CN116386951A - 一种紧凑型高稳定性准各向同性高温超导管内导体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于超导电工技术领域的一种管内电缆导体。该导体由REBCO高温超导股线、冷却通道、金属圆环、金属护套以及填充材料组成；其中REBCO高温超导股线围绕冷却通道，与冷却通道平行且紧密接触，相邻超导股线接触，每隔相同距离，有金属圆环固定REBCO高温超导股线和冷却通道，最外侧用金属护套铠装,REBCO高温超导股线与金属护套、冷却通道的间隙用填充材料填充。本发明提出的金属圆环结构不仅能固定、支撑高温超导股线和冷却通道，还能提高管内电缆导体的热稳定性，拓展了高温超导股线在核聚变大型超导磁体线圈等高能物理装置中的应用。
Description
技术领域
本发明属于超导电工技术领域，特别涉及一种紧凑型高稳定性准各向同性高温超导管内导体。
背景技术
第二代高温超导带材由于高临界电流密度、优越的机械性能和电磁性能，在高温低场的电力传输和低温高场的磁体应用方面具有广阔前景。高温超导导体在低场电力传输应用中，需要几千安培甚至上万安培的运行电流，管内电缆导体具有传输电流大、应用范围广等优点。本发明涉及一种紧凑型高稳定性准各向同性高温超导管内导体，具有临界电流准各向同性、工程电流密度高、电流密度均匀、稳定性高等优点，适合于低温大型高场磁体和液氮温区大电流传输应用领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种紧凑型高稳定性准各向同性高温超导管内导体。所述管内电缆导体横截面为圆形，由REBCO高温超导股线9、冷却通道5、金属圆环7、金属护套8和填充物6组成；多根REBCO高温超导股线9与冷却通道5平行且接触，相邻超导股线紧密接触。在REBCO高温超导股线9外侧每隔相同距离有金属圆环结构7包裹，在安装金属圆环结构7的REBCO高温超导股线9的外围加装圆柱形金属护套8，高温超导股线9与金属护套8之间的间隙，以及高温超导股线9与冷却通道5之间的空隙均由填充物6填充。冷却通道5内部中空部分为冷却介质的流通通道。
其中所述REBCO高温超导股线9横截面为圆形，由REBCO超导线芯1、金属箔2、金属填充物3和金属护套4组成。
其中，所述冷却通道5的截面为中空圆环，其外径尺寸与REBCO高温超导股线外径尺寸相同，冷却通道5的材质可以为铜、铝或不锈钢。
所述冷却通道5内部空隙是冷却介质流通的通道，冷却介质为液氮、液氦、液氖、液氢或氦气。
所述金属圆环7内壁与REBCO高温超导股线9外侧紧密接触，金属圆环7外壁与金属护套8内壁紧密接触。
所述金属护套8外表面为圆环结构，由两个相同的半圆护套焊接而成，中间掏空部分的尺寸形状与金属圆环7的外径尺寸相同，金属护套8的制作材料可以选用铜、铝或不锈钢。
REBCO高温超导股线9与金属护套8内壁的间隙，以及REBCO高温超导股线9与冷却通道5的间隙用填充材料6填充，填充材料为氮化铝、环氧树脂或铜丝。
本发明的有益效果为：实用长度管内电缆导体实现的生产应用，难点之一在于出现热点时如何提高导体的稳定性。金属圆环结构的提出可以提高实用长度管内电缆导体的稳定性，进而提高由管内电缆导体绕制成的大型超导磁体的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实例中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见的，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例中紧凑型高稳定性准各向同性高温超导管内导体的结构示意图；
图2为本发明实施例中紧凑型高稳定性准各向同性高温超导管内导体截面图；
图3本发明实施例中金属护套内部导体的结构示意图；
图4为金属护套内部去掉填充物后导体的结构示意图；
图5-1为金属圆环的结构示意图；图5-2为金属圆环的截面图；
图6为单根REBCO准各向同性高温超导股线的截面图；
图7为单根REBCOHTSCroCo高温超导股线的截面图；
图8为单根REBCO简单堆叠高温超导股线的截面图；
具体实施方式
本发明提供了一种紧凑型高稳定性准各向同性高温超导管内导体，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。
本发明的目的是提供一种紧凑型高稳定性准各向同性高温超导管内导体，具有热稳定良好的优点。
为使本发明的上述目的、特征和优点等能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例管内电缆导体的结构示意图；图2为本发明实施例管内电缆导体的截面图。如图1-2所示，一种紧凑型高稳定性准各向同性高温超导管内导体，包括：金属护套8、金属圆环7、填充物6、冷却通道5和多根超导股线9。超导股线9横截面的形状为圆形，冷却通道5截面为中空圆环，各超导股线9围绕冷却通道5，与冷却通道5平行且与紧密排列，各超导股线9相互接触。图4为本发明实施例各超导股线、冷却通道外安装金属圆环的结构示意图，如图4所示，在排列好的各超导股线9和冷却通道5外侧每隔相同距离安装金属圆环结构7，金属圆环7内壁与各超导股线9外侧紧密接触。金属护套8的截面为圆环，金属护套8由两个相同的半护套焊接而成，在焊接处形成如图2所示的焊缝10，中间掏空部分的尺寸与金属圆环7的外径尺寸相同。金属护套8的制作材料可选用铜、铝或不锈钢。图3为本发明实施例管内电缆导体金属护套8内部结构示意图，如图3所示，各超导股线9与金属护套8内壁之间的空隙，以及各超导股线9与不锈钢冷却通道外壁之间的空隙均用填充物6填充，填充物的制作材料可选用氮化铝、环氧树脂或铜丝。图5为本发明实施例管内电缆导体内部金属圆环结构示意图，金属圆环7由两个相同的半护套焊接而成，焊接处形成图5-2所示的焊缝11，金属圆环7的制作材料可选用铜、铝或不锈钢。冷却通道5内部空隙为冷却介质的流通通道，冷却通道5的制作材料可选用铜、铝或不锈钢。图6为本发明实施例单根超导股线9的截面图，超导股线2的横截面为圆形，包括超导线芯1、金属箔2、金属填充3和金属护套4，超导线芯截面为正方形，由四个相同的小正方形截面的二级超导线芯组成，四个二级超导线芯按中心对称方式分布，其中左上方和右下方的二级超导线芯为竖直排列结构，左下方和右上方的二级超导线芯为水平排列结构。金属箔2缠绕在超导线芯外侧，用于固定超导线芯1，金属箔2的制作材料可选用铜、铝或不锈钢，金属护套3由两个相同的半护套焊接而成，在焊接处形成如图6所示焊缝12。将金属填充3加工成圆弧形状，再用锉刀将金属填充3四周打磨光滑。将打磨好的金属填充3放到超导线芯1周围。将超导线芯1和金属填充套入金属护套4，并用金属填充3填充固定，金属填充的制作材料可以为铜、铝或不锈钢。图7为本发明实施例HTSCroCo高温超导股线的截面图，包括超导线芯13、金属填充14和金属护套15，其中超导线芯由不同尺寸的超导带材水平排列组成，金属护套15由两个相同的半护套焊接而成，在焊接处形成如图7所示焊缝19，金属护套的制作材料可以为铜、铝或不锈钢，金属填充的制作材料可以为铜、铝或不锈钢。图8为本发明实施例简单堆叠高温超导股线的截面图，包括超导线芯16、金属填充17和金属护套18，其中超导线芯由超导带材水平排列组成，金属护套18由两个相同的半护套焊接而成，焊接处形成如图8所示焊缝20，金属护套的制作材料可以为铜、铝或不锈钢，金属填充的制作材料可以为铜、铝或不锈钢。
本发明通过多个金属圆环套在多根超导股线外侧，提高了管内电缆导体内部出现热点时的散热效果，降低电流密度，从而提高了实用长度管内电缆导体的稳定性，进而提高了由管内电缆导体绕制成的大型超导磁体的稳定性。
本文中应用了具体准各向同性股线对本发明的原理及实施方式进行了阐述，其中所述REBCO高温超导股线根据REBCO超导带材不同的堆叠方式可以为为准各向同性高温超导股线、简单堆叠高温超导股线和HTSCroCo。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，根据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种紧凑型高稳定性准各向同性高温超导管内导体，其特征在于，所述管内电缆导体是高载流超导导体，横截面为圆形，包括多根REBCO高温超导股线、冷却通道、金属圆环结构和金属护套以及填充材料，其中各超导股线均与冷却通道平行，且与冷却通道紧密接触，相邻两超导股线接触；每隔一段距离，有金属圆环固定超导股线和冷却通道，最外侧用金属护套进行铠装；金属护套与各REBCO高温超导股线的间隙，以及各REBCO高温超导股线与冷却通道的间隙均用填充材料填充，从而组成一种紧凑型高稳定性准各向同性高温超导管内导体。冷却通道5中空部分为冷却介质的流通通道。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型高稳定性准各向同性高温超导管内导体，其特征在于金属圆环，金属圆环的制作材料可以选用铜和铝。
3.根据权利要求1所述的一种紧凑型高稳定性准各向同性高温超导管内导体，其特征在于，冷却通道5的截面为中空圆环，其外径尺寸与REBCO高温超导股线9外径尺寸相同，冷却通道5的材质可以为铜、铝或不锈钢。
4.根据权利要求1所述的一种紧凑型高稳定性准各向同性高温超导管内导体，其特征在于冷却介质,如液氮、液氦、液氖、液氢或氦气。
5.根据权利要求2所述的一种紧凑型高稳定性准各向同性高温超导管内导体，其特征在于金属圆环7内壁与REBCO高温超导股线9紧密接触，金属圆环结构7外壁与金属护套8内壁紧密接触。
6.根据权利要求1所述的一种紧凑型高稳定性准各向同性高温超导管内导体，其特征在于，所述金属护套8外表面为圆环结构，中间掏空部分的尺寸形状与金属圆环结构7的外径尺寸相同，金属护套8的制作材料可以选用铜、铝或不锈钢。
7.根据权利要求3所述的一种紧凑型高稳定性准各向同性高温超导管内导体，其特征在于，所述金属箔2的制作材料可选用铜或铝；
所述金属填充3的制作材料为铜、铝或铝合金。
所述金属护套4的制作材料为铜、铝、铝合金或不锈钢。
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