CN104700975B - 一种超导电力装置用空心低温杜瓦 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超导电力装置用空心低温杜瓦，包括上、下层低温杜瓦部件和支撑体；上、下层低温杜瓦部件均为中间带有方形通孔的空心圆筒结构，上层低温杜瓦部件嵌套在下层低温杜瓦部件内，上层低温杜瓦部件和下层低温杜瓦部件的上部高度相等且均为敞口，上、下层低温杜瓦部件之间支撑体连接支撑；上层低温杜瓦部件的空腔用于盛装液氮和提供超导线圈放置的空间；上、下层低温杜瓦部件之间的空隙内填充有隔热材料。本发明通过对低温杜瓦部件的形状和结构的巧妙设计使其达到安全、稳定运行的效果。这种杜瓦结构可以用于超导磁体中含有不能浸泡在液氮中，而需要把低温杜瓦做成空心结构的特殊电力装置中。

Description

一种超导电力装置用空心低温杜瓦

技术领域

本发明属于低温杜瓦设计技术，具体涉及一种超导电力装置用空心低温杜瓦。

背景技术

低温技术是现代科学技术的一个重要分支，在航空航天、医疗、能源、生物科技、化工、核磁共振和超导技术研究等多个领域得到广泛应用。在低温领域的研究中，首先都要求能够得到并保持一定的低温环境，杜瓦于1893年被发明，最开始杜瓦被用来储存和运输液化气体，随着各个科学研究领域的不断发展，杜瓦也被用于维持一定低温环境来进行相应的科学研究。

由于超导材料独特的电气特性，超导电力装置一般工作在很低的温区，用以保证超导材料的超导电特性。而低温杜瓦就是这样的一种用于给超导电力装置提供低温环境用的装置。超导电力装置的低温杜瓦种类各异，而低温杜瓦的设计也要根据超导电力装置的工作温区和超导磁体的形状结构的不同而具体设计。从所用的材料的角度来说，低温杜瓦可以分为无磁性低温杜瓦和导磁性低温杜瓦两种。从工作温区的不同的角度来说，可以分为液氦温区、固氮温区和液氮温区的低温杜瓦。从对真空度的要求的角度来看，可以分为开口式低温杜瓦和封闭式低温杜瓦。

低温杜瓦的设计是超导电力装置的设计中重要的一个环节，是保证整个超导电力装置安全稳定运行的前提。

发明内容

本发明提供一种超导电力装置用空心低温杜瓦，目的在于给超导电力装置提供维持安全、稳定运行的低温环境。

本发明提供的一种超导电力装置用空心低温杜瓦，其特征在于，它包括上层低温杜瓦部件、下层低温杜瓦部件和支撑体；上层低温杜瓦部件和下层低温杜瓦部件均为中间带有方形通孔的空心圆筒结构，其内层为方形筒，外层为圆形筒，上层低温杜瓦部件嵌套在下层低温杜瓦部件内，上层低温杜瓦部件和下层低温杜瓦部件的上部均为敞口，其底部均设有无缝连接的盖板，且两盖板之间支撑体连接支撑；上层低温杜瓦部件的内层与外层之间构成的空腔用于盛装液氮和提供超导线圈放置的空间；上层低温杜瓦部件与下层低温杜瓦部件之间的空隙作为隔热用气隙。

本发明提供的用于液氮温区的敞口式超导电力装置用的空心低温杜瓦，通过对低温杜瓦部件的形状和结构的巧妙设计使其达到安全、稳定运行的效果。这种杜瓦结构可以用于超导磁体中含有不能浸泡在液氮中，而需要把低温杜瓦做成空心结构的特殊电力装置中，比如超导电抗器，超导变压器，超导限流器等超导电力装置。本发明的空心低温杜瓦尤其适宜用工作于标准大气压下、77K的液氮温区。

附图说明

图1为本实例提供的一种超导电力装置用空心低温杜瓦的结构示意图，其中，图1(a)为俯视图，图1(b)为剖视图，图1(c)为侧视图

图2为本实例提供的一种超导电力装置用空心低温杜瓦的上层低温杜瓦部件示意图。

图3为本实例提供的一种超导电力装置用空心低温杜瓦的下层低温杜瓦部件示意图。

图4为本实例提供的用于为上、下层低温杜瓦部件提供连接支撑的支撑体示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1(a)，1(b)，1(c)所示，本发明提供的一种超导电力装置用空心低温杜瓦，其特征在于，该空心低温杜瓦包括三部分结构，分别为上层低温杜瓦部件1，下层低温杜瓦部件2，以及为上、下层低温杜瓦部件1、2提供连接支撑的支撑体3。

如图2和图3所示，上层低温杜瓦部件1和下层低温杜瓦部件2的形状类似，均为中间带有方形通孔的空心圆筒结构，其内层为方形筒，外层为圆形筒。从上端部俯视观察，上层低温杜瓦部件1和下层低温杜瓦部件2的形状类似一个外圆内方的铜钱的结构。上层低温杜瓦部件1的内侧壁4和下层低温杜瓦部件2的内侧壁6的形状为方形，上层低温杜瓦部件1的外侧壁5和下层低温杜瓦部件2的外侧壁7的形状为圆形。上层低温杜瓦部件1嵌套在下层低温杜瓦部件2内，上层低温杜瓦部件1和下层低温杜瓦部件2的上部均为敞口，其底部均设有无缝连接的盖板。上层低温杜瓦部件1的空腔A内用于盛装液氮和提供超导线圈放置的空间，上层低温杜瓦部件1与下层低温杜瓦部件2之间的空隙B用于填充隔热材料。总体来看，本发明的空心低温杜瓦的内侧壁4、6均为规则的方形、外侧壁5、7均为规则的圆形、下层低温杜瓦部件2和上层低温杜瓦部件1的中间被挖空以及内侧壁4、6和外侧壁5、7的上端部是敞口的。

如图1(a)，1(b)，1(c)所示，上层低温杜瓦部件1的外侧壁5的直径要小于下层低温杜瓦部件2的外侧壁7的直径，上层低温杜瓦部件1的内侧壁4的宽度比下层低温杜瓦部件2的内侧壁6的宽度要大，同时，上层低温杜瓦部件1的高度要比下层低温杜瓦部件2的高度要小，这样可以保证上层低温杜瓦部件1套放置于下层低温杜瓦部件2的里面。上层低温杜瓦部件1的内侧壁4和外侧壁5以及下层低温杜瓦部件2的内侧壁6和外侧壁7的厚度均相同，满足超导磁体在正常运行时对杜瓦的机械强度要求即可。

空心低温杜瓦的上层低温杜瓦部件1和下层低温杜瓦部件2的上端面，在高度方向均处于相同的水平面上。

上层低温杜瓦部件1的外侧壁5和下层低温杜瓦部件2的外侧壁7的半径不一样，且上层低温杜瓦部件1的内侧壁4和下层低温杜瓦部件2的内侧壁6的宽度不同，会使得空心低温杜瓦的上、下层低温杜瓦1、2之间有一定的气隙。气隙的厚度主要由上、下层低温杜瓦1、2的尺寸差决定的。在气隙里面，可以填充一些导热较差的材料，用来在上、下层杜瓦的侧壁之间产生一个良好的隔热效果，防止外界的热量导致杜瓦里面的液氮过快的挥发。

如图4所示，在上层低温杜瓦部件1和下层低温杜瓦部件2之间有支撑体3，主要用于给上层低温杜瓦部件1和下层低温杜瓦部件2提供连接和支撑。支撑体3为一个圆环10，在圆环的上、下表面均设有一圈凸起，即上凸起8和下凸起9。上层低温杜瓦部件1的底板底部开有与支撑体3的上凸起8形状匹配的凹槽11，下层低温杜瓦部件2的底板上部开有与支撑体3的下凸起9形状匹配的凹槽12；这样，就可以使得支撑体3的上凸起8紧密的卡在凹槽11的里面，就可以使得支撑体3的下凸起9紧密的卡在凹槽12的里面。由于支撑体3承受着杜瓦里面的液氮和下层低温杜瓦部件2的重量，因此，圆环10的高度h要大于空心低温杜瓦的两侧的气隙的厚度d2，圆环10的壁厚d3要大于杜瓦的侧壁的厚度d1的两倍，支撑体3的上凸起8和下凸起9的厚度d4要等于支撑体3的圆环10的壁厚d3的二分之一。这样，可以保证支撑体3既有足够的机械强度，又不会因为体积过大，增加装置的制造成本和整个空心低温杜瓦的重量。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种超导电力装置用空心低温杜瓦，其特征在于，它包括上层低温杜瓦部件、下层低温杜瓦部件和支撑体；上层低温杜瓦部件和下层低温杜瓦部件均为中间带有方形通孔的空心圆筒结构，空心圆筒结构的内层为方形筒，外层为圆形筒，上层低温杜瓦部件嵌套在下层低温杜瓦部件内，上层低温杜瓦部件和下层低温杜瓦部件的上部均为敞口，上层低温杜瓦部件和下层低温杜瓦部件的底部均设有无缝连接的盖板，且两盖板之间支撑体连接支撑；上层低温杜瓦部件的内层与外层之间构成的空腔用于盛装液氮和提供超导线圈放置的空间；上层低温杜瓦部件与下层低温杜瓦部件之间的空隙作为隔热用气隙；

所述支撑体为一个圆环，该圆环的上表面设有一圈与上层低温杜瓦部件的盖板上部的凹槽形状匹配的凸起，该圆环的下表面设有一圈与下层低温杜瓦部件的盖板底部的凹槽形状匹配的凸起。

2.根据权利要求1所述的一种超导电力装置用空心低温杜瓦，其特征在于，所述上层低温杜瓦部件、下层低温杜瓦部件的内侧壁和外侧壁厚度均相等。

3.根据权利要求1所述的一种超导电力装置用空心低温杜瓦，其特征在于，所述圆环的高度大于所述气隙的厚度，圆环的壁厚大于上层低温杜瓦部件的侧壁的两倍。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种超导电力装置用空心低温杜瓦，其特征在于，支撑体的上凸起和下凸起的厚度等于支撑体的圆环的壁厚的二分之一。