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傳導(dǎo)冷卻，結(jié)構(gòu)簡單、冷卻效果好，安裝方便。同時傳導(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。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?，F(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入低溫環(huán)境的漏熱是低溫環(huán)境主要熱負荷，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，采用氦氣冷卻，整個冷卻系統(tǒng)設(shè)計復(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)生的熱負荷也更少。由于高溫超導(dǎo)材料實現(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)計超導(dǎo)風(fēng)機過程中，超導(dǎo)磁體隨著風(fēng)機一起旋轉(zhuǎn)，因此，作為引入勵磁電流的高溫超導(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，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，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，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)，同時在超導(dǎo)組合段上、下端部接頭圓周焊接銅編織帶。
[0008]進一步的，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]進一步的，在上述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之上，還包括系統(tǒng)制冷機二級冷頭組件，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，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，以達到盡快對磁體降溫的保護作用；同時，用戶可以根據(jù)電流需求安裝適當帶材個數(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為制冷機工作溫度越低其制冷功率越小，制冷機二級冷頭冷量絕大部分用于負載超導(dǎo)磁體熱負荷。為了減少沿電流引線帶入低溫系統(tǒng)的熱負荷，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斷熱流傳遞。同時，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。

【具體實施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】進一步說明本發(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的傳導(dǎo)冷卻實現(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，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，以達到盡快對磁體降溫的保護作用。
[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，本身熱阻小；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實現(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一級冷頭組件12提供冷量，超導(dǎo)組合段4冷卻由制冷機二級冷頭組件13提供冷量，通過被勵磁超導(dǎo)磁體傳導(dǎo)冷卻。
[0029]對于【具體實施方式】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)明的思想進行一些改動和變化，只要其技術(shù)手段沒有脫離本發(fā)明的思想和要點，仍然在本發(fā)明的保護范圍之內(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, 張筱, 吳建東 申請人:中國東方電氣集團有限公司