[發明專利]一種壓差驅動的強制對流高溫超導冷卻裝置和方法

在審

• 申請號: 201611264546.3
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106847464A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 植曉琴;朱少龍;邱利民;孫大明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01F6/04
• 分類號: H01F6/04;F25D3/10
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 徐敏

本發明公開了一種壓差驅動的強制對流高溫超導冷卻裝置，包括低溫液體浸泡槽以及浸泡在所述低溫液體浸泡槽內的超導限流器，還包括：低溫導流管道，布置在所述低溫液體浸泡槽內，管體上開設有多個朝向所述超導限流器表面的導流孔；低壓平衡罐，通過調節閥與所述低溫導流管道連通，用于在限流器失去超導性時打開調節閥以使所述低溫液體浸泡槽內的液氮通過低溫導流管道進入所述低壓平衡罐，使在導流孔附近的超導限流器表面產生強制對流；低溫泵，用于將所述低壓平衡罐內的過冷液體泵回所述低溫液體浸泡槽；本發明還公開了一種壓差驅動的強制對流高溫超導冷卻方法；本發明的裝置和方法可以極大改善超導限流單元表面的傳熱特性，加快超導限流單元的再冷卻過程。

技術領域

本發明涉及高溫超導冷卻技術領域，具體涉及一種壓差驅動的強制對流高溫超導冷卻裝置和方法。

背景技術

隨著人們對電力需求的日益增長和對供電質量要求的不斷提高，輸配電網的規模逐漸擴大，在提高電網輸電效率的同時也使得電網的短路阻抗越來越小，短路電流急劇增大。在設備上解決短路電流過大問題，通過采用的是高阻抗變壓器或限流電抗器，但這些設備的使用增加了輸電損耗，減弱了電網的電壓調節能力。同時加大了電網損耗和電網建設成本。現有的研究與實踐表明，基于傳統材料與技術難于實現理想的限流器。而利用超導技術制作的限流器可以打破傳統限流器面臨的困境，提高限流器的效率和可行性。超導材料具有其他材料所不具有的兩個獨特性質，即零電阻特性和完全抗磁性，使其可能制作出理想的故障電流限制設備，即超導限流器。

伴隨著高溫超導材料的問世，超導技術的應用從原來的液氦溫區上升到液氮的溫區。作為高溫超導的研究熱點之一，高溫超導中過冷液氮的研究已經成為高溫超導技術的一個重要研究方向。高溫超導材料的工作溫度必須維持在一定的低溫環境下，這樣超導材料才能體現出獨特的性質，所以高溫超導材料的低溫冷卻系統非常的關鍵。然而能否獲得足夠的低溫環境和在該低溫環境下有足夠的低溫制冷量，用來平衡由于系統的傳導和輻射漏熱以及高溫超導材料由于運行產生的交流損耗，關系到高溫超導材料能否正常穩定的運行和工作。

目前，超導磁體系統運行的低溫環境主要由3種方式提供，分別是低溫液體浸泡冷卻、再冷凝式冷卻和制冷機傳導冷卻。低溫液體浸泡冷卻結構簡單溫度穩定性好無機械振動，但液體消耗量大；再冷凝式冷卻零蒸發模式液體消耗量小，磁體不受機械振動，但結構復雜成本高；制冷機傳導冷卻結構簡單無低溫液體輸送補充，但冷卻均勻性差預冷時間長且伴隨制冷機振動。

對于液氮冷卻高溫超導材料的研究已經日漸成熟。而關于超導材料失超后的再冷卻過程時間冗長問題，至今沒有找到很好的解決措施。當電力系統發生故障時，超導限流器理想工作狀態發生改變，失去其超導性，即呈現阻抗性。當電流通過超導限流器，會在其表面產生巨量的焦耳熱，熱量傳遞到液氮中，使液氮劇烈氣化，形成的氣泡有很大一部分會覆蓋在超導限流器的表面，散熱熱阻急劇增大，延緩了超導限流器的再冷卻過程。

傳統超導限流器的低溫冷卻系統如圖1所示，其結構相對簡單，包括液氮槽1、超導限流器2、自動啟閉閥3和氮氣緩沖罐4。超導限流器2完全浸沒在液氮槽1的液氮中，液氮槽1上部低壓氮氣區和氮氣緩沖罐4相連接，通過自動啟閉閥3控制液氮槽1和氮氣緩沖罐4的連通狀態。

當設備發生短路故障，超導限流器2失超，自動啟閉閥3迅速打開，超導限流器2表面產生的氣泡一部分上升至上方氮氣低壓區，在壓差驅動下進入氮氣緩沖罐4，而附著在超導限流器2表面的氣泡只能通過自然排出，之后液氮才能重新流回液氮槽1將其冷卻，導致超導限流器2復溫重啟嚴重滯后。

發明內容

本發明提供了一種壓差驅動的強制對流高溫超導冷卻裝置，可解決超導限流器失超瞬間高熱容超導材料的快速再冷卻問題。

一種壓差驅動的強制對流高溫超導冷卻裝置，包括低溫液體浸泡槽以及浸泡在所述低溫液體浸泡槽內的超導限流器，還包括：

低溫導流管道，布置在所述低溫液體浸泡槽內，管體上開設有多個朝向所述超導限流器表面的導流孔；