[发明专利]用于超导体和超导的同步电机的冷却装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于超导体、特别是同步电机的高温超导体的冷却装置，包括用于冷却介质的冷却循环，其中，在具有冷凝器的冷头（Kaltkopf）中液化的冷却介质引导至待冷却的超导体、特别是导入同步电机的转子中，并且气态地导向返回至冷凝器。此外本发明涉及一种超导的同步电机、特别是应用于航海运输工具。

背景技术

在所谓的超导的机器中设置至少一个超导的绕组，其中，通常应用所谓的高温超导体（HTS超导体）。HTS超导体称为金属氧化的超导体材料，具有超过77K的转变温度（Sprungtemperature）Tc。

通常低温的液体作为冷却介质应用于对超导体的冷却，特别是也用于对在超导的机器中的超导体的冷却。因此例如对于HTS超导体而言冷却装置是已知的，其中，在封闭的系统中例如将氖气或氮气作为冷却介质在具有冷凝器的冷头上进行液化。冷却介质从此处出发流入承载超导体的部件中，例如待冷却的转子中。蒸发的冷却介质返回到达冷凝器并且在那里重新液化。在此，充分利用所谓的热虹吸效应。液态的冷却介质在承载超导体的、导热的载体上，特别是在绕组载体上蒸发，并且基于压力差返回流至冷凝器，基于在蒸发器中的蒸发和在冷凝器的冷凝器腔室中的冷凝而产生该压力差。这种制冷介质流动装置（Kaeltemittelstroemungen）也称为“Heat-Pipe”。

在已知的冷却装置中通过重力来实现将液态的冷却介质运输至超导体。这意味着，在大地测量学方面，冷凝器布置地高于蒸发器。总体上形成封闭的冷却系统。

那么当冷却装置的或者说包括该冷却装置的同步电机的倾斜位置可能出现时，如同其例如对于船舶应用而言在超导的同步电机中、即例如HTS电机或HTS发电机中可能的那样，该工作方法总是证明为有困难的。在例如船舶的航海交通工具中船舶很容易出现倾斜位置或者说倾斜。这样的静态偏斜称为“Trim”，但是动态偏斜也是可能的。那么液态的冷却介质同样不能到达蒸发器中并且其冷却效果无法发挥。

为了解决这个问题提出，即当冷却装置和特别是因此冷却介质管道也可能出现倾斜时，则总是利用液体镜面的在大地测量学方面的高度，或者甚至于，已经倾斜地安装整个超导的机器。这特别意味着，布置具有冷头的冷凝器布置地明显高于待冷却的超导体。在封闭的系统中液态冷却介质中和进而高位液体镜面充足时，因此尽管冷却介质管道升高，液态的冷却介质也可以导向至超导体、特别是导向进入转子中。

这种工作方式一方面具有的缺点在于，在系统中必须维持大量的液态的冷却介质。另一方面相对于各种组件的布置和管道的走向为冷却介质给出限制，这涉及冷却装置的设计。

当空间不足时，设计限制也在其它的应用领域中给出，空间不足不允许设置具有冷头的在大地测量学方面位置更高的冷凝器，该冷头通常与制冷机连接。这例如也适用于装置、例如铁路的驱动车辆或者类似物的高度限制。

对例如泵的机械装置的应用需要高昂的装备和能量消耗，该消耗恰好对于低冷却介质温度而言还要升高。

发明内容

因而本发明的目的在于，提出一种用于超导体的冷却装置，该冷却装置以可靠的方式将冷却介质运输至待冷却的超导体，在此无需以引力效应为基础，并且克服了相应的限制。

为了实现该目的，根据本发明设置开头所述方式的冷却装置，即冷却介质的、通过借助于热源蒸发的部分所产生的压力用于将冷却介质从冷凝器输送至超导体。

根据本发明还提出，冷却装置配备有热源，热源布置在冷凝器和待冷却的超导体之间的输送部段中，并且设计用于这样运行，即，通过蒸发的、因此体积大的冷却介质产生压力，该压力将冷却介质输送至待冷却的超导体。以这种方式可能的是，液态的冷却介质在不利用重力的情况下向上输送至待冷却的超导体，特别是输送进入转子中。在此充分利用了通过在液态的冷却介质的区域中的热源而导致的压力升高情况，并且将冷却介质最终压向超导体。特别地，这种冷却介质供给装置适用于船舶，由于在液态的冷却介质与船舶的实际位置无关，可以相对于水平面输送。可以更灵活地选择液态的冷却介质量，并且冷凝器不再必须强制地高于管道部段的排出开口，承载超导体的部件、特别是转子位于管道部段中。在同步电机中，超导体例如可以固定在能导热的绕组载体上，该绕组载体构成转子的内腔的边界，该转子作为蒸发器腔室起作用。