CN115020028B - 一种带有流体振荡结构强化冷却的超导电缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有流体振荡结构强化冷却的超导电缆，涉及特种电缆技术领域，包括支撑层，支撑层内部设有冷却工质通道，冷却工质通道内部通过连接柱固定设有流体振荡结构，流体振荡结构的中心线与支撑层的中心线重合，冷却工质通道的内部设有流体振荡结构反馈通道，支撑层的外部设有超导体层，超导体层外部设有电绝缘层，电绝缘层的外部设有屏蔽层，屏蔽层的外部设有真空绝热层内壁，真空绝热层内壁的外部设有真空绝热层外壁，真空绝热层内壁与真空绝热层外壁之间形成真空层，真空绝热层外壁的外部设有保护层。本发明将流体振荡结构与高温超导电缆结合，能够显著提升超导电缆冷却效果。

Description

一种带有流体振荡结构强化冷却的超导电缆

技术领域

本发明涉及特种电缆技术领域，具体为一种带有流体振荡结构强化冷却的超导电缆。

背景技术

高温超导电缆采用无阻和具有高电流密度的超导材料作为导体，与传统电缆相比，高温超导电缆具有体积小、重量轻、传输容量大、电流密度高、线路损耗小等优点，在电力系统中使用高温超导电缆可以提高系统的总效率，带来可观的效益。

高温超导电缆必须在超导材料临界温度以下才能正常工作，因此超导电缆中必须设计有冷却系统带走由于损耗和系统漏热带来的热负荷，避免超导电缆失超。

目前，高温超导电缆大多采用液氮循环强迫对流的冷却方式，以典型的单液氮通道冷却的高温超导电缆为例，液氮流入超导电缆支撑层内部空腔后，利用液氮将高温超导电缆产生的热量带入制冷机，经过冷却过冷后再送到高温超导电缆中，形成液氮在闭合回路中的循环过程。

对于高温超导电缆，仅仅依靠液氮强迫对流所带来的冷却效果是有限的，无法显著提升高温超导电缆的冷却效果，影响超导电缆的实际使用效率，所以这里设计了一种带有流体震荡结构强化冷却的超导电缆，以便于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有流体振荡结构强化冷却的超导电缆，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带有流体振荡结构强化冷却的超导电缆，包括支撑层，支撑层内部设有冷却工质通道，冷却工质通道内部通过连接柱固定设有流体振荡结构，流体振荡结构的中心线与支撑层的中心线重合。

冷却工质通道的内部设有流体振荡结构反馈通道。

支撑层的外部设有超导体层，超导体层外部设有电绝缘层，电绝缘层的外部设有屏蔽层，屏蔽层的外部设有真空绝热层内壁，真空绝热层内壁的外部设有真空绝热层外壁，真空绝热层内壁与真空绝热层外壁之间形成真空层，真空绝热层外壁的外部设有保护层。

在进一步的实施例中，流体振荡结构反馈通道内部设有流体振荡结构腔体，流体振荡结构反馈通道的一端为流体振荡结构入口，流体振荡结构反馈通道的一端为流体振荡结构出口。

在进一步的实施例中，流体振荡结构入口与流体振荡结构出口的长分别为a₁、a₂，流体振荡结构入口与流体振荡结构出口的宽为b，流体振荡结构入口与流体振荡结构出口的轴向间距为L₁，流体振荡结构的壁厚为δ，与支撑层的内径d₀满足：

0.15d₀≤a₁≤0.25d₀；

0.25d₀≤a₂≤0.35d₀；

0.15d₀≤b≤0.25d₀；

d₀≤L₁≤1.5d₀；

0.005d₀≤δ≤0.015d₀；

且流体振荡结构出口的扩张角度在80°-100°。

在进一步的实施例中，流体振荡结构的轴向分布间距为L₂，与支撑层的内径d₀满足：

3d₀≤L₂≤3.5d₀。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的带有流体振荡结构强化冷却的超导电缆，在支撑层内部采用流体振荡结构，当冷却工质流入流体振荡结构入口后，将从流体振荡结构出口流出，并在一定的角度范围内形成扫掠式的振荡射流，利用流体的振荡作用强化换热，在支撑层内壁上带走更多的热量，进而提升超导电缆的冷却效果。

附图说明

图1为本发明的超导电缆结构示意图；

图2为本发明的流体振荡结构的放大图；

图3为本发明的支撑层及内部流体振荡结构的结构示意图；

图4为本发明的支撑层及内部流体振荡结构的横向剖面图；

图5为本发明的支撑层及内部流体振荡结构的纵向剖面图。

图中：1、冷却工质通道；2、流体振荡结构入口；3、流体振荡结构腔体；4、流体振荡结构反馈通道；5、流体振荡结构出口；6、支撑层；7、超导体层；8、电绝缘层；9、屏蔽层；10、真空绝热层内壁；11、真空绝热层外壁；12、保护层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1-5，本实施例提供了一种带有流体振荡结构强化冷却的超导电缆，包括支撑层6，支撑层6内部设有冷却工质通道1，冷却工质通道1内部通过连接柱固定设有流体振荡结构，流体振荡结构的中心线与支撑层6的中心线重合，支撑层6为超导电缆的支撑骨架，呈中空结构，流体振荡结构通过连接柱设置在冷却工质通道1内部。

冷却工质通道1的内部设有流体振荡结构反馈通道4，流体振荡结构反馈通道4内部设有流体振荡结构腔体3，流体振荡结构反馈通道4的一端为流体振荡结构入口2，流体振荡结构反馈通道4的一端为流体振荡结构出口5，在支撑层6内部采用流体振荡结构，当冷却工质流入流体振荡结构入口2后，将从流体振荡结构出口5流出，并在一定的角度范围内形成扫掠式的振荡射流，利用流体的振荡作用强化换热，在支撑层6内壁上带走更多的热量，进而提升超导电缆的冷却效果。

对于高温超导电缆，仅仅依靠液氮强迫对流所带来的冷却效果是有限的，而当流体在管道内振荡时，可以带来显著的强化换热效果，因此，将流体振荡结构与高温超导电缆结合，可以显著提升高温超导电缆的冷却效果。

支撑层6的外部设有超导体层7，超导体层7用于承载电流，由超导材料在支撑层6的外侧绕制而成。

超导体层7外部设有电绝缘层8，电绝缘层8起到将超导体层7的电流与外界隔绝的作用。

电绝缘层8的外部设有屏蔽层9，屏蔽层9用于产生感应电流，避免电缆外部产生磁场，减小周围的交流损耗。

屏蔽层9的外部设有真空绝热层内壁10，真空绝热层内壁10的外部设有真空绝热层外壁11，真空绝热层内壁10与真空绝热层外壁11之间形成真空层，真空绝热层内壁10和真空绝热层外壁11内部的真空环境起到绝热作用，避免外界热量影响超导电缆的正常工作。

真空绝热层外壁11的外部设有保护层12，保护层12起到防潮、抗压及耐磨等作用。

流体振荡结构入口2与流体振荡结构出口5的长分别为a₁、a₂；流体振荡结构入口2与流体振荡结构出口5的宽为b；流体振荡结构入口2与流体振荡结构出口5的轴向间距为L₁；流体振荡结构的壁厚为δ，与支撑层6的内径d₀满足：

0.15d₀≤a₁≤0.25d₀；

0.25d₀≤a₂≤0.35d₀；

0.15d₀≤b≤0.25d₀；

d₀≤L₁≤1.5d₀；

0.005d₀≤δ≤0.015d₀；

且流体振荡结构出口5的扩张角度在80°-100°。

流体振荡结构的轴向分布间距为L₂，与支撑层6的内径d₀满足：

3d₀≤L₂≤3.5d₀。

在超导电缆工作时，冷却工质在一定的角度范围内形成扫掠式的振荡射流，利用流体的振荡作用强化换热，在支撑层6的内壁上带走更多的热量，提升超导电缆的冷却效果。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种带有流体振荡结构强化冷却的超导电缆，包括支撑层(6)，其特征在于：所述支撑层(6)内部设有冷却工质通道(1)，所述冷却工质通道(1)内部通过连接柱固定设有流体振荡结构，所述流体振荡结构的中心线与支撑层(6)的中心线重合；

所述冷却工质通道(1)的内部设有流体振荡结构反馈通道(4)；

所述支撑层(6)的外部设有超导体层(7)，所述超导体层(7)外部设有电绝缘层(8)，所述电绝缘层(8)的外部设有屏蔽层(9)，所述屏蔽层(9)的外部设有真空绝热层内壁(10)，所述真空绝热层内壁(10)的外部设有真空绝热层外壁(11)，所述真空绝热层内壁(10)与真空绝热层外壁(11)之间形成真空层，所述真空绝热层外壁(11)的外部设有保护层(12)；

所述流体振荡结构反馈通道(4)内部设有流体振荡结构腔体(3)，所述流体振荡结构反馈通道(4)的一端为流体振荡结构入口(2)，所述流体振荡结构反馈通道(4)的一端为流体振荡结构出口(5)。

2.根据权利要求1所述的一种带有流体振荡结构强化冷却的超导电缆，其特征在于：所述流体振荡结构入口(2)与流体振荡结构出口(5)的长分别为a₁、a₂；

所述流体振荡结构入口(2)与流体振荡结构出口(5)的宽为b；

所述流体振荡结构入口(2)与流体振荡结构出口(5)的轴向间距为L₁；

所述流体振荡结构的壁厚为δ，与所述支撑层(6)的内径d₀满足：

0.15d₀≤a₁≤0.25d₀；

0.25d₀≤a₂≤0.35d₀；

0.15d₀≤b≤0.25d₀；

d₀≤L₁≤1.5d₀；

0.005d₀≤δ≤0.015d₀；

且所述流体振荡结构出口(5)的扩张角度在80°-100°。

3.根据权利要求2所述的一种带有流体振荡结构强化冷却的超导电缆，其特征在于：所述流体振荡结构的轴向分布间距为L₂，与所述支撑层(6)的内径d₀满足：

3d₀≤L₂≤3.5d₀。

Images