[发明专利]用于脉冲负荷制冷的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉冲负载冷却方法和制冷器。

本发明特别涉及用于冷却“托卡马克”（Tokamak）元件，即用于间歇产生等离子体的装置元件的脉冲负载方法，采用使例如氦的工作流体受控于工作循环的冷却设备的该方法包括：压缩；冷却和膨胀；与元件的热交换；和加热，当托卡马克处于等离子体产生阶段时由冷却设备产生的冷却功率增加到相对高的水平而当托卡马克不再处于等离子体产生阶段时冷却设备产生的冷却功率减少到相对低的水平。

本发明更特别涉及用于冷却托卡马克元件，即间歇产生等离子体的装置元件的脉冲负载冷却方法和制冷器。

背景技术

托卡马克(“Toroidalnaya Kamera c Magnitnymi Katushkami”的俄语首字母缩写）是一种能够产生用于获得聚变能量所需的物理条件的装置。特别地，托卡马克装置间歇地产生等离子体，即导电的电离气体。

托卡马克的冷却需求取决于它们的高度瞬时工作状态。托卡马克产生非连续的重复脉冲的等离子体。每隔一定间隔循环地或基于请求随机地产生等离子体。

这种操作模式需要所谓的“脉冲负载”冷却，即一个非常短的时间量（在等离子体产生阶段期间）需求非常大的冷却功率，而在较长周期（直到产生下次等离子体）期间存在很少冷却需求的该较长时期遵循该高冷却要求。

因此托卡马克制冷器设计为满足该操作模式的需求。因此，这些制冷器使用被称作“节能器”模式的在等离子体之间的周期中产生液态氦。产生的液态氦存储在等离子体产生阶段期间通过沸腾（boiling）来冷却托卡马克元件所消耗的储备中。

当两个等离子体之间的周期足够长时，在下个等离子体之前达到液态氦储备的最大填充水平。则制冷器的冷却功率可能减小，从而节省大量电力。在传统解决方案中，制冷器的功率通过减小循环压力（即通过在其工作循环内减小氦压缩的压力水平）最小化。制冷器的功率也可通过当使用频率变换器时改变循环流动速率减小或者增加（即通过工作循环的氦流动速率选择性地减小或增加）。

一般在液态氦储备中提供加热器。激活该加热器以用来消耗剩余的冷却功率，从而保持液位恒定或者至少低于最大阈值。

按照传统，取决于加热器的有效功率请求在功率状态之间的转换（所产生冷却功率的增加或者减少），即使用定义循环的压力设定点和/或制冷器的压缩站的变换器的频率设定点的“加热曲线”解释的加热器的电控制信号。

当产生新的等离子体时，使制冷器手动地（由操作者）或作为加热器的“加热曲线”的函数来产生最大的制冷功率。

当等离子体消失并且需要冷却功率较低时，当没有电力供给加热器时，一般自动实现制冷器的产生更少冷却功率的方式的返回。

文件WO 2009/02740512描述一种用于基于由制冷器产生的冷却功率调节由制冷器输送到消耗者（consumer）的制冷功率的方法。

虽然这些操作模式全部满足，但是制冷器的功率消耗仍然很高。

发明内容

本发明的一个目标是减轻上面简单涉及的现有技术中所有或一些缺陷。特别地，本发明的目标是提供一种优于那些现有技术的冷却方法和制冷器。

为此，根据本发明和此外根据在上面导言中给出的其中的一般定义，用于冷却托卡马克元件的方法基本上特征在于响应于在托卡马克中的等离子体的启动步骤期间产生的信号，自动地触发由冷却设备所产生的冷却功率的增加。

本发明因此允许制冷器的冷却功率自动调节，最小化液态氦消耗。如下面将描述的，本发明允许减小在制冷器的所有功耗。本发明特别允许减小在它的最大冷却功率的冷却器使用的周期长度。

根据本发明可在氦储备受影响之前预期等离子体的产生获得。

另外，本发明的实施例可包括一个或多个下列特征：

-当存在可在托卡马克中观察到的物理参数的预定修改时产生信号；

-当存在至少一个下列物理参数的预定修改时产生信号：托卡马克的内部温度的预定升高；用于切换托卡马克到等离子体产生阶段的手动或者自动控制信号；与压力和/或电流和/或电压和/或磁场测量相关联的电信号；或者由例如照相机或一条或多条光纤的光学测量仪器传导的信号；