CN105761873B - 一种饱和铁芯型超导限流器以及杜瓦 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种饱和铁芯型超导限流器以及杜瓦，杜瓦包括：内筒以及外筒；外筒的侧壁具有第一内表面以及第一外表面，第一内表面与第一外表面之间具有第一腔室；内筒设置在第一腔室内；第一内表面包围形成第二腔室，第二腔室用于放置直流柱；内筒的侧壁具有第二内表面以及第二外表面；在直流柱的延伸方向上，第二内表面与第二外表之间具有依次排布的第一子腔室、第二子腔室以及第三子腔室；其中，第一子腔室用于放置第一冷却介质以及第一部分；第二子腔室用于放置第二冷却介质以及第二部分；第三子腔室用于放置第一冷却介质以及第三部分；第一冷却介质与第二冷却介质不同。所述杜瓦可以提高超导线圈两端的通流能力，以提高超导线圈的通流能力。
Description
技术领域
本发明涉及饱和铁芯型超导限流器，更具体的说，涉及一种饱和铁芯型超导限流器以及杜瓦。
背景技术
参考图1，图1为现有技术中的一种饱和铁芯型超导限流器的结构示意图，所述饱和铁芯型超导限流器包括：铁芯、缠绕在铁芯上的第一线圈1、第二线圈2以及超导线圈3。一般的，超导线圈放置于杜瓦之内，图1未示出杜瓦。其中，第一线圈1以及第二线圈2为常规的导体线圈。铁芯包括相对放置的两个轭铁4。两个轭铁4之间设置有第一交流柱7、第二交流柱6以及直流柱5。直流柱5位于第一交流柱7与第二交流柱6之间。第一线圈1缠绕在第一交流柱7上，第二线圈2缠绕在第二交流柱6上，超导线圈3缠绕在直流柱5上。当超导线圈3通入大电流时，铁芯饱和，此时第一线圈1以及第二线圈2的阻抗小，能够通过比较大电流。当发生短路时，超导线圈3中电流断开，铁芯不再饱和，此时第一线圈1以及第二线圈2阻抗大，短路电流就能得到抑制。
在饱和铁芯型超导限流器，超导线圈3为铁芯提供励磁，需要通过低温容器杜瓦来实现超导材料所需要的低温环境。超导线圈3在不同的磁场下，其通流能力有很大的区别。
发明人研究发现，在饱和铁芯型超导限流器中，因超导线圈的两端的磁场比较大，中部的磁场比较小，导致了超导线圈的整体通流能力在两端比较小，在中部比较大。而由于超导线圈的中部与两端是串联在一起的，中部和两端通过电流需要一样，整个超导线圈通流能力受到两端较低的通流能力限制，导致超导线圈的通流能力较差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种饱和铁芯型超导限流器以及杜瓦，所述杜瓦将内筒侧壁用于放置冷却介质与超导线圈的腔室分为三部分，使得超导线圈的中部以及两端处于不同冷却环境中，进而可以提高超导线圈两端的通流能力，以提高超导线圈的通流能力。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种杜瓦，用于饱和铁芯型超导限流器，所述饱和铁芯型超导限流器具有直流柱以及超导线圈，所述超导线圈具有串联的第一部分、第二部分以及第三部分，所述第二部分位于所述第一部分与所述第三部分之间；
所述杜瓦包括：内筒以及外筒；
所述外筒的侧壁具有第一内表面以及第一外表面，所述第一内表面与所述第一外表面之间具有第一腔室；所述内筒设置在所述第一腔室内；所述第一内表面包围形成第二腔室，所述第二腔室用于放置所述直流柱；
所述内筒的侧壁具有第二内表面以及第二外表面；在所述直流柱的延伸方向上，所述第二内表面与所述第二外表之间具有依次排布的第一子腔室、第二子腔室以及第三子腔室；
其中，所述第一子腔室用于放置第一冷却介质以及所述第一部分；所述第二子腔室用于放置第二冷却介质以及所述第二部分；所述第三子腔室用于放置所述第一冷却介质以及所述第三部分；所述第一冷却介质与所述第二冷却介质不同。
优选的，在上述杜瓦中，所述第一冷却介质为液氖或是液氦，所述第二冷却介质为液氮。
优选的，在上述杜瓦中，所述第一内表面为圆筒的侧面或椭圆筒的侧面；
所述第一外表面为圆筒的侧面或椭圆筒的侧面；
所述第二内表面为圆筒的侧面或椭圆筒的侧面；
所述第二外表面为圆筒的侧面或椭圆筒的侧面。
优选的，在上述杜瓦中，所述内筒以及所述外筒均为圆筒。
优选的，在上述杜瓦中，所述第一部分与所述第二部分之间以及所述第二部分与所述第三部分之间均通过超导引线连接。
本发明还提供了一种饱和铁芯型超导限流器，该饱和铁芯型超导限流器包括：直流柱、超导线圈、内筒以及外筒；
所述超导线圈具有串联的第一部分、第二部分以及第三部分，所述第二部分位于所述第一部分与所述第三部分之间；
所述外筒的侧壁具有第一内表面以及第一外表面，所述第一内表面与所述第一外表面之间具有第一腔室；所述内筒设置在所述第一腔室内；所述第一内表面包围形成第二腔室，所述第二腔室用于放置所述直流柱；
所述外筒的侧壁具有第二内表面以及第二外表面；在所述直流柱的延伸方向上，所述第二内表面与所述第二外表之间具有依次排布的第一子腔室、第二子腔室以及第三子腔室；
其中，所述第一子腔室用于放置第一冷却介质以及所述第一部分；所述第二子腔室用于放置第二冷却介质以及所述第二部分；所述第三子腔室用于放置所述第一冷却介质以及所述第三部分；所述第一冷却介质与所述第二冷却介质不同。
优选的，在上述饱和铁芯型超导限流器中，所述第一冷却介质为液氖，所述第二冷却介质为液氮。
优选的，在上述饱和铁芯型超导限流器中，所述第一部分与所述第二部分之间以及所述第二部分与所述第三部分之间均通过超导引线连接。
优选的，在上述饱和铁芯型超导限流器中，所述内筒以及所述外筒均为圆筒或椭圆筒。
优选的，在上述饱和铁芯型超导限流器中，在所述延伸方向上，所述第二部分的长度大于所述第一部分的长度，所述第一部分的长度等于所述第三部分的长度。
通过上述描述可知，本发明技术方案提供的杜瓦用于饱和铁芯型超导限流器，所述饱和铁芯型超导限流器具有直流柱以及超导线圈，所述超导线圈具有串联的第一部分、第二部分以及第三部分，所述第二部分位于所述第一部分与所述第三部分之间；所述杜瓦包括：内筒以及外筒；所述外筒的侧壁 具有第一内表面以及第一外表面，所述第一内表面与所述第一外表面之间具有第一腔室；所述内筒设置在所述第一腔室内；所述第一内表面包围形成第二腔室，所述第二腔室用于放置所述直流柱；所述内筒的侧壁具有第二内表面以及第二外表面；在所述直流柱的延伸方向上，所述第二内表面与所述第二外表之间具有依次排布的第一子腔室、第二子腔室以及第三子腔室；其中，所述第一子腔室用于放置第一冷却介质以及所述第一部分；所述第二子腔室用于放置第二冷却介质以及所述第二部分；所述第三子腔室用于放置所述第一冷却介质以及所述第三部分；所述第一冷却介质与所述第二冷却介质不同。
可见，所述杜瓦将内筒侧壁用于放置冷却介质的腔室分为三部分，使得超导线圈的中部以及两端处于不同冷却环境中，进而可以提高超导线圈两端的通流能力，以提高超导线圈的通流能力。故具有采用所述杜瓦的饱和铁芯型超导限流器具有较大的通流能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的一种饱和铁芯型超导限流器的结构示意图；
图2为采用传统杜瓦的超导线圈的磁场分布仿真结果图；
图3为本发明实施例提供的一种杜瓦在轴线方向的切面图；
图4为本发明实施例提供的一种杜瓦在垂直于轴线方向上的切面图；
图5为本发明实施例提供的一种杜瓦的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如背景技术所述，在饱和铁芯型超导限流器中，因超导线圈的两端的磁场比较大，中部的磁场比较小，导致了超导线圈的整体通流能力在两端比较小，在中部比较大。而由于超导线圈的中部与两端是串联在一起的，中部和两端通过电流需要一样，整个超导线圈通流能力受到两端较低的通流能力限制，导致超导线圈的通流能力较差。
而传统结构的杜瓦，将超导线圈的浸泡在同一种液态冷却介质中，所述液态冷却介质一般为液氮。整个超导线圈处于相同的冷却介质中，此时，超导线圈的磁场分布如图2所示。
参考图2，图2为采用传统杜瓦的超导线圈的磁场分布仿真结果图，图2中，颜色较深的区域表示磁场的强度较大，由图2可知，传统的超导线圈的磁场由中间向两端逐渐增大，导致超导线圈中部与两端的通流能力差异较大，中间部分的通流能力强，两端部分的通流能力弱，而中部的超导线圈的通流能力受到两端的超导线圈通流能力的限制，导致超导线圈的整体的通流能力较低。
为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种杜瓦，用于饱和铁芯型超导限流器，所述饱和铁芯型超导限流器具有直流柱以及超导线圈，所述超导线圈具有串联的第一部分、第二部分以及第三部分，所述第二部分位于所述第一部分与所述第三部分之间；
所述杜瓦包括：内筒以及外筒；
所述外筒的侧壁具有第一内表面以及第一外表面，所述第一内表面与所述第一外表面之间具有第一腔室；所述内筒设置在所述第一腔室内；所述第一内表面包围形成第二腔室，所述第二腔室用于放置所述直流柱；
所述内筒的侧壁具有第二内表面以及第二外表面；在所述直流柱的延伸方向上，所述第二内表面与所述第二外表之间具有依次排布的第一子腔室、第二子腔室以及第三子腔室；
其中，所述第一子腔室用于放置第一冷却介质以及所述第一部分；所述第二子腔室用于放置第二冷却介质以及所述第二部分；所述第三子腔室用于放置所述第一冷却介质以及所述第三部分；所述第一冷却介质与所述第二冷却介质不同。
本发明实施例中，所述杜瓦将内筒侧壁用于放置冷却介质的腔室分为三 部分，使得超导线圈的中部以及两端处于不同冷却环境中，通过预设的第一冷却介质提高超导线圈两端部的通流能力，以降低超导线圈两端与中部的通流能力的差距，在不降低超导线圈中间部分的通流能力的同时提高超导线圈两端部分的通流能力，因此可以提高超导线圈的通流能力。
为了使本发明实施例提供的技术方案更加清楚，下面结合附图对上述方案进行详细描述。
参考图3-图5，图3为本发明实施例提供的一种杜瓦在轴线方向的切面图，图4为本发明实施例提供的一种杜瓦在垂直于轴线方向上的切面图，图5为本发明实施例提供的一种杜瓦的结构示意图。所述轴线方向平行于直流柱21的延伸方向。图3-图5中，虚线L表示轴线。
本发明实施例提供的杜瓦用于饱和铁芯型超导限流器，所述饱和铁芯型超导限流器具有直流柱21以及超导线圈，所述超导线圈具有串联的第一部分、第二部分以及第三部分，所述第二部分位于所述第一部分与所述第三部分之间。需要说明的是，图3-图4中并未示出所述超导线圈，图5中示出了超导线圈的三部分，超导线圈的第一部分51设置在第一子腔室q1，超导线圈的第二部分52设置在第二子腔室q2，超导线圈的第三部分53设置在第三子腔室q3。超导线圈的三部分对应设置在内筒23的侧壁内。
由图3图5可知，本发明实施例提供的杜瓦包括：内筒23以及外筒22。所述外筒22的侧壁具有第一内表面222以及第一外表面221，所述第一内表面222与所述第一外表面221之间具有第一腔室Q1。所述内筒23设置在所述第一腔室内Q1。所述第一内表面222包围形成第二腔室Q2，所述第二腔室Q2用于放置所述直流柱21。在所述直流柱21的延伸方向X上，所述内筒23具有依次排布的第一子腔室q1、第二子腔室q2以及第三子腔室q3。
其中，所述第一子腔室q1用于放置第一冷却介质以及所述第一部分；所述第二子腔室q2用于放置第二冷却介质以及所述第二部分；所述第三子腔室q3用于放置所述第一冷却介质以及所述第三部分；所述第一冷却介质与所述第二冷却介质不同。
需要说明的是，第一腔室Q1需要抽真空处理，以保证处于第一腔室Q1内的内筒的隔热效果。同时，可以在内筒与外筒之间填充绝热材料41。
通过上述描述可知，本发明实施例所述杜瓦将内筒的内壁空间分为三个子腔室，用于分别设置对应的冷却介质以及超导线圈的对应部分，这样，可以使得超导线圈的中间部分与两端部分位于不同的冷却介质当中。第一冷却介质的温度低于第二冷却介质的温度，以提高第一部分以及第三部分的通流能力。通过具有更低温度的冷却介质提高超导线圈两端部分的通流能力，在不改变超导线圈中间部分通流能力的前提下，通过提高超导线圈两端部分的通流能力，可以提高超导线圈整体的通流能力。
可选的，所述第一冷却介质为液氖或是液氦，所述第二冷却介质为液氮。
在所述杜瓦中，所述第一内表面为圆筒的侧面或椭圆筒的侧面；所述第一外表面为圆筒的侧面或椭圆筒的侧面。
图3-图5所示结构中，所述内筒23以及所述外筒22均为圆筒。此时，所述第一内表面222以及所述第一外表面221均为圆筒的侧面。
所述内筒以及所述外筒还可以均为椭圆筒。当所述内筒椭圆筒时，其三部分均为椭圆筒，可以认为三个子腔室为同一椭圆筒在垂直与侧面的方向上分为了三部分。
超导线圈的第一部分以及第三部分完全浸没在第一冷却介质中，超导线圈的第二部分完全浸没在第二冷却介质中。所述第一部分与所述第二部分之间以及所述第二部分与所述第三部分之间均通过超导引线连接。
本发明实施例所述杜瓦用于实现在不同磁场下超导线圈均流的目的，将杜瓦的内筒分为三层结构，超导线圈各部分之间通过超导体引线连接。杜瓦中部的子腔室采用第二冷却介质对超导线圈的第二部分(中间部分)进行冷却，而两端部的子腔室采用第一冷却介质对超导线圈的第一部分以及第三部分(超导线圈的两端部分)进行冷却。由于第一冷却介质的温度低于第二冷却介质，在第一冷却介质的冷却下，超导线圈的两端部分的通流能力得到大大提升，从而达到与中部超导磁体一样的通流能力，在不增加超导磁体材料用量的前提下，实现通流能力的大幅提高。可见，与现有技术相比，本发明在不增加超导磁体材料用量的前提下，实现通流能力的大幅提高。
基于上述实施例，本发明另一实施例还提供了一种饱和铁芯型超导限流器，所述饱和铁芯型超导限流器采用上述杜瓦对超导线圈进行冷却。
具体的，所述饱和铁芯型超导限流器包括：直流柱、超导线圈、内筒以及外筒。
所述超导线圈具有串联的第一部分、第二部分以及第三部分，所述第二部分位于所述第一部分与所述第三部分之间；所述外筒的侧壁具有第一内表面以及第一外表面，所述第一内表面与所述第一外表面之间具有第一腔室；所述内筒设置在所述第一腔室内；所述第一内表面包围形成第二腔室，所述第二腔室用于放置所述直流柱；所述外筒的侧壁具有第二内表面以及第二外表面；在所述直流柱的延伸方向上，所述第二内表面与所述第二外表之间具有依次排布的第一子腔室、第二子腔室以及第三子腔室；
其中，所述第一子腔室用于放置第一冷却介质以及所述第一部分；所述第二子腔室用于放置第二冷却介质以及所述第二部分；所述第三子腔室用于放置所述第一冷却介质以及所述第三部分；所述第一冷却介质与所述第二冷却介质不同。
如上述实施例所述，所述第一冷却介质为液氖或是液氦，所述第二冷却介质为液氮。所述第一部分与所述第二部分之间以及所述第二部分与所述第三部分之间均通过超导引线连接。所述内筒以及所述外筒均为圆筒。在所述延伸方向上，所述第二部分的长度大于所述第一部分的长度，所述第一部分的长度等于所述第三部分的长度。
需要说明的是，本实施例所述饱和铁芯型超导限流器基于上述实施例所述杜瓦结构，相同相似之处可以参考上述实施例，在此不再赘述。
本发明实施例所述饱和铁芯型超导限流器采用上述杜瓦对超导线圈进行冷却，能够提高超导线圈的通流能力。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种杜瓦，用于饱和铁芯型超导限流器，所述饱和铁芯型超导限流器具有直流柱以及超导线圈，其特征在于，所述超导线圈具有串联的第一部分、第二部分以及第三部分，所述第二部分位于所述第一部分与所述第三部分之间；
所述杜瓦包括：内筒以及外筒；
所述外筒的侧壁具有第一内表面以及第一外表面，所述第一内表面与所述第一外表面之间具有第一腔室；所述内筒设置在所述第一腔室内；所述第一内表面包围形成第二腔室，所述第二腔室用于放置所述直流柱；
在所述直流柱的延伸方向上，所述内筒具有依次排布的第一子腔室、第二子腔室以及第三子腔室；
其中，所述第一子腔室用于放置第一冷却介质以及所述第一部分；所述第二子腔室用于放置第二冷却介质以及所述第二部分；所述第三子腔室用于放置所述第一冷却介质以及所述第三部分；所述第一冷却介质与所述第二冷却介质不同。
2.根据权利要求1所述的杜瓦，其特征在于，所述第一冷却介质为液氖或是液氦，所述第二冷却介质为液氮。
3.根据权利要求1所述的杜瓦，其特征在于，所述第一内表面为圆筒的侧面或椭圆筒的侧面；
所述第一外表面为圆筒的侧面或椭圆筒的侧面。
4.根据权利要求3所述的杜瓦，其特征在于，所述内筒以及所述外筒均为圆筒或椭圆筒。
5.根据权利要求1所述的杜瓦，其特征在于，所述第一部分与所述第二部分之间以及所述第二部分与所述第三部分之间均通过超导引线连接。
6.一种饱和铁芯型超导限流器，其特征在于，包括：直流柱、超导线圈、内筒以及外筒；
所述超导线圈具有串联的第一部分、第二部分以及第三部分，所述第二部分位于所述第一部分与所述第三部分之间；
所述外筒的侧壁具有第一内表面以及第一外表面，所述第一内表面与所述第一外表面之间具有第一腔室；所述内筒设置在所述第一腔室内；所述第一内表面包围形成第二腔室，所述第二腔室用于放置所述直流柱；
在所述直流柱的延伸方向上，所述内筒具有依次排布的第一子腔室、第二子腔室以及第三子腔室；
其中，所述第一子腔室用于放置第一冷却介质以及所述第一部分；所述第二子腔室用于放置第二冷却介质以及所述第二部分；所述第三子腔室用于放置所述第一冷却介质以及所述第三部分；所述第一冷却介质与所述第二冷却介质不同。
7.根据权利要求6所述的饱和铁芯型超导限流器，其特征在于，所述第一冷却介质为液氖或者液氦，所述第二冷却介质为液氮。
8.根据权利要求6所述的饱和铁芯型超导限流器，其特征在于，所述第一部分与所述第二部分之间以及所述第二部分与所述第三部分之间均通过超导引线连接。
9.根据权利要求6所述的饱和铁芯型超导限流器，其特征在于，所述内筒以及所述外筒均为圆筒或椭圆筒。
10.根据权利要求9所述的饱和铁芯型超导限流器，其特征在于，在所述延伸方向上，所述第二部分的长度大于所述第一部分的长度，所述第一部分的长度等于所述第三部分的长度。
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| GR01 | Patent grant |