RU147553U1

RU147553U1 - HYBRID POWER SUPPLY

Info

Publication number: RU147553U1
Application number: RU2014116581/07U
Authority: RU
Inventors: Евгений Владимирович Благов; Валерий Петрович Фирсов; Илья Владимирович Антюхов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Федеральная Сетевая Компания Единой Энергетической Системы" (Оао "Фск Еэс")
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2014-11-10

Abstract

1. Гибридная энергетическая магистраль с жидководородным энергонесущим хладагентом, содержащая экранно-вакуумную теплоизоляцию, в которую заключен сверхпроводящий кабель с трубчатым формером и криостатной оболочкой, полости которых образуют соответственно внутреннюю и внешнюю ветви транспортного канала энергонесущего хладагента, отличающаяся тем, что между экранно-вакуумной теплоизоляцией и криостатной оболочкой сформирован с помощью разделительной оболочки кольцевой испарительный канал, который сообщен с внешней ветвью транспортного канала через жиклеры, выполненные в разделительной оболочке.2. Магистраль по п. 1, отличающаяся тем, что кольцевой испарительный канал сообщен с внешней ветвью транспортного канала трубчатой перемычкой, в которой установлен регулятор расхода.1. A hybrid energy line with a liquid hydrogen energy-carrying refrigerant, containing a screen-vacuum thermal insulation, in which a superconducting cable with a tubular former and a cryostat sheath is enclosed, the cavities of which form, respectively, the inner and outer branches of the transport channel of the energy-carrying refrigerant, characterized in that between the screen-vacuum thermal insulation and the cryostat shell is formed with the help of the separating shell an annular evaporating channel, which communicates with the outer branch of the transport channel through the nozzles made in the separating shell. The pipeline according to claim 1, characterized in that the annular evaporation channel is connected to the outer branch of the transport channel by a tubular bridge in which the flow regulator is installed.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к гибридным энергетическим магистралям, предназначенным для криогенного транспортирования энергоносителя (жидкого водорода) и передачи электроэнергии по встроенному в магистраль сверхпроводящему кабелю.The utility model relates to hybrid energy lines designed for cryogenic transportation of energy (liquid hydrogen) and transmission of electricity through a superconducting cable built into the line.

Уровень техникиState of the art

Известна гибридная энергетическая магистраль, содержащая экранно-вакуумную теплоизоляцию, в которую заключен сверхпроводящий кабель с полым формером и криостатной оболочкой, полости которых образуют соответственно внутреннюю (осевую) и внешнюю (кольцевую) ветви транспортного канала энергонесущего хладагента (жидкого водорода). [В.В. Костюк и др. «Экспериментальная гибридная энергетическая магистраль с жидким водородом и сверхпроводящим кабелем на основе диборида магния (MgB₂)». Письма в ЖТФ, 2012, том 38, вып. 6, стр 52-60].A hybrid energy line is known that contains screen-vacuum thermal insulation, which encloses a superconducting cable with a hollow former and a cryostat sheath, the cavities of which form respectively the internal (axial) and external (ring) branches of the transport channel of the energy-carrying refrigerant (liquid hydrogen). [V.V. Kostyuk et al. "Experimental hybrid energy line with liquid hydrogen and a superconducting cable based on magnesium diboride (MgB ₂ )." Letters in ЖТФ, 2012, Volume 38, Issue. 6, pp. 52-60].

Эта энергетическая магистраль выбрана в качестве прототипа.This energy trunk is selected as a prototype.

Недостаток прототипа состоит в том, что теплоприток из внешней среды, проникая через экранно-вакуумную теплоизоляцию, поступает во внешнюю (кольцевую) ветвь транспортного канала энергонесущего хладагента, расположенную между экранно-вакуумной теплоизоляцией и криостатной оболочкой сверхпроводящего кабеля, и снижает надежность криостатирования транспортируемого энергоносителя и встроеного сверхпроводящего кабеля.The disadvantage of the prototype is that the heat gain from the external medium, penetrating through the screen-vacuum thermal insulation, enters the external (ring) branch of the transport channel of the energy-carrying refrigerant located between the screen-vacuum thermal insulation and the cryostat sheath of the superconducting cable, and reduces the reliability of cryostatization of the transported energy carrier and built-in superconducting cable.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Технический результат полезной модели - компенсация внешнего теплопритока за счет дополнительного охлаждения энергонесущего хладагента. Это повышает надежность криостатирования транспортируемого энергонесущего хладагента и встроенного в магистраль сверхпроводящего кабеля.The technical result of the utility model is the compensation of external heat gain due to additional cooling of the energy-carrying refrigerant. This increases the reliability of cryostatization of the transported energy-carrying refrigerant and the superconducting cable integrated in the trunk.

Предметом полезной модели является гибридная энергетическая магистраль с жидководородным энергонесущим хладагентом, содержащая экранно-вакуумную теплоизоляцию, в которую заключен сверхпроводящий кабель с трубчатым формером и криостатной оболочкой, полости которых образуют соответственно внутреннюю и внешнюю ветви транспортного канала энергонесущего хладагента, отличающаяся тем, что между экранно-вакуумной теплоизоляцией и криостатной оболочкой, сформирован с помощью разделительной оболочки кольцевой испарительный канал, который сообщен с внешней ветвью транспортного канала энергонесущего хладагента через жиклеры, выполненные в разделительной оболочке.The object of the utility model is a hybrid energy line with a liquid-hydrogen energy-carrying refrigerant containing screen-vacuum insulation, which encloses a superconducting cable with a tubular former and a cryostat sheath, the cavities of which form respectively the inner and outer branches of the transport channel of the energy-carrying refrigerant, characterized in that between the screen vacuum thermal insulation and a cryostat shell, formed by means of a separation shell an annular evaporation channel, which th communication with the external branch of the transport channel energy-refrigerant through orifices formed in the separation membrane.

Осуществление полезной модели с учетом ее развитий.The implementation of the utility model, taking into account its developments.

На фиг. 1 показан поперечный разрез гибридной энергетической магистрали, на фиг. 2 - продольный разрез ее фрагмента.In FIG. 1 is a cross-sectional view of a hybrid power line; FIG. 2 is a longitudinal section of its fragment.

На фигурах обозначено:In the figures indicated:

1 - экранно-вакуумная теплоизоляция, 2 - полый формер сверхпроводящего кабеля, 3 - его криостатная оболочка. Формер 2 выполнен из стальной трубы с защитным токонесущим покрытием 4 (например, в виде проволочных скруток) из материала высокой токопроводимости, например, меди. Поверх покрытия 4 уложены повивы 5 из сверхпроводящих лент.1 - screen-vacuum thermal insulation, 2 - hollow former of the superconducting cable, 3 - its cryostat sheath. Former 2 is made of a steel pipe with a protective current-carrying coating 4 (for example, in the form of wire twists) of a material of high conductivity, for example, copper. Over the coating 4, there are laid 5 coils of superconducting tapes.

Формер 2 с защитным покрытием 4, повивами 5 и оболочкой 3 образуют встроенный в магистраль сверхпроводящий кабель. При этом полость формера 2 и полость криостатной оболочки 3 образуют соответственно внутреннюю 6 и внешнюю 7 ветви транспортного канала для жидкого водорода - энергонесущего хладагента магистрали. Внутренняя ветвь 6 проходит в стальной трубе фермера 2, а внешняя ветвь 7 - между повивами 5 из сверхпроводящих лент и криостатной оболочкой 3 и имеет кольцевое сечение. Теплоизоляция 1 выполнена экранно-вакуумной и закрыта снаружи защитной оболочкой 8.Former 2 with a protective coating 4, coils 5 and sheath 3 form a superconducting cable integrated in the trunk. In this case, the cavity of the mold 2 and the cavity of the cryostat shell 3 form, respectively, the inner 6 and outer 7 branches of the transport channel for liquid hydrogen — the energy-carrying refrigerant of the line. The inner branch 6 passes in the steel pipe of the farmer 2, and the outer branch 7 - between the coils 5 of superconducting tapes and the cryostat sheath 3 and has an annular cross section. Thermal insulation 1 is made of screen-vacuum and is closed externally with a protective sheath 8.

Между теплоизоляцией 1 и криостатной оболочкой 3 сверхпроводящего кабеля с помощью разделительной оболочки 9 сформирован испарительный канал 10, который сообщен с внешней ветвью 7 транспортного канала через жиклеры (калиброванные отверстия) 11, выполненные в оболочке 9.Between the thermal insulation 1 and the cryostat sheath 3 of the superconducting cable, an evaporation channel 10 is formed using the separation sheath 9, which is connected to the external branch 7 of the transport channel through the nozzles (calibrated openings) 11 made in the sheath 9.

Жиклеры 11 могут быть установлены, например, через каждые 5,0÷15,0 м длины магистрали.The nozzles 11 can be installed, for example, every 5.0 ÷ 15.0 m of the length of the line.

Испарительный канал 10 может быть дополнительно сообщен с внешней ветвью 7 транспортного канала трубчатой перемычкой 12, в которой установлен регулятор 13 расхода.The evaporation channel 10 can be additionally communicated with the external branch 7 of the transport channel by a tubular jumper 12 in which a flow regulator 13 is installed.

Магистраль функционирует следующим образом.The highway operates as follows.

По сверхпроводящим повивам 5 проходит постоянный ток. По внутренней ветви 6 и внешней ветви 7 транспортного канала энергонесущий хладагент - жидкий водород, который почти полностью состоит из параводорода (одной из двух спиновых форм молекулярного водорода).A direct current passes through the superconducting coils 5. According to the inner branch 6 and the outer branch 7 of the transport channel, the energy-carrying refrigerant is liquid hydrogen, which almost entirely consists of parahydrogen (one of the two spin forms of molecular hydrogen).

Через жиклеры 11 в испарительный канал 10 из внешней ветви 7 транспортного канала поступает жидкий водород с температурой 20…26 К, который испаряется при пониженном давлении, образуя парожидкостный поток с температурой 14…18 К, и тем самым понижает температуру транспортируемого энергонесущего хладагента. Жиклеры 11 обеспечивают дозированную подачу жидкого водорода из внешней ветви 7 транспортного канала в испарительный канал 10. При этом в испарительном канале 10 поддерживается давление на уровне 0.15…0.2 бар, при котором водород имеет максимальное значение теплоты парообразования.Through the jets 11, liquid hydrogen with a temperature of 20 ... 26 K is supplied from the outer branch 7 of the transport channel to the evaporation channel 10, which evaporates at reduced pressure, forming a vapor-liquid stream with a temperature of 14 ... 18 K, and thereby lowers the temperature of the transported energy-carrying refrigerant. The jets 11 provide a metered supply of liquid hydrogen from the external branch 7 of the transport channel to the evaporation channel 10. In this case, the pressure in the evaporation channel 10 is maintained at the level of 0.15 ... 0.2 bar, at which hydrogen has the maximum value of the heat of vaporization.

За счет теплопередачи от жидкого хладагента внешней ветви 7 транспортного канала к низкотемпературному испаряющемуся парожидкостному потоку в испарительном канале 10 обеспечивается дополнительное охлаждение хладагента и сверхпроводящих повивов 5. При этом выделяющееся тепло идет на испарение жидкого водорода в условиях низкого давления в канале 10, то есть при максимальном значении теплоты парообразования.Due to the heat transfer from the liquid refrigerant of the outer branch 7 of the transport channel to the low-temperature evaporating vapor-liquid flow in the evaporation channel 10, additional cooling of the refrigerant and superconducting fluids 5 is provided. In this case, the generated heat is used to evaporate liquid hydrogen under low pressure conditions in the channel 10, i.e., at maximum the value of the heat of vaporization.

Регулятор 13 позволяет дополнительно регулировать необходимый расход жидкого водорода из транспортного канала в испарительный канал 10.The controller 13 allows you to further adjust the required flow rate of liquid hydrogen from the transport channel to the evaporation channel 10.

В целом магистраль представляет собой протяженный гибкий криостат, окруженный слоем экранно-вакуумной теплоизоляции 1 в защитной оболочке 8. Магистраль может быть секционирована с установкой регуляторов 13 между секциями.In general, the line is an extended flexible cryostat surrounded by a layer of screen-vacuum thermal insulation 1 in the protective sheath 8. The line can be partitioned with the installation of regulators 13 between the sections.

Благодаря введению испарительного канала 10, сообщенного через жиклеры 11 с транспортным каналом (с его ветвью 7), теплопритоки в проточный тракт магистрали компенсируются с избытком, что позволяет жидкому водороду сохранять свою температуру или охлаждаться к выходу из магистрали на 0.5…1.5 К.Due to the introduction of the evaporation channel 10, communicated through the nozzles 11 with the transport channel (with its branch 7), heat inflows into the flow path of the line are compensated in excess, which allows liquid hydrogen to maintain its temperature or cool to the exit from the line by 0.5 ... 1.5 K.

Claims

1. A hybrid energy line with a liquid-hydrogen energy-carrying refrigerant, comprising a screen-vacuum insulation, which encloses a superconducting cable with a tubular former and a cryostat sheath, the cavities of which form respectively the inner and outer branches of the transport channel of the energy-carrying refrigerant, characterized in that between the screen-vacuum thermal insulation and a cryostat shell is formed using a separation shell an annular evaporation channel, which is in communication with the outer branch of the transpot mercury channel through nozzles made in the separation shell.

2. The highway according to claim 1, characterized in that the annular evaporation channel is in communication with the external branch of the transport channel with a tubular jumper in which a flow regulator is installed.