[發明專利]一種高溫超導磁體傳導制冷結構

無效

• 申請號: 201210190630.0
• 申請日: 2012-06-11
• 公開（公告）號: CN102737806A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 焦豐順;任麗;沈石峰;徐穎;宋萌;曹昆南;王達達;信贏
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;云南電力試驗研究院（集團）有限公司電力研究院;北京云電英納超導電纜有限公司
• 主分類號: H01F6/04
• 分類號: H01F6/04;F25B21/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于高溫超導磁體傳導制冷技術，具體涉及一種高溫超導磁體傳導制冷結構。

背景技術

隨著高溫超導材料性能的不斷提高及G-M制冷機制冷功率的大幅提升，目前20~30K（開爾文溫度）已經成為高溫超導高場磁體最為經濟的運行溫區。要將數百公斤重的高溫超導磁體冷卻到這一溫區主要有兩類方式。方式一是低溫氣體對流制冷，例如冷氦氣制冷，氦氣通過G-M制冷機制冷后通過高溫超導磁體表面進行熱量交換。對流制冷的優勢在于制冷速度快，磁體溫度梯度小；缺點在于杜瓦結構復雜，設備成本高。另一種方式是傳導制冷，其基本原理是利用真空技術來消除磁體與外界環境之間的對流換熱，利用熱輻射屏蔽技術來大幅削弱外界的熱輻射，之后，通過導冷結構將G-M制冷機的冷量傳導到高溫超導磁體表面，實現磁體的冷卻。傳導制冷的優勢在于能耗低，設備簡單，結構緊湊，便于維護，適用于需要移動使用的設備。主要缺點為降溫速度較慢，溫度梯度較大。

為了提高高溫超導磁體傳導制冷結構的制冷速度，減小磁體內部的溫度梯度，需要從兩個方面進行改進。一方面要為導冷結構選擇合適的材料，設計合理的結構，制定可靠的加工工藝；另一方面也需要對采用傳導冷卻的高溫超導磁體進行有針對性的設計，減小高溫超導磁體與導冷結構的接觸熱阻，同時在不增加磁體發熱量得情況下提高高溫超導磁體的導熱特性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高溫超導磁體傳導制冷結構，它可以提高高溫超導磁體傳導制冷的制冷速度，并且可以減小磁體內部的溫度梯度。

本發明提供的一種高溫超導磁體傳導制冷結構，其特征在于，該結構包括至少一個雙餅導冷單元；

所述雙餅導冷單元包括黃銅骨架、銅導冷片、上層單餅、下層單餅、聚酰亞胺薄膜和環氧板；所述黃銅骨架是有切口的圓環，黃銅骨架為具有不同半徑的兩個同心圓環形銅片套在一起的雙層結構；所述上層單餅和下層單餅，均是由導冷銅帶和帶絕緣的高溫超導帶材并聯一起，以黃銅骨架為軸心繞制而成，上層單餅與下層單餅的繞行方向相反，高溫超導帶材均比導冷銅帶長；上、下層單餅中，高溫超導帶材內側引出端連接在一起，外側引線端均被處理成為引線端子；導冷銅帶的內側引出端均固定在黃銅骨架上，導冷銅帶外引線端均與高溫超導帶材粘接在一起；聚酰亞胺薄膜夾放在上層單餅和下層單餅中間，構成超導雙餅；銅導冷片整體呈圓環狀，銅導冷片的圓環沿半徑方向均被一個去環流切口切開，另外圓環的內側開有降渦流齒槽；超導雙餅固定在上、下兩層銅導冷片之間，超導雙餅與上、下兩層銅導冷片之間均設置有環氧板；各銅導冷片的外沿上均勻分布有開孔；

銅導冷片的各開孔內安裝有銅導冷桿，在上、下相鄰的兩個銅導冷片之間的銅導冷桿部分外套有套管；

上金屬法蘭和下金屬法蘭之間設置有至少一個所述雙餅導冷單元，并通過金屬連接桿固定。

本發明中，導冷片，上、下法蘭，黃銅骨架的設計均充分考慮了高溫超導磁體工作過程中渦流損耗的問題，有在交變磁場中低渦流損耗的特點。導冷桿與導冷片之間設有銅套管，可以大幅減小導冷構造的熱阻，有利于減小高溫超導磁體的溫度梯度。高溫超導磁體內部融入了冷卻銅帶，可以大幅提高高溫超導磁體的導熱率，從而可以加快磁體的冷卻速度，同時也可以起到減小磁體溫度梯度的效果。另外黃銅骨架不僅起到磁體的支撐作用，而且也具有一定的導冷功能，可以減小磁體內側的溫度梯度。

附圖說明

圖1為本發明實例提供的高溫超導磁體傳導制冷結構的示意圖；

圖2為圖1中高溫超導雙餅結構示意圖；其中，圖2（b）是圖2（a）的剖視圖，圖2（d）是圖2（b）的正視圖，圖2（c）分別是上、下單餅的俯視圖；

圖3為銅套管結構示意圖；

圖4為銅導冷片結構示意圖；

圖5為高溫超導磁體傳導制冷結構中的支撐部分結構示意圖；

圖6為聚四氟乙烯墊片結構示意圖；

圖7為SMES磁體從20℃到20K的降溫過程示意圖；

圖8為SMES磁體在20K下，磁體在15s內從空載到達100kJ儲能過程中磁體的溫升情況示意圖；

圖9為SMES磁體在20K下進行50kW功率交換時，1s內磁體的溫升情況。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實例僅僅用于解釋本發明，并不用于限定本發明。

如圖1所示，本發明實例提供的高溫超導磁體傳導制冷結構包括至少一個雙餅導冷單元和至少一個銅導冷桿1。