低温槽中作超导用途用的气冷套管制造技术

一种用以冷却低温槽（１）各套管中的电流引线（６，７）的冷却装置，其中低温槽充气部分中的电流引线设计成板状的子引线（１２）装在绝缘材料制成的、内部开口部分呈矩形的外壳（８）中。低温槽内所有子引线之间配置有许多排绝缘材料制成的横向倾斜肋条（１３ａ，１３ｂ，…１３ｎ，１４ａ，１４ｂ，…１４ｎ）在外壳面对着各子引线板边缘的内壁和各横肋条的端部固定有架子（１５，１６），从而从外壳下边缘围绕着各电流引线形成螺旋形冷却盘管。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
应用超导效应时，通常要使某物体的温度达到能使与该物体相联结的电导体进入超导状态的温度，这个物体通常是配置在低温槽中的。在低温槽的下部，冷冻剂呈低温液体的形式围绕在该物体的周围。低温槽在该液面的上部空间充满着气态的冷冻剂。连接到物体的电流由敷设在套管中的电流引线产生，套管则通过固定法兰连接到低温槽盖上的。各套管在低温槽中，其底部是开口的，这样气态冷冻剂就可以将电流引线包围起来，并冷却这些引线。本专利技术涉及上述套管和电流引线的一种特殊设计，其目的是使电流引线达到最佳的冷却效果。低温槽的槽壁和底部通常是借助于带辐射屏蔽层的外层与四周围的环境很好地热绝缘起来的，在辐射屏蔽层中，空气经过抽取，形成真空。因此从周围环境流入低温槽内部的热量是微不足道的。然而，从下面的说明中就可以知道，槽盖内部气体的温度会达到实际上相当于周围环境的温度。气体与液体之间边界处的气体其温度会达到液体在有关压力下的沸点。在气体的上部与下部之间经常出现的温差遍布气柱的整个高度，从而使某些热量流入低温槽的液体中。超导应用引起的一个问题就是热量因周围环境与上述物体之间的温差而流入低温液体中的问题。这是因为良好的电导体同时也是良好的热导体的缘故。此外，起码在大电流的情况下，电流流经导体，从而使各电流引线处在低温槽充气部分的那些部分产生热量。通电之所以发热是因为电流引线中的欧姆电阻。在交流电的情况下，也会有热量产生，那是因为出现有涡流。此外，还必须考虑因集肤效应而引起电阻的增加。无需详细计算流入低温槽中的热量和槽内产生的热量，可以肯定要想最大限度地减少流入液体中的热量就必须想办法排出这些热量。于是有人在低温剂的液相与汽相之间的关系中装设了自动装置。若气体的温度有上升的趋势，液体的增加部分就会转变为气态。这样就可以使如此产生的气体通过位于低温槽外侧的套管部分上的一个孔自由排入周围的大气中。就是说，在液体与气体之间的界面处基本上保持液体的温度的气流，在往上流到槽盖并排入周围大气中从而达到周围大气温度的一路上，环绕着各电流引线流动，从而可用它来冷却电流引线。由于气流的方向与热量流入的方向相反，因而这种气体冷却过程往往叫做反向流动冷却过程。为尽可能提高这个冷却过程的效率，各电流引线按热交换器那样设计。因此，在低温槽充气部分的电流引线可以有各种设计。在1983年牛津克拉伦敦出版社(Clarendon Press)出版的《超导性磁体》一书第272页中，电流引线系说成是彼此间隔一段距离装设在电气上并联连接的薄金属片，冷却剂即沿这些薄金属片通过。该薄金属片组件安置在绝缘材料制成的管状包壳中，包壳的内部空间敞开着，横截面呈矩形。从1972年4月号的“低温物理学”杂志第193-200页上题为“低温装置电流引线述评”的一文中可以清楚知道，棒材、管材和绞合成束的细金属丝也可以用作这种电流引线的结构元件。在其它一些实施方案中，方案的目的是制取面积/截面比大的电流引线。电流引线制成管状时，可以在液体表面和槽盖紧下方的管壁上开孔。这一类冷却气体还可以在管子内部流通，从而提高冷却效果。然而，用内部气流进行冷却会有很大的风险。当两引线中的气流一时或因几何条件上的微小差别而有差异时，气流量最小的电流引线会大幅度发热，从而提高了流动气体的粘度和流动阻力。这反过来又使气流进一步恶化，最终促使套管过热和损坏。为防止这一点发生，必须引用控制器来维持两引线中的气流相等。为最大限度地减少通过电流引线的热量流入，采用的电流引线横截面的尺寸，要使得电流引线在额定电压下在接到低温槽盖连接处的温度梯度等于零。这样热量就不会从周围环境中通过电流引线流入槽中。本专利技术涉及一种冷却装置，它无需使用调节器就能有效利用低温槽内产生的用以冷却电流引线的气流。这里将从电流引入两根彼此绝缘的电流引线开始，说明冷却装置的原理。每一根电流引线由许多板状子引线组成。所有的子引线在低温槽充气部分内部彼此间隔一段距离，从而形成冷却气体流通的空间。为确保各子引线之间的间距相等，并在各子引线之间的空间形成冷却通道，在各子引线之间设置了绝缘材料制成的多排横肋条，各肋条倾斜配置，且具有同样的间距。各电流引线从其外部向内朝中间主绝缘体的方向看去时，各横肋条在同一方向上倾斜，即从各板右侧向上朝槽盖倾斜或相反。也就是说，如果能看“透”两电流引线的话，各横肋条呈反向倾斜的样子。然后将两个带中间绝缘体的板状组件放入内部横截面基本上呈矩形的外壳中。外壳由绝缘材料制成。外壳的内部尺寸取得使一对对置的壳壁其宽度相当于两个板状组件包括中间绝缘层在内的宽度。另一对对置壳壁的宽度比子引线的宽度稍为大一些。外壳面对着各子引线板边缘的两个内壁上固定有一些架子，各架子的间距与各横肋条之间的间距相同，其长度和位置取得使架子在各横肋条端部与各板边缘接触。横肋条的另一个作用是支撑子引线，使作用到各子引线的100赫电流的力不致引起太大的振动。外壳的长度取得使其始终小于气柱可能达到的最小高度，外壳本身则固定得使其下部始终处在冷却液液面上方。这样，冷却装置就可以在工作时迫使冷却液中产生的透过冷却液表面的气体通过各冷却通道在各电流引线之间的主绝缘层两侧的下层。这时所有这些通道的气流扩散开进入位于两侧处在两最下面的架子之间的公用空间中，然后被迫分布在下一排冷却通道的所有冷却通道之间。这样，可以在两电流引线周围设两个平行延伸的曲流形或螺旋形的冷却盘管，这些盘管在外壳的上边缘展开，从而使流经其中的气体可以通过上述孔口向外流入周围的大气中。各冷却排中各子引线之间的冷却气体在两毗邻架子之间的空间混合起来，因而不会有任何子引线局部发热的大风险。子引线冷却装置的另一个实施例只设一个曲流形或螺旋形冷却通道。在给定的情况下为达到最佳的冷却效果应选用哪一个实施方案，以及各通道、间距等的尺寸应如何取，这些都与许多因素有关，例如，低温槽的形状，使用的冷冻剂、气柱的高度，电流引线的额定电流，电流引线的数目、子引线的数目和电流引线的材料等。将电流引入一个以上的电流引线时，用上述冷却通道的实施例，从两个电流引线开始，也可以同样做法基本解决问题。举例说，想使其电气部件进入超导状态的物体是由电抗器或变压器的线圈组成时，情况可能就是这样。上述冷却装置的好处在于，可以使通过电流引入的热量尽可能少，无需控制器就可以控制冷却气流，各冷却通道制造起来既简单又便于敷设到电流引线上，而且提高了防振的稳定性。从各附图中可以清楚地了解本专利技术用以冷却在超导用途的低温槽气冷套管中的电流引线的冷却装置。附图中附图说明图1通过低温槽平行于板状子引线的宽度方向的纵剖面示出了套管中有两个电流引线的冷却装置的设计的一个例子;图2示出了垂直于图1剖面且通过电流引线中心延伸的低温槽纵向剖面;图3通过低温槽平行于板状子引线宽度方向的一个剖面示出了冷却装置的另一个实施例;图4以图2相同的视图示出了冷却装置的一个例子，其中，套管中有四个电流引线;以及图5示出了通过图4的电流引线在水平平面中的横剖面。低温槽的实施方案通常与要使其温度达到能使与其联结的电导体进入超导状态温度的物体形状和大小有关。而各套管连同其电流引线实际上总是安置有低温槽的盖上的。但套管在槽盖上的安置位置却可以根据有关物体加以改变。图1、2和3是有两个电流引线的一些实施例，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷却装置，用以冷却低温槽（１）套管中的电流引线（６，７，１７，１８），低温槽（１）中盛有冷却剂，该冷却剂既呈液体（４）的形式，也呈气体（５）的形式，气体（５）是由于热量流入低温槽中而在液体中产生的，其中气体从液体表面一直流到套管顶部的孔口（１０），排出周围的大气中，且其中物体（３）安置在液体中以便达到能使与其联结的电导体进入超导状态的温度，还有其中电流加到该物体上是通过这样一些电流引线进行的，该电流引线处在低温槽的充气部分，呈板状子引线（１２）的形式，另外各电流引线连同中间主绝缘体（１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）都装在由绝缘材料制成的外壳（８）中，所述外壳的内部开口部分其横截面基本上呈矩形，所述冷却装置的特征在于，在低温槽内各子引线之间配置有许多排绝缘材料制成的横肋条（１３ａ，１３ｂ，…１３ｎ，１４ａ，１４ｂ，…１４ｎ），这些肋条倾斜配置成具有相同的间距，且围绕外壳的内部尺寸取得使一对对置着的壳壁其宽度与板状组件包括中间绝缘体在内的宽度相当，此外另一对对置着的壳壁其宽度比子引线的宽度大得多，以致可以在外壳面对着各子引线板边缘的两内壁上可以固定上一些架子（１５ａ，１５ｂ，…１５ｎ，１６ａ，１６ｂ，…１６ｎ），各架子的间距与各横肋条之间的间距相同，架子的长度和位置取得使各架子在各横肋条端部与各板边缘接触，因此从外壳边缘朝液体的方向形成一个或多个围绕着各电流引线的螺旋形冷却盘管，在套管的上部分扩展开。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：D邦曼，S赫恩费尔特，
申请(专利权)人：瑞典通用电器勃朗勃威力公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]