[發(fā)明專利]一種基于傳導(dǎo)冷卻的高溫超導(dǎo)二元電流引線

在審

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• 申請日: 2014-06-26
• 公開（公告）號: CN104051120A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任毅;張治宇;楊燁;蔣煜東;張敏;馮玲;況明偉;張筱;吳建東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國東方電氣集團(tuán)有限公司
• 主分類號: H01F6/06
• 分類號: H01F6/06;H01R4/68
• 代理公司: 成都天嘉專利事務(wù)所(普通合伙) 51211
• 代理人: 徐進(jìn)

技術(shù)領(lǐng)域

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)

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，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(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。

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(fù)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10K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。

在設(shè)計超導(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。

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)型二元電流引線在大電流和精細(xì)低溫空間的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

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。

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)，同時在超導(dǎo)組合段上、下端部接頭圓周焊接銅編織帶。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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(dá)到盡快對磁體降溫的保護(hù)作用；同時，用戶可以根據(jù)電流需求安裝適當(dāng)帶材個數(shù)。

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。

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。