【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超导电缆冷却，更具体涉及一种过冷液氮循环系统。
技术介绍
1、高温超导技术作为具有战略意义的前沿引领技术，随着城市化和工业化的飞速发展，在城市电网改造、磁悬浮交通、大科学装置等领域都展现出广泛应用前景。尤其是高温超导输电，被誉为本世纪电力行业的一场革命，是21世纪最具潜力的电工技术，具有损耗低、容量大、体积小、无污染等优点，有望在城市电网改造、狭窄走廊主干电网、需求特殊且常规技术难以解决的场合获得工程应用及推广。高温超导电缆正在迅速接近商用现实，许多电缆示范项目正在世界各地展示该技术的可行性。这些工程中的一个共同点是，高温超导电缆是用过冷循环液氮进行冷却。通常循环液氮温度范围在68-75k之间，液氮不允许在电缆通电的情况下沸腾，以避免潜在的电气问题和不均匀的冷却。
2、高温超导电缆的制冷分为开式制冷和闭式制冷；开式制冷，就是使用大量液氮，供给在抽空减压下运行的冷箱，以冷却循环的液氮。开式制冷的主要优点是设计相对简单，液氮消耗量大，可靠性高。闭式制冷，是使用机械制冷机来保持过冷液氮运行温度。与开式制冷相比，闭式制冷的主要优点是运行成本更低，也可以避免使用相对较大的液氮储槽进行日常液氮加注。
3、现有专利公告号为cn112542271a的专利文献公开了一种液氮冷却循环系统，应用于超导电缆的冷却，包括控制装置、冷却循环管道、抽空制冷装置、液氮补充装置；抽空制冷装置包括过冷液氮杜瓦、制冷设备和换热器；过冷液氮杜瓦中存放有过冷液氮，换热器设置于过冷液氮杜瓦中；控制装置控制制冷设备使用抽空减压方式对过冷
4、一旦过冷液氮循环系统出现问题，如冷源、液氮泵出现损坏，就会造成冷却失效，无法实现对超导电缆进行冷却，无法保证过冷液氮循环系统运行的可靠性。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于，如何提高过冷液氮循环系统对电缆冷却的可靠性。
2、本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种过冷液氮循环系统，包括超导电缆组件、液氮循环组件，所述液氮循环组件的输出端和输入端分别与超导电缆组件的输入端和输出端相连，并连接形成一个闭式液氮循环回路，所述液氮循环组件包括冷箱、两组泵箱、冷源组件，所述超导电缆组件的输出端通过第一连接管路与冷箱的输入端相连，所述冷箱的输出端通过第二连接管路与超导电缆组件的输入端相连，两组所述泵箱并联连接在第一连接管路上，所述泵箱内均设有液氮泵，所述液氮泵连接在第一连接管路上并为液氮循环提供动力，所述冷源组件包括斯特林制冷机、逆布雷顿制冷机、抽空减压系统，所述斯特林制冷机、逆布雷顿制冷机、抽空减压系统均与冷箱相连，并均能够单独为冷箱内介质制冷。
3、通过设置斯特林制冷机、逆布雷顿制冷机、抽空减压系统三套冷源为制冷系统提供冷量，三套冷源相互独立且互为备份，可实现在线切换运行与在线维护，提高系统冷源运行可靠性的同时最大限度节约成本，通过使用两套泵箱为制冷系统提供循环动力，两套泵箱并联，互为备份，可实现在线切换运行与在线维护，同时将液氮泵均单独设置在独立的泵箱中，便于检修。
4、作为优选的技术方案，还包括控压系统、液氮储槽，所述泵箱内还设有控压容器，所述控压容器与第一连接管路相连，所述控压容器用于控制循环液氮工作压力并缓冲液氮热胀冷缩过程中的体积变化，所述控压系统包括补气控压管路、补液控压管路，所述液氮储槽的气体输出口与液体输出口分别通过补气控压管路、补液控压管路与控压容器相连，所述补气控压管路、补液控压管路均设有控制阀门。
5、作为优选的技术方案，所述控压系统还包括加热控压组件，所述加热控压组件包括设于控压容器内的加热器。
6、作为优选的技术方案，所述液氮循环组件还包括空压机、控压补气缓冲罐，所述补气控压管路的输入端还与空压机的输出端相连，所述补气控压管路上设有控压补气缓冲罐。
7、作为优选的技术方案，所述补气控压管路包括第一支路、第二支路、主管路，所述液氮储槽通过第一支路与主管路相连，所述空压机通过第二支路与主管路相连，所述第一支路上依次设有第一手动截止阀、空温式汽化器，所述第二支路上依次设有单向阀、第一减压阀，所述主管路上设有第二减压阀，且分别与两个所述泵箱内的控压容器相连，所述控压容器上还连接有排气管路，所述排气管路上设有第六气动截止阀。
8、作为优选的技术方案，所述补液控压管路的输入端与液氮储槽相连，所述补液控压管路的输出端分别与两个控压容器相连，所述补液控压管路上设有第二手动截止阀、管道过滤器、控制阀门。
9、作为优选的技术方案，所述液氮循环组件还包括补液容器，所述补液控压管路的输出端还通过补液输入管路与补液容器相连，所述补液容器通过补液输出管路与冷箱相连，所述补液输入管路上设有第四气动截止阀，所述补液输出管路上设有第五气动截止阀。
10、作为优选的技术方案，所述冷箱内设有过冷换热器，所述过冷换热器两端分别与第一连接管路和第二连接管路相连，所述过冷换热器位于冷箱内冷却介质液面以下。
11、作为优选的技术方案，所述超导电缆组件包括沿液氮循环方向设置的第一终端恒温器、超导电缆恒温器、第二终端恒温器，所述液氮循环组件用于为超导电缆组件提供冷量。
12、作为优选的技术方案，从所述超导电缆恒温器内流出的回温液氮经泵箱内的液氮泵增压，进入冷箱内的过冷换热器取得冷量变成70k过冷液氮，所述过冷换热器取得冷量的冷源为逆布雷顿制冷机或斯特林制冷机或者抽空减压系统，然后流入高温超导电缆恒温器内，冷却超导电缆，最后再返回液氮泵，开始新一轮次循环。
13、本专利技术的优点在于：
14、(1)本专利技术中，通过设置斯特林制冷机、逆布雷顿制冷机、抽空减压系统三套冷源为制冷系统提供冷量，三套冷源相互独立且互为备份，可实现在线切换运行与在线维护，提高系统冷源运行可靠性的同时最大限度节约成本，通过使用两套泵箱为制冷系统提供循环动力，两套泵箱并联，互为备份，可实现在线切换运行与在线维护，同时将液氮泵均单独设置在独立的泵箱中，便于检修。
15、(2)本专利技术中，提出了一种补液容器的概念，补液容器为排气口与大气连通的常压液氮杜瓦，液氮储槽中高压液氮进入补液容器后变为77.2k常压液氮，通过补液容器向负压冷箱中补充液氮，减小补液过程中冷箱温度波动，从而保证系统循环液氮温度稳定性。
16、(3)本专利技术中，循环系统补充液氮及压力控制均是通过控压容器来实现，控压容器底部通过管道与循环液氮连通，可以对循环管道补充液氮及传递压力，所需液氮由液氮储槽提供，压力控制有补液放气、补气放气、加热放气三种控压方式，以上三种控压方式相互本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种过冷液氮循环系统，其特征在于，包括超导电缆组件、液氮循环组件，所述液氮循环组件的输出端和输入端分别与超导电缆组件的输入端和输出端相连，并连接形成一个闭式液氮循环回路，所述液氮循环组件包括冷箱、两组泵箱、冷源组件，所述超导电缆组件的输出端通过第一连接管路与冷箱的输入端相连，所述冷箱的输出端通过第二连接管路与超导电缆组件的输入端相连，两组所述泵箱并联连接在第一连接管路上，所述泵箱内均设有液氮泵，所述液氮泵连接在第一连接管路上并为液氮循环提供动力，所述冷源组件包括斯特林制冷机、逆布雷顿制冷机、抽空减压系统，所述斯特林制冷机、逆布雷顿制冷机、抽空减压系统均与冷箱相连，并均能够单独为冷箱内介质制冷。
2.根据权利要求1所述的一种过冷液氮循环系统，其特征在于，还包括控压系统、液氮储槽，所述泵箱内还设有控压容器，所述控压容器与第一连接管路相连，所述控压容器用于控制循环液氮工作压力并缓冲液氮热胀冷缩过程中的体积变化，所述控压系统包括补气控压管路、补液控压管路，所述液氮储槽的气体输出口与液体输出口分别通过补气控压管路、补液控压管路与控压容器相连，所述补气控压管路、补液控压管路均
3.根据权利要求2所述的一种过冷液氮循环系统，其特征在于，所述控压系统还包括加热控压组件，所述加热控压组件包括设于控压容器内的加热器。
4.根据权利要求2所述的一种过冷液氮循环系统，其特征在于，所述液氮循环组件还包括空压机、控压补气缓冲罐，所述补气控压管路的输入端还与空压机的输出端相连，所述补气控压管路上设有控压补气缓冲罐。
5.根据权利要求4所述的一种过冷液氮循环系统，其特征在于，所述补气控压管路包括第一支路、第二支路、主管路，所述液氮储槽通过第一支路与主管路相连，所述空压机通过第二支路与主管路相连，所述第一支路上依次设有第一手动截止阀、空温式汽化器，所述第二支路上依次设有设有单向阀、第一减压阀，所述主管路上设有第二减压阀，且分别与两个所述泵箱内的控压容器相连，所述控压容器上还连接有排气管路，所述排气管路上设有第六气动截止阀。
6.根据权利要求5所述的一种过冷液氮循环系统，其特征在于，所述补液控压管路的输入端与液氮储槽相连，所述补液控压管路的输出端分别与两个控压容器相连，所述补液控压管路上设有第二手动截止阀、管道过滤器、控制阀门。
7.根据权利要求6所述的一种过冷液氮循环系统，其特征在于，所述液氮循环组件还包括补液容器，所述补液控压管路的输出端还通过补液输入管路与补液容器相连，所述补液容器通过补液输出管路与冷箱相连，所述补液输入管路上设有第四气动截止阀，所述补液输出管路上设有第五气动截止阀。
8.根据权利要求7所述的一种过冷液氮循环系统，其特征在于，所述冷箱内设有过冷换热器，所述过冷换热器两端分别与第一连接管路和第二连接管路相连，所述过冷换热器位于冷箱内冷却介质液面以下。
9.根据权利要求7所述的一种过冷液氮循环系统，其特征在于，所述超导电缆组件包括沿液氮循环方向设置的第一终端恒温器、超导电缆恒温器、第二终端恒温器，所述液氮循环组件用于为超导电缆组件提供冷量。
10.根据权利要求9所述的一种过冷液氮循环系统，其特征在于，从超导电缆恒温器内流出的回温液氮经泵箱内的液氮泵增压，进入冷箱内的过冷换热器取得冷量变成70K过冷液氮，所述过冷换热器取得冷量的冷源为逆布雷顿制冷机或斯特林制冷机或者抽空减压系统，然后流入超导电缆恒温器内，冷却超导电缆，最后再返回液氮泵，开始新一轮次循环。
...【技术特征摘要】
1.一种过冷液氮循环系统，其特征在于，包括超导电缆组件、液氮循环组件，所述液氮循环组件的输出端和输入端分别与超导电缆组件的输入端和输出端相连，并连接形成一个闭式液氮循环回路，所述液氮循环组件包括冷箱、两组泵箱、冷源组件，所述超导电缆组件的输出端通过第一连接管路与冷箱的输入端相连，所述冷箱的输出端通过第二连接管路与超导电缆组件的输入端相连，两组所述泵箱并联连接在第一连接管路上，所述泵箱内均设有液氮泵，所述液氮泵连接在第一连接管路上并为液氮循环提供动力，所述冷源组件包括斯特林制冷机、逆布雷顿制冷机、抽空减压系统，所述斯特林制冷机、逆布雷顿制冷机、抽空减压系统均与冷箱相连，并均能够单独为冷箱内介质制冷。
2.根据权利要求1所述的一种过冷液氮循环系统，其特征在于，还包括控压系统、液氮储槽，所述泵箱内还设有控压容器，所述控压容器与第一连接管路相连，所述控压容器用于控制循环液氮工作压力并缓冲液氮热胀冷缩过程中的体积变化，所述控压系统包括补气控压管路、补液控压管路，所述液氮储槽的气体输出口与液体输出口分别通过补气控压管路、补液控压管路与控压容器相连，所述补气控压管路、补液控压管路均设有控制阀门。
3.根据权利要求2所述的一种过冷液氮循环系统，其特征在于，所述控压系统还包括加热控压组件，所述加热控压组件包括设于控压容器内的加热器。
4.根据权利要求2所述的一种过冷液氮循环系统，其特征在于，所述液氮循环组件还包括空压机、控压补气缓冲罐，所述补气控压管路的输入端还与空压机的输出端相连，所述补气控压管路上设有控压补气缓冲罐。
5.根据权利要求4所述的一种过冷液氮循环系统，其特征在于，所述补气控压管路包括第一支路、第二支路、主管路，所述液氮储槽通过第一支路与...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶文兵，周家屹，苏玉磊，权福生，王东，胡俊豪，鲁先斌，丁怀况，章学华，
申请(专利权)人：安徽万瑞冷电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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