CN109724367A - 用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱，属于制冷机技术领域，包括主体保温结构，主体保温结构的顶部设有端盖，端盖上均匀设有多个冷头连接器；主体保温结构的底部连接有冷箱支撑结构；主体保温结构包括内胆和外胆，内胆和外胆间为真空空腔，真空空腔内设有多层反射层；主体保温结构的底部伸出有冷量输出管道和热量输入管道，冷量输出管道和热量输入管道分别连接冷箱支撑结构伸出的换热器连接接口，通过换热器连接接口与换热器连通。本发明提供了冷量的累加空间，各台制冷机之间的输出差异被抹平，实际中某台制冷机发生故障，通过调高其他制冷机制冷功率，保证了稳定可靠的输出冷量，实现了制冷系统不宕机下的定期检修维护。

Description

用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱

技术领域

本发明涉及制冷机技术领域，具体涉及一种用于超导电缆工程的并联式制冷机系统冷箱。

背景技术

高温超导电缆具有线损低、传输容量大、走廊占地小等诸多优点，为电网提供了一种高效、紧凑、可靠、绿色的电能传输方式。综合考虑电力能源需求持续增长、风能和太阳能等新能源占比快速上升、不同区域间的电力共享需求越发强烈、节能减排和环境保护诉求逐年增强、局部地区地下输配电走廊已趋饱和等诸多瓶颈，采用超导直流输电技术可实现高效低损耗和大容量电力输送的将为未来输配电所面临的挑战提供一揽子解决方案。

尽管高温超导的临界温度相比低温超导有了很大的提升，但仍处于液氮温区。为了维持超导电缆的超导态，需要使用液氮进行冷却。工程中，为了获得更高的电流密度、抑制两相流的出现，一般采用过冷液氮作为超导电缆的制冷工质。通常，工程上获取过冷液氮的方法有两种，一种是使用制冷机作为冷源，直接将液氮冷却至过冷状态。另一种是抽空减压的方法，降低液氮的饱和蒸气压，使液氮进入过冷状态。由于抽空减压的方法对过冷量的可控性较差，一般作为备用制冷方式。也即，通常采用制冷机制冷的方法获得过冷液氮。

公里级超导电缆工程的系统热负荷一般在几个千瓦左右，一般会超过目前制冷机的单台制冷量。为了满足超导电缆工程的制冷需求，要采用多台制冷机并联的运行方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种输出冷量稳定，制冷可靠，且能够实现制冷系统不宕机下的定期检修维护的用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱，以解决上述背景技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供的一种用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱，包括主体保温结构，所述主体保温结构的顶部设有端盖，所述端盖上均匀设有多个冷头连接器；所述主体保温结构的底部连接有冷箱支撑结构，所述冷箱支撑结构内伸出有换热器连接接口；

冷箱主体保温结构包括内胆和外胆，所述内胆和外胆间为真空空腔，所述真空空腔内设有多层反射层；

所述主体保温结构的底部伸出有冷量输出管道和热量输入管道，所述冷量输出管道和所述热量输入管道分别连接冷箱支撑结构伸出的换热器连接接口，通过换热器连接接口与换热器连通。

优选地，所述端盖上均匀设有多个供制冷机的冷头穿过通孔。

优选地，所述端盖由304或304L钢板制成。

优选地，所述端盖与所述主体保温结构采用密封法兰实现密封连接。

优选地，所述冷头连接器的数量为8个。

优选地，所述反射层有30-40层；所述反射层为铝箔纸。

优选地，所述内胆和所述外胆均由不锈钢材料制成。

优选地，所述冷箱支撑结构的底部固定连接有底座。

优选地，所述冷箱支撑结构为由金属材料制成的圆筒状结构。

优选地，所述冷头连接器的下端连接有换热冷头，所述冷头连接器的中部设有热收缩波纹结构，所述热收缩波纹结构为环形膨胀节。

本发明有益效果：通过集总式并联运行的制冷机的冷头进入冷箱，通过单一通道再进入换热器，由于冷箱提供了冷量的累加空间，各台制冷机之间的输出差异被抹平；考虑到并联总功率本身留有一定的余量，实际中某台制冷机发生故障，其他并联组成员制冷机通过调高制冷功率，其总输出的冷量仍能满足系统要求；实现了制冷系统不宕机下的制冷机定期检修维护。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱立体结构图。

图2为本发明实施例所述的用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱内部结构剖视图。

其中：1-主体保温结构；2-端盖；3-冷头连接器；4-冷箱支撑结构；5- 内胆；6-外胆；7-真空空腔；8-冷量输出管道；9-热量输入管道；10-底座； 11-换热冷头；12-热收缩波纹结构；13-换热器连接接口。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或模块，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、模块和/或它们的组。

需要说明的是，在本发明所述的实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通，或两个元件的相互作用关系，除非具有明确的限定。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语 (包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本领域普通技术人员应当理解的是，附图只是一个实施例的示意图，附图中的部件或装置并不一定是实施本发明所必须的。

实施例

如图1至图2所示，本发明实施例提供一种用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱，包括主体保温结构1，所述主体保温结构1的顶部设有端盖2，所述端盖2上均匀设有多个冷头连接器3；所述主体保温结构1的底部连接有冷箱支撑结构4；

所述主体保温结构1包括内胆5和外胆6，所述内胆5和外胆6间为真空空腔 7，所述真空空腔7内设有多层反射层；

所述主体保温结构1的底部伸出有冷量输出管道8和热量输入管道9，所述冷量输出管道8和所述热量输入管道9分别连接冷箱支撑结构4伸出的换热器连接接口13，通过换热器连接接口13与换热器连通。

所述端盖2上均匀设有多个供制冷机的冷头穿过通孔。

所述端盖2由304或304L钢板制成。

所述端盖2与所述主体保温结构1采用密封法兰实现密封连接。

所述反射层有30-40层；所述反射层为铝箔纸。

所述内胆5和所述外胆6均由不锈钢材料制成。

所述冷箱支撑结构4的底部固定连接有底座10。

所述冷箱支撑结构4为由金属材料制成的圆筒状结构。

具体的，如图1所示，所述的用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱是由制冷机冷头连接器3、可拆卸端盖2、冷箱主体保温结构1、冷箱支撑结构 4、换热器连接接口13和冷箱底座10组成。

所述的制冷机冷头连接器3用于连接制冷机，制冷机的冷头与连接器3连接后，将冷量输入到冷箱内部，称为冷源的一部分。图中实例给出的是8台制冷机并联的情况，如图所示，8台制冷机的冷头连接器3应尽量在可拆卸端盖2 上均匀对称分布，以使冷箱内部获得较为均匀的温度分布。如果并联数量小于8台，可拆卸端盖上未安装冷头的口位要进行低温真空密封。

可拆卸端盖2由304或304L钢板制成，中间对称均匀开孔(即通孔)，供制冷机冷头穿过。采用螺栓与冷箱主体保温结构3连接，常用的法兰是平面的，而密封法兰在平面上有凹槽，上下法兰的凹槽是配合的，橡胶圈密封在低温下因橡胶脆化而不能用，因此，在凹槽内放一根直径在不受力状态下略大于凹槽直径的金属丝，如铅丝、铜丝等，这样当拧紧螺栓的时候，金属丝就会变形，从而完全填充法兰面之间的间隙，实现非常好的密封效果，且在低温条件下也有效。

冷箱主体保温结构1为双层不锈钢结构，即包括内胆和外胆，层间缠绕多层高反射率的铝箔纸，并抽真空，内胆和外胆之间形成真空空腔，形成所谓的真空多层绝热或超级绝热。反射层一般在30-40层左右，真空度一般不大于 0.001Pa。该种配置下，可在经济性很好的前提下实现经保温结构由外部传入冷箱内部的热量大幅降低。

冷箱支撑结构4处于室温环境，主要为冷箱主体结构1提供机械支撑，并具有保护换热器连接接口13的作用。冷箱支撑结构4的下端与冷箱底座10通过焊接连接。冷箱底座10为冷箱提供稳定的机械支撑，确保冷箱不会发生大的机械运动，能够抵抗不十分强烈的振动。

换热器连接接口13是冷箱与换热器的连接接口。多台并联的制冷机各自所提供的冷量在冷箱内累加，形成的累计冷量经换热器连接接口13输入到换热器，并将换热器内的热量带回冷箱内。

如图2所示，用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱的内部可以看到各个制冷机冷头的热收缩波纹结构12、用于增大换热面积并提高换热效果的强化换热冷头11、冷箱主体保温结构3的内部中空结构(即真空空腔7)，以及换热器连接接口13在冷箱部分的连接管道，包括冷量输出管道8和热量输入管道9。

热收缩波纹结构12是一组环形膨胀节，用于补偿冷头在低温下的长度收缩。

强化换热冷头11与制冷机输出冷头连接，由于强化换热冷头增大了外表面积，冷头与环境的换热得以强化，提高了系统的换热效率，提高了制冷的有效能力。

冷箱主体保温结构1的中空结构(即真空空腔)即上述的超级绝热层所在位置。为了保持内外不锈钢容器的相对位置，空腔内还设置了一些机械支撑结构(图中未画出)，主体保温结构1是由内外胆组成的，内外胆间中空。隔一段距离就要通过焊接或者卡接的方式，放置支撑件，确保内胆和外胆之间的相对距离稳定。这些支撑结构是由热导率且低温性能良好的环氧树脂材料制成的。支撑结构与内外不锈钢容器的接触均为点接触或面接触，以最大程度的减少热传导。

冷量输出管道8和热量输入管道9一端连接于主体保温结构1的内部，在冷箱内部为竖直且一高一低布局，穿过主体保温结构1的底部后，弯折形成水平路径，延展到冷箱支撑结构4之外，末端焊接真空密封法兰后形成换热器连接接口13。

综上所述，本发明实施例的冷箱结构紧凑，性能稳定，移动方面，便于现场布局，降低了长距离超导电缆工程对制冷机设备选型的约束标准；通过集总式并联运行的制冷机的冷头进入冷箱，通过单一通道再进入换热器，由于冷箱提供了冷量的累加空间，各台制冷机之间的输出差异被抹平；考虑到并联总功率本身留有一定的余量，实际中某台制冷机发生故障，其他并联组成员制冷机通过调高制冷功率，其总输出的冷量仍能满足系统要求；实现了制冷系统不宕机下的制冷机定期检修维护。

本领域普通技术人员可以理解：本发明实施例中的装置中的部件可以按照实施例的描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱，其特征在于：包括主体保温结构(1)，所述主体保温结构(1)的顶部设有端盖(2)，所述端盖(2)上均匀设有多个冷头连接器(3)；所述主体保温结构(1)的底部连接有冷箱支撑结构(4)；

所述主体保温结构(1)包括内胆(5)和外胆(6)，所述内胆(5)和外胆(6)间为真空空腔(7)，所述真空空腔(7)内设有多层反射层；

所述主体保温结构(1)的底部伸出有冷量输出管道(8)和热量输入管道(9)，所述冷量输出管道(8)和所述热量输入管道(9)分别连接冷箱支撑结构(4)伸出的换热器连接接口(13)，通过换热器连接接口(13)与换热器连通。

2.根据权利要求1所述的用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱，其特征在于：所述端盖(2)上均匀设有多个供制冷机的冷头穿过通孔。

3.根据权利要求2所述的用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱，其特征在于：所述端盖(2)由304或304L钢板制成。

4.根据权利要求3所述的用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱，其特征在于：所述端盖(2)与所述主体保温结构(1)采用密封法兰实现密封连接。

5.根据权利要求4所述的用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱，其特征在于：所述冷头连接器(3)的数量为8个。

6.根据权利要求5所述的用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱，其特征在于：所述反射层有30-40层；所述反射层为铝箔纸。

7.根据权利要求1所述的用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱，其特征在于：所述内胆(5)和所述外胆(6)均由不锈钢材料制成。

8.根据权利要求1所述的用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱，其特征在于：所述冷箱支撑结构(4)的底部固定连接有底座(10)。

9.根据权利要求8所述的用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱，其特征在于：所述冷箱支撑结构(4)为由金属材料制成的圆筒状结构。

10.根据权利要求1所述的用于超导电缆工程的并联制冷机系统冷箱，其特征在于：所述冷头连接器(3)的下端设有换热冷头(11)，所述冷头连接器(3)的中部设有热收缩波纹结构(12)，所述热收缩波纹结构(12)为环形膨胀节。