專利名稱：用于超導(dǎo)電纜的接合結(jié)構(gòu)件以及接合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于超導(dǎo)電纜的接合結(jié)構(gòu)件以及一種用于接合該超導(dǎo)電纜的方法，尤其涉及超導(dǎo)電纜的中間接合結(jié)構(gòu)件以及其接合方法，該中間接合結(jié)構(gòu)件通過(guò)明顯改善接合界面的物理粘接強(qiáng)度、致冷劑的溫升、以及由于這種溫度的上升引起的冷卻系統(tǒng)的超載來(lái)防止開(kāi)裂，而且具有優(yōu)良的電特性。
背景技術(shù)：
通常，相比較于傳統(tǒng)的電力電纜，使用超導(dǎo)體的電力電纜能傳輸大量的電力，并且功率損耗非常小。
為了使用超導(dǎo)電纜長(zhǎng)距離傳送大量電力的目的，超導(dǎo)電纜之間的中間接合構(gòu)件是絕對(duì)必要的。該中間接合構(gòu)件包括導(dǎo)體接合部分、絕緣部分以及用于將所述超導(dǎo)電纜冷卻在臨界溫度之下的致冷劑循環(huán)結(jié)構(gòu)件。
在公開(kāi)號(hào)為HEI 4-98773日本專利中揭示了一種用于所述導(dǎo)體接合部分的傳統(tǒng)技術(shù)，在此將參考圖1簡(jiǎn)要描述如下。
所述傳統(tǒng)的導(dǎo)體接合構(gòu)件構(gòu)成如下。首先，電纜的內(nèi)部成型器(former)41和51被切為短于圍繞該成型器41和51的超導(dǎo)帶42和52的長(zhǎng)度。將具有與電纜的分層結(jié)構(gòu)件相同的分層結(jié)構(gòu)件的接合構(gòu)件4插入在兩電纜的成型器41和51之間。最后，通過(guò)銀焊料8和9將電纜的成型器41和51接合在接合構(gòu)件4的兩端，從而通過(guò)銀焊料7將超導(dǎo)帶42和52互相接合。
通過(guò)將超導(dǎo)帶62纏繞在具有與該電纜的分層結(jié)構(gòu)件相同的分層結(jié)構(gòu)件的金屬管61上，形成該接合構(gòu)件4。超導(dǎo)帶62是通過(guò)在其上按順序?qū)訅簩?dǎo)電金屬層63、超導(dǎo)層65以及導(dǎo)電金屬層64構(gòu)成。
因此，在該導(dǎo)體接合部分中，電流被提供給一個(gè)電纜的超導(dǎo)層45，并經(jīng)由接合構(gòu)件4的超導(dǎo)層65流至另一電纜的超導(dǎo)層55。
然而，在用于接合電纜的傳統(tǒng)方法中，既然該接合構(gòu)件是通過(guò)銀焊料與該電纜的成型器接合，由于在低于臨界溫度進(jìn)行冷卻操作過(guò)程中的熱收縮，在接合構(gòu)件和電纜之間的界面處可能會(huì)產(chǎn)生破裂。如果在高壓下(大約10bar)，致冷劑滲入該易碎界面以及破裂的區(qū)域中，該接合部分可能斷裂或者其接觸電阻可能增加。甚至，由于焦耳熱引起的溫升，冷卻系統(tǒng)的冷卻負(fù)荷增加，也可能出現(xiàn)超導(dǎo)體的失超現(xiàn)象。
此外，由于當(dāng)通過(guò)銀焊料將接合構(gòu)件的兩端與成型器接合時(shí)溫度過(guò)分地上升，可能會(huì)損壞超導(dǎo)帶。

發(fā)明內(nèi)容
因此，鑒于上述和/或其它問(wèn)題提出本發(fā)明，本發(fā)明的一個(gè)方案為提供一超導(dǎo)電纜的接合結(jié)構(gòu)件，用于改善電纜的中間構(gòu)件的接合強(qiáng)度，以便防止破裂、致冷劑的溫升以及由于這種溫升引起的冷卻系統(tǒng)的超載，并用于提供高的電特性，本發(fā)明還提供用于接合超導(dǎo)電纜的方法。
根據(jù)本發(fā)明，上述和其它方案能通過(guò)提供將一對(duì)超導(dǎo)電纜接合在一起的超導(dǎo)電纜的中間接合結(jié)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)，其中，該超導(dǎo)電纜具有繞金屬管制成的成型器的超導(dǎo)體層。該中間接合結(jié)構(gòu)件包含插入在該對(duì)超導(dǎo)電纜之間，并通過(guò)焊接聯(lián)接到在該成型器上的金屬管，以及接合套管，接合并聯(lián)接到在該金屬管的外表面上，在將多條超導(dǎo)體導(dǎo)線(短于該導(dǎo)電金屬管)繞設(shè)在該導(dǎo)電管的縱向方向上之后，用Ag(silver，銀)帶捆扎。
優(yōu)選地，該金屬管由與該超導(dǎo)電纜的該成型器的材料相同的材料構(gòu)成，并且該導(dǎo)電金屬管由銀構(gòu)成。
此外，在該超導(dǎo)電纜具有多層導(dǎo)體的情況下，通過(guò)構(gòu)成多層接合套管，多層超導(dǎo)電纜被接合，其中，該多層接合套管是通過(guò)將多條超導(dǎo)體導(dǎo)線(比銀帶層短)設(shè)置在該銀帶層上，以及使用銀帶捆扎該設(shè)置的超導(dǎo)體導(dǎo)線構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明，上述和其它方案能通過(guò)提供將一對(duì)超導(dǎo)電纜接合在一起的方法實(shí)現(xiàn)，該超導(dǎo)電纜具有繞在金屬管制成的成型器上的超導(dǎo)體層，該方法包括步驟通過(guò)將多條超導(dǎo)體導(dǎo)線(短于該導(dǎo)電金屬管)繞設(shè)在該導(dǎo)電金屬管的縱向方向上，并使用銀帶捆扎該設(shè)置的超導(dǎo)體導(dǎo)線，來(lái)構(gòu)成接合套管；在800至850攝氏度對(duì)該接合套管施加40小時(shí)或更長(zhǎng)的熱處理；通過(guò)將該接合套管接合并固定在更長(zhǎng)的金屬管的周圍，構(gòu)成接合構(gòu)件；通過(guò)焊接將該接合構(gòu)件的金屬管固定在兩個(gè)超導(dǎo)電纜的該成型器上；以及繞該接合構(gòu)件的該導(dǎo)電金屬管的兩端，接合兩個(gè)超導(dǎo)電纜的該超導(dǎo)層。


結(jié)合附圖，從實(shí)施例的下列說(shuō)明中本發(fā)明的這些和/或其它方面以及優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)并且更易于理解，其中圖1是超導(dǎo)電纜的傳統(tǒng)接合結(jié)構(gòu)件的橫斷面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明用于超導(dǎo)電纜的接合構(gòu)件的橫斷面圖；以及圖3是使用圖2中的接合構(gòu)件的超導(dǎo)電纜的中間接合結(jié)構(gòu)件的橫斷面圖。
具體實(shí)施例方式
圖2和圖3是分別顯示根據(jù)本發(fā)明用于超導(dǎo)電纜的接合構(gòu)件、和使用接合構(gòu)件的中間電纜接合結(jié)構(gòu)件的橫斷面圖。
如圖所示，該中間電纜接合結(jié)構(gòu)件包含金屬管31和接合套管40。將該金屬管31焊接并聯(lián)接到在兩個(gè)超導(dǎo)電纜的成型器16上。多條超導(dǎo)體導(dǎo)線32繞設(shè)在導(dǎo)電金屬管37的縱向方向上，并被銀帶38捆扎。然后，通過(guò)收縮裝置，將超導(dǎo)體導(dǎo)線32固定繞在金屬管31上，以完成接合套管40。
金屬管31是由與超導(dǎo)電纜的成型器16的金屬材料相同的金屬材料制成。金屬管31的兩端通過(guò)焊接(welding)39固定在超導(dǎo)電纜的成型器16上，從而金屬管31具有很高的粘結(jié)強(qiáng)度而可防止由于熱收縮導(dǎo)致的分離。
通過(guò)收縮裝置，接合套管40被一體化繞在金屬管31上。幾打超導(dǎo)體導(dǎo)線32繞設(shè)在導(dǎo)電金屬管37的縱向方向上，并被銀帶38捆扎，從而完成接合套管40。
在這種情況下，為了平滑導(dǎo)電，導(dǎo)電金屬管37最好是由具有低電阻的銀管制成。
此外，接合套管40可以由單層超導(dǎo)體導(dǎo)線32構(gòu)成。在使用多層結(jié)構(gòu)件接合超導(dǎo)電纜的情況下，該超導(dǎo)電纜按照下述方式被接合。首先，將幾打超導(dǎo)體導(dǎo)線32(短于銀帶層38)設(shè)置在銀帶層38上。然后，通過(guò)將銀帶38繞超導(dǎo)體導(dǎo)線32捆扎，形成具有相應(yīng)于該超導(dǎo)電纜的多層結(jié)構(gòu)件的接合套管40。因此，該超導(dǎo)電纜通過(guò)多層套管40被互相接合在中間區(qū)域。
按照上述方式構(gòu)成的接合套管40經(jīng)過(guò)在800至850攝氏度的范圍超過(guò)40小時(shí)的熱處理，可獲得超導(dǎo)特性。通過(guò)兩片銀在高溫條件下的金屬擴(kuò)散，接合套管40被接合并一體化。
接合套管40具有比金屬管31的外徑小0.2毫米的內(nèi)徑。接合套管40被加熱并膨脹，而金屬管31通過(guò)冷卻被收縮。然后，接合套管40被裝配到金屬管31上。接合套管40和金屬管31可在室溫下緊密接觸，而形成完整的接合構(gòu)件。
進(jìn)一步，超導(dǎo)電纜的第一超導(dǎo)體層12通過(guò)Pb-Sn(鉛-錫)或類似物，與由銀管制成的導(dǎo)電金屬管37的表面接合，并且第二超導(dǎo)體層12通過(guò)Pb-Sn或類似物與第二銀帶層38接合。
根據(jù)上述接合超導(dǎo)電纜的方法，幾打超導(dǎo)體導(dǎo)線32(短于導(dǎo)電金屬管37)繞設(shè)在導(dǎo)電金屬管37的縱向方向上，并被銀帶38捆扎，從而構(gòu)成接合套管40。
同時(shí)，為了完成多層超導(dǎo)電纜的接合，幾打短于銀帶層38的超導(dǎo)體導(dǎo)線32設(shè)置在銀帶層38上，并被銀帶38捆扎，從而構(gòu)成具有相應(yīng)于該超導(dǎo)電纜的多層結(jié)構(gòu)件的接合套管40。
接合套管40經(jīng)過(guò)在800至850攝氏度的溫度超過(guò)40小時(shí)的熱處理獲得超導(dǎo)特性。由于銀在高溫下的金屬擴(kuò)散，所完成的接合套管40在層間無(wú)接觸電阻。
接下來(lái)，通過(guò)將接合套管40接合并固定在金屬管31的周圍，來(lái)完成接合構(gòu)件，其中，金屬管31形成為比接合套管40長(zhǎng)。
在此情況下，金屬管31具有比接合套管40的內(nèi)徑大0.2毫米的外徑，并且金屬管31被冷卻收縮。接合套管40被加熱并膨脹，以裝配金屬管31和接合套管40。接合套管40可在常溫下和金屬管31彼此緊密接觸，以形成完整的接合構(gòu)件。
在構(gòu)成該接合構(gòu)件之后，通過(guò)電弧焊接39將該接合構(gòu)件的金屬管31固定在該超導(dǎo)電纜的兩個(gè)成型器上，從而當(dāng)冷卻該超導(dǎo)電纜時(shí)，可保持機(jī)械強(qiáng)度。
進(jìn)一步，超導(dǎo)電纜的第一超導(dǎo)體層12通過(guò)Pb-Sn或類似物與接合構(gòu)件的導(dǎo)電金屬管37的表面接合，并且第二超導(dǎo)體層12通過(guò)Pb-Sn或類似物與第一銀帶層38接合，從而將一對(duì)超導(dǎo)電纜接合。
從上述描述顯而易見(jiàn)，由于通過(guò)電弧焊接接合金屬管，其中，該金屬管用與超導(dǎo)電纜的成型器的材料相同的材料制成，在接合界面的物理接合強(qiáng)度明顯提高。因此，在冷卻該超導(dǎo)電纜之后，機(jī)械強(qiáng)度可長(zhǎng)時(shí)間保持。
此外，由于包含超導(dǎo)帶的接合套管與電纜的超導(dǎo)體層接合成直線，所以電阻減小。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，接地故障電流被分配到該接合套管的銀層；因此，確保了電力的安全。
由于在該接合套管的熱處理中，僅僅存在相同材料的銀層通過(guò)金屬擴(kuò)散接合，因此界面的接觸電阻顯著減少。因此，可增加導(dǎo)電性，并顯著減少在界面處的熱生成。
為解釋說(shuō)明的目的，揭示本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將明了各種不脫離如隨附的權(quán)利要求書(shū)揭示的本發(fā)明的范圍和精神的修改、添加和替換。
權(quán)利要求
1.一種用于超導(dǎo)電纜的中間接合結(jié)構(gòu)件，用于將一對(duì)超導(dǎo)電纜接合在一起，其中，該超導(dǎo)電纜具有繞在金屬管制成的成型器上的超導(dǎo)體層，該中間接合結(jié)構(gòu)件包含金屬管，插在該對(duì)超導(dǎo)電纜之間，并通過(guò)焊接聯(lián)接到在該成型器上；接合套管，被接合并聯(lián)接到在該金屬管的外表面上，在將比導(dǎo)電金屬管短的多條超導(dǎo)體導(dǎo)線繞設(shè)在該導(dǎo)電管的縱向方向上之后，用銀帶捆扎。
2.如權(quán)利要求1所述的中間接合結(jié)構(gòu)件，其中，該金屬管由與該超導(dǎo)電纜的該成型器的材料相同的材料構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的中間接合結(jié)構(gòu)件，其中，該導(dǎo)電金屬管由銀構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1所述的中間接合結(jié)構(gòu)件，其中，通過(guò)構(gòu)成多層接合套管，多層超導(dǎo)電纜被接合，其中，該多層接合套管是通過(guò)將比銀帶層短的多條超導(dǎo)體導(dǎo)線設(shè)置在該銀帶層上，以及使用銀帶捆扎該設(shè)置的超導(dǎo)體導(dǎo)線構(gòu)成。
5.一種將一對(duì)超導(dǎo)電纜彼此接合的方法，該超導(dǎo)電纜設(shè)有繞金屬管成型器的超導(dǎo)體層，該方法包括步驟通過(guò)將多條超導(dǎo)體導(dǎo)線繞設(shè)在該導(dǎo)電金屬管的縱向方向上，并使用銀帶捆扎該設(shè)置的超導(dǎo)體導(dǎo)線，來(lái)構(gòu)成接合套管；在800至850攝氏度對(duì)該接合套管施加40小時(shí)或更長(zhǎng)的熱處理；通過(guò)將該接合套管接合并固定在一更長(zhǎng)的金屬管的周圍，構(gòu)成接合構(gòu)件；通過(guò)焊接將該接合構(gòu)件的金屬管固定在兩個(gè)超導(dǎo)電纜的該成型器上；以及繞該接合構(gòu)件的該導(dǎo)電金屬管的兩端，接合兩個(gè)超導(dǎo)電纜的該超導(dǎo)層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有優(yōu)良的機(jī)械和電特性的中間接合結(jié)構(gòu)件，以及制備該中間接合結(jié)構(gòu)件的方法。該中間接合結(jié)構(gòu)件包含金屬管以及接合套管。該金屬管插入在一對(duì)超導(dǎo)電纜之間，并通過(guò)焊接被固定到成型器上。短于導(dǎo)電金屬管的多條超導(dǎo)體導(dǎo)線繞設(shè)在導(dǎo)電金屬管的縱向方向上。使用銀帶捆扎所設(shè)置的超導(dǎo)體導(dǎo)線，以形成該接合套管。該接合套管被接合并固定在該金屬管的外表面上。
文檔編號(hào)H02G15/00GK1604417SQ20041001177
公開(kāi)日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者張鉉萬(wàn) 申請(qǐng)人:Lg電線有限公司