[发明专利]一种利用常压过冷液氮冷却高温超导元件的装置及方法

说明书

本发明公开的是一种利用常压过冷液氮冷却高温超导元件的装置，包括分别连接有液氮柜的液氮过冷罐和超导部件冷却罐，各个罐体与罐内液面之间留有距离以形成压力空间，还包括连接各个压力空间的真空控制机构，所述液氮过冷罐与超导部件冷却罐错落设置以使液氮过冷罐的液面高于超导部件冷却罐的液面，液氮过冷罐、超导部件冷却罐底部连通以形成虹吸通道；所述液氮过冷罐连接有循环氖气制冷机构；本发明的有益效果是：本发明用氖气循环制冷，与液氮换热，减少能量消耗；另外还设置了真空维持和系统超压保护，以维持液氮过冷和蒸发过程的压力稳定；本发明利用过冷液氮高效冷却超导部件，对我国高温超导试验装置的开发具有积极意义。

技术领域

本发明涉及一种高温超导系统冷却技术，更具体一点说，涉及一种利用常压过冷液氮冷却高温超导系统的装置及方法。

背景技术

减少线损，节约能量，提高电力传输的效率，是电力部门设计运行工作的主要内容之一，现有的解决方法一般采用提高电压的方法来减少电能损耗，高温超导技术可使电力几近零损失传输，对于节能减排具有积极意义；随着高温超导技术日渐成熟，未来电力传输将进入高温超导时代，高温超导研究水平的高低对国家而言在战略层面上具有重大意义；高温超导研究需要将整个高温超导系统置于73K以下深冷环境，这对低温维持系统提出了较高要求。

发明内容

为了解决上述现有技术问题，本发明提供一种利用常压过冷液氮冷却高温超导系统的装置及方法。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种利用常压过冷液氮冷却高温超导元件的装置，包括分别连接有液氮柜的液氮过冷罐和超导部件冷却罐，各个罐体与罐内液面之间留有距离以形成压力空间，还包括连接各个压力空间的真空控制机构；所述液氮过冷罐与超导部件冷却罐错落设置以使液氮过冷罐的液面高于超导部件冷却罐的液面，液氮过冷罐、超导部件冷却罐底部连通以形成虹吸通道；所述液氮过冷罐连接有循坏氖气制冷机构，所述液氮过冷罐的压力空间内的气压为负压。

优选的，所述循坏氖气制冷机构为一条灌注有氖气的封闭回路，所述封闭回路一部分穿出液氮过冷罐设置，另一部分设置于液氮过冷罐内；穿出液氮过冷罐部分的封闭回路依次连接设置有氖气压缩机、主换热器、氖气膨胀机；所述液氮过冷罐的液面以下浸没设置有换热毛细管。

优选的，所述氖气压缩机包括依次串联的一级氖气子压缩机、二级氖气子压缩机；所述氖气膨胀机包括与换热器并联连接的一级氖气子膨胀机、二级氖气子膨胀机。

优选的，所述每个压力空间均连接有至少一个真空抽口，所述真空抽口另一侧管路上依次连接有真空电阻规、真空度维持电磁阀，各真空度维持电磁阀延伸出的管路共同连接有真空泵；所述液氮过冷罐和液氮柜均连通有液氮补充罐。

优选的，所述一级氖气子压缩机通过一级电机连接一级氖气子膨胀机、二级氖气子压缩机通过二级电机连接二级氖气子膨胀机；所述一级电机、二级电机内置参数调节机构。

优选的，所述DCS组态基础控制系统通过RS485现场通讯连接子控制系统。

一种利用常压过冷液氮冷却高温超导元件的方法，包括如下步骤：

步骤一、排查设备、设备间管道异常；

步骤二、对包括真空控制机构在内的系统进行自检；

步骤三、氮气吹扫管道，置换空气并抽真空以达到预设真空度；

步骤四、循环步骤三3至5次；

步骤五、启动循环氖气对液氮过冷罐中液氮进行制冷；

步骤六、液氮自虹吸通道从液氮过冷罐进入超导部件冷却罐对超导部件进行冷却；

步骤七、启动真空控制系统对步骤五、步骤六以及液氮柜中罐体压力空间中的真空度进行控制调整；