CN111403102A - 一种具有高散热效率的超导导体支架 - Google Patents

一种具有高散热效率的超导导体支架 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有高散热效率的超导导体支架，包括总体支撑架和层间支撑体，所述总体支撑架包括若干层由金属材料制成的具有一定厚度的圆筒壁，在每一层圆筒壁上均开设有圆周对称的超导导体通道；总体支撑架的中心中空处为中心冷却通道；所述层间支撑体由金属材料制成，位于相邻的两层圆筒壁之间，用于支撑圆筒壁，使相邻的两层圆筒壁之间留有一定的空间，总体支撑架的相邻的两层圆筒壁与层间支撑体形成若干个层间冷却通道。本发明将超导导体支架做成扭绞式的架构，层与层之间均留有液氮通道，可以大大提高扭绞超导导体的换热效率，并且可减小超导导体周围垂直场对超导导体性能的影响。

Description

一种具有高散热效率的超导导体支架
技术领域
本发明涉及一种新型超导电缆支架，特别是涉及一种具有高散热效率的超导导体支架。
背景技术
高温超导电缆相对于常规电缆，具有载流能力高、传输损耗小等优势，在大规模电力传输方面，具有发展潜力。传输容量大、载流能力高的超导电缆具有良好的应用前景。
由于单根导体载流能力有限，应用多根导体扭绞结构能提高电流密度。因此，使用多根导体扭绞结构构建超导电缆通电导体成为重要的发展趋势。但常规超导导体支架一般只是在支架中心留有一个液氮通道，外层超导导体距离液氮通道距离相对较远，存在冷却速度慢、效率低，电缆发热时无法及时散热的问题；如果将超导导体支架做成扭绞式的架构，层与层之间均留有液氮通道，便可以大大提高扭绞超导导体的换热效率。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种可提高超导导体换热效率的扭绞式具有高散热效率的新型超导导体结构，支架内导体通道可放置的超导导体包含但不限于超导带、超导电缆，可以是任何超导通电导体。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种具有高散热效率的超导导体支架，包括总体支撑架4和层间支撑体2，所述总体支撑架4包括若干层由金属材料制成的具有一定厚度的圆筒壁，在每一层圆筒壁上均开设有沿圆周对称的超导导体通道3；总体支撑架4的中心中空处为中心冷却通道5；所述层间支撑体2由金属材料制成，位于相邻的两层圆筒壁之间，用于支撑圆筒壁，使相邻的两层圆筒壁之间留有一定的空间，总体支撑架4的相邻的两层圆筒壁与层间支撑体2形成若干个层间冷却通道6。
所述总体支撑架4的材料包括但不限于铜或铝。
所述圆筒壁的层数大于等于2层。
每层圆筒壁上开设的超导导体通道3的数目大于等于三个。
每层圆筒壁上的超导导体通道3均有0-90度的扭绞角度，同一层圆筒壁上的超导导体通道3的扭绞方向和扭绞角度相同，且相邻两层圆筒壁上的超导导体通道3的扭绞方式为反方向对称。
所述层间支撑体2的材料包括但不限于铜或铝。
所述具有高散热效率的超导导体支架还包括绝缘层7，绝缘层7采用低温下具有良好绝缘性能且机械性能良好的绝缘纸绕制而成，绝缘层7绕置于总体支撑架4的外壁上。所述绝缘纸包含但不限于PPLP绝缘纸。
所述具有高散热效率的超导导体支架还包括屏蔽层8，屏蔽层8绕置于绝缘层7的外壁上，单端或者两端接地，形成“法拉第笼”，屏蔽超导导体对外的电场。所述屏蔽层8的材料包括但不限于铜或超导材料。
所述具有高散热效率的超导导体支架还包括保护外壳9，保护外壳9封装在所述超导导体支架的最外层，所述保护外壳9的材料包括但不限于铜或铝。
本发明的有益效果：本发明将超导导体支架做成扭绞式的架构，层与层之间均留有液氮通道，可以大大提高扭绞超导导体的换热效率，支架中超导导体的通道已经扭绞完毕，使用时仅需将超导导体从超导导体支架的端部插入即可，省却了对超导导体的单独绕制过程。超导导体通道总体呈中心轴对称分布，改变电缆方向受磁场与电场影响小，且相邻的层中超导导体通道的扭绞方向是反方向对称的，可使整个导体的主要磁场方向平行于超导导体表面，减小超导导体周围垂直场对超导导体性能的影响。
附图说明
本发明有如下附图：
图1为具有高散热效率的超导导体支架结构示意图；
图2为具有高散热效率的超导导体支架横截面示意图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1、2所示，一种具有高散热效率的超导导体支架，包括总体支撑架4和层间支撑体2，所述总体支撑架4包括若干层由金属材料制成的具有一定厚度的圆筒壁，在每一层圆筒壁上均开设有沿圆周对称的超导导体通道3；总体支撑架4的中心中空处为中心冷却通道5；所述层间支撑体2由金属材料制成，位于相邻的两层圆筒壁之间，用于支撑圆筒壁，使相邻的两层圆筒壁之间留有一定的空间，总体支撑架4的相邻的两层圆筒壁与层间支撑体2形成若干个层间冷却通道6。
所述总体支撑架4包括若干由高强度的金属材料制成的具有一定厚度的圆筒壁，圆筒壁可以有多层，在圆筒壁上开设有圆周对称的超导导体通道3，同一层圆筒壁上的超导导体形成一个超导层，圆筒壁的数目包含但不限于图中的4层，可以根据绕制导体需要的层数具体确定。所述总体支撑架4的材料包括但不限于铜或铝。
所述中心冷却通道5位于总体支撑架4的中心，使用时直接通入液氮即可，主要用来冷却最内层的超导导体。
所述层间冷却通道6位于总体支撑架4的层与层之间，使用时直接通入液氮，主要用来冷却与其相邻的两层超导导体。
所述超导导体通道3开设在总体支撑架4的圆筒壁上，每层圆筒壁上开设的超导导体通道3的数目包含但不限于图中的三个，可根据实际情况而定，在同一圆筒壁上的超导导体组成一个超导导体层，同一个超导导体层上的超导导体的扭绞方向相同。
超导导体可由支架端部直接插入超导导体通道3，超导导体通道3均有一定的扭绞角度，且相邻两层的超导导体通道的扭绞方式为反方向对称，超导导体在插入超导导体通道的同时即完成了扭绞。扭绞角度可以根据需要在0-90度范围内设置
所述层间支撑体2由高强度的金属材料制成，位于相邻的两层圆筒壁之间，用于支撑圆筒壁，使相邻的两层圆筒壁之间均留有一定的距离来形成层间冷却通道。所述层间支撑体2的材料包括但不限于铜或铝。
所述具有高散热效率的超导导体支架还包括绝缘层7，绝缘层7采用低温下具有良好绝缘性能且机械性能良好的绝缘纸绕制而成，绝缘层7绕置于总体支撑架4的外壁上。所述绝缘纸包含但不限于PPLP绝缘纸。
所述具有高散热效率的超导导体支架还包括屏蔽层8，屏蔽层8绕置于绝缘层7的外壁上，单端或者两端接地，形成“法拉第笼”，屏蔽超导导体对外的电场。所述屏蔽层8的材料包括但不限于铜或超导材料。
所述具有高散热效率的超导导体支架还包括保护外壳9，保护外壳9封装在所述超导导体支架的最外层，用于保护通电导体。所述保护外壳9的材料包括但不限于铜或铝。
图1为具有高散热效率的超导导体支架的结构示意图，具有高散热效率的超导导体支架由总体支撑架4通过层间支撑体2固定形成，总体支撑架4上开设有超导导体通道3，超导导体通道3均有一定的扭绞角度，如图1中1处所示，扭绞角度可以根据所绕制导体的需求具体确定。总体支撑架4的中心有中心冷却通道5，总体支撑架4的相邻的层之间有层间冷却通道。使用前先将超导导体通过超导导体通道从超导导体支架的端部插入超导导体支架中，然后同时向中心冷却通道和层间冷却通道通入液氮进行冷却，这种直接往带有扭绞角度的超导导体通道中插入超导导体的方式省却了对超导导体的单独绕制过程，并且多层冷却通道的方式可以大大提高超导导体的换热效率。
图2为具有高散热效率的超导导体的横截面示意图,超导导体通道总体呈中心轴对称分布，外界电场或磁场对电缆的影响程度不随电缆方向的改变而发生变化。改变电缆方向受磁场与电场影响小，并且相邻的层中超导导体通道的扭绞方向相反，可使电缆周围的主要磁场平行于超导导体表面，可减小垂直场对超导导体性能的影响。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种具有高散热效率的超导导体支架，其特征在于，包括：总体支撑架(4)和层间支撑体(2)，所述总体支撑架(4)包括若干层由金属材料制成的具有一定厚度的圆筒壁，在每一层圆筒壁上均开设有沿圆周对称的超导导体通道(3)；总体支撑架(4)的中心中空处为中心冷却通道(5)；所述层间支撑体(2)由金属材料制成，位于相邻的两层圆筒壁之间，用于支撑圆筒壁，使相邻的两层圆筒壁之间留有一定的空间，总体支撑架(4)的相邻的两层圆筒壁与层间支撑体(2)之间形成若干个层间冷却通道(6)。
2.如权利要求1所述的具有高散热效率的超导导体支架，其特征在于：所述总体支撑架(4)的材料为铜或铝。
3.如权利要求1所述的具有高散热效率的超导导体支架，其特征在于：所述圆筒壁的层数大于等于2层。
4.如权利要求1所述的具有高散热效率的超导导体支架，其特征在于：每层圆筒壁上开设的超导导体通道(3)的数目大于等于三个。
5.如权利要求1所述的具有高散热效率的超导导体支架，其特征在于：每层圆筒壁上的超导导体通道(3)均有0-90度的扭绞角度，同一层圆筒壁上的超导导体通道(3)的扭绞方向和扭绞角度相同，且相邻两层圆筒壁上的超导导体通道(3)的扭绞方式为反方向对称。
6.如权利要求1所述的具有高散热效率的超导导体支架，其特征在于：所述层间支撑体(2)的材料为铜或铝。
7.如权利要求1所述的具有高散热效率的超导导体支架，其特征在于：所述具有高散热效率的超导导体支架还包括绝缘层(7)，绝缘层(7)采用绝缘纸绕制而成，绝缘层(7)绕置于总体支撑架(4)的外壁上。
8.如权利要求7所述的具有高散热效率的超导导体支架，其特征在于：所述绝缘纸为PPLP绝缘纸。
9.如权利要求1所述的具有高散热效率的超导导体支架，其特征在于：所述具有高散热效率的超导导体支架还包括屏蔽层(8)，屏蔽层(8)绕置于绝缘层(7)的外壁上，单端或者两端接地，形成“法拉第笼”，所述屏蔽层(8)的材料为铜或超导材料。
10.如权利要求1-9任一权利要求所述的具有高散热效率的超导导体支架，其特征在于：所述具有高散热效率的超导导体支架还包括保护外壳(9)，保护外壳(9)封装在所述超导导体支架的最外层，所述保护外壳(9)的材料为铜或铝。
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