CN101221848B - 高温超导电流引线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于高温超导器件的电流引线，其包括高温超导段和热交换器，其中高温超导段由至少一个超导元件和两个端头组成，超导元件包含至少一根具有超导性能的高温超导导线和至少一个弹性骨架，当超导元件包含两根以上的具有超导性能的高温超导导线时，导线的宽度面之间互相平行，整个高温超导段的弯曲应变在0.5％以内时，高温超导导线的临界电流不低于该导线不承受应变时的临界电流的95％，利用该方法能使高温超导电流引线本身在一定范围之内可以弯曲，在实际使用中更加灵活，并且容易实现标准化工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及用于高温超导器件的电流引线。
背景技术
实用超导器件需要工作在极低的温度条件下，而电源一般处于室温，因此需要由室温电源通过电流引线供电。电流引线会引入漏热，成为低温系统的主要热源，从而导致系统运行稳定性的降低和运行费用的升高。为了解决这一问题，目前一般采用高温超导材料来制作电流引线，其原因在于用高温超导材料制成的电流引线进入超导态以后，直流电阻为零，消除了焦耳热；另一方面，高温超导带材的热导率较铜等金属材料低很多，沿电流引线的传导热比常规电流引线小得多，因此，采用高温超导材料来制造电流引线可以大幅度降低由电流引线引入低温系统中的漏热，进而大大降低超导器件的整体运行费用和提高系统运行的稳定性。
目前普通高温超导电流引线结构由于受高温超导材料临界转变温度的限制，通常需要采用二元结构(binary tape)，即高温超导电流引线主体由两部分组成：与室温电源连接的部分仍采用普通的铜引线，此时一般称为热交换器；与超导磁体等低温设备连接的部分采用高温超导材料制造，称为高温超导段。此外，还有一些起过渡作用的附属部件(端头等)，来实现高温超导电流引线与电源及磁体等的连接。工作时，高温超导电流引线热交换器与高温超导段之间起过渡作用的铜端头工作温度选择在高温超导材料的临界转变温度以下，以保证工作时电流引线的超导段处于超导态。
用Bi-2223高温超导线材制造高温超导电流引线的超导段时，通常的制作方法是用不锈钢(或环氧)等材料制作电流引线的骨架，对高温超导线材起支撑和保护作用，再将Bi-2223线材固定在骨架的外表面，外部用玻璃纤维或不锈钢等制成的引线外套管进行固定和密封。
针对现有高温超导电流引线结构，主要存在以下不足：
1、高温超导电流引线的支撑骨架多采用不锈钢等材料，电流引线制成后本身为一刚性部件。使用中，在安装高温超导电流引线的时候，对与其相连接的其他部件的加工精度、安装位置和安装角度有一定要求，如果误差较大，可能造成无法顺利安装，或者需要采取其他过渡措施进行连接。
2、在对现有设备改造以提高容量、增加功能或加装新的检测设备等情况下，可能存在超导磁体的接线头至低温杜瓦上电流引线出口之间的一部分空间被其它部件或设备占用，则普通的高温超导电流引线无法直接安装使用。
3、普通高温超导电流引线设计、制造时通用性差，当高温超导电流引线设计容量不同时，需要独立设计，制造工艺过程也不易统一。
发明内容
本发明的目的是提出一种高温超导电流引线结构，其包括高温超导段和热交换器，高温超导段由至少一个超导元件和两个端头组成，其中超导元件包含至少一根具有超导性能的高温超导导线和至少一个弹性骨架，当超导元件包含两根以上的具有超导性能的高温超导导线时，高温超导导线的宽度面之间互相平行，其中高温超导导线的宽度面(即ab面)如图1所示。高温超导导线的形状和大小没有严格的限制。高温超导导线与弹性骨架之间可以直接连接，直接连接的方式可以是利用低熔点金属焊接、利用低熔点合金焊接或胶接，其中导电胶可采用环氧型胶粘剂或聚氨脂型胶粘剂。另外，高温超导导线与弹性骨架之间也可以互相独立，二者分别与高温超导段的端头连接。弹性骨架对高温超导线材起支撑和定位作用。并且，可以将高温超导导线夹在两层弹性骨架之间，骨架对超导导线起到保护的作用，以保证高温超导电流引线在生产、运输、安装等过程中不受损伤。弹性骨架的材料为金属或者环氧树脂，弹性骨架的横截面可以为矩形或圆形，横截面为矩形的弹性骨架的厚度可为0.005-10mm，横截面为圆形的弹性骨架的直径可为0.005-10mm，弹性骨架的机械强度可高于超导导线的机械强度。整个高温超导段的弯曲应变在0.5％以内时，所述的高温超导导线的临界电流不低于该导线不承受应变时的临界电流的95％。外加磁场平行于高温超导导线中超导晶粒的ab面。超导元件和两个端头之间电连接，电连接的方式为焊接、使用导电胶胶接或机械连接，超导元件和两个端头之间导电，其中导电胶可使用铜粉填充型环氧导电胶或银粉填充型环氧导电胶。热交换器可采用金属编织线，编织线材料在温度为20℃时电阻率小于0.0282Ω·mm2/m，可选用金、银或铜。超导段和热交换器外可加弹性套管，弹性套管可以是波纹管，套管材料可为塑料、玻璃纤维或不锈钢。
本发明具有以下优点：
1、利用本发明，电流引线高温超导段的支撑骨架及外套管具有一定的柔性，在保证高温超导电流引线的结构强度和高温超导带材不受损伤的前提下，高温超导电流引线本身在一定范围之内可以弯曲，使得高温超导电流引线在实际使用中更加灵活。
2、本发明结构简单、容易实现标准化工业生产，不同容量的电流引线只需要不同数量的柔性高温超导电流引线进行组合。
3、弹性骨架对高温超导线材可以起支撑、定位和保护作用，以保证高温超导电流引线在生产、运输、安装等过程中不受损伤，提高该引线工作稳定性。
附图说明
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细的描述，其中：
图1为高温超导导线的立体图，其中ab面为宽度面；
图2为一种高温超导电流引线基本结构示意图；
图3一种高温超导电流引线的高温超导段部分示意图；
图4一种高温超导电流引线的高温超导段部分示意图；
图5一种高温超导电流引线的高温超导段部分示意图。
具体实施方式
实施例1
如图2所示，高温超导电流引线由室温端1、热交换器2、高温超导段和连接线3相互焊接而成，其中高温超导段部分由一个高温超导元件4和两个铜端头5组成，其中超导元件如图3所示包含3根具有超导性能的高温超导导线6和2块具有一定弹性的不锈钢薄板7，并列焊接在两端的铜端头5上，两块不锈钢薄板宽度为6cm，长度与6相同，厚度为10mm，整个高温超导段的弯曲应变在0.5％以内时，所述的高温超导导线的临界电流不低于该导线不承受应变时的临界电流的95％。高温超导电流引线的热交换器部分如图2所示采用铜编织带。高温超导段和热交换器外加有波纹管8，其材料为不锈钢。
实施例2
如图2所示，高温超导电流引线由室温端1、热交换器2、高温超导段和连接线3组成，其中高温超导段部分由一个高温超导元件4和两个铜端头5组成，其中超导元件如图4所示包含3根具有超导性能的高温超导导线6和一个具有一定弹性的不锈钢薄板9，高温超导导线的宽度面之间互相平行，不锈钢薄板的厚度为0.005mm，高温超导导线与不锈钢薄板焊接，电流引线的外套管为波纹管8，整个高温超导段的弯曲应变在0.5％以内时，所述的高温超导导线的临界电流不低于该导线不承受应变时的临界电流的95％。高温超导电流引线的热交换器部分如图2所示采用银编织带。高温超导段和热交换器外加有波纹管8，其材料为玻璃纤维。
实施例3
如图4所示，高温超导电流引线的超导段部分由一个高温超导元件和两个铜端头5组成，超导元件包含3根具有超导性能的高温超导导线6和一个具有一定弹性的环氧树脂9，高温超导导线的宽度面之间互相平行，环氧树脂板的厚度为1mm，高温超导导线与环氧树脂利用环氧型胶粘剂胶接，电流引线的外套管为波纹管8，整个高温超导段的弯曲应变在0.5％以内时，所述的高温超导导线的临界电流不低于该导线不承受应变时的临界电流的95％。高温超导电流引线的热交换器部分如图2所示采用金编织带。在高温超导段和热交换器外加有弹性套管，其材料为塑料。
实施例4
如图5所示，高温超导电流引线的超导段部分由一个高温超导元件和两个铜端头5组成，超导元件包含3根具有超导性能的高温超导导线6和2根具有一定弹性的不锈钢圆杆10，直径为0.005mm，并列焊接在两端的铜端头上，高温超导导线与不锈钢圆杆互相独立，高温超导导线与不锈钢圆杆分别与高温超导段的两个铜端头连接，整个高温超导段的弯曲应变在0.5％以内时，所述的高温超导导线的临界电流不低于该导线不承受应变时的临界电流的95％。
实施例5
如图5所示，高温超导电流引线的超导段部分由一个高温超导元件和两个铜端头5组成，超导元件包含3根具有超导性能的高温超导导线6和2根具有一定弹性的不锈钢圆杆10，直径为10mm，并列焊接在两端的铜端头上，高温超导导线与不锈钢圆杆互相独立，高温超导导线与不锈钢圆杆分别与高温超导段的两个铜端头连接，整个高温超导段的弯曲应变在0.5％以内时，所述的高温超导导线的临界电流不低于该导线不承受应变时的临界电流95％。
实施例6
如图5所示，高温超导电流引线的超导段部分由一个高温超导元件和两个铜端头5组成，超导元件包含3根具有超导性能的高温超导导线6和2根具有一定弹性的环氧树脂圆杆10，直径为2mm，并列焊接在两端的铜端头上，高温超导导线与环氧树脂圆杆互相独立，高温超导导线与环氧树脂圆杆分别与高温超导段的两个铜端头连接，整个高温超导段的弯曲应变在0.5％以内时，所述的高温超导导线的临界电流不低于该导线不承受应变时的临界电流95％。
Claims (14)
1.一种高温超导电流引线，包括高温超导段和热交换器，其特征在于高温超导段由至少一个超导元件和两个端头组成，所述的超导元件包含至少一根具有超导性能的高温超导导线和至少一个弹性骨架，当所述的超导元件包含两根以上的具有超导性能的高温超导导线时，所述的高温超导导线的宽度面之间互相平行，高温超导导线与弹性骨架直接连接，整个高温超导段的弯曲应变在0.5％以内时，所述的高温超导导线的临界电流不低于该导线不承受应变时的临界电流的95％，超导元件和两个端头之间电连接。
2.根据权利要求1所述的高温超导电流引线，其特征在于高温超导导线与弹性骨架直接连接的方式为利用低熔点金属焊接、利用低熔点合金焊接或胶接。
3.根据权利要求1所述的高温超导电流引线，其特征在于弹性骨架的材料为金属或者环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的高温超导电流引线，其特征在于弹性骨架的横截面为矩形或圆形。
5.根据权利要求4所述的高温超导电流引线，其特征在于所述的横截面为矩形的弹性骨架的厚度为0.005-10mm。
6.根据权利要求4所述的高温超导电流引线，其特征在于所述的横截面为圆形的弹性骨架的直径为0.005-10mm。
7.根据权利要求1所述的高温超导电流引线，其特征在于所述弹性骨架的机械强度高于高温超导导线的机械强度。
8.根据权利要求1所述的高温超导电流引线，其特征在于磁场平行于高温超导导线中超导晶粒的ab面。
9.根据权利要求1所述的高温超导电流引线，其特征在于热交换器采用金属编织线。
10.根据权利要求9所述的高温超导电流引线，其特征在于金属编织线材料在温度为20℃时电阻率小于0.0282Ω·mm2/m。
11.根据权利要求10所述的高温超导电流引线，其特征在于金属编织线材料为金、银或铜。
12.根据权利要求1所述的高温超导电流引线，其特征在于在所述的高温超导段和热交换器外加有弹性套管。
13.根据权利要求12所述的高温超导电流引线，其特征在于所述的弹性套管为波纹管。
14.根据权利要求13所述的高温超导电流引线，其特征在于所述的套管材料为塑料、玻璃纤维或不锈钢。
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