CN102637482B - 一种高温超导电缆分流制冷方法及实现该方法的制冷分流箱 - Google Patents
一种高温超导电缆分流制冷方法及实现该方法的制冷分流箱 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种高温超导电缆分流制冷方法及实现该方法的高温超导电缆制冷分流箱，具体方法是：制冷分流箱通过接头与高温超导电缆连接，在不中断超导电缆导电部分的同时将高温超导电缆中的液氮分流出一部分，进行制冷后再送回电缆中。制冷分流箱是利用一组管道建立一主管路及一液氮分流支路，并通过接头连接一个制冷站。其可以解决长距离高温超导电缆单个制冷站制冷能力不足的问题，且制冷分流箱安装布置灵活，适用于热绝缘超导电缆及冷绝缘超导电缆的各种结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温制冷设备，尤其涉及一种主要用于长距离高温超导电缆制冷分流箱及高温超导电缆分流制冷方法。
背景技术
随着高温超导材料制造工艺和超导电缆制备技术的发展，超导电缆的长度不断增加，传输容量不断增大。高温超导电缆的实际工程应用正在逐渐开展。由于工作在液氮温度的超导电缆的本体、管道会从环境吸收热量以及超导电缆本身传输电能的损耗，传输距离的增加势必导致超导电缆热负荷的增加。这对高温超导电缆的制冷***提出了更高的要求。
短距离高温超导电缆的制冷***普遍采用制冷机制冷、液氮闭式循环、抽空减压备份的制冷方式。只需要一组制冷机、低温泵、抽空减压、液氮储槽、监控***，就能满足超导电缆正常运行所需的制冷量及循环能力。这些部件集中在一起，组成一个制冷站。制冷站能实现制冷、加压循环、备用制冷、参数测量、控制等功能。
但是，对于长距离（公里级）高温超导电缆，由于超导电缆和低温技术的限制，一个制冷站很难在几公里内将高温超导电缆内的液氮维持在过冷状态，并形成循环。因此，为了使高温超导电缆中的液氮保持在过冷状态，有必要在电缆中的液氮汽化之前为其提供制冷量和循环动力。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温超导电缆分流制冷方法，其可以解决现有技术中高温超导电缆单个制冷站制冷能力的不足，解决长距离高温超导电缆的制冷问题。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种高温超导电缆分流制冷方法，其方法如下：将高温超导电缆本体中的液氮一部分分流出本体，进行制冷后再送回本体，其余未分流部分留在本体内维持本体内的低温状态。
所述的高温超导电缆分流制冷方法具体步骤如下：
1）设立制冷站，在制冷站中置有动力设备和制冷设备；
2）在制冷站区域内，建立一高温超导电缆制冷分流箱：利用一组双层管道沿超导电缆本体建立一主管路及一液氮分流支路，其中，所述的主管路直接套设在超导电缆本体上，所述的液氮分流支路包括一对出、入分支管路，该出、入分支管路分别通过第一、第二三通与超导电缆本体的液氮流经管路联通；将液氮分流支路的出、入分支管路分别通过接头与对应的制冷站中的动力设备和制冷设备联通，并用阀门控制液氮的流量；
3）双层管道中填入由绝热纸和高反射率薄膜组成绝热材料，并将双层管道间抽真空至10-2 Pa以下；
4）通过接头使制冷分流箱与高温超导电缆连接，超导电缆导电部分沿直线方向直接穿入分流箱的液氮流经主路；
5）启动工作，打开通向制冷站的阀门，液氮通过接头从超导电缆本体流入分流箱管道，在第一三通处分流，其中一股进入制冷站，另一股直接通过分流箱的主管路；
6）进入制冷站的一股液氮进行制冷后，再经第二三通回流到超导电缆本体，与通过分流箱主管路的液氮汇合。
所述的高温超导电缆分流制冷方法中，对于高温超导电缆本体内通过不同通道流通的液氮分别配置安装不同的制冷分流箱；对应若干制冷站的高温超导电缆制冷分流箱的结构相互相同或相互不相同，对应各制冷站的分流箱的结构采用等直径或异直径中的一种结构形式。
所述高温超导电缆分流制冷方法适用于热绝缘超导电缆及冷绝缘超导电缆。
本发明的另一目的是提供一种可实现上述方法的高温超导电缆制冷分流箱。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种高温超导电缆制冷分流箱，其包括：
利用一组管道建立一主管路及一液氮分流支路；其中，所述的主管路直接套设在超导电缆本体上，所述的主管路包括分流前、分流后及回流后三段管道；
所述的液氮分流支路包括一对出、入分支管路，该出、入分支管路分别通过三通与主管路联通；
所述液氮分流支路的出、入分支管路分别通过接头连接一个制冷站。
所述高温超导电缆制冷分流箱分流后的管道与分流前管道的直径为等直径或异直径,其中,当两者为异直径时, 分流后的管道的直径要小于分流前管道的直径。
所述高温超导电缆制冷分流箱的液氮分流支路与制冷站联通的管路中设有可调节流出电缆的液氮流量的阀门。
所述高温超导电缆制冷分流箱的主管路及液氮分流支路的一对出、入分支管路均由内外两层不锈钢管钢管组成，内层钢管与外层钢管之间留有间隙，所述内、外层钢管之间缠绕若干绝热材料层，该绝热材料由绝热纸和高反射率薄膜组成。
所述的高温超导电缆分流制冷方法及高温超导电缆制冷分流箱中，应将内、外层钢管之间抽真空至10-2 Pa以下。
所述的高温超导电缆分流制冷方法及高温超导电缆制冷分流箱适用于热绝缘超导电缆及冷绝缘超导电缆。
本发明的优点是：
1）解决长距离高温超导电缆单个制冷站制冷能力不足的问题；
2）降低长距离高温超导电缆对单个制冷站制冷能力的要求；
3）并且其独立于高温超导电缆本体恒温器，不增加额外流动阻力，可根据现场情况灵活布置；
4）适用性强，可以适用于热绝缘超导电缆及冷绝缘超导电缆的各种结构。
附图说明
图1 为本发明高温超导电缆制冷分流箱及制冷站示意图。
图2 为本发明高温超导电缆制冷分流箱一实施例（等直径）结构示意图（俯视）。
图3 为图2中A-A剖面图。
图4 为图3中局部结构C的放大示意图（侧剖视）。
图5 为本发明高温超导电缆制冷分流箱另一实施例（异直径）结构示意图（俯视）。
图6 为图5中A-A剖面图。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
本发明高温超导电缆制冷分流箱利用了一组管道(图1所示实施例中使用了5段管道t1、t2、t3、t4、t5)建立一主管路及一液氮分流支路；其中，所述的主管路直接套设在超导电缆本体上，所述的主管路包括分流前、分流后及回流后三段管道t1、t5、t2；所述的液氮分流支路包括一对出、入分支管路t3、t4，该出、入分支管路分别通过三通与主管路联通。如图1所示。本发明高温超导电缆制冷分流箱的主管路通过两个接头j1、j2与超导电缆本体10连接，使得超导电缆本体内的液氮流入分流箱各个管道。超导电缆的导电部分通过管道t1、t5、t2直接穿过分流箱。分流箱另外两个接头j3、j4连接一个制冷站。制冷站中有阀门、动力设备、制冷设备等。在高温超导电缆制冷分流箱的液氮分流支路与制冷站联通的管路中设有可调节流出电缆的液氮流量的阀门20，当该阀门打开，部分液氮经管道t3分流，由动力设备送入制冷设备进行制冷，再通过管道t4回流入超导电缆本体，从而为超导电缆带来更多的制冷量和循环动力，避免超导电缆中的液氮因为长距离输电带来的热负荷而汽化。根据需要，分流进入制冷站的液氮的流量可以通过制冷站的阀门来控制。
所述分流后的管道即指高温超导电缆导电部分与分流后剩下液氮共同经过的管道，其与分流前管道的直径可以是为等直径或异直径。
图2至图4为高温超导电缆制冷分流箱分流后管道与分流前管道等直径结构的示意图，其中图2为分流箱俯视图，图3为图2沿A-A的剖面图，图4为图3中区域C的局部放大视图。在该种结构中，两个等径三通1连接5段管道t1、t2、t3、t4、t5，其中4段管道带有接头，接头上有快捷法兰4以便连接超导电缆和制冷站。各接头均采用内外双层钢管2制成；接头的顶端分别设有密封接口3，用于实现与制冷站的密封对接。
如图2至图4所示。液氮通过接头从超导电缆本体流入分流箱管道，在第一个三通处分流，一部分进入制冷站，再由第二个三通处回流到超导电缆本体。超导电缆导电部分沿直线方向直接穿过分流箱。分流箱的管道和接头都由内外两层不锈钢管钢管组成。钢管的直径应于超导电缆的接头尺寸相配，并保证内层钢管与外层钢管之间留有一定间隙。内、外层钢管之间缠绕若干层由绝热纸、高反射率薄膜组成的绝热材料。钢管2与三通1、快捷法兰4、密封接口按图2方式焊接以保证气密性。内、外层钢管之间抽真空至10-2 Pa以下。彻底避免传导、对流漏热，并把辐射漏热降低到最小。
由于分流管道的分流作用会使对应图1中t5段管道内的液氮流速变慢，这可能会导致管道内温升较快。为了增强该管道内的制冷效果，可以进一步采用如图5、图6所示的变直径结构，利用两个异径接头缩小t5段对应管道的直径，以增加该管道内液氮流速。
如图5、图6所示，为高温超导电缆制冷分流箱分流后管道与分流前管道变直径结构的示意图。除了对应图1中t5段的管道直径缩小（采用异径接头1实现）外，其余部分与图2至图4所示结构相同。
此外，针对高温超导电缆本体内液氮可能通过不同通道流通，具体实施时可以按照制冷需要为不同通道分别配置安装不同的制冷分流箱，即一个制冷分流箱只为一个液氮通道提供分流制冷。此时，需要使用不同的超导电缆接头，使不同通道内流通的液氮分开后再选择让某一通道的液氮进入制冷分流箱。
上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本申请专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种高温超导电缆分流制冷方法，其特征在于方法如下：设立一制冷站，在制冷站内置有动力设备和制冷设备，并建立一高温超导电缆制冷分流箱：利用一组双层管道沿高温超导电缆本体建立一主管路及一液氮分流支路，其中，所述的主管路直接套设在高温超导电缆本体上，所述的液氮分流支路包括一对出、入分支管路，该出、入分支管路分别通过第一、第二三通与高温超导电缆本体的液氮流经管路联通；将液氮分流支路的出、入分支管路分别通过接头与对应的制冷站中的动力设备和制冷设备联通，并用阀门控制进入制冷站的液氮流量；将高温超导电缆本体中的液氮一部分分流出本体，进行制冷后再送回本体，其余未分流部分留在本体内以维持本体内的低温状态。
2.根据权利要求1所述的高温超导电缆分流制冷方法，其特征在于：双层管道中填入绝热材料，并将双层管道间抽真空至10-2 Pa以下；高温超导电缆导电部分沿直线方向直接穿入分流箱的液氮流经主路；启动工作时，打开通向制冷站的阀门，液氮通过接头从高温超导电缆本体流入分流箱管道，在第一三通处分流，其中一股进入制冷站，另一股直接通过分流箱的主管路；进入制冷站的一股液氮进行制冷后，再经第二三通回流到超导电缆本体，与通过分流箱主管路的液氮汇合。
3.根据权利要求1所述的高温超导电缆分流制冷方法，其特征在于：对于高温超导电缆本体内通过不同通道流通的液氮分别配置安装不同的制冷分流箱；对应若干制冷站的高温超导电缆制冷分流箱的结构相互相同或相互不相同，对应各制冷站的分流箱的结构采用等直径或异直径中的一种结构形式。
4.根据权利要求1所述的高温超导电缆分流制冷方法，其特征在于：内、外层钢管之间抽真空至10-2Pa以下。
5.根据权利要求1所述的高温超导电缆分流制冷方法，其特征在于: 该方法适用于热绝缘超导电缆及冷绝缘超导电缆。
6.一种实现权利要求1所述方法的高温超导电缆制冷分流箱，其特征在于包括：
利用一组管道建立一主管路及一液氮分流支路；其中，所述的主管路直接套设在高温超导电缆本体上，所述的主管路包括分流前、分流后及回流后三段管道；
所述的液氮分流支路包括一对出、入分支管路，该出、入分支管路分别通过三通与主管路联通；
所述液氮分流支路的出、入分支管路分别通过接头连接一个制冷站。
7.根据权利要求6所述的高温超导电缆制冷分流箱，其特征在于：所述分流后的管道与分流前管道的直径为等直径或异直径。
8.根据权利要求6所述的高温超导电缆制冷分流箱，其特征在于：所述液氮分流支路与制冷站联通的管路中设有可调节流出电缆的液氮流量的阀门。
9.根据权利要求6所述的高温超导电缆制冷分流箱，其特征在于：所述主管路及液氮分流支路的一对出、入分支管路均由内外两层不锈钢管钢管组成，内层钢管与外层钢管之间留有间隙，所述内、外层钢管之间缠绕若干绝热材料层。
10.根据权利要求9所述的高温超导电缆制冷分流箱，其特征在于：内、外层钢管间为真空度在10-2 Pa以下的容腔。
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Address after: 100176 West A, floor 3, building B, No. 7, Rongchang East Street, Beijing Economic and Technological Development Zone, Daxing District, Beijing Patentee after: Beijing innopower superconductor power technology Co.,Ltd. Address before: 100176 Beijing City, Rongchang Daxing District economic and Technological Development Zone Industrial Park Longsheng Street No. 7 room 503 Patentee before: Beijing Innopower Superconductor Cable Co.,Ltd. |
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Effective date of registration: 20191225 Address after: 650051 No. 105 Yunda West Road, Kunming Economic and Technological Development Zone, Yunnan Province Patentee after: YUNNAN ELECTRIC POWER TEST & RESEARCH INSTITUTE (GROUP) Co.,Ltd. Address before: 100176 West A, floor 3, building B, No. 7, Rongchang East Street, Beijing Economic and Technological Development Zone, Daxing District, Beijing Patentee before: Beijing innopower superconductor power technology Co.,Ltd. |