具有至少一個(gè)超導(dǎo)性電纜的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種裝置，其具有至少一個(gè)超導(dǎo)性電纜(4)和圍繞所述電纜的用于輸送第一冷卻劑的第一低溫恒溫器(K1)，所述第一低溫恒溫器由至少一個(gè)絕熱管(10)構(gòu)成并且在其整個(gè)長度上包圍出空腔，所述電纜安置在所述空腔內(nèi)。使用二硼化鎂作為超導(dǎo)性的材料，并且使用一種溫度被冷卻至39K或更低的、液態(tài)或氣態(tài)的冷卻劑作為第一冷卻劑。圍繞所述第一低溫恒溫器(K1)同軸地并且與所述第一低溫恒溫器(K1)間隔地成型制造出用于輸送第二冷卻劑的第二低溫恒溫器(K2)，所述第二低溫恒溫器(K2)由兩個(gè)同軸的且相互間隔安置的、在之間包含有絕熱件(14)的管(12、13)組成，并且在所述裝置工作時(shí)，通過所述第二低溫恒溫器(K2)輸送具有112K或更低溫度的液化的氣體。
【專利說明】具有至少一個(gè)超導(dǎo)性電纜的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種裝置，其具有至少一個(gè)超導(dǎo)性電纜和圍繞所述電纜的用于輸送第一冷卻劑的第一低溫恒溫器，所述第一低溫恒溫器由至少一個(gè)絕熱管構(gòu)成并且在其整個(gè)長度上包圍出空腔，所述電纜安置在所述空腔內(nèi)并且在所述裝置工作時(shí)通過所述空腔輸送第一冷卻劑(EP2234122B1)。
【背景技術(shù)】
[0002]超導(dǎo)性電纜具有由一種材料制成的電導(dǎo)體，這種材料在達(dá)到足夠低的溫度時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)。相應(yīng)構(gòu)成的導(dǎo)體的直流電阻在足夠冷卻的情況下為零，只要確定的電流強(qiáng)度不超過臨界電流強(qiáng)度。適用于作超導(dǎo)物質(zhì)的例如是以稀土元素為基礎(chǔ)的氧化物質(zhì)(ReBCO)、尤其YBCO (釔鋇銅氧化物)、或BSCCO (鉍鍶鈣銅氧化物)。為了使這種材料處于超導(dǎo)狀態(tài)所達(dá)到的足夠低的溫度例如在67K和IlOK之間。適合的冷卻劑例如是氮、氦、氖、氫或是這些物質(zhì)的混合物。因?yàn)樗峁┑臏囟让黠@高于絕對(duì)零度(-273.16°C=0K)，所以由相應(yīng)物質(zhì)制成的導(dǎo)體被稱為高溫超導(dǎo)體(HTS導(dǎo)體)。這也適用于另外的超導(dǎo)性的物質(zhì)，例如二硼化鎂，當(dāng)其轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)時(shí)，溫度約為同樣明顯高于OK的39K或更低。
[0003]由前述的EP2234122B1獲得一種裝置，其中超導(dǎo)性電纜安置在低溫恒溫器內(nèi)。低溫恒溫器由兩個(gè)同心的且相互間隔安置的金屬管組成，在兩個(gè)管之間包含有用作絕熱的真空隔離。所述的以稀土元素為基礎(chǔ)的氧化物作為超導(dǎo)性物質(zhì)。例如使用液氮用于電纜的冷卻，通過通常的真空隔離的低溫恒溫器可以在很長的時(shí)間內(nèi)使液氮保持在足夠低的冷卻溫度。在溫度低于63K時(shí)，不能使用液氮，因?yàn)橐旱谏鲜鰷囟认聲?huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。此外，為了使冷卻劑達(dá)到相應(yīng)更低的溫度必須提高費(fèi)用，以便冷卻劑在更長的時(shí)間內(nèi)保持足夠的冷卻。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]由此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，如此設(shè)計(jì)上述裝置，使得所述裝置以簡單的方式方法也可以應(yīng)用于為了達(dá)到超導(dǎo)狀態(tài)必須被冷卻至39K或更低溫度的超導(dǎo)性材料。
[0005]按照本發(fā)明，所述技術(shù)問題被由此解決:
[0006]-使用二硼化鎂作為超導(dǎo)性的材料，
[0007]-使用一種溫度被冷卻至39K或更低的、液態(tài)或氣態(tài)的冷卻劑作為第一冷卻劑，并且
[0008]-圍繞所述第一低溫恒溫器同軸地并且與所述第一低溫恒溫器間隔地成型制造出用于輸送第二冷卻劑的第二低溫恒溫器，所述第二低溫恒溫器由兩個(gè)同軸的且相互間隔安置的、在之間包含有絕熱件的管組成，并且在所述裝置工作時(shí)，通過所述第二低溫恒溫器輸送具有112K或更低溫度的液化的氣體。
[0009]在所述裝置中，相對(duì)于氧化的超導(dǎo)材料可以使用價(jià)格低廉的二硼化鎂作為超導(dǎo)材料。這種材料相對(duì)于氧化物還具有更高的載流能力。所述裝置整體上被相對(duì)簡單地構(gòu)造。在最簡單的實(shí)施方式中，第一低溫恒溫器只由絕熱管組成，并且第二低溫恒溫器能夠以通常的技術(shù)圍繞第一低溫恒溫器成型制造。第二低溫恒溫器自身對(duì)于在第一低溫恒溫器中引導(dǎo)的冷卻劑而言意味著針對(duì)來自外部的熱滲透增大了防護(hù)。通過在裝置工作時(shí)由第二低溫恒溫器輸送的液化的氣體而顯著提高了第二低溫恒溫器的屏蔽效果。有利地使用液氮作為液化氣體。第二低溫恒溫器由此整體上具有第一低溫恒溫器的隔熱罩的效果，使得在其內(nèi)導(dǎo)引的冷卻劑在相對(duì)較長的路段(所述裝置沿著該路段敷設(shè))上可以保持足夠低的冷卻溫度。
[0010]有利的是，在第二低溫恒溫器內(nèi)安置有耐高壓的絕緣物，所述絕緣物從四周包圍著第一低溫恒溫器，并且例如被安置或貼靠在所述第一低溫恒溫器的絕熱件或包繞該絕緣件的管之上。所述絕緣物被液氮繞流或者浸透并且由此保持了被極為優(yōu)化的介電值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]以下附圖中示出發(fā)明對(duì)象的實(shí)施例。在附圖中:
[0012]圖1示出具有按照本發(fā)明的裝置的電能傳輸段的示意圖；
[0013]圖2示出按照本發(fā)明的裝置的剖面放大圖；
[0014]圖3示出相對(duì)于圖2的所述裝置的補(bǔ)充實(shí)施方式的剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]適合作為第一冷卻劑的例如有冷卻溫度大約是20.28K的液氫，冷卻溫度大約是27.07K的液態(tài)氖，以及冷卻溫度大約是39K或更低的氦氣。以下對(duì)于所有適合的冷卻劑代表性選用氦氣作為第一冷卻劑。
[0016]根據(jù)圖1的傳輸段具有兩個(gè)端部接頭I和2，在兩個(gè)端部接頭I和2之間安裝具有至少一個(gè)超導(dǎo)性電纜4(圖2和3)的裝置3。傳輸段可以擁有例如600m的長度。在傳輸段的延伸中，也可以安裝至少一個(gè)連接點(diǎn)，用于分別連接兩個(gè)裝置3。在端部接頭I和2中，超導(dǎo)性電纜4通過已知現(xiàn)有技術(shù)連接在電氣元件上。在所示的實(shí)施例中，端部接頭2與兩個(gè)各自儲(chǔ)存冷卻劑的儲(chǔ)備容器5和6相連接。在儲(chǔ)備容器5中有利地存在有氦氣，同時(shí)在儲(chǔ)備容器6中有利地儲(chǔ)存有液氮。冷卻劑通過導(dǎo)管7和8被導(dǎo)入端部接頭2中，并且通過已知的技術(shù)借助泵在壓力下被導(dǎo)入兩個(gè)圍繞電纜4的低溫恒溫器Kl和K2(圖2和3)中。
[0017]用于冷卻劑的儲(chǔ)備容器也可以在端部接頭I上，并且在需要的情況下在連接點(diǎn)上。為了保持或維持用于氦氣的低溫，適宜地使用適合的冷卻設(shè)備，并且氦氣有利地循環(huán)流過所述裝置。
[0018]在根據(jù)圖2的裝置中示意性地標(biāo)示出超導(dǎo)性電纜4，其結(jié)構(gòu)原則上是任意的并且已知有多種實(shí)施方式。作為超導(dǎo)材料，在電纜4中使用二硼化鎂作為電纜的導(dǎo)體并且在需要時(shí)也用作屏蔽罩。電纜4為了傳輸電能可以在中壓范圍(約IkV以上)和高壓范圍(約80kv以上)內(nèi)使用。
[0019]電纜4被第一低溫恒溫器Kl包圍，所述第一低溫恒溫器Kl由被絕熱件9圍繞的管10構(gòu)成。絕熱件9應(yīng)防止熱量從外部滲透入第一低溫恒溫器Kl的內(nèi)部空間。絕熱件9可以由通常的、用于絕熱的材料制成，通過該材料可以實(shí)現(xiàn)光滑且封閉的外表面，由此必要時(shí)可以避免濕氣侵入。這例如也適合采用發(fā)泡材料，該發(fā)泡材料應(yīng)設(shè)計(jì)帶有封閉的外表面，即所謂的“表皮”。管10可以由金屬制成，但是也可以由穩(wěn)定的塑料制成。在絕熱件9之上可以附加地安置另外的、同樣由金屬或塑料制成的管。這樣一來，絕熱件9可以沒有光滑的外表面。在第一低溫恒溫器Kl中也可以安置兩個(gè)或多個(gè)超導(dǎo)性電纜。
[0020]第一低溫恒溫器Kl包圍出安置電纜4于其中的空腔HR，并且在裝置工作時(shí)將氦氣從儲(chǔ)備容器5內(nèi)泵出流過空腔HR。在裝置工作時(shí)超導(dǎo)性的材料，即二硼化鎂被冷卻至溫度39K或更低。
[0021]在保持有同心間隙11的情況下，圍繞第一低溫恒溫器Kl安裝有第二低溫恒溫器K2，所述第二低溫恒溫器K2由兩個(gè)同心的相互間隔安置的金屬管12和13組成，所述管12和13在其之間包括真空隔離14。在管12和13之間還存在有間隔保持件。
[0022]在裝置工作時(shí)，例如作為第二冷卻劑的液氮從儲(chǔ)備容器6中泵出通過第二低溫恒溫器K2、也即通過間隙11。間隙11由此例如被冷卻至約67K至77K。被冷卻至至少112K的液化天然氣(LNG)也可以作為第二冷卻劑，或者使用被冷卻至至少90K的液氧。優(yōu)選以下考慮采用液氮作為第二冷卻劑，所述第二冷卻劑與第二低溫恒溫器K2—同形成用于第一低溫恒溫器Kl的有效的隔熱罩，從而防止被導(dǎo)引的氦氣被從外部侵入的熱量快速地加熱。
[0023]電纜4的絕緣物或電介質(zhì)原則上可以直接圍繞其導(dǎo)體安置。但是有利的是，電纜4的絕緣物15或電介質(zhì)也可以安置在間隙11中，并且例如作為完全包圍第一低溫恒溫器Kl的由耐高壓絕緣材料制成的層，所述層被置于第一低溫恒溫器Kl的絕熱件9之上或者被置于圍繞該絕熱件9的管之上。例如可以使用紙或有紙質(zhì)涂層的塑料作為絕緣材料用作絕緣物15。
[0024]絕緣物15在間隙11內(nèi)被液氮環(huán)繞沖刷，并且在相應(yīng)的實(shí)施方式中也被液氮浸透，由此提高了絕緣物15的介電強(qiáng)度。所有被絕緣物15包圍的金屬元件都可處于具有更高電壓的電位，有利的是處于高壓電位。如果超導(dǎo)性電纜4使用了超導(dǎo)性的屏蔽罩，則屏蔽罩被安置在間隙11內(nèi)的絕緣物15之上。有利地使用氧化的超導(dǎo)性的材料作為屏蔽罩。
[0025]當(dāng)作為耐高壓的絕緣物15所使用的材料同時(shí)也具有絕熱性能時(shí)，則也可以使在所述裝置的實(shí)施例中所示的絕熱件9和絕緣物15由一層構(gòu)成，該層被置于第一低溫恒溫器Kl的管10之上。
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，其具有至少一個(gè)超導(dǎo)性電纜和圍繞所述電纜的用于輸送第一冷卻劑的第一低溫恒溫器，所述第一低溫恒溫器由至少一個(gè)絕熱管構(gòu)成并且在其整個(gè)長度上包圍出空腔，所述電纜安置在所述空腔內(nèi)并且在所述裝置工作時(shí)通過所述空腔輸送第一冷卻劑，其特征在于， -使用二硼化鎂作為超導(dǎo)性的材料， -使用一種溫度被冷卻至39K或更低的、液態(tài)或氣態(tài)的冷卻劑作為第一冷卻劑，并且 -圍繞所述第一低溫恒溫器(KI)同軸地并且與所述第一低溫恒溫器(Kl)間隔地成型制造出用于輸送第二冷卻劑的第二低溫恒溫器(K2)，所述第二低溫恒溫器(K2)由兩個(gè)同軸的且相互間隔安置的、在之間包含有絕熱件(14)的管(12、13)組成，并且在所述裝置工作時(shí)，通過所述第二低溫恒溫器(K2)輸送具有112K或更低溫度的液化的氣體。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，使用氦氣作為第一冷卻劑。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，在所述第一低溫恒溫器(Kl)和第二低溫恒溫器(K2)之間的間隙(11)內(nèi)安置有耐高壓的絕緣物(15)，所述絕緣物(15)從四周包圍著所述第一低溫恒溫器(Kl)，并且被安置在所述第一低溫恒溫器(Kl)的絕熱件(9)或包繞該絕熱件(9)的管之上。
【文檔編號(hào)】H01B12/16GK103594194SQ201310340842
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月14日
【發(fā)明者】F.施密特, M.施特姆勒 申請(qǐng)人:尼克桑斯公司