Сверхпроводящий провод

 

Использование: при изготовлении сверхпроводящих сильноточных проводов для индуктивных накопителей энергии. Сущность изобретения: сверхпроводящий провод содержит токонесущий элемент прямоугольного сечения из сверхпроводящих проводников, размещенный в продольном пазу швеллерообразного стабилизирующего элемента и припаянный к нему легкоплавким припоем, и внешнюю оболочку из изолирующего материала, наложенную с зазорами. Глубина паза стабилизирующего элемента обеспечивает образование зазора между токонесущим элементом и внешней обмоткой, а токонесущий элемент припаян частью поверхности, обращенной к стенке швеллера. Остальная поверхность проводников токонесущего элемента модифицирована резистивным теплоотдающим покрытием. При этом между токонесущим и стабилизирующим элементами в продольном направлении может быть припаяна ленточная прокладка из высокоомного нормально проводящего металла или сплава, а стабилизирующий элемент может быть выполнен с профилированным основанием. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к технологии получения многопроволочных сверхпроводящих проводов с каналами для хладагента и может быть использовано в электротехнике, технической физике при изготовлении сверхпроводящих сильноточных проводов для индуктивных накопителей энергии.

К проводам, предназначенным для индуктивных накопителей энергии, предъявляются повышенные требования к уровню стабильности и потерь энергии в условиях изменяющихся магнитных полей. Решение задачи сводится к поиску оптимальной конструкции, на выбор которой влияет большое количество факторов: отношение долей нормальнопроводящего и сверхпроводящего материалов, наличие резистивных и изолирующих материалов, геометрия их исполнения и взаимного расположения в проводе, использование геометрических и физико-химических факторов и дополнительных элементов для интенсификации охлаждения провода в целом и сверхпроводника в особенности.

Известен сверхпроводящий провод, содержащий токонесущий элемент в виде транспозиции прямоугольного сечения из сверхпроводящих проводников, впаянный через обмотку из ленточной металлической прокладки в пазы двух швеллерообразных стабилизирующих элементов с образованием продольных зазоров между их полками, и изолирующую обмотку поверх стабилизирующих элементов в виде повива с положительным перекрытием и отверстиями в ней в зоне продольных зазоров [1].

Привод имеет достаточное количество стабилизирующего материала, однако доля поверхности сверхпроводника, непосредственно охлаждаемой гелием, невелика. Кроме того, пропаянная конструкция непригодна для использования из-за высокого уровня потерь энергии в переменных магнитных полях, а проклеивание конструкции диэлектрическим составом изолирует сверхпроводящие элементы от стабилизирующих и делает провод нестабильным.

Наиболее близким к изобретению является сверхпроводящий провод, содержащий токонесущий элемент прямоугольного сечения из сверхпроводящих проводников, размещенный в продольном пазу швеллерообразного стабилизирующего элемента и припаянный к нему легкоплавким припоем, внешнюю обмотку из изолирующего материала, наложенную с зазорами [2].

В этом проводе толщина и ширина паза стабилизирующего элемента равны соответствующим размерам сверхпроводника. Доля поверхности сверхпроводящего элемента, непосредственно контактирующая с хладагентом, невелика, так как большая часть поверхности проводников залита припоем, закрыта стабилизирующим элементом и внешней ленточной обмоткой. Пропаянная конструкция имеет высокий уровень потерь энергии в переменных магнитных полях, и использование ее нецелесообразно даже в устройствах с медленно изменяющимся магнитным полем.

В предлагаемой конструкции сверхпроводящего провода устранены ограничения и недостатки известных конструкций за счет значительного увеличения периметра охлаждаемых поверхностей стабилизатора и токонесущего элемента, улучшения теплоотдающих характеристик поверхности последнего, повышения сопротивления между отдельными проводниками, проводниками и стабилизирующим элементом.

Согласно изобретению сверхпроводящий провод содержит токонесущий элемент прямоугольного сечения из сверхпроводящих проводников, размещенный в продольном пазу швеллерообразного стабилизирующего элемента и припаянный частью поверхности, обращенной к его стенке, причем остальная поверхность проводников токонесущего элемента модифицирована резистивным теплоотдающим покрытием, при этом стабилизирующий элемент выполнен с глубиной паза, обеспечивающей образование зазора между токонесущим элементом и внешней обмоткой или оплеткой из изолирующего материала, наложенного с зазорами.

Кроме того, сверхпроводящий провод может содержать ленточную прокладку из высокоомного нормально проводящего металла или сплава, припаянную между токонесущим и стабилизирующим элементами, а стабилизирующий элемент может иметь профилированное основание.

На фиг. 1 изображен предлагаемый провод, поперечное сечение; на фиг. 2 и 3 - внешний вид провода, варианты.

Токонесущий элемент выполнен, например, в виде транспозиции прямоугольного сечения из сверхпроводящих проводников 1, на поверхности которых находится покрытие 2, улучшающее теплоотдачу от поверхности проводников и обладающее повышенным сопротивлением и/или даже изоляционными свойствами. Материалом таких покрытий могут быть неорганические оксиды, имеющие пространство развитую пористую структуру, полимерные соединения, например полиимиды, полиамидимидные, полиэфирные, полиуретановые пленки, улучшающие теплоотдачу за счет изменения режима конвекции и расширения границ области пузырькового кипения.

Поверхность проводников токонесущего элемента, обращенная и непосредственно прилегающая к стенке швеллера, не имеет резистивного теплоотводящего покрытия. Этой частью поверхности токонесущий элемент припаян легкоплавким припоем 3 непосредственно или через ленточную прокладку 4 из высокоомного нормально проводящего металла или сплава к стабилизирующему элементу 5.

В качестве материала ленточной прокладки 4 могут быть использованы немагнитные высокоомные нержавеющие стали, медно-никелевые и никель-хромовые сплавы и т.п. Швеллерообразный стабилизирующий элемент 5 выполнен из высокопроводящего металла, например меди со значением RRR-100-150.

Для увеличения поверхности охлаждения провода глубина паза стабилизирующего элемента выполнена большей, а ширина - с положительным допуском относительно толщины и ширины токонесущего элемента, его основание выполнено профилированным.

Поверх стабилизирующего элемента с зазором между витками намотана металлическая лента 6 с изоляционным покрытием 7, которая служит разделителем витков провода в катушке и обеспечивает наличие зазоров для проникновения хладагента внутрь катушки магнита. Изолирующий материал может быть наложен в виде оплетки из изолированных проволок, прядей этих проволок или прядей высокопрочных полимерных и неорганических нитей (капpон, лавсан, стекловолокно, фиг. 3), а также в виде обмотки из тех же элементов.

Как видно из вышесказанного и фиг. 2, почти вся поверхность проводников токонесущего элемента и значительно большая доля периметра стабилизирующего элемента доступны для хладагента. Модификация поверхности проводников интенсифицирует теплоотдачу в режиме пузырьков кипения в несколько раз. За счет указанных отличий повышается ток восстановления сверхпроводимости, что свидетельствует об увеличении стабильности провода.

Сверхпроводящие элементы контактируют друг с другом через покрытие и прокладку, обладающие повышенным сопротивлением. Токонесущий элемент в целом односторонне через высокоомную прокладку соединен со стабилизирующим элементом, имеющим разомкнутую форму. Все это позволяет свести к минимуму кооперативные потери энергии, вызванные индуцированным в конструкции токами.

В таблице приведены сопоставительные параметры и свойства известного и двух конструкций предлагаемого провода.

Как видно из таблицы, провода по изобретению обладают существенно лучшими характеристиками по стабильности и потерям энергии в переменных магнитных полях.

Формула изобретения

1. СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ ПРОВОД, содержащий образованный сверхпроводящими проводниками токопроводящий элемент прямоугольного сечения, размещенный в пазу швеллерообразного стабилизирующего элемента и соединенный с ним слоем легкоплавкого припоя частью поверхности, обращенной к дну паза, охватывающую стабилизирующий элемент изоляционную обмотку, витки которой расположены относительно друг друга с зазором, отличающийся тем, что стабилизирующий элемент выполнен с глубиной паза, большей толщины токопроводящего элемента, достаточной для образований зазора между последним и обмоткой, при этом остальная часть поверхности токопроводящего элемента имеет резистивное теплоотводящее покрытие.

2. Провод по п.1, отличающийся тем, что в слое легкоплавкого припоя расположена ленточная прокладка из высокоомного нормальнопроводящего металла или сплава.

3. Провод по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что стабилизирующий элемент выполнен с профилированным основанием.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5