[發(fā)明專利]一種用于高溫超導(dǎo)電流引線的冷卻結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN105825992B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭興龍;程曉婕
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: H01F6/04
• 分類號: H01F6/04;H01F6/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電流引線的冷卻技術(shù)研究領(lǐng)域，具體涉及一種用于高溫超導(dǎo)電流引線冷卻結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

超導(dǎo)磁體需要運(yùn)行于低溫環(huán)境中，通常采用液氦進(jìn)行冷卻，運(yùn)行溫度約為零下270攝氏度。為超導(dǎo)磁體進(jìn)行勵磁以及維持其穩(wěn)定運(yùn)行的電源需要運(yùn)行于室溫環(huán)境，運(yùn)行溫度約為零上25攝氏度。磁體與電流之間的連接導(dǎo)線，有一段導(dǎo)線的溫度上端為室溫，下端為低溫，這段導(dǎo)線一般特稱為電流引線。電流引線上端連接常規(guī)電纜，然后與電源相接。電流引線下端與低溫超導(dǎo)線相接，接入超導(dǎo)磁體繞組。

超導(dǎo)磁體正常運(yùn)運(yùn)行中，不斷有熱量通過電流引線的熱傳導(dǎo)作用進(jìn)去低溫系統(tǒng)，同時電流引線內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱亦進(jìn)入低溫系統(tǒng)。電流引線需要通過優(yōu)化設(shè)計來減少進(jìn)入低溫系統(tǒng)的熱量。早期的電流通常采用高純銅制造。近年來為進(jìn)一步減少進(jìn)入超導(dǎo)磁體的熱量，高溫超導(dǎo)帶材被應(yīng)用于電流引線技術(shù)。高溫超導(dǎo)帶材應(yīng)用于液氦溫度到液氮溫度區(qū)間的電流引線段，液氮溫度到室溫溫度區(qū)間的電流引線段采用高純銅制造，這樣構(gòu)成由銅電流引線和高溫超導(dǎo)電流引線組成的二元電流引線。

二元電流引線中的高溫超導(dǎo)電流引線高溫端需要有效冷卻，以防止其溫度過高。高溫超導(dǎo)電流引線的高溫端的冷卻冷量一般來源于液氮溫度的導(dǎo)冷板。這樣導(dǎo)冷板與高溫電流引線高溫端之間需要設(shè)計有效的冷卻結(jié)構(gòu)，用于冷卻高溫超導(dǎo)電流引線。

冷卻結(jié)構(gòu)要求盡可能降低導(dǎo)冷板與高溫超導(dǎo)電流引線之間的溫差，同時保證兩者之間的電絕緣，及該結(jié)構(gòu)為一個高絕緣高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)有采用氮化鋁實現(xiàn)，氮化鋁導(dǎo)熱性能好且絕緣，但是氮化鋁屬于陶瓷類材料，操作壓力不當(dāng)時易破碎。該結(jié)構(gòu)也有采用高分子類的絕緣薄板或薄膜，該類材料絕緣性能好，操作過程中安全可靠，但是該類材料導(dǎo)熱系數(shù)低，傳熱效果差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述問題提供一種用于高溫超導(dǎo)電流引線冷卻結(jié)構(gòu)，該冷卻結(jié)構(gòu)中不含有易碎的陶瓷類材料，通過插片設(shè)計增大了傳熱面積，從而降低了冷卻板與高溫電流引線之間的傳熱溫差，改進(jìn)了冷卻效果。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高溫超導(dǎo)電流引線冷卻結(jié)構(gòu)，高溫超導(dǎo)電流引線冷卻結(jié)構(gòu)沒有采用陶瓷材料，包括無電銅插片、帶電銅插片和位于無電銅插片與帶電銅插片之間的多層絕緣薄片；

所述無電銅插片包括多張疊放的第一銅板，第一銅板的一端通過釬焊連接，另一端為開口，相鄰的第一銅板之間形成第一通槽；

所述帶電銅插片包括多張疊放的第二銅板，第二銅板的一端通過釬焊連接，另一端為開口，相鄰的第二銅板之間形成第二通槽；

所述多層絕緣薄片呈弓字型，相鄰的絕緣薄片之間形成第三通槽，相鄰的所述第三通槽的開口朝向相反；

所述無電銅插片的第一銅板分別插入所述多層絕緣薄片一側(cè)的第三通槽內(nèi)，所述帶電銅插片的第二銅板分別插入所述多層絕緣薄片另一側(cè)的第三通槽內(nèi)。

上述方案中，所述帶電銅插片最下層的第二銅板的一端焊接有高溫超導(dǎo)電流引線接頭板。

上述方案中，所述帶電銅插片最下層的第二銅板的另一端焊接有銅電流引線接頭板。

上述方案中，所述無電銅插片最上層的第一銅板寬度大于其它層的第一銅板，最上層的第一銅板比其它層第一銅板寬出的部位設(shè)置有螺栓孔。

上述方案中，所述多層絕緣薄片的每層絕緣薄片的厚度小于或等于0.2毫米。

本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明用于高溫超導(dǎo)電流引線冷卻結(jié)構(gòu)，由于采用了插片式結(jié)構(gòu)，在相同的空間內(nèi)，增加了換熱面積，改善了傳熱能力，提高了高溫超導(dǎo)電流引線冷卻效果。本發(fā)明用于高溫超導(dǎo)電流引線冷卻結(jié)構(gòu)，操作更加安全可靠，整個裝置中沒有采用氮化鋁類的陶瓷材料，避免了這些結(jié)構(gòu)的易碎特點，由于采用了多層絕緣薄片，然后整體釬焊定型，整個裝置操作更加安全可靠。本發(fā)明用于高溫超導(dǎo)電流引線冷卻結(jié)構(gòu)，在事故工況下可對高溫電流引線提供一定的保護(hù)效果，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生事故時，系統(tǒng)立刻停機(jī)，制冷系統(tǒng)不能為導(dǎo)冷板提供冷量，高溫超導(dǎo)電流引線不能被有效冷卻，此時高溫超導(dǎo)電流引線仍然通有大電流，可能被損壞，而本發(fā)明的冷卻結(jié)構(gòu)，采用了較多的銅材料，這些銅材起到了冷沉作用，結(jié)構(gòu)中銅存儲的冷量能夠在系統(tǒng)故障后抑制高溫超導(dǎo)電流引線溫度上升，從而保護(hù)高溫超導(dǎo)電流引線。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施方式的高溫超導(dǎo)電流引線冷卻結(jié)構(gòu)拆分示意圖；

圖2為本發(fā)明一實施方式的高溫超導(dǎo)電流引線冷卻結(jié)構(gòu)組裝示意圖；

圖3為采用本發(fā)明的高溫超導(dǎo)電流引線冷卻結(jié)構(gòu)的低溫超導(dǎo)磁體系統(tǒng)原理示意圖；