Гибридная энергетическая магистраль

Полезная модель относится к гибридным энергетическим магистралям, предназначенным для криогенного транспортирования энергоносителя (жидкого водорода) и передачи электроэнергии по встроенному в магистраль сверхпроводящему кабелю. Технический результат полезной модели - повышение эффективности и надежности криостатирования энергоносителя, транспортируемого по проточному тракту магистрали, и встроенного в нее сверхпроводящего кабеля. Формер (2) с защитным покрытием (4), сверхпроводящими 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 формера (2), а внешняя ветвь (7) - между повивами (5) из сверхпроводящих лент и криостатной оболочкой (3) и имеет кольцевое сечение. Теплоизоляция (1) магистрали выполнена экранно-вакуумной и закрыта снаружи защитной оболочкой (8). Между теплоизоляцией (1) и криостатной оболочкой (3) сверхпроводящего кабеля с помощью разделительной оболочки (9) образован испарительный канал (10), который сообщен с внешней ветвью (7) транспортного канала через жиклеры (11), выполненные в оболочке (9). Испарительный канал (10) может быть дополнительно сообщен с внешней ветвью (7) транспортного канала трубчатой перемычкой (12), в которой установлен регулятор (13) расхода. 1 з.п.ф., 2 ил.

Область техники

Полезная модель относится к гибридным энергетическим магистралям, предназначенным для криогенного транспортирования энергоносителя (жидкого водорода) и передачи электроэнергии по встроенному в магистраль сверхпроводящему кабелю.

Уровень техники

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].

Эта энергетическая магистраль выбрана в качестве прототипа.

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.

Раскрытие полезной модели

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.

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.

Осуществление полезной модели с учетом ее развитий.

На фиг. 1 показан поперечный разрез гибридной энергетической магистрали, на фиг. 2 - продольный разрез ее фрагмента.

На фигурах обозначено:

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.

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.

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.

Жиклеры 11 могут быть установлены, например, через каждые 5,0÷15,0 м длины магистрали.

Испарительный канал 10 может быть дополнительно сообщен с внешней ветвью 7 транспортного канала трубчатой перемычкой 12, в которой установлен регулятор 13 расхода.

Магистраль функционирует следующим образом.

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).

Через жиклеры 11 в испарительный канал 10 из внешней ветви 7 транспортного канала поступает жидкий водород с температурой 2026 К, который испаряется при пониженном давлении, образуя парожидкостный поток с температурой 1418 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 0.150.2 бар, при котором водород имеет максимальное значение теплоты парообразования.

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.

Регулятор 13 позволяет дополнительно регулировать необходимый расход жидкого водорода из транспортного канала в испарительный канал 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.

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 0.51.5 К.

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.