一种气冷电流引线

1.本发明属于超导磁体领域，具体涉及一种气冷电流引线。


背景技术：

2.电流引线是超导磁体系统的重要组成部分，是将电流从室温环境的电源连接至液氦温区的超导磁体的中间过渡载流装置。电流引线的漏热常常是超导磁体低温容器的主要热源之一，它在很大程度上决定着超导磁体正常运行时液氦的消耗量。沿电流引线导入低温区的热量主要有两个来源：热传导带来的漏热以及流过导体的电流而产生的焦耳热。电流引线结构优化设计的目的就是在满足给定传输电流的前提下，尽可能减小通过电流引线向低温容器的漏热。
3.气冷电流引线利用液氦容器中液氦蒸发出来的冷氦气带走电流引线的传导热和焦耳热。气冷电流引线一般中间留有氦气通道，强迫冷氦气从电流引线中流过并对电流引线进行冷却。氦气从4.2k升至300k吸收的热量-显热，约为潜热的74倍。利用好冷氦气的显热将大大降低电流引线的漏热，从而减小液氦的蒸发量。
4.冷氦气与电流引线之间的热交换率至关重要，热交换率越高，冷氦气将带走更多的热量，更大程度地降低电流引线向低温容器的漏热。但常见的气冷电流引线都为铜或铜合金制作的圆管，其与冷氦气的热交换率低，大大影响了气冷效果。
5.气冷电流引线参数的优化设计是通过对电流引线热平衡方程的求解来实现对电流引线的长度与截面积之比的优化计算，从而使得电流引线低温端面漏出的热量最小。但气冷电流引线的下端位于低温容器内，而低温容器内的液氦面不是固定不变的。随着液氦面的上下变动，位于液氦面以上的电流引线长度也随之变动，无法确定有效电流引线长度，将对电流引线参数优化造成影响。


技术实现要素：

6.本发明的目的是克服现有的气冷电流引线向低温区漏热大的缺陷，提出一种气冷电流引线，其具有高热交换率。
7.本发明采用技术方案为：一种气冷电流引线包括室温段、低温段、多个换热盘、多根载流金属丝及支撑密封管。室温段、多个换热盘和低温段沿轴向从上向下依次并列排布。多根载流金属丝从多个换热盘中穿过，其上端与室温段连接，其下端与低温段连接。支撑密封管为环氧树脂材质件，其上端固定在室温段的下端。支撑密封管与室温段之间的缝隙采用密封胶填充以防止氦气从此处泄露。支撑密封管将多个换热盘、多根载流金属丝和低温段包裹其内，并迫使氦气从支撑密封管内流通并对其内部件进行冷却。
8.进一步地，所述多根载流金属丝为气冷电流引线的载流主体，一般采用铜的合金材料制成，可优先选用黄铜材料。多根载流金属丝的长度和总截面积之比称为长横比，根据气冷电流引线的载流量优化计算得出。确定多根载流金属丝的长度后即可确定多根载流金属丝的总截面积，然后除以单根载流金属丝的截面积计算出多根载流金属丝的数量。
9.进一步地，所述室温段是由纯铜材料制成的圆管，中心孔为氦气冷却通道。室温段的上端焊接有一个接线端子，该接线端子与电源输出线连接。室温段的下端是一个圆环，圆环底面加工有环形凹槽，多根载流金属丝的上端插入环形凹槽并填入焊料进行焊接。
10.进一步地，所述的多个换热盘采用纯铜等高导热率材料制成，形状为圆饼状。多个换热盘沿多根载流金属丝轴向等间距分布，其数量根据多根载流金属丝的长度进行调节，一般为3-10个。多个换热盘上加工有多个通孔，通孔数量大于多根载流金属丝数目。每根载流金属丝从一个通孔中穿过，载流金属丝与换热盘之间的缝隙采用导热胶填充。多个换热盘上没有被多根载流金属丝占用的通孔留作氦气冷却通道。
11.进一步地，所述的低温段为纯铜材质件，其上端为一圆盘，其下端为一圆柱，圆盘的外直径大于圆柱的外直径。低温段下端圆柱的长度由液氦面变化范围确定，以确保液氦始终能浸泡到部分低温段又不能完全淹没低温段。低温段的圆盘顶面加工有环形凹槽，多根载流金属丝的下端插入环形凹槽并填入焊料进行焊接，圆盘上开有多个通孔作为氦气通道。低温段下端圆柱外表面加工不少于1个沿轴向的凹槽，凹槽内嵌入超导线并填入焊料进行焊接。
12.有益效果：
13.本发明的气冷电流引线的室温段位于室温区与电源连接，所述的低温段位于低温区与超导磁体连接。所述气冷电流引线的漏热将蒸发液氦产生冷氦气，冷氦气从所述支撑密封管中向上流动对所述的多个换热盘和所述的多根载流金属丝进行冷却。冷氦气从换热盘中的多个通孔流过通过换热盘与多根载流金属丝发生高效率的热交换，带走多根载流金属丝上的热量，加强了电流引线的冷却效率，减少了电流引线向低温区的漏热。
14.当本发明的气冷电流引线工作时，液氦面始终能浸泡到所述的低温段但不能淹没低温段，加上所述低温段为高导热率纯铜材质，这样就能保证低温段的上端温度将一直维持在4.2k附近。与低温段上端相连的多根载流金属丝下端将始终处于液氦面之上且温度也将保持在4.2k附近，这样大大简化了多根载流金属丝长横比的优化工作。另外低温段的圆柱上并联有超导线，其通流时将不会产生热量，减少了向液氦的漏热。
附图说明
15.图1本发明的气冷电流引线的不带支持密封管的结构示意图，图中：1室温段、2低温段、3换热盘、4载流金属丝；
16.图2本发明的外面套有支撑密封管的气冷电流引线的结构示意图，图中：5支撑密封管；
17.图3本发明的气冷电流引线的剖面结构图。
具体实施方式
18.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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
19.如图1和图3所示，本发明的气冷电流引线包括室温段1、低温段2、多个换热盘3、多
根载流金属丝4及支撑密封管5。所述室温段1、多个换热盘3和低温段2沿轴向从上向下依次并列排布。多根所述载流金属丝4从多个所述换热盘3中穿过，其上端与所述室温段1连接，其下端与所述低温段2连接。如图2所示，所述支撑密封管5为环氧树脂材质件，其上端固定在所述室温段1的下端。所述支撑密封管5与室温段1之间的缝隙采用密封胶填充以防止氦气从此处泄露。所述支撑密封管5将多个所述换热盘3、多根所述载流金属丝4和低温段2包裹其内，并迫使氦气从所述支撑密封管5内流通并对管内部件进行冷却。
20.多根所述载流金属丝4为气冷电流引线的载流主体，一般采用铜的合金材料制成，可优先选用黄铜材料。多根所述载流金属丝4的长度和总截面积之比称为长横比，根据所述气冷电流引线的载流量优化计算得出。确定多根所述载流金属丝4的长度后即可确定多根所述载流金属丝4的总截面积，然后除以单根所述载流金属丝4的截面积计算出多根所述载流金属丝4的数量。
21.所述室温段1是由纯铜材料制成的圆管，中心孔为氦气通道。所述室温段1的上端焊接有一个接线端子，该接线端子与电源输出线连接。所述室温段1的下端是一个圆环，圆环底面加工有环形凹槽，多根所述载流金属丝4的上端插入所述凹槽并填入焊料进行焊接。
22.多个所述换热盘3采用纯铜等高导热率材料制成，形状为圆饼状。多个所述换热盘3沿多根所述载流金属丝4轴向等间距分布，其数量根据多根所述载流金属丝4的长度进行调节，一般为3-10个。多个所述换热盘3上加工有多个通孔，通孔数量大于多根所述载流金属丝4数目。每根所述载流金属丝4从一个通孔中穿过，所述载流金属丝4与所述换热盘3之间的缝隙采用导热胶填充。多个所述换热盘3上没有被多根所述载流金属丝4占用的通孔留作氦气冷却通道。
23.所述的低温段2为纯铜材质件，其上端为一圆盘，其下端为一圆柱，圆盘的外直径大于圆柱的外直径。所述低温段2下端圆柱的长度由液氦面变化范围确定，以确保液氦始终能浸泡到部分低温段2又不能完全淹没所述低温段2。所述低温段2的圆盘顶面加工有环形凹槽，多根所述载流金属丝4的下端插入所述环形凹槽并填入焊料进行焊接，圆盘上开有多个通孔作为氦气通道。所述低温段2下端圆柱外表面加工不少于1个沿轴向的凹槽，凹槽内嵌入超导线并填入焊料进行焊接。
24.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。