专利名称：配备有包括吸收剂的网层的用于超导电缆的低温保持器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于超导电缆的低温保持器，更具体地，涉及一种能够吸收内部气体以及防止传导热量的传递的用于超导电缆的低温保持器。
背景技术：
通常，超导性定义为在极低温度(-196℃)下对于流过导体的电流的电阻为零，超导电缆是使用具有上述特性的导体制成的电力传输电缆。图6是示出常规超导电缆的纵向剖面图。参照图6，超导电缆包括具有超导体的电缆芯10、以及形成包围电缆芯10的液氮通道并且还提供真空绝热功能的低温保持器。
电缆芯10通常是通过在作为普通液氮通道的成形器(former)(未示出)上卷绕超导体(未示出)和电绝缘体(未示出)而制成的，电流在电缆芯中流动。
低温保持器包括直接包围电缆芯10的内部金属覆层20、包围内部金属覆层20的外部金属覆层30、通过卷绕在内部金属覆层20与外部金属覆层30之间而形成的MLI(多层绝热)膜40、以及设置于MLI膜40的最内侧的吸收剂50。
内部金属覆层20和外部金属覆层30通常由金属制成，并被折皱以在两个金属覆层20、30之间形成折皱管，将该折皱管保持为真空。
图7a是示出用于超导电缆的常规低温保持器的MLI膜的一个示例的剖面图，图7b是示出用于超导电缆的常规低温保持器的MLI膜的另一示例的剖面图。如图7a和7b所详细示出的，MLI膜40通常由数次交叠的网层(net layer)41和辐射截获层43构成。MLI膜40可以具有如下的层结构一个网层41和一个辐射截获层43层叠以形成单位层，然后重复该单位层，如图7a所示；或者两个层叠的网层41和一个辐射截获层43层叠以形成单位层，然后重复该单位层，如图7b所示。
这里，网层41用于最小化传导热量，通常由诸如聚酯的纤维材料制成。辐射截获层43用于截获辐射热量，通常由覆有铝的膜制成。
吸收剂50起到吸收气体或液体中的特殊成分的作用，将其分类为化学吸收剂和物理吸收剂。吸收剂50通常在低温下进行吸收，而在高温下进行释放(吸收的逆过程)。此外，为了用于低温保持器，通常以将普通的活性碳块装在渗透性袋(tea bag)等中的方式将吸收剂50不连续地压缩在MLI膜40的最内侧上。由于吸收剂随温度降低而表现出越优异的吸收能力，所以将吸收剂50压缩到MLI膜40的最内侧。
现在，更详细地描述常规技术中使用的吸收剂50的工作。在如上所述的常规超导电缆中，当在其中放入冷的液体以降低其温度时，附于MLI膜40的最内侧的吸收剂50进行活性吸收操作以显著增大真空度，并且在室温下从其表面放出气体，从而影响低温保持器的真空度。
这种应用了上述吸收剂50的常规超导电缆具有在一定程度上改善了绝热能力并且增大了真空度的优点。然而，在常规技术中使用的吸收剂50被放入渗透性袋，由此非直接地接触气体，此外，吸收剂50形成了相对较小的表面积与体积比，这导致吸收能力降低。此外，多层膜被压缩了吸收块尺寸的大小，因此降低了该部分的绝热能力。此外，将吸收剂包装在渗透性袋中很麻烦，并且需要额外的附着工艺来将吸收剂50固定到MLI膜40的内侧。
发明内容
设计了本发明来解决常规技术的问题，因此，本发明的一个目的是提供一种用于超导电缆的低温保持器，其通过将吸收功能一体化到MLI膜的网层中而不单独地包括吸收剂来同时起到MLI膜和吸收剂的作用。
本发明的另一目的是提供一种用于超导电缆的低温保持器，其在真空度和绝热性方面性能优异。
本发明的另一目的是提供一种用于超导电缆的低温保持器，其可以用更容易的方式来安装。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于超导电缆的低温保持器，其包括内部金属覆层，包围电缆芯并且具有折皱的形状；外部金属覆层，包围内部金属覆层；以及多层绝热膜，缠绕在内部金属覆层与外部金属覆层之间，并且通过交替地层叠用于截获辐射热量的辐射截获层和用于最小化传导热量的网层而形成，其中，在从多层绝热膜的内侧起的第一网层、第二网层或者第三网层中缠绕有包括吸收剂的网层，并且所述包括吸收剂的网层配备有用于吸收低温保持器中的气体的吸收剂。
优选地，吸收剂是活性碳，所述活性碳以粉末状附着于所述包括吸收剂的网层。
优选地，所述包括吸收剂的网层被缠绕成节距比多层绝热膜的宽度更宽或更窄的螺旋图案。
在本发明的另一方面，还提供了一种用于超导电缆的低温保持器，其包括内部金属覆层，包围电缆芯并且具有折皱的形状；外部金属覆层，包围内部金属覆层；以及多层绝热膜，缠绕在内部金属覆层与外部金属覆层之间，并且通过交替地层叠用于截获辐射热量的辐射截获层和用于最小化传导热量的网层而形成，其中，多层绝热膜的多个网层中的至少一个配备有用于吸收低温保持器中的气体的吸收剂。
优选地，吸收剂是活性碳，所述活性碳以粉末状附着于所述包括吸收剂的网层。
此时，所述配备有吸收剂的网层可以是多层绝热膜的最内网层。
此外，所述配备有吸收剂的网层还可以是从多层绝热膜的内侧起的第二网层或者第三网层。
参照附图，根据以下对实施例的说明，本发明的其他目的和方面将变得显而易见，在附图中图1是超导电缆的径向剖面图，其示出了根据本发明的一个实施例的配备有包括吸收剂的网层的用于超导电缆的低温保持器；图2是沿图1的线A-A截取的剖面图；
图3a示出了在根据本发明的一个实施例的用于超导电缆的低温保持器中，多层绝热膜的网层是如何缠绕的；图3b示出了在根据本发明的另一实施例的用于超导电缆的低温保持器中，多层绝热膜的网层是如何缠绕的；图4a是超导电缆的剖面图，其示出了根据本发明的另一实施例的配备有包括吸收剂的网层的用于超导电缆的低温保持器；图4b是超导电缆的剖面图，其示出了根据本发明的又一实施例的配备有包括吸收剂的网层的用于超导电缆的低温保持器；图5示出了根据本发明的配备有包括吸收剂的网层的用于超导电缆的低温保持器是如何工作的；图6是超导电缆的径向剖面图，其示出了用于超导电缆的常规低温保持器；图7a是示出用于超导电缆的常规低温保持器中所使用的多层绝热膜的一个示例的剖面图；以及图7b是示出用于超导电缆的常规低温保持器中所使用的多层绝热膜的另一示例的剖面图。
具体实施例方式
以下，参照附图来详细说明本发明的优选实施例。在说明之前，应该理解，基于发明者可以适当地定义术语以最佳地进行说明的原则，不应将本说明书和所附权利要求中使用的术语理解为仅限于通常和字典的意义，而应该基于与本发明的技术方面对应的意义和概念来解释。因此，本文给出的说明只是仅仅出于示例目的的优选示例，并非旨在限制本发明的范围，因此应该理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行其他等同和修改。
图1是超导电缆的径向剖面图，其示出了根据本发明的一个实施例的配备有包括吸收剂的网层的用于超导电缆的低温保持器，而图2是沿图1的线A-A截取的剖面图。参照图1和图2，超导电缆包括电缆芯10、以及形成包围电缆芯10的液氮通道并且还起到真空绝热作用的低温保持器。
电缆芯10通常是通过卷绕超导体和电绝缘体的方式制成的，在本发明中电缆芯没有具体限制。
低温保持器包括直接包围电缆芯10的内部金属覆层20、包围内部金属覆层20的外部金属覆层30、通过卷绕在内部金属覆层20与外部金属覆层30之间而形成的MLI(多层绝热)膜40、以及设置于MLI膜40的最内网层的内侧的包括吸收剂的网层41’。
内部金属覆层20和外部金属覆层30通常由金属制成，并被折皱以在两个金属覆层20、30之间形成折皱管，该折皱管保持为真空。
与常规技术中一样，MLI膜40通常通过将网层41和辐射截获层43数次交替层叠而构成。这里，网层41用于最小化辐射热量，通常由诸如聚酯的纤维材料制成。辐射截获层43用于截获传导热量，通常由覆有铝的膜制成。
包括吸收剂的网层41’通过将吸收剂附着于MLI膜40中所使用的普通网层41而制成，其形成于MLI膜40的内侧上。这里使用的吸收剂优选为活性碳。由于网层通常由诸如聚酯的纤维材料制成，所以活性碳的细微颗粒容易附着于网层，即使少量的活性碳也可以提供足够的吸收能力。然而，为了制成高性能的活性碳附着网层，可以将粘附剂用于活性碳的附着。
图3a和3b各自示出了包括吸收剂的网层是如何缠绕的。参照图3a，将包括吸收剂的网层41’按使其节距P窄于MLI膜40的宽度W的方式缠绕成螺旋图案。参照图3b，将包括吸收剂的网层41’按使其节距P宽于MLI膜40的宽度W的方式缠绕成螺旋图案。在前一种情况中，包括吸收剂的网层41’覆盖整个内部金属覆层20，而在后一种情况中，包括吸收剂的网层41’间断地部分覆盖内部金属覆层20。可以根据超导电缆需要的吸收能力来适当地选择缠绕方法。
图4a是超导电缆的剖面图，其示出了根据本发明的另一实施例的用于超导电缆的低温保持器。参照图4a，在该实施例的低温保持器中，包括吸收剂的网层41’形成在从MLI膜40的内侧起的第二网层的内侧上，而不是像先前的实施例那样形成在MLI膜40的最内网层的内侧。包括吸收剂的网层41’也可以形成在第三网层的内侧。
图4b是超导电缆的剖面图，其示出了根据本发明的又一实施例的用于超导电缆的低温保持器。参照图4b，与先前实施例不同，MLI膜40的最内网层配备有吸收剂，而没有形成单独的包括吸收剂的网层41’。同时也可以通过与其位置无关地对常规MLI膜40的至少一个网层41提供吸收剂，来构成用于超导电缆的低温保持器。
同时，吸收剂通常在低温进行吸收而在高温进行释放，这种释放可以延长吸收剂的寿命。在本发明中，吸收剂优选为活性碳，在这种情况下，在0K到270K的温度下可以保持吸收功能，在300k到1000k的温度出现释放。
现在，对根据本发明的具有吸收功能的低温保持器的应用和工作进行说明。首先，对于根据本发明的低温保持器的应用，在低温液体(例如液氮或者液氦)流入低温保持器之前，在300k到500k的高温下长时间地进行渗出(bleeding)处理。在渗出处理中，将吸收到低温保持器的网层41’所配备的吸收剂(即活性碳)中的气体以及包含在金属覆层20、30和MLI膜40中的气体放出，从而减少了超导体在使用时放出的气体量。
然后，使低温液体流入低温保持器。此时，将低温保持器的内部冷却，在低温保持器的长度为30m的情况下该处理通常花费大约4小时。如果低温保持器冷却了，则出现冷凝现象，其中固体表面冷却到低温，使气体凝结，因此急剧地提高了真空度。如果将低温保持器的内部足够冷却并且将真空度提高到真空泵(未示出)中的真空度的大小，则结束渗出处理。
同时，在超导管中流有电流的情况下，从金属覆层20、30和MLI膜40产生气体。在本发明中，附着于包括吸收剂的网层41’的吸收剂去除了气体而无需使用渗透性袋形式的单独吸收剂。
图5示出了气体被吸收到根据本发明的低温保持器的包括吸收剂的网层41’中。参照图5，发出的气体颗粒被吸收到包括吸收剂的网层41’所配备的的吸收剂中。此时，由于包括吸收剂的网层41’连续地配备有吸收剂，所以可以比吸收剂不连续的常规结构更有效地从每个角落吸收气体。此外，由于吸收剂直接与气体接触，所以可以进一步提高吸收效率。
同时，除了本发明的以上用于示例的实施例之外，还可以使用其他种类的吸收剂和吸收方法，这些变型例也在本发明的范围之内。
工业适用性根据本发明的如上构成的用于超导电缆的低温保持器示出了以下效果。首先，没有像常规低温保持器中那样按渗透性袋的形式来安装吸收剂的麻烦，与块状吸收剂需要的空间相比可以减小吸收剂所需要的空间。其次，由于包括吸收剂的网层是连续安装的，所以可以更有效地吸收真空泵未去除的或者从折皱金属管和MLI膜产生的低温保持器中的气体，以保持高的真空度。第三，消除了常规地形成在吸收剂附着位置上的MLI膜的局部压缩区域，从而确保了更好的绝热能力。第四，可以使用通常的卷绕机简单地安装包括吸收剂的网层。
已经基于有限的实施例和附图对本发明进行了说明。然而，应该理解，表示本发明的优选实施例的详细说明和具体示例仅仅是作为示例给出的，因为本领域技术人员根据该详细说明可以显见在本发明的精神和范围内的各种修改和变化。
权利要求
1.一种用于超导电缆的低温保持器，其包括内部金属覆层，包围电缆芯并且具有折皱的形状；外部金属覆层，包围内部金属覆层；以及多层绝热膜，缠绕在内部金属覆层与外部金属覆层之间，并且通过交替地层叠用于截获辐射热量的辐射截获层和用于最小化传导热量的网层而构成，其中，在从所述多层绝热膜的内侧起的第一网层、第二网层或者第三网层中缠绕有包括吸收剂的网层，并且所述包括吸收剂的网层配备有用于吸收低温保持器中的气体的吸收剂。
2.根据权利要求1所述的用于超导电缆的低温保持器，其中，所述吸收剂是活性碳。
3.根据权利要求2所述的用于超导电缆的低温保持器，其中，所述活性碳以粉末状附着于所述包括吸收剂的网层。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于超导电缆的低温保持器，其中，所述包括吸收剂的网层被缠绕成节距比所述多层绝热膜的宽度更宽的螺旋图案。
5.一种用于超导电缆的低温保持器，其包括内部金属覆层，包围电缆芯并且具有折皱的形状；外部金属覆层，包围内部金属覆层；以及多层绝热膜，缠绕在内部金属覆层与外部金属覆层之间，并且通过交替地层叠用于截获辐射热量的辐射截获层和用于最小化传导热量的网层而构成，其中，所述多层绝热膜的多个网层中的至少一个配备有用于吸收低温保持器中的气体的吸收剂。
6.根据权利要求5所述的用于超导电缆的低温保持器，其中，所述吸收剂是活性碳。
7.根据权利要求6所述的用于超导电缆的低温保持器，其中，所述活性碳以粉末状附着于所述配备有吸收剂的网层。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的用于超导电缆的低温保持器，其中，所述配备有吸收剂的网层是所述多层绝热膜的最内网层。
9.根据权利要求5至7中的任一项所述的用于超导电缆的低温保持器，其中，所述配备有吸收剂的网层是从所述多层绝热膜的内侧起的第二网层或者第三网层。
全文摘要
配备有包括吸收剂的网层的用于超导电缆的低温保持器。公开了一种能够吸收内部气体并防止传导热量的传递的用于超导电缆的低温保持器。该低温保持器包括内部金属覆层，包围电缆芯并且具有折皱的形状；外部金属覆层，包围内部金属覆层；以及多层绝热膜，缠绕在内部金属覆层与外部金属覆层之间，并且通过交替地层叠辐射截获层和网层而构成。在从所述多层绝热膜的内侧起的第一网层、第二网层或者第三网层中缠绕有包括吸收剂的网层，并且所述包括吸收剂的网层配备有用于吸收低温保持器中的气体的吸收剂。由于对真空泵未能去除的气体或者从金属折皱管或多层绝热膜产生的气体进行了有效吸收，所以该低温保持器可以保持高的真空度，并且表现出更好的绝热能力。
文档编号H01B12/14GK1841575SQ20061000832
公开日2006年10月4日 申请日期2006年2月17日 优先权日2005年2月19日
发明者李昶昊, 金度亨, 金益生, 金春东, 金均锡 申请人:Ls电线有限公司