1、低 温 技 术 在 高 温 超 导 （!“#） 电 力系 统 中 的 应 用!徐 虹 玲 王 惠 龄 王 建 石 零 饶 荣 水 陈 进 唐 跃 进（ 华 中 科 技 大 学 武 汉 !“#$!）摘 要 阐 述 低 温 技 术 在 超 导 电 力 系 统 中 的 制 冷 机 直 接 冷 却 技 术 、 液 氮 迫 流 循环 系 统 以 及 基 于 %8#$:#8“。 徐 虹 玲 ， 女 ， 7“ 岁 ， 硕 士 生 。本 文 于 7#“ 年 8 月 : 日 收 到 。! 制 冷 机 直 接 冷 却 系 统低 温 超 导 磁 体 或 器 件 采 用 液 氦 浸 泡 冷 却 ， 但 随 着 高 温
2、 超 导 材 料 与 低 温 技 术 的 发 展 ， 采 用制 冷 机 直 接 冷 却 已 经 成 为 发 展 方 向 。 使 用 制 冷 机 直 接 冷 却 超 导 磁 体 系 统 具 有 运 行 维 护 方 便 、结 构 紧 凑 、 安 全 性 好 、 效 率 高 、 长 时 间 运 行 不 需 补 液 等 优 点 !。 利 用 稀 土 磁 性 材 料 “#$%-3） 已 经 开 发 出 两 种 不 同 电 力 电 子 线 路 的 小型 -(“- 装 置 。 华 中 科 技 大 学 、 西 北 有 色 金 属 研 究 院 等在 我 国 高 科 技 发 展 计 划 支 持 下 ， 开 始 研
3、 制 制 冷 机 直 接冷 却 高 温 超 导 磁 储 能 系 统 的 中 小 型 -(“- 系 统 ， 开 拓 高温 超 导 应 用 直 接 冷 却 的 新 途 径 。图 ! % 的 界 面 热 导 率# 界 面 热 阻 对 直 接 冷 却 系 统 的 影 响在 高 温 超 导 制 冷 机 直 接 冷 却 系 统 中 ， 制 冷 机冷 头 与 电 绝 缘 垫 片 之 间 、 电 绝 缘 垫 片 与 电 流 引 线之 间 都 存 在 界 面 热 阻 ， 它 影 响 和 限 制 超 导 器 件 冷却 的 效 率 和 运 行 可 靠 性 。 界 面 热 阻 引 起 的 焦 耳 热几 乎 占 总 漏
4、 热 的 !?$ !?+， 对 系 统 的 动 态 稳 定 性有 重 要 影 响 ， 是 超 导 电 流 引 线 发 生 失 超 的 主 要 根源 之 一 。 因 此 ， 减 小 和 控 制 低 温 界 面 热 阻 是 实 现超 导 系 统 直 接 冷 却 的 技 术 关 键 。影 响 界 面 热 阻 的 因 素 很 多 ， 包 括 材 料 的 热 物性 、 表 面 性 质 、 表 面 粗 糙 度 、 负 载 、 温 度 和 界 面 的 介 质 等 。 国 内 外 已 经 有 很 多 学 者 做 过 相 关研 究 ， 但 是 一 般 把 两 固 体 的 接 触 界 面 只 看 成 一 个 简
5、单 的 几 何 面 。 王 惠 龄 教 授 用 电 子 显 微 镜 观测 !“ # $% 冷 压 连 接 界 面 的 微 观 结 构 ， 发 现 这 个 接 触 界 面 是 一 个 具 有 微 米 级 厚 度 的 薄 层 ， 并且 通 过 实 验 测 出 了 这 个 界 面 热 阻 , # , 热 交 换 器 以 确 保 与 氦 制 冷 机 几 乎 相 同 的 流 量 供 应 ； 液 氮 循环 系 统 由 两 个 低 温 泵 组 成 ， 低 温 泵 提 供 足 够 的 压 头 以 维 持 567 电 缆 中 液 氮 的 流 动 ； 压 力 系统 限 制 在 电 缆 负 荷 变 化 期 间 由
6、于 制 冷 剂 容 量 波 动 而 引 起 的 压 力 变 化 。超 导 电 缆 可 以 输 送 特 大 功 率 的 电 能 ， 系 统 允 许 过 载 的 周 期 较 长 ， 而 且 在 短 时 期 内 可 耐 受用 户 的 短 路 电 流 ， 另 外 其 电 缆 载 流 量 与 土 壤 等 敷 设 条 件 无 关 !。 超 导 电 缆 的 上 述 优 点 ， 使 它具 有 巨 大 的 潜 在 经 济 效 益 ， 各 国 都 把 它 列 为 重 大 的 研 究 项 目 。 世 界 上 第 一 条 实 用 高 温 超 导 电缆 已 在 美 国 于 “# 年 $ 月 投 入 使 用 ， 德 国
7、、 日 本 、 丹 麦 等 国 家 也 分 别 研 制 出 了 %） ， 同 时 也 降 低 了 系 统 功耗 （ 减 少 $#） 。 在 回 路 热 端 插 入 ? 结 和 结 9:;#? “A“#B-7“4$ BC (/0D6E#=B4 E/2? 7 6325/35 ./J 9534/7D70?， N-4./ +*$Z+）&7%!$&(! / 45 C.C5= 85./ .CCD23.27/8 7 45 D7I 5BC5=.-=5 534/7D70? 2/ 8-GC5=37/J-32/0 C7I5= 8?85B .=5 J283-885JL 67B5 3=?705/23 =5=205=.2
8、7/ 8?85B， 8-34 .8 3=?7377D5= 377DG2/0， W 32=3-D.27/ 8?85B ./J U5D25= 377D2/0 K.85J 7/ U5D25= B.5=2.D8 .=5 2/=7J-35JL 28 C72/5J4. 45 F5? C=7KD5B8 .=5 34.=.35=28238 7 *Q 2/5=.32.D D.?5=， 45 5538 7 45=B.D 37/.3 =5828./357/ J?/.B23 8.K2D2? 7 4204 5BC5=.-=5 8-C5=37/J-32/0 7= .CCD?2/0 8-C5=37/J-32/0 534/2E-5 7 5D53G=23 C7I5= 8?85B8L4#89$+% D7I 5BC5=.-=5 534/7D70?； J2=53 3=?7377D5= 377D2/0； *Q 2/5=.32.D D.?5= =5828G./35； 4204 938-C5=37/J-37=
