CN201689992U - 一种组合式高温超导电流引线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种组合式高温超导电流引线，具体涉及一种高温超导电流引线中超导段的组合式安装结构。包括依次连接的室温接头、铜电流引线段、过渡段、超导段和超导接头，其特征在于，所述超导段由散块组合而成。本方案通过散块独立结构的提出和组合式技术的引入，简化了电流引线的制造工艺，易于实现产业化生产，同时也降低了电流引线的使用成本。对不同容量要求的电流引线，可以简化成不同数量的散块组合，电流引线中一旦某个超导段的散块受到损坏时，可以简单的进行替换和修复。

Description

一种组合式高温超导电流引线 

技术领域

本实用新型涉及一种高温超导电流引线，具体涉及一种高温超导电流引线中超导段的组合式安装结构。 

背景技术

随着超导材料性能的不断提高和价格的逐渐降低，越来越多的超导装置正逐步走向实用化。低温超导装置通常工作在液氦(4.2K)条件下，高温超导装置通常工作在液氮(77K)条件或更低一些的温度(如20K～30K)下。超导装置工作时需要由处于室温环境中的电源通过电流引线供电，电流引线跨越室温区和超导装置工作的低温区，存在着沿电流引线向低温系统的漏热问题。常规的电流引线通常都是由铜制成的，研究表明，此时由电流引线引入的漏热是低温系统的主要热源，在很大程度上决定着制冷系统的功率等级，决定着磁体系统的运行费用。因此，在满足通流和安全性要求的前提下，如何能够使得电流引线在工作时引入低温系统的漏热最小，就需要在电流引线材料选择和结构设计方面进行优化。 

在电流引线的制造方面，通过引入高温超导材料制成的带超导段的电流引线，当高温超导材料进入超导态以后，直流电阻为零，消除了焦耳热；另一方面，高温超导材料的热导率较铜等金属材料低很多，沿电流引线的传导热比常规电流引线小得多，同时结合引线结构优化设计及冷却方式的优化设计，可以实现降低系统漏热的目的，进而降低超导磁体的整体运行费用和提高系统运行的稳定性。由于受高温超导材料临界温度的限制，带超导段的电流引线通常采 用二元结构，由常规的铜电流引线段和高温超导材料制成的超导段组成，中间交界处的温度一般为50～80K，即在高温超导材料的临界温度之下。 

现有技术中，带超导段的电流引线结构如图1所示，其中1.室温接头、2.铜电流引线段、3.过渡段、4.超导段、5.超导接头，室温接头1用于连接室温环境中的电源线，铜电流引线段2由常规铜材料制成，过渡段3为铜电流引线段与高温超导材料连接的过渡部分，超导段4由高温超导材料制成，超导接头5用于连接超导工作区的超导装置。 

现有技术中超导段可由两种高温超导材料制成，(1)用高温超导块材制备：超导段通常制成棒材或者管材。(2)用高温超导带材制备：通常是若干根超导带材焊接在一起，构成一个超导叠，多个超导叠用焊接/压接等方法均匀分布在不锈钢(或者环氧树脂等)骨架的外表面的凹槽中，然后在电流引线外部再采用玻璃纤维或不锈钢等制成的引线外套管进行固定和密封，用高温超导带材制备的超导段的剖面结构示意图如图2、3所示，6.为骨架，7.为凹槽，8.为超导叠，9.封装层，多个高温超导带材利用焊接方式制成超导叠，然后将超导叠用焊接/机械压接的方式固定在凹槽内，再对整个骨架外表面进行封装，使每个凹槽内的超导叠形成密封。 

上方式的超导段可以有效的降低接入低温系统的漏热，但其不足之处是超导段本身通常是一个完整的整体，当需要不同规格、不同容量要求的高温超导电流引线时，需要独立设计、单独加工，而且超导段一旦局部受损，整根就无法正常使用，此外，对于高温超导带材来说，在整个骨架圆周表面进行高温超导带材焊接的工艺也较为复杂。 

实用新型内容

为解决现有技术中电流引线的超导段局部出现问题而导致整个超导段需要更换的问题和简化制造工艺，本方案提供一种带可拆卸、组合式的包括不同容量、不同规格的高温超导材料制成的超导段的电流引线，具体方案如下：一种高温超导电流引线，包括依次连接的室温接头、铜电流引线段、过渡段、超导段和超导接头，其改进在于，所述超导段由散块组合而成。 

本实用新型的另一优选方式：所述超导段包括骨架、骨架外表面的凹槽，所述骨架轴向等分为多个散块，凹槽均匀分布在散块轴向外表面上，凹槽内安装由高温超导带材制成的超导叠。 

本实用新型的另一优选方式：所述各散块上凹槽中的超导叠层数不相同。 

本实用新型的另一优选方式：所述凹槽中的超导叠单独封装层。 

本实用新型的另一优选方式：所述超导段包括固定架、固定架中的通孔，所述固定架轴向等分为多个散块，通孔均匀分布在散块轴向区域内，通孔内安装由高温超导块材制成的超导棒。 

本实用新型的另一优选方式：所述散块之间利用插槽方式连接在一起。 

本实用新型的另一优选方式：所述骨架或固定架为空心/实心结构。 

本方案通过散块独立结构的提出和组合式技术的引入，简化了电流引线的制造工艺，易于实现产业化生产，同时也降低了电流引线的使用成本。对不同容量要求的电流引线，可以简化成不同数量的散块组合，电流引线中一旦某个超导段的散块受到损坏时，可以简单的进行替换和修复。 

附图说明

图1现有技术中电流引线结构示意图 

图2现有技术中高温超导带材制成的超导段剖面示意图 

图3图2局部放大图 

图4本实用新型高温超导带材散块组合示意图 

图5本实用新型高温超导块材散块组合示意图 

具体实施方式

本方案的高温超导电流引线，如图1所示，包括依次连接的室温接头1、铜电流引线段2、过渡段3、超导段4和超导接头5，如图4所示，本实用新型的骨架6由过轴心的切线均匀分成多个散块10，散块与散块之间利用凹、凸槽的方式插接在一起，组成一个完整的骨架，同样大小的散块可以任意替换，散块的外表面轴向均匀分布多个凹槽7，散块与散块的接触处位于凹槽和凹槽之间，用高温超导带材制成的不同层数的超导叠8，利用焊接、粘接或机械压接的方式固定在凹槽内，每个散块上凹槽内的超导叠采用单独封装层9，这样在替换时不会影响其它的散块。 

各个散块大小完全一致，各散块凹槽内的超导叠可以为不同容量、不同规格的高温超导带材制成，这样在局部出现问题时，就可以更换有同样容量、规格的散块，大大节省了成本和时间，而且采用散块组合的方式，整个焊接过程都是在一个槽里进行平面焊接，避免了以往超导段制造时需要沿圆周表面焊接多个高温超导叠的操作，简化了制造工艺，整个生产过程更易于实现标准化、产业化生产，提高产量和成品率，降低生产成本，将带不同容量、规格的散块组合在一起，还可以满足实际使用中各种不同的需求。 

如图5所示，采用高温超导块材制作超导段时，将高温超导块材制成条状的超导棒13，安装在带通孔12的固定架11中，固定架11也由过轴心的切线分成多个散块10，每个散块的轴心线平行分布多个通孔12，散块与散块的安装方式也采用凸、凹槽方式连接在一起，各散块内通孔中的超导棒容量及规格也都不同，在使用时，将带同样容量、规格的超导棒的散块组合在一起，形成超导段，也可以将带不同容量、规格的超导棒的散块组合在一起，以满足工作中的各种电流需求标准。 

骨架6可以采用空心管的方式，也可以采用实心管的方式。 

固定架11也可以采用空心管或实心管方式，当为空心管时，通孔均匀分布在管材的圆周上，当为实心管时，通孔分布在整个剖面的圆面上，只需要注意散块的分隔不要分在凹槽或通孔上即可。 

在实际使用中，首先按照一定技术要求，制备出各种标准大小的散块，如容量分别为100A、200A、500A、1000A等级，每个散块具有独立结构，拥有独立的骨架和高温超导叠或通孔，并可以进行独立封装。对于不同容量要求的超导段制造就可以简化成不同数量的散块的组合，组合后的散块两端分别固定在过渡段和超导接头上，形成电流引线的高温超导段，采用这种组合式技术，如果散块由于材料的局部缺陷或者生产过程中操作不当受损，可以很方便的剔除、更换。 

Claims (7)

1.一种组合式高温超导电流引线，包括依次连接的室温接头(1)、铜电流引线段(2)、过渡段(3)、超导段(4)和超导接头(5)，其特征在于，所述超导段(4)由散块(10)组合而成。

2.如权利要求1所述的电流引线，其特征在于，所述超导段(4)包括骨架(6)、骨架外表面的凹槽(7)，所述骨架轴向等分为多个散块(10)，凹槽(7)均匀分布在散块轴向外表面上，凹槽内安装由高温超导带材制成的超导叠(8)。

3.如权利要求2所述的电流引线，其特征在于，所述凹槽中的超导叠(8)层数不一致。

4.如权利要求3所述的电流引线，其特征在于，所述凹槽(7)中的超导叠采用单独封装层(9)。

5.如权利要求1所述的电流引线，其特征在于，所述超导段包括固定架(11)、固定架中的通孔(12)，所述固定架轴向等分为多个散块(10)，通孔均匀分布在散块轴向区域内，通孔内安装由高温超导块材制成的超导棒(13)。

6.如权利要求4或5所述的电流引线，其特征在于，所述散块(10)之间利用插槽方式连接在一起。

7.如权利要求6所述的电流引线，其特征在于，所述骨架(6)或固定架(11)为空心/实心结构。 

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