專利名稱：具有鋁低溫保持器的超導(dǎo)電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容涉及一種超導(dǎo)電纜，并且更具體而言，涉及一種構(gòu)造成通過提高低溫保持器的反射率并且增強冷卻效果來改善超導(dǎo)電性的超導(dǎo)電纜。
背景技術(shù)：
在可以以非常小的損耗來比現(xiàn)有電力電纜傳輸更多的電量的超導(dǎo)電纜中，用于保持非常低的溫度以將超導(dǎo)線材保持在超導(dǎo)態(tài)的低溫保持器圍繞超導(dǎo)電纜芯。圖1是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的超導(dǎo)電纜的縱向剖面的概念性示圖。如圖1所示，在超導(dǎo)電纜10中，內(nèi)低溫保持器12留有間隙地圍繞芯11的外周，內(nèi)低溫保持器12的外表面被絕熱層13以帶子形式圍繞，并且外低溫保持器15與絕熱層13留有間隙地圍繞絕熱層13的外周。另外，間隔件14插設(shè)在外低溫保持器15和絕熱層13之間以形成該外低溫保持器15和該絕熱層13之間的間隙。在這里，內(nèi)低溫保持器12和外低溫保持器15之間的空間保持在真空狀態(tài)下以防止熱傳導(dǎo)和熱輻射，并且絕熱層13是將內(nèi)低溫保持器12的外表面以帶子形式圍繞幾層的絕熱材料制成的薄膜。在如上所述構(gòu)造的超導(dǎo)電纜中，內(nèi)低溫保持器用絕熱層以帶子形式圍繞。絕熱層用于減少進入內(nèi)低溫保持器內(nèi)的對于特定波長的能量的吸收并且用于提高朝向外部的反射。絕熱層具有極好的表面粗糙度以對輻射熱能進行反射。然而，即使當(dāng)形成了具有極好的表面粗糙度的這種絕熱層時，該絕熱層也吸收3W/ m或更多的輻射熱。當(dāng)如上所述每單位長度吸收3W/m或更多的輻射熱能時，必須增大超導(dǎo)電纜的冷卻系統(tǒng)的能力，這導(dǎo)致效率降低且負荷增大。另外，需要增加絕熱層的厚度，因此由于絕熱層的增加需要而增加了成本，因而存在的問題在于，由于絕熱層的厚度增大，被保持在真空下的空間減小并且間隔件的直徑減

發(fā)明內(nèi)容
本公開內(nèi)容提供了一種構(gòu)造成通過減小低溫保持器對于輻射熱能的吸收來改善超導(dǎo)電性的超導(dǎo)電纜。一方面，提供一種超導(dǎo)電纜，所述超導(dǎo)電纜包括設(shè)有導(dǎo)體的芯；和圍繞所述芯的外周的低溫保持器，其中所述低溫保持器的材料是鋁或者鋁合金，并且所述低溫保持器的表面粗糙度以RMS值表示是30微米或更小。所述低溫保持器可以包括圍繞所述芯的外周的內(nèi)低溫保持器和有間隙地圍繞所述內(nèi)低溫保持器的外周的外低溫保持器，并且絕熱層可以被定位在所述內(nèi)低溫保持器的外周上。所述低溫保持器可以具有波紋結(jié)構(gòu)，所述波紋結(jié)構(gòu)的凹部的表面粗糙度以RMS值表示可以是15微米或更小，并且所述波紋結(jié)構(gòu)的凸部的表面粗糙度以RMS值表示可以是30 微米或更小。所述低溫保持器可以通過擠壓模具用熱擠壓法制成，并且所述擠壓模具的擠壓角可以在45°至60°的范圍內(nèi)。所述擠壓模具可以用Fe-Cr鑄鐵或狗-Ni-Cr鑄鐵制成并且以RMS值表示可以具有5微米或更小的表面粗糙度。所述擠壓模具的出口溫度可以在470°C至555°C的范圍內(nèi)。所述擠壓模具執(zhí)行擠壓的擠壓速度可以在5英寸/分鐘(inch/min)至10英寸/ 分鐘的范圍內(nèi)。根據(jù)本公開內(nèi)容的所述超導(dǎo)電纜可以控制鋁基的未密封的低溫保持器的表面粗糙度，使得可以最少化從外面透入的輻射熱能并且從而可以提高超導(dǎo)電性。另外，根據(jù)本公開內(nèi)容的所述超導(dǎo)電纜的所述低溫保持器具有極好的表面粗糙度，使得當(dāng)所述低溫保持器摩擦所述絕熱層時，可以最小化所述絕熱層的表面磨損。存在的優(yōu)點是，因為所述絕熱層的表面是極好的，所以可以最少化輻射熱能的穿透。另外，根據(jù)本公開內(nèi)容的所述超導(dǎo)電纜使用通過所述熱擠壓法用純鋁或鋁合金制成的所述低溫保持器，因此存在的優(yōu)點是所述低溫保持器的生產(chǎn)率很高。另外，在熱擠壓期間，在所述低溫保持器上形成氧化膜，因而這進一步改善了表面粗糙度。


通過結(jié)合附圖的下列詳細描述將更加清楚所公開的示例性實施方式的上述方面和其他方面、特征以及優(yōu)點，在附圖中圖1是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的超導(dǎo)電纜的縱向剖面的概念性示圖；以及圖2和圖3示出用于供對所述低溫保持器進行熱擠壓的制造過程的模具的剖視圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參照示出了示例性實施方式的附圖在下文中更充分地描述示例性實施方式。然而，本公開內(nèi)容可以以許多不同的方式實施，并且不應(yīng)該被解釋為限于本文所描述的示例性實施方式。相反地，提供這些示例性實施方式是為了使得本公開內(nèi)容充分和完整，并且將本公開內(nèi)容的范圍完全地傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在描述中，可能會省略眾所周知的特征和技術(shù)的細節(jié)，以避免不必要地使當(dāng)前的實施方式變得模糊。本文所用的術(shù)語僅為了描述具體實施方式
并且并不旨在限制本公開內(nèi)容。如本文所用的，單數(shù)形式“一”、“一個”以及“該”旨在也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地另外指出。此外，術(shù)語一、一個等的使用不表示數(shù)量的限制，而是表示存在所提到的物品中的至少一個。進一步應(yīng)理解，術(shù)語“包含”和/或“包含著”，或者“包括”和/或“包括著”當(dāng)被用于本說明書中時，表示所敘述的特征、區(qū)域、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一個或更多個其他特征、區(qū)域、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的存在或增加。除非另外定義，否則本文所用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有和本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的公知理解相同的含意。進一步應(yīng)理解，術(shù)語，諸如那些一般使用的字典中限定的術(shù)語，應(yīng)該被解釋為具有與它們在相關(guān)技術(shù)的語境和本公開內(nèi)容中的含意保持一致的含意，并且將不以理想化或過度形式化方式來解釋，除非被如此清楚地在本文中定義。為清楚起見，可能會放大附圖的形狀、尺寸以及區(qū)域等。在下文中，將參照附圖詳細地描述超導(dǎo)電纜的示例性實施方式。圖2和圖3示出了用于供對低溫保持器進行熱擠壓的制造過程的模具的剖視圖。根據(jù)本實施方式的超導(dǎo)電纜具有定位在其中的芯。內(nèi)低溫保持器圍繞該芯的外周，并且絕熱帶圍繞內(nèi)低溫保持器的外周以形成絕熱層。另外，外低溫保持器圍繞絕熱層的外周。在如上所述構(gòu)造的超導(dǎo)電纜中，內(nèi)低溫保持器通過熱擠壓法用純度99%或更高的 100 系列鋁或 Al-Zn 合金，諸如 A1050、A1100、A2017、A2014、A3003、A3004、A5052、A5N01、 A5083、A6061、A6N01、A6063、A7003以及A7075 (在下文中共同稱為“鋁”)制成。因為內(nèi)低溫保持器通過熱擠壓法制造，所以在內(nèi)低溫保持器中未形成焊接點。現(xiàn)有的內(nèi)低溫保持器通過將不銹鋼彎曲成圓形，焊接彎曲的端部并且磨削焊接點以使其表面光滑而形成。然而，因為根據(jù)本實施方式的內(nèi)低溫保持器通過熱擠壓法制造，所以不需要焊接和磨削操作，這確保了高生產(chǎn)率和高可加工性。熱擠壓出的內(nèi)低溫保持器通過波紋制造過程被模制成波紋內(nèi)低溫保持器。在這里，內(nèi)低溫保持器的表面粗糙度以RMS值表示應(yīng)該是30微米或更小。更具體地，在波紋內(nèi)低溫保持器中，凹部的表面粗糙度以RMS值表示應(yīng)該是15微米或更小，并且凸部的表面粗糙度以RMS值表示應(yīng)該是30微米或更小。當(dāng)內(nèi)低溫保持器的表面粗糙度超過30微米時，每單位長度3W/m或更多的輻射熱能穿透該內(nèi)低溫保持器。當(dāng)表面粗糙度小于30微米時，僅1. 5W/m至2. 5ff/m的輻射熱能穿透該內(nèi)低溫保持器，從而最少化輻射熱能的穿透。為了執(zhí)行熱擠壓以使得鋁基的內(nèi)低溫保持器的表面粗糙度能夠小于30微米，沿垂直方向施加300噸至1500噸的壓力用于擠壓，并且沿水平方向施加200噸至3000噸的壓力用于擠壓。具體地，當(dāng)坯料長度在鋁的擠壓期間被減小時，擠壓力由于與擠壓筒壁 (container wall)的摩擦面積減小而被減小。就在完成擠壓之前，鋁流體的變形阻力迅速增大，因此擠壓力增大。也就是說，為了沿坯料長度保持不變的擠壓力并且為了適應(yīng)在多種用途范圍內(nèi)的操作條件，諸如合金類型、擠壓比、產(chǎn)品形狀和坯料長度以及溫度，在垂直方向情況下施加的壓力是300噸至1500噸，并且在水平方向的情況下施加的壓力是200噸至 3000 噸。擠壓速度在5至10英寸/分鐘的范圍內(nèi)以改善鋁的表面粗糙度并且確保擠壓質(zhì)量。在擠壓速度低于5英寸/分鐘的情況下，由于坯料和擠壓筒之間摩擦力的減小而減小了擠壓壓力，并且由于擠壓時間延遲，擠壓溫度降低為低于設(shè)為下限的擠壓溫度。另外，由于擠壓溫度降低，材料的變形阻力增大，從而溫度被再次提高。因此，擠壓織構(gòu)隨擠壓的進行而改變。另一方面，在擠壓速度超過10英寸/分鐘的情況下，擠壓溫度由于擠壓壓力而升高，因此在擠壓織構(gòu)中會出現(xiàn)疵點。擠壓溫度在擠壓期間可以被保持成使得在空中的擠壓出口溫度在470°C至555°C 的范圍內(nèi)。470°C至555°C的溫度范圍是鋁的允許將加入鋁的合金成份溶解到鋁基體中的可溶溫度范圍，從而是用于在擠壓之后保持織構(gòu)處于均勻狀態(tài)的溫度范圍。對于用于擠壓的擠壓模具，使用由Fe-Cr鑄鐵或狗-Ni-Cr鑄鐵制成并且具有以 RMS值表示的5微米或更小的表面粗糙度的模具。作為擠壓模具的材料的!^e-Cr鑄鐵或!^e-Ni-Cr鑄鐵是一種在高溫下具有優(yōu)秀的抗磨性和抗氧化性的模具材料，并且當(dāng)擠壓模具的材料具有5微米或更小的表面粗糙度時，熱擠壓出的內(nèi)低溫保持器的表面粗糙度可以達到30微米或更小。擠壓模具的類型分為如圖2和圖3所示的平模和錐形模。平模(a)和錐形模(b) 可以具有45度至60度的擠壓角α。這種擠壓角將死區(qū)減到最小，該死區(qū)是由于模具和鋁基流體之間的摩擦而可能出現(xiàn)鋁材料的表面上的異常的鋁織構(gòu)。當(dāng)擠壓角在40度至60度的范圍之外時，死區(qū)被加寬，并且在這種情況下，擠壓模具不能用于超導(dǎo)電纜的低溫保持器。利用上述擠壓設(shè)備擠壓鋁和鋁合金?？蛇x地，在擠壓期間可以將潤滑油提供給所述模具，并且在擠壓之后可以用1微米至30微米的研磨劑(SiC或Al2O3)拋光內(nèi)低溫保持器。在擠壓之后，可以通過水冷或油冷執(zhí)行冷卻。在和上述的制造內(nèi)低溫保持器相同的條件下制造外低溫保持器之后，可以連同待安裝的內(nèi)低溫保持器一起將外低溫保持器安裝在超導(dǎo)電纜中。雖然已經(jīng)示出并描述了示例性實施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，在不脫離如由附隨的權(quán)利要求書限定的本公開內(nèi)容的精神和范圍的情況下，可以進行各種形式和細節(jié)的改變。另外，在不脫離本公開內(nèi)容的教導(dǎo)的實質(zhì)范圍的情況下，可以對本公開內(nèi)容的教導(dǎo)進行許多修改適應(yīng)具體情況或材料。因此，本公開內(nèi)容旨在不限于作為被構(gòu)想為實施本公開內(nèi)容的最佳方式而公開的具體的示例性實施方式，而是本公開內(nèi)容將包括屬于附隨的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的所有實施方式。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)電纜，所述超導(dǎo)電纜包括 設(shè)有導(dǎo)體的芯；以及圍繞所述芯的外周的低溫保持器，其中所述低溫保持器的材料是鋁或鋁合金，并且所述低溫保持器的表面粗糙度以RMS 值表示是30微米或更小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)電纜，其中，所述低溫保持器包括圍繞所述芯的外周的內(nèi)低溫保持器和有間隙地圍繞所述內(nèi)低溫保持器的外周的外低溫保持器，并且絕熱層被定位在所述內(nèi)低溫保持器的外周上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超導(dǎo)電纜， 其中，所述低溫保持器具有波紋結(jié)構(gòu)，所述波紋結(jié)構(gòu)的凹部的表面粗糙度以RMS值表示是15微米或更小，并且所述波紋機構(gòu)的凸部的表面粗糙度以RMS值表示是30微米或更小。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超導(dǎo)電纜，其中，所述低溫保持器通過擠壓模具用熱擠壓法制成，并且所述擠壓模具的擠壓角在45°至60°的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超導(dǎo)電纜，其中，所述擠壓模具用Fe-Cr鑄鐵或狗-Ni-Cr鑄鐵制成，并且所述擠壓模具具有以RMS值表示的5微米或更小的表面粗糙度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超導(dǎo)電纜，其中，所述擠壓模具的出口溫度在470°C至555°C 的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超導(dǎo)電纜，其中，所述擠壓模具執(zhí)行擠壓的擠壓速度在5英寸 /分鐘至10英寸/分鐘的范圍內(nèi)。
全文摘要
本申請?zhí)峁┝司哂袖X低溫保持器的超導(dǎo)電纜，提供了一種構(gòu)造成通過提高低溫保持器的反射率并且增強冷卻效果來改善超導(dǎo)電性的超導(dǎo)電纜。所述超導(dǎo)電纜包括設(shè)有導(dǎo)體的芯；以及圍繞所述芯的外周的低溫保持器。所述低溫保持器的材料是鋁或鋁合金，并且所述低溫保持器的表面粗糙度以RMS值表示是30微米或更小。
文檔編號H01B12/16GK102163477SQ201110042308
公開日2011年8月24日 申請日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月24日
發(fā)明者崔彰烈, 張鉉萬, 張錫憲, 李根泰, 李秀吉, 金良勛 申請人:Ls電線有限公司