一种适用于超导系统冷却的带引射结构的管壳式散热器

1.本发明涉及超导技术领域，具体为一种适用于超导系统冷却的带引射结构的管壳式散热器。


背景技术：

2.超导材料具有在临界温度下零电阻的特性，在电力系统中使用超导材料具有降低系统体积，减少损耗，提高系统效率等优点，超导系统必须在超导材料临界温度下才能正常工作，因此需要设计冷却系统将超导系统冷却到超导体临界温度以下，并带走系统运行过程中产生的热量，避免超导系统失超。
3.目前，超导系统一般采用常压液氮进行冷却，在超导系统的冷却系统中，液氮进入超导系统中，通过对流换热带走超导系统中的热量，使超导体的温度维持在临界温度以下，吸收热量后的液氮进入散热器中与另一股流经制冷系统的低温流体换热，经过冷却后再次进入超导系统，由此形成一个循环，在超导系统的冷却系统中一般用泵来为流体流动提供动力。
4.对于大型的超导系统来说，虽然超导材料的使用使系统的重量大幅下降，但在实际使用中，维持超导所需的庞大、复杂的冷却系统会使整个系统的重量显著增加，成为超导技术大规模应用面临的难题之一，所以这里设计了一种适用于超导系统冷却的带引射结构的管壳式散热器，以便于解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种适用于超导系统冷却的带引射结构的管壳式散热器，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于超导系统冷却的带引射结构的管壳式散热器，包括管壳式散热器主体以及引射结构，管壳式散热器主体以及引射结构组成带引射结构的管壳式散热器，引射结构包括引射结构一和引射结构二，引射结构一和引射结构二分别设置在带引射结构的管壳式散热器的管程流体及壳程流体入口处，引射结构包括进气段、混合段和扩压段，进气段上设有高压主流入口和二次流入口，混合段为等截面段，混合段一端与进气段相连，混合段另一端与扩压段相连，扩压段上设有流体出口。
7.在进一步的实施例中，引射结构混合段横截面面积a计算公式如下：
[0008][0009]
其中，m
p
为引射结构主流流量，ms为引射结构二次流流量，ρ为引射结构中流体密度，u为引射结构进气段喷嘴出口主流流速。
[0010]
在进一步的实施例中，带引射结构的管壳式散热器包含进口一、进口二、进口三、
进口四、出口一和出口二。
[0011]
进口一为管程流体引射结构主流入口，通入一部分经泵加压后的高压冷却工质对剩余冷却工质进行引射。
[0012]
进口二为管程流体引射结构二次流入口，通入剩余冷却工质。
[0013]
进口三为壳程流体引射结构主流入口，通入一部分经泵加压后的液氮对剩余液氮进行引射。
[0014]
进口四为壳程流体引射结构二次流入口，通入剩余液氮。
[0015]
出口一为管程流体出口，吸收热量后的冷却工质由此流出。
[0016]
出口二为壳程流体出口，被冷却的液氮由此流出。
[0017]
在进一步的实施例中，壳程流体流道内设有折流板。
[0018]
一种适用于超导系统冷却，包括带引射结构的管壳式散热器、超导系统、泵一、泵二和制冷系统，带引射结构的管壳式散热器管程流体出口与制冷系统进口相连，制冷系统出口与泵一进口以及带引射结构的管壳式散热器的进口二相连，泵一出口与带引射结构的管壳式散热器进口一相连，带引射结构的管壳式散热器壳程流体出口与超导系统进口相连，超导系统出口与泵二进口以及带引射结构的管壳式散热器进口四相连，泵二出口与带引射结构的管壳式散热器进口三相连。
[0019]
在进一步的实施例中，还包括节流阀一、节流阀二、节流阀三和节流阀四，节流阀一设于制冷系统出口与泵一进口之间的连接管路上，节流阀二设于制冷系统出口与带引射结构的管壳式散热器进口二之间的连接管路上，节流阀三设于超导系统出口与泵二进口之间的连接管路上，节流阀四设于超导系统出口与带引射结构的管壳式散热器进口四之间的连接管路上。
[0020]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0021]
本发明为一种适用于超导系统冷却的带引射结构的管壳式散热器，集成了引射结构与管壳式散热器，利用引射作用降低驱动流体工质流动所需的功率，同时在实际使用中具有结构简单、可靠性高、寿命长等特点。
附图说明
[0022]
图1为本发明的一种适用于超导系统冷却的带引射结构的管壳式散热器的结构示意图；
[0023]
图2为本发明的一种超导系统冷却系统的总体方案示意图。
[0024]
图中：1、进口一；2、进口二；3、进气段；4、混合段；5、扩压段；6、引射结构一；7、出口一；8、出口二；9、折流板；10、管壳式散热器主体；11、引射结构二；12、进口四；13、进口三；14、带引射结构的管壳式散热器；15、泵一；16、泵二；17、节流阀一；18、节流阀二；19、制冷系统；20、超导系统；21、节流阀四；22、节流阀三。
具体实施方式
[0025]
下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的
范围。
[0026]
实施例
[0027]
请参阅图1-2，本实施例提供了一种适用于超导系统冷却的带引射结构的管壳式散热器，包括管壳式散热器主体10以及引射结构，管壳式散热器主体10以及引射结构组成带引射结构的管壳式散热器14，引射结构包括引射结构一6和引射结构二11，管壳式散热器主体10内部设有管程流体流道和壳程流体流道，引射结构一6和引射结构二11分别设置在带引射结构的管壳式散热器14的管程流体及壳程流体入口处，分别由引射结构一6和引射结构二11提供流体流动的动力，通过喷嘴喷出的高速流体的引射作用，为管壳式散热器主体10冷热两种流体工质的流动提供动力。
[0028]
壳程流体流道内还设有折流板9。
[0029]
引射结构包括进气段3、混合段4和扩压段5，进气段3上设有高压主流入口和二次流入口，混合段4为等截面段，混合段4一端与进气段3相连，混合段4另一端与扩压段5相连，扩压段5上设有流体出口，高压主流从高压主流入口进入后，对另一股从二次流入口进入的二次流体产生引射作用，两股流体在混合段4混合均匀后，经扩压段5进入管壳式散热器主体10，引射结构一6与引射结构二11结构相同，故不再赘述。
[0030]
引射结构混合段4横截面面积a计算公式如下：
[0031][0032]
其中，m
p
为引射结构主流流量，ms为引射结构二次流流量，ρ为引射结构中流体密度，u为引射结构进气段3喷嘴出口主流流速。
[0033]
另外，带引射结构的管壳式散热器14包含进口一1、进口二2、进口三13、进口四12、出口一7和出口二8。
[0034]
进口一1为管程流体引射结构主流入口，通入一部分经泵加压后的高压冷却工质对剩余冷却工质进行引射。
[0035]
进口二2为管程流体引射结构二次流入口，通入剩余冷却工质。
[0036]
进口三13为壳程流体引射结构主流入口，通入一部分经泵加压后的液氮对剩余液氮进行引射。
[0037]
进口四12为壳程流体引射结构二次流入口，通入剩余液氮。
[0038]
出口一7为管程流体出口，吸收热量后的冷却工质由此流出。
[0039]
出口二8为壳程流体出口，被冷却的液氮由此流出。
[0040]
一种适用于超导系统冷却，包括带引射结构的管壳式散热器14、超导系统20，泵一15，泵二16和制冷系统19，带引射结构的管壳式散热器14管程流体出口与制冷系统19进口相连，制冷系统19出口与泵一15进口以及带引射结构的管壳式散热器14的进口二2相连，泵一15出口与带引射结构的管壳式散热器14进口一1相连，带引射结构的管壳式散热器14壳程流体出口与超导系统20进口相连，超导系统20出口与泵二16进口以及带引射结构的管壳式散热器14进口四12相连，泵二16出口与带引射结构的管壳式散热器14进口三13相连。
[0041]
还包括节流阀一17、节流阀二18和节流阀三22和节流阀四21，节流阀一17设于制冷系统19出口与泵一15进口之间的连接管路上，节流阀二18设于制冷系统19出口与带引射
结构的管壳式散热器14进口二2之间的连接管路上，节流阀三22设于超导系统20出口与泵二16进口之间的连接管路上，节流阀四21设于超导系统20出口与带引射结构的管壳式散热器14进口四12之间的连接管路上。
[0042]
从制冷系统19流出的制冷工质分为两股，一股经节流阀一17流向泵一15，经泵加压后流入带引射结构的管壳式散热器14的进口一1，另一股流体经节流阀二18流入带引射结构的管壳式散热器14的进口二2，两股流体在引射作用下于引射结构一6内混合后流入管壳式散热器主体10的管程流道内，在吸收热量后从带引射结构的管壳式散热器14的出口一7流出，之后再次进入制冷系统19获得冷量，完成一个循环。
[0043]
从超导系统20流出的液氮分成两股，一股经节流阀三22流向泵二16，经泵加压后流入带引射结构的管壳式散热器14的进口三13，另一股流体经节流阀四21流入带引射结构的管壳式散热器14的进口四12，两股流体在引射作用下于引射结构二11内混合后流入管壳式散热器主体10的壳程流道内，在释放热量后从带引射结构的管壳式散热器14的出口二8流出，之后再次进入超导系统20内去冷却超导体部件。
[0044]
上述过程集成了引射结构与带引射结构的管壳式散热器14，利用引射作用降低驱动流体工质流动所需的功率，同时在实际使用中具有结构简单、可靠性高、寿命长等特点。
[0045]
本实施例中的制冷系统19可以是液氮减压制冷装置，也可是制冷机，制冷机内的冷却工质可以是液氮，也可是液氦等其他工质，可以根据具体情况考虑。
[0046]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。