CN102163477A - 具有铝低温保持器的超导电缆 - Google Patents

Abstract

本申请提供了具有铝低温保持器的超导电缆，提供了一种构造成通过提高低温保持器的反射率并且增强冷却效果来改善超导电性的超导电缆。所述超导电缆包括：设有导体的芯；以及围绕所述芯的外周的低温保持器。所述低温保持器的材料是铝或铝合金，并且所述低温保持器的表面粗糙度以RMS值表示是30微米或更小。

Description

具有铝低温保持器的超导电缆

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119的规定要求2010年2月24日提交的韩国专利申请No.10-2010-16631的优先权和从该专利申请所产生的所有利益，该韩国专利申请的内容以引用方式全部并入本文。

技术领域

本公开内容涉及一种超导电缆，并且更具体而言，涉及一种构造成通过提高低温保持器的反射率并且增强冷却效果来改善超导电性的超导电缆。

背景技术

在可以以非常小的损耗来比现有电力电缆传输更多的电量的超导电缆中，用于保持非常低的温度以将超导线材保持在超导态的低温保持器围绕超导电缆芯。

图1是示出根据相关技术的超导电缆的纵向剖面的概念性示图。

如图1所示，在超导电缆10中，内低温保持器12留有间隙地围绕芯11的外周，内低温保持器12的外表面被绝热层13以带子形式围绕，并且外低温保持器15与绝热层13留有间隙地围绕绝热层13的外周。另外，间隔件14插设在外低温保持器15和绝热层13之间以形成该外低温保持器15和该绝热层13之间的间隙。

在这里，内低温保持器12和外低温保持器15之间的空间保持在真空状态下以防止热传导和热辐射，并且绝热层13是将内低温保持器12的外表面以带子形式围绕几层的绝热材料制成的薄膜。

在如上所述构造的超导电缆中，内低温保持器用绝热层以带子形式围绕。绝热层用于减少进入内低温保持器内的对于特定波长的能量的吸收并且用于提高朝向外部的反射。绝热层具有极好的表面粗糙度以对辐射热能进行反射。

然而，即使当形成了具有极好的表面粗糙度的这种绝热层时，该绝热层也吸收3W/m或更多的辐射热。

当如上所述每单位长度吸收3W/m或更多的辐射热能时，必须增大超导电缆的冷却系统的能力，这导致效率降低且负荷增大。

另外，需要增加绝热层的厚度，因此由于绝热层的增加需要而增加了成本，因而存在的问题在于，由于绝热层的厚度增大，被保持在真空下的空间减小并且间隔件的直径减小。

发明内容

本公开内容提供了一种构造成通过减小低温保持器对于辐射热能的吸收来改善超导电性的超导电缆。

一方面，提供一种超导电缆，所述超导电缆包括：设有导体的芯；和围绕所述芯的外周的低温保持器，其中所述低温保持器的材料是铝或者铝合金，并且所述低温保持器的表面粗糙度以RMS值表示是30微米或更小。

所述低温保持器可以包括围绕所述芯的外周的内低温保持器和有间隙地围绕所述内低温保持器的外周的外低温保持器，并且绝热层可以被定位在所述内低温保持器的外周上。

所述低温保持器可以具有波纹结构，所述波纹结构的凹部的表面粗糙度以RMS值表示可以是15微米或更小，并且所述波纹结构的凸部的表面粗糙度以RMS值表示可以是30微米或更小。

所述低温保持器可以通过挤压模具用热挤压法制成，并且所述挤压模具的挤压角可以在45°至60°的范围内。

所述挤压模具可以用Fe-Cr铸铁或Fe-Ni-Cr铸铁制成并且以RMS值表示可以具有5微米或更小的表面粗糙度。

所述挤压模具的出口温度可以在470℃至555℃的范围内。

所述挤压模具执行挤压的挤压速度可以在5英寸/分钟(inch/min)至10英寸/分钟的范围内。

根据本公开内容的所述超导电缆可以控制铝基的未密封的低温保持器的表面粗糙度，使得可以最少化从外面透入的辐射热能并且从而可以提高超导电性。

另外，根据本公开内容的所述超导电缆的所述低温保持器具有极好的表面粗糙度，使得当所述低温保持器摩擦所述绝热层时，可以最小化所述绝热层的表面磨损。存在的优点是，因为所述绝热层的表面是极好的，所以可以最少化辐射热能的穿透。

另外，根据本公开内容的所述超导电缆使用通过所述热挤压法用纯铝或铝合金制成的所述低温保持器，因此存在的优点是所述低温保持器的生产率很高。另外，在热挤压期间，在所述低温保持器上形成氧化膜，因而这进一步改善了表面粗糙度。

附图说明

通过结合附图的下列详细描述将更加清楚所公开的示例性实施方式的上述方面和其他方面、特征以及优点，在附图中：

图1是示出根据相关技术的超导电缆的纵向剖面的概念性示图；以及

图2和图3示出用于供对所述低温保持器进行热挤压的制造过程的模具的剖视图。

具体实施方式

现在将参照示出了示例性实施方式的附图在下文中更充分地描述示例性实施方式。然而，本公开内容可以以许多不同的方式实施，并且不应该被解释为限于本文所描述的示例性实施方式。相反地，提供这些示例性实施方式是为了使得本公开内容充分和完整，并且将本公开内容的范围完全地传达给本领域技术人员。在描述中，可能会省略众所周知的特征和技术的细节，以避免不必要地使当前的实施方式变得模糊。

本文所用的术语仅为了描述具体实施方式并且并不旨在限制本公开内容。如本文所用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。此外，术语一、一个等的使用不表示数量的限制，而是表示存在所提到的物品中的至少一个。进一步应理解，术语“包含”和/或“包含着”，或者“包括”和/或“包括着”当被用于本说明书中时，表示所叙述的特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一个或更多个其他特征、区域、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或增加。

除非另外定义，否则本文所用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有和本领域普通技术人员的公知理解相同的含意。进一步应理解，术语，诸如那些一般使用的字典中限定的术语，应该被解释为具有与它们在相关技术的语境和本公开内容中的含意保持一致的含意，并且将不以理想化或过度形式化方式来解释，除非被如此清楚地在本文中定义。

为清楚起见，可能会放大附图的形状、尺寸以及区域等。

在下文中，将参照附图详细地描述超导电缆的示例性实施方式。

图2和图3示出了用于供对低温保持器进行热挤压的制造过程的模具的剖视图。

根据本实施方式的超导电缆具有定位在其中的芯。内低温保持器围绕该芯的外周，并且绝热带围绕内低温保持器的外周以形成绝热层。另外，外低温保持器围绕绝热层的外周。

在如上所述构造的超导电缆中，内低温保持器通过热挤压法用纯度99％或更高的100系列铝或Al-Zn合金，诸如A1050、A1100、A2017、A2014、A3003、A3004、A5052、A5N01、A5083、A6061、A6N01、A6063、A7003以及A7075(在下文中共同称为“铝”)制成。

因为内低温保持器通过热挤压法制造，所以在内低温保持器中未形成焊接点。现有的内低温保持器通过将不锈钢弯曲成圆形，焊接弯曲的端部并且磨削焊接点以使其表面光滑而形成。然而，因为根据本实施方式的内低温保持器通过热挤压法制造，所以不需要焊接和磨削操作，这确保了高生产率和高可加工性。热挤压出的内低温保持器通过波纹制造过程被模制成波纹内低温保持器。

在这里，内低温保持器的表面粗糙度以RMS值表示应该是30微米或更小。更具体地，在波纹内低温保持器中，凹部的表面粗糙度以RMS值表示应该是15微米或更小，并且凸部的表面粗糙度以RMS值表示应该是30微米或更小。

当内低温保持器的表面粗糙度超过30微米时，每单位长度3W/m或更多的辐射热能穿透该内低温保持器。当表面粗糙度小于30微米时，仅1.5W/m至2.5W/m的辐射热能穿透该内低温保持器，从而最少化辐射热能的穿透。

为了执行热挤压以使得铝基的内低温保持器的表面粗糙度能够小于30微米，沿垂直方向施加300吨至1500吨的压力用于挤压，并且沿水平方向施加200吨至3000吨的压力用于挤压。

具体地，当坯料长度在铝的挤压期间被减小时，挤压力由于与挤压筒壁(container wall)的摩擦面积减小而被减小。就在完成挤压之前，铝流体的变形阻力迅速增大，因此挤压力增大。也就是说，为了沿坯料长度保持不变的挤压力并且为了适应在多种用途范围内的操作条件，诸如合金类型、挤压比、产品形状和坯料长度以及温度，在垂直方向情况下施加的压力是300吨至1500吨，并且在水平方向的情况下施加的压力是200吨至3000吨。

挤压速度在5至10英寸/分钟的范围内以改善铝的表面粗糙度并且确保挤压质量。在挤压速度低于5英寸/分钟的情况下，由于坯料和挤压筒之间摩擦力的减小而减小了挤压压力，并且由于挤压时间延迟，挤压温度降低为低于设为下限的挤压温度。另外，由于挤压温度降低，材料的变形阻力增大，从而温度被再次提高。因此，挤压织构随挤压的进行而改变。另一方面，在挤压速度超过10英寸/分钟的情况下，挤压温度由于挤压压力而升高，因此在挤压织构中会出现疵点。

挤压温度在挤压期间可以被保持成使得在空中的挤压出口温度在470℃至555℃的范围内。

470℃至555℃的温度范围是铝的允许将加入铝的合金成份溶解到铝基体中的可溶温度范围，从而是用于在挤压之后保持织构处于均匀状态的温度范围。

对于用于挤压的挤压模具，使用由Fe-Cr铸铁或Fe-Ni-Cr铸铁制成并且具有以RMS值表示的5微米或更小的表面粗糙度的模具。

作为挤压模具的材料的Fe-Cr铸铁或Fe-Ni-Cr铸铁是一种在高温下具有优秀的抗磨性和抗氧化性的模具材料，并且当挤压模具的材料具有5微米或更小的表面粗糙度时，热挤压出的内低温保持器的表面粗糙度可以达到30微米或更小。

挤压模具的类型分为如图2和图3所示的平模和锥形模。平模(a)和锥形模(b)可以具有45度至60度的挤压角α。这种挤压角将死区减到最小，该死区是由于模具和铝基流体之间的摩擦而可能出现铝材料的表面上的异常的铝织构。当挤压角在40度至60度的范围之外时，死区被加宽，并且在这种情况下，挤压模具不能用于超导电缆的低温保持器。

利用上述挤压设备挤压铝和铝合金。可选地，在挤压期间可以将润滑油提供给所述模具，并且在挤压之后可以用1微米至30微米的研磨剂(SiC或Al₂O₃)抛光内低温保持器。在挤压之后，可以通过水冷或油冷执行冷却。

在和上述的制造内低温保持器相同的条件下制造外低温保持器之后，可以连同待安装的内低温保持器一起将外低温保持器安装在超导电缆中。

虽然已经示出并描述了示例性实施方式，但是本领域普通技术人员应理解，在不脱离如由附随的权利要求书限定的本公开内容的精神和范围的情况下，可以进行各种形式和细节的改变。

另外，在不脱离本公开内容的教导的实质范围的情况下，可以对本公开内容的教导进行许多修改适应具体情况或材料。因此，本公开内容旨在不限于作为被构想为实施本公开内容的最佳方式而公开的具体的示例性实施方式，而是本公开内容将包括属于附随的权利要求书的范围内的所有实施方式。

Claims (7)

1.一种超导电缆，所述超导电缆包括：

设有导体的芯；以及

围绕所述芯的外周的低温保持器，

其中所述低温保持器的材料是铝或铝合金，并且所述低温保持器的表面粗糙度以RMS值表示是30微米或更小。

2.根据权利要求1所述的超导电缆，

其中，所述低温保持器包括围绕所述芯的外周的内低温保持器和有间隙地围绕所述内低温保持器的外周的外低温保持器，并且

绝热层被定位在所述内低温保持器的外周上。

3.根据权利要求1或2所述的超导电缆，

其中，所述低温保持器具有波纹结构，

所述波纹结构的凹部的表面粗糙度以RMS值表示是15微米或更小，并且

所述波纹机构的凸部的表面粗糙度以RMS值表示是30微米或更小。

4.根据权利要求3所述的超导电缆，

其中，所述低温保持器通过挤压模具用热挤压法制成，并且

所述挤压模具的挤压角在45°至60°的范围内。

5.根据权利要求4所述的超导电缆，其中，所述挤压模具用Fe-Cr铸铁或Fe-Ni-Cr铸铁制成，并且所述挤压模具具有以RMS值表示的5微米或更小的表面粗糙度。

6.根据权利要求4所述的超导电缆，其中，所述挤压模具的出口温度在470℃至555℃的范围内。

7.根据权利要求4所述的超导电缆，其中，所述挤压模具执行挤压的挤压速度在5英寸/分钟至10英寸/分钟的范围内。

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