用于脈沖負荷制冷的方法和設備技術

本發明專利技術涉及用于來自“托卡馬克”（11）的元件（1），即來自一塊間歇等離子體產生設備（11）的元件（1）的脈沖負荷制冷的方法和設備。該方法使用使例如氦的工作流體受控于工作循環（3）的制冷裝置（2），包括：壓縮（12），冷卻，和解壓縮（22，11），以及與元件（1）的熱交換（32）和加熱。當托卡馬克（11）處于等離子體產生階段時由制冷設備（2）產生的制冷功率增加到相對高的水平，并且當托卡馬克（11）不再處于等離子體產生階段時由冷卻設備（2）產生的冷卻功率減少到相對低的水平。所述方法的特征在于響應于用于啟動在托卡馬克中的等離子體的步驟期間產生的信號（S）自動地觸發由冷卻設備（2）產生的冷卻功率的增加。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及ー種脈沖負載冷卻方法和制冷器。本專利技術特別涉及用于冷卻“托卡馬克”(Tokamak)元件，即用于間歇產生等離子體的裝置元件的脈沖負載方法，采用使例如氦的工作流體受控于工作循環的冷卻設備的該方法包括壓縮；冷卻和膨脹；與元件的熱交換；和加熱，當托卡馬克處于等離子體產生階段時由冷卻設備產生的冷卻功率増加到相對高的水平而當托卡馬克不再處于等離子體產生階段時冷卻設備產生的冷卻功率減少到相對低的水平。本專利技術更特別涉及用于冷卻托卡馬克元件，即間歇產生等離子體的裝置元件的脈沖負載冷卻方法和制冷器。
技術介紹
托卡馬克(“ToroidalnayaKamera c Magnitnymi Katushkami”的俄語首字母縮寫)是ー種能夠產生用于獲得聚變能量所需的物理條件的裝置。特別地，托卡馬克裝置間歇地產生等離子體,即導電的電離氣體。托卡馬克的冷卻需求取決于它們的高度瞬時工作狀態。托卡馬克產生非連續的重復脈沖的等離子體。每隔一定間隔循環地或基于請求隨機地產生等離子體。這種操作模式需要所謂的“脈沖負載”冷卻，即ー個非常短的時間量(在等離子體產生階段期間)需求非常大的冷卻功率，而在較長周期(直到產生下次等離子體)期間存在很少冷卻需求的該較長時期遵循該高冷卻要求。因此托卡馬克制冷器設計為滿足該操作模式的需求。因此，這些制冷器使用被稱作“節能器”模式的在等離子體之間的周期中產生液態氦。產生的液態氦存儲在等離子體產生階段期間通過沸騰(boiling)來冷卻托卡馬克元件所消耗的儲備中。當兩個等離子體之間的周期足夠長時，在下個等離子體之前達到液態氦儲備的最大填充水平。則制冷器的冷卻功率可能減小，從而節省大量電力。在傳統解決方案中，制冷器的功率通過減小循環壓力(即通過在其工作循環內減小氦壓縮的壓力水平)最小化。制冷器的功率也可通過當使用頻率變換器時改變循環流動速率減小或者増加(即通過工作循環的氦流動速率選擇性地減小或增加)。一般在液態氦儲備中提供加熱器。激活該加熱器以用來消耗剩余的冷卻功率，從而保持液位恒定或者至少低于最大閾值。按照傳統，取決于加熱器的有效功率請求在功率狀態之間的轉換(所產生冷卻功率的増加或者減少)，即使用定義循環的壓カ設定點和/或制冷器的壓縮站的變換器的頻率設定點的“加熱曲線”解釋的加熱器的電控制信號。當產生新的等離子體時，使制冷器手動地(由操作者)或作為加熱器的“加熱曲線”的函數來產生最大的制冷功率。當等離子體消失并且需要冷卻功率較低時，當沒有電カ供給加熱器時，一般自動實現制冷器的產生更少冷卻功率的方式的返回。文件WO 2009/02740512描述ー種用于基于由制冷器產生的冷卻功率調節由制冷器輸送到消耗者(consumer)的制冷功率的方法。雖然這些操作模式全部滿足，但是制冷器的功率消耗仍然很高。
技術實現思路
本專利技術的一個目標是減輕上面簡單涉及的現有技術中所有或ー些缺陷。特別地，本專利技術的目標是提供一種優于那些現有技術的冷卻方法和制冷器。為此，根據本專利技術和此外根據在上面導言中給出的其中的一般定義，用于冷卻托卡馬克元件的方法基本上特征在于響應于在托卡馬克中的等離子體的啟動步驟期間產生的信號，自動地觸發由冷卻設備所產生的冷卻功率的増加。本專利技術因此允許制冷器的冷卻功率自動調節，最小化液態氦消耗。如下面將描述的，本專利技術允許減小在制冷器的所有功耗。本專利技術特別允許減小在它的最大冷卻功率的冷 卻器使用的周期長度。根據本專利技術可在氦儲備受影響之前預期等離子體的產生獲得。另外，本專利技術的實施例可包括ー個或多個下列特征-當存在可在托卡馬克中觀察到的物理參數的預定修改時產生信號；-當存在至少ー個下列物理參數的預定修改時產生信號托卡馬克的內部溫度的預定升高；用于切換托卡馬克到等離子體產生階段的手動或者自動控制信號；與壓カ和/或電流和/或電壓和/或磁場測量相關聯的電信號；或者由例如照相機或一條或多條光纖的光學測量儀器傳導的信號；-當托卡馬克裝置不再處于等離子體產生階段吋，該方法包括至少ー個在該期間冷卻設備液化工作流體并將工作流體儲存到緩沖儲備中的周期，在儲備中的液化流體的液位通過可選擇地激活的加熱器的方式保持在閾值以下，以及當等離子體階段啟動時，在加熱器失效之前并且在儲備中的液位下降之前，増加由冷卻設備產生的冷卻功率，即該信號指示在托卡馬克中觸發的等離子體先于加熱器的失效和在等離子產生期間由于托卡馬克元件的冷卻由流體蒸發所產生的在儲備中的液位下降；-響應于元件上的熱負載的預定變化，即關于元件的冷卻需求的預定變化，自動觸發由冷卻設備產生的冷卻功率的到低水平的減少；以及-響應于下面至少ー個自動觸發由冷卻設備產生的冷卻功率的減少指示在元件與工作流體之間確保熱交換的流體回路中的預定溫度下降的信號；在儲存罐中的液態氦的液位升高；制冷旁路(cold bypass)的開啟閾值；和/或制冷壓縮機或渦輪的閾值速度。本專利技術也可涉及用于冷卻托卡馬克元件的脈沖負載制冷器，該制冷器具有包括形成例如氦的工作流體的工作循環的回路的制冷器，冷卻設備的回路包括-站，用于壓縮工作氣體，該站具有至少ー個壓縮機；-預冷卻/冷卻単元，包括至少ー個熱交換器和至少ー個用于使從壓縮站輸出的工作氣體膨脹的元件；以及-用于在冷卻的工作流體與元件之間交換熱量的系統；-用于將已經與元件交換過熱量的流體返回到壓縮站的系統；制冷器包括用于控制確保由所述冷卻設備產生的冷卻功率的調節的冷卻設備的電子邏輯，以用來為當托卡馬克處于等離子體產生階段時快速地增加該冷卻功率到ー個相對高的水平，制冷器的特征在于托卡馬克包括每次啟動等離子體時發出觸發信號的發射器，電子邏輯包括接收上述觸發信號從而根據該信號的接收自動地命令由冷卻設備產生的冷卻功率的増加。另外，本專利技術的實施例可包括ー個或多個下列特征-制冷器包括測量可在托卡馬克中觀察到并指示等離子體是否觸發的物理參數的值的傳感器，并且在其中所述傳感器傳送信號到發射器以向電子控制邏輯提供輸入；-傳感器包括至少ー個檢測托卡馬克的內部或外部溫度的傳感器；用于檢測要求托卡馬克從被稱作“待機”的階段切換到等離子體產生階段的手動或自動命令的切換傳感器；或者在托卡馬克的儀器中存在的任意其它電子傳感器；-預冷卻/冷卻単元包括在工作循環期間液化的流體的緩沖儲備，ー個可選擇性 地激活從而蒸發儲備的ー些液化的流體的加熱器，用于在儲備的流體與元件之間選擇性地交換熱量的回路；制冷器包括測量在元件上的熱負載的傳感器，即測量代表要冷卻的元件的冷卻需求的量的值的傳感器，測量在傳送信號到電子控制邏輯的元件上的熱負載的傳感器，響應于指示在元件上的熱負載的預定減少的信號編程所述電子控制邏輯以減少由冷卻設備產生的冷卻功率到相對低的水平。-測量在元件上的熱負載的傳感器包括至少ー個檢測在選擇性地確保在元件與工作流體之間的熱交換的流體回路中的溫度的傳感器；壓力傳感器；用于測量提供給加熱器的電能的裝置；以及用于測量制冷壓縮機和/或渦輪的速度的裝置；-提供所述存儲的液體的緩沖儲備以在等離子體產生階段期間通過與元件熱交換由沸騰消耗；-由冷卻裝置產生的冷卻功率的變化通過修改循環壓力，即在工作循環期間工作流體所受控于的壓縮的壓力水平和/或通過修改循環流動速率，即通過工作循環的工作流體的流動速率而獲得；以及-循環本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：G·艾古伊，JM·伯恩哈特，P·布里安，E·法福，D·格里洛，V·埃盧安，
申請(專利權)人：喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司，
類型：發明
國別省市：