專利名稱：一種用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種可解決向安裝有超導(dǎo)磁體的低溫容器充注低溫液體時由于低溫液體氣化而對超導(dǎo)磁體造成的沖擊損壞的氣液分離裝置及其方法。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)材料在溫度低于臨界溫度時，進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，電阻為零。為利用超導(dǎo)材料的這種特性，需將超導(dǎo)材料放在低溫液體(比如液氮)中，進(jìn)行低溫冷卻，使超導(dǎo)材料電阻為零。因此，需要制造裝液氮的低溫絕熱容器(也稱為杜瓦)，并對消耗的液氮進(jìn)行補充。超導(dǎo)故障限流器、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)儲能等超導(dǎo)電力設(shè)備的超導(dǎo)磁體安裝在杜瓦中。補液時，液氮從儲槽經(jīng)過管道進(jìn)入杜瓦，由于受熱氣化，部分液氮蒸發(fā)成氮氣。液氮以氣、液混合狀態(tài)高速 進(jìn)入杜瓦，容易沖擊超導(dǎo)磁體，造成超導(dǎo)磁體損傷。為保證超導(dǎo)磁體正常運行，提高超導(dǎo)磁體的可靠性、穩(wěn)定性，需要減少補液對超導(dǎo)磁體的影響。補液過程中氣化的氮氣是造成對超導(dǎo)磁體沖擊的主要原因。氣化的氮氣越多，出口離超導(dǎo)磁體越近，出口速度越大，沖擊也就越大。液氮的氣化量和儲罐壓力、管道尺寸、管道絕熱效果有關(guān)。降低儲罐壓力，增大管道尺寸，增強管道絕熱效果，是減少氣化量和出口速度的一種辦法。但仍不可避免對超導(dǎo)磁體產(chǎn)生沖擊。因此，在杜瓦外采取措施并不能完全解決補液時對超導(dǎo)磁體的沖擊問題，需要在杜瓦內(nèi)采取措施。常規(guī)杜瓦的主要結(jié)構(gòu)一般有整體型和環(huán)型，參見圖7、圖8所示，均由內(nèi)筒100和外筒200兩個封閉筒組合構(gòu)成，形成有真空層和低溫層兩個區(qū)域，內(nèi)筒封閉為低溫層盛放低溫液體維持低溫環(huán)境，超導(dǎo)磁體300就放置在內(nèi)筒中，內(nèi)筒和外筒之間是真空層起到絕熱作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置，其安裝在杜瓦內(nèi)，可將氮氣、液氮分離后從不同出口排出，以減少補液過程中對超導(dǎo)磁體的沖擊。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計方案一種用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置，其包括有一用于導(dǎo)入低溫補液的進(jìn)液管，其輸入口端和杜瓦外的輸液管道連通；一氣液分離腔，帶有進(jìn)液口及出液口，其進(jìn)液口與進(jìn)液管的輸出口端連通，其出液口設(shè)在腔體的底部，其頂部敞口或設(shè)有出氣管，該頂部敞口或設(shè)有的出氣管的口徑大于進(jìn)液管口徑面積；一用于向杜瓦內(nèi)導(dǎo)出補液的出液管，其頭部入液端口與氣液分離腔腔體底部的出液口連通，主體管身水平放置，其尾部出口的朝向非對準(zhǔn)杜瓦內(nèi)放置的超導(dǎo)磁體；所述用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置整體固定在杜瓦的上部，位于杜瓦內(nèi)放置的超導(dǎo)磁體及盛置的低溫液體液面之上。
所述用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置的進(jìn)液管輸出口端設(shè)在氣液分離腔內(nèi)且出口朝下；該進(jìn)液管輸出至輸出口段的管身為水平放置為佳。所述用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置的出液管出口端呈喇叭口狀；所述的出液管出口端朝向杜瓦內(nèi)筒的側(cè)壁；朝向杜瓦內(nèi)筒的內(nèi)邊側(cè)壁為宜。所述用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置的氣液分離腔結(jié)構(gòu)可以是上部大、下部小的漏斗形狀。所述用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置氣液分離腔的頂部敞口或設(shè)有的出氣管的口徑比進(jìn)液管口徑面積大5倍以上。在氣液分離腔的上部設(shè)有作為氣體分離出氣通道并防止液氮從上部噴出的蓋帽。本發(fā)明的另一目的是提供一種用于超導(dǎo)磁體的氣液分離的方法，其利用上述裝置，可以有效的減少補液過程中對超導(dǎo)磁體的沖擊。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計方案用于超導(dǎo)磁體的氣液分離的方法，其是在杜瓦內(nèi)筒的上部區(qū)域設(shè)置一如上述的用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置，讓由杜瓦外輸液管道進(jìn)入的補液流經(jīng)該裝置，使沿輸送途中受熱氣化的氮氣分離后從該裝置氣液分離腔上方的敞口或出氣管排出，分離后的補液向下沉積并由底口留出，經(jīng)由水平設(shè)置的出液管出口進(jìn)入到杜瓦內(nèi)筒。所述用于超導(dǎo)磁體的氣液分離的方法中，由出液管出口進(jìn)入到杜瓦內(nèi)筒的補液先是向杜瓦內(nèi)筒的內(nèi)側(cè)壁噴出，沿著壁面流到其內(nèi)原盛放的液氮液面上。本發(fā)明的優(yōu)點是I.本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以使得低溫絕熱容器(杜瓦)在補液時對進(jìn)入的混合狀液氮進(jìn)行氣、液的有效分離，并將氣體向外排出，使其不能對杜瓦內(nèi)的超導(dǎo)磁體造成沖擊損傷；2.本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，尤其是對出液口形狀及位置的合理安排，可以減少補液時液氮排出速度，有效地避免補液對超導(dǎo)磁體造成沖擊損傷。


圖I為本發(fā)明用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置一實施例結(jié)構(gòu)示意圖(立體視圖)。圖2為圖I所示實施例的結(jié)構(gòu)示意圖(主視)。圖3為圖2的俯視圖。圖4為本發(fā)明用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置另一實施例結(jié)構(gòu)示意圖(主視)。圖5為圖4的俯視圖。圖6為本發(fā)明用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置一使用狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖(為環(huán)型結(jié)構(gòu)杜瓦的主局部剖視，未包括杜瓦的外筒)。圖7為常規(guī)杜瓦的主要結(jié)構(gòu)形式示意圖(剖視，整體型)。圖8為常規(guī)杜瓦的主要結(jié)構(gòu)形式示意圖(剖視，環(huán)型)。下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
具體實施例方式參見圖I、圖2、圖4和圖6所示，本發(fā)明用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置主要由進(jìn)液管I、氣液分離腔2、出氣管4和出液管3組成，其中出氣管4亦可由在氣液分離腔的頂部直接開設(shè)的敞口所替代。整個裝置應(yīng)固定在杜瓦內(nèi)筒6的上部區(qū)域，位于超導(dǎo)磁體7及杜瓦內(nèi)筒內(nèi)低溫液面以上的位置。所述的進(jìn)液管I用于外接杜瓦外的輸液管道以導(dǎo)入低溫補液，其輸入口端11和杜瓦外的輸液管道連通；為保證進(jìn)入的補液持續(xù)平緩，該進(jìn)液管I的輸出口端12要設(shè)在氣液分離腔內(nèi)且出口朝下，參見圖2和圖4所示；該進(jìn)液管輸出至輸出口段的管身13為水平放置為佳，亦即制作時將進(jìn)液管彎成直角進(jìn)入氣液分離腔，參見圖I所示。所述的氣液分離腔2帶有進(jìn)液口及出液口，其進(jìn)液口與進(jìn)液管的輸出口端12連通，其出液口設(shè)在腔體的底部，頂部直接帶有敞口(亦即為氮氣的出氣口，參見圖2和圖3所示)或配有出氣管4 (參見圖4和圖5所示)，該頂部的敞口面積或設(shè)有的出氣管的口徑面積要大于進(jìn)液管口徑的面積，以大于5倍以上為佳，以確保氣液的有效分離；該氣液分離腔結(jié)構(gòu)可以是上部大、下部小的漏斗形狀，利于補液向下流；在氣液分離腔的上部設(shè)有作為氣體分離出氣通道并防止液氮從上部噴出的蓋帽5 ;氣液分離腔的設(shè)立一方面滿足氣液分離的需要，另一方面也可使急速進(jìn)入的補液緩沖一下速度。 所述的出液管3用于向杜瓦內(nèi)導(dǎo)出補液，其頭部入液端口 31與氣液分離腔腔體底部的出液口連通，主體管身33應(yīng)水平放置為佳，其尾部出液口 32必須設(shè)在液面以上，朝向不能對準(zhǔn)杜瓦內(nèi)放置的超導(dǎo)磁體，應(yīng)朝向杜瓦內(nèi)筒的內(nèi)側(cè)壁為宜當(dāng)杜瓦為整體型結(jié)構(gòu)時，內(nèi)側(cè)壁為單向壁，出液管3尾部的出液口 32朝向該壁即可；當(dāng)杜瓦為環(huán)型結(jié)構(gòu)時，內(nèi)偵_為雙向壁，選擇任一向內(nèi)側(cè)壁均可，朝向中心側(cè)的內(nèi)壁為佳，如圖3及圖6所示狀態(tài)。該出液管3的出口端呈喇叭口狀為佳，使出液的速度能更進(jìn)一步得到緩沖。由于超導(dǎo)飽和鐵心故障限流器的杜瓦內(nèi)筒一般為圓形(整體型結(jié)構(gòu))或環(huán)形(環(huán)型結(jié)構(gòu))，氣液分離裝置各部件的設(shè)計應(yīng)匹配為具有一定的弧度，配合杜瓦形狀，利于安裝使用。本發(fā)明用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置的工作原理及工作過程是補液(現(xiàn)一般指液氮)由進(jìn)液管I流進(jìn)氣液分離腔2，受熱氣化的氮氣從上部的敞口 21或配有的出氣管4排出，液氮向下沉積并從下部出液管3向杜瓦內(nèi)筒的的內(nèi)側(cè)壁噴出，沿著壁面流到其內(nèi)原盛放的液氮液面上，這樣可使補液過程中，能減少對原有液面影響，保證液面不產(chǎn)生波動。上述各實施例可在不脫離本發(fā)明的范圍下加以若干變化，故以上的說明所包含應(yīng)視為例示性，而非用以限制本發(fā)明申請專利的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置，其特征在于包括有 一用于導(dǎo)入低溫補液的進(jìn)液管，其輸入口端和杜瓦外的輸液管道連通； 一氣液分離腔，帶有進(jìn)液口及出液口，其進(jìn)液口與進(jìn)液管的輸出口端連通，其出液口設(shè)在腔體的底部，其頂部敞口或設(shè)有出氣管，該頂部敞口或設(shè)有的出氣管的口徑大于進(jìn)液管口徑面積； 一用于向杜瓦內(nèi)導(dǎo)出補液的出液管，其頭部入液端口與氣液分離腔腔體底部的出液口連通，其尾部出口的朝向非對準(zhǔn)杜瓦內(nèi)放置的超導(dǎo)磁體； 所述用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置整體固定在杜瓦的上部，位于杜瓦內(nèi)放置的超導(dǎo)磁體及盛置的低溫液體液面之上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置，其特征在于所述的進(jìn)液管輸至輸出口端設(shè)在氣液分離腔內(nèi)且出口朝下。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置，其特征在于所述的出液管出口端呈喇叭口狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置，其特征在于所述的出液管出口端朝向杜瓦內(nèi)筒的內(nèi)側(cè)壁。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2、3所述的用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置，其特征在于所述的氣液分離腔結(jié)構(gòu)為上部大、下部小的漏斗形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置，其特征在于所述的氣液分離腔頂部的敞口或設(shè)有的出氣管的口徑比進(jìn)液管口徑面積大5倍以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置，其特征在于在氣液分離腔的上部設(shè)有作為氣體分離出氣通道并防止液氮從上部噴出的蓋帽。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置，其特征在于所述用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置的各部件均由非導(dǎo)磁金屬材料制作。
9.一種用于超導(dǎo)磁體的氣液分離的方法，其特征在于在杜瓦內(nèi)筒的上部區(qū)域設(shè)置一如權(quán)利要求I所述的用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置，讓由杜瓦外輸液管道進(jìn)入的補液流經(jīng)該裝置，使沿輸送途中受熱氣化的氮氣分離后從該裝置氣液分離腔上方的敞口或出氣管排出，分離后的補液向下沉積并由底口流出，經(jīng)由水平設(shè)置的出液管出口進(jìn)入到杜瓦內(nèi)筒。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于超導(dǎo)磁體的氣液分離的方法，其特征在于由出液管出口進(jìn)入到杜瓦內(nèi)筒的補液先是向杜瓦內(nèi)筒的內(nèi)側(cè)壁噴出，沿著壁面流到其內(nèi)原盛放的液氮液面上。
全文摘要
一種用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置及其方法，包括一用于導(dǎo)入低溫補液的進(jìn)液管，其輸入口端和杜瓦外的輸液管道連通；一氣液分離腔，帶有進(jìn)液口及出液口，進(jìn)液口與進(jìn)液管的輸出口端連通，出液口設(shè)在腔體底部，頂部敞口或設(shè)出氣管，該頂部敞口或出氣管的口徑大于進(jìn)液管口徑面積；一用于向杜瓦內(nèi)導(dǎo)出補液的出液管，其頭部入液端口與氣液分離腔腔體底部的出液口連通，尾部出口的朝向非對準(zhǔn)杜瓦內(nèi)放置的超導(dǎo)磁體；該用于超導(dǎo)磁體的氣液分離裝置整體固定在杜瓦的上部，位于杜瓦內(nèi)放置的超導(dǎo)磁體及盛置的低溫液體液面之上，讓由杜瓦外輸液管道進(jìn)入的補液流經(jīng)該裝置，可將氮氣、液氮分離后從不同出口排出，以減少補液過程中對超導(dǎo)磁體的沖擊。
文檔編號B01D19/00GK102961894SQ20121042139
公開日2013年3月13日 申請日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者信贏, 王立中, 田波, 洪輝, 張利鋒 申請人:北京云電英納超導(dǎo)電纜有限公司