[發明專利]一種傳導冷卻方式下的二元電流引線結構

有效

• 申請號: 201410078527.6
• 申請日: 2014-03-05
• 公開（公告）號: CN103839649A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 宋萌;胡南南;蘇路順;曹昆南;王達達;任麗;沈石峰;趙翔
• 申請（專利權）人: 云南電力試驗研究院（集團）有限公司電力研究院;華中科技大學
• 主分類號: H01F6/06
• 分類號: H01F6/06
• 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

本發明屬于超導磁體中的電流引線技術，具體涉及一種基于傳導冷卻方式下的分段式變截面二元電流引線結構。

背景技術

由于常溫超導材料尚未發現，現有的超導裝置都需要工作在低溫環境下。由低溫超導材料制成的磁體通常運行在4.2K以下，由高溫超導材料制成的磁體需要在液氮77K以下溫度運行，而磁體勵磁的電源處于室溫。連接室溫電源和低溫磁體的導體稱為電流引線，也就是室溫到低溫的過渡段。

對于低溫系統，外面傳入的熱量越多，其損耗越大，成本也就越高。熱量傳播可以分為三種方式：熱輻射，熱對流和熱傳導。熱輻射和熱對流都可以通過加各種防輻射和防對流材料，或者真空予以隔絕。而由于有電流引線存在，熱傳導是沒法完全避免的，于是電流引線上就會存在傳導漏熱，除此之外，電流引線自身還會產生焦耳熱，于是，電流引線的這兩部分漏熱成為低溫系統的主要漏熱源。在大型超導磁體系統中，電流引線的漏熱常常占磁體低溫系統總漏熱的50％左右。為了使在不同通流情況下傳導進入的熱量最小，就必須設計尺寸適中的電流引線，并選擇合適的冷卻方式。

電流引線始終是超導裝置中必不可少的環節，它關系到超導磁體的穩定工作以及低溫系統的成本，具有重要意義。追求穩定性和最小漏熱一直是電流引線設計的首要目標。但在實際設計中這和很多因素有關，比如金屬部分的材料，結構，接觸電阻，高溫超導材料性能等。之前的一些研究主要是針對一、二個方面，往往忽略了這些要素之間的耦合關聯，導致理論和實際有所出入。隨著計算機技術的發展，計算能力不斷增強，有限元分析技術不斷提高，現有技術已經可以實現多物理場仿真，可以在考慮多種限制的條件下對引線進行分析，使理論模型和實際裝置更加接近，滿足工程要求。

發明內容

本發明的目的是提供一種傳導冷卻方式下的二元電流引線結構，目的是減小線的漏熱，提高超導磁體的熱穩定性。

本發明提供的一種傳導冷卻方式下的二元電流引線結構，包括用于從常溫端到制冷機一級冷頭處的第一引線段和用于從制冷機一級冷頭到二級冷頭處的第二引線段，其特征是，第一引線段為分段式變截面的結構，采用銅引線，第二引線段采用高溫超導引線。

本發明將引線段采用分段式變截面設置，靠近常溫端的一段較粗，靠近制冷機一級冷頭的一段較細，粗和細倆段的分界處呈錐形過渡；這樣設計的目的是改善銅引線溫度分布的不均勻性，減小靠近低溫端引線的漏熱，同時分段式的設計便于機械加工。

本發明采用氮化鋁作為制冷機冷頭的絕緣導熱材料；

本發明氮化鋁連接部分使用塊狀結構，增加傳熱。

本發明中，“二元”是指電流引線分為銅引線和高溫超導引線兩部分，從常溫端到制冷機一級冷頭處用銅引線連接，從制冷機一級冷頭處到二級冷頭處用高溫超導引線連接，本發明對引線段和冷卻段高溫超導引線的接口部分進行了結構優化設計，該接口部分采用制冷機一級冷頭制冷。具體優化方法為減少銅引線與一級冷頭處的接觸面積，即只保留它圓柱型橫截面積的一小部分與冷頭連接，以減少漏熱和減少銅引線的徑向溫差，防止與其連接的超導引線失超；同時讓高溫超導引線靠攏冷頭，以保證高溫超導引線的低溫狀態。

附圖說明

圖1為本發明實例的結構示意圖；

圖2為圖1的立體結構示意圖；

圖3為本發明實例的引線段結構示意圖；

圖4為冷卻段高溫超導引線結構示意圖；

圖5為引線段和超導引線接口結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發明，但并不構成對本發明的限定。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

如圖1和圖2所示，本實例提供的傳導冷卻方式下的二元電流引線結構，包括第一引線段1和第二引線段3。

第一引線段1從常溫端到制冷機一級冷頭處，采用銅引線；第二引線段3從制冷機一級冷頭到二級冷頭處，為高溫超導引線。

如圖3所示，第一引線段1采用分段式變截面設計，具體包括常溫連接端1.1、連接部分1.2和高溫超導引線連接端1.3，常溫連接端1.1為粗端，高溫超導引線連接端1.3為細端，連接部分1.2呈錐形過渡，這樣的設計有利于降低低溫端漏熱，同時分段式設計機械加工更為方便。