CN103258615A - 一种与高温超导叠直接搭接的迫流冷却低温段 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于高温超导电流引线中与高温超导叠直接搭接的迫流冷却低温段，包括有高温超导叠、冷端铜结构件，低温超导线、铜芯管，铜接头。高温超导叠与低温超导线实现直接锡焊连接；高温超导叠与低温超导线沉于分流器及冷端铜结构件的沟槽内锡焊成一体；低温超导线螺旋紧密缠绕铜芯管后锡焊；铜接头与冷端铜结构件螺纹连接并开有内部冷却流道，冷端铜结构件靠近外圆阵列分布小孔流道；缠绕于铜芯管的低温超导线与铜接头锡焊。铜接头底平面可以连接超导母线接头焊接。该结构高温超导叠与低温超导线直接接头达到~1nΩ,4.5K低温热负荷仅3.7W,冷却液氦流阻仅0.02bar。
Description
技术领域
本发明涉及大型热核聚变装置或其它大型电磁装置的超导磁体的供电馈线领域，具体为一种用于高温超导电流引线中与高温超导叠直接搭接的迫流冷却低温段。
背景技术
热核聚变将为人类提供取之不尽的清洁能源，国际热核聚变试验堆（ITER）计划将在未来十年内建成。高温超导电流引线为其巨型低温超导磁体供电，同时是磁体主要的热负荷来源，采用高温超导电流引线可使致冷电耗节省2/3。
低温超导组件是巨型磁体聚变装置中超导磁体供电馈线的部件，而电流引线的高温超导段冷端又不易与超导磁体相连的超导母线直接连接。通常电流引线的高温超导叠与低温超导线连接分两种使用环境，对于低温端处于浸泡冷却的工作环境，由于不用考虑氦漏的问题，可以直接将超导叠与低温超导线锡焊。如欧洲核研究中心的13kA高温超导电流引线采用两条NbTi超导线与一条HTS叠直接焊接；另外日本60kA电流引线设计也类似。对于低温段采用迫流冷却的引线，通常将高温超导叠与低温超导线通过冷端铜结构件间接焊接，低温超导线束另一端做成与穿管绞缆超导母线端头可方便连接的盒式接头，这种盒式接头一般要爆炸焊板材成形后压力焊再锡焊，工艺非常复杂，另外超导缆与接头盒底部不能用锡焊填满因此接头电阻无法做的很低，且接头工艺重复性很差，很难保证接头质量。如ITER电流引线所用超导接头就是这种结构，其10kA电流引线接头电阻4.5K下高温超导叠与低温超导线之间2.5nΩ，低温超导线与超导母线之间5 nΩ。
目前在迫流冷却条件下能将高温超导叠与低温超导线直接焊接获得最小接头电阻的方式还未有非常成功的应用，EAST 15kA高温超导电流引线曾采用锡焊来连接超导叠与超导线同时想起到真空密封作用，很操作不当极易造成泄漏，难以修理。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种与高温超导叠直接搭接的迫流冷却低温段。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种与高温超导叠直接搭接的迫流冷却低温段，其特征在于：包括冷端铜结构件、钎焊在冷端铜结构件一端的不锈钢分流器、钎焊在冷端铜结构件另一端的不锈钢套筒，不锈钢套筒侧壁上设置有氦出口，不锈钢分流器与冷端铜结构件端面之间密封焊接有不锈钢盲板，钎焊后的冷端铜结构件、不锈钢分流器构成载体，且载体侧壁整体加工圆周阵列分布的沟槽，还包括一端经过不锈钢套筒并以螺纹方式接入冷端铜结构件中的铜接头，所述铜接头另一端与来自磁体的接头搭接，铜接头上靠近不锈钢套筒处钎焊有不锈钢环，且不锈钢环亦与不锈钢套筒钎焊构成密封，所述铜接头、冷端铜结构件中心开有彼此轴向连通的冷却流道，铜接头内还轴向埋设有铜芯管，铜芯管朝向冷端铜结构件的一端弯曲穿出铜接头且弯曲端头处钎焊有铜弯头，铜芯管上螺旋缠绕有多股与铜接头锡焊的低温超导线，所述低温超导线分别穿出铜接头并一一对应延伸埋设在载体侧壁的沟槽中，载体侧壁的沟槽中还分别埋设有压住低温超导线的高温超导叠，所述高温超导叠在沟槽中与低温超导线锡焊后，再与载体焊接构成整体。
所述的一种与高温超导叠直接搭接的迫流冷却低温段，其特征在于：所述冷端铜结构件中靠近侧壁沿轴向设置有多个圆周阵列分布的小孔流道。
所述的一种与高温超导叠直接搭接的迫流冷却低温段，其特征在于：所述铜接头内壁设置有容纳低温超导线的开槽，在铜接头与低温超导线之间填充焊料，所述低温超导线在开槽内与铜接头锡焊。
本发明工作在真空、低温环境下，适用于低温电物理装置，为电流引线与磁体之间的超导接头。本发明在聚变堆领域以及超导领域具有较好的应用价值。
事实上，只要是期望在真空、低温下与超导部件的接头，都可以参考本发明的技术方案，但凡是未脱离本发明的技术方案的内容，仅是依据本发明的技术实质对所述结构进行的简单修改，或是同等变化与修饰，均应属于本发明技术方案的范围之内。
本发明的优点是：
本发明的结构简单，低温超导组件采用迫流冷却，高温超导叠与低温超导线之间采用直接搭接锡焊。该结构高温超导叠与低温超导线直接接头达到~1nΩ, 4.5K低温热负荷仅3.7W, 冷却液氦流阻仅0.02bar。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明超导叠与超导线的圆周阵列图。
具体实施方式
如图1、图2所示。一种与高温超导叠直接搭接的迫流冷却低温段，包括冷端铜结构件2、钎焊在冷端铜结构件2一端的不锈钢分流器1、钎焊在冷端铜结构件2另一端的不锈钢套筒12，不锈钢套筒12侧壁上设置有氦出口3，不锈钢分流器1与冷端铜结构件2端面之间密封焊接有不锈钢盲板13，钎焊后的冷端铜结构件2、不锈钢分流器1构成载体，且载体侧壁整体加工圆周阵列分布的沟槽，还包括一端经过不锈钢套筒12并以螺纹方式接入冷端铜结构件2中的铜接头6，铜接头6另一端与来自磁体的接头9搭接，铜接头6上靠近不锈钢套筒12处钎焊有不锈钢环11，且不锈钢环11亦与不锈钢套筒12钎焊构成密封，铜接头6、冷端铜结构件2中心开有彼此轴向连通的冷却流道，铜接头6内还轴向埋设有铜芯管5，铜芯管5朝向冷端铜结构件2的一端弯曲穿出铜接头6且弯曲端头处钎焊有铜弯头4，铜芯管5上螺旋缠绕有多股与铜接头5锡焊的低温超导线10，低温超导线10分别穿出铜接头5并一一对应延伸埋设在载体侧壁的沟槽中，载体侧壁的沟槽中还分别埋设有压住低温超导线10的高温超导叠14，高温超导叠14在沟槽中与低温超导线10锡焊后，再与载体焊接构成整体。
冷端铜结构件2中靠近侧壁沿轴向设置有多个圆周阵列分布的小孔流道15。
铜接头6内壁设置有容纳低温超导线10的开槽，在铜接头6与低温超导线10之间填充焊料，低温超导线10在开槽内与铜接头6锡焊。
不锈钢分流器1端部氩弧焊不锈钢盲板13，冷端铜结构件2与不锈钢分流器1以及不锈钢套筒12钎焊后，加工圆周阵列矩形槽，高温超导叠14与低温超导线10埋入槽内锡焊；铜接头6底面铣平准备与来自磁体的接头9搭接，一端钎焊不锈钢环11，头部车螺纹拧入冷端铜结构件2后不锈钢环11与不锈钢套筒12密封焊；低温超导线10螺旋缠绕于铜芯管5后埋入铜接头6锡焊；不锈钢管8钎焊于铜接头，铜弯头4和7钎焊于铜芯管5与不锈钢管8，连通冷却流道，氦出口3焊接于不锈钢套筒12。
本发明中，承载高温超导叠的不锈钢分流器与冷端铜结构件预先真空钎焊连接后加工圆周阵列的矩形沟槽用来容纳高温超导叠与低温超导线并锡焊连接，低温超导线压于高温超导叠下部的沟槽内。冷端铜结构件与低温端铜接头螺纹连接，中心都开冷却流道，冷端铜结构件内靠近侧壁上的高温超导叠位置设置有圆周阵列布置小孔流道，一端被与不锈钢分流器焊接的盲板密封焊封堵，这样氦流经过中心孔换热后遇到不锈钢盲板反折流经高温超导叠下方阵列的小孔流道，对冷却高温超导叠与低温超导线接头的温度起积极作用；冷端铜结构件与铜接头分别钎焊不锈钢套筒与不锈钢环，螺纹装配后两不锈钢件密封焊封住自小孔流出的氦流，由氦出口流走。由于氦流封闭于铜接头与冷端铜结构件内部流道，所有与流道结合面采用真空钎焊或者氩弧焊，完全解决了氦漏的风险；同时高温超导叠与低温超导线接头直接锡焊将接头电阻减至最小；靠近高温超导叠阵列的小孔流道以及高导热性的冷端铜结构件可以很好的冷却高温超导叠与低温超导线接头。
低温超导线与铜芯管紧密螺旋缠绕后锡焊结合后埋入铜接头的槽内与铜接头锡焊成形，铜接头底面铣平面与来自磁体的接头连接，将接头结合面减少至最低，即将低温超导接头电阻降至最低；另外，低温超导线与埋入铜接头之间可以填充充足的焊料来保证接头结合面，有利于接头电阻降低；缠绕低温超导线的铜管与铜接头的管钎焊构成完整的氦流回路；低温的氦流流经薄壁的高导热的铜芯管会迅速冷却低温超导线。
Claims (3)
1.一种与高温超导叠直接搭接的迫流冷却低温段，其特征在于：包括冷端铜结构件、钎焊在冷端铜结构件一端的不锈钢分流器、钎焊在冷端铜结构件另一端的不锈钢套筒，不锈钢套筒侧壁上设置有氦出口，不锈钢分流器与冷端铜结构件端面之间密封焊接有不锈钢盲板，钎焊后的冷端铜结构件、不锈钢分流器构成载体，且载体侧壁整体加工圆周阵列分布的沟槽，还包括一端经过不锈钢套筒并以螺纹方式接入冷端铜结构件中的铜接头，所述铜接头另一端与来自磁体的接头搭接，铜接头上靠近不锈钢套筒处钎焊有不锈钢环，且不锈钢环亦与不锈钢套筒钎焊构成密封，所述铜接头、冷端铜结构件中心开有彼此轴向连通的冷却流道，铜接头内还轴向埋设有铜芯管，铜芯管朝向冷端铜结构件的一端弯曲穿出铜接头且弯曲端头处钎焊有铜弯头，铜芯管上螺旋缠绕有多股与铜接头锡焊的低温超导线，所述低温超导线分别穿出铜接头并一一对应延伸埋设在载体侧壁的沟槽中，载体侧壁的沟槽中还分别埋设有压住低温超导线的高温超导叠，所述高温超导叠在沟槽中与低温超导线锡焊后，再与载体焊接构成整体。
2.根据权利要求1所述的一种与高温超导叠直接搭接的迫流冷却低温段，其特征在于：所述冷端铜结构件中靠近侧壁沿轴向设置有多个圆周阵列分布的小孔流道。
3.根据权利要求1所述的一种与高温超导叠直接搭接的迫流冷却低温段，其特征在于：所述铜接头内壁设置有容纳低温超导线的开槽，在铜接头与低温超导线之间填充焊料，所述低温超导线在开槽内与铜接头锡焊。
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