CN109273191B - 用于大电流高温超导电流引线的氦气冷却型高温超导组件 - Google Patents

用于大电流高温超导电流引线的氦气冷却型高温超导组件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于大电流高温超导电流引线的氦气冷却型高温超导组件，包括有不锈钢分流器，不锈钢分流器的两端分别与热端铜头和冷端铜头真空钎焊，不锈钢分流器、热端铜头和冷端铜头的外圆周面上分别设有凹槽，凹槽内安装有高温超导叠，高温超导叠外包绕有第一层聚酰亚胺胶带，热端铜头的内部有测量线组件穿过，第一层聚酰亚胺胶带外侧包绕有第二层聚酰亚胺胶带、玻璃丝包绕覆盖，热端铜头上焊接有套筒支撑环，套筒支撑环上焊接有用于套装整个组件外套筒。本发明不仅简化了用户加工和安装的工艺，节约运行成本，而且可以利用低温冷氦气传热将电流引线的高温超导组件热端温度稳定控制在65K以下，有效保证了高温超导电流引线的运行安全。

Description

用于大电流高温超导电流引线的氦气冷却型高温超导组件
技术领域
本发明涉及大型热核聚变装置或其它大型电磁装置的超导磁体的供电馈线领域，主要涉及一种用于大电流高温超导电流引线的氦气冷却型高温超导组件。
背景技术
高温超导电流引线是用于连接室温电源和低温超导磁体从室温过度到液氦温区的电连接装置。对于超导磁体，常规的电流引线是向低温***漏热的主要热源；由于Bi-2223和YBCO等高温超导材料在液氮温区具有零电阻率和低热导率特点，其应用在高温超导电流引线中能够减少低温***约一半的冷量消耗，进而有效减少低温***的建设投资和运行费用。
高温超导材料在超导状态下电阻为零，不会产生焦耳热，并且其热导率与不锈钢相当，其传导漏热也大大降低。由于高温超导材料实现超导态时必须工作在低温环境中，所以本电流引线高温超导组件所处位置为液氦蒸发的低温氦气区域。
电流引线是超导装置中的关键部件之一，它对于超导磁体的稳定工作以及低温***的成本，具有重要意义。追求稳定性和最小漏热一直是电流引线设计的首要目标。所以本产品的设计结合了金属部分的材料，结构，接触电阻，高温超导材料性能等要素之间耦合关联的特性，使得结构模块化，工艺简单且安装方便；高温超导组件冷端与低温超导段为整体，低温超导段浸泡在液氦中，整个高温超导组件工作在液氦蒸发的低温氦气环境中，这样有效的保证了高温超导组件的稳定低温运行环境，简化了***结构，高温超导组件热端与换热器段相连，热端温度可以通过对低温氦气的流量进行稳定控制，用户安装和运行维护也非常方便。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于大电流高温超导电流引线的氦气冷却型高温超导组件，其具有结构模块化、低漏热、载流能力强、安全性高等特性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于大电流高温超导电流引线的氦气冷却型高温超导组件，其特征在于：包括有不锈钢分流器、高温超导叠、热端铜头、冷端铜头、测量线组件以及套筒，所述不锈钢分流器的两端分别与热端铜头和冷端铜头真空钎焊，所述不锈钢分流器、热端铜头和冷端铜头的外圆周面上分别设有凹槽，所述凹槽内安装有高温超导叠，所述高温超导叠外包绕有第一层聚酰亚胺胶带，所述热端铜头的内部有测量线组件穿过，且测量线组件的伸入端安装在第一层聚酰亚胺胶带的外侧，所述第一层聚酰亚胺胶带外侧包绕有第二层聚酰亚胺胶带，所述第二层聚酰亚胺胶带外用环氧浸渍的玻璃丝包绕覆盖，所述热端铜头上焊接有套筒支撑环，所述套筒支撑环上焊接有用于套装整个组件外的套筒。
所述的热端铜头和冷端铜头的内端部分别设有用于卡装不锈钢分流器的台阶，且其之间通过真空钎焊成为一个整体。
所述的热端铜头和冷端铜头的中部分别设有排气通孔，且热端铜头的侧壁上设有与排气通孔连通的侧出气口。
所述的不锈钢分流器、热端铜头和冷端铜头的外圆周面上均布有凹槽。
所述的高温超导叠分别真空锡焊于相应的凹槽内。
所述的高温超导叠由多层Bi-2223/AgAu超导带真空焊接而成。
所述的热端铜头的侧壁上设有供测量线组件穿过的贯穿孔。
所述的测量线组件内外侧分别安装有绝缘保护层。
所述的套筒支撑环上分布有多个出气孔。
上述电流引线的高温超导组件主要由高温超导叠焊接于不锈钢分流器和两端铜头真空钎焊后的槽中构成，电流引线的高温超导组件采用5K冷氦气对流传热。
所述测量线组件位于第一层聚酰亚胺胶带和第二层聚酰亚胺胶带之间，此举的目的是防止测量线组件发生损坏而短路，同时固定和保护测量线组件。再包绕玻璃丝带，此举的目的是保护高温超导叠。通过不锈钢分流器，支撑高温超导叠的结构，其自身漏热小，并能够在失超情况下起到分流电流和延缓温升的作用，保证高温超导组件的安全运行。所述热端铜头和冷端铜头起支撑超导叠两端接头、热稳定和分流作用，两端分别与电流引线换热器段和低温超导段连接。
本发明的优点是：
本发明结构设计合理，不仅简化了用户加工和安装的工艺，节约运行成本，而且可以利用低温冷氦气传热将电流引线的高温超导组件热端温度稳定控制在65K以下，有效保证了高温超导电流引线的运行安全。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的截面示意图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术更加清晰，以下结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
一种用于大电流高温超导电流引线的氦气冷却型高温超导组件，其特征在于：包括有不锈钢分流器4、高温超导叠10、热端铜头1、冷端铜头5、测量线组件6以及套筒3，所述不锈钢分流器4的两端分别与热端铜头1和冷端铜头5真空钎焊，所述不锈钢分流器4、热端铜头1和冷端铜头5的外圆周面上分别设有凹槽，所述凹槽内安装有高温超导叠10，所述高温超导叠10外包绕有第一层聚酰亚胺胶带7，所述热端铜头1的内部有测量线组件6穿过，且测量线组件6的伸入端安装在第一层聚酰亚胺胶带7的外侧，所述第一层聚酰亚胺胶带7外侧包绕有第二层聚酰亚胺胶带8，所述第二层聚酰亚胺胶带8外用环氧浸渍的玻璃丝9包绕覆盖，所述热端铜头1上焊接有套筒支撑环2，所述套筒支撑环2上焊接有用于套装整个组件外套筒3，所述套筒3带有两个更换传感器窗口。
所述的热端铜头1和冷端铜头5的内端部分别设有用于卡装不锈钢分流器4的台阶，且其之间通过真空钎焊成为一个整体。
所述的热端铜头1和冷端铜头5的中部分别设有排气通孔，且热端铜头的侧壁上设有与排气通孔连通的侧出气口。
所述的不锈钢分流器4、热端铜头1和冷端铜头5的外圆周面上均布有凹槽。
所述的高温超导叠10分别真空锡焊于相应的凹槽内。
所述的高温超导叠10由多层Bi-2223/AgAu超导带真空焊接而成。
所述的热端铜头1的侧壁上设有供测量线组件穿过的贯穿孔。
所述的测量线组件6内外侧分别安装有绝缘保护层。
所述的套筒支撑环2上分布有多个出气孔。
上述方案可应用到万级高温超导电流引线中。主要特点是承载和保护高温超导叠，并能够在失超情况下起到分流电流和延缓温升的作用，保证高温超导组件的安全运行。实验结果表明，该高温超导组件结构牢靠，热端运行温度约为40K，13kA载流运行稳定，冷端热负荷小于2W，失冷安全时间大于30分钟，过热时间大于60秒。
其具体使用时的过程是：冷端铜头5下方锥面处及以下垂直浸泡液氦中，蒸发的冷氦气一部分通过高温超导叠10外侧并处于套筒3腔体内向上流动，通过套筒支撑环2上分布的出气孔排出，另一部分蒸发的冷氦气由冷端铜头5中间的排气孔进入不锈钢分流器4腔体内部，并向上流动，经热端铜头1中间通孔排出，使得高温超导叠10内外侧均处于冷氦气冷却环境中。
以上所述仅为本发明设计的较佳实施例而已，并不用以限制本发明设计，凡在本发明设计的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明设计的保护范围之内。

Claims (1)

1.用于大电流高温超导电流引线的氦气冷却型高温超导组件，其特征在于：包括有不锈钢分流器、高温超导叠、热端铜头、冷端铜头、测量线组件以及套筒，所述不锈钢分流器的两端分别与热端铜头和冷端铜头真空钎焊，所述不锈钢分流器、热端铜头和冷端铜头的外圆周面上分别设有凹槽，所述凹槽内安装有高温超导叠，所述高温超导叠外包绕有第一层聚酰亚胺胶带，所述热端铜头的内部有测量线组件穿过，且测量线组件的伸入端安装在第一层聚酰亚胺胶带的外侧，所述第一层聚酰亚胺胶带外侧包绕有第二层聚酰亚胺胶带，所述第二层聚酰亚胺胶带外用环氧浸渍的玻璃丝包绕覆盖，所述热端铜头上焊接有套筒支撑环，所述套筒支撑环上焊接有用于套装整个组件外的套筒；
所述的热端铜头和冷端铜头的内端部分别设有用于卡装不锈钢分流器的台阶，且其之间通过真空钎焊成为一个整体；
所述的热端铜头和冷端铜头的中部分别设有排气通孔，且热端铜头的侧壁上设有与排气通孔连通的侧出气口；
冷端铜头下方锥面处及以下垂直浸泡液氦中，蒸发的冷氦气一部分通过高温超导叠外侧并处于套筒腔体内向上流动，通过套筒支撑环上分布的出气孔排出，另一部分蒸发的冷氦气由冷端铜头中间的排气孔进入不锈钢分流器腔体内部，并向上流动，经热端铜头中间通孔排出，使得高温超导叠内外侧均处于冷氦气冷却环境中；
所述的不锈钢分流器、热端铜头和冷端铜头的外圆周面上均布有凹槽；
所述的高温超导叠分别真空锡焊于相应的凹槽内；
所述的高温超导叠由多层Bi-2223/AgAu超导带真空焊接而成；
所述的热端铜头的侧壁上设有供测量线组件穿过的贯穿孔；
所述的测量线组件内外侧分别安装有绝缘保护层；
所述的套筒支撑环上分布有多个出气孔；
所述测量线组件位于第一层聚酰亚胺胶带和第二层聚酰亚胺胶带之间，防止测量线组件发生损坏而短路，同时固定和保护测量线组件；再包绕玻璃丝带，保护高温超导叠；通过不锈钢分流器，支撑高温超导叠的结构，其自身漏热小，并能够在失超情况下起到分流电流和延缓温升的作用，保证高温超导组件的安全运行；所述热端铜头和冷端铜头起支撑超导叠两端接头、热稳定和分流作用，两端分别与电流引线换热器段和低温超导段连接。
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