一种超导液氢储能装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115171999A(43)申请公布日2022.10.11(21)申请号202210656686.4(22)申请日2022.06.10(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人李敬东徐颖任丽彭书浩石晶方家琨王创唐跃进(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201专利代理师彭军芬(51)Int.Cl.H01F6/04(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种超导液氢储能装置(57)摘要本发明公开了一种超导液氢储能装置，属于超导磁体冷却领域，包括：装载有固氮的固氮杜瓦、装载有液氢的液氢杜瓦和制冷机，所述固氮杜瓦浸没在所述液氢中；所述固氮包裹超导储能磁体，用于为所述液氢和所述超导储能磁体之间提供电气隔离，以及为所述超导储能磁体提供形变约束力；所述液氢杜瓦中设置有氢气液化进口；所述制冷机连接所述氢气液化进口，用于为所述液氢制冷，使得所述液氢通过所述固氮为所述超导储能磁体制冷。综合利用固氮的隔离功能以及液氢的储能和制冷功能，同时实现安全系数较高的超导储能和液氢储能相结合，并且固氮能够防止超导储能磁体变形。CN115171999ACN115171999A权利要求书1/1页1.一种超导液氢储能装置，其特征在于，包括：装载有固氮的固氮杜瓦、装载有液氢的液氢杜瓦和制冷机，所述固氮杜瓦浸没在所述液氢中；所述固氮包裹超导储能磁体，用于为所述液氢和所述超导储能磁体之间提供电气隔离，以及为所述超导储能磁体提供形变约束力；所述液氢杜瓦中设置有氢气液化进口；所述制冷机连接所述氢气液化进口，用于为所述液氢制冷，使得所述液氢通过所述固氮为所述超导储能磁体制冷。2.如权利要求1所述的超导液氢储能装置，其特征在于，所述制冷机的制冷功率满足：其中，Q为所述制冷机的制冷功率，σ为玻尔兹曼系数，A为所述固氮杜瓦的表面面积，ε为所述固氮杜瓦的发射率，T1为固氮外侧的温度，T2为固氮内侧的温度。3.如权利要求1所述的超导液氢储能装置，其特征在于，浸没在所述液氢中的固氮的深度不小于深度阈值d0，所述深度阈值d0由固氮体积、固氮半径和所述超导储能磁体的工作电流确定。4.如权利要求1或3所述的超导液氢储能装置，其特征在于，固氮半径和液氢杜瓦半径之比小于比值阈值r0，所述比值阈值r0由所述超导储能磁体的工作电流以及浸没在所述液氢中的固氮的深度确定。5.如权利要求1所述的超导液氢储能装置，其特征在于，还包括吊杆和电流引线；所述吊杆用于固定所述固氮杜瓦和所述超导储能磁体；所述电流引线用于将所述超导储能磁体连接至电网。6.如权利要求1所述的超导液氢储能装置，其特征在于，所述固氮杜瓦中初始充入的为液氮，所述液氢传导的低温使得液氮中的氮元素由液态凝固成固态，并在凝固过程中贴合包裹所述超导储能磁体。7.如权利要求1所述的超导液氢储能装置，其特征在于，还包括气压计，用于测量所述液氢杜瓦中的气压，所述制冷机根据所述气压计的测量结果调节其制冷功率。2CN115171999A说明书1/4页一种超导液氢储能装置技术领域[0001]本发明属于超导磁体冷却领域，更具体地，涉及一种超导液氢储能装置。背景技术[0002]目前，超导磁体储能的制冷方式大致分为浸泡冷却、气冷和传导冷却三种。对于浸泡冷却，采用的制冷剂有液氦(1.8K‑4.2K)、液氮(63K‑77K)、液氖(24K‑27K)和液氢(13K‑20K)。[0003]相较于其它几种制冷剂，液氢因其更活泼的化学性质，很容易产生剧烈的化学反应，从而导致生产事故。当超导磁体浸泡在液氢当中时，其金属缝隙中隐含的空气可能会泄露出来与液氢反应产生爆炸，因此，目前超导储能领域对液氢制冷一直持谨慎态度。与此同时，作为实现可再生能源开发的重要一环，可再生能源转化为氢气或液氢作为能量储存于运输形势一直是研究重点。目前，对氢气及液氢的运输安全问题一直难以解决，氢能源的利用亟需开发和扩展。发明内容[0004]针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种超导液氢储能装置，其目的在于克服超导储能采用液氢制冷隐含事故危险的缺点，同时增加氢能源的利用场景，提高可再生能源需求。[0005]为实现上述目的，本发明提供了一种超导液氢储能装置，包括：装载有固氮的固氮杜瓦、装载有液氢的液氢杜瓦和制冷机，所述固氮杜瓦浸没在所述液氢中；所述固氮包裹超导储能磁体，用于为所述液氢和所述超导储能磁体之间提供电气隔离，以及为所述超导储能磁体提供形变约束力；所述液氢杜瓦中设置有氢气液化进口；所述制冷机连接所述氢气液化进口，用于为所述液氢制冷，使得所述液氢通过所述固氮为所述超导储能磁体制冷。[0006]更进一步地，所述制冷机的制冷功率满足：[0007][0008]其中，