The refrigeration system for the W7-X superconducting magnet and the divertor cryo-vacuum pumps is presented. In total, five main helium cooling circuits have to be supplied by the refrigerator—four for the magnet including auxiliary equipment like support structure, thermal shield and current leads, and one for the cryo-pumps. For the shields of the latter, an additional LN2—cooling circuit is required. The lowest operating temperature is 3.3 K. It will be provided by evacuating a sub-cooler bath using a cold or warm compressor. Three of the helium cooling circuits use altogether four identical cold circulators. Apart from the current leads which are supplied with the coolant from a LHe storage tank, the peak reserve power required is equal to 7 kW at 4.5 K entropy equivalent. However, this potential maximal demand occurs continuously for periods of only a few hours at most, and altogether for less than 1% of annual time. The refrigerator thus will be designed for 5 kW continuous power at 4.5 Kequiv. corresponding to 1.5 MW compressor connected rating. The reserve peak power will be covered, if necessary, by using the latent heat and vapour enthalpy of LHe from a storage tank. This supporting LHe stream is added to the phase separator and fed subsequently to the low pressure return stream at the cold end of the cold box. LN2-pre-cooling equipment of the cold box—which is installed for W7-X cool-down anyway—can also be used to increase refrigeration power. The LHe required for maintaining reserve refrigeration power as well as for running the current leads is generally produced overnight when W7-X is in idle current mode.
W7-X超伝導磁石およびダイバータ用極低温真空ポンプのための冷凍システムについて述べる。全体で5つの主要なヘリウム冷却回路が冷凍機によって供給される必要があり、そのうち4つは支持構造や熱シールド、電流リードなどの補助機器を含む磁石用であり、1つは極低温ポンプ用である。後者のシールドには、追加のLN2冷却回路が必要である。最低動作温度は3.3Kであり、これはサブクーラーバスを冷凍機用圧縮機または常温圧縮機を用いて排気することによって達成される。3つのヘリウム冷却回路は、合計4台の同一の冷媒循環ポンプを使用する。LHe貯蔵タンクからの冷媒が供給される電流リードを除き、必要とされるピーク予備動力は4.5Kエントロピー換算で7kWに等しい。しかしながら、この潜在的最大需要は、連続してせいぜい数時間のみ発生し、年間運転時間の1%未満である。したがって、冷凍機は4.5Kエントロピー換算で連続5kWの動力用に設計され、これは1.5MWの圧縮機接続動力に相当する。必要な場合のピーク動力は、LHe貯蔵タンクからの液体ヘリウムの潜熱と蒸気エンタルピーを利用することで賄われる。この補助LHe流は、相分離器に添加され、その後、冷凍機コールドボックスの低温端における低圧戻り流に供給される。W7-Xの冷却停止時運転のために設置されるコールドボックスのLN2予冷装置は、冷凍能力を増強するためにも使用可能である。予備冷凍動力を維持し、電流リードを運転するために必要なLHeは、通常、W7-Xが無電流運転モードである夜間に生成される。