[發明專利]一種萬安級YBCO高溫超導電流引線裝置及其制作方法

在審

• 申請號: 202010438535.2
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111540560A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 馮漢升;張碩;莊明
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: H01F6/04
• 分類號: H01F6/04;H01F6/00;H01F41/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 顧煒

本發明涉及一種萬安級YBCO高溫超導電流引線裝置及其制作方法，包括外層高溫超導段和內層高溫超導段，所述外層高溫超導段包括：外層溫端銅連接頭、外層不銹鋼分流器、外層高溫超導帶材、外層冷端銅連接頭；所述內層高溫超導段包括內層溫端銅連接頭、內層不銹鋼分流器、內層高溫超導帶材、內層冷端銅連接頭；所述內、外層不銹鋼分流器以及兩端銅連接頭均在外表面均勻開槽用于嵌入焊接高溫超導帶材組件；所述內層冷端銅連接頭內部設有冷卻劑通路用于通入冷卻劑來冷卻電流引線冷端；外層溫端銅連接頭與電流引線銅換熱器段焊接相連，高溫超導帶材組件及冷端銅連接頭與低溫超導線焊接相連。

技術領域

本發明涉及高溫超導技術領域，尤其涉及一種萬安級YBCO高溫超導電流引線裝置及其制作工藝。

背景技術

大型超導磁體裝置中所需的電流引線是室溫電源和低溫磁體之間重要的電連接部件，一般用于傳輸大電流，電流引線的漏熱是超導磁體的主要熱源之一，與常規電流引線相比，采用高溫超導段的電流引線結構能夠有效降低冷端熱負荷并減小氦消耗，進而降低制冷設備投資和運行費用。

以YBCO(釔鋇銅氧，或稱釔鋇銅氧化物)為代表的二代超導材料在液氮溫區下具有高臨界電流密度、低熱導率、優異的磁場性能，且其機械性能相比于一代高溫超導材料有著顯著的提升，因而其在高溫超導電流引線領域有著廣闊的應用前景。隨著制備工藝的進步，二代超導帶材的成本也在不斷下降，當前正處于商業化初期。

分流器是高溫超導帶材的結構支撐部件，具有在失超狀態下分走大部分電流的功能，其工作溫區在5K至65K之間，分流器的漏熱和分流性能是影響高溫超導電流引線總體性能的關鍵因素。

對于萬安級YBCO高溫超導電流引線，受限于單根超導帶材的臨界電流，通常采用多帶材并聯的結構以實現萬安級的載流要求，進一步的，通常需要大直徑分流器為大量的超導帶材提供支撐，從而提高了高溫超導段的冷卻難度。另一方面，多帶材并聯的結構中存在大量的焊接接頭，接頭電阻對電流引線高溫超導段的載流性能和失超特性具有重要影響。

發明內容

為了解決以上問題，本發明提供了一種傳導漏熱率低、便于冷卻、具有雙層套筒式分流器結構，并且各部分接頭電阻很小的萬安級YBCO高溫超導電流引線裝置及其制作與焊接工藝。考慮到萬安級的載流要求以及YBCO超導帶材的臨界電流，即需要使用能夠承載大量YBCO超導帶材的大尺徑分流器，本發明設計了一種雙層套筒式分流器結構，從而減小了分流器的外徑尺寸，降低了高溫超導段的冷卻難度，并提出了相應的制作與焊接工藝方法，使得各部分的接頭電阻能夠滿足設計要求。

本發明提出一種萬安級YBCO高溫超導電流引線裝置，包括外層高溫超導段和內層高溫超導段，所述外層高溫超導段包括：外層溫端銅連接頭、外層不銹鋼分流器、外層高溫超導帶材、外層冷端銅連接頭；所述內層高溫超導段包括內層溫端銅連接頭、內層不銹鋼分流器、內層高溫超導帶材、內層冷端銅連接頭；

所述內、外層不銹鋼分流器及內、外層兩端銅連接頭均在外表面均勻開槽嵌入焊接高溫超導帶材組件，其中內、外層兩端銅連接頭包括內層溫端銅連接頭、內層冷端銅連接頭、外層溫端銅連接頭和外層冷端銅連接頭；

所述內層冷端銅連接頭內部設有冷卻劑通路用于通入冷卻劑來冷卻電流引線冷端；

外層溫端銅連接頭與電流引線銅換熱器段焊接相連，高溫超導帶材組件及內、外層冷端銅連接頭與低溫超導線焊接相連。

進一步的，所述電流引線采用雙層套管式的結構，分為外層高溫超導段和內層高溫超導段，內、外層高溫超導段通過溫端的螺紋焊接，以及通過冷端的填料焊接進行連接。

進一步的，所述高溫超導組件包括20個Panel，將4條長度相同的YBCO超導帶材并列平鋪并將帶材兩頭點焊固定制作成一個Panel，并將每個Panel焊接在內、外層分流器及內、外層兩端銅連接頭外表面的槽內。