專利名稱：一種高溫超導(dǎo)磁體導(dǎo)冷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種高溫超導(dǎo)磁體導(dǎo)冷裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及高溫超導(dǎo)磁體傳導(dǎo)制冷技術(shù)，具體說是一種高溫超導(dǎo)磁體傳導(dǎo)制冷用導(dǎo)冷裝置結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
[0002]隨著高溫超導(dǎo)材料性能的不斷提高及G-M制冷機制冷功率的大幅提升，目前 2(Γ30Κ (開爾文溫度)已經(jīng)成為高溫超導(dǎo)高場磁體最為經(jīng)濟的運行溫區(qū)。要將數(shù)百公斤重的高溫超導(dǎo)磁體冷卻到這一溫區(qū)主要有兩類方式。方式一是低溫氣體對流制冷，例如冷氦氣制冷，氦氣通過G-M制冷機制冷后通過高溫超導(dǎo)磁體表面進行熱量交換。對流制冷的優(yōu)勢在于制冷速度快，磁體溫度梯度??；缺點在于杜瓦結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備成本高。另一種方式是傳導(dǎo)制冷，其基本原理是利用真空技術(shù)來消除磁體與外界環(huán)境之間的對流換熱，利用熱輻射屏蔽技術(shù)來大幅削弱外界的熱輻射，之后，通過導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)將G-M制冷機的冷量傳導(dǎo)到高溫超導(dǎo)磁體表面，實現(xiàn)磁體的冷卻。傳導(dǎo)制冷的優(yōu)勢在于能耗低，設(shè)備簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，便于維護，適用于電力設(shè)備。主要缺點為穩(wěn)態(tài)溫度梯度較大，降溫速度較慢。[0003]為了減小高溫超導(dǎo)磁體內(nèi)部的溫度梯度，提高磁體的制冷速度，需要對導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。一方面，要根據(jù)超導(dǎo)磁體的外形來設(shè)計合理的導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)，設(shè)置充足的導(dǎo)冷通道，另一方面，要為導(dǎo)冷結(jié)構(gòu)選擇合適的材料，制定可靠的加工工藝。發(fā)明內(nèi)容[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種減小傳導(dǎo)制冷單螺線管高溫超導(dǎo)磁體內(nèi)部的溫度梯度、快速制冷的高溫超導(dǎo)磁體導(dǎo)冷裝置。[0005]所述高溫超導(dǎo)磁體導(dǎo)冷裝置，其特征是包括導(dǎo)冷銅帶、冷頭連接法蘭、防輻射層、 環(huán)形支架、橫截面為圓弧形的柱狀導(dǎo)冷板，所述導(dǎo)冷板的軸向兩端以及中部各固定至少一根導(dǎo)冷銅帶，所述導(dǎo)冷銅帶的另一端固定于冷頭連接法蘭，所述導(dǎo)冷板外表面覆蓋防輻射層，所述環(huán)形支架固定于導(dǎo)冷板的外側(cè)，用于為導(dǎo)冷裝置定形，同時提高整個導(dǎo)冷裝置結(jié)構(gòu)的強度。[0006]所述導(dǎo)冷板橫截面的環(huán)向弧度為27(Γ330°，厚度為5 15mm，軸向的高度與所冷卻的螺線管形高溫超導(dǎo)磁體的高度相當，所述導(dǎo)冷板的內(nèi)表面與超導(dǎo)磁體的外表面保持 3(T50mm的間距。[0007]所述導(dǎo)冷銅帶由經(jīng)絕緣浸潰處理的高純銅編制帶組成多片銅箔疊加而成，以焊接、鉚接或螺栓連接方式與其它部件構(gòu)成連接結(jié)構(gòu)。[0008]所述導(dǎo)冷銅帶以鉚接或螺栓連接的結(jié)構(gòu)中，在連接面處需夾持銦片，以降低接觸熱阻。[0009]所述導(dǎo)冷銅帶焊接固 定于導(dǎo)冷裝置外側(cè)的軸向中部，用于連接導(dǎo)冷裝置和冷頭連接法蘭。[0010]所述導(dǎo)冷銅帶焊接固定于導(dǎo)冷裝置的軸向端部，用于連接導(dǎo)冷裝置和磁體的導(dǎo)冷桿。[0011]由純銅制成的冷頭連接法蘭，螺栓連接于G-M制冷機冷頭，用于將冷頭的冷量導(dǎo)向?qū)Ю溲b置，在連接面處夾持銦片，以降低接觸熱阻。[0012]以鋁箔制成的防輻射層以鍍膜或粘接覆蓋于圓弧形導(dǎo)冷板的表面。[0013]以低溫下高機械強度的絕緣材料制成的環(huán)形支架由至少一個圓環(huán)形構(gòu)造組成，固定于圓弧形導(dǎo)冷板的外側(cè)。[0014]環(huán)氧玻璃纖維材料或聚四氟乙烯材料制成的所述環(huán)形支架有兩個環(huán)形結(jié)構(gòu)固定于導(dǎo)冷板的外側(cè)。[0015]本發(fā)明可以減小傳導(dǎo)制冷單螺線管高溫超導(dǎo)磁體內(nèi)部的溫度梯度，同時還可以提高傳導(dǎo)制冷結(jié)構(gòu)的制冷速度。導(dǎo)冷板的圓弧形構(gòu)造、導(dǎo)冷裝置的尺寸選取、導(dǎo)冷銅帶的編織結(jié)構(gòu)及絕緣浸潰處理均有利于降低磁體工作過程中的渦流損耗。銅帶與其他部件的連接方式及冷頭連接法蘭與冷頭的連接方式有助于降低接觸熱阻，提高整個導(dǎo)冷板結(jié)構(gòu)的導(dǎo)冷效率。防輻射層的引入有助于降低磁體輻射熱的侵入。支架結(jié)構(gòu)的引入則提高了導(dǎo)冷裝置結(jié)構(gòu)的整體強度，拓寬了它的應(yīng)用范圍。另外，本導(dǎo)冷裝置結(jié)構(gòu)不僅具有導(dǎo)冷通道的功能、防輻射屏功能，而且由于導(dǎo)冷板結(jié)構(gòu)具有較大的質(zhì)量，可以儲存較多的冷量，因此它還具有熱沉的功能。


[0016]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，[0017]圖2為超導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu)示意圖，[0018]圖3為G-M制冷機冷頭結(jié)構(gòu)示意圖，[0019]圖4為導(dǎo)冷裝置與超導(dǎo)磁體、電流引線及制冷機冷頭的裝配圖。[0020]其中標號I—導(dǎo)冷板，2—導(dǎo)冷銅帶，3—連接點，4一連接法蘭，5—防輻射層，6— 環(huán)形支架，7—超導(dǎo)雙餅，8—導(dǎo)冷桿，9一上不銹鋼連接法蘭，10—下不銹鋼連接法蘭，11一導(dǎo)冷片，12超導(dǎo)磁體電流弓I線，13 G-M制冷機冷頭。
具體實施方式
[0021]
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明如圖1中所示高溫超導(dǎo)磁體導(dǎo)冷裝置，它包括橫截面為圓弧形的柱狀導(dǎo)冷板1、導(dǎo)冷銅帶2、冷頭連接法蘭4、防輻射層5、環(huán)形支架6， 所述導(dǎo)冷板I的軸向兩端以及中部各固定至少一根導(dǎo)冷銅帶2，所述導(dǎo)冷銅帶2的另一端固定于冷頭連接法蘭4，所述導(dǎo)冷板I外表面覆蓋防輻射層5，所述環(huán)形支架6固定于導(dǎo)冷板的外側(cè)，用于為導(dǎo)冷裝置定形，同時提高整個導(dǎo)冷裝置結(jié)構(gòu)的強度。[0022]圓弧形導(dǎo)冷板采用高導(dǎo)熱材料，例如金屬材料或?qū)崽沾刹牧?如AlN陶瓷)，可通過鑄造或由板材卷曲加工而成，導(dǎo)冷板卷曲相向的兩邊需保留放置高溫超導(dǎo)磁體電流 引線 12的足夠間距。[0023]所述導(dǎo)冷板I橫截面的環(huán)向弧度為27(Γ330°，厚度為5 15mm，軸向的高度與所冷卻的螺線管形高溫超導(dǎo)磁體14的高度相當，所述導(dǎo)冷板I的內(nèi)表面與超導(dǎo)磁體14的外表面保持3(T50mm的間距。[0024]所述導(dǎo)冷銅帶2由經(jīng)絕緣浸潰處理的高純銅編制帶組成多片銅箔疊加而成，以焊接、鉚接或螺栓連接方式與其它部件構(gòu)成連接結(jié)構(gòu)。[0025]所述導(dǎo)冷銅帶2以鉚接或螺栓連接的結(jié)構(gòu)中，在連接面處需夾持銦片，以降低接觸熱阻。[0026]所述導(dǎo)冷銅帶分為兩類，一類焊接于導(dǎo)冷板外側(cè)的軸向中部，用于連接導(dǎo)冷裝置和冷頭連接法蘭4，另一類焊接于導(dǎo)冷裝置的軸向端部，用于連接導(dǎo)冷裝置和磁體的導(dǎo)冷桿。[0027]由純銅制成的冷頭連接法蘭4，螺栓連接于G-M制冷機冷頭13，冷頭如圖3所示， 用于將冷頭的冷量導(dǎo)向?qū)Ю溲b置，在連接面處夾持銦片，以降低接觸熱阻。[0028]防輻射層由防輻射材料制成，例如鋁箔、噴鋁滌綸薄膜、鋁箔紙等。以鋁箔制成的防輻射層5以鍍膜或粘接覆蓋于圓弧形導(dǎo)冷板I的表面?？刹捎缅兡せ蛘辰拥确绞教砑?， 用于降低外界輻射給導(dǎo)冷裝置帶來的輻射熱。[0029]以低溫下高機械強度的絕緣材料制成的環(huán)形支架6由至少一個圓環(huán)形構(gòu)造組成， 固定于圓弧形導(dǎo)冷板I的外側(cè)。[0030]例如環(huán)氧玻璃纖維材料或聚四氟乙烯材料制成的所述環(huán)形支架6有兩個環(huán)形結(jié)構(gòu)固定于導(dǎo)冷板I的外側(cè)。[0031]本發(fā)明中，導(dǎo)冷板的圓弧形構(gòu)造、導(dǎo)冷裝置的尺寸選取、導(dǎo)冷銅帶的編織結(jié)構(gòu)及絕緣浸潰處理均有利于降低磁體工作過程中的渦流損耗。銅帶與其他部件的連接方式及冷頭連接法蘭與冷頭的連接方式有助于降低接觸熱阻，提高整個導(dǎo)冷板結(jié)構(gòu)的導(dǎo)冷效率。防輻射層得引入有助于降低磁體輻射熱的侵入。支架結(jié)構(gòu)的引入則提高了導(dǎo)冷板結(jié)構(gòu)的整體強度，拓寬了它的應(yīng)用范圍。另外，本導(dǎo)冷裝置結(jié)構(gòu)不僅具有導(dǎo)冷通道的功能、防輻射屏功能， 而且由于導(dǎo)冷裝置結(jié)構(gòu)具有較大的質(zhì)量，可以儲存較多的冷量，因此它還具有熱沉的功能。[0032]以100kJ/50kW傳導(dǎo)冷卻SMES (超導(dǎo)磁儲能)磁體為實施例對本發(fā)明加以介紹，超導(dǎo)磁體及自身的導(dǎo)冷構(gòu)造如圖2所示。傳導(dǎo)冷卻磁體的基本結(jié)構(gòu)包括超導(dǎo)雙餅7，高純銅導(dǎo)冷桿8，上不銹鋼連接法蘭9，下不銹鋼連接法蘭10，高純銅導(dǎo)冷片11。各構(gòu)造的基本參數(shù)如表I所示。[0033]表I 100kJ/50kW S`MES磁體主要參數(shù)[0034]
權(quán)利要求1.一種高溫超導(dǎo)磁體導(dǎo)冷裝置，其特征是包括導(dǎo)冷銅帶(2)、冷頭連接法蘭(4)、防輻射層(5)、環(huán)形支架(6)、橫截面為圓弧形的柱狀導(dǎo)冷板(1)，所述導(dǎo)冷板(1)的軸向兩端以及中部各固定至少一根導(dǎo)冷銅帶(2)，所述導(dǎo)冷銅帶(2)的另一端固定于冷頭連接法蘭(4)，所述導(dǎo)冷板(1)外表面覆蓋防輻射層(5)，所述環(huán)形支架(6)固定于導(dǎo)冷板的外側(cè)，用于為導(dǎo)冷裝置定形，同時提高整個導(dǎo)冷裝置結(jié)構(gòu)的強度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)磁體導(dǎo)冷裝置，其特征是所述導(dǎo)冷板(1)橫截面的環(huán)向弧度為27(Γ330°，厚度為5 15mm，軸向的高度與所冷卻的螺線管形高溫超導(dǎo)磁體(14)的高度相當，所述導(dǎo)冷板(1)的內(nèi)表面與超導(dǎo)磁體(14)的外表面保持3(T50mm的間距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)磁體導(dǎo)冷裝置，其特征是所述導(dǎo)冷銅帶(2)由經(jīng)絕緣浸潰處理的高純銅編制帶組成多片銅箔疊加而成，以焊接、鉚接或螺栓連接方式與其它部件構(gòu)成連接結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫超導(dǎo)磁體導(dǎo)冷裝置，其特征是所述導(dǎo)冷銅帶(2)以鉚接或螺栓連接的結(jié)構(gòu)中，在連接面處需夾持銦片，以降低接觸熱阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、3或4之一所述的高溫超導(dǎo)磁體導(dǎo)冷裝置，其特征是所述導(dǎo)冷銅帶(2)焊接固定于導(dǎo)冷裝置外側(cè)的軸向中部，用于連接導(dǎo)冷裝置和冷頭連接法蘭(4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、3或4之一所述的高溫超導(dǎo)磁體導(dǎo)冷裝置，其特征是所述導(dǎo)冷銅帶(2)焊接固定于導(dǎo)冷裝置的軸向端部，用于連接導(dǎo)冷裝置和磁體的導(dǎo)冷桿。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)磁體導(dǎo)冷裝置，其特征是由純銅制成的冷頭連接法蘭(4)，螺栓連接于G-M制冷機冷頭(13)，用于將冷頭的冷量導(dǎo)向?qū)Ю溲b置，在連接面處夾持銦片，以降低接觸熱阻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)磁體導(dǎo)冷裝置，其特征是以鋁箔制成的防輻射層(5)以鍍膜或粘接覆蓋于圓弧形導(dǎo)冷板(1)的表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫超導(dǎo)磁體導(dǎo)冷裝置，其特征是以低溫下高機械強度的絕緣材料制成的環(huán)形支架(6)由至少一個圓環(huán)形構(gòu)造組成，固定于圓弧形導(dǎo)冷板(1)的外側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高溫超導(dǎo)磁體導(dǎo)冷裝置，其特征是環(huán)氧玻璃纖維材料或聚四氟乙烯材料制成的所述環(huán)形支架(6 )有兩個環(huán)形結(jié)構(gòu)固定于導(dǎo)冷板(1)的外側(cè)。
專利摘要一種高溫超導(dǎo)磁體導(dǎo)冷裝置，其特征是包括橫截面為圓弧形的柱狀導(dǎo)冷板(1)、導(dǎo)冷銅帶(2)、冷頭連接法蘭(4)、防輻射層(5)、環(huán)形支架(6)，所述導(dǎo)冷板(1)的軸向兩端以及中部各固定至少一根導(dǎo)冷銅帶(2)，所述導(dǎo)冷銅帶(2)的另一端固定于冷頭連接法蘭(4)，所述導(dǎo)冷板(1)外表面覆蓋防輻射層(5)，所述環(huán)形支架(6)固定于導(dǎo)冷板的外側(cè)，用于為導(dǎo)冷裝置定形，同時提高整個導(dǎo)冷裝置結(jié)構(gòu)的強度。本實用新型它的引入可以減小傳導(dǎo)制冷單螺線管高溫超導(dǎo)磁體內(nèi)部的溫度梯度，同時還可以提高傳導(dǎo)制冷結(jié)構(gòu)的制冷速度。而且由于導(dǎo)冷板結(jié)構(gòu)具有較大的質(zhì)量，可以儲存較多的冷量，因此它還具有熱沉的功能。
文檔編號H01F6/04GK202871443SQ201220503258
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者任麗, 焦豐順, 竇建中, 孫剛, 伍科, 魯金定, 李曉群, 何杰, 王姝, 周世平, 金濤, 何清, 鄧萬婷 申請人:華中科技大學(xué), 湖北省電力公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司