[發明專利]一種氣冷電流引線

在審

• 申請號: 202210213210.3
• 申請日: 2022-03-04
• 公開（公告）號: CN114566346A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 陳順中;孫萬碩;王暉;劉輝;崔春艷;王耀輝;王秋良
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H01F6/04
• 分類號: H01F6/04;H01F6/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 江亞平

本發明提供一種氣冷電流引線，由室溫段、低溫段、多個換熱盤、多根載流金屬絲及支撐密封管組成。室溫段、多個換熱盤和低溫段沿軸向從上向下依次并列排布。多根載流金屬絲從多個換熱盤中穿過，其上端與室溫段的下端連接，其下端與低溫段連接。支撐密封管將多個換熱盤、多根載流金屬絲和低溫段包裹其內，并迫使氦氣從支撐密封管內流通并對管內部件進行冷卻。氦氣從換熱盤中的多個通孔流過并通過換熱盤與多根載流金屬絲發生高效率的熱交換，帶走多根載流金屬絲上的熱量，加強了電流引線的冷卻效率，減少了電流引線向低溫區的漏熱。

技術領域

本發明屬于超導磁體領域，具體涉及一種氣冷電流引線。

背景技術

電流引線是超導磁體系統的重要組成部分，是將電流從室溫環境的電源連接至液氦溫區的超導磁體的中間過渡載流裝置。電流引線的漏熱常常是超導磁體低溫容器的主要熱源之一，它在很大程度上決定著超導磁體正常運行時液氦的消耗量。沿電流引線導入低溫區的熱量主要有兩個來源：熱傳導帶來的漏熱以及流過導體的電流而產生的焦耳熱。電流引線結構優化設計的目的就是在滿足給定傳輸電流的前提下，盡可能減小通過電流引線向低溫容器的漏熱。

氣冷電流引線利用液氦容器中液氦蒸發出來的冷氦氣帶走電流引線的傳導熱和焦耳熱。氣冷電流引線一般中間留有氦氣通道，強迫冷氦氣從電流引線中流過并對電流引線進行冷卻。氦氣從4.2K升至300K吸收的熱量-顯熱，約為潛熱的74倍。利用好冷氦氣的顯熱將大大降低電流引線的漏熱，從而減小液氦的蒸發量。

冷氦氣與電流引線之間的熱交換率至關重要，熱交換率越高，冷氦氣將帶走更多的熱量，更大程度地降低電流引線向低溫容器的漏熱。但常見的氣冷電流引線都為銅或銅合金制作的圓管，其與冷氦氣的熱交換率低，大大影響了氣冷效果。

氣冷電流引線參數的優化設計是通過對電流引線熱平衡方程的求解來實現對電流引線的長度與截面積之比的優化計算，從而使得電流引線低溫端面漏出的熱量最小。但氣冷電流引線的下端位于低溫容器內，而低溫容器內的液氦面不是固定不變的。隨著液氦面的上下變動，位于液氦面以上的電流引線長度也隨之變動，無法確定有效電流引線長度，將對電流引線參數優化造成影響。

發明內容

本發明的目的是克服現有的氣冷電流引線向低溫區漏熱大的缺陷，提出一種氣冷電流引線，其具有高熱交換率。

本發明采用技術方案為：一種氣冷電流引線包括室溫段、低溫段、多個換熱盤、多根載流金屬絲及支撐密封管。室溫段、多個換熱盤和低溫段沿軸向從上向下依次并列排布。多根載流金屬絲從多個換熱盤中穿過，其上端與室溫段連接，其下端與低溫段連接。支撐密封管為環氧樹脂材質件，其上端固定在室溫段的下端。支撐密封管與室溫段之間的縫隙采用密封膠填充以防止氦氣從此處泄露。支撐密封管將多個換熱盤、多根載流金屬絲和低溫段包裹其內，并迫使氦氣從支撐密封管內流通并對其內部件進行冷卻。

進一步地，所述多根載流金屬絲為氣冷電流引線的載流主體，一般采用銅的合金材料制成，可優先選用黃銅材料。多根載流金屬絲的長度和總截面積之比稱為長橫比，根據氣冷電流引線的載流量優化計算得出。確定多根載流金屬絲的長度后即可確定多根載流金屬絲的總截面積，然后除以單根載流金屬絲的截面積計算出多根載流金屬絲的數量。

進一步地，所述室溫段是由純銅材料制成的圓管，中心孔為氦氣冷卻通道。室溫段的上端焊接有一個接線端子，該接線端子與電源輸出線連接。室溫段的下端是一個圓環，圓環底面加工有環形凹槽，多根載流金屬絲的上端插入環形凹槽并填入焊料進行焊接。

進一步地，所述的多個換熱盤采用純銅等高導熱率材料制成，形狀為圓餅狀。多個換熱盤沿多根載流金屬絲軸向等間距分布，其數量根據多根載流金屬絲的長度進行調節，一般為3-10個。多個換熱盤上加工有多個通孔，通孔數量大于多根載流金屬絲數目。每根載流金屬絲從一個通孔中穿過，載流金屬絲與換熱盤之間的縫隙采用導熱膠填充。多個換熱盤上沒有被多根載流金屬絲占用的通孔留作氦氣冷卻通道。