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KR20160030192A - 냉각 회로 내의 과냉 액체를 이용한 소비자 냉각 장치 - Google Patents

냉각 회로 내의 과냉 액체를 이용한 소비자 냉각 장치 Download PDF

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KR20160030192A
KR20160030192A KR1020167001720A KR20167001720A KR20160030192A KR 20160030192 A KR20160030192 A KR 20160030192A KR 1020167001720 A KR1020167001720 A KR 1020167001720A KR 20167001720 A KR20167001720 A KR 20167001720A KR 20160030192 A KR20160030192 A KR 20160030192A
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KR
South Korea
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cooling
cooling circuit
liquid
subcooler
pressure
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KR1020167001720A
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English (en)
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Inventor
프리드헬름 헤르쪼그
토마스 쿠츠
Original Assignee
메써 그룹 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

종래 기술에 따르면, 과냉 액체 매체, 예를 들면, 과냉 액체 질소가 과냉각기를 통하여 펌핑되며, 이에 따라, 진공에서 증발하는 동일한 매체에 의해 냉각된다. 이러한 과냉 질소는 그런 다음 소비자용 냉각제로서 사용된다. 작은 양의 열만이 소비자에 의해 질소로 방출되면, 액체 매체는 과냉각기가 배치되는 회로 내에서 안내될 수 있다. 체적 변동을 보상하기 위해, 이러한 회로는 보상 용기를 필요로 하지만, 보상 용기는 매우 고가이며, 또한, 매체의 일부가 외부 에너지를 사용하여 가열되거나 매우 낮은 온도에서 끓는 비활성 가스가 압력 보상 매체로서 사용되어야 할 때, 과냉 매체가 존재하는 경우에만 작동될 수 있다. 본 발명에 따르면, 액체 매체용 공급 용기가 냉각 회로로 통합되고 보상 용기로서 사용되는 것이 제안된다. 따라서, 개별적인 보상 용기의 사용이 생략될 수 있다.

Description

냉각 회로 내의 과냉 액체를 이용한 소비자 냉각 장치{DEVICE FOR COOLING A CONSUMER WITH A SUPER-COOLED LIQUID IN A COOLING CIRCUIT}
본 발명은, 소비자에게 할당된, 펌프 및 과냉각기가 구비되는, 냉각 유체를 순환시키는 냉각 회로를 가지며, 과냉각기는, 팽창 밸브를 갖춘 공급 라인을 통하여 냉각 액체용 저장 탱크에 유체 연결되고 냉각조를 수용하는 역할을 하는 용기와, 증발된 냉각 액체를 배출하기 위해 용기에 배치되는 기체 제거 라인과, 장치의 적정 사용 중 냉각조에 침지되고 냉각 회로로 통합되는 열교환기를 갖는, 소비자 냉각 장치에 관한 것이다.
예를 들면, 액체 질소, 액체 산소 또는 액화 희가스와 같은 저비점(low-boiling) 액화 가스는 저장 용기 및 파이프의 특히 양호한 절연에 의해서만 액체로 유지될 수 있다. 최소의 입사 열 방사 또는 마찰 가열은, 비등 상태(boiling state)에 따라, 부분적인 기화로 이어질 수 있다. 부분적인 기화는 의도된 냉각 작용을 악화시키는 비등 기포(boiling bubble)를 냉각 회로 내에 모은다. 따라서, 부분적인 기화에 대응하기 위해, 액체를 열 발생 소비자로 공급하기 전에 액체를 과냉각시키는 것이 바람직하다. 본 발명의 맥락에서 "과냉각"이란 액체를 각각의 압력에서 비등 온도 미만의 온도로 냉각시키는 것으로 이해된다. 예를 들면, 이산화탄소 또는 불화계 탄화수소와 같은 고비점(high-boiling) 액화 가스의 경우에는, 상대적으로 과냉각이 일어나기 쉽다. 이를 위해, 저장 탱크 내의 액체 냉각제가 전기식 냉각 유닛에 의해, 환형 파이프 시스템 내에서의 재순환 중, 입사 열 방사 및 마찰 손실의 결과로 부분적인 기화가 발생하지 않는 지점까지 과냉각된다. 그러나, 이에 필요한 유닛은, 높은 소요 동력으로 인하여, 습득하고 작동하는 데에 비용이 많이 소요된다.
DE 2929709 A1은 액체 과냉각 장치를 개시한다. 상기 장치는 액화 극저온 냉각제의 냉각조가 수용되며 가스 유출 밸브가 헤드 스페이스 내에 배치되는 단열 용기로 구성된다. 냉각조에는, 열교환기, 예를 들면, 과냉각될 액체가 이를 통해 유동하는 냉각 코일이 배치된다. 액체를 과냉각시키기 위해, 냉각조에 걸친 압력이 냉각 코일 내의 압력에 비하여 낮게 확보된다. 냉각조가 비등 상태에 있지만 그 압력은 과냉각될 액체의 압력에 대하여 저감되므로, 그 비등 온도가 과냉각될 액체의 비등 온도 미만이며, 이에 따라, 그 액체가 과냉각되고, 이미 형성된 가스 기포가 다시 한번 액화된다. 냉각조에 걸친 압력이 낮을수록, 그 비등 온도도 낮아지며, 냉각 코일 내에서 액체가 더 효과적으로 과냉각된다.
이러한 과냉각기가 이제 소비자를 냉각시키기 위해 사용될 수 있으며, 이는, 예를 들면, 소비자에게 할당된 냉각 회로로 통합된다. 과냉각기는 과냉각된 냉각 액체를 소비자에게 지속적으로 공급한다. 이러한 구성의 경우, 소비자와의 열 접촉 중에도 냉각 액체가 그 비등 온도에 도달하지 않도록 냉각 액체의 과냉각 중 제거된 열을 소비자로부터의 열 입력에 일치시킬 수 있어, 냉각 회로 내에서 항상 액체 상태에 있게 된다.
특히, 불규칙적인 열 입력이 발생하는 경우에도, 밀도 또는 체적의 변동을 보상하기 위해, 이러한 타입의 냉각 회로는, 냉각 액체의 수위 위에 압력을 균등화하기 위한 가스가 존재하는 균등화 용기를 구비하여야 한다. 예를 들면, EP 1 355 114 A2는, 냉열 수송 매체로서 극저온 액체를 이용하여, 예를 들면, 고온 초전도 케이블과 같은 부품을 냉각하는 폐쇄 냉각 회로로서, 냉각 회로에 할당된 균등화 용기가 예를 들면, 2 bar 내지 20 bar의 높은 작동 압력에서 냉각 회로를 유지하고, 폐쇄 회로 내에서 급작스럽게 형성되는 가스 및 누출 손실을 보상하는 역할을 하는 폐쇄 냉각 회로를 개시한다. 이러한 맥락에서, 균등화 용기는 냉각 회로에 직접 연결되며, 냉각 회로 내에서 또한 순환하는 동일한 극저온 액체로 채워진다.
그러나, 냉각 회로로 통합된 균등화 용기는 냉각 회로가 작동될 수 있는 가능성 특히 온도를 제한한다. 특히, 과냉 액체로 작동하는 냉각 회로의 경우, 균등화 용기 내로의 과냉 액체의 유입이 그 내부의 가스 냉각제를 응축시키고 균등화 용기의 압력을 작동 압력 미만으로 낮출 수 있기 때문에, 기화된 냉각 액체에 의한 압력 균등화가 불가능하거나 어렵다. 하나의 가능한 해결책은, 균등화 용기의 가스 챔버 내의 압력 균등화 가스로서 저비점 가스, 예를 들면, 헬륨을 사용하거나, 균등화 용기 내에서 가스 상태 및 액체 상태 사이에 분리막을 구비하는 것일 수 있다. 그러나, 이들 모두는 구축 및 유지 보수 면에서 큰 비용을 수반한다.
따라서, 본 발명은, 냉각 회로 내의 압력 균등화가 단순한 수단에 의해 발생되는, 냉각 회로 내의 과냉각된 냉각 액체를 사용하여 소비자를 냉각시키는 장치를 생성하는 것을 목적으로 하는 것이다.
이러한 타입 및 도입부에 언급한 소기의 목적의 장치인 경우, 장치의 적정 사용 중, 저장 탱크에 유체 연결되고/연결되거나 팽창 밸브의 상류에서 과냉각기의 냉각조로 이어지는 공급 라인에 유체 연결되는 유동 개방 연결 라인이 냉각 회로로부터 분기된다는 점에서, 이 목적이 달성된다.
따라서, 본 발명에 따른 장치는, 그 자체가 초기에 알려진 방식으로, 소비자 이외에, 냉각 액체(이하, "냉각 액체" 및 "액체 냉각제"라는 용어가 동의어로 사용된다)를 이송하기 위한 펌프가 구비되는 냉각 회로와, 소비자의 상류에 배치되는 과냉각기를 포함한다. 과냉각기는 냉각 액체가 각각의 압력에서 비등 온도 미만의 온도로 되도록 하며, 과냉각은 편의상 냉각 액체로부터 제거된 열의 양이 과냉각 중 적어도 소비자, 펌프 및 임의의 파이프 손실로부터의 열의 입력을 보상하는 지점까지 수행된다. 냉각 회로로 통합된 과냉각기는 과냉각될 액체 냉각제를 유동시키고 냉각조 내에 수용되는 열교환기를 포함한다. 이 부분에서, 냉각조는 압력 밀봉 및 기밀 용기 내에 수용되고, 냉각 회로 내에서 순환하지만 냉각 회로에 비하여 낮은 온도에 있는 냉각 액체와 같은 물질로 구성된다. 냉각조의 낮은 온도를 달성하기 위해, 냉각조에 걸친 가스 상태의 압력이, 이에 따라, 가스 배출을 통하여, 구체적으로 냉각조에서의 냉각 액체의 비등 온도가 냉각 회로 내의 냉각 액체의 비등 온도에 비하여 낮은 값(이하, "대상 압력"이라고 함)으로 설정된다. 이에 따라, 냉각 회로 내의 냉각제 간의 온도 차이가 냉각조 및 냉각 회로 사이의 압력 차이로 인해 본질적으로 발생한다. 냉각조와의 열 교환에 의해, 냉각 회로 내의 냉각 액체가 그 비등점(이하, "대상 온도"라 함) 미만의 온도로 된다. 이 맥락에서, 냉각 회로 내의 비등 온도 및 대상 온도 사이의 차이는 본질적으로 소비자, 펌프 및 냉각 회로의 파이프로부터의 열 입력에 의해 결정되며, 특히 열 입력에 따라 제어될 수도 있다. 열교환기에서 열의 입력으로 인해 발생하는 냉각조 내에서의 냉각 액체의 손실을 보상하기 위해, 냉각조를 수용하는 압력 용기가 냉각 액체용 저장 탱크에 유체 연결된다. 저장 탱크의 배수조를 냉각조에 연결하는 액체 공급 라인은, 냉각조에 걸친 대상 압력이 초과되지 않는 것을 보장하는 팽창 밸브를 구비한다. 액체 냉각제로서, 바람직하게는 극저온 액화 가스, 예를 들면, 액체 질소 또는 액화 희가스가 사용된다.
냉각 회로에서, 밀도 또는 체적의 가능한 변동으로 인하여 필요한 압력 균등화를 달성하기 위하여, 본 발명에 따라, 저장 탱크 자체가 사용된다. 이를 위해, 저장 탱크가, 팽창 밸브의 액체 공급 라인 상류로부터 분기되고 장치의 적정 사용 중, 양 방향으로 유동하도록 항상 개방되게 유지되는 연결 라인을 통하여 냉각 회로에 유체 연결된다. 이러한 맥락에서, 연결 라인은 저장 탱크 자체 내로 개방되거나, 저장 탱크를, 어떤 경우라도 팽창 밸브의 상류에서, 과냉각기 내의 냉각조에 연결하는 액체 공급 라인 내로 개방된다. 밀도 또는 체적이 변동하는 경우, 이에 따라 냉각조의 영역 내에서의 압력비에 현저한 영향 없이, 냉각 액체가 저장 탱크로부터 냉각 회로로 유동할 수 있거나 그 반대로 유동할 수 있다. 실제 압력 균등화가 저장 탱크 내에서 냉각 액체에 걸쳐 존재하는 가스 상태에 의해 발생된다. 특히, (냉각 회로의 체적과 비교하여), 큰 체적의 냉각 액체가 저장 탱크 내에 유지되는 경우, 저장 탱크 내의 냉각 액체의 양 및 그 정유압(hydrostatic) 압력은 연결 라인을 통하여 저장 탱크의 배수조로 유동하는 과냉각된 냉각 액체가 저장 탱크 내의 액체 냉각제의 온도를 저장 탱크 내의 가스 상태가 붕괴하는 지점까지 낮추는 것을 방지한다. 그러나, 저장 용기 내의 압력은, 가능하게는, 가압 기화기, 예를 들면, 저장 탱크에 연결된 공기 기화기에 의해, 미리 정해진 압력에서 유지될 수 있다. 따라서, 별도의 균등화 용기가 냉각 회로에서 필요 없으며, 이에 따라, 종래 기술에 따른 냉각 회로에 비하여 본 발명에 따른 냉각 장치의 구성을 단순화하며, 균등화 용기 내로의 열 입력으로 인한 에너지 손실을 방지한다.
본 발명의 하나의 유리한 실시예에서, 제2 과냉각기가 팽창 밸브의 상류에서 그러나 액체 공급 라인 내로의 연결 라인의 입구의 하류에서 액체 공급 라인에 배치된다. 제2 과냉각기는, 팽창 밸브의 기능을 손상시키고 제1 과냉각기(이하, "메인 과냉각기"라 함)의 기능에 영향을 주는, 팽창 밸브에 도달할 때 가스 상태로 존재하는 액체 냉각제의 중요하지 않은 부분만을 방지하는 것은 아니다. 제2 과냉각기로서, 예를 들면, 과냉각될 매체를 수송하는 라인이 냉각조를 통하여 공급되며 냉각조에 열적으로 연결되는 물체가 사용되며, 냉각조의 온도는 라인을 통하여 공급되는 매체의 온도에 비하여 낮다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에서는, 상분리기가 팽창 밸브의 상류 및 연결 라인의 분기점의 하류에서 공급 라인에 구비된다. 상분리기로서, 예를 들면, 분리될 매체가 공급되고, 매체가 용기의 저부에 수집되는 액체 상태로 분리하며(과냉각기를 실질적으로 지나가며), 그 위에서 가스 상태(철수되어 가능하게는 다른 용도로 공급됨)인, 용기가 사용된다. 상분리기는, 특히, 액체로부터, 플래시(flash) 가스를, 연결 라인으로부터, 메인 과냉각기의 냉각조로의 액체 공급 라인 내로 분리하며, 이 가스가 메인 과냉각기에 도달하지 않도록 하는 역할을 한다. 또한, 상분리기는 메인 과냉각기로 공급되는 냉각제를 미리 냉각시키는 데에 사용될 수 있다. 이 경우, 상분리기의 상류에서 그러나 연결 라인의 분기점의 하류에서, 추가적인 팽창 밸브가 배치되며, 상분리기는 저장 탱크의 배수조 내의 압력 미만의 압력에서 작동하고, 예를 들면, 가압되지 않는다(1 bar). 추가적인 과냉각기 또는 추가적인 상분리기는, 특히, 특히 낮은 냉각 온도가 진공(p < 1 bar)을 메인 과냉각기의 냉각조로 가하는 것에 의해 달성된다면, 메인 과냉각기를 안정화시키고 냉각제의 소비를 저감시킨다.
연결 라인은 원칙적으로 냉각 회로의 임의의 지점에서 냉각 회로 내로 개방될 수 있지만, 과냉각기의 온도 영향이 저장 탱크에 가능한 한 작게 가해지게 하도록 과냉각기의 냉각 회로 상류 내로 개방되도록 하는 것이 바람직하다. 소비자의 영역에서 임의의 밀도 변동을 특히 효과적으로 동등화할 수 있도록, 연결 라인이 특히 바람직하게는 소비자의 하류에서 그러나 펌프의 상류에서 냉각 회로 내로 개방된다.
본 발명의 하나의 유리한 전개는 기체 제거 라인이 진공 펌프를 구비하는 것을 제공한다. 이 방식에서, 냉각조를 수용하는 압력 용기 내의 대상 압력이 주변 압력 미만의 값, 즉, 1 bar 미만으로 저감될 수 있으며, 이에 따라, 냉각조 내에서 훨씬 더 낮은 온도를 달성할 수 있다.
유리하게는, 저장 탱크는, 가압 기화기, 예를 들면, 공기 기화기를 구비한다. 이는 저장 탱크 내에 일정한 압력을 유지한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는 냉각조의 온도가 냉각 회로 내의 열 입력에 따라 측정 및 제어 장치에 의해 제어될 수 있는 것을 특징으로 한다. 그러므로, 예를 들면, 냉각 회로 내의 냉각 액체의 온도는 지속적으로 검출되거나 미리 정해진 시간 간격으로 검출되며, 결정된 값은 제어 유닛으로 공급되어 온도의 설정된 값과 비교된다. 그런 다음, 냉각조를 수용하는 압력 용기 내의 압력이 액체 공급부에서의 팽창 밸브 및/또는 가스 유출구에서의 진공 펌프를 재조절하는 것에 의해 설정된다.
본 발명에 따른 장치는 특히 초전도, 특히, 고온 초전도 부품을 냉각하는 데에 적합하다. 이 경우, 냉각 회로에 통합된 소비자는 이에 따라 초전도 부품, 예를 들면, 초전도 케이블 또는 초전도 자석이다. 초전도 상태를 달성하고 유지하기 위해, 이러한 타입의 초전도 부품은, 재료 및 전류 및 자속으로 인한 부하에 따라, 영에 가까운 온도 및 현재의 (일부 고온 초전도체의 경우) 대략 140 K의 온도 사이에서, 낮은 작동 온도에서 유지되어야 한다. 작동 온도에 도달하기 위해, 초전도 부품이 예를 들면, 액체 질소, 액체 헬륨 또는 다른 액화 가스에 의해 냉각된다. 그러나, 작동 중, 초전도 부품은 냉각제에 거의 열을 유입시키지 않으며, 이에 따라, 냉각 회로 내에서 순환하는 과냉 액체에 의한 냉각에 특히 적합하다.
실시예:
소비자, 예를 들면, 초전도 케이블을 냉각하는 냉각 회로에서, 8 내지 10 bar 의 압력으로 냉각 회로 내에서 순환하는 액체 질소가 냉각제로서 사용된다. 냉각 회로 내에 배치된 과냉각기는 질소를 -206°C의 온도로 만든다. 소비자 및 펌프를 통과한 이후, 질소는 과냉각기의 유입구에서 -200°C의 온도이다. 온도 차이에 대응하는 열이 액체 질소로부터 제거되며, 진공 펌프에 의해 과냉각기의 냉각조 내의 압력이, 예를 들면, 0.15 및 0.2 bar 사이의 값으로 된다. 냉각 회로 내의 압력은 저장 용기의 배수조에서의 압력에 대응하여, 본 발명에 따른 저장 용기는 균등화 용기로서 사용될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예가 도면에서 개략적으로 도시된다.
도 1은 제1 실시예에서 본 발명에 따른 장치의 회로도를 도시한다.
도 2는 제2 실시예에서 본 발명에 따른 장치의 회로도를 도시한다.
도 3은 제3 제1 실시예에서 본 발명에 따른 장치의 회로도를 도시한다.
아래에서, 동일한 효과를 갖는 도시된 실시예의 부분은 각각 동일한 참조부호를 갖는다.
도 1에 도시된 장치(1)는 소비자(여기에 도시되지 않음), 예를 들면, 초전도 케이블 또는 자석을 냉각시키는 냉각 회로(2)를 포함한다. 냉각 회로(2)는, 소비자에게, 액체 냉각제, 특히, 예를 들면, 액체 질소, LNG 또는 액화 희가스와 같은 극저온 냉각제를 공급하는 순류(forward-flow) 라인(3)과, 소비자로부터 액체 냉각제를 제거하는 반류(return-flow) 라인(4)을 포함한다. 순류 라인(3) 및 반류 라인(4)은 서로 유체 연결되며, 펌프(5)는 냉각 회로(2) 내에서 액체 냉각제를 이송한다.
과냉각기(6)는, 펌프(5)의 하류에서, 순류 라인에 배치된다. 과냉각기(6)는 냉각조(8)가 수용되는 압력 용기(7)를 포함한다. 압력 용기(7)를 통과하는 순류 라인(3)은 열교환기, 예를 들면, 냉각 코일(9)로 냉각조(8)로 들어온다. 신선한 액체 냉각제를 냉각조(8)로 공급하기 위해, 저장 탱크(11), 예를 들면, 고정(standing) 탱크의 배수조에 연결되는 공급 라인(12)은 압력 용기(7) 내로 개방된다. 이러한 맥락에서, 저장 탱크(11) 내의 압력은 탱크 압력 제어 유닛에 의하여, 예를 들면, 공기 기화기(13)를 사용하여 미리 정해진 값으로 유지된다. 공급 라인(12)에서, 팽창 밸브(14)의 하류에서 공급 라인(12) 내에 최대 압력이 설정되도록 할 수 있는 팽창 밸브(14)가 배치된다. (장치(1)의 적정 사용 중 가스 냉각제로 채워지는) 압력 용기(7) 내의 상부 영역에서, 진공 펌프(16)가 선택적으로 통합되는 기체 제거 라인(15)이 개방된다. 냉각 회로(2)와 저장 탱크(11)에 유체 연결되는 피팅은 서로에 대하여 유체적으로 무관하지 않으나, 오히려 팽창 밸브의 상류의 분기점(18) 및 펌프(5)의 상류의 분기점(19) 사이에서 공급 라인(12) 및 냉각 회로(2) 사이의 유동 연결을 생성하는 연결 라인(17)을 통하여 서로 결합된다.
장치(1)가 작동될 때, 액체 냉각제는 냉각 회로(2)를 통하여 유동한다. 냉각 회로(2) 내의 압력은 본질적으로 저장 탱크(11)의 저부에서의 압력에 대응하며, 이에 따라, 저장 탱크(11)의 액체 표면에서 냉각제의 비등 온도에 비하여 높은 비등 온도를 갖는다. 냉각제는 과냉각 상태로 순류 라인(3)을 통하여 소비자로 공급되며, 소비자 및/또는 소비자로 또는 소비자로부터 이어지는 파이프부와의 열 접촉에 의해 가열된 냉각제는 여전히 액체 상태로 그리고 바람직하게는 과냉각 상태로 반류 라인(4)을 통하여 소비자로부터 멀리 유동하며, 펌프(5)에 의하여 순류 라인(3)으로 다시 공급된다.
냉각제가 전체 냉각 회로(2)에서 액체 상태로 있는 것을 보장하기 위해, 순류 라인(3) 내의 냉각제가 과냉각기(6)에 의해 그 비등 온도로부터 예를 들면 5K 내지 10K 낮은 미리 정해진 온도로 냉각된다. 냉각 회로(2) 내에 입력된 총 열이 과냉각된 냉각제를 그 비등 온도로 가열하는 데에 불충분하도록(또는, 겨우 충분하도록) "미리 정해진 온도"가 선택된다. 이를 위해, 냉각조(8) 내의 냉각제가 냉각 회로(2) 내의 냉각제에 비하여 낮은 압력으로 되어, 압력 용기(7) 내에서 우세한 압력에서의 비등 온도가 순류 라인(3) 내의 냉각제의 미리 정해진 온도 미만이 된다. 요구 압력이 팽창 밸브(14)에 설정되며, 필요하다면, 압력이 또한 진공 펌프(16)를 사용하여 1 bar 미만의 압력으로 저감될 수 있다. 기체 제거 라인(15)을 통하여 제거된 가스는 대기로 방출되거나 다른 용도로 공급된다. 또한, 본 발명의 범위 내에서, 압력 용기(7) 내의 압력이 순류 라인(3) 내의 냉각제의 측정된 온도에 따라 제어되는 것을 고려할 수 있다.
냉각 회로(2)의 작동 중 압력 변동이 발생하는 경우, 체적의 균등화가 요구된다. 장치(1)의 경우, 냉각제가, 냉각 회로(2) 및 저장 탱크(11) 사이에서, 장치(1)의 작동 중 양방향으로 유동하도록 개방되는 연결 라인(19)을 통하여 자유롭게 유동할 수 있기 때문에, 저장 탱크(11)는 이러한 균등화 체적으로서의 역할을 한다. 가압 기화기(13)는 저장 탱크(11) 내에서 필요할 수 있는 임의의 압력 형성을 제공한다. 따라서, 장치(1)는 냉각 회로(2)에 할당된 별도의 균등화 용기를 필요로 하지 않는다. 공급 라인(12)의 분기점(18)이 팽창 밸브(14)의 상류에 배치되고, 팽창 밸브(14)는 미리 정해진 종압(end pressure)으로 제어하며, 냉각 회로(2) 내에서 상승하는 압력 변동은 용기(7) 내의 압력비에 주목할 만한 영향을 일으키지 않는다.
도 2에 도시된 장치(20)는 팽창 밸브(14)의 상류에서 공급 라인(12)에 배치되는 추가적인 과냉각기(21)에 대해서만 장치(1)와 차이가 있다. 과냉각기(21)는 냉각조(23)에 수용되는 열교환기(22)를 갖는다. 또한, 냉각조(23)는 저장 탱크(11)으로부터 공급되지만, 팽창 밸브(24)가, 냉각조(23)의 압력이 라인(12)에서의 압력에 비하여 낮고, 이에 따라, 냉각조(23)의 온도가 열교환기(22)를 통하여 유동하는 냉각제의 온도에 비하여 낮게 되는 것을 보장하는 차이점을 갖는다. 공급 라인(12)을 통하여 유동하는 냉각제를 과냉각시키는 것은, 팽창 밸브(14)의 기능을 손상시킬 수 있고 과냉각기(6)의 성능에 영향을 미칠 수 있는, 냉각제의 실질적인 일부가 이미 기화된 상태에서 팽창 밸브(14)에 도달하는 것을 방지한다.
도 3에 도시된 장치(25)에서, 팽창 밸브(14)의 상류에서 공급 라인(12) 내에는, 상분리기(26)가 위치되며, 상분리기(26)의 상류에는 추가적인 팽창 밸브(27)가 위치된다. 상분리기는 상분리기(26)의 상류에서 액체 냉각제의 기화에 의해 생성되고/생성되거나 연결 라인(19)을 통하여 냉각 회로(2)로부터 유입되는 가스 냉각제가, 액체 상태로 남겨진 냉각제가 상분리기(26) 내에서 액체 상태(30)를 형성하는 동안, 상분리기(26) 내에 가스 상태(29)로 수집되는 용기(28)를 포함한다. 액체 상태(30)는 상분리기(26)의 하류에서 공급 라인(12)의 구간을 통하여 과냉각기(6)에 유체 연결되는 한편, 가스는 가스 상태(29)에 유체 연결되는 가스 배출(31)을 통하여 가스 상태(29)로부터 제거될 수 있다. 장치(20) 내의 제2 과냉각기(21)와 유사한 방식으로, 상분리기(26)는, 팽창 밸브(14)의 바로 상류에서, 공급 라인(12) 내에 가스 냉각제가 없거나 소량의 가스 냉각제만이 있어, 팽창 밸브(14)의 기능의 중단을 방지하는 것을 보장하며, 동시에, 과냉각기(6)로 공급되는 냉각제를 미리 냉각시키는 데에 사용될 수 있어, 작동 중, 가스 상태(29)가 저장 탱크(11)의 저부의 압력에 비하여 낮은 압력으로 유지된다.
1. 장치
2. 냉각 회로
3. 순류 라인
4. 반류 라인
5. 펌프
6. 과냉각기
7. 압력 용기
8. 냉각조
9. 냉각 코일
10. -
11. 저장 탱크
12. 공급 라인
13. 공기 기화기
14. 팽창 밸브
15. 기체 제거 라인
16. 진공 펌프
17. 연결 라인
18. 분기점
19. 분기점
20. 장치
21. 과냉각기
22. 열교환기
23. 냉각조
24. 팽창 밸브
25. 장치
26. 상분리기
27. 팽창 밸브
28. 용기
29. 가스 상태
30. 액체 상태
31. 가스 배출

Claims (8)

  1. 소비자에게 할당된, 펌프(5) 및 과냉각기(6)가 구비되는, 냉각 유체를 순환시키는 냉각 회로(2)를 가지며, 상기 과냉각기(6)는, 팽창 밸브(14)를 갖춘 공급 라인(12)을 통하여 냉각 액체용 저장 탱크(11)에 유체 연결되고 냉각조(8)를 수용하는 역할을 하는 용기(7)와, 증발된 냉각 액체를 배출하기 위해 상기 용기(7)에 배치되는 기체 제거 라인(15)과, 장치(1, 20, 25)의 적정 사용 중 냉각조(8)에 침지되고 냉각 회로(2)로 통합되는 열교환기(9)를 갖는, 소비자 냉각 장치에 있어서,
    상기 장치(1, 20, 35)의 적정 사용 중, 상기 팽창 밸브(14)의 상류에서 상기 저장 탱크(11)에 유체 연결되고/연결되거나 또는 상기 과냉각기(6)의 상기 냉각조(8)로 이어지는 상기 공급 라인(12)에 유체 연결되는 유동 개방 연결 라인(17)이 상기 냉각 회로(2)로부터 분기되는 것을 특징으로 하는 소비자 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제2 과냉각기(21)는, 상기 연결 라인(17)의 입구(18) 및 상기 팽창 밸브(14) 사이에서, 상기 공급 라인(12)에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 팽창 밸브(14)의 상류에서 상기 공급 라인(12)에 상분리기(26)가 구비되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연결 라인(17)은 상기 소비자의 하류에서 그러나 상기 펌프(5)의 상류에서 상기 냉각 회로(2) 내로 개방되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기체 제거 라인(15)은 진공 펌프(16)를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저장 탱크(11)는 가압 기화기(13)를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각조(8)의 온도는 상기 냉각 회로(2) 내의 열 입력에 따라 측정 및 제어 장치에 의해 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    초전도 부품이 상기 소비자로서 구비되는 것을 특징으로 하는 장치.
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