CN103548163B - 故障限流器 - Google Patents

Abstract

提供了一种故障限流器，其使用超导体，且能在限流操作后快速恢复超导状态。故障限流器被配置成通过使用超导体来执行限流操作，且包括包括超导体的超导构件（包括保持容器（11）、填充物和超导线的构件）、冷却容器（10）和抑制构件（翅片（12））。冷却容器（10）被配置成在其中保持超导构件，且在其中容纳冷却剂（14），以冷却超导构件。抑制构件（翅片（12））被配置成：在限流操作期间由于超导体的温度升高而使冷却剂在超导构件的表面（保持容器（11）的表面）上沸腾时防止冷却剂（14）的沸腾状态从核沸腾状态转变为膜沸腾状态。

Description

故障限流器

技术领域

本发明涉及一种故障限流器，并且更加特别地，涉及一种使用超导体的故障限流器。

背景技术

通常，已知使用超导体的故障限流器(例如，参见日本专利特开No.2006-278135(PTD1))。在PTD1中公开的故障限流器包括其中具有超导体的超导故障限流器模块和开关被串联地连接的电路，和并联地连接到电路的外部电阻器。在故障限流器中，当超导故障限流器模块执行通过过多的故障电流触发的限流操作时，电流被旁路到外部电阻器，并且同时开关被打开以停止将电流供应到超导故障限流器模块。

当通过故障电流使超导体失超时，在上面描述的故障限流器执行限流操作，然而，在限流操作期间由于故障电流使超导体的温度上升。在上面描述的故障限流器中，为了防止超导体的温度在限流操作期间过多地上升，开关被打开以停止故障电流流入到超导体；然而，在开关故障的情况下或者取决于在其下故障电流已经发生的条件下，超导的温度可以快速地上升到例如大约500K。

受到超导体的温度上升的影响，被用于冷却超导体的冷却剂(例如，液氮)的温度也上升并且达到沸腾状态。当热量微弱时，沸腾状态保持在连续地生成小的泡沫的核沸腾状态下；然而，当热量变得比用于核沸腾的临界的热通量大时，沸腾状态转变成其中由大量泡沫的膜覆盖超导体的膜沸腾状态，并且超导体的温度间断地跳变到高温。已经报告，在膜沸腾状态下，从超导体传递到冷却剂(液氮)的热通量仅是用于核沸腾状态的临界的热通量的大约15％(例如，参见MasahiroShiotsu等人的"Transientheattransferfromasilversheathedhigh-Tcsuperconductingtapeinliquidnitrogen",Proc.ofthe16thInternationalCryogenicEngineeringConference/InternationalCryogenicMaterialConference,Vol.1,p.617-620,1997年(NPD1))。其原因是在膜沸腾状态下，由大量泡沫的膜覆盖超导体，从而使超导体与周围的冷却剂热绝缘。

引用列表

专利文献

PTD1：日本专利特开No.2006-278135

非专利文献

NPD1：MasahiroShiotsu等人的"Transientheattransferfromasilversheathedhigh-Tcsuperconductingtapeinliquidnitrogen",Proc.ofthe16thInternationalCryogenicEngineeringConference/InternationalCryogenicMaterialConference,Vol.1,p.617-620,1997年

发明内容

技术问题

因此，在故障限流器中已经执行限流操作之后，对于故障限流器来说有必要尽可能早地恢复正常状态(换言之，从超导体生成电阻抗的正常导电状态恢复超导状态)。然而，在传统的故障限流器中，特别在超导体的温度上升并且冷却剂由于超导体的温度上升达到膜沸腾状态的情况下，以比在核沸腾状态下低的冷却速率通过冷却剂冷却超导体，并且从而需要较长的时间恢复超导状态。另外，在冷却剂的沸腾状态达到膜沸腾状态之后，为了降低冷却剂的温度使得将冷却剂从膜沸腾状态返回(转变)到核沸腾状态，对于冷却剂来说有必要通过热通量具有最小值的莱顿弗罗斯特(Leidenfrostpoint)点，并且从而热通量进一步临时减少(换言之，冷却速率进一步减少)。此事实也延迟了故障限流器恢复超导状态。

鉴于前述的问题已经完成了本发明，并且因此本发明的目的是为了提供一种故障限流器，该故障限流器使用超导体并且能够在限流操作之后快速地恢复超导状态。

问题的解决方案

根据本发明的故障限流器是被配置成通过超导体的使用来执行限流操作的故障限流器。根据本发明的故障限流器被设置有超导构件，该超导构件包括超导体、冷却容器、以及抑制构件。冷却容器被配置成将超导构件保持在其中并且将用于冷却超导构件的冷却剂容纳在其中。超导构件被配置成：在限流操作期间由于超导体的温度上升而使冷却剂在超导构件的表面上沸腾的情况下，防止冷却剂的沸腾状态从核沸腾状态转变成膜沸腾状态。

因此，在限流操作期间超导体的温度上升的情况下，能够防止被用于冷却超导体的冷却剂的沸腾状态从核沸腾状态转变成膜沸腾状态。因此，能够防止用于冷却超导构件的冷却剂中的热通量变成极其的小(与膜沸腾状态中的热通量一样)。因此，与冷却剂已经被转变成如上所提及的膜沸腾状态相比，能够在限流操作期间防止超导体的温度上升并且也能够在限流操作之后通过使用冷却剂快速地冷却超导构件。即，能够实现在限流操作之后比传统的故障限流器更快地恢复超导状态的故障限流器。

本发明的有利效果

如在上面所描述的，根据本发明，能够获得故障限流器，该故障限流器能够在限流操作之后快速地恢复超导状态。

附图说明

图1是图示本发明的故障限流器的结构的示意性视图；

图2是图示组成在图1中图示的故障限流器的超导元件并且其中保持超导线的冷却容器的结构的示意性的视图；

图3是图示沿着图2的线III-III的截面的示意性的视图；

图4是图示根据本发明的第一修改实施例的用于被包括在故障限流器中的超导线的保持容器的截面的示意性的视图；

图5是图示根据本发明的第二修改实施例的被包括在故障限流器中的超导线组件的截面的示意性的视图；

图6是图示根据本发明的第三修改实施例的被包括在故障限流器中的超导线和翅片的组件的示意性的视图；

图7是图示根据本发明的第四修改实施例的被包括在故障限流器中的超导线和翅片的组件的示意性的视图；

图8是试验结果的图表；

图9是试验结果的图表；

图10是试验结果的图表；

图11是试验结果的图表；

图12是试验结果的图表；以及

图13是试验结果的图表。

具体实施方式

在下文中，将会参考附图描述本发明的实施例。应注意的是，在下面提及的附图中相同的或者相对应的部分将会给予相同的附图标记，并且将不会重复地描述。

将参考图1至图3描述本发明的故障限流器。

参考图1，本发明的故障限流器1具有其中通过导线4并联地连接超导元件2和并联阻抗单元3(或并联电感单元)的结构。如在图2和图3中所图示，超导元件2包括被设置在冷却容器10内部的超导线20。具体地，通过堆叠形成的超导线组件21，例如，多个超导线20被保持在保持容器11的内部。保持容器11是在如图3中所图示的横截面中具有圆形形状的管。填充物17被设置在保持容器11的内部以填充超导线组件21的周围的空间。此外，翅片12被布置在保持容器11的外圆周周围，每一个翅片12的外圆周形状在如在图2和图3中所图示的平面视图中是圆形的。可替选地，如在下文中将要描述的图6和图7中所图示的，采用其中没有为超导线20提供保持容器并且翅片12被直接地粘附到超导线20的这样的结构是可接受的。

作为超导线20，可以使用例如，在室温下具有高电阻抗值的薄膜超导线；然而，如果在室温下能够获得由故障限流器要求的其电阻抗值则使用基于铋的银封装的超导线是可接受的。

作为用于保持容器的材料，可以使用例如，诸如SUS的金属。另外，能够获得作为电阻器的高的特定阻抗的其它材料(例如诸如铜合金、铝合金以及银合金)也可以用作用于保持容器11的材料。

同样，翅片12也可由与保持容器11相同的材料制成；如果翅片12纵向不连续，就可接受翅片12由具有高导热性的其他材料制成(例如，金属材料，诸如铝或铜，具有良好导热性的树脂等等)。翅片12被配置成片材，其被螺旋状地固定在保持容器11的外周上。此外，通过从保持容器11的外周向外延伸来安装翅片12。换句话说，以下列方式固定翅片12，即它们螺旋状地缠绕在围绕保持容器11的外周。可接受采用如上所述整体形成集成螺旋形状的构件作为翅片12，也可接受每个都具有简单圆环形状的多个翅片12被独立的安装在保持容器11的外周上。也可接受通过下列方式制备翅片12，即如图6和7中图示的，在纵向方向中弯曲金属线，然后通过粘接与超导线20集成在一起。

作为填充物17的材料，例如，能够使用树脂，诸如环氧树脂、金属，诸如焊料等等。

例如，图2和3中图示的翅片12的间距(相邻翅片12之间在保持容器11的延伸方向中的距离)可为3mm。例如，翅片12离保持容器11表面的高度可为5mm。例如，翅片12的厚度可为0.5mm。可适当地调节翅片12的上述间距、高度等等，以便防止冷却剂14转变为膜沸腾。例如，在其中圆柱形状的保持容器11的外部直径为11mm的情况下，翅片12的间距可能从1mm或更大至50mm或更小，优选从2mm或更大至40mm或更小，并且更优选从3mm或更大至30mm或更小。翅片12的高度可能从1mm或更大至50mm或更小，优选从2mm或更大至40mm或更小，并且更优选从3mm或更大至30mm或更小。

例如，在负荷电流为1200A的情况下，可使用具有10mm内径和0.5mm厚度的SUS管作为保持容器11。作为超导线20，可使用具有8mm宽度的薄膜超导线。此外，可以堆叠三根超导线20，以形成超导线组件21。此外，可利用树脂或焊料浸渍整个超导线组件21。

在保持容器11的两端设置连接单元13，以电连接导线4和超导线20(和保持容器11)。导线4和超导线20根据任何传统的众所周知的方法电连接在连接单元13内部。

冷却容器10设置有：引入单元15，以供应在冷却容器10中流动的冷却剂14；和排出单元16，以将供应的冷却剂14排出至外部。如箭头18所图示的，从引入单元15引入冷却容器10的冷却剂14通过填充物17和保持容器11的中间物，从超导线20吸收产生的热。结果，可能将超导线20保持在足够低的温度下，超导线20在该温度下为超导。

如箭头18图示的，通过热交换器(未示出)等等冷却通过排出单元16排出至外部的冷却剂14，并且通过泵等等(未示出)将冷却剂供应回引入单元15。因而，冷却剂14被保持在包括冷却容器10的封闭系统中，并且在该封闭系统中，冷却剂14保持循环。可接受该封闭系统被设置有冷却剂贮存罐等等，以便在封闭系统中保持冷却剂14处于一定的量和一定压力下。可接受在引入单元15和排出单元16附近，或者至少在排出单元16附近设置温度传感构件(例如，温度传感器等等)，以测量冷却剂14的温度。由此，通过该温度传感构件测量冷却剂14的温度，并且可根据测量结果控制热交换器，以适当地调节冷却剂14的冷却状态。可由连接至热交换器、泵等等的控制单元(未示出)执行该控制，并且控制单元被配置成向热交换器、泵等等发送控制信号。作为替换方式，可接受冷却剂14被容纳在无循环的冷却容器10中，并且从外部将热交换器的热交换头部插入冷却容器10中，以通过热交换冷却冷却剂14。

如上所述，由于在冷却剂14和包括超导线20、填充物17和保持容器11的超导构件之间的接触界面(图2中图示的结构中的保持容器11的外周表面)上，形成诸如翅片12的起抑制构件作用的突起构件，所以能够防止在限流操作期间，冷却剂14在保持容器11的表面上转变为膜沸腾状态。下文将描述细节。

图1图示的根据本发明的故障限流器1响应于等于或大于预定值的过大故障电流的流入而执行限流操作。换句话说，随着过大故障电流流入，超导线20的超导状态崩溃(失超)，并且超导线20落入具有电阻抗值的状态。此时，在具有电阻抗值的状态下，电流流经超导线20和并联的电阻器单元3或并联的电感单元两者。随着电流流经变得有电阻抗的超导线20，超导线20的温度快速升高。受温度升高的影响，保持容器11的表面温度以及表面附近的冷却剂14的温度也快速升高，因此，冷却剂14蒸发(沸腾)。

此时，特别是在保持容器11的表面上未形成突起等等的情况下，冷却剂14的沸腾状态易于从核沸腾状态转变为膜沸腾状态。如果落入膜沸腾状态，就将需要更长时间将从超导状态失超的超导线20冷却回到超导线20变得超导的温度。原因在于，由于膜沸腾状态下的冷却剂14和保持容器11的表面之间的热通量小，所以难以使冷却剂14充分冷却保持容器11(即，超导线20)。此外，如上所述，为了从膜沸腾状态返回到核沸腾状态，必需使冷却剂通过热通量具有最小值的所谓莱顿弗罗斯特点，并且该事实也解释了为什么将需要更长时间以冷却超导线20。

然而，按本发明指导的，通过设置从保持容器11的表面(侧表面)突起的、在冷却剂14和保持容器11之间形成接触界面的突起构件(翅片12)，能够防止冷却剂14从核沸腾状态转变为膜沸腾状态。结果，即使在故障限流器1正在执行限流操作的情况下(换句话说，在超导线20失超的情况下)，也能防止超导线20的温度快速升高导致的冷却剂14的沸腾状态从核沸腾状态转变为膜沸腾状态。也就是说，即使在超导线失超后，也能够将冷却剂14保持在核沸腾-膜沸腾混合状态下，由此，从保持容器11流动至冷却剂14的热通量比其中冷却剂14处于膜沸腾状态的情况下的更大。因此，可能使冷却剂14比其中冷却剂14处于膜沸腾状态的状态更快速地吸收超导线20的热。由此，能够快速地将超导线20冷却至在限流操作后超导线20为超导的温度范围。因此，能够获得下列故障限流器1，其能够在限流操作后，比传统限流器更快地恢复超导状态。

将参考图4，描述根据本发明的第一修改实施例的故障限流器。另外，图4对应于图3。

除了保持容器11具有不同结构之外，图4中图示的具备保持容器11的故障限流器1具有基本与图1-3每幅图图示的故障限流器1相同的结构。特别地，代替板状或圆环状翅片12(参见图3)，在保持容器11的表面上布置多个柱状(棒状)突起22。柱状突起22被配置成从保持容器11的外周向外延伸。换句话说，通过在保持容器11的横截面中，从中心向外延伸来设置柱状突起22。此外，通过在保持容器11的延伸方向中，在保持容器11的外周表面(侧表面)上对准，设置多个柱状突起22。注意，每个柱状(杆状)突起22在垂直于延伸方向的方向中的横截面都可具有任何形状，例如多边形形状，诸如矩形或三角形、圆形等等。

在超导线20在限流操作中失超的情况下，可能使对于具有上述结构的柱形突起22而言，能够防止冷却剂14在保持容器11的表面上从核沸腾状态变为膜沸腾状态。结果，可能获得与图1-3每幅图图示的故障限流器1相同的效果。

将参考图5，描述根据本发明的第二修改实施例的故障限流器。另外，图5对应于图3。

除了超导线组件21附近的结构不同之外，根据本发明的第二修改实施例的故障限流器具有基本与图1-3每幅图图示的故障限流器1相同的结构。换句话说，在图1-3每幅图图示的故障限流器1中，将超导线组件21和填充物17一起容纳在保持容器11中。然而，图5中图示的超导线组件21被覆盖材料24围绕，不被特别保持在独立保持容器中。多个柱状(杆状)突起22被直接设置在围绕图5图示的超导线组件21的涂层材料24的表面上。换句话说，在具备图5图示的超导线组件21的故障限流器中，涂层构件24的外周表面与冷却剂14直接接触(参见图2)。在上述结构中，由于柱状突起22被设置在与冷却剂14的接触界面上，所以在超导线20由于故障电流在故障限流器中流动导致失超的情况下，能够防止冷却剂14在用作冷却剂14的接触界面的涂层构件24的表面上从核沸腾状态转变为膜沸腾状态。结果，能够获得与图1-3每幅图图示的故障限流器1相同的效果。

在本发明中，已经作为故障限流器1的示例描述了电阻型故障限流器；然而，本发明适用于其他类型的超导故障限流器(诸如磁屏蔽故障限流器)，并且适用于任何故障限流器，如果其为利用超导SN转变的故障限流器。

将参考图6，描述根据本发明的第三修改实施例的故障限流器。参考图6，除了超导线组件21附近的结构不同之外，根据本发明的第三修改实施例的故障限流器具有基本与图1-3每幅图图示的故障限流器1相同的结构。换句话说，在图1-3每幅图图示的故障限流器1中，将超导线组件21和填充物17一起容纳在保持容器11中。然而，在根据本发明的第三修改实施例的故障限流器中，翅片12被直接连接至超导线20的表面。特别地，通过弯曲由诸如导热性优越的金属的材料制成的带状构件30形成翅片12，并且翅片12由其形成的带状构件30直接附接至超导线20的表面。例如图2中图示的，与翅片12附接的超导线20被设置在冷却装置10内部，并且连接至导线4。优选地，在带状构件30中形成多个翅片12。可使用任何材料作为带状构件30的材料，然而，优选使用具有相对高阻抗和高导热性的材料。例如，可使用不锈钢、铜合金、铝合金、银合金等等作为带状构件30的材料。可使用任何方法，例如焊料焊接方法将翅片12(带状构件30)附接至超导线20。由于翅片12被直接附接至超导线20，所以能够进一步简化图1-3每幅图中图示的故障限流器的结构。

例如，图6中图示的翅片12的宽度T1、相邻翅片12之间的间距P以及带状构件30的厚度T2可分别为0.6mm、3.0mm和0.3mm。例如，翅片12的高度可为2mm。

将参考图7，描述根据本发明的第四修改实施例的故障限流器。参考图7，除了翅片12的结构与图6中图示的超导线20不同之外，根据本发明的第四修改实施例的故障限流器具有基本与图6中图示的，使用与翅片12附接的超导线20的故障限流器1相同的结构。换句话说，在图7图示的超导线20中，通过弯曲带状构件30，从而具有倾斜侧表面(每个翅片的横截面都具有倒V形)形成翅片12，并且利用这种翅片12形成的带状构件30附接至超导线20。能够使具有这种结构的故障限流器获得与使用图6图示的超导线的故障限流器相同的效果。

例如，图7中图示的相邻翅片12之间的间距P为6mm。

另外，代替上文在图6和7中图示的翅片12，另一形状的突起构件可直接结合至超导线20。例如，形成有柱状突起的热辐射构件可直接接合至超导线20。可形成多个柱状突起。

(试验1)

为了验证本发明的效果，进行了下列试验。

(样本)

示例：

作为保持容器，制备具有图2和3中图示的保持容器11的结构的样本。更特别地，作为保持容器准备SUS制成的管。管的内径为4mm，其厚度为0.5mm，并且其长度为2000mm。在管的内部容纳每根宽度都为2mm的10根薄膜超导线。构造每根薄膜超导线，以包括具有8μm厚度的Ag保护层，和具有100μm厚度的SUS衬底。管的内侧填充有树脂。

在管的外周上，以3mm间距螺旋地布置具有1mm厚度和3mm高度的翅片。

比较例：

除了不在管的外周上安装翅片之外，准备基本具有与上述示例的样本相同结构的比较例样本。

(试验)

在将上述示例样本和比较例样本每个都连接至AC电源，并且在液氮中冷却后，在加电状态下，不执行限流操作地，以1kA进行电流测试5个周期。在电流测试中测量管的表面上的温度变化。

(结果)

对于示例样本，在由电流测试中的电流触发限流操作后，管的表面温度升高至约21K，并且在加电结束时，管的温度立即下降，并且超导线恢复超导状态。

另一方面，对于比较例的样本，在电流测试中由电流触发限流操作后，管的表面温度升高至167K；并且需要10秒恢复超导状态。此外，在限流操作结束时，管表面上的液氮落入膜沸腾状态。

因而，验证了根据本发明的超导故障限流器能够在限流操作后，立即恢复超导状态。

(试验2)

为了验证本发明的原理，进行了下列试验。

(样本)

制备三种样本(测试加热器No.1-3)

测试加热器No.1：

制备测试加热器No.1，以由具有5.8mm外径和0.5mm厚度的不锈钢管获得100mm长度。在测试加热器No.1上不形成翅片。

测试加热器No.2：

除了在不锈钢管的表面上形成翅片外，测试加热器No.2都与测试加热器No.1相同。在平面图中，每个翅片都具有圆形形状，并且从管表面到翅片外周边缘的距离(翅片的高度)为2.6mm。翅片的材料为不锈钢，并且其厚度为0.2mm。在管的延伸方向中，以5mm间距设置19个翅片。

测试加热器No.3：

除了翅片间的间距为2mm并且翅片的数目为45之外，测试加热器No.3具有基本与测试加热器No.2相同的结构。

(试验)

试验1：

为了获得显示热通量和冷却表面温度升高之间的关系的沸腾曲线，测试加热器No.1-3经过了下列试验。特别地，通过引导电流加热加热器，并且控制其输入能量，以随着时间指数升高。冷却剂是大气压下的液氮。将测试加热器固定在低温容器中并且加电，并且测量每次的加热器电阻。根据先前准备的加热器温度-电阻抗曲线，确定加热器的温度。通过试验获得下文将描述的图8-10的图表中图示的热辐射量(热通量×冷却表面的面积)和过热。注意，热辐射量是从输入能量减去热容增量获得的值，并且过热(ΔT_L)是加热器温度和冷却剂温度(冷却表面的温度)之间的差。

试验2：

在输入的热已经指数性升高以使测试加热器No.1-3达到临界热通量点之后，使用上述试验设备，在测试加热器No.1-3上对输入的热进行指数性降低的测试(恢复测试)。通过该试验，通过计算测试加热器表面的温度变化和热通量获得沸腾曲线的数据。更特别地，在具有和试验1相同构造的装置中，将大气压力下处于饱和状态的热速度升高的时间常数τ设为2秒。此外，在试验2中测量随着测试加热器的温度开始降低，过热从100K降低至10K所需的时间。

(结果)

试验1的结果：

在图8-10中示出结果。图8-10分别示出测试加热器No.1-3的结果。参考图8-10，垂直轴代表对应于热辐射量(单位：W，更精确地是，热通量×冷却表面的面积)的热通量，而水平轴代表过热(单位：K)，其为测试加热器的表面温度和测试加热器周围的冷却剂温度之间的差。

参考图8-10，在测试加热器No.1和2中，温度升高至超过临界热通量点，并且之后，由于从核沸腾状态转变为膜沸腾状态，热辐射量降低。

同时，在测试加热器No.3中，热辐射量不降低，而是保持增加，即使温度升高至超过临界热通量点也是如此。认为该原因应该在于，已经利用在其上形成的足够数量的翅片，使得测试加热器No.3的表面形状复杂，使其难以形成蒸发膜，由此防止沸腾状态转变为完全的膜沸腾状态。另外，也发现，形成的翅片越多，临界热通量点的值(热通量的最大值)就将越大，并且过热也越大。换句话说，被配置成防止沸腾状态从核沸腾状态转变为膜沸腾状态的抑制构件能够提高临界热通量点和核沸腾状态中的过热，由此，能够在核沸腾状态期间吸收更多热辐射量。因此，能够在核沸腾状态中实施故障限流器的操作，使得故障限流器能够以极快的速度恢复超导状态。

试验2的结果：

在图11-13中示出结果。图11-13分别示出测试加热器No.1-3的结果。参考图11-13，每幅图中的垂直轴和水平轴都与图8-10中图示的图中的那些轴相同。另外，在图11-13中，黑色圆的曲线代表增大热辐射量的数据，而白色圆的曲线代表降低热辐射量的数据。

垂直轴代表对应于热辐射量(单位：W，更精确地是，热通量×冷却表面的面积)的热通量，并且水平轴代表过热(单位：K)，其为测试加热器的表面温度和测试加热器周围的冷却剂温度之间的差。参考图11-13，明显地，如图11图示的，在测试加热器No.1中，在约10K的过热下，沸腾状态从膜沸腾状态转变为核沸腾状态，并且在约100K的过热下，跳跃至具有小热辐射量的膜沸腾状态。另一方面，在图12和13中图示的测试加热器No.2和3中，即使发生了转变，沸腾状态也不从核沸腾状态转变为完全膜沸腾状态，而是转变为具有高热辐射量的核沸腾-膜沸腾混合状态，之后，温度相对快速地降低。

如图11-13中图示的，在测试加热器No.1中，过热从100K降低至10K的时间为7.2秒，然而，在测试加热器No.2中，该时间为1.83秒，并且在测试加热器No.3中，该时间为1.44秒。因而，冷却测试加热器No.2和3所需的时间比冷却测试加热器No.1所需的时间短。

下文中，将描述本发明的特征部分，其中一些可复制上述实施例中所述的那些部分。

被配置成通过使用根据本发明的超导体，执行限流操作的故障限流器1包括：包含超导体(超导线20)的超导构件(图3中图示的包括保持容器11、填充物17和超导线20的构件，或者图5中图示的包括覆盖材料24和超导线20的构件，或者图6和7中图示的包括翅片12和翅片12安装在其表面上的超导线20的构件)；冷却容器10；和抑制构件(图2、6和7中图示的翅片12，或者图4和5中图示的柱状突起22)。冷却容器10被配置成在其中保持超导构件(图3中图示的包括保持容器11、填充物17和超导线20的构件，或者图5中图示的包括覆盖材料24和超导线20的构件，或者图6和7中图示的包括翅片12和翅片12安装在其表面上的超导线20的构件)，并且在其中容纳冷却剂14，以冷却该超导构件。抑制构件(图2、6和7中图示的翅片12，或者图4和5中图示的柱状突起22)被配置成：在限流操作期间由于超导体(超导线20)的温度升高而使冷却剂14在超导构件(保持容器11的表面、图6和7中的覆盖材料24的表面或者超导线20的表面)的表面上沸腾的情况下，防止冷却剂14的沸腾状态从核沸腾状态转变为膜沸腾状态。

因此，在其中超导线20的温度在限流操作期间升高的情况下，可以防止用于冷却超导线20的冷却剂14的沸腾状态从核沸腾状态转变为膜沸腾状态。因而，能够防止用于将热从超导构件(图3中图示的包括保持容器11、填充物17和超导线20的构件，或者图5中图示的包括覆盖材料24和超导线20的构件，或者图6或7中图示的包括翅片12和翅片12安装在其表面上的超导线20的构件)传递至冷却剂14的热通量变得过小(与膜沸腾状态下的热通量一样)。因此，与如上所述的冷却剂14已经转变为膜沸腾状态的情况相比，能够防止超导线20的温度在限流操作期间升高，并且也可能在限流操作之后，通过使用冷却剂14快速冷却超导线20。由此，可能实现能够在限流操作后，比传统限流器更快地恢复超导状态的故障限流器1。另外，提供抑制构件避免了需要设置下列元件，诸如用于在限流操作中阻断流向超导体的电流的开关等等，这使得可能简化故障限流器1的结构，并且也提高了其可靠性。

在上述限流器1中，可接受抑制构件包括在超导构件的表面(保持容器11的表面，图6和7中图示的覆盖材料24的表面和超导线20的表面)上形成的突起构件(图4等等中图示的翅片12或柱状突起22)。在本发明中，如果在冷却剂14和保持容器11或者覆盖材料24或者超导线20之间构成接触界面的、保持容器11或覆盖材料24或超导线20的表面上形成突起(翅片12或柱状突起22)，就能够防止超导构件的表面上的冷却剂14的沸腾状态从核沸腾状态转变为膜沸腾状态。认为原因应该在于，翅片12或柱状突起22的存在干扰了超导构件的表面上(保持容器11的表面，图6和7中图示的覆盖材料24的表面和超导线20的表面)的均匀温度分布，这使得蒸发的冷却剂14难以继续覆盖超导构件的表面(覆盖保持容器11的表面、覆盖材料24的表面或超导线20的表面的蒸发的冷却剂14的气体层)。由此，能够通过翅片12或柱状突起22，确定地防止冷却剂14转变为膜沸腾状态。

在上述故障限流器1中，可接受突起构件为在超导构件的表面(保持容器11的表面，图6和7中图示的覆盖材料24的表面和超导线20的表面)上形成的板状构件(翅片12)，并且从超导构件的表面向外突起。在该情况下，由于突起构件的形状，也就是说翅片12的形状相对简单，所以易于形成突起构件。由此，与其中突起构件形成复杂形状的情况相比，可能简化故障限流器1的制造过程，并且作为结果，防止了故障限流器1的制造成本升高。

在上述故障限流器1中，可接受突起构件为在超导构件的表面(保持容器11的表面，图6和7中图示的覆盖材料24的表面和超导线20的表面)上形成的柱状构件(柱状突起22)，并且从超导构件的表面向外突起。在该情况下，由于突起构件的形状，也就是说柱状突起22的形状相对简单，所以易于形成突起构件。由此，与其中突起构件形成复杂形状的情况相比，可以简化故障限流器1的制造过程，并且作为结果，防止了故障限流器1的制造成本升高。

在上述故障限流器1中，如图2和4中图示的，可接受超导构件包括：具有超导体的超导线20；容器(保持容器11)，其被配置成在其中保持超导线20；以及填充物17，其填充容器11内部的超导线20和保持容器11的内壁之间的空间。在该情况下，抑制构件，诸如突起构件等等不直接在超导线20上形成，而是在构成超导构件的保持容器11的表面上形成。由此，能够防止当突起构件等等在超导线20的表面上直接形成时超导线20受损。

在上述故障限流器1中，如图5中图示的，可接受超导构件包括：超导线20，其具有超导体；和覆盖材料24，其覆盖超导构件20的外周。在该情况下，抑制构件，诸如突起构件等等不直接在超导线20上形成，而是在构成超导构件的覆盖构件24的表面上形成。由此，可能防止当突起构件等等在超导线20的表面上直接形成时超导线20受损。

在上述故障限流器1中，可接受突起构件(在覆盖材料24的表面上作为板状构件形成的柱状突起22或翅片)与覆盖材料24整体地形成。在该情况下，由于覆盖材料24和突起构件整体地形成，所以与其中作为单独构件制备突起构件的情况相比，可降低所要制备以生产故障限流器1的组件的数目。此外，由于覆盖材料24和突起构件集成在一起，所以与其中覆盖构件24结合至相对于覆盖构件24为单独构件的突起构件的情况相比，能够改善覆盖材料24和突起构件之间的边界中的热传递。

在上述故障限流器1中，如图6和7中图示的，可接受超导构件为包括超导体的超导线20。在该情况下，可以简化故障限流器1的结构。此外，由于突起构件，诸如翅片12等等直接在超导线20上形成，所以由超导线进行的冷却变得高效，结果，能够改善故障限流器的性能。

被配置成通过使用根据本发明的超导体执行限流操作的故障限流器1包括：包含超导体的超导线20；冷却容器10；和抑制构件(图6和7中的翅片12)。冷却容器10被配置成在其中容纳用于冷却超导线20的冷却剂14。抑制构件(突起构件，诸如图6和7中的翅片12，或者任何形状，诸如柱状)被配置成在限流操作期间由于温度升高而使冷却剂14在超导线20的表面上沸腾的情况下，防止冷却剂14的沸腾状态从核沸腾状态转变为膜沸腾状态。

因此，在超导线20的温度在限流操作期间升高的情况下，可以防止用于冷却超导线20的冷却剂14的沸腾状态从核沸腾状态转变为膜沸腾状态。因而，能够防止用于将热从超导线20传递至冷却剂14的热通量变得过小(与膜沸腾状态下的热通量一样)。因此，与其中冷却剂14已经转变为上述膜沸腾状态的情况相比，能够防止超导线20的温度在限流操作期间升高，并且也可能在限流操作之后，通过使用冷却剂14快速冷却超导线20。由此，能够实现下列故障限流器1，其能够在限流操作后，比传统限流器更快地恢复超导状态。另外，提供抑制构件避免了需要设置下列元件，诸如用于在限流操作中阻断流向超导线20的电流的开关等等，这使得可能简化故障限流器1的结构，并且也改善了其可靠性。

在上述故障限流器1中，可接受抑制构件包括在超导线20的表面上形成的突起构件(翅片12)。在该情况下，将干扰超导线20的表面上的均匀温度分布，这使得可以确定地防止超导线20表面上的冷却剂14转变为膜沸腾状态。另外，例如，突起构件可以是从超导线20的表面向外延伸的板状构件或柱状构件。在该情况下，易于形成突起构件。

应理解，已经为了图示和说明提出了本文公开的实施例，但是在所有方面都不受到限制。意图是，本发明的保护范围不受上述说明书限制，而是由权利要求的保护范围限定，并且包含意义和保护范围等效于权利要求的所有修改。

工业实用性

本发明特别有利地适用于使用超导体的故障限流器。

参考标记列表

1：故障限流器；2：超导元件；3：并联阻抗单元；4：导线；10：冷却容器；11：保持容器；12：翅片；13：连接单元；14：冷却剂；15：引入单元；16：排出单元；17：填充物；18：箭头；20：超导线；21：超导线组件；22：柱状突起；24：覆盖材料或带状构件。

Claims (7)

1.一种故障限流器(1)，被配置成通过使用超导体执行限流操作，所述故障限流器(1)包括：

超导构件，所述超导构件包括所述超导体；

冷却容器(10)，所述冷却容器被配置成在其中保持所述超导构件、并且在其中容纳用于冷却所述超导构件的冷却剂(14)；以及

抑制构件(12，22)，所述抑制构件被配置成：在限流操作期间由于所述超导体的温度升高而使所述冷却剂在所述超导构件的表面上沸腾的情况下防止所述冷却剂的沸腾状态从核沸腾状态转变为膜沸腾状态，其中所述抑制构件(12，22)包括在所述超导构件的表面上形成的突起构件。

2.根据权利要求1所述的故障限流器，其中所述突起构件是在所述超导构件的表面上形成的、并且从所述超导构件的表面向外突起的板状构件(12)。

3.根据权利要求1所述的故障限流器，其中所述突起构件是在所述超导构件的表面上形成的、并且从所述超导构件的表面向外突起的柱状构件(22)。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的故障限流器，其中

所述超导构件包括：

超导线(20)，所述超导线(20)包括所述超导体；

容器(11)，所述容器(11)被配置成在其中保持所述超导线(20)；以及

填充物(17)，所述填充物(17)填充所述容器内部的、在所述超导线(20)和所述容器的内壁之间的空间。

5.根据权利要求1-3中的任一项所述的故障限流器，其中

所述超导构件包括：

超导线(20)，所述超导线(20)包括所述超导体；以及

覆盖材料(24)，所述覆盖材料(24)覆盖所述超导构件的外周。

6.根据权利要求1-3中的任一项所述的故障限流器，其中所述超导构件是包括所述超导体的超导线(20)。

7.一种故障限流器(1)，被配置成通过使用超导体执行限流操作，所述故障限流器(1)包括：

超导线(20)，所述超导线(20)包括所述超导体；

冷却容器(10)，所述冷却容器(10)被配置成在其中容纳用于冷却所述超导线(20)的冷却剂(14)；以及

抑制构件(12)，所述抑制构件(12)被配置成：在限流操作期间由于所述超导体的温度升高而使所述冷却剂在所述超导线的表面上沸腾的情况下防止所述冷却剂的沸腾状态从核沸腾状态转变为膜沸腾状态，其中所述抑制构件(12)包括在所述超导线的表面上形成的突起构件。