CN112350267A - 超导能源管道终端恒温器 - Google Patents

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CN112350267A CN202011329271.3A CN202011329271A CN112350267A CN 112350267 A CN112350267 A CN 112350267A CN 202011329271 A CN202011329271 A CN 202011329271A CN 112350267 A CN112350267 A CN 112350267A
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韩云武
宗曦华
王天龙
张喜泽
魏士政
喻志广
陈志越
黄逸佳
陆小虹
余静薇
冯鑫
张大义
张智勇
田祥
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    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Abstract

本发明涉及超导技术领域，尤其涉及一种超导能源管道终端恒温器，包括：内层管体，内部形成容纳冷媒并包裹超导电缆的冷媒层；中间管体，外套于内层管体并与内层管体之间形成容纳液氮的液氮夹层；外层壳体，外套于内层管体和中间管体，外层壳体内部形成包裹内层管体和中间管体的真空层；以及液氮容器，储存有液氮，液氮容器的底部和顶部分别与液氮夹层的底部和顶部相连通。由液氮夹层内的液氮为冷媒层内的冷媒提供冷量，能够提升冷却的安全可靠性能，能够保证冷量充足；同时利用连通器原理，通过控制液氮容器内液氮液位和压力能够对液氮夹层内液氮液位和温度进行控制，大幅提升了温度控制精度和稳定性。

Description

超导能源管道终端恒温器
技术领域
本发明涉及超导技术领域，尤其涉及一种超导能源管道终端恒温器。
背景技术
超导材料具有极低的电阻，输电损耗小，是理想的输电材质，但是超导材料需要在极低的温度下才能形成超导态，因此在工程中需要通过冷媒介质使超导电缆处于超导临界转变温度以下，以实现超导输电。
现有的超导能源管道系统中，超导电缆终端通常采用流动液氮作为冷却介质，需要让液氮形成循环，流动的液氮在大长度流动过程中会产生较大的压强降低，极大的影响了产品的推广。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种温度控制精度高、稳定性好的超导能源管道终端恒温器，以克服现有技术的上述缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种超导能源管道终端恒温器，包括：内层管体，内部形成容纳冷媒并包裹超导电缆的冷媒层；中间管体，外套于内层管体并与内层管体之间形成容纳液氮的液氮夹层；外层壳体，外套于内层管体和中间管体，外层壳体内部形成包裹内层管体和中间管体的真空层；以及液氮容器，储存有液氮，液氮容器的底部和顶部分别与液氮夹层的底部和顶部相连通。
优选地，还包括输送管体，输送管体外套于内层管体并与内层管体之间形成输送燃料的燃料层，液氮夹层位于燃料层的一侧，真空层包裹输送管体。
优选地，液氮夹层与燃料层之间具有间隔距离。
优选地，输送管体设有通向外层壳体外部的进出口，进出口供燃料输入或输出燃料层。
优选地，液氮容器上设有用于显示液氮容器内部压力的压力表。
优选地，液氮容器上设有用于安装压力控制元件的压力控制口，压力控制元件用于调节液氮容器内部压力。
优选地，液氮容器上设有用于显示液氮容器内液位的液位计。
优选地，液氮容器的底部与液氮夹层的底部通过双层真空管相连通。
优选地，液氮容器的顶部与液氮夹层的顶部通过气相连接管相连通。
与现有技术相比，本发明具有显著的进步：
本发明的超导能源管道终端恒温器，在外层壳体内真空层与冷媒层之间设置液氮夹层，并通过外置的液氮容器向液氮夹层提供液氮，由液氮夹层内的液氮为冷媒层内的冷媒提供冷量，能够提升冷却的安全可靠性能，特别是对于冷媒层内的冷媒流动速度较慢或为静态的情况，能够保证冷量充足；同时利用连通器原理，通过控制液氮容器内液氮液位和压力能够对液氮夹层内液氮液位和温度进行控制，大幅提升了温度控制精度和稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例的超导能源管道终端恒温器的结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
1、内层管体 2、中间管体
3、外层壳体 4、液氮容器
41、压力表 42、压力控制口
43、液位计 5、超导电缆
6、输送管体 61、进出口
7、双层真空管 71、液氮通道
72、真空隔热层 8、气相连接管
101、冷媒层 102、液氮夹层
103、真空层 104、燃料层
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，本发明超导能源管道终端恒温器的一种实施例。本实施例的超导能源管道终端恒温器包括内层管体1、中间管体2、外层壳体3以及液氮容器4。内层管体1、中间管体2和外层壳体3形成三层杜瓦结构。用于输电的超导电缆5容置于内层管体1内，内层管体1内部形成容纳冷媒的冷媒层101，冷媒层101包裹超导电缆5，冷媒层101内的冷媒为超导电缆5提供冷量。中间管体2外套于内层管体1，并且，中间管体2与内层管体1之间形成容纳液氮的液氮夹层102，液氮夹层102内的液氮为冷媒层101内的冷媒提供冷量。外层壳体3外套于内层管体1和中间管体2，即内层管体1和中间管体2均容置于外层壳体3内部，并且，外层壳体3内部形成包裹内层管体1和中间管体2的真空层103，真空层103起绝热作用，为中间管体2和内层管体1整体提供较好的保温保冷功能。液氮容器4设于外层壳体3外部，液氮容器4内储存有液氮，液氮容器4的底部和顶部分别与液氮夹层102的底部和顶部相连通，以向液氮夹层102提供液氮，并且，利用连通器原理，通过液氮容器4内液氮液位和压力的控制，可以实现液氮夹层102内液氮液位和温度的控制，进而达到对冷媒层101内的冷媒的温度进行控制的目的。
本实施例中冷媒层101采用的冷媒种类并不局限，可以采用现有技术中常用的冷媒介质，例如液氮或液化天然气等。由于有液氮夹层102内的液氮为冷媒层101内的冷媒提供冷量，因此冷媒层101内的冷媒的状态并不局限，可以是流速较慢的流动状态，也可以是静态，当然也可以是流速较快的流动状态，通过液氮夹层102内液氮液位和温度的控制，均可使冷媒层101内的冷媒温度满足要求。
本实施例的超导能源管道终端恒温器，在外层壳体3内真空层103与冷媒层101之间设置液氮夹层102，并通过外置的液氮容器4向液氮夹层102提供液氮，由液氮夹层102内的液氮为冷媒层101内的冷媒提供冷量，能够提升冷却的安全可靠性能，特别是对于冷媒层101内的冷媒流动速度较慢或为静态的情况，能够保证冷量充足；同时利用连通器原理，通过控制液氮容器4内液氮液位和压力能够对液氮夹层102内液氮液位和温度进行控制，大幅提升了温度控制精度和稳定性。
优选地，本实施例的超导能源管道终端恒温器还包括输送管体6，输送管体6用于输送燃料(如液化天然气、液氢等超低温液态燃料)，实现超导能源管道的燃料输送功能。输送管体6容置于外层壳体3内部，外层壳体3内的真空层103包裹输送管体6，并且，输送管体6外套于内层管体1，输送管体6与内层管体1之间形成输送燃料的燃料层104，燃料层104内容纳输送的燃料。输送管体6设有通向外层壳体3外部的进出口61，该进出口61可供燃料输入或输出燃料层104。中间管体2与输送管体6在内层管体1的外周沿水平方向布置，使得液氮夹层102位于燃料层104的一侧。液氮夹层102与燃料层104可以是紧邻相接，液氮夹层102与燃料层104之间也可以具有间隔距离，通过该间隔距离的控制可以防止局部过热以及防止液氮夹层102内的液氮或燃料层104内的液态燃料固化。
本实施例中，优选地，液氮容器4上设有压力表41，压力表41用于显示液氮容器4内部压力，由于正常情况下液氮容器4内的液氮处于饱和态，其温度正好是该压力条件下的液氮沸点，因此该压力同时反映了液氮容器4内的液氮温度。压力表41优选设于液氮容器4的顶部。
本实施例中，优选地，液氮容器4上设有压力控制口42，压力控制口42用于安装压力控制元件，压力控制元件用于调节液氮容器4内部压力，使得液氮容器4内的液氮压力保持稳定正压或者处于负压状态，该负压状态可以通过抽空装置对液氮容器4进行抽空实现。压力控制元件的形式并不局限，例如可以采用压力控制阀。压力控制口42优选设于液氮容器4的顶部。
本实施例中，优选地，液氮容器4上设有液位计43，液位计43用于显示液氮容器4内的液氮液位。
本实施例中，优选地，液氮容器4的底部与液氮夹层102的底部通过双层真空管7相连通。双层真空管7具有供液氮流通的液氮通道71和包裹液氮通道71的真空隔热层72，真空隔热层72使得双层真空管7具有隔热功能，能够对液氮起到保温保冷作用，避免液氮冷量损失。双层真空管7的真空隔热层72与外层壳体3内的真空层103可以相互连通，也可以不相连通。液氮容器4的顶部与液氮夹层102的顶部通过气相连接管8相连通。液氮容器4底部的液氮通过双层真空管7进入到液氮夹层102内，进入液氮夹层102内的液氮与冷媒层101内的冷媒换热并吸收冷媒层101内的冷媒的热量，吸热后的液氮由液态转换成气态，形成氮气，并通过气相连接管8进入到液氮容器4内，通过连通器原理使得液氮容器4内的液氮液位与液氮夹层102内的液氮液位保持平衡。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种超导能源管道终端恒温器，其特征在于，包括：
内层管体(1)，内部形成容纳冷媒并包裹超导电缆(5)的冷媒层(101)；
中间管体(2)，外套于所述内层管体(1)并与所述内层管体(1)之间形成容纳液氮的液氮夹层(102)；
外层壳体(3)，外套于所述内层管体(1)和所述中间管体(2)，所述外层壳体(3)内部形成包裹所述内层管体(1)和所述中间管体(2)的真空层(103)；以及
液氮容器(4)，储存有液氮，所述液氮容器(4)的底部和顶部分别与所述液氮夹层(102)的底部和顶部相连通。
2.根据权利要求1所述的超导能源管道终端恒温器，其特征在于，还包括输送管体(6)，所述输送管体(6)外套于所述内层管体(1)并与所述内层管体(1)之间形成输送燃料的燃料层(104)，所述液氮夹层(102)位于所述燃料层(104)的一侧，所述真空层(103)包裹所述输送管体(6)。
3.根据权利要求2所述的超导能源管道终端恒温器，其特征在于，所述液氮夹层(102)与所述燃料层(104)之间具有间隔距离。
4.根据权利要求2所述的超导能源管道终端恒温器，其特征在于，所述输送管体(6)设有通向所述外层壳体(3)外部的进出口(61)，所述进出口(61)供燃料输入或输出所述燃料层(104)。
5.根据权利要求1所述的超导能源管道终端恒温器，其特征在于，所述液氮容器(4)上设有用于显示所述液氮容器(4)内部压力的压力表(41)。
6.根据权利要求1所述的超导能源管道终端恒温器，其特征在于，所述液氮容器(4)上设有用于安装压力控制元件的压力控制口(42)，所述压力控制元件用于调节所述液氮容器(4)内部压力。
7.根据权利要求1所述的超导能源管道终端恒温器，其特征在于，所述液氮容器(4)上设有用于显示所述液氮容器(4)内液位的液位计(43)。
8.根据权利要求1所述的超导能源管道终端恒温器，其特征在于，所述液氮容器(4)的底部与所述液氮夹层(102)的底部通过双层真空管(7)相连通。
9.根据权利要求1所述的超导能源管道终端恒温器，其特征在于，所述液氮容器(4)的顶部与所述液氮夹层(102)的顶部通过气相连接管(8)相连通。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114992514A (zh) * 2021-03-01 2022-09-02 中国石化工程建设有限公司 一种液化天然气与超导能源同输系统的终端结构
CN114992516A (zh) * 2021-03-01 2022-09-02 中国石化工程建设有限公司 一种lng与超导能源同输系统的终端结构

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