SE500485C2 - Kylanordning för kylning av strömledare hos genomföringar hos en kryotank - Google Patents

Description

40 45 l I k) '00 U strömledama. Vid växelström tillkommer också värrneutveckling på grund av uppträdande virvelströmmar. Hänsyn måste också tas till den ökande resistans som uppträder på grund av skineffekten.

Utan att närmare kvantifiera värrneinflödet till kryotanken och den inre utvecklade värmen kan man konstatera att för att minimera värme- inflödet till vätskan måste detta värme på något sätt avledas. En automatik för detta finns inbyggd i sambandet mellan kylrnediets vätske- och gasfas.

Vid en tendens till ökande gastemperatur kommer en ökande del av vätskan att övergå till gasforrn. Den på detta sätt utvecklade gasen tillåtes, via en öppning på den del av genomföringen som befinner sig utanför kryotaiiken, att fritt få flöda ut till den omgivande luften.

Detta innebär att ett gasflöde, som vid gränsytan mellan vätska och gas i stort håller vätskans temperatur, på sin väg upp till locket och utsläppet till den omgivande luften, där den antar den omgivande luftens temperatur, flödar kring strömledama och därvid kan användas för att kyla dessa. Eftersom gasflödets riktning är motriktad värmeinflödet kallas ofta denna gaskylning motströmskylning. För att göra denna så effektiv som möjligt utformas strömledama som värmeväxlare. Som sådana kan strömledama i den gasfyllda delen av kryotanken ha olika utföringsformer. I "Superconducting Magnets", Clarendon Press, Oxford 1983, sid 272 beskrivs strömledama som elektriskt parallellt kopplade folier som är monterade på ett visst avstånd från varandra för passage av kylmedium längs med foliema. Paketet av folier är placerade i ett rörformat omgivande hölje av isolerrnaterial med ett inre öppet utrymme med ett rektangulär: fonnat tvärsnitt. Av en artikel "A review of current leads for cryogenic devices" i CRYOGENICS, april 1975, sid 193-200 framgår det att stångmaterial, rör och tunna trådar tvinnade till ett knippe också kan användas som konstruktionselement för sådana strömledare. I andra utföringsformer strävar man efter att erhålla ströniledare med stort yt/tvärsnittsförhållande. Då strömledama utformas som rör kan hål upptas i rörväggen både vid vätskans yta och omedelbart under locket.

Därvid kan den kylande gasen även flöda invändigt i röret och på så sätt leda till förbättrad kylning. Det finns dock en betydande risk vid kylning med invändigt gasflöde. Om gasflödet i till- och frånledama tillfälligt eller på grund av mindre geometriska olikheter blir olika kommer den strömledare som får det minsta gasflödet att värmas upp mera varvid den strömmande gasens viskositet och strömningsmotstånd ökar. Detta leder i sin tur till ytterligare försämring av gasgenomströmningen vilket så småningom kan leda till överhettning och förstörelse av genomföringen.

För att förhindra detta måste det införas regleranordnirigar för att hålla gasströmmama lika. 40 45 3: 580 485 För att minimera värmeinflödet via strömledama dimensioneras deras tvärsnitt ofta så att strömledama vid anslutningen till kryotankens lock vid märkström har temperaturgradienten noll. Från omgivningen flyter då inget värme in i tanken genom strömledama.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN, FÖRDELAR Uppfinningen innefattar en kylanordning som innebär ett effektivt sätt att utan regleranordningar utnyttja det gasflöde som uppstår inne i en kryotank för kylning av strömledama. Anordningen skall principiellt beskrivas med utgångspunkt från en strömgenomföring för två sinsemellan isolerade strörnledare. Var och en av strömledama består av ett antal plåtforrnade delledare. Inne i den gasfyllda delen av kryotanken hålls alla delledare på ett visst avstånd från varandra varvid det bildas ett utrymme för passage av den kylande gasen. Dels för att säkerställa samma avstånd mellan delledama och dels för att åstadkomma kylkanaler i utrymmet mellan delledama finns ett lika antal och med samma stigning något snedställda tvärlister av isolennaterial placerade mellan delledama.

Tvärlisterna i varje utrymme är sedan sinsemellan ordnade med samma delning. Om man betraktar strömledama från respektive strömledares utsida och in mot den mellanliggande huvudisoleringen är tvärlistema lutade åt samma håll, dvs antingen från höger sida av plåtama och uppåt mot locket eller vice versa. Detta innebär också att om man tänker sig kunna se "genom" de båda strömledama kommer tvärlistema att vara snedställda åt motsatt håll.

De båda plåtpaketen med mellanliggande isolering är sedan placerade inuti ett hölje med ett i huvudsak rektangulärt inre tvärsnitt. Höljet är tillverkat av isolermaterial. Dess inre dimensioner är anpassade så att ett motstående väggpar har en bredd som motsvarar de båda plåtpaketens inklusive mellanliggande isolerings bredd. Det andra motstående väggparet har en bredd som är något större än delledamas bredd. På de båda inre väggama hos höljet som vänder mot delledamas plåtkanter är fixerade hyllor med samma delning som delningen mellan tvärlistema och med en sådan längd och placering att hylloma ligger an mot plåtkantema vid tvärlistemas ändar.

En ytterligare funktion av tvärlistema är att stadga delledama så att de 100 Hz strömkrafter som delledama utsättes för ej tillåtes initiera för stora vibrationer.

Höljets längd är anpassad så att den alltid är mindre än den minsta höjd som gaspelaren kan få och höljet är fixerat så att den nedre delen alltid ligger över kylvätskans nivå. 40 45 J 7 i Ü 485 (Jl ( Kylanordningen fungerar nu på så sätt att den gas som utvecklas i kylvätskan och som tränger genom kylvätskeytan tvingas passera det nedre lagret av kylkanaler på båda sidor av den mellan strömledama liggande huvudisoleringen. Samtliga av dessa kanalers gasflöde mynnar sedan ut i det på var sin sida gemensarruna mellanrummet mellan de två nedersta hyllorna och tvingas sedan fördelas mellan samtliga kylkanaler i nästa kylkanalrad. På detta sätt kommer det att bildas två i meander- eller spiralforrnade parallellt gående kylslingor runt de båda strörnledama som mynnar ut vid höljets övre kant varefter den genomströmmande gasen via den tidigare omnärrmda öppningen får flöda ut till den omgivande luften.

Någon större risk för lokal upphettning av någon av delledama finns knappast eftersom den kylande gasen mellan delledama i varje kylrad blandas i mellanrummet mellan två intilliggande hyllor.

En altemativ utföringsfonn av anordningen för kylning av delledama består i att ha endast en meander- eller spiralformad kylkanal. Vilken av de föreslagna utföringsfonnema som i ett givet fall skall väljas och kanalemas dimensionering, stigning m m för optimal kylning beror på en mängd faktorer så som kryotankens utformning, aktuellt kylrnedium, gaspelarens höjd, märkström hos strömledama, antal strömledare och antal delledare, material i strömledama m m.

Den redovisade utfomtningen av kylkanalema med utgångspunkt från två strömledare kan med samma principiella lösning användas även då strömgenomföringen innefattar flera strömledare. Detta kan t ex bli aktuellt om det objekt vars elektriska delar skall vara i ett supraledande tillstånd utgöres av lindningar hos en reaktor eller transformator.

Fördelama med de redovisade kylanordningama är att man har fått en möjlighet att minimera värrneinflödet via strömledama, att man får kontrollerat kylgasflöde utan regleranordningar, att kylkanalema är både enkla att framställa och att applicera på strömledama samt att man har fått en ökad stabilitet mot vibrationer.

RITNINGSFÖRTECKNING En kylanordning enligt uppfinningen för strömledama i en gaskyld genomföring hos en kryotank för supraledande applikationer och där strömledama består av ett antal plåtformade delledare framgår av bifogade figurer.

Figur 1 visar ett exempel på kylanordningens utformning, då genomföringen omfattar två strömledare, med hjälp av ett vertikalt snitt genom en kryotank parallellt med de plåtforrnade delledamas bredd. 40 45 Figur 2 visar ett vertikalt snitt genom kryotanken vinkelrätt mot snittet enligt figur 1 och gående genom strörnledarnas mitt.

Figur 3 visar en altemativ utföringsform av kylanordningen med hjälp av ett snitt genom en kryotank parallellt med de plåtforrnade delledamas bredd.

Figur 4 visar ett exempel på en kylanordning i samma vy som figur 2 där genomföringen omfattar fyra strömledare.

Figur 5 visar en genomskäming genom strömledama enligt figur 4 i ett horisontellt plan.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Utforrrmingen av en kryotank är i allmänhet betingad av formen och storleken på det objekt som skall anta sådan temperatur att de elektriska ledama förknippade med objektet blir supraledande. Genomföringama med sina strömledama placeras dock praktiskt taget alltid på kiyotankens lock. Var på locket genomgöringama placeras kan dock komma att variera beroende på aktuellt objekt.

Kryotanken enligt bifogade figurer 1, 2 och 3 har för enkelhets skull visats som en cirkulärcylindrisk tank med en i locket centralt placerad strömgenomföring. De geometriska proportionerna mellan genomföringama med strömledama, objektet, kryotanken m m är förvrängda för att bättre kunna visa kylanordningens uppbyggnad.

I figurema 1, 2 och 3, som omfattar utföringsforrner med två ström- ledare, visas kryotanken 1, locket 2, objektet 3, kryostatvätskan 4, kyhnediet i gasform 5, strömledama 6 och 7, strömgenomföringens och det kring strömledarna omgivande hölje 8 med fästfläns 9 samt öppningen 10 för gasutsläppet.

Av figur 2 framgår också den mellan strömledarna befintliga isoleringen vid 11 samt att strömledarna består av ett antal plåtformade delledare 12.

Utanför kryotanken hålls dessa i hop så att de bildar en mer eller mindre massiv strömledare. Både av kyltekniska och andra skäl är det önskvärt att hålla delledama på ett visst avstånd från varandra inne i kryotanken.

Dels för att säkerställa samma avstånd mellan delledama och dels för att åstadkomma kylkanaler i utrymmet mellan varje delledare och ökad stabilitet mellan delledama finns det som det framgår av figurema 1 och 3 ett lika antal och med samma stigning något snedställda tvärlister 13a, 13b, . . 13n av isolermaterial placerade mellan delledama hos 40 45 560- 485 6 strömledaren 6 och motsvarande snedställda tvärlister 14a, l4b, 14n hos strömledaren 7.

De båda strömledama med mellanliggande tvärlister och isolering förlöper inuti höljet 8 som har ett i huvudsak rektangulärt inre tvärsnitt.

Som det framgår av figur 2 ligger den delledare hos de båda strörnledama som ligger längst från den mellanliggande isoleringen direkt an mot det ena väggparet hos höljet. På de båda väggama hos höljet som vänder mot delledamas plåtkanter är fixerade hyllor 15a, l5b, 15n respektive l6a, l6b, 16n med samma delning som delningen mellan tvärlistema och med en sådan längd och placering att hylloma ligger an mot plåtkantema vid tvärlistemas ändar.

Det kommer därvid att bildas två bredvid varandra spiralforrnade kylkanalrader som vrider sig mellan och runt delledama. Dessa kanaler kommer att leda den kylande gasen från höljets mot kylvätskan vända del runt delledama och upp till utsläppet vid öppningen 10.

I figur 3 visas ett altemativt utförande av kylanordningen där endast en kylkanalrad i spiralfonn vrider sig mellan och runt delledama.

Det har under redovisningen av uppfinningen angetts att principen för kylning av strömledama med kylkanalrader som spiralforrnade vrider sig runt strömledama kan komma till användning även då strömledarantalet är fler än två. Figurema 4 och 5 åskådliggör en av flera möjliga utföringsforrner med 4 strömledare 6, 17, 18 och 7 med mellanliggande isoleringar lla, llb och llc. Figur 4 visar strömledama i samma vy som figur 2 och figur 5 visar strömledama sett från lockets sida i något kylkanalradsnitt mellan två hyllor som definierar en kylkanalrad.

Strömledarpaketet omges även här av ett hölje 8 med ett i huvudsak rektangulärt tvärsnitt. Kylgasflödets övergång mellan två intilliggande strömledare 6-17, 17-18 och 18-7 via utrymmet mellan två hyllor sker på samma sätt som visats i figur 1 eller 3 via passagema 19, 20 och 21. För att sluta kylgasflödeskretsen, dvs leda flödet från strömledare 7 tillbaka till strömledare 6 krävs att det via hylloma finns en flödeskanal 22 för detta ändamål. Figur 4 visar en utföringsform där kylgasflödets övergång från en kylkanalrad till nästa sker mellan de två yttre strömledama, dvs mellan strömledama 7 och 6 vilket samtidigt innebär att de övriga Övergångarna 19, 20 och 21 sker i samma kylkanalrad. En mera renodlat spiralforrnad kylgasflödesväg erhålles om övergången mellan varje ströniledare göres med lika delstigning.

I Figurema 1, 3 och 5 har kylgasflödets vägar indikerats med pilar och i ñgurema 2 och 4 med en cirkel med en punkt i centrum för utgående flöde och en cirkel med X för ingående flöde.

Claims (3)

10 15 20 25 30 35 40 45 nu CD C.) PATENTKRAV

1. l. Kylanordning för kylning av strömledare (6, 7, 17, 18) hos genomföringar hos en kryotank (1) som innehåller ett kylrnedel dels i form av vätska (4) och dels i form av gas (5) som utvecklas i vätskan på grund av ett värmeinflöde till kryotanken och att gasen flödar från vätskeytan upp till en öppning (10) i genomföringens övre del och ut till den omgivande luften och att i vätskan befinner sig ett objekt (3) som skall anta sådan temperatur att de elektriska ledarna förknippade med objektet blir supraledande och att strömtillförseln till objektet sker via strömledarna som i den gasfyllda delen av kryotartken är utformade som plåtformade delledare (12) och att strömledarna med mellanliggande huvudisolering (ll, lla, llb, llc) omges av ett av isolerrnaterial tillverkat hölje (8) vars inre öppna del har ett i huvudsak rektangulärforrnat tvärsnitt vilken kylanordning är k ä n n e t e c k n a d av att det mellan alla delledare är anordnade ett lika antal och med samma stigning snedställda tvärlister (l3a, 13b, 13n, 14a, 14b, 14n) med sinsemellan lika delning och att det omgivande höljets inre dimensioner är så anpassade att ett motstående väggpar har en bredd som motsvarar plåtpaketens inklusive mellanliggande isolerings bredd och att det andra motstående väggparets bredd är så mycket större än delledamas bredd att det på de båda inre väggama hos höljet som vänder mot delledamas plåtkanter kan fixeras hyllor (l5a, l5b, 15n, 16a, l6b, l6n) med samma delning som delningen mellan tvärlistema och med en sådan längd och placering att hylloma ligger an mot plåtkantema vid tvärlistemas ändar varvid det från höljets kant mot vätskan bildas en eller flera spiralfonnade kylslingor runt strömledarna som mynnar ut vid genomföringens övre del.

2. Kylanordning för kylning av strömledare (6, 7, 17, 18) i ström- genornföringar hos en kryotank (1) enligt patentkrav l k ä n n e t e c k n a d av att stigningen hos tvärlistema är så anordnad att det runt strörnledama bildas en spiralfonnad kylslinga.

3. Kylanordning för kylning av strömledare (6, 7, 17, 18) i ström- genomföringar hos en kryotank (1) enligt patentkrav 1 k ä n n e t e c k n a d av att stigningen hos tvärlistema är så anordnad att det bildas två parallellt gående kylslingor. Q?