[发明专利]一种导冷骨架及由其构成的高温超导磁体结构件

说明书

技术领域

本发明属于磁体导冷技术，具体涉及一种导冷骨架及由其构成的高温超导磁体结构件。

背景技术

在超导电力应用技术中，超导磁储能装置因其可以高密度地储存电能，并可快速向系统提供有功、无功功率等特点，应用前景广阔。大型SMES可以作为负荷调峰，中小型SMES可以补偿负荷变动，抑制频率波动及电压突降，改善系统稳定性，还可用作分散电源系统中的储能设备、紧急备用电源等特殊装置。

传统的超导磁体一般是将超导磁体浸泡在低温液体中，采用液氦做冷却剂进行冷却，超导磁体系统的结构和运行较为复杂，液氦价格也较昂贵，这些因素严重阻碍着超导磁体技术的发展，由于目前发现的高温超导材料在液氮温度的电流密度还不高，而且随着磁场的增加迅速降低，而选用传导冷却方式，磁体的温度可以控制在20K左右，高温超导材料的临界电流较高，可以充分利用高温超导材料的高临界电流特性。而在20K-40K这一温区，浸泡冷却是不现实的，对于液氮来说温度太低，而如果浸泡在液氦里，虽然还可以因为温度的进一步降低而在临界电流上有进一步的提高，但由此获得的收益与使用液氮来比，经济上和技术与运行上并不可取，而且研究高温超导体材料的目的正是避免使用价格高且运行不方便的液氦冷却系统。因此，高温超导磁体选用传导冷却方式是可行的和实用的。磁体内部的导冷结构与超导体绕组直接接触，通过热传导的方式，将磁体运行过程中产生的热量带走，而一个有效的导冷结构是传导冷却高温超导磁体制冷技术的关键。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种导冷骨架及由其构成的高温超导磁体结构件，目的是提高超导磁体热稳定性和低温冷却系统热效率。

本发明提供的一种导冷骨架，其特征在于，该骨架由氮化铝制成，为圆环状，其截面为凹凸形，圆环骨架的内沿部分的上部为凸起，凸起部分的高度为D1，内沿部分的下部为凹槽，凹槽部分的高度为D2，凹槽部分与凸起部分宽度相等，D1与D2之差等于导冷片的厚度。

由上述导冷骨架构成的高温超导磁体结构件，其特征在于，超导线材绕制在圆环骨架径向外侧，其上、下由轴向的两个导冷片夹住，构成模块化的高温超导磁体结构件。

多个高温超导磁体结构件上、下叠加，相邻两个导冷骨架之间的凸起部分与凹槽部分上下紧扣，构成高温超导磁体。

本发明提供的一种导冷骨架及由其构成的高温超导磁体结构件，由于采用新型的导冷结构，克服了传统导冷结构磁体热稳定性差，磁体工作过程中温升高的弊端，它采用模块化的结构，凹凸状的氮化铝（AlN）圆环作为超导线材的内部支撑，超导线材直接绕制在凹凸式氮化铝（AlN）圆环骨架上，每个双饼和骨架作为一个独立模块，骨架之间可以上下紧扣的凹凸间隙，与传统的骨架相比可以使磁体组装后更稳定可靠。同时骨架与骨架之间有良好的接触，并且骨架与导冷片也能有直接的面接触，使得导冷效果更好，利于提高磁体热稳定性和低温冷却系统热效率。

附图说明

图1为本发明实例提供的导冷骨架构成的高温超导磁体结构件的结构示意图；

图2为图1中高温超导磁体结构件的1/2垂直切面示意图；

图3为图2的A区域截面示意图；

图4为由高温超导磁体结构件构成的高温超导磁体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，由本实例提供的导冷骨架构成的高温超导磁体结构件包括导冷片1、超导线材2和骨架3。

如图2、图3所示，骨架3由氮化铝（AlN）制成，为圆环状，其截面为凹凸形，圆环骨架3的内沿部分的上部为凸起，凸起部分的高度为D1，内沿部分的下部为凹槽，凹槽部分的高度为D2，凹槽部分与凸起部分宽度相等，D1与D2之差等于导冷片1的厚度。

超导线材2绕制在氮化铝（AlN）圆环骨架3径向外侧，形成高温超导磁体双饼结构，其上、下由轴向的两个导冷片1夹住，共同构成模块化的高温超导磁体结构件，多个模块可以上下叠加成所需的高温超导磁体，如图4所示。

这种凹凸式的氮化铝（AlN）圆环骨架3作为超导线材2的内部支撑，骨架与骨架之间留有可以上下紧扣的凹凸间隙，除此之外，凸起部分外侧所形成的间隙也为导冷片1留出了插入的空间，这样做不仅使得导冷片1得到固定，也增加了导冷片1与氮化铝（AlN）圆环骨架3的接触面，对于传导制冷的高温超导磁体导冷效果来说是非常有利的。