[发明专利]高温超导装置

说明书

本发明涉及高温超导领域。尤其涉及一种具有由超导层和电气旁路层组成导体复合物的高温超导装置。

在德国公布的文献(Offenlegungsschrift)DE19634424A1中提出了用于电流限制器中的一种高温超导装置。该装置包括一个超导层，一个构成为电气旁路的、与超导层形成导体复合物的一个银层，和一个纤维复合层。后者含有由环氧树脂和作为增强的载体材料的玻璃纤维或碳纤维制成的基体。此基体用于导体复合物的机械稳定，并且通过真空浸渍将基体敷设在导体复合物的至少一个主面上。

将基于高温超导体上的电流限制器浸入冷却介质，优先是浸入液氮LN₂中。如果在短路情况下超导体由于过电流而过渡到有电阻的状态的话，则耗散能量和超导体有可能很强烈地发热，以及需要至少某段时间以便重新冷却到作业温度。因此必须尽可能有效地导散在短路情况下短时产生的焦耳热。在上述装置中垂直于纤维复合层地进行向冷却介质方向的热传导。一旦液氮开始蒸发和在应冷却的表面上形成气泡或气状的膜，进入液氮LN₂中的传热效率却下降，因为氮气的比热比LN₂的蒸发热小。后果是导体复合物的不受欢迎的发热，直到高温超导的不可恢复的损伤。

因此本发明的任务是创造一种高温超导装置，在此高温超导装置上在通过过电流引起的负荷情况下保护超导体免受过量的发热。此项任务通过具有由一个超导层和一个电气旁路层组成的导体复合物和一个储热层与此导体复合物的一个主面相接触的高温超导装置解决。

本发明的核心在于，在开始所述方式的高温超导装置上安排与超导体接触的一种储热层。此层吸纳通过短时的过电流在超导体中生成的热量，并且然后将热量输出到冷却介质上。超导体因此较少强烈地发热，并且相应较快地重新冷却到超导体的作业温度。

按照一种第一实施形式在高温超导装置上原先为了机械稳定引入的，由纤维复合材料制的一个层是构造为储热器的。

按照一种第二实施形式为了提高热容量给此层增加具有高比热的充填材料。将此充填材料与聚合物基体混合和穿透复合材料的载体织物。

在一种另外的实施形式中，如此选择载体材料和充填材料，使得产生的纤维复合材料的热传导系数是尽可能大的。以此来实现，在超导体中局部和短时生成的热量在设计为储热器的层中同时就稍微分散，即可以从其生成地点导散。

在一种其它的实施形式中如下地优化载体材料和充填材料，使得产生的纤维复合材料的热膨胀系数是尽可能小的。因此可以在冷却到复合材料的作业温度时，减少整个复合材料的热收缩和因此减少作用到超导体上的应力。

从专利文献EP0257466B1中已经公开了具有类似以上所述构造的纤维复合材料。在那里公开了由一个金属层和由固化聚合物基体复合材料制的一个层组成的一种层压材料，该层压材料例如用于冷却安置在印刷电路板上的电子构件。颗粒、纤维或织物形式的，微小热膨胀的一种增强和导热材料是置入复合材料层中的。该层用于在热源(电子构件)和热漏(金属层)之间的热传导，以及用于补偿印刷电路板和金属层的热膨胀系数。与此相反地在本发明中采用这样的纤维复合材料本身作为储热器，并且不仅作为热导体和/或电绝缘体起作用。

以下结合附图借助实施例译述本发明。

图1a展示通过按现有技术的高温超导装置的剖面，而图1b展示按本发明的一个这样的剖面。

图2展示按本发明一种优先实施形式的纤维复合材料的透视图。

在参考符号表中汇总了图中采用的参考符号。相同部分原则上配备了相同的参考符号。

图1a中表示了取自通过按现有技术的，例如像在电流限制器中得到采用的超导装置一个截面中的局部剖视图。高温超导体10是与电气旁路层11成面地连接的，并且与此旁路层形成导体复合物1。由用于导体复合物1机械稳定的纤维复合材料2制的一个层是毗连地敷设到导体复合物1一个主面上的。整个装置又是浸入液氮LN₂3O中的，或是由一种另外的冷却介质3包围的。

由于载体织物纤维的取向，在织物平面中的纤维复合材料2的导热能力常常是突出的。在如图1a中所示的装置上需要的都是，在超导体10中垂直于纤维复合物2导散相应的焦耳热。此外在纤维复合材料2和毗连其上的液氮LN₂3O之间的过渡处，由于提及的液氮的微少蒸发热形成的气态氮31的气泡，由此再次妨碍热的继续传导，并且导体复合物1在准绝热地变热。