. Leitung

24. Zuleitung