CN204010879U - 一种基于传导冷却的高温超导二元电流引线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型给出一种工艺简单，安装方便的传导冷却型高温超导二元电流引线，具体涉及到高温超导二元电流引线的结构。整个超导电流引线包括室温铜接头、铜引线段、连接过渡段、超导组合段、低温铜接头，其特征在于整根电流引线采用两级制冷机传导冷却，结构简单、冷却效果好，安装方便。同时传导冷却型高温超导二元电流引线相对于气体冷却适用范围更广，比如应用于超导风机。本实用新型所示电流引线超导组合段使用成品超导带材和铜编织带焊接而成，根据用户对电流大小的需求，可以通过增加或者减少超导带材并联数量来实现，简化了加工和安装工艺，并且节约材料，节省引线成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及高温超导电流引线，特别涉及一种基于传导冷却的高温超导二元电流引线。
背景技术
电流引线用于连接磁体装置和室温电源。现在的超导磁体装置需要工作在低温环境内，因此，通过电流引线从室温进入低温环境的漏热是低温环境主要热负荷，并影响着低温环境的稳定和决定维持低温环境的功率能耗。超导磁体如果使用一元铜电流引线时，采用氦气冷却，整个冷却系统设计复杂，成本高，对低温环境漏热也相对较大。在满足电流负荷和安全性前提下，使用高温超导材料制成的二元电流引线是减少超导磁体系统沿电流引线漏热的主要方式。
高温超导材料最成熟和成功的应用就是在制作电流引线领域。超导材料在超导态下电阻为零，不会有焦耳热产生，并且超导材料导热率相对于铜等金属而言更小，通过传导漏热产生的热负荷也更少。由于高温超导材料实现超导态必须工作在低温温度环境中，因此通常采用二元结构，即整个电流引线由从室温到液氮温区（70K左右）的常规铜电流引线段和从液氮温区到10K至30K温区左右的高温超导段组成，这样可以保证超导段工作在临界温度之下。
在设计超导风机过程中，超导磁体随着风机一起旋转，因此，作为引入励磁电流的高温超导电流引线也一直处于旋转状态。在这种工况下，传导冷却型二元高温超导电流相对于氦气冷却电流引线而言，不涉及到冷却气体在旋转过程中的流态变化，所以整个结构更加简单和安全。
现阶段对于舍弃气体冷却的传导型二元电流引线，由于其超导段大部分都采用非柔性设计，使得这段引线在真空杜瓦内部无法灵活布线和安装，特别是对于复杂低温环境，内部空间在多层真空绝热状态下已经很拥挤了。同时，传统的二元电流引线由于冷头冷却，涉及到热连接和电绝缘，大部分情况下无法同时保证两者效果都好。这些问题都大大限制了传导型二元电流引线在大电流和精细低温空间的应用。
实用新型内容
为解决上述技术问题，提供一种简单易拆卸、超导段为柔性可调设计，并且一级冷屏处热连接和电绝缘结构简单效果优良的高温超导二元电流引线，本实用新型采用了以下技术方案：
一种基于传导冷却的高温超导二元电流引线，包括室温铜接头、铜引线段、连接过渡段、超导组合段及低温铜接头，超导组合段包括铜编织带、超导带材及超导组合段上、下端部接头，并且超导带材安装在铜编织带内部。
进一步的，所述超导带材焊接在超导组合段上、下端部接头的接头凹槽内，同时在超导组合段上、下端部接头圆周焊接铜编织带。
进一步的，在上述基础结构之上，所述连接过渡段是L型高导无氧铜板，所述铜引线段和超导组合段采用螺栓连接于L型高导无氧铜板。
进一步的，还包括系统一级冷屏，所述系统一级冷屏和L型高导无氧铜板采用导热环氧包封材料Stycast2850FT固化连接。
进一步的，所述铜引线段、超导组合段与L型高导无氧铜板连接部位镀有铟金属层。
进一步的，在上述基础结构之上，所述超导带材是YBCO带材。
进一步的，在上述基础结构之上，还包括系统制冷机二级冷头组件，超导组合段末端通过低温铜接头和系统制冷机二级冷头组件相连，并在低温铜接头连接表面镀有铟金属层。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是：
1、本实用新型各组成部分简单易拆卸，不仅仅表现在铜引线段、超导组合段与L型高导无氧铜板之间的螺栓连接，更重要的是可以在取下超导组合段铜编织带后，更换、增加或减少超导带材，实现电流引线的再利用。
2、本实用新型的超导段组合段的铜编织带与超导带材均较为柔软，方便布线安装且节省杜瓦内部空间。
3、本实用新型超导组合段将YBCO超导带材安装于铜编织带内部，不仅可以支撑和避免超导带材折损，而且保证在超导磁体因故障导致电压、温度骤升，不再处于超导态时，铜编织带可以起到分流电流和热量作用，使得超导磁体焦耳热减小、热量散失更快，以达到尽快对磁体降温的保护作用；同时，用户可以根据电流需求安装适当带材个数。
4、本实用新型的一级冷屏和电流引线连接采用导热环氧包封材料Stycast2850FT固化连接，相对于常规加垫氮化铝、铟片、铝箔等多层结构，其不仅结构简单，而且导热和电绝缘性能优良，可以很好满足用户制冷和安全需求。
5、L型高导无氧铜板加工方便，与制冷系统之间热传导接触面积大，且其在低温下具有良好导电、导热性能，降低了因电阻和热阻产生的热负荷，并且高导无氧铜无氢脆现象发生。
6、本实用新型采用两级制冷方案主要是因为制冷机工作温度越低其制冷功率越小，制冷机二级冷头冷量绝大部分用于负载超导磁体热负荷。为了减少沿电流引线带入低温系统的热负荷，并且保证电流引线超导组合段工作在超导态，需要从一级冷屏处截断热流传递。同时，低温铜接头连接表面镀铟金属层相对于直接加垫铟片，减小了接触面之间的接触空隙，降低了接触电阻和接触热阻。
附图说明
图1为本实用新型高温超导二元电流引线及传导冷却布置方案示意图。
其中，附图标记为：1为室温铜接头，2为铜引线段，3为连接过渡段，4为超导组合段，5为低温铜接头，6为铜编织带，7为超导带材，11为系统一级冷屏，12为制冷机一级冷头组件，13为制冷机二级冷头组件，14为铟金属层。
图2为本实用新型高温超导二元电流引线超导组合段中间横截面示意图。
其中，附图标记为：6为铜编织带，7为超导带材。
图3为本实用新型高温超导二元电流引线超导组合段接头结构示意图。
其中，附图标记为：6为铜编织带，7为超导带材，8为超导组合段上、下端部接头。
图4为本实用新型高温超导二元电流引线连接过渡段结构示意图。
其中，附图标记为：2为铜引线段，8为超导组合段上、下端部接头，9为L型高导无氧铜板（9），11为系统一级冷屏（11），14为铟金属层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本实用新型。
本方案的高温超导二元电流引线，如图1所示，依次由室温铜接头1、铜引线段2、连接过渡段3、超导组合段4和低温铜接头5组成，其冷却方式是由两级制冷机的传导冷却实现。结合图1和图2可以看到，电流引线超导组合段4主要是由铜编织带6和超导带材7组成。
如图2所示，超导带材7安装在铜编织带6内部，其数量可以根据用户电流需求确定。
如图3所示，超导组合段上、下端部接头8的加工是通过将超导带材7焊接在接头凹槽内，同时在接头圆周焊接铜编织带6，此举不仅可以支撑和避免超导带材折损，而且保证在超导磁体因故障导致电压、温度骤升，不再处于超导态时，铜编织带可以起到分流电流和热量作用，使得超导磁体焦耳热减小、热量散失更快，以达到尽快对磁体降温的保护作用。
如图4所示，L型高导无氧铜板9一端通过导热环氧包封材料Stycast2850FT 10固化在系统一级冷屏11，其另一端通过螺栓分别与铜引线段2和超导组合段的接头8连接。导热环氧包封材料Stycast2850FT 10具有良好的导热特性，本身热阻小；更重要的是它具有优良的电绝缘性能，可以保证电流引线和冷屏之间的电绝缘。因此，使用导热环氧包封材料Stycast2850FT 10情况下，可以省掉氮化铝片等增加互相之间接触热阻的多余层结构。为了安装方便，在铜引线段2接头和超导组合段接头8都镀有铟金属，此举也降低连接面的接触热阻。
如图1所示，高温超导二元电流引线冷却是通过两级制冷机实现。与L型高导无氧铜板9一端相连的一级冷屏是由制冷机一级冷头组件12提供冷量，超导组合段4冷却由制冷机二级冷头组件13提供冷量，通过被励磁超导磁体传导冷却。
对于具体实施方式的理解的描述仅仅是为帮助理解本实用新型，而不是用来限制本实用新型的。本领域技术人员均可以利用本实用新型的思想进行一些改动和变化，只要其技术手段没有脱离本实用新型的思想和要点，仍然在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于传导冷却的高温超导二元电流引线，包括室温铜接头（1）、铜引线段（2）、连接过渡段（3）、超导组合段（4）及低温铜接头（5），并依次连接，其特征在于：超导组合段（4）包括铜编织带（6）、超导带材（7）及超导组合段上、下端部接头（8），并且超导带材（7）安装在铜编织带（6）内部；所述超导带材（7）焊接在超导组合段上、下端部接头（8）的接头凹槽内，同时在超导组合段上、下端部接头（8）圆周焊接铜编织带（6）。
2.如权利要求1所述的一种基于传导冷却的高温超导二元电流引线，其特征在于：所述连接过渡段（3）是L型高导无氧铜板（9），所述铜引线段（2）和超导组合段（4）采用螺栓连接于L型高导无氧铜板（9）。
3.如权利要求2所述的一种基于传导冷却的高温超导二元电流引线，其特征在于：还包括系统一级冷屏（11），所述系统一级冷屏（11）和L型高导无氧铜板（9）采用导热环氧包封材料Stycast2850FT（10）固化连接。
4.如权利要求3所述的一种基于传导冷却的高温超导二元电流引线，其特征在于：所述铜引线段（2）、超导组合段（4）与L型高导无氧铜板（9）连接部位镀有铟金属层（14）。
5.如权利要求1-4任一所述的一种基于传导冷却的高温超导二元电流引线，其特征在于：超导带材（7）是YBCO带材。
6.如权利要求1-4任一所述的一种基于传导冷却的高温超导二元电流引线，其特征在于：还包括系统制冷机二级冷头组件（13），超导组合段（4）末端通过低温铜接头（5）和系统制冷机二级冷头组件（13）相连，并在低温铜接头（5）连接表面镀有铟金属层（14）。
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