CN102961894A - 一种用于超导磁体的气液分离装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种用于超导磁体的气液分离装置及其方法，包括：一用于导入低温补液的进液管，其输入口端和杜瓦外的输液管道连通；一气液分离腔，带有进液口及出液口，进液口与进液管的输出口端连通，出液口设在腔体底部，顶部敞口或设出气管，该顶部敞口或出气管的口径大于进液管口径面积；一用于向杜瓦内导出补液的出液管，其头部入液端口与气液分离腔腔体底部的出液口连通，尾部出口的朝向非对准杜瓦内放置的超导磁体；该用于超导磁体的气液分离装置整体固定在杜瓦的上部，位于杜瓦内放置的超导磁体及盛置的低温液体液面之上，让由杜瓦外输液管道进入的补液流经该装置，可将氮气、液氮分离后从不同出口排出，以减少补液过程中对超导磁体的冲击。

Description

一种用于超导磁体的气液分离装置及其方法

技术领域

本发明属于超导技术领域，尤指一种可解决向安装有超导磁体的低温容器充注低温液体时由于低温液体气化而对超导磁体造成的冲击损坏的气液分离装置及其方法。

背景技术

超导材料在温度低于临界温度时，进入超导状态，电阻为零。为利用超导材料的这种特性，需将超导材料放在低温液体（比如液氮）中，进行低温冷却，使超导材料电阻为零。因此，需要制造装液氮的低温绝热容器（也称为杜瓦），并对消耗的液氮进行补充。超导故障限流器、超导变压器、超导储能等超导电力设备的超导磁体安装在杜瓦中。补液时，液氮从储槽经过管道进入杜瓦，由于受热气化，部分液氮蒸发成氮气。液氮以气、液混合状态高速进入杜瓦，容易冲击超导磁体，造成超导磁体损伤。为保证超导磁体正常运行，提高超导磁体的可靠性、稳定性，需要减少补液对超导磁体的影响。

补液过程中气化的氮气是造成对超导磁体冲击的主要原因。气化的氮气越多，出口离超导磁体越近，出口速度越大，冲击也就越大。液氮的气化量和储罐压力、管道尺寸、管道绝热效果有关。降低储罐压力，增大管道尺寸，增强管道绝热效果，是减少气化量和出口速度的一种办法。但仍不可避免对超导磁体产生冲击。

因此，在杜瓦外采取措施并不能完全解决补液时对超导磁体的冲击问题，需要在杜瓦内采取措施。

常规杜瓦的主要结构一般有整体型和环型，参见图7、图8所示，均由内筒100和外筒200两个封闭筒组合构成，形成有真空层和低温层两个区域，内筒封闭为低温层盛放低温液体维持低温环境，超导磁体300就放置在内筒中，内筒和外筒之间是真空层起到绝热作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于超导磁体的气液分离装置，其安装在杜瓦内，可将氮气、液氮分离后从不同出口排出，以减少补液过程中对超导磁体的冲击。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种用于超导磁体的气液分离装置，其包括有：

一用于导入低温补液的进液管，其输入口端和杜瓦外的输液管道连通；

一气液分离腔，带有进液口及出液口，其进液口与进液管的输出口端连通，其出液口设在腔体的底部，其顶部敞口或设有出气管，该顶部敞口或设有的出气管的口径大于进液管口径面积；

一用于向杜瓦内导出补液的出液管，其头部入液端口与气液分离腔腔体底部的出液口连通，主体管身水平放置，其尾部出口的朝向非对准杜瓦内放置的超导磁体；

所述用于超导磁体的气液分离装置整体固定在杜瓦的上部，位于杜瓦内放置的超导磁体及盛置的低温液体液面之上。

所述用于超导磁体的气液分离装置的进液管输出口端设在气液分离腔内且出口朝下；该进液管输出至输出口段的管身为水平放置为佳。

所述用于超导磁体的气液分离装置的出液管出口端呈喇叭口状；所述的出液管出口端朝向杜瓦内筒的侧壁；朝向杜瓦内筒的内边侧壁为宜。

所述用于超导磁体的气液分离装置的气液分离腔结构可以是上部大、下部小的漏斗形状。

所述用于超导磁体的气液分离装置气液分离腔的顶部敞口或设有的出气管的口径比进液管口径面积大5倍以上。

在气液分离腔的上部设有作为气体分离出气通道并防止液氮从上部喷出的盖帽。

本发明的另一目的是提供一种用于超导磁体的气液分离的方法，其利用上述装置，可以有效的减少补液过程中对超导磁体的冲击。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

用于超导磁体的气液分离的方法，其是在杜瓦内筒的上部区域设置一如上述的用于超导磁体的气液分离装置，让由杜瓦外输液管道进入的补液流经该装置，使沿输送途中受热气化的氮气分离后从该装置气液分离腔上方的敞口或出气管排出，分离后的补液向下沉积并由底口留出，经由水平设置的出液管出口进入到杜瓦内筒。

所述用于超导磁体的气液分离的方法中，由出液管出口进入到杜瓦内筒的补液先是向杜瓦内筒的内侧壁喷出，沿着壁面流到其内原盛放的液氮液面上。

本发明的优点是：

1.本发明的整体结构设计，可以使得低温绝热容器（杜瓦）在补液时对进入的混合状液氮进行气、液的有效分离，并将气体向外排出，使其不能对杜瓦内的超导磁体造成冲击损伤；

2.本发明的整体结构设计，尤其是对出液口形状及位置的合理安排，可以减少补液时液氮排出速度，有效地避免补液对超导磁体造成冲击损伤。

附图说明

图1为本发明用于超导磁体的气液分离装置一实施例结构示意图（立体视图）。

图2为图1所示实施例的结构示意图（主视）。

图3为图2的俯视图。

图4为本发明用于超导磁体的气液分离装置另一实施例结构示意图（主视）。

图5为图4的俯视图。

图6为本发明用于超导磁体的气液分离装置一使用状态结构示意图（为环型结构杜瓦的主局部剖视，未包括杜瓦的外筒）。

图7为常规杜瓦的主要结构形式示意图（剖视，整体型）。

图8为常规杜瓦的主要结构形式示意图（剖视，环型）。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明。

具体实施方式

参见图1、图2、图4和图6所示，本发明用于超导磁体的气液分离装置主要由进液管1、气液分离腔2、出气管4和出液管3组成，其中出气管4亦可由在气液分离腔的顶部直接开设的敞口所替代。整个装置应固定在杜瓦内筒6的上部区域，位于超导磁体7及杜瓦内筒内低温液面以上的位置。

所述的进液管1用于外接杜瓦外的输液管道以导入低温补液，其输入口端11和杜瓦外的输液管道连通；为保证进入的补液持续平缓，该进液管1的输出口端12要设在气液分离腔内且出口朝下，参见图2和图4所示；该进液管输出至输出口段的管身13为水平放置为佳，亦即制作时将进液管弯成直角进入气液分离腔，参见图1所示。

所述的气液分离腔2带有进液口及出液口，其进液口与进液管的输出口端12连通，其出液口设在腔体的底部，顶部直接带有敞口（亦即为氮气的出气口，参见图2和图3所示）或配有出气管4（参见图4和图5所示），该顶部的敞口面积或设有的出气管的口径面积要大于进液管口径的面积，以大于5倍以上为佳，以确保气液的有效分离；该气液分离腔结构可以是上部大、下部小的漏斗形状，利于补液向下流；在气液分离腔的上部设有作为气体分离出气通道并防止液氮从上部喷出的盖帽5；气液分离腔的设立一方面满足气液分离的需要，另一方面也可使急速进入的补液缓冲一下速度。

所述的出液管3用于向杜瓦内导出补液，其头部入液端口31与气液分离腔腔体底部的出液口连通，主体管身33应水平放置为佳，其尾部出液口32必须设在液面以上，朝向不能对准杜瓦内放置的超导磁体，应朝向杜瓦内筒的内侧壁为宜：当杜瓦为整体型结构时,内侧壁为单向壁，出液管3尾部的出液口32朝向该壁即可；当杜瓦为环型结构时,内侧壁为双向壁，选择任一向内侧壁均可，朝向中心侧的内壁为佳，如图3及图6所示状态。该出液管3的出口端呈喇叭口状为佳，使出液的速度能更进一步得到缓冲。

由于超导饱和铁心故障限流器的杜瓦内筒一般为圆形（整体型结构）或环形（环型结构），气液分离装置各部件的设计应匹配为具有一定的弧度，配合杜瓦形状，利于安装使用。

本发明用于超导磁体的气液分离装置的工作原理及工作过程是：补液（现一般指液氮）由进液管1流进气液分离腔2，受热气化的氮气从上部的敞口21或配有的出气管4排出，液氮向下沉积并从下部出液管3向杜瓦内筒的的内侧壁喷出，沿着壁面流到其内原盛放的液氮液面上，这样可使补液过程中，能减少对原有液面影响，保证液面不产生波动。

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应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于超导磁体的气液分离装置，其特征在于包括有：

一用于导入低温补液的进液管，其输入口端和杜瓦外的输液管道连通；

一气液分离腔，带有进液口及出液口，其进液口与进液管的输出口端连通，其出液口设在腔体的底部，其顶部敞口或设有出气管，该顶部敞口或设有的出气管的口径大于进液管口径面积；

一用于向杜瓦内导出补液的出液管，其头部入液端口与气液分离腔腔体底部的出液口连通，其尾部出口的朝向非对准杜瓦内放置的超导磁体；

所述用于超导磁体的气液分离装置整体固定在杜瓦的上部，位于杜瓦内放置的超导磁体及盛置的低温液体液面之上。

2.根据权利要求1所述的用于超导磁体的气液分离装置，其特征在于：所述的进液管输至输出口端设在气液分离腔内且出口朝下。

3.根据权利要求1或2所述的用于超导磁体的气液分离装置，其特征在于：所述的出液管出口端呈喇叭口状。

4.根据权利要求3所述的用于超导磁体的气液分离装置，其特征在于：所述的出液管出口端朝向杜瓦内筒的内侧壁。

5.根据权利要求1或2、3所述的用于超导磁体的气液分离装置，其特征在于：所述的气液分离腔结构为上部大、下部小的漏斗形状。

6.根据权利要求1所述的用于超导磁体的气液分离装置，其特征在于：所述的气液分离腔顶部的敞口或设有的出气管的口径比进液管口径面积大5倍以上。

7.根据权利要求1所述的用于超导磁体的气液分离装置，其特征在于：在气液分离腔的上部设有作为气体分离出气通道并防止液氮从上部喷出的盖帽。

8.根据权利要求1所述的用于超导磁体的气液分离装置，其特征在于：所述用于超导磁体的气液分离装置的各部件均由非导磁金属材料制作。

9.一种用于超导磁体的气液分离的方法，其特征在于：在杜瓦内筒的上部区域设置一如权利要求1所述的用于超导磁体的气液分离装置，让由杜瓦外输液管道进入的补液流经该装置，使沿输送途中受热气化的氮气分离后从该装置气液分离腔上方的敞口或出气管排出，分离后的补液向下沉积并由底口流出，经由水平设置的出液管出口进入到杜瓦内筒。

10.根据权利要求9所述的用于超导磁体的气液分离的方法，其特征在于：由出液管出口进入到杜瓦内筒的补液先是向杜瓦内筒的内侧壁喷出，沿着壁面流到其内原盛放的液氮液面上。

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