一種基于傳導(dǎo)冷卻的高溫超導(dǎo)二元電流引線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明給出一種工藝簡單，安裝方便的傳導(dǎo)冷卻型高溫超導(dǎo)二元電流引線，具體涉及到高溫超導(dǎo)二元電流引線的結(jié)構(gòu)。整個(gè)超導(dǎo)電流引線包括室溫銅接頭、銅引線段、連接過渡段、超導(dǎo)組合段、低溫銅接頭，其特征在于整根電流引線采用兩級制冷機(jī)傳導(dǎo)冷卻，結(jié)構(gòu)簡單、冷卻效果好，安裝方便。同時(shí)傳導(dǎo)冷卻型高溫超導(dǎo)二元電流引線相對于氣體冷卻適用范圍更廣，比如應(yīng)用于超導(dǎo)風(fēng)機(jī)。本發(fā)明所示電流引線超導(dǎo)組合段使用成品超導(dǎo)帶材和銅編織帶焊接而成，根據(jù)用戶對電流大小的需求，可以通過增加或者減少超導(dǎo)帶材并聯(lián)數(shù)量來實(shí)現(xiàn)，簡化了加工和安裝工藝，并且節(jié)約材料，節(jié)省引線成本。
【專利說明】—種基于傳導(dǎo)冷卻的高溫超導(dǎo)二元電流引線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高溫超導(dǎo)電流引線，特別涉及一種基于傳導(dǎo)冷卻的高溫超導(dǎo)二元電流引線。

【背景技術(shù)】
[0002]電流引線用于連接磁體裝置和室溫電源。現(xiàn)在的超導(dǎo)磁體裝置需要工作在低溫環(huán)境內(nèi)，因此，通過電流引線從室溫進(jìn)入低溫環(huán)境的漏熱是低溫環(huán)境主要熱負(fù)荷，并影響著低溫環(huán)境的穩(wěn)定和決定維持低溫環(huán)境的功率能耗。超導(dǎo)磁體如果使用一元銅電流引線時(shí)，采用氦氣冷卻，整個(gè)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本高，對低溫環(huán)境漏熱也相對較大。在滿足電流負(fù)荷和安全性前提下，使用高溫超導(dǎo)材料制成的二元電流引線是減少超導(dǎo)磁體系統(tǒng)沿電流引線漏熱的主要方式。
[0003]高溫超導(dǎo)材料最成熟和成功的應(yīng)用就是在制作電流引線領(lǐng)域。超導(dǎo)材料在超導(dǎo)態(tài)下電阻為零，不會(huì)有焦耳熱產(chǎn)生，并且超導(dǎo)材料導(dǎo)熱率相對于銅等金屬而言更小，通過傳導(dǎo)漏熱產(chǎn)生的熱負(fù)荷也更少。由于高溫超導(dǎo)材料實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)必須工作在低溫溫度環(huán)境中，因此通常采用二元結(jié)構(gòu)，即整個(gè)電流引線由從室溫到液氮溫區(qū)(70K左右)的常規(guī)銅電流引線段和從液氮溫區(qū)到1K至30K溫區(qū)左右的高溫超導(dǎo)段組成，這樣可以保證超導(dǎo)段工作在臨界溫度之下。
[0004]在設(shè)計(jì)超導(dǎo)風(fēng)機(jī)過程中，超導(dǎo)磁體隨著風(fēng)機(jī)一起旋轉(zhuǎn)，因此，作為引入勵(lì)磁電流的高溫超導(dǎo)電流引線也一直處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。在這種工況下，傳導(dǎo)冷卻型二元高溫超導(dǎo)電流相對于氦氣冷卻電流引線而言，不涉及到冷卻氣體在旋轉(zhuǎn)過程中的流態(tài)變化，所以整個(gè)結(jié)構(gòu)更加簡單和安全。
[0005]現(xiàn)階段對于舍棄氣體冷卻的傳導(dǎo)型二元電流引線，由于其超導(dǎo)段大部分都采用非柔性設(shè)計(jì)，使得這段引線在真空杜瓦內(nèi)部無法靈活布線和安裝，特別是對于復(fù)雜低溫環(huán)境，內(nèi)部空間在多層真空絕熱狀態(tài)下已經(jīng)很擁擠了。同時(shí)，傳統(tǒng)的二元電流引線由于冷頭冷卻，涉及到熱連接和電絕緣，大部分情況下無法同時(shí)保證兩者效果都好。這些問題都大大限制了傳導(dǎo)型二元電流弓I線在大電流和精細(xì)低溫空間的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述技術(shù)問題，提供一種簡單易拆卸、超導(dǎo)段為柔性可調(diào)設(shè)計(jì)，并且一級冷屏處熱連接和電絕緣結(jié)構(gòu)簡單效果優(yōu)良的高溫超導(dǎo)二元電流引線，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
一種基于傳導(dǎo)冷卻的高溫超導(dǎo)二元電流引線，包括室溫銅接頭、銅引線段、連接過渡段、超導(dǎo)組合段及低溫銅接頭，超導(dǎo)組合段包括銅編織帶、超導(dǎo)帶材及超導(dǎo)組合段上、下端部接頭，并且超導(dǎo)帶材安裝在銅編織帶內(nèi)部。
[0007]進(jìn)一步的，所述超導(dǎo)帶材焊接在超導(dǎo)組合段上、下端部接頭的接頭凹槽內(nèi)，同時(shí)在超導(dǎo)組合段上、下端部接頭圓周焊接銅編織帶。
[0008]進(jìn)一步的，在上述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之上，所述連接過渡段是L型高導(dǎo)無氧銅板，所述銅引線段和超導(dǎo)組合段采用螺栓連接于L型高導(dǎo)無氧銅板。
[0009]進(jìn)一步的，還包括系統(tǒng)一級冷屏，所述系統(tǒng)一級冷屏和L型高導(dǎo)無氧銅板采用導(dǎo)熱環(huán)氧包封材料Stycast2850FT固化連接。
[0010]進(jìn)一步的，所述銅引線段、超導(dǎo)組合段與L型高導(dǎo)無氧銅板連接部位鍍有銦金屬層。
[0011]進(jìn)一步的，在上述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之上，所述超導(dǎo)帶材是YBCO帶材。
[0012]進(jìn)一步的，在上述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之上，還包括系統(tǒng)制冷機(jī)二級冷頭組件，超導(dǎo)組合段末端通過低溫銅接頭和系統(tǒng)制冷機(jī)二級冷頭組件相連，并在低溫銅接頭連接表面鍍有銦金屬層。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
1、本發(fā)明各組成部分簡單易拆卸，不僅僅表現(xiàn)在銅引線段、超導(dǎo)組合段與L型高導(dǎo)無氧銅板之間的螺栓連接，更重要的是可以在取下超導(dǎo)組合段銅編織帶后，更換、增加或減少超導(dǎo)帶材，實(shí)現(xiàn)電流引線的再利用。
[0014]2、本發(fā)明的超導(dǎo)段組合段的銅編織帶與超導(dǎo)帶材均較為柔軟，方便布線安裝且節(jié)省杜瓦內(nèi)部空間。
[0015]3、本發(fā)明超導(dǎo)組合段將YBCO超導(dǎo)帶材安裝于銅編織帶內(nèi)部，不僅可以支撐和避免超導(dǎo)帶材折損，而且保證在超導(dǎo)磁體因故障導(dǎo)致電壓、溫度驟升，不再處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，銅編織帶可以起到分流電流和熱量作用，使得超導(dǎo)磁體焦耳熱減小、熱量散失更快，以達(dá)到盡快對磁體降溫的保護(hù)作用；同時(shí)，用戶可以根據(jù)電流需求安裝適當(dāng)帶材個(gè)數(shù)。
[0016]4、本發(fā)明的一級冷屏和電流引線連接采用導(dǎo)熱環(huán)氧包封材料Stycast2850FT固化連接，相對于常規(guī)加墊氮化鋁、銦片、鋁箔等多層結(jié)構(gòu)，其不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且導(dǎo)熱和電絕緣性能優(yōu)良，可以很好滿足用戶制冷和安全需求。
[0017]5、L型高導(dǎo)無氧銅板加工方便，與制冷系統(tǒng)之間熱傳導(dǎo)接觸面積大，且其在低溫下具有良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，降低了因電阻和熱阻產(chǎn)生的熱負(fù)荷，并且高導(dǎo)無氧銅無氫脆現(xiàn)象發(fā)生。
[0018]6、本發(fā)明采用兩級制冷方案主要是因?yàn)橹评錂C(jī)工作溫度越低其制冷功率越小，制冷機(jī)二級冷頭冷量絕大部分用于負(fù)載超導(dǎo)磁體熱負(fù)荷。為了減少沿電流引線帶入低溫系統(tǒng)的熱負(fù)荷，并且保證電流引線超導(dǎo)組合段工作在超導(dǎo)態(tài)，需要從一級冷屏處截?cái)酂崃鱾鬟f。同時(shí)，低溫銅接頭連接表面鍍銦金屬層相對于直接加墊銦片，減小了接觸面之間的接觸空隙，降低了接觸電阻和接觸熱阻。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明高溫超導(dǎo)二元電流引線及傳導(dǎo)冷卻布置方案示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明高溫超導(dǎo)二元電流引線超導(dǎo)組合段中間橫截面示意圖。
[0021]圖3為本發(fā)明高溫超導(dǎo)二元電流引線超導(dǎo)組合段接頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4為本發(fā)明高溫超導(dǎo)二元電流引線連接過渡段結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0024]本方案的高溫超導(dǎo)二元電流引線，如圖1所示，依次由室溫銅接頭1、銅引線段2、連接過渡段3、超導(dǎo)組合段4和低溫銅接頭5組成，其冷卻方式是由兩級制冷機(jī)的傳導(dǎo)冷卻實(shí)現(xiàn)。結(jié)合圖1和圖2可以看到，電流引線超導(dǎo)組合段4主要是由銅編織帶6和超導(dǎo)帶材7組成。
[0025]如圖2所示，超導(dǎo)帶材7安裝在銅編織帶6內(nèi)部，其數(shù)量可以根據(jù)用戶電流需求確定。
[0026]如圖3所示，超導(dǎo)組合段上、下端部接頭8的加工是通過將超導(dǎo)帶材7焊接在超導(dǎo)組合段上、下端部接頭8的凹槽內(nèi)，同時(shí)在接頭圓周焊接銅編織帶6，此舉不僅可以支撐和避免超導(dǎo)帶材折損，而且保證在超導(dǎo)磁體因故障導(dǎo)致電壓、溫度驟升，不再處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，銅編織帶可以起到分流電流和熱量作用，使得超導(dǎo)磁體焦耳熱減小、熱量散失更快，以達(dá)到盡快對磁體降溫的保護(hù)作用。
[0027]如圖4所示，L型高導(dǎo)無氧銅板9 一端通過導(dǎo)熱環(huán)氧包封材料Stycast2850FT 10固化在系統(tǒng)一級冷屏11，其另一端通過螺栓分別與銅引線段2和超導(dǎo)組合段上、下端部接頭8連接。導(dǎo)熱環(huán)氧包封材料Stycast2850FT 10具有良好的導(dǎo)熱特性，本身熱阻??；更重要的是它具有優(yōu)良的電絕緣性能，可以保證電流引線和冷屏之間的電絕緣。因此，使用導(dǎo)熱環(huán)氧包封材料Stycast2850FT 10情況下，可以省掉氮化鋁片等增加互相之間接觸熱阻的多余層結(jié)構(gòu)。為了安裝方便，在銅引線段2接頭和超導(dǎo)組合段接頭8都鍍有銦金屬，此舉也降低連接面的接觸熱阻。
[0028]如圖1所示，高溫超導(dǎo)二元電流引線冷卻是通過兩級制冷機(jī)實(shí)現(xiàn)。與L型高導(dǎo)無氧銅板9 一端相連的一級冷屏是由制冷機(jī)一級冷頭組件12提供冷量，超導(dǎo)組合段4冷卻由制冷機(jī)二級冷頭組件13提供冷量，通過被勵(lì)磁超導(dǎo)磁體傳導(dǎo)冷卻。
[0029]對于【具體實(shí)施方式】的理解的描述僅僅是為幫助理解本發(fā)明，而不是用來限制本發(fā)明的。本領(lǐng)域技術(shù)人員均可以利用本發(fā)明的思想進(jìn)行一些改動(dòng)和變化，只要其技術(shù)手段沒有脫離本發(fā)明的思想和要點(diǎn)，仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于傳導(dǎo)冷卻的高溫超導(dǎo)二元電流引線，包括室溫銅接頭(I)、銅引線段(2)、連接過渡段(3)、超導(dǎo)組合段(4)及低溫銅接頭(5)，其特征在于:超導(dǎo)組合段(4)包括銅編織帶(6)、超導(dǎo)帶材(7)及超導(dǎo)組合段上、下端部接頭(8)，并且超導(dǎo)帶材(7)安裝在銅編織帶(6)內(nèi)部。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于傳導(dǎo)冷卻的高溫超導(dǎo)二元電流引線，其特征在于:所述超導(dǎo)帶材(7)焊接在超導(dǎo)組合段上、下端部接頭(8)的凹槽內(nèi)，同時(shí)在超導(dǎo)組合段上、下端部接頭(8)圓周焊接銅編織帶(6)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于傳導(dǎo)冷卻的高溫超導(dǎo)二元電流引線，其特征在于:所述連接過渡段(3)是L型高導(dǎo)無氧銅板(9)，所述銅引線段(2)和超導(dǎo)組合段(4)采用螺栓連接于L型高導(dǎo)無氧銅板(9)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種基于傳導(dǎo)冷卻的高溫超導(dǎo)二元電流引線，其特征在于:還包括系統(tǒng)一級冷屏(11)，所述系統(tǒng)一級冷屏(11)和L型高導(dǎo)無氧銅板(9 )采用導(dǎo)熱環(huán)氧包封材料Stycast2850FT (10)固化連接。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于傳導(dǎo)冷卻的高溫超導(dǎo)二元電流引線，其特征在于:所述銅引線段(2)、超導(dǎo)組合段(4)與L型高導(dǎo)無氧銅板(9)連接部位鍍有銦金屬層(14)。
6.如權(quán)利要求1或2或4或5所述的任--種基于傳導(dǎo)冷卻的高溫超導(dǎo)二元電流引線，其特征在于:超導(dǎo)帶材(7)是YBCO帶材。
7.如權(quán)利要求1 或2或4或5所述的任--種基于傳導(dǎo)冷卻的高溫超導(dǎo)二元電流引線，其特征在于:還包括系統(tǒng)制冷機(jī)二級冷頭組件(13)，超導(dǎo)組合段(4)末端通過低溫銅接頭(5)和系統(tǒng)制冷機(jī)二級冷頭組件(13)相連，并在低溫銅接頭(5)連接表面鍍有銦金屬層(14)。
【文檔編號】H01F6/06GK104051120SQ201410290835
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】任毅, 張治宇, 楊燁, 蔣煜東, 張敏, 馮玲, 況明偉, 張?bào)? 吳建東 申請人:中國東方電氣集團(tuán)有限公司