一种高温超导器件的冷却装置.pdf

本发明公开了一种高温超导器件的冷却装置，包括制冷机冷头和导冷片，高温超导器件组合由高温超导器件叠置而成，导冷片夹于二块高温超导器件之间，制冷机端挠性连接偶件与冷头相连，超导端挠性连接偶件通过柔性导冷带与制冷机端挠性连接偶件柔性连接，高温超导器件组合的外围设有导冷杆，导冷杆和导冷片相连接，高温超导器件组合的上、下表面分别设有上、下导冷端板。发明建立了有效的导热途径，同时在制冷机冷头与超导器件连接上，采用特殊的挠性结构，特别对于质量较大的超导器件，如超导磁体等，可以解决磁体和制冷机冷头直接刚性连接的机械强度和减少或隔绝由于制冷机工作产生的往复振动的问题。

1、  一种高温超导器件的冷却装置，包括制冷机冷头和导冷片，高温超导器件组合(14)由高温超导器件叠置而成，导冷片(12)夹于二块高温超导器件之间，其特征在于：制冷机端挠性连接偶件(4)与冷头(1)相连，超导端挠性连接偶件(6)通过柔性导冷带(5)与制冷机端挠性连接偶件(4)柔性连接，高温超导器件组合的外围设有导冷杆(11)，导冷杆(11)和导冷片(12)相连接，高温超导器件组合的上、下表面分别设有上、下导冷端板(15、8)。

2、  权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：上导冷端板(15)的上表面和下导冷端板(8)的下表面分别设有上、下固定端板(16、7)。

3、  权利要求1或2所述的冷却装置，其特征在于：所述柔性导冷带(5)为金属编织带、金属片或金属波纹管。

4.  根据权利要求1或2所述的冷却装置，其特征在于：在高温超导器件的中心环内，设置有导冷筒(10)。

5.  根据权利要求3所述的冷却装置，其特征在于：在高温超导器件的中心环内，设置有导冷筒(10)。

6.  根据权利要求1或2所述的冷却装置，其特征在于：所述高温超导器件为高温超导磁体。

7.  根据权利要求5所述的冷却装置，其特征在于：所述高温超导器件为高温超导磁体。

一种高温超导器件的冷却装置
技术领域
本发明属于高温超导应用领域，具体涉及一种高温超导器件(磁体等)的冷却装置。
背景技术
高温超导制冷机直接冷却改变了传统的用低温液体(液氦、液氮)主要依靠对流传热的冷却方式，改变为固体直接接触导热为主的传热方式，因此制冷机和被冷却的超导器件的连接技术成为高温超导应用的主要关键技术之一。
目前国内外这方面报道甚少，于1999年2月10日公开的CN 1207825A的中国发明专利公开说明书公开了一种高温超导体引线组件，该组件是用高温超导体引线降低低温冷却磁体系统的漏热。于2001年11月7日公告的CN2458665Y的中国实用新型专利说明书公开了一种散热模块，该模块是一种管内置高温超导材料管外有散热片的热传导管。这些文献对超导装置冷却是有意义的，但是制冷机和超导器件系统直接冷却的主要连接问题没有涉及。
发明内容
本发明地目的在于克服上述不足之处，提供一种高温超导器件的冷却装置，该装置解决了制冷机冷头和高温超导器件直接冷却的连接问题，它既有高的传热效率，而且具有减少和隔绝制冷机振动的功能，同时又可以承载重量大的高温超导器件，拓宽了高温超导直接冷却的应用。
本发明提供的一种高温超导器件的冷却装置，包括制冷机冷头和导冷片，高温超导器件组合由高温超导器件叠置而成，导冷片设置在二块高温超导器件之间，其特征在于：制冷机端挠性连接偶件与冷头相连，超导端挠性连接偶件通过柔性导冷带与制冷机端挠性连接偶件柔性连接，高温超导器件组合的外围设有导冷杆，导冷杆和导冷片相连接，高温超导器件组合的上、下表面分别设有上、下导冷端板。
随着高温超导材料的进步，高温超导将首先在电力系统上突破应用。使用制冷机冷却高温超导器件装置具有运行维护方便、系统结构紧凑、安全性好、效率高等优点。采用制冷机直接冷却超导装置是高温超导应用发展的方向和关键技术。本发明建立了有效的导热途径，同时在制冷机冷头与超导器件连接上，采用特殊的挠性结构，特别对于质量较大的超导器件，或对振动敏感的如超导磁体、SQUID超导探测器等，可以解决上述高温超导器件和制冷机冷头直接刚性连接的机械强度和减少或隔绝由于制冷机工作产生的往复振动的问题。
附图说明
图1为本发明的原理示意图；
图2为本发明的结构示意图。
具体实施方式
现用冷却高温超导磁体为例，结合附图说明本发明的实施情况。
本发明导冷组件采用制冷机对磁体进行冷却，直接冷却方式对磁体冷却主要依靠导冷组件进行，因此导冷结构的主要任务是保证磁体有效、快速、均匀地冷却到设定温度并且在工作中保持磁体工作在超导状态。制冷机产生的冷量通过冷制冷机端挠性连接偶件、柔性导冷带、导冷端板、导冷杆、导冷片、导冷筒等对超导磁体进行冷却；其中导冷片均匀设置在磁体绕组间，通过导冷杆均匀地分布在导冷片的外圆周上对磁体进行传导冷却。图1表示出了本发明用于超导磁体直接冷却结构热传导的原理。
本发明的结构如图2所示，该装置包括：制冷机冷头1、由若干环形超导磁体绕组14叠置构成的超导磁体、制冷机端挠性连接偶件4、柔性导冷带5、超导端挠性连接偶件6、上、下导冷端板15和8、导冷杆11、导冷片12、导冷筒10和上、下固定端板16和7。制冷机端挠性连接偶件4通过螺栓3与冷头上的法兰2紧固相连接，为了防止制冷机的冷头在工作时的振动对磁体造成损伤，超导端挠性连接偶件6采用柔性导冷带5与制冷机端挠性连接偶件4连接。柔性导冷带5为导冷性能良好的金属编织带、金属片或金属波纹管等。磁体绕组14的每两块绕组之间设置有导冷片12。导冷筒10设置在超导磁体绕组14的中心孔内，磁体绕组14的外围周边设有导冷杆11，导冷杆11和导冷片12之间采用焊接或螺纹方式进行紧固连接。
超导磁体组合的上、下分别设有上、下导冷端板15和8，它们可以自行作为固紧法兰，也可以根据磁体尺寸和紧固需要，在上导冷端板15和下导端板8的外侧再分别加设上、下固定端板16和7。导冷端板15、8、导冷片12及上、下固定端板16和7通过螺栓13连接固紧。导冷筒10通过螺栓9与下导冷板8和上导冷块6连接。
挠性连接偶件的组合可以用焊接或螺钉压接方法连接，以焊接为例，在挠性连接偶件两侧端面上，加工出必需的凹槽或孔，将挠性编织带两头分别置于其中，然后通过焊接则构成挠性偶件结合体。
由于在磁体上浸涂有导冷性能较差的绝缘材料，为保证磁体内径圆周处的均匀冷却在磁体内径处设计有导冷筒对磁体内径圆周处进行有效冷却。对于制冷强度要求不太高的高温超导磁体或结构上难于布置的情况，可以不安装导冷筒10。
磁体绕组、导冷片、导冷筒、两端端板组装后，用液体如环氧树脂、绝缘漆浸渍封固，最后由焊接或螺纹方法将导冷片与导冷杆紧密连接。
制冷机冷头1、导冷杆、导冷片、柔性导冷带和上、下固定端板等导冷组件所有部件材料均采用纯铜或无氧铜等高导热材料。
上面以高温超导磁体为例，说明了本发明装置的结构，这种结构同样适用于高温超导变压器、、限流器和电流引线及高温超导探测器元件等用制冷机直接冷却的超导器件应用。