[發(fā)明專利]一種利用液氫的高溫超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子低溫冷卻系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011090043.5
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112259318B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張哲;李斌;閔婕;陳偉政
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶科學(xué)研究中心
• 主分類號: H01F6/04
• 分類號: H01F6/04;H02K9/20;H02K9/24;H02K55/00
• 代理公司: 無錫華源專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32228
• 代理人: 過顧佳;聶啟新

本發(fā)明公開了一種利用液氫的高溫超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子低溫冷卻系統(tǒng)，涉及超導(dǎo)應(yīng)用低溫技術(shù)領(lǐng)域，該系統(tǒng)中，液氫儲罐內(nèi)儲存有液氫形成底部的液體段和頂部的氣體段，液體段的液氫在重力作用下通過液氫輸送管連通傳輸?shù)礁邷爻瑢?dǎo)電機轉(zhuǎn)子的外壁容腔內(nèi)的液氫氣化腔中進行換熱從而實現(xiàn)降溫，液氫氣化后形成的氫氣通過氫氣輸送管路傳輸回液氫儲罐的氣體段維持液氫儲罐內(nèi)的壓力，從而形成一個閉合的循環(huán)，該系統(tǒng)使用液氫作為低溫冷卻介質(zhì)，能夠有效維持液氫氣化腔內(nèi)的溫度，滿足超導(dǎo)磁體的工作溫度要求，而且依靠重力驅(qū)動，因此無需額外使用循環(huán)泵，提高系統(tǒng)可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超導(dǎo)應(yīng)用低溫技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種利用液氫的高溫超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子低溫冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)

自1986年高溫超導(dǎo)材料發(fā)現(xiàn)以來，高溫超導(dǎo)材料發(fā)展快速并引起了世界許多國家的跟蹤發(fā)展，超導(dǎo)線材的發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域正越來越廣泛，如超導(dǎo)限流器、超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)電機、超導(dǎo)磁儲能等。目前，已經(jīng)商業(yè)化運營的高溫超導(dǎo)線材主要有一代Bi系超導(dǎo)線材及二代Yi系高溫超導(dǎo)線材，而在高溫超導(dǎo)電機應(yīng)用中，由Bi系或Yi系高溫超導(dǎo)線材繞制的超導(dǎo)磁體工作溫度在30K左右，因此，需要一個穩(wěn)定可靠的低溫系統(tǒng)給超導(dǎo)磁體正常工作提供低溫條件。

目前，已知的高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)子冷卻方式主要有幾下三種：

1、將高溫超導(dǎo)磁體直接浸泡于液氮或過冷液氮中，此種方法直接簡單、安全可靠。但是受制于低溫容器本身的漏熱及電流引線傳導(dǎo)熱，需要不停地補充液氮，且磁體工作溫度在70K附近，無法滿足30K溫度的要求。

2、通過低溫制冷機直接傳導(dǎo)冷卻超導(dǎo)磁體，此種方法簡單直接，但是無法運用于旋轉(zhuǎn)的超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子上，尤其是線速度較高的情形。

3、采用冷氦氣強迫對流的方式，這種方法采用冷氦氣作為中間冷卻介質(zhì)，利用氦氣泵作為循環(huán)動力，但這種方式系統(tǒng)運行壓力較高且系統(tǒng)復(fù)雜，而且氦氣泵造價較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明人針對上述問題及技術(shù)需求，提出了一種利用液氫的高溫超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子低溫冷卻系統(tǒng)，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種利用液氫的高溫超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子低溫冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括溫超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子、液氫儲罐、液氫輸送管和氫氣輸送管路；

高溫超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子的外壁容腔內(nèi)包括液氫氣化腔，高溫超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子的超導(dǎo)磁體設(shè)置在液氫氣化腔的外表面；

液氫儲罐內(nèi)儲存有液氫，液氫儲罐的內(nèi)部包括底部的液體段和頂部的氣體段，液氫輸送管的進液端連通液氫儲罐的液體段、出液端延伸至高溫超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子的液氫氣化腔內(nèi)，氫氣輸送管路的進氣端延伸至高溫超導(dǎo)電機轉(zhuǎn)子的液氫氣化腔內(nèi)、出氣端連通液氫儲罐的氣體段；

液氫儲罐內(nèi)的液氫在重力作用下經(jīng)過液氫輸送管進入液氫氣化腔內(nèi)進行換熱并氣化形成氫氣使液氫氣化腔內(nèi)壓力增大至高于液氫儲罐內(nèi)的壓力，液氫氣化腔內(nèi)的氫氣經(jīng)過氫氣輸送管路進入液氫儲罐頂部的氣體段維持液氫儲罐內(nèi)的壓力。

其進一步的技術(shù)方案為，系統(tǒng)還包括燃料電池儲發(fā)電裝置，氫氣輸送管路的出氣端還連通至燃料電池儲發(fā)電裝置，液氫氣化腔內(nèi)的氫氣經(jīng)過氫氣輸送管路進入燃料電池儲發(fā)電裝置作為燃料進行發(fā)電。

其進一步的技術(shù)方案為，系統(tǒng)還包括低溫制冷機，低溫制冷機安裝在液氫儲罐的氣體段處且低溫制冷機的冷頭密封延伸進液氫儲罐內(nèi)部，低溫制冷機的冷頭的下部設(shè)置有冷頭換熱器，冷頭換熱器采用翅片式換熱器，低溫制冷機產(chǎn)生冷量維持液氫儲罐內(nèi)的壓力。

其進一步的技術(shù)方案為，系統(tǒng)還包括控制器以及分別設(shè)置在液氫輸送管和氫氣輸送管路上的電磁閥，主控器連接并控制各個電磁閥的開度以控制所在管路的流量。

其進一步的技術(shù)方案為，液氫輸送管的出液端設(shè)置有噴嘴，噴嘴對液氫進行霧化后噴入液氫氣化腔內(nèi)進行換熱。