一種導冷骨架及由其構成的高溫超導磁體結構件的製作方法
2023-09-23 03:54:45 1
專利名稱：一種導冷骨架及由其構成的高溫超導磁體結構件的製作方法
技術領域：
本發明屬於磁體導冷技術，具體涉及一種導冷骨架及由其構成的高溫超導磁體結構件。
背景技術：
在超導電力應用技術中，超導磁儲能裝置因其可以高密度地儲存電能，並可快速向系統提供有功、無功功率等特點，應用前景廣闊。大型SMES可以作為負荷調峰，中小型SMES可以補償負荷變動，抑制頻率波動及電壓突降，改善系統穩定性，還可用作分散電源系統中的儲能設備、緊急備用電源等特殊裝置。傳統的超導磁體一般是將超導磁體浸泡在低溫液體中，採用液氦做冷卻劑進行冷卻，超導磁體系統的結構和運行較為複雜，液氦價格也較昂貴，這些因素嚴重阻礙著超導磁體技術的發展，由於目前發現的高溫超導材料在液氮溫度的電流密度還不高，而且隨著磁場的增加迅速降低，而選用傳導冷卻方式，磁體的溫度可以控制在20K左右，高溫超導材料的臨界電流較高，可以充分利用高溫超導材料的高臨界電流特性。而在20K-40K這一溫區，浸泡冷卻是不現實的，對於液氮來說溫度太低，而如果浸泡在液氦裡，雖然還可以因為溫度的進一步降低而在臨界電流上有進一步的提高，但由此獲得的收益與使用液氮來比，經濟上和技術與運行上並不可取，而且研究高溫超導體材料的目的正是避免使用價格高且運行不方便的液氦冷卻系統。因此，高溫超導磁體選用傳導冷卻方式是可行的和實用的。磁體內部的導冷結構與超導體繞組直接接觸，通過熱傳導的方式，將磁體運行過程中產生的熱量帶走，而一個有效的導冷結構是傳導冷卻高溫超導磁體製冷技術的關鍵。
發明內容
為了克服現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種導冷骨架及由其構成的高溫超導磁體結構件，目的是提高超導磁體熱穩定性和低溫冷卻系統熱效率。本發明提供的一種導冷骨架，其特徵在於，該骨架由氮化鋁製成，為圓環狀，其截面為凹凸形，圓環骨架的內沿部分的上部為凸起，凸起部分的高度為D1，內沿部分的下部為凹槽，凹槽部分的高度為D2，凹槽部分與凸起部分寬度相等，Dl與D2之差等於導冷片的厚度。由上述導冷骨架構成的高溫超導磁體結構件，其特徵在於，超導線材繞制在圓環骨架徑向外側，其上、下由軸向的兩個導冷片夾住，構成模塊化的高溫超導磁體結構件。多個高溫超導磁體結構件上、下疊加，相鄰兩個導冷骨架之間的凸起部分與凹槽部分上下緊扣，構成高溫超導磁體。本發明提供的一種導冷骨架及由其構成的高溫超導磁體結構件，由於採用新型的導冷結構，克服了傳統導冷結構磁體熱穩定性差，磁體工作過程中溫升高的弊端，它採用模塊化的結構，凹凸狀的氮化鋁(AlN)圓環作為超導線材的內部支撐，超導線材直接繞制在凹凸式氮化鋁(AlN)圓環骨架上，每個雙餅和骨架作為一個獨立模塊，骨架之間可以上下緊扣、的凹凸間隙，與傳統的骨架相比可以使磁體組裝後更穩定可靠。同時骨架與骨架之間有良好的接觸，並且骨架與導冷片也能有直接的面接觸，使得導冷效果更好，利於提高磁體熱穩定性和低溫冷卻系統熱效率。
圖I為本發明實例提供的導冷骨架構成的高溫超導磁體結構件的結構示意圖；圖2為圖I中高溫超導磁體結構件的1/2垂直切面示意圖；圖3為圖2的A區域截面示意圖；圖4為由高溫超導磁體結構件構成的高溫超導磁體結構示意圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。如圖I所示，由本實例提供的導冷骨架構成的高溫超導磁體結構件包括導冷片I、超導線材2和骨架3。如圖2、圖3所示，骨架3由氮化鋁(AlN)製成，為圓環狀，其截面為凹凸形，圓環骨架3的內沿部分的上部為凸起，凸起部分的高度為D1，內沿部分的下部為凹槽，凹槽部分的高度為D2，凹槽部分與凸起部分寬度相等，Dl與D2之差等於導冷片I的厚度。超導線材2繞制在氮化鋁(AlN)圓環骨架3徑向外側，形成高溫超導磁體雙餅結構，其上、下由軸向的兩個導冷片I夾住，共同構成模塊化的高溫超導磁體結構件，多個模塊可以上下疊加成所需的高溫超導磁體，如圖4所示。這種凹凸式的氮化鋁(AlN)圓環骨架3作為超導線材2的內部支撐，骨架與骨架之間留有可以上下緊扣的凹凸間隙，除此之外，凸起部分外側所形成的間隙也為導冷片I留出了插入的空間，這樣做不僅使得導冷片I得到固定，也增加了導冷片I與氮化鋁(AlN)圓環骨架3的接觸面，對於傳導製冷的高溫超導磁體導冷效果來說是非常有利的。如圖3中，凸起部分的高度D1，凹槽部分的高度D2，導冷片I的厚度為d，三者相互關係為Dfd=D1圓環骨架3採用氮化鋁(A1N)，氮化鋁(AlN)低溫下導熱係數很高，是做導冷結構的極佳材料。本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種導冷骨架，其特徵在於，該骨架由氮化鋁製成，為圓環狀，骨架截面為凹凸形，骨架的內沿部分的上部為凸起，凸起部分的高度為D1，內沿部分的下部為凹槽，凹槽部分的高度為D2，凹槽部分與凸起部分寬度相等，Dl與D2之差等於導冷片的厚度。
2.一種由權利要求I所述導冷骨架構成的高溫超導磁體結構件，其特徵在於，超導線材繞制在骨架徑向外側，其上、下由軸向的兩個導冷片夾住，構成模塊化的高溫超導磁體結構件。
3.—種權利要求2所述的高溫超導磁體結構件，其特徵在幹，多個高溫超導磁體結構件上、下疊加，相鄰兩個導冷骨架之間的凸起部分與凹槽部分上下緊扣，構成高溫超導磁體。
全文摘要
本發明公開了一種導冷骨架，其特徵在於，該骨架由氮化鋁製成，為圓環狀，其截面為凹凸形，圓環骨架的內沿部分的上部為凸起，凸起部分的高度為D1，內沿部分的下部為凹槽，凹槽部分的高度為D2，凹槽部分與凸起部分寬度相等，D1與D2之差等於導冷片的厚度。由導冷骨架構成的高溫超導磁體結構件，超導線材繞制在圓環骨架徑向外側，其上、下由軸向的兩個導冷片夾住，構成模塊化的高溫超導磁體結構件。本發明克服了傳統導冷結構渦流損耗大，磁體熱穩定性差，磁體工作過程中溫升高的弊端，其導冷效果更好，利於提高磁體熱穩定性和低溫冷卻系統熱效率。
文檔編號H01F6/00GK102737805SQ20121017507
公開日2012年10月17日 申請日期2012年5月31日 優先權日2012年5月31日
發明者唐躍進, 宋萌, 徐穎, 曹昆南, 焦豐順, 王達達, 竇建中, 董宏達 申請人:雲南電力試驗研究院(集團)有限公司電力研究院, 華中科技大學