MXPA04002916A

MXPA04002916A - Metodo para suministrar enfriamiento al cable de superconduccion.

Info

Publication number: MXPA04002916A
Application number: MXPA04002916A
Authority: MX
Inventors: H Royal John
Original assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-06-17
Also published as: US20050050905A1; JP2004303732A; BRPI0400780A; CA2461827A1; CA2461827C; US6895765B2; US6732536B1

Abstract

Un metodo para suministrar enfriamiento al cable de superconduccion, en donde el criogeno liquido presurizado pasa dentro de un recipiente vacio, el cual se mantiene a una presion baja por medio de una bomba vacia, y una porcion del liquido criogeno se despide para producir criogeno liquido enfriado. La energia de evacuacion combinada con el liquido presurizado, produce una gradiente de presion que sirve para proveer un suministro continuo de criogeno liquido enfriado para suministrar enfriamiento al cable de superconduccion.

Description

MÉTODO PARA SUMINISTRAR ENFRIAMIENTO AL CABLE DE SUPERCONDUCCION CAMPO TÉCNICO Esta invención se refiere generalmente al suministro de enfriamiento o refrigeración y, más particularmente, al suministro de enfriamiento o refrigeración al cable de superconduccion.

TÉCNICA ANTERIOR La superconductividad, es el fenómeno en donde ciertos metales, aleaciones y compuestos a temperaturas muy bajas pierden resistencia eléctrica, tal que, tienen conductividad eléctrica infinita. Para transmitir electricidad, en el uso de cable de superconduccion, es importante que el enfriamiento, es decir, la refrigeración suministrada al cable de superconduccion no sufra interrupción, para que el cable no pierda su habilidad de superconducir y la transmisión eléctrica sea comprometida. Aunque sistemas que pueden suministrar la refrigeración requerida al cable de superconduccion son conocidos, tales sistemas, tales como, sistemas de refrigeración mecánicos turbo de bucle cerrado, son costosos, complicados y sujetos a averías, y que necesitan el uso de sistemas de apoyo para asegurar el enfriamiento ininterrumpido del cable de superconduccion. Por consiguiente, es un objetivo de esta invención proveer un método confiable para suministrar enfriamiento al cable de superconduccion, el cual, se puede utilizar como el medio primario o de apoyo para suministrar enfriamiento al cable de superconduccion.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El objetivo citado anteriormente y otros objetivos, los cuales serán aparentes para aquellos expertos en la técnica sobre una lectura de esta descripción, se alcanzan por medio de la presente invención, un aspecto de la cual es: Un método para suministrar enfriamiento al cable de superconduccion, comprende: (A) pasar criógeno líquido de un recipiente de almacenamiento a un recipiente vacío, y despedir una porción del criógeno líquido dentro del recipiente vacío para producir vapor y criógeno líquido enfriado dentro del recipiente vacío; (B) bombear vapor fuera del recipiente vacío; y (C) pasar criógeno líquido enfriado del recipiente vacío al cable de superconduccion y suministrar enfriamiento del criógeno líquido enfriado al cable de superconduccion. Otro aspecto de la invención es: Un método para suministrar enfriamiento al cable de superconduccion, comprende: (A) pasar criógeno líquido de un recipiente de almacenamiento a un recipiente vacío, y despedir una porción del criógeno líquido dentro del recipiente vacío para producir vapor y criógeno líquido enfriado dentro del recipiente vacío; (B) bombear vapor fuera del recipiente vacío; y (C) enfriar el fluido refrigerante por medio de cambio de calor indirecto con el criógeno líquido enfriado para producir fluido refrigerante enfriado, pasar el fluido refrigerante enfriado al cable de superconducción, y suministrar enfriamiento del fluido refrigerante enfriado al cable de superconducción. El término aquí utilizado de "temperatura criogénica", significa una temperatura a o debajo de 120K. El término aquí utilizado de "cable de superconducción", significa cable hecho de material que pierde toda su resistencia a la conducción de una corriente eléctrica, una vez que el material alcanza alguna temperatura criogénica. El término aquí utilizado de "refrigeración", significa la capacidad de rechazar calor de una entidad de temperatura subambiente. El término aquí utilizado de "cambio de calor indirecto", significa la introducción de entidades a una relación de cambio de calor, sin ningún contacto físico o entremezcla de las entidades unas con otras. El término aquí utilizado de "cambio de calor directo", significa la transferencia de refrigeración a través del contacto de entidades de enfriamiento y de calentamiento. El término aquí utilizado de "recipiente vacío", significa un recipiente, el cual, tiene una presión interna inferior que la presión del criógeno líquido que pasa de un recipiente de almacenamiento al recipiente vacío. El término aquí utilizado de "bomba vacía", significa un compresor que se utiliza para mover gas de una presión subatmosferica a presión atmosférica. El término aquí utilizado de "despedir", significa la vaporización de una porción del líquido, en donde la porción del líquido vaporizada absorbe calor latente de la vaporización de sus alrededores y, por lo tanto, enfría sus alrededores. En este caso, el resto del líquido no vaporizado se enfría. Disminuir la presión de vapor del líquido induce al despido.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una representación esquemática de una modalidad preferente de la invención, en donde el líquido enfriado del recipiente vacío se utiliza para suministrar enfriamiento al cable de superconducción. La Figura 2 es una representación esquemática de otra modalidad preferente de la invención, en donde el líquido enfriado suministra enfriamiento al fluido refrigerante de recirculación, el cual, luego suministra enfriamiento al cable de superconducción.

DESCRIPCIÓN DETALLADA En general, la invención comprende el uso de un recipiente de presión baja dentro del cual el criógeno líquido es despedido para producir criógeno líquido enfriado, el cual, luego se utiliza para suministrar enfriamiento al cable de superconducción . La invención provee un enfriamiento altamente confiable al cable de superconducción y, es especialmente útil como apoyo de un sistema de refrigeración principal para el cable de superconducción. La invención se describirá en mayor detalle con referencia a los dibujos. Refiriéndose ahora la Figura 1 , el criógeno líquido se almacena en un recipiente de almacenamiento de criógeno líquido 1 , generalmente a una presión dentro de un rango de 1 5 a 80 libras por pulgada cuadrada absoluta (psia). El criógeno líquido preferido para utilizarse en la práctica de esta invención es nitrógeno líquido. El criógeno líquido se retira del recipiente de almacenamiento 1 en la línea 2, se pasa a través de la válvula 3 y en la línea 4, pasa a la válvula 5, la cual sirve para controlar la velocidad en la cual el criógeno pasa al recipiente vacío. De la válvula 5, el criógeno líquido pasa en la línea 6 al recipiente vacío 7. El recipiente vacío 7 se opera a una presión , es decir, tiene una presión interna, la cual es menor que la presión del recipiente de almacenamiento 1 . Generalmente, la presión de operación del recipiente vacío 7 es al menos 1 psi menor que la del recipiente de almacenamiento 1 y típicamente será de 1 a 80 psi menor que la del recipiente de almacenamiento 1 . Generalmente, la presión de operación del recipiente vacío 7 estará dentro de un rango de 1 a 3 psia. Debido a la baja presión dentro del recipiente vacío 7, a medida que el criógeno líquido pasa en la línea 6 a un recipiente vacío 7, una porción del criógeno líquido que entra es despedida en vapor dejando el criógeno líquido restante en una condición enfriada. El criógeno líquido enfriado se deposita en una parte más baja del recipiente vacío 7, mientras que el vapor ocupa una parte más alta del recipiente vacío 7. El líquido saturado del tanque de almacenamiento de carga se introduce en el recipiente vacío inicialmente en las propiedades de saturación del tanque de carga. La temperatura de saturación normal del tanque de carga es más alta que la temperatura de saturación en el recipiente vacío debido a la presión de vapor disminuida. Este desequilibrio causa que una porción del líquido se vaporice inmediatamente en la introducción en el recipiente vacío, tal que, se puede reestablecer una condición saturada. El líquido vaporizado suministra enfriamiento al resto del líquido. Esto ocurre porque la porción del líquido vaporizado absorbe calor latente de la vaporización de sus alrededores. El líquido restante enfriado es, entonces, capaz de alcanzar su temperatura de saturación disminuida, que corresponde a la presión de vapor en el recipiente vacío. El líquido continuará vaporizándose hasta que el líquido restante alcance su temperatura de saturación disminuida. Para mantener la presión interna o de operación del recipiente vacío 7 a la presión baja requerida, el vapor es bombeado fuera del recipiente vacío. En la modalidad de la invención ilustrada en la Figura 1 , el vapor es bombeado fuera del recipiente vacío 7 por medio de la operación de una bomba vacía 8. El vapor se retira del recipiente vacío 7 en la línea o corriente 9, pasa a través de la válvula 10 y en la línea 1 1 pasa a un calentador eléctrico 12. Aquí se utiliza un calentador para aumentar la temperatura del criógeno vaporizado a un nivel conveniente para la entrada de la bomba vacía. Es preferente un calentado eléctrico porque éste suministra un descenso de presión menor sobre otros tipos de calentadores, tal como, un sobrecalentador atmosférico. El criógeno vaporizado descargado todavía tiene valor de refrigeración y éste se podría utilizar para otra función de refrigeración requerida, en cuyo caso se requerirá un calentador más pequeño o no se necesitará calentador. Del calentador eléctrico 12, el vapor pasa en la línea 13 a una bomba vacía 8 y de ahí en la línea 14 se pasa a la descarga 15 y se libera a la atmósfera. El criógeno líquido enfriado es retirado de la parte baja, preferentemente del fondo, del recipiente vacío 7 en la línea o corriente 16, pasa a la bomba criogénica 17, y de ahí en la línea 18 pasa al cable del superconducción 19. El líquido enfriado se calienta por medio de cambio de calor directo o indirecto con el cable de superconducción consecuentemente suministrando enfriamiento, es decir, refrigeración, al cable de superconducción, para mantener el cable de superconducción a una temperatura criogénica requerida. El criógeno líquido es retirado del segmento de cable de superconducción 19 en la línea 20. Generalmente y preferentemente, el criógeno líquido en la línea o corriente 20 está todavía en un estado líquido. El criógeno líquido enfriado pasa luego a través de la válvula 21 y después en la línea 22 se combina con el líquido criógeno enfriado en la línea 6 para pasar dentro del recipiente vacío 7 para despedir y generar además criógeno líquido enfriado. La Figura 2 ilustra otra modalidad de la invención, en donde el criógeno líquido enfriado se utiliza para enfriar el fluido refrigerante de recirculación, el cual, es entonces empleado para suministrar el enfriamiento al cable de superconducción. Los números de la Figura 2 son los mismos que aquellos de la Figura 1 para los elementos comunes, y estos elementos comunes no se describirán en detalle otra vez. Refiriéndose ahora la Figura 2, el fluido refrigerante en la línea o corriente 23 pasa a través de un cambiador de calor 24, en donde se enfría por medio de cambio de calor indirecto con criógeno líquido enfriado, el cual, se produjo como resultado del despido del criógeno líquido dentro del recipiente vacío 7. Preferentemente, el cambiador de calor 24, y el cambio de calor entre el fluido refrigerante y el criógeno líquido enfriado, se localizan dentro del recipiente vacío, como se ilustra en la Figura 2. El nitrógeno, es el fluido refrigerante preferente para utilizar en la práctica de esta invención, el cual, siempre estará en un estado líquido. El fluido refrigerante enfriado se retira del cambiador de calor 24 y pasa en la línea 25 al cable de superconducción 19, caracterizado porque, éste suministra enfriamiento o refrigeración al cable de superconducción de una forma similar a la que previamente se describió con referencia a la Figura 1. El fluido refrigerante calentado se retira del segmento de cable de superconducción en la línea 26 y pasa a través de la bomba criogénica 27, surgiendo de ahí, en la línea 23 para recirculación de nuevo al cambiador de calor 24. Aunque la invención se ha descrito en detalle con referencia a ciertas modalidades preferentes, aquellos expertos en la técnica reconocerán que existen otras modalidades de la invención dentro del espíritu y el ámbito de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un método para suministrar enfriamiento al cable de superconducción, comprende: (A) pasar criógeno líquido de un recipiente de almacenamiento a un recipiente vacío, y despedir una porción del criógeno líquido dentro del recipiente vacío para producir vapor y criógeno líquido enfriado dentro del recipiente vacío; (B) bombear vapor fuera del recipiente vacío; y (C) pasar criógeno líquido enfriado del recipiente vacío al cable de superconducción y suministrar enfriamiento del criógeno líquido enfriado al cable de superconducción.
2. El método de la reivindicación 1 , caracterizado porque el criógeno líquido comprende nitrógeno líquido.
3. El método de la reivindicación 1 , caracterizado porque la presión del recipiente vacío es al menos 1 libra por pulgada cuadrada menor que la presión del recipiente de almacenamiento.
4. El método de la reivindicación 1 , caracterizado porque el vapor bombeado fuera del recipiente vacío es calentado antes del bombeo y luego liberado a la atmósfera.
5. El método de la reivindicación 1 , caracterizado porque el criógeno líquido está todavía en un estado líquido después del suministro de enfriamiento al cable de superconducción.
6. El método de la reivindicación 5, caracterizado porque el criógeno líquido enfriado, después del suministro de enfriamiento al cable de superconducción, pasa al recipiente vacío.
7. Un método para suministrar enfriamiento al cable de superconducción, comprende: (A) pasar criógeno líquido de un recipiente de almacenamiento a un recipiente vacío, y despedir una porción del criógeno líquido dentro del recipiente vacío para producir vapor y criógeno líquido enfriado dentro del recipiente vacío; (B) bombear vapor fuera del recipiente vacío; y (C) enfriar el fluido refrigerante por medio de cambio de calor indirecto con el criógeno líquido enfriado para producir fluido refrigerante enfriado, pasar el fluido refrigerante enfriado al cable de superconducción, y suministrar enfriamiento del fluido refrigerante enfriado al cable de superconducción.
8. El método de la reivindicación 7, caracterizado porque el criógeno líquido comprende nitrógeno líquido.
9. El método de la reivindicación 7, caracterizado porque la presión del recipiente vacío es al menos 1 libra por pulgada cuadrada menor que la presión del recipiente de almacenamiento.
10. El método de la reivindicación 7, caracterizado porque el vapor bombeado fuera del recipiente vacío es calentado antes del bombeo y luego liberado a la atmósfera.