[发明专利]一种压差驱动的强制对流高温超导冷却装置和方法

说明书

本发明公开了一种压差驱动的强制对流高温超导冷却装置，包括低温液体浸泡槽以及浸泡在所述低温液体浸泡槽内的超导限流器，还包括：低温导流管道，布置在所述低温液体浸泡槽内，管体上开设有多个朝向所述超导限流器表面的导流孔；低压平衡罐，通过调节阀与所述低温导流管道连通，用于在限流器失去超导性时打开调节阀以使所述低温液体浸泡槽内的液氮通过低温导流管道进入所述低压平衡罐，使在导流孔附近的超导限流器表面产生强制对流；低温泵，用于将所述低压平衡罐内的过冷液体泵回所述低温液体浸泡槽；本发明还公开了一种压差驱动的强制对流高温超导冷却方法；本发明的装置和方法可以极大改善超导限流单元表面的传热特性，加快超导限流单元的再冷却过程。

技术领域

本发明涉及高温超导冷却技术领域，具体涉及一种压差驱动的强制对流高温超导冷却装置和方法。

背景技术

随着人们对电力需求的日益增长和对供电质量要求的不断提高，输配电网的规模逐渐扩大，在提高电网输电效率的同时也使得电网的短路阻抗越来越小，短路电流急剧增大。在设备上解决短路电流过大问题，通过采用的是高阻抗变压器或限流电抗器，但这些设备的使用增加了输电损耗，减弱了电网的电压调节能力。同时加大了电网损耗和电网建设成本。现有的研究与实践表明，基于传统材料与技术难于实现理想的限流器。而利用超导技术制作的限流器可以打破传统限流器面临的困境，提高限流器的效率和可行性。超导材料具有其他材料所不具有的两个独特性质，即零电阻特性和完全抗磁性，使其可能制作出理想的故障电流限制设备，即超导限流器。

伴随着高温超导材料的问世，超导技术的应用从原来的液氦温区上升到液氮的温区。作为高温超导的研究热点之一，高温超导中过冷液氮的研究已经成为高温超导技术的一个重要研究方向。高温超导材料的工作温度必须维持在一定的低温环境下，这样超导材料才能体现出独特的性质，所以高温超导材料的低温冷却系统非常的关键。然而能否获得足够的低温环境和在该低温环境下有足够的低温制冷量，用来平衡由于系统的传导和辐射漏热以及高温超导材料由于运行产生的交流损耗，关系到高温超导材料能否正常稳定的运行和工作。

目前，超导磁体系统运行的低温环境主要由3种方式提供，分别是低温液体浸泡冷却、再冷凝式冷却和制冷机传导冷却。低温液体浸泡冷却结构简单温度稳定性好无机械振动，但液体消耗量大；再冷凝式冷却零蒸发模式液体消耗量小，磁体不受机械振动，但结构复杂成本高；制冷机传导冷却结构简单无低温液体输送补充，但冷却均匀性差预冷时间长且伴随制冷机振动。

对于液氮冷却高温超导材料的研究已经日渐成熟。而关于超导材料失超后的再冷却过程时间冗长问题，至今没有找到很好的解决措施。当电力系统发生故障时，超导限流器理想工作状态发生改变，失去其超导性，即呈现阻抗性。当电流通过超导限流器，会在其表面产生巨量的焦耳热，热量传递到液氮中，使液氮剧烈气化，形成的气泡有很大一部分会覆盖在超导限流器的表面，散热热阻急剧增大，延缓了超导限流器的再冷却过程。

传统超导限流器的低温冷却系统如图1所示，其结构相对简单，包括液氮槽1、超导限流器2、自动启闭阀3和氮气缓冲罐4。超导限流器2完全浸没在液氮槽1的液氮中，液氮槽1上部低压氮气区和氮气缓冲罐4相连接，通过自动启闭阀3控制液氮槽1和氮气缓冲罐4的连通状态。

当设备发生短路故障，超导限流器2失超，自动启闭阀3迅速打开，超导限流器2表面产生的气泡一部分上升至上方氮气低压区，在压差驱动下进入氮气缓冲罐4，而附着在超导限流器2表面的气泡只能通过自然排出，之后液氮才能重新流回液氮槽1将其冷却，导致超导限流器2复温重启严重滞后。

发明内容

本发明提供了一种压差驱动的强制对流高温超导冷却装置，可解决超导限流器失超瞬间高热容超导材料的快速再冷却问题。

一种压差驱动的强制对流高温超导冷却装置，包括低温液体浸泡槽以及浸泡在所述低温液体浸泡槽内的超导限流器，还包括：

低温导流管道，布置在所述低温液体浸泡槽内，管体上开设有多个朝向所述超导限流器表面的导流孔；