CN110323325A - 一种低漏热珀尔帖电流引线装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种低漏热珀尔帖电流引线装置,包括:置于引线装置的常温端的热电元件段和金属引线段;所述热电元件段包括若干个均匀分布的珀尔帖单元,所述若干个珀尔帖单元在同一圆周上依次并联;所述珀尔帖单元由碲化铋和铜连接块焊接形成;所述金属引线段连接所述热电元件段和超导装置。本申请中提供的一种低漏热珀尔帖电流引线装置,通过在现有的铜引线插入由热电材料碲化铋形成的电流引线,能够在电流引线通过电流时将电流引线低温端的热量传递到室温端,且由于碲化铋材料的热导率仅为铜材料的0.4%,在没有电流通过时,同样能够减少电流引线造成的漏热,因此该装置在有无电流时都能够减少电流引线的漏热。
Description
技术领域
本申请属于超导直流装置中的电流引线应用技术领域,尤其涉及一种低漏热珀尔帖电流引线装置。
背景技术
随着国家经济的快速发展,人们对电力的需求也在不断的增加,人们对电力系统的安全性、经济性以及电能的质量提出了越来越高的要求,超导技术的应用能够克服常规电力技术所固有的缺陷,越来越多的超导装置在电力系统中得到应用,作为连接超导装置和电源引线横跨温区较大,是超导装置的主要漏热源,因此减少由于电流引线导致超导低温系统的漏热对低温系统的稳定运行和运行效率至关重要。
发明内容
有鉴于此,本申请提供了一种低漏热珀尔帖电流引线装置,通过在现有的铜引线插入由热电材料碲化铋形成的电流引线,能够在电流引线通过电流时将电流引线低温端的热量传递到室温端,且由于碲化铋材料的热导率仅为铜材料的0.4%,在没有电流通过时,同样能够减少电流引线造成的漏热,因此该装置在有无电流时都能够减少电流引线的漏热。
本申请提供了一种低漏热珀尔帖电流引线装置,包括:置于引线装置的常温端的热电元件段和金属引线段;
所述热电元件段包括若干个均匀分布的珀尔帖单元,所述若干个珀尔帖单元在同一圆周上依次并联;
所述珀尔帖单元由碲化铋和铜连接块焊接形成;
所述金属引线段连接所述热电元件段和超导装置。
优选地,所述珀尔帖单元的数量具体为12。
优选地,所述若干个珀尔帖单元并联在铜底座上,所述若干个珀尔帖单元均与所述铜底座焊接。
优选地,所述若干个珀尔帖单元与所述铜底座的焊接材料均为锡。
优选地,所述金属引线段的材料具体为RRR=100的无氧铜。
优选地,所述珀尔帖单元采用铟作为焊接材料。
优选地,还包括铝板,所述铝板尺寸和所述铜底座相同,与所述若干个珀尔帖单元固定连接。
优选地,还包括若干个绝缘柱,所述若干个绝缘柱均匀分布在所述铝板上,用于固定所述铝板和所述铜底座。
综上所述,本申请提供了一种低漏热珀尔帖电流引线装置,包括:置于引线装置的常温端的热电元件段和金属引线段;所述热电元件段包括若干个均匀分布的珀尔帖单元,所述若干个珀尔帖单元在同一圆周上依次并联;所述珀尔帖单元由碲化铋和铜连接块焊接形成;所述金属引线段连接所述热电元件段和超导装置。
本申请中提供的一种低漏热珀尔帖电流引线装置,通过在现有的铜引线插入由热电材料碲化铋形成的电流引线,能够在电流引线通过电流时将电流引线低温端的热量传递到室温端,且由于碲化铋材料的热导率仅为铜材料的0.4%,在没有电流通过时,同样能够减少电流引线造成的漏热,因此该装置在有无电流时都能够减少电流引线的漏热。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种低漏热珀尔帖电流引线装置的结构示意图;
图2为本申请实施例提供的一种低漏热珀尔帖电流引线装置的珀尔帖单元的结构示意图;
图3为本申请实施例提供的一种低漏热珀尔帖电流引线装置的单个珀尔帖单元的结构示意图;
其中,附图标记如下:
1、珀尔帖单元;2、绝缘柱;3、铝板;4、铜底座;11、铜连接块;12:碲化铋。
具体实施方式
本申请中提供了一种低漏热珀尔帖电流引线装置,通过在现有的铜引线插入由热电材料碲化铋形成的电流引线,能够在电流引线通过电流时将电流引线低温端的热量传递到室温端,且由于碲化铋材料的热导率仅为铜材料的0.4%,在没有电流通过时,同样能够减少电流引线造成的漏热,因此该装置在有无电流时都能够减少电流引线的漏热。
下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例,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,都属于本申请实施例保护的范围。
在本申请实施例的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请实施例的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
近几年来,对于连接超导装置和电源的电流引线的优化工作一直在进行,应用于超导直流装置的珀尔帖电流引线可以有效地减少电流引线的漏热,珀尔帖电流引线是在传统铜电流引线的室温端插入热电材料碲化铋形成的一种电流引线。由于珀尔帖电流引线热泵作用,珀尔帖电流引线在通过电流时可以将电流引线低温端的热量抽到室温端。由于热电材料碲化铋具有较低的热导率,仅为铜材料的0.4%,在没有电流流过时,由于其具有较低的热导率同样可以有效地减少电流引线造成的漏热。
参见图1-图3,图1为本申请实施例提供的一种低漏热珀尔帖电流引线装置的结构示意图;图2为本申请实施例提供的一种低漏热珀尔帖电流引线装置的珀尔帖单元的结构示意图;图3为本申请实施例提供的一种低漏热珀尔帖电流引线装置的单个珀尔帖单元的结构示意图;
本申请提供了一种低漏热珀尔帖电流引线装置,包括:置于引线装置的常温端的热电元件段和金属引线段;
热电元件段包括若干个均匀分布的珀尔帖单元1,若干个珀尔帖单元1在同一圆周上依次并联;
珀尔帖单元1由碲化铋12和铜连接块11焊接形成;
金属引线段连接热电元件段和超导装置。
需要说明的是,本申请实施例提供的一种低漏热珀尔帖电流引线装置,是基于应用于超导直流装置的一种具有大载流能力的低漏热珀尔帖电流引线结构,以铜连接块11和热电材料碲化铋12焊接在一起形成的珀尔帖单元1为基础,将多个珀尔帖均匀分布并联在一起形成的电流引线,不仅可以有效的减少电流引线的漏热值,而且可以提高电流引线的载流密度,适用于大载流超导装置。低漏热珀尔帖电流引线装置由热电元件段和金属引线段组成,热电元件段为若干个结构相同的珀尔帖单元1在同一个圆周上并联组成,所有珀尔帖单元1与铜底座4之间采用金属锡来焊接。具体的珀尔帖单元1的制作方法为:确定珀尔帖电流引线中热电材料碲化铋12的最优长度和横截面的比值,选择热电材料碲化铋12的安全载流密度和合适的尺寸,根据珀尔帖电流引线的电流设计值,选择合适尺寸的铜连接块11与热电材料碲化铋12焊接在一起形成珀尔帖单元1。
珀尔帖单元1的低漏热体现在由于热电材料碲化铋12具有较低的热导率,其热导率仅为铜的0.4%,能够起到热绝缘的作用,同时n型和p型碲化铋12在通直流电流时形成一对热电偶,具有热泵的作用,可以将低温端的热量抽到室温端,从而有效地减少电流引线的漏热。
具体珀尔帖电流引线中的热流详见图1,该图表明了低漏热珀尔帖电流引线装置中各引线段优化设计的基本原理:低漏热珀尔帖电流引线装置中主要包括热电元件段和铜引线段。以最小漏电目标对单个低漏热珀尔帖电流引线装置进行优化设计。下标H、I和J分别代表为室温端、热电元件和金属引线接触面和铜引线低温段。热电元件段和铜引线段接触面T1是一个变量,影响着铜引线低温端的漏热值。
则流过珀尔帖电流引线的热量Q和电流I如下公式:
其中,α,ρ和k分别为电流引线材料的Seebeck系数,电阻率和热导率。A为横截面面积,V为电动势。α前面的符号,对于n型的热电元件取“+”,对于p型的热电元件取“-”。
本申请实施例仅考虑n型的热电材料,热电材料的参数α与温度无关。如图1所示,对于微小单元,一维能量平衡方程为:
dQ+IdV=0 (3)
联立公式则可以得到:
联立公式消去dx,可以得到:
(Q+αIT)d(Q+αIT)=-ρkI2dT (5)
得到上述公式分别对组成低漏热珀尔帖电流引线装置的热电元件段和铜引线段进行优化设计,得到单个引线段最优几何参数和最优接触面温度TI使得珀尔帖电流引线的漏热值最小。
进一步地,珀尔帖单元1的数量具体为12。
需要说明的是,具体的本申请实施例中的珀尔帖单元1的数量为12,珀尔帖单元1的具体数目可以根据实际进行增减。这12个珀尔帖单元1每两个珀尔帖单元1之间都是并联,环绕并固定在铜底座4上。
进一步地,若干个珀尔帖单元1并联在铜底座4上,若干个珀尔帖单元1均与铜底座4焊接。
需要说明的是,所有的珀尔帖单元1均与铜底座4焊接。
进一步地,若干个珀尔帖单元1与铜底座4的焊接材料均为锡。
需要说明的是,所有的珀尔帖单元1均通过锡材料与铜底座4焊接。
进一步地,金属引线段的材料具体为RRR=100的无氧铜。
需要说明的是,金属引线段采用RRR=100的无氧铜。
进一步地,珀尔帖单元1采用铟作为焊接材料。
需要说明的是,每个珀尔帖单元1采用金属铟作为焊接材料,将铜连接块11和热电材料碲化铋12焊接在一起。参见图3,可见珀尔帖单元1是由铜连接块11和热电材料碲化铋12经金属铟焊接在一起构成。
进一步地,还包括铝板3,铝板3尺寸和铜底座4相同,与若干个珀尔帖单元1固定连接。
需要说明的是,本申请实施例提供的一种低漏热珀尔帖电流引线装置,还设有用于固定所有珀尔帖单元1的铝板3,该铝板3的尺寸与圆铜底座4一样,且位于该圆铜底座4的上方,所有珀尔帖单元1都贯穿该铝板3。
进一步地,还包括若干个绝缘柱2,若干个绝缘柱2均匀分布在铝板3上,用于固定铝板3和铜底座4。
需要说明的是,铝板3上还均匀分布有绝缘柱2,绝缘柱2用于固定铝板3与铜底座4。图2为本申请实施例提供的一种低漏热珀尔帖电流引线装置的珀尔帖单元1的结构示意图,低漏热珀尔帖电流引线装置是由热电元件段和铜引线段组成。其中热电元件段是由12珀尔帖单元1在同一个圆周上并联而成,这12个珀尔帖单元1通过金属焊锡焊接在铜底座4上,同时绝缘柱2和铝板3用来对珀尔帖器件进行加固,增强珀尔帖器件轴向的机械强度。珀尔帖器件是由铜连接块11和热电材料碲化铋12通过铟焊接在一起,轴向会比较脆弱,因此需要加强轴向的强度。多个珀尔帖单元1并联在一起,提高了电流引线的载流密度,由于热电材料碲化铋12的低电阻和热泵的特性,在有电流通过电流引线时由于热泵作用将低温端的热量抽到室温端以减少电流引线的漏热值,所以能够提高载流密度以及有效的减少漏热值。
以上所述,以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种低漏热珀尔帖电流引线装置,其特征在于,包括:置于引线装置的常温端的热电元件段和金属引线段;
所述热电元件段包括若干个均匀分布的珀尔帖单元,所述若干个珀尔帖单元在同一圆周上依次并联;
所述珀尔帖单元由碲化铋和铜连接块焊接形成;
所述金属引线段连接所述热电元件段和超导装置。
2.根据权利要求1所述的低漏热珀尔帖电流引线装置,其特征在于,所述珀尔帖单元的数量具体为12。
3.根据权利要求1所述的低漏热珀尔帖电流引线装置,其特征在于,所述若干个珀尔帖单元并联在铜底座上,所述若干个珀尔帖单元均与所述铜底座焊接。
4.根据权利要求3所述的低漏热珀尔帖电流引线装置,其特征在于,所述若干个珀尔帖单元与所述铜底座的焊接材料均为锡。
5.根据权利要求1所述的低漏热珀尔帖电流引线装置,其特征在于,所述金属引线段的材料具体为RRR=100的无氧铜。
6.根据权利要求1所述的低漏热珀尔帖电流引线装置,其特征在于,所述珀尔帖单元采用铟作为焊接材料。
7.根据权利要求3所述的低漏热珀尔帖电流引线装置,其特征在于,还包括铝板,所述铝板尺寸和所述铜底座相同,与所述若干个珀尔帖单元固定连接。
8.根据权利要求1所述的低漏热珀尔帖电流引线装置,其特征在于,还包括若干个绝缘柱,所述若干个绝缘柱均匀分布在所述铝板上,用于固定所述铝板和所述铜底座。
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