專利名稱：超導旋轉(zhuǎn)電機的冷媒給排裝置和具備該冷媒給排裝置的超導旋轉(zhuǎn)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超導旋轉(zhuǎn)電機的冷媒給排裝置和具備該冷媒給排裝置的超導旋轉(zhuǎn)電機，其中冷媒給排裝置設(shè)置在超導旋轉(zhuǎn)電機與制冷機之間，用于向超導旋轉(zhuǎn)電機供應冷媒， 以將超導旋轉(zhuǎn)電機的超導線圈冷卻至保持超導狀態(tài)的溫度，以及使冷媒從超導旋轉(zhuǎn)電機返回至制冷機。
背景技術(shù)：
常規(guī)地，已經(jīng)公開了一種用于將超導旋轉(zhuǎn)電機的超導線圈冷卻至保持超導狀態(tài)的溫度的冷媒給排裝置。該裝置包括設(shè)置在超導旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子與供應例如氦氣等極低溫冷媒的供應源之間的、用于將冷媒供應至超導旋轉(zhuǎn)電機的接頭(例如，參照專利文獻1)。該接頭包括在轉(zhuǎn)子內(nèi)圍繞轉(zhuǎn)子的縱向軸線布置的入口冷卻管和出口冷卻管。入口冷卻管具有流體連接至極低溫冷媒供應源、用于接收來自供應源的冷卻氣體的入口。出口冷卻管具有用于使冷卻氣體從轉(zhuǎn)子返回至供應源的流體連接的出口。入口和出口通過固定的密封相互分隔，以防止否則將流向返回氣體的低壓區(qū)的、入口冷卻氣體的泄漏，并且避免從供應源供應的冷卻能力的浪費?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1 日本專利第4064721號公報(圖9)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題專利文獻1中公開的冷媒給排裝置包括用于防止入口冷卻氣體的泄漏的、固定于靜止側(cè)部件的靜止側(cè)密封和固定于旋轉(zhuǎn)側(cè)部件的旋轉(zhuǎn)側(cè)密封。在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，此種結(jié)構(gòu)可引起靜止側(cè)密封與旋轉(zhuǎn)側(cè)密封之間的摩擦接觸，從而使密封的耐久性惡化，并且增加了裝置的維護成本。而且，由靜止側(cè)密封與旋轉(zhuǎn)側(cè)密封的摩擦接觸引起的熱可使冷卻氣體的溫度上升。因此，本發(fā)明要解決上述問題，并且本發(fā)明的目的在于使入口冷卻氣體的泄漏量最小化，并且防止靜止側(cè)部件與旋轉(zhuǎn)側(cè)部件之間的接觸，從而提供能夠防止由靜止側(cè)部件與旋轉(zhuǎn)側(cè)部件之間的接觸引起的的裝置維護成本的增加和冷卻氣體的溫度上升的超導旋轉(zhuǎn)電機的冷媒給排裝置和具備該冷媒給排裝置的超導旋轉(zhuǎn)電機。解決問題的手段為了冷卻超導旋轉(zhuǎn)電機的超導線圈和保持冷卻的超導線圈的超導狀態(tài)，將冷媒從制冷機供應至超導旋轉(zhuǎn)電機并且使冷媒從超導旋轉(zhuǎn)電機返回至制冷機的冷媒給排裝置包括以非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)支撐的固定管和隨超導旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)管。固定管布置在旋轉(zhuǎn)管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，通過連接固定管的內(nèi)部與旋轉(zhuǎn)管的內(nèi)部而形成冷媒通道，并且在固定管與旋轉(zhuǎn)管之間形成沿周向連續(xù)延伸的環(huán)狀間隙。與旋轉(zhuǎn)管相對的固定管的外周面部分或者與固定管相對的旋轉(zhuǎn)管的外周面部分具有沿周向分布的凹部。而且，為了冷卻超導旋轉(zhuǎn)電機的超導線圈和保持冷卻的超導線圈的超導狀態(tài)，將冷媒從制冷機供應至超導旋轉(zhuǎn)電機并且使冷媒從超導旋轉(zhuǎn)電機返回至制冷機的冷媒給排裝置包括以非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)支撐的固定管和隨超導旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)管。固定管布置在旋轉(zhuǎn)管的內(nèi)側(cè)，通過連接固定管的內(nèi)部與旋轉(zhuǎn)管的內(nèi)部而形成冷媒通道，并且在固定管與旋轉(zhuǎn)管之間形成沿周向連續(xù)延伸的環(huán)狀間隙。固定管的末端具有漸縮部和漸縮管 (reducer)，漸縮管具有中央縮徑部和位于中央縮徑部兩側(cè)的漸縮部和漸擴部，漸縮管與固定管的末端鄰近布置且部分重疊，從而形成連接固定管的內(nèi)部與外部的開口。此外，為了冷卻超導旋轉(zhuǎn)電機的超導線圈和保持冷卻的超導線圈的超導狀態(tài)，將冷媒從制冷機供應至超導旋轉(zhuǎn)電機并且使冷媒從超導旋轉(zhuǎn)電機返回至制冷機的冷媒給排裝置包括以非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)支撐的固定管和隨超導旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)管。固定管布置在旋轉(zhuǎn)管的內(nèi)側(cè)，通過連接固定管的內(nèi)部與旋轉(zhuǎn)管的內(nèi)部而形成冷媒通道，并且在固定管與旋轉(zhuǎn)管之間形成沿周向連續(xù)延伸的環(huán)狀間隙。固定管的末端具有漸縮噴管(reducer nozzle)，該漸縮噴管具有向下游側(cè)漸縮的漸縮部，設(shè)置在漸縮部的下游側(cè)并且向下游側(cè)漸擴的漸擴部，位于漸縮部與漸擴部之間的縮徑部，以及形成于縮徑部以便流體連接固定管的內(nèi)部與外部的開口。另外，為了冷卻超導旋轉(zhuǎn)電機的超導線圈和保持冷卻的超導線圈的超導狀態(tài)，將冷媒從制冷機供應至超導旋轉(zhuǎn)電機并且使冷媒從超導旋轉(zhuǎn)電機返回至制冷機的冷媒給排裝置包括以非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)支撐的固定管和隨超導旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)管。固定管布置在旋轉(zhuǎn)管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，通過連接固定管的內(nèi)部與旋轉(zhuǎn)管的內(nèi)部而形成冷媒通道。當假設(shè)固定管和旋轉(zhuǎn)管中布置于內(nèi)側(cè)的一個為內(nèi)側(cè)管，而固定管和旋轉(zhuǎn)管中布置于內(nèi)側(cè)管的外側(cè)的另一個為外側(cè)管，內(nèi)側(cè)管插入外側(cè)管的部分的長度為L并且內(nèi)側(cè)管的內(nèi)徑為D時， L和D具有L > 5D的關(guān)系，并且內(nèi)側(cè)管與外側(cè)管之間的環(huán)狀間隙為內(nèi)側(cè)管內(nèi)徑的1/100至 2/100。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，入口冷卻氣體的泄漏量被最小化。而且，因為在靜止側(cè)部件與旋轉(zhuǎn)側(cè)部件之間不發(fā)生接觸，所以消除了由于靜止側(cè)部件與旋轉(zhuǎn)側(cè)部件之間的接觸引起的裝置維護成本的增加或冷卻氣體溫度的上升。


圖1是示出超導電動機的整個系統(tǒng)的示意圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的冷媒給排裝置的詳細結(jié)構(gòu)的縱向截面圖。圖3是示出圓筒體插入冷媒供應管的實施例的縱向截面圖。圖4是冷媒給排裝置的實施例的縱向截面圖，其中冷媒供應管的末端漸縮，并且兩端漸縮漸擴部件布置于供應管末端的前方。圖5是冷媒給排裝置的實施例的縱向截面圖，該裝置包括冷媒供應管的縮徑部和在縮徑部中形成的開孔。
圖6是示出具有兩種不同槽的圓筒體的側(cè)視圖。圖7是示出不使用圓筒體控制氦氣的泄漏量的冷媒給排裝置的另一實施例的圖。圖8是示出冷媒供應管與第二雙管部件的內(nèi)管之間的間隙為0. 1至0. 2毫米時， 泄漏量與該間隙之間的關(guān)系的圖。附圖標記說明
1旋轉(zhuǎn)部
2固定部
10電動機軸
11連接器
12圓筒狀旋轉(zhuǎn)軸
13第一雙管部件
14第二雙管部件
20圓筒體
21冷媒供應管
22外管
23雙管部件
24殼體
25軸承
26磁流體密封機構(gòu)
27排氣室
28磁流體密封機構(gòu)
T冷媒給排裝置
具體實施例方式以下，將參照

根據(jù)本發(fā)明的超導旋轉(zhuǎn)電機的冷媒給排裝置。在以下說明中，用語“近端”、“遠端”和包括這些用語的其他用語的使用是為了更好地理解本發(fā)明，而不應由這些用語限定本發(fā)明的技術(shù)范圍。而且，在本說明書中，鄰近制冷機的位置被稱為“近端”或“近端側(cè)”，而鄰近超導電動機的位置被稱為“遠端”或“遠端側(cè)”。圖1是示出超導電動機的總體結(jié)構(gòu)的示意圖，圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的冷媒給排裝置的詳細結(jié)構(gòu)的縱向截面圖。1.冷媒給排裝置的結(jié)構(gòu)如圖1中所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例的冷媒給排裝置T設(shè)置在超導電動機的轉(zhuǎn)子軸與制冷機之間，該冷媒給排裝置T將由制冷機冷卻至特定溫度的極低溫冷媒通過冷媒供應管供應至轉(zhuǎn)子鐵芯，由該冷媒冷卻整個轉(zhuǎn)子鐵芯，而且通過傳導冷卻將超導線圈冷卻至大約30K，之后將熱交換后的冷媒通過冷媒排氣管返回至制冷機。在本實施例中，氦氣被用作冷媒，并且必要時在以下說明中使用氦氣取代“冷媒”。接下來，將對根據(jù)本實施例的冷媒給排裝置T的詳細結(jié)構(gòu)進行說明。如圖2中所示，不同于圖1，右側(cè)示出鄰近超導電動機的部分，而左側(cè)示出鄰近制冷機的部分，冷媒給排裝置T包括旋轉(zhuǎn)部1和固定部2。旋轉(zhuǎn)部1包含在縱軸上連續(xù)設(shè)置的電動機軸10、連接器11和旋轉(zhuǎn)軸12。旋轉(zhuǎn)軸 12內(nèi)設(shè)置有第一雙管部件13和第二雙管部件14。電動機軸10由沿縱軸向超導電動機延伸的基本圓筒狀的管構(gòu)成。電動機軸10 具有中央腔體，其中設(shè)置有冷媒供應管和沿冷媒供應管延伸的冷媒排氣管(圖中示出一部分)。冷媒供應管和冷媒排氣管流體連接至超導電動機的轉(zhuǎn)子鐵芯(圖2中未示出)。冷媒排氣管在其近端支撐固定至板100的環(huán)狀排氣集管(header) 101，排氣集管101通過軟管211流體連接至后述的排氣通道，使得從超導電動機返回的熱交換后的氦氣收集在排氣集管101中，然后通過軟管211排入排氣通道。連接器11包含連接小徑凸緣與大徑凸緣的遠端圓筒部Ila和連接外向凸緣與內(nèi)向凸緣的近端圓筒部lib。遠端圓筒部Ila的大徑凸緣與近端圓筒部lib的外向凸緣具有相同的外徑。近端圓筒部lib的內(nèi)向凸緣的徑向延伸的遠端面形成臺階部111。如圖2中所示，遠端圓筒部Ila的小徑凸緣與電動機軸10的近端通過螺栓等固定裝置牢固地連接。遠端圓筒部Ila的大徑凸緣與近端圓筒部lib的外向凸緣通過螺栓等固定裝置牢固地連接。圓筒狀旋轉(zhuǎn)軸12從連接器11的內(nèi)部向制冷機延伸。圓筒狀旋轉(zhuǎn)軸12包含凸緣12a，其具有由徑向向外延伸的近端面形成的臺階部 121。通過臺階部111與121相互嵌合，旋轉(zhuǎn)軸12牢固地連接至連接器11，并且由固定部2 的軸承25支撐旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)軸12的內(nèi)側(cè)設(shè)置有由同軸布置的外管13a和內(nèi)管13b構(gòu)成的第一雙管部件13，和由同軸布置的外管1 和內(nèi)管14b構(gòu)成的第二雙管部件14，從而在第一雙管部件 13與第二雙管部件14之間形成環(huán)狀空間。如圖中所示，在旋轉(zhuǎn)軸12的內(nèi)周面12b與第一雙管部件13的外管13a之間形成的環(huán)狀空間由閉塞部件120封閉。在第一雙管部件13中形成的通道的近端側(cè)由閉塞部件 130封閉，而遠端側(cè)向腔室110開放。在第一雙管部件13的內(nèi)管13b與第二雙管部件14的外管1 之間形成的圓筒狀空間在近端側(cè)開放而在遠端側(cè)由環(huán)狀閉塞部件131封閉。軟管211穿過閉塞部件131連接至圓筒狀空間，使得圓筒狀空間形成通過軟管211連接至環(huán)狀排氣集管101的氦氣返回通道F2。第二雙管部件14在近端側(cè)由環(huán)狀閉塞部件140封閉。在遠端側(cè)，內(nèi)管14b封閉， 并且外管Ha形成與腔室110流通的開口。此外，內(nèi)管14b的內(nèi)部連接至軟管210。這使得第二雙管部件14的內(nèi)管14b的內(nèi)部形成連接至氦氣供應源的氦氣供應通道F1。如圖中所示，旋轉(zhuǎn)軸12和第一雙管部件13具有流體連接至未示出的真空排氣裝置的排氣口 270，從而形成在旋轉(zhuǎn)軸12的內(nèi)周面12b與第一雙管部件13的外周面之間，以及在第一雙管部件13的外管13a與內(nèi)管1 之間形成的環(huán)狀真空絕熱層。這使得在與排氣口 270流體連接的腔室110中，以及與腔室110流體連接的、第二雙管部件14的外管1 與內(nèi)管14b之間的環(huán)狀空間中產(chǎn)生真空。接著，將對固定部2進行說明。如圖2中所示，固定部2相對于旋轉(zhuǎn)部1保持靜止， 并且包含與旋轉(zhuǎn)部1同軸設(shè)置的圓筒體20、冷媒供應管21、外管22、雙管部件23、殼體24、 軸承25、磁流體密封機構(gòu)沈、排氣室27、和設(shè)置在排氣室27內(nèi)的磁流體密封機構(gòu)28。
圓筒體20具有比第二雙管部件14的內(nèi)徑稍小的外徑。例如，圓筒體20被設(shè)計成當圓筒體20插入第二雙管部件14內(nèi)并與其重疊時，在圓筒體20與第二雙管部件14的內(nèi)管14b之間形成厚度約為0. 1毫米的環(huán)狀間隙。圓筒體20的外表面具有在軸向上按規(guī)則間隔布置的多個環(huán)狀槽200。多個環(huán)狀槽200可在軸向上按不規(guī)則間隔布置。優(yōu)選地，圓筒體20由例如Dyneema (注冊商標)或Spectra (Honeywell公司制造) 的超高分子量聚乙烯纖維構(gòu)成。這些纖維各自具有高機械強度和導熱性，并且通過在制造過程中調(diào)整纖維纏繞的角度，能夠具有負的線膨脹系數(shù)。這確保圓筒體20由于氦氣的冷卻作用而在徑向膨脹，因而即使在如圖3中所示圓筒體20插入第二雙管部件14的內(nèi)管14b 中的情況下，也可防止圓筒體20從內(nèi)管14b中脫落。盡管在本實施例中，圓筒體20設(shè)置在固定部2的冷媒供應管21的遠端側(cè)，然而不限于此，并且替換性地，圓筒體20可設(shè)置在第二雙管部件14的近端側(cè)。替換性地，圓筒體 20可設(shè)置在旋轉(zhuǎn)部1的第一雙管部件的近端側(cè)或固定部2的第二雙管部件的遠端側(cè)。冷媒供應管21流體連接至圓筒體20，從而形成從未示出的氦氣供應源到超導電動機的氦氣供應通道。外管22設(shè)置在冷媒供應管21的外側(cè)，從而在二者之間留有環(huán)狀空間，該外管22 的遠端側(cè)由環(huán)狀部件220密封。由外管23a和內(nèi)管2 構(gòu)成的雙管部件23設(shè)置在外管22 的外側(cè)，從而在二者之間留有環(huán)狀空間，該雙管部件23的遠端側(cè)由環(huán)狀部件230密封。如圖中所示，雙管部件23設(shè)置在第一雙管部件13的外側(cè)并與第一雙管部件13重疊。盡管未詳細說明，然而冷媒供應管21的外周面與外管22的內(nèi)周面之間的環(huán)狀空間，以及雙管部件23的外管23a與內(nèi)管2 之間的環(huán)狀空間形成真空絕熱層。殼體M固定至雙管部件23的外管23a，并且內(nèi)裝由兩個軸承25支撐以相對于殼體對旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸12，和密封旋轉(zhuǎn)軸12與殼體M之間的環(huán)狀間隙的磁流體密封機構(gòu)沈。 此外，與未示出的真空排氣裝置連通的排氣室27包含密封旋轉(zhuǎn)軸12周圍的排氣口 270的磁流體密封機構(gòu)觀。同時，旋轉(zhuǎn)部1的旋轉(zhuǎn)軸12的圓周速度被適當設(shè)計成使得磁流體中的油不會因磁流體的內(nèi)部粘性導致的發(fā)熱而散逸。2.冷媒給排裝置的操作接著，將參照圖2說明本實施例的冷媒給排裝置T的操作。如圖2中所示，由未示出的制冷機冷卻至預定的極低溫度的氦氣，從圖2的左側(cè)經(jīng)冷媒供應管21、圓筒體20、供應通道Fl和軟管210，流入電動機軸10內(nèi)部。然后，氦氣被送入設(shè)置在圖2的右側(cè)的未示出的超導電動機中，從而冷卻設(shè)置在超導電動機中的整個轉(zhuǎn)子鐵芯，隨后通過傳導冷卻將保持在轉(zhuǎn)子鐵芯上的超導線圈冷卻至大約30K的溫度，以保持超導線圈的超導狀態(tài)。在將超導線圈冷卻至預定溫度的熱交換后的氦氣被送回至電動機軸10，并收集在排氣集管101中。然后，收集的氦氣經(jīng)過軟管211、返回通道F2、和在外管22的外周面與雙管部件23的內(nèi)管2 之間形成的環(huán)狀空間被送往制冷機。根據(jù)本實施例的冷媒給排裝置T，在旋轉(zhuǎn)部1的第二雙管部件14的旋轉(zhuǎn)過程中，通過圓筒體20的布置，使從圓筒體20與第二雙管部件14的內(nèi)管14b之間的環(huán)狀間隙泄漏的氦氣量受到限制。而且，本實施例的冷媒給排裝置T避免了常規(guī)結(jié)構(gòu)中由旋轉(zhuǎn)側(cè)密封部件與固定側(cè)密封部件之間的接觸引起的裝置維護成本的增加和冷卻氣體溫度的上升。此外，根據(jù)本實施例的冷媒給排裝置T，旋轉(zhuǎn)部1和固定部2在軸向上部分重疊，從而能夠提供更加簡單和緊湊的冷媒給排裝置。3.圓筒體的變型圓筒體20可由例如Dyneema (注冊商標)或Spectra (Honeywell公司制造)以外的聚乙烯纖維增強塑料構(gòu)成。替代性地，圓筒體20可由包含有機填充材料的聚四氟乙烯構(gòu)成。在這種情況下，在圓筒體20中不會發(fā)生低溫脆化斷裂。而且，即使第二雙管部件14的內(nèi)管14b被加工成負尺寸公差，圓筒體20也與內(nèi)管14b很好地配合。此外，圓筒體20的外表面與內(nèi)管14的內(nèi)表面之間的接觸不會對超導線圈的冷卻造成不利影響。而且，圓筒體20上的環(huán)狀槽200可部分填充聚四氟乙烯，使得剩余的槽以不規(guī)則間隔排列。此外，槽200可由在軸向上連續(xù)或不連續(xù)延伸的螺旋槽形成。螺旋槽可設(shè)計成使得槽中的氣體通過第二雙管部件14的旋轉(zhuǎn)而被推出并進入供應通道Fl。只要能夠獲得上述優(yōu)勢，圓筒體20的外表面上的槽可具有寬度長于高度的矩形截面。槽可不均勻地分布在圓筒體20的外周面上。可對槽做出各種更改。例如，槽可相對于縱軸傾斜地形成。而且，如圖6中所示，圓筒體20可在近端側(cè)區(qū)域形成規(guī)則間隔的環(huán)狀槽200，且在遠端側(cè)區(qū)域形成將槽中滯留的氣體推回至未示出的供應通道的螺旋槽201。盡管為了控制經(jīng)過圓筒體20的外周面與第二雙管部件14的內(nèi)管14b之間的環(huán)狀間隙泄漏的氦氣量，在圓筒體20的外周面上形成規(guī)則或不規(guī)則間隔的環(huán)狀槽或凹部，或者連續(xù)或不連續(xù)的螺旋槽或凹部，然而本發(fā)明不限于這些實施例。例如，可在與圓筒體20相對的第二雙管部件14的內(nèi)管14b上形成凹部。替代性地，可在與旋轉(zhuǎn)部1的第一雙管部件 13相對的固定部2的雙管部件23的外周面上，或者在與雙管部件23相對的雙管部件13的外周面上形成凹部。盡管前述實施例中說明的各冷媒給排裝置T包含圓筒體20，然而可不使用圓筒體 20實現(xiàn)本發(fā)明的目的。將參照圖4、5和7說明其具體實施例。如圖4中所示，固定部2的冷媒供應管21可被設(shè)計成具有比旋轉(zhuǎn)部1的第二雙管部件14的內(nèi)徑稍小的外徑，和位于遠端側(cè)的漸縮部。冷媒供應管21的漸縮部211插入第二雙管部件14的內(nèi)管14b中。設(shè)置有包含中央縮徑部21 和離開中央縮徑部21 漸擴的部分215a、215c的漸縮管215。漸縮管215固定至第二雙管部件14的內(nèi)管14b，使得其一個漸擴部與漸縮部211的末端部分地重疊。通過此布置，從冷媒供應管21的漸縮部211高速噴出氦氣Hel，從而在漸縮部211 與漸縮管215之間的通道fp中產(chǎn)生低壓區(qū)。這導致雙管部件14的內(nèi)管14b與漸縮管215 之間的氦氣被吸入通道fp內(nèi)，然后通道fp中的氦氣He2由氦氣Hel伴隨。結(jié)果，經(jīng)過環(huán)狀間隙泄漏的氦氣被運送至電動機，從而使氦氣的泄漏量最小化。優(yōu)選地，冷媒供應管21的漸縮部211的內(nèi)徑與漸縮管215的縮徑部21 的內(nèi)徑相同。由發(fā)明者進行的實驗顯示，當漸縮部211的內(nèi)徑和縮徑部21 的內(nèi)徑減少至冷媒供應管21的內(nèi)徑的40%，并且漸縮部 211的外表面與漸擴部21 的內(nèi)表面之間的間隙被設(shè)定為縮徑部21 的內(nèi)徑的10%時，泄漏量減少至小于大約10%。如圖5中所示，冷媒供應管21可形成有漸縮噴管部和在周向上間隔開的多個開孔 21a，其中漸縮噴管部具有向下游側(cè)漸縮的第一部分和向下游側(cè)漸擴并且位于第一部分的下游側(cè)的第二部分。由開孔的孔徑和數(shù)量確定的開孔的總面積被設(shè)定為冷媒供應管21的外周面與第二雙管部件14的內(nèi)管14b的內(nèi)周面之間的環(huán)狀間隙的面積的20-40%。根據(jù)該布置，從漸縮部高速噴出的氦氣Hel在縮徑部周圍的空間內(nèi)產(chǎn)生真空，從而引起氦氣He2的循環(huán)流，其中氦氣經(jīng)過冷媒供應管21的外周面與第二雙管部件14的內(nèi)管14b的內(nèi)周面之間的環(huán)狀間隙，和縮徑部周圍的空間被吸入開孔21a。結(jié)果，與圖4中所示的冷媒給排裝置T相似，氦氣被確實地供應至電動機，從而使氦氣的泄漏量最小化。如圖7中所示，通過將冷媒供應管21插入第二雙管部件14的內(nèi)管14b中，并且調(diào)整冷媒供應管21的外周面與第二雙管部件14的內(nèi)管14b的內(nèi)周面之間的間隙d，能夠?qū)⒑獾男孤┝繙p少至大約10%。具體地，將冷媒供應管21的插入長度L和直徑D設(shè)定成L 等于或大于5D(L彡5D)，同時間隙d為冷媒供應管21的內(nèi)徑的1/100至1/200。優(yōu)選地， 間隙d為冷媒供應管21的內(nèi)徑的1/200。圖8是示出第二雙管部件14的內(nèi)管14b的內(nèi)徑為20毫米時間隙d與泄漏量之間的關(guān)系的實驗結(jié)果。該結(jié)果清楚地示出當間隙d為0. 2 毫米時，泄漏量減少至大約10%。而且實驗示出，根據(jù)本實施例，當固定部2的冷媒供應管 21布置在旋轉(zhuǎn)部1的第二雙管部件14的外圍時，獲得了相同結(jié)果。上述實施例僅為示例，并不限制本發(fā)明。本發(fā)明旨在不僅涵蓋權(quán)利要求所限定的主體，而且涵蓋其等價物。
權(quán)利要求
1.一種冷媒給排裝置，為了冷卻超導旋轉(zhuǎn)電機的超導線圈和保持冷卻的超導線圈的超導狀態(tài)，將冷媒從制冷機供應至所述超導旋轉(zhuǎn)電機，并且將冷媒從所述超導旋轉(zhuǎn)電機返回至所述制冷機，其包括以非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)支撐的固定管；和隨所述超導旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)管；其中，所述固定管布置在所述旋轉(zhuǎn)管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，通過連接所述固定管的內(nèi)部與所述旋轉(zhuǎn)管的內(nèi)部而形成冷媒通道，并且在所述固定管與所述旋轉(zhuǎn)管之間形成沿周向連續(xù)延伸的環(huán)狀間隙，其中，與所述旋轉(zhuǎn)管相對的所述固定管的外周面部分或者與所述固定管相對的所述旋轉(zhuǎn)管的外周面部分具有沿周向分布的凹部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述凹部是沿軸向規(guī)則間隔或不規(guī)則間隔的環(huán)狀槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述凹部是沿軸向連續(xù)延伸或不連續(xù)延伸的螺旋槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述槽被設(shè)計成通過所述旋轉(zhuǎn)管的旋轉(zhuǎn)，將所述槽中滯留的流體推回至所述旋轉(zhuǎn)管的內(nèi)部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述凹部具有環(huán)狀槽和在軸向上布置于所述環(huán)狀槽的一側(cè)的螺旋槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述凹部具有矩形橫截面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中與所述旋轉(zhuǎn)管相對的所述固定管的外周面部分或者與所述固定管相對的所述旋轉(zhuǎn)管的外周面部分中的至少一部分由具有負的線膨脹系數(shù)的超高分子量聚乙烯纖維增強復合材料構(gòu)成。
8.一種冷媒給排裝置，為了冷卻超導旋轉(zhuǎn)電機的超導線圈和保持冷卻的超導線圈的超導狀態(tài)，將冷媒從制冷機供應至所述超導旋轉(zhuǎn)電機，并且將冷媒從所述超導旋轉(zhuǎn)電機返回至所述制冷機，其包括以非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)支撐的固定管；和隨所述超導旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)管；其中，所述固定管布置在所述旋轉(zhuǎn)管的內(nèi)側(cè)，通過連接所述固定管的內(nèi)部與所述旋轉(zhuǎn)管的內(nèi)部而形成冷媒通道，并且在所述固定管與所述旋轉(zhuǎn)管之間形成沿周向連續(xù)延伸的環(huán)狀間隙，其中，所述固定管的末端具有漸縮部和漸縮管，所述漸縮管具有中央縮徑部和位于所述中央縮徑部兩側(cè)的漸縮部和漸擴部，所述漸縮管與所述固定管的末端鄰近布置且部分重疊，從而形成連接所述固定管的內(nèi)部與外部的開口。
9.一種冷媒給排裝置，為了冷卻超導旋轉(zhuǎn)電機的超導線圈和保持冷卻的超導線圈的超導狀態(tài)，將冷媒從制冷機供應至所述超導旋轉(zhuǎn)電機，并且將冷媒從所述超導旋轉(zhuǎn)電機返回至所述制冷機，其包括以非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)支撐的固定管；和隨所述超導旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)管；其中，所述固定管布置在所述旋轉(zhuǎn)管的內(nèi)側(cè)，通過連接所述固定管的內(nèi)部與所述旋轉(zhuǎn)管的內(nèi)部而形成冷媒通道，并且在所述固定管與所述旋轉(zhuǎn)管之間形成沿周向連續(xù)延伸的環(huán)狀間隙，其中，所述固定管的末端具有漸縮噴管，所述漸縮噴管具有向下游側(cè)漸縮的漸縮部，設(shè)置在所述漸縮部的下游側(cè)并且向下游側(cè)漸擴的漸擴部，位于所述漸縮部與漸擴部之間的縮徑部，以及形成于所述縮徑部以便流體連接所述固定管的內(nèi)部與外部的開口。
10.一種冷媒給排裝置，為了冷卻超導旋轉(zhuǎn)電機的超導線圈和保持冷卻的超導線圈的超導狀態(tài)，將冷媒從制冷機供應至所述超導旋轉(zhuǎn)電機，并且將冷媒從所述超導旋轉(zhuǎn)電機返回至所述制冷機，其包括以非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)支撐的固定管；和隨所述超導旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)管；其中，所述固定管布置在所述旋轉(zhuǎn)管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，通過連接所述固定管的內(nèi)部與所述旋轉(zhuǎn)管的內(nèi)部而形成冷媒通道，其中，假設(shè)所述固定管和旋轉(zhuǎn)管中布置在內(nèi)側(cè)的一個為內(nèi)側(cè)管，而所述固定管和旋轉(zhuǎn)管中布置在所述內(nèi)側(cè)管的外側(cè)的另一個為外側(cè)管，所述內(nèi)側(cè)管插入所述外側(cè)管的部分的長度為L并且所述內(nèi)側(cè)管的內(nèi)徑為D，則L和D具有L > 5D的關(guān)系，并且所述內(nèi)側(cè)管與外側(cè)管之間的環(huán)狀間隙為所述內(nèi)側(cè)管的內(nèi)徑的1/100至2/100。
11.一種具有相互電磁連接的定子和轉(zhuǎn)子的超導旋轉(zhuǎn)電機，其包含根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷媒給排裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超導旋轉(zhuǎn)電機的冷媒給排裝置和具備該冷媒給排裝置的超導旋轉(zhuǎn)電機，其包含互不接觸的靜止側(cè)部件和旋轉(zhuǎn)側(cè)部件，從而防止因靜止側(cè)部件與旋轉(zhuǎn)側(cè)部件的接觸引起的裝置維護成本的增加或冷卻氣體溫度的上升。為了抵制經(jīng)圓筒體20與第二雙管部件14的內(nèi)管14b之間的圓筒狀空間流出的氦氣，在圓筒體20的外周面部分形成沿軸向規(guī)則或不規(guī)則間隔的環(huán)狀槽或凹部，或者沿軸向連續(xù)或不連續(xù)延伸的螺旋槽或凹部，結(jié)果，能夠控制來自圓筒狀空間的氦氣泄漏量。
文檔編號H02K55/00GK102577056SQ20108004136
公開日2012年7月11日 申請日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月16日
發(fā)明者合澤清志, 奧村嘉賀男, 小菅永二, 山口貢, 梅本勝彌, 橫山稔, 牛腸義次, 高雄悟 申請人:川崎重工業(yè)株式會社