DE3521255A1

DE3521255A1 - Gasgekuehlter stromleiter fuer supraleitende maschinen

Info

Publication number: DE3521255A1
Application number: DE19853521255
Authority: DE
Inventors: Toshinari Andoh; Akira Ishihara; Ikuo Kawasaki Kanagawa Itoh; Susumu Ibaragi Shimamoto; Yoshihiko Yokosuka Kanagawa Shindoh; Eisuke Katsuta Ibaragi Tada; Yoshikazu Ibaragi Takahashi
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd; Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd; Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1984-06-15
Filing date: 1985-06-13
Publication date: 1985-12-19
Anticipated expiration: 2005-06-14
Also published as: DE3521255C3; JPS612307A; DE3521255C2; JPH0314217B2; US4626614A

Description

1. JAPAN ATOMIC ENERGY RESEARCH INSTITUTE

2. FUJI ELECTRIC CO., LTD.

Japan

Gasgekühlter Stromleiter für supraleitende Maschinen

Die Erfindung betrifft einen gasgekühlten Stromleiter für supraleitende Maschinen.

Flüssigheliumgekühlte supraleitende Maschinen tendieren zu wachsender Größe und zur Zunahme der Stromstärke. Solche Maschinen benötigen einen Stromleiter, der Strom bei Raumtemperatur und bei der Temperatur des flüssigen Heliums leitet. Dieser Stromleiter spielt eine wesentliche Rolle für den Wärmeverlust in einer Flüssighelium-Temperaturzone. Häufig muß die Durchflußmenge des Heliumkühlgases im Stromleiter größer sein als die vorgesehene Durchflußmenge, damit der Stromleiter die benötigte Stromstärke leiten kann, weil der Wärmetauschwirkungsgrad innerhalb des Stromleiters den gewünschten Wert nicht erreicht. In einer solchen Situation muß man befürchten, daß die Balance des Kühlsystems zusammenbricht und die supraleitende Maschine betrieböunfähig wird, da das Heliumgas, das zu einem die supraleitende Maschine kühlenden Helium-Verflüssiger/Kühler zurückfließen sollte, für den Stromleiter verwendet wird. Dieser Zustand, der durch den Stromleiter bedingt ist, ist häufig beobachtet worden.

Das Problem ist, ob ein Stromleiter, dessen Struktur einen gewünschten Wärmetauschwirkungsgrad besitzt, herstellbar ist oder nicht.

Im allgemeinen besteht ein Stromleiter aus einem elektrisch leitenden Werstoff, der in eine Röhre aus Edelstahl eingebracht ist, durch die Heliumgas fließt. Da es schwierig ist, ein elektrisch leitfähiges Material in eine lange Röhre einzubringen, wurden bislang die Stromleiter gemäß Fig. 1 hergestellt. Fig. 1 zeigt eine aus Edelstahl bestehende Röhre 1, in der eine Plastikhelix 3 einen elektrischen Leiter 2 im Abstand von der Edelstahlröhre hält. Heliumkühlgas fließt schraubenförmig zwischen Edelstahlröhre 1, Plastikhelix 3 und elektrischem Leiter 2. Der Leiter ist hohl ausgeführt. Mit diesem Stromleitertyp ist der Wirkungsgrad das Wärmeaustausch^ klein, da das Kühlgas mit dem Leiter nur eine kleine Berührungsfläche hat.

Fig. l(b) zeigt eine aus Edelstahl bestehende Röhre 1, in die mehrere dünne elektrische Leitungsdrähte 2 eingebracht sind, durch/ein Strom fließen kann. Dieser Leitertyp hat den Nachteil, daß, obwohl die vom Heliumgas benetzte Oberfläche der Leiterdrähte groß ist, die prozentual von den Leitungsdrähten belegte Fläche klein ist und daß Heliumgas in einem großen Raum fließt, da die Leiterdrähte in der gezeigten Weise durch die Röhre gehen. Im Ergebnis ist auch hier der Wärmeaustausch schlecht.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Stromleiter für supraleitende Maschinen zu ermöglichen, der die obengenannten Nachteile nicht aufweist.

Zur Lösung der obigen Aufgabe weist ein Stromleiter für supraleitende Maschinen, der einen elektrischen Strom in einem von Raumtemperatur bis Tiefsttemperatur reichenden Temperaturbereich einem supraleitenden Magneten zuführen kann, eine Anzahl von in einen Metallzylinder so eingebrachter elektrischer Leiterdrähte auf, daß die von den Leiterdrähten eingenommene Quer-

schnittsfläche mehr als 50 % der inneren Querschnittsfläche des Metallzylinders beträgt, wodurch der Wärmeaustausch zwischen dem Heliumgas und den Leiterdrähten verbessert ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau eines herkömmlichen Stromleiters;

Fig. 2 schematisch die Struktur des erfindungsgemäßen Stromleiters.

Wie Fig. 2 zeigt, werden verdrillte oder vermaschte Leitungsdrähte 2 (Fig. 2(a) bzw. Fig. 2(b)) in eine aus Edelstahl bestehende Röhre 1 eingebracht, um die von den elektrischen Leiterdrähten eingenommene Querschnittsfläche im Verhältnis zur gesamten inneren Querschnittsfläche der Röhre zu erhöhen. Damit wird der Wärmeaustausch zwischen den Leiterdrähten und dem Heliumgas erhöht und die Strömung des Heliumgases gleichförmig.

Tabelle 1 zeigt experimentelle Ergebnisse für den Stromleiter gemäß der Erfindung im Vergleich zu dem herkömmlichen Stromleiter.

Tabelle 1

Typ

Nennwert der elektrischen Stromstärke

„ , , . Durchfluß in q/s des Lange Sollwert _Eeliumqaael'_im

ⁱⁿ ^mm stabilen Zustand

Fig.l

(a) 2,145 A

Fig.2

(b) 2,145 A

6,55 0,12
3,00 0,10

0,18 0,10

Durch die Erfindung wird ein deutlich verringerter Wärmeverlust erreicht.

Außerdem können wenige supraleitende Drähte in den geometrischen Abmessungen des leitenden Materials enthalten sein und dadurch nur ein Teil des leitenden Materials im supraleitenden Zustand gehalten werden, so daß der Wärmeverlust verringert ist, da die Gastemperatur am unteren Ende des Stromleiters tiefer als die kritische Temperatur des supraleitenden Materials ist.

Claims

Patentanwälte BEETZ & PARTNER Steinsdorfstr. IP,.8QQP. Mönchen 22 q 39 _ 3 ? Patentansprüche

1. Gasgekühlter Stromleiter für supraleitende Maschinen, der einen elektrischen Strom bei Raumtemperatur einem bei Tiefsttemperatur gehaltenen, supraleitenden Magneten zuführt,

dadurch gekennzeichnet, daß

mehrere elektrische Leiterdrähte (2) in einen Metallzylinder so eingebracht sind,- daß die von den Leiterdrähten eingenommene Querschnittsfläche mehr als 50 % der inneren Querschnittsfläche des Metallzylinders beträgt, um den Wärmeaustausch zwischen den LeJLterdrähten und Heliumgas zu erhöhen.

2. Gasgekühlter Stromleiter für supraleitende Maschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozentsatz der von den Leiterdrähten (2) im Metallzylinder eingenommenen Querschnittsfläche im Bereich von 50 bis 85 % der gesamten inneren Querschnittsfläche des Metallzylinders (1) liegt und

die elektrischen Leiterdrähte (2) und der übrige Raum, der einen Weg für das Heliumgas darstellt, über die gesamte innere Querschnittsfläche des Metallzylinders (1) gleich verteilt sind.

3. Gasgekühlter Stromleiter für supraleitende Maschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Material längs seiner Gesamt-

o39-(N-I-24-2)-At-nc

länge oder eines Teils seiner Länge supraleitende Drähte aufweist, die jeweils 1/20 000 der gesamten Querschnittsfläche des leitenden Materials belegen.