[發(fā)明專利]一種超導(dǎo)電纜及其冷卻方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110476336.5
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113223774B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李育隆;高遠(yuǎn)
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H01B12/16
• 分類號: H01B12/16
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 盛大文

本發(fā)明提供一種超導(dǎo)電纜及其冷卻方法。所述超導(dǎo)電纜包括：電纜主體；液氮噴淋管，所述液氮噴淋管設(shè)置在所述電纜主體的內(nèi)部，且與所述電纜主體形成空腔，所述液氮噴淋管的壁面上設(shè)有液氮噴射孔，所述液氮噴射孔使所述液氮噴淋管與所述空腔連通。本發(fā)明的超導(dǎo)電纜，集成了超導(dǎo)電纜附屬制冷系統(tǒng)中的過冷換熱器，在實(shí)際使用中可簡化系統(tǒng)、降低重量、提高總體功重比。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及特種電纜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超導(dǎo)電纜及其冷卻方法。

背景技術(shù)

高溫超導(dǎo)電纜采用無電阻、高臨界電流密度的高溫超導(dǎo)材料作為導(dǎo)體，與傳統(tǒng)電纜相比具有體積小、質(zhì)量輕、損耗小、傳輸容量大等優(yōu)點(diǎn)。在電力系統(tǒng)中使用高溫超導(dǎo)電纜可以提高系統(tǒng)的總效率，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

高溫超導(dǎo)電纜必須在超導(dǎo)體臨界溫度以下才能正常工作，因此超導(dǎo)電纜中必須設(shè)計(jì)有冷卻系統(tǒng)帶走由于交流損耗和系統(tǒng)漏熱帶來的熱負(fù)荷，避免超導(dǎo)電纜失超。

目前，高溫超導(dǎo)電纜一般采用簡單的液氮強(qiáng)迫對流冷卻方式。以典型的單液氮通道冷卻的高溫超導(dǎo)電纜為例，液氮在超導(dǎo)電纜支撐層空腔內(nèi)流動(dòng)，利用顯熱對超導(dǎo)電纜進(jìn)行冷卻。為了使制冷劑構(gòu)成循環(huán)，液氮在電纜外部的過冷換熱器中被冷卻后才能再次通入超導(dǎo)電纜中。因此，高溫超導(dǎo)電纜的附屬制冷系統(tǒng)還包括液氮儲(chǔ)罐、過冷箱、過冷換熱器、以及提供冷量的液氮減壓制冷設(shè)備或大型低溫制冷機(jī)等。

高溫超導(dǎo)電纜自身體積小、重量輕，但是在實(shí)際使用中，龐大復(fù)雜的附屬制冷系統(tǒng)使得系統(tǒng)總體質(zhì)量大大增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種超導(dǎo)電纜，該超導(dǎo)電纜在實(shí)際使用中可簡化系統(tǒng)、降低重量、提高總體功重比。

本發(fā)明還提出一種超導(dǎo)電纜的冷卻方法。

根據(jù)本發(fā)明第一方面實(shí)施例的超導(dǎo)電纜，包括：

電纜主體；

液氮噴淋管，所述液氮噴淋管設(shè)置在所述電纜主體的內(nèi)部，且與所述電纜主體形成空腔；

所述液氮噴淋管的壁面上設(shè)有液氮噴射孔，所述液氮噴射孔使所述液氮噴淋管與所述空腔連通。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超導(dǎo)電纜，通過在電纜主體的內(nèi)部設(shè)置液氮噴淋冷卻結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在超導(dǎo)電纜上集成超導(dǎo)電纜附屬制冷系統(tǒng)中的過冷換熱器，相比現(xiàn)有超導(dǎo)電纜，可簡化系統(tǒng)、降低重量、提高總體功重比。

另外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的超導(dǎo)電纜，還可以具有如下附加技術(shù)特征：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述液氮噴淋管的壁面上設(shè)有成對設(shè)置的液氮噴射孔。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述成對設(shè)置的液氮噴射孔的縱軸線相交，且交點(diǎn)位于所述空腔中。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述成對設(shè)置的液氮噴射孔的縱軸線夾角為40°～80°。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述液氮噴射孔的直徑d計(jì)算公式如下：

其中，Q為系統(tǒng)熱負(fù)荷，N為開孔數(shù)，v為液氮噴射速度，ρ為液氮密度，r為液氮汽化潛熱，v典型值為15～24m/s。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述液氮噴淋管上液氮噴射孔的軸向分布間距Δl計(jì)算公式如下：

其中，n為液氮噴淋管周向液氮噴射孔的開孔對數(shù)，L為高溫超導(dǎo)電纜的長度。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述電纜主體由內(nèi)向外依次繞包有支撐層、超導(dǎo)體層、電絕緣層、屏蔽層、真空絕熱層和保護(hù)層。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述支撐層的內(nèi)壁為螺旋微肋表面。