一種傳導冷卻方式下的二元電流引線結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于傳導冷卻的分段式二元電流引線結(jié)構(gòu)，其特征在于，該電流引線的銅引線部分采用分段式變截面的結(jié)構(gòu)，連接常溫的部分較粗，而連接高溫超導引線端較細，連接部分呈錐形過渡，該電流引線的超導引線部分采用環(huán)氧樹脂固定裝配的結(jié)構(gòu)。分段式變截面結(jié)構(gòu)能極大的減小電流引線的漏熱，同時利于機械加工。另外，常導導線和超導導線的接口處進行了優(yōu)化設(shè)計，該接口用制冷機一級冷頭制冷，氮化鋁（AlN）作絕緣導熱材料，且氮化鋁橫截面積盡可能大，銅引線只保留靠近冷頭的一部分截面與超導引線連接，這樣的接口接觸熱阻小，能減小漏熱，導冷效果更好，可有效的防止接口處失超。
【專利說明】一種傳導冷卻方式下的二元電流引線結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超導磁體中的電流引線技術(shù)，具體涉及一種基于傳導冷卻方式下的分段式變截面二元電流弓丨線結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于常溫超導材料尚未發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的超導裝置都需要工作在低溫環(huán)境下。由低溫超導材料制成的磁體通常運行在4.2K以下，由高溫超導材料制成的磁體需要在液氮77K以下溫度運行，而磁體勵磁的電源處于室溫。連接室溫電源和低溫磁體的導體稱為電流引線，也就是室溫到低溫的過渡段。
[0003]對于低溫系統(tǒng)，外面?zhèn)魅氲臒崃吭蕉?，其損耗越大，成本也就越高。熱量傳播可以分為三種方式:熱輻射，熱對流和熱傳導。熱輻射和熱對流都可以通過加各種防輻射和防對流材料，或者真空予以隔絕。而由于有電流引線存在，熱傳導是沒法完全避免的，于是電流引線上就會存在傳導漏熱，除此之外，電流引線自身還會產(chǎn)生焦耳熱，于是，電流引線的這兩部分漏熱成為低溫系統(tǒng)的主要漏熱源。在大型超導磁體系統(tǒng)中，電流引線的漏熱常常占磁體低溫系統(tǒng)總漏熱的50%左右。為了使在不同通流情況下傳導進入的熱量最小，就必須設(shè)計尺寸適中的電流引線，并選擇合適的冷卻方式。
[0004]電流引線始終是超導裝置中必不可少的環(huán)節(jié)，它關(guān)系到超導磁體的穩(wěn)定工作以及低溫系統(tǒng)的成本，具有重要意義。追求穩(wěn)定性和最小漏熱一直是電流引線設(shè)計的首要目標。但在實際設(shè)計中這和很多因素有關(guān)，比如金屬部分的材料，結(jié)構(gòu)，接觸電阻，高溫超導材料性能等。之前的一些研究主要是針對一、二個方面，往往忽略了這些要素之間的耦合關(guān)聯(lián)，導致理論和實際有所出入。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算能力不斷增強，有限元分析技術(shù)不斷提高，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)多物理場仿真，可以在考慮多種限制的條件下對引線進行分析，使理論模型和實際裝置更加接近，滿足工程要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種傳導冷卻方式下的二元電流引線結(jié)構(gòu)，目的是減小線的漏熱，提高超導磁體的熱穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明提供的一種傳導冷卻方式下的二元電流引線結(jié)構(gòu)，包括用于從常溫端到制冷機一級冷頭處的第一引線段和用于從制冷機一級冷頭到二級冷頭處的第二引線段，其特征是，第一引線段為分段式變截面的結(jié)構(gòu)，采用銅引線，第二引線段采用高溫超導引線。
[0007]本發(fā)明將引線段采用分段式變截面設(shè)置，靠近常溫端的一段較粗，靠近制冷機一級冷頭的一段較細，粗和細倆段的分界處呈錐形過渡；這樣設(shè)計的目的是改善銅引線溫度分布的不均勻性，減小靠近低溫端引線的漏熱，同時分段式的設(shè)計便于機械加工。
[0008]本發(fā)明采用氮化鋁作為制冷機冷頭的絕緣導熱材料；
[0009]本發(fā)明氮化鋁連接部分使用塊狀結(jié)構(gòu)，增加傳熱。
[0010]本發(fā)明中，“二元”是指電流引線分為銅引線和高溫超導引線兩部分，從常溫端到制冷機一級冷頭處用銅引線連接，從制冷機一級冷頭處到二級冷頭處用高溫超導引線連接，本發(fā)明對引線段和冷卻段高溫超導引線的接口部分進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，該接口部分采用制冷機一級冷頭制冷。具體優(yōu)化方法為減少銅引線與一級冷頭處的接觸面積，即只保留它圓柱型橫截面積的一小部分與冷頭連接，以減少漏熱和減少銅引線的徑向溫差，防止與其連接的超導引線失超；同時讓高溫超導引線靠攏冷頭，以保證高溫超導引線的低溫狀態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明實例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為圖1的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3為本發(fā)明實例的引線段結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4為冷卻段高溫超導引線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖5為引線段和超導引線接口結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0017]如圖1和圖2所示，本實例提供的傳導冷卻方式下的二元電流引線結(jié)構(gòu)，包括第一引線段I和第二引線段3。
[0018]第一引線段I從常溫端到制冷機一級冷頭處，采用銅引線；第二引線段3從制冷機一級冷頭到二級冷頭處，為高溫超導引線。
[0019]如圖3所示，第一引線段I采用分段式變截面設(shè)計，具體包括常溫連接端1.1、連接部分1.2和高溫超導引線連接端1.3，常溫連接端1.1為粗端，高溫超導引線連接端1.3為細端，連接部分1.2呈錐形過渡，這樣的設(shè)計有利于降低低溫端漏熱，同時分段式設(shè)計機械加工更為方便。
[0020]如圖4所示，第二引線段3采用固定裝配的方式，由環(huán)氧樹脂3.2固定支撐的高溫超導帶材3.1構(gòu)成，高溫超導帶材3.1兩端分別為制冷機一級冷頭接口部分2和二級冷頭接口部分4。
[0021]本發(fā)明對制冷機一級冷頭接口部分2和二級冷頭接口部分4的接觸熱阻進行了優(yōu)化。兩部分均采用氮化鋁塊2.2與氮化鋁塊4.2作為絕緣導熱材料，該材料在低溫下導熱系數(shù)很高，可降低接觸熱阻，可提高制冷效率，是做導冷結(jié)構(gòu)的極佳材料。以一級冷頭接口部分2為例，如圖5所示，一級冷頭2.1先接觸氮化鋁塊2.2，再通過氮化鋁塊2.2冷卻銅端子2.3，這樣比一級冷頭2.1直接冷卻銅端子2.3效果要好很多，氮化鋁塊2.2與銅端子
2.3的接觸面積應(yīng)盡可能大，以減少銅端子2.3的溫升。二級冷頭接口部分4中，二級冷頭
4.1，氮化鋁塊4.2，銅端子4.3的相互接觸方式與一級冷頭接口部分2相同。另外，第一引線段I與第二引線段3連接在銅端子2.3的兩端，為了減少銅端子2.3的徑向溫差，本發(fā)明只保留銅引線較細段的一小部分1.4(是指將高溫超導引線連接端1.3從軸向截除部分后所保留的一小部分)與銅端子2.3連接，這樣可以使銅端子2.3漏熱更小，極大降低失超的可能性。
[0022]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種傳導冷卻方式下的二元電流引線結(jié)構(gòu)，包括用于從常溫端到制冷機一級冷頭處的第一引線段和用于從制冷機一級冷頭到二級冷頭處的第二引線段，其特征是，第一引線段為分段式變截面的結(jié)構(gòu)，采用銅引線，第二引線段采用高溫超導引線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傳導冷卻方式下的二元電流引線結(jié)構(gòu)，其特征是，第一引線段包括常溫連接端、連接部分和高溫超導引線連接端，常溫連接端為粗端，高溫超導引線連接端為細端，連接部分呈錐形過渡，以減小低溫端漏熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種傳導冷卻方式下的二元電流引線結(jié)構(gòu)，其特征是，第二引線段由環(huán)氧樹脂固定支撐的高溫超導帶材構(gòu)成，高溫超導帶材兩端分別為制冷機一級冷頭接口部分和二級冷頭接口部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種傳導冷卻方式下的二元電流引線結(jié)構(gòu)，其特征是，一級冷頭接口部分和二級冷頭接口部分均采用氮化鋁作為絕緣導熱材料。
5.一種由權(quán)利要求3所述的二元電流引線結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一引線段的高溫超導引線連接端從軸向截除部分后所保留的一小部分用于與銅端子連接，以降低失超的可能性。
【文檔編號】H01F6/06GK103839649SQ201410078527
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】宋萌, 胡南南, 蘇路順, 曹昆南, 王達達, 任麗, 沈石峰, 趙翔 申請人:云南電力試驗研究院（集團）有限公司電力研究院, 華中科技大學