[发明专利]一种高温超导电机转子低温冷却系统

说明书

本发明公开了一种高温超导电机转子低温冷却系统，包括真空容器、制冷机、冷头换热器、集液腔、冷媒传输管、磁流体密封装置、隔热部件、液氖气化腔和储气罐，选取液氖作为高温超导磁体的低温冷却介质，利用热虹吸原理将低温制冷机、集液腔、冷媒传输管、液氖气化腔等部件组成一个封闭的循环系统，给高温超导磁体提供持续的冷量；在低温制冷机侧，氖气液化成液氖，经冷媒传输管传输至液氖气化腔，在液氖气化腔侧，液氖气化，吸收高温超导磁体磁体及外界环境带来的热量，气化形成的氖气再次经冷媒传输管输送至低温制冷机侧，再次液化，形成一个封闭的循环；本发明相比于冷氦气强迫对流循环，省略了氦气泵的投入，提高了经济性。

技术领域

本发明属于超导应用低温技术领域，具体涉及一种高温超导电机转子低温冷却系统。

背景技术

自1986年高温超导材料发现以来，高温超导材料发展快速并引起了世界许多国家的跟踪发展，超导线材的发展及应用领域正越来越广泛，如超导限流器、超导电缆、超导电机、超导磁储能等。目前，已经商业化运营的高温超导线材主要有一代Bi系超导线材及二代Yi系高温超导线材，而在高温超导电机应用中，由Bi系或Yi系高温超导线材绕制的超导磁体工作温度在30K左右，因此，需要一个稳定可靠的低温系统给超导磁体正常工作提供低温条件。

目前，已知的高温超导转子冷却方式主要有以下三种：

1，将高温超导磁体直接浸泡于液氮或过冷液氮中，此种方法直接简单，安全可靠。但是受制于低温容器本身的漏热及电流引线传导热，需要不停的补充液氮，且磁体工作温度在77K附近，无法满足30K温区的要求。

2，通过低温制冷机直接传导冷却超导磁体，此种方法简单直接，但是无法运用于旋转的超导电机转子上，尤其是线速度较高的情形。

3，采用冷氦气强迫对流的方式，这种方法采用冷氦气作为中间冷却介质，利用氦气泵作为循环动力。主要问题在于：氦气泵造价较高，系统运行压力较高且系统复杂。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足，设计一种高温超导电机转子低温冷却系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高温超导电机转子低温冷却系统，包括真空容器和储存有氖气的储气罐，所述的真空容器的上端面上通过法兰设置有若干个低温制冷机，所述的低温制冷机的冷头密封延伸进真空容器内，所述的低温制冷机冷头的下部设置有冷头换热器，所述的冷头换热器的底端密封设置有通过连接管与储气罐相连通的集液腔，所述的集液腔的底端连通有延伸出真空容器的冷媒传输管，所述的真空容器的相应位置上向外延伸有包裹住冷媒传输管的导向管；所述的低温冷却系统还包括设置在真空超导电机转子外壁容腔内的密封液氖气化腔，所述的液氖气化腔与超导电机转子外壁之间设置有隔热部件，所述的超导电机转子的超导磁体设置在液氖气化腔外表面上，所述的冷媒传输管延伸进液氖气化腔并与其密封固定连接，所述的真空容器的导向管延伸进超导电机转子外壁容腔，所述的真空容器的导向管上还密封套设有固定安装在超导电机转子连接端上的磁流体密封装置。

所述的冷头换热器采用翅片式换热器，其上均匀设置有多片加热片。

所述的冷头换热器的底端通过高纯氩气保护焊方式与集液腔密封焊接在一起，所述的集液腔的底端与冷媒传输管焊接在一起，所述的冷媒传输管与液氖气化腔的壳体密封焊接在一起。

所述的超导电机转子的超导磁体与液氖气化腔的外表面之间设置有铟片或导热脂，低温制冷机的冷头、冷头换热器、集液腔、冷媒传输管、导向管和磁流体密封装置均包裹有多层绝热材料层。

所述的低温制冷机采用GM制冷机或斯特林制冷机。

本发明的有益效果是：