CN106450992A - 一种液氮传导冷却型高温超导电流引线结构 - Google Patents

一种液氮传导冷却型高温超导电流引线结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液氮传导冷却型高温超导电流引线结构，包括有室温段，室温段由室温铜接头和室温端绝缘电极构成；铜引线段采用铜引线并弯曲成螺旋状；中间过渡段铜板通过“铟片‑氮化铝垫片‑铟片”的叠加顺序与液氮槽相连；电流引线的高温超导段主要由高温超导叠焊接到不锈钢分流器槽中构成；低温超导段由多芯铜软线与多根低温超导线并联构成，并且采用液氦传导冷却。本发明的优点是不仅简化了用户加工和安装的工艺，节约运行成本，而且可以利用液氮传热将电流引线的高温超导段热端温度稳定控制在80K以下，有效保证了高温超导电流引线的运行安全。

Description

一种液氮传导冷却型高温超导电流引线结构
技术领域
本发明涉及高温超导电流引线领域，具体是一种液氮传导冷却型高温超导电流引线结构。
背景技术
高温超导电流引线是连接室温电源和低温超导磁体，从室温过度到液氦温区的电连接装置。对于超导磁体，常规的电流引线是向低温系统漏热的主要热源；由于Bi-2223和YBCO等高温超导材料在液氮温区具有零电阻率和低热导率特点，高温超导电流引线能够减少低温系统一半的冷量消耗，进而有效减少低温系统的建设投资和运行费用。
高温超导材料在超导状态下电阻为零，不会产生焦耳热，并且其热导率与不锈钢相当，其传导漏热也大大降低。由于高温超导材料实现超导态时必须工作在低温温度环境中，所以本电流引线主要由室温到液氮温区的常规铜电流引线段和从液氮温区到液氦温区的高温超导段组成。
电流引线是超导装置中的关键部件之一，它对于超导磁体的稳定工作以及低温系统的成本，具有重要意义。追求稳定性和最小漏热一直是电流引线设计的首要目标。
发明内容
本发明的目的是提供一种液氮传导冷却型高温超导电流引线结构，以实现高温超导引线的结构模块化、低漏热，并提高高温超导引线的载流能力和安全性。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种液氮传导冷却型高温超导电流引线结构，其特征在于：包括依次沿直线设置的室温段、铜引线段、中间过渡段、高温超导段、低温超导段，其中：
所述室温段由室温端绝缘电极和连接在室温端绝缘电极前端的室温铜接头构成；
所述铜引线段由螺旋状的铜引线和连接在铜引线两端的铜引线段接头构成，铜引线其中一端的铜引线段接头与室温端绝缘电极后端连接；
所述高温超导段包括管状的不锈钢分流器、共中心轴设置在不锈钢分流器内的高温超导叠、共中心轴套在不锈钢分流器外的环氧绝缘保护套管，不锈钢分流器的轴向一端共中心轴连接有高温超导段热端接头，不锈钢分流器的轴向另一端共中心轴连接有高温超导段冷端接头，所述高温超导叠的轴向两端分别与高温超导段热端接头、高温超导段冷端接头连接；
所述中间过渡段包括高导无氧铜板，所述铜引线段中铜引线另一端的铜引线段接头连接在高导无氧铜板的上侧板面前端，所述高温超导段中高温超导段热端接头连接在高导无氧铜板的上侧板面后端，高导无氧铜板的上侧板面位于铜引线段接头、高温超导段热端接头之间还压接有环氧绝缘板；
所述低温超导段包括多芯铜软线，以及与多芯铜软线呈并联的多根低温超导线，多芯铜软线一端通过低温超导段热端接头与高温超导段中的高温超导段冷端接头连接，多芯铜软线另一端通过低温超导段冷端接头连接有低温绝缘电极，多根低温超导线相同方向一端分别与高温超导段中的高温超导段冷端接头连接，多根低温超导线相同方向另一端分别被低温超导段冷端接头压接在低温绝缘电极上。
所述的一种液氮传导冷却型高温超导电流引线结构，其特征在于：还包括有中间冷却单元，中间冷却单元由液氮储槽构成，所述中间过渡段中高导无氧铜板下侧板面置于液氮储槽顶部，且液氮储槽顶部与高导无氧铜板之间从下至上依次叠置有多层叠片。
所述的一种液氮传导冷却型高温超导电流引线结构，其特征在于：所述叠片有三层，从下至上依次为铟片、氧化铝垫片、铟片。
所述的一种液氮传导冷却型高温超导电流引线结构，其特征在于：所述液氮储槽为六面体结构。
所述的一种液氮传导冷却型高温超导电流引线结构，其特征在于：所述铜引线段接头、高温超导段热端接头采用锡焊加螺栓压紧的方式分别连接在高导无氧铜板的上侧板面前、后端。
所述的一种液氮传导冷却型高温超导电流引线结构，其特征在于：所述高温超导段中，高温超导叠由多层多层Bi-2223/AgAu超导带真空焊接而成。
本发明的设计结合了金属部分的材料，结构，接触电阻，高温超导材料性能等要素之间耦合关联的特性，使得结构模块化，工艺简单且安装方便；高温超导段热端和冷端分别采用液氮和液氦进行传导冷却，且每个液氮储槽可以同时传导冷却六根电流引线，这样在有效的降低了液氦端热负荷的同时，系统运行成本低，高温超导热端温度可以稳定控制，用户安装和运行维护也非常方便。
附图说明
图1为电流引线结构示意图。
图2为电流引线高温超导叠结构安装固定图。
图3为电流引线中间过渡段结构安装固定图。
图4为电流引线液氮储罐结构示意图。
图5为电流引线低温超导段结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种液氮传导冷却型高温超导电流引线结构，包括依次沿直线设置的室温段1、铜引线段2、中间过渡段3、高温超导段4、低温超导段5，其中：
如图1所示，室温段1由室温端绝缘电极8和连接在室温端绝缘电极8前端的室温铜接头7构成，此举可起真空密封和电绝缘的作用。
如图1所示，铜引线段2由螺旋状的铜引线和连接在铜引线两端的铜引线段接头9构成，此举可起美观、节约空间并增大空间应力和热收缩补偿的作用，铜引线其中一端的铜引线段接头与室温端绝缘电极8后端连接。
如图1、图2所示，高温超导段4包括管状的不锈钢分流器15、共中心轴设置在不锈钢分流器15内的高温超导叠14、共中心轴套在不锈钢分流器15外的环氧绝缘保护套管16，此举的目的是承载和保护高温超导叠，并能够在失超情况下起到分流电流和延缓温升的作用，保证高温超导段的安全运行。不锈钢分流器15的轴向一端共中心轴连接有高温超导段热端接头10，不锈钢分流器15的轴向另一端共中心轴连接有高温超导段冷端接头19，高温超导叠4的轴向两端分别与高温超导段热端接头10、高温超导段冷端接头19连接。
如图1、图3所示，中间过渡段3包括高导无氧铜板11，铜引线段2中铜引线另一端的铜引线段接头9连接在高导无氧铜板11的上侧板面前端，高温超导段4中高温超导段热端接头10连接在高导无氧铜板11的上侧板面后端，高导无氧铜板11的上侧板面位于铜引线段接头9、高温超导段热端接头10之间还压接有环氧绝缘板12；此举不仅可以安装牢固、增加绝缘，而且可以减小接触电阻，降低焦耳热。
如图1、图5所示，低温超导段5包括多芯铜软线17，以及与多芯铜软线17呈并联的多根低温超导线18，多芯铜软线17一端通过低温超导段热端接头20与高温超导段4中的高温超导段冷端接头19连接，多芯铜软线17另一端通过低温超导段冷端接头21连接有低温绝缘电极22，多根低温超导线18相同方向一端分别与高温超导段4中的高温超导段冷端接头19连接，多根低温超导线18相同方向另一端分别被低温超导段冷端接头21压接在低温绝缘电极22上。此举的目的是兼顾零电阻、导冷、分流、方便安装、空间应力和热收缩补偿。
如图1、图4所示，还包括有中间冷却单元6，中间冷却单元6由液氮储槽23构成，中间过渡段3中高导无氧铜板11下侧板面置于液氮储槽23顶部，且液氮储槽23顶部与高导无氧铜板11之间从下至上依次叠置有多层叠片13。叠片13有三层，从下至上按铟片-氮化铝垫片-铟片的叠加顺序依次叠置。液氮储槽23为六面体结构，可同时冷却六根电流引线。此举不仅提升冷却单元的利用率、结构紧凑、减少用户的连接接口，还导热良好，并且电绝缘。
铜引线段接头9、高温超导段热端接头10采用锡焊加螺栓压紧的方式分别连接在高导无氧铜板11的上侧板面前、后端。
高温超导段4中，高温超导叠14由多层多层Bi-2223/AgAu超导带真空焊接而成。
本发明已成功应用到一百多根百安级高温超导电流引线中，实验结果表明，中间过渡段温度～78K，高温超导热端温度77K；电流引线载流能力>1.5倍额定电流。

Claims (6)

1.一种液氮传导冷却型高温超导电流引线结构，其特征在于：包括依次沿直线设置的室温段、铜引线段、中间过渡段、高温超导段、低温超导段，其中：
所述室温段由室温端绝缘电极和连接在室温端绝缘电极前端的室温铜接头构成；
所述铜引线段由螺旋状的铜引线和连接在铜引线两端的铜引线段接头构成，铜引线其中一端的铜引线段接头与室温端绝缘电极后端连接；
所述高温超导段包括管状的不锈钢分流器、共中心轴设置在不锈钢分流器内的高温超导叠、共中心轴套在不锈钢分流器外的环氧绝缘保护套管，不锈钢分流器的轴向一端共中心轴连接有高温超导段热端接头，不锈钢分流器的轴向另一端共中心轴连接有高温超导段冷端接头，所述高温超导叠的轴向两端分别与高温超导段热端接头、高温超导段冷端接头连接；
所述中间过渡段包括高导无氧铜板，所述铜引线段中铜引线另一端的铜引线段接头连接在高导无氧铜板的上侧板面前端，所述高温超导段中高温超导段热端接头连接在高导无氧铜板的上侧板面后端，高导无氧铜板的上侧板面位于铜引线段接头、高温超导段热端接头之间还压接有环氧绝缘板；
所述低温超导段包括多芯铜软线，以及与多芯铜软线呈并联的多根低温超导线，多芯铜软线一端通过低温超导段热端接头与高温超导段中的高温超导段冷端接头连接，多芯铜软线另一端通过低温超导段冷端接头连接有低温绝缘电极，多根低温超导线相同方向一端分别与高温超导段中的高温超导段冷端接头连接，多根低温超导线相同方向另一端分别被低温超导段冷端接头压接在低温绝缘电极上。
2.根据权利要求1所述的一种液氮传导冷却型高温超导电流引线结构，其特征在于：还包括有中间冷却单元，中间冷却单元由液氮储槽构成，所述中间过渡段中高导无氧铜板下侧板面置于液氮储槽顶部，且液氮储槽顶部与高导无氧铜板之间从下至上依次叠置有多层叠片。
3.根据权利要求2所述的一种液氮传导冷却型高温超导电流引线结构，其特征在于：所述叠片有三层，从下至上依次为铟片、氧化铝垫片、铟片。
4.根据权利要求2所述的一种液氮传导冷却型高温超导电流引线结构，其特征在于：所述液氮储槽为六面体结构。
5.根据权利要求1所述的一种液氮传导冷却型高温超导电流引线结构，其特征在于：所述铜引线段接头、高温超导段热端接头采用锡焊加螺栓压紧的方式分别连接在高导无氧铜板的上侧板面前、后端。
6.根据权利要求1所述的一种液氮传导冷却型高温超导电流引线结构，其特征在于：所述高温超导段中，高温超导叠由多层多层Bi-2223/AgAu超导带真空焊接而成。
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