專利名稱：一種具有快速開斷和快速恢復(fù)能力的超導(dǎo)開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)超導(dǎo)電工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有快速開斷和快速恢復(fù)能力 的超導(dǎo)開關(guān)。
背景技術(shù)：
實(shí)用超導(dǎo)器件需要工作在極低的溫度條件下，工作時(shí)通常都需要由室溫電源通過電流 引線供電。電流引線跨越室溫區(qū)和超導(dǎo)裝置工作的低溫區(qū)，會(huì)向低溫系統(tǒng)中引入漏熱，是 低溫系統(tǒng)的主要熱源，從而導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的降低和運(yùn)行費(fèi)用的升高。為了解決這一 問題，主要可以從以下兩方面考慮
在電流引線的制造方面，可以通過引入高溫超導(dǎo)材料制成高溫超導(dǎo)電流引線，當(dāng)高溫 超導(dǎo)電流引線進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)以后，直流電阻為零，消除了焦耳熱；另一方面，高溫超導(dǎo)帶材 的熱導(dǎo)率較銅等金屬材料低很多，沿電流引線的傳導(dǎo)熱比常規(guī)電流引線小得多，同時(shí)結(jié)合 引線結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及冷卻方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到降低漏熱的目的。
另一方面，對(duì)于那些勵(lì)磁條件不需要頻繁變換的應(yīng)用場(chǎng)合，超導(dǎo)開關(guān)技術(shù)也是一個(gè)有 效的解決方案。超導(dǎo)磁體勵(lì)磁以后，通過閉合超導(dǎo)開關(guān)，電流在低溫系統(tǒng)內(nèi)部形成一個(gè)超 導(dǎo)的閉合回路，這時(shí)就可以斷開超導(dǎo)磁體與室溫電源之間的回路，甚至可以將電流引線從 系統(tǒng)中取出，徹底消除低溫磁體穩(wěn)定工作時(shí)沿電流引線引入低溫系統(tǒng)的漏熱。
超導(dǎo)開關(guān)一般是利用超導(dǎo)材料的超導(dǎo)態(tài)一正常態(tài)的轉(zhuǎn)變來實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)開關(guān)的無阻到有阻 的轉(zhuǎn)變，達(dá)到使電路由接通到斷開的目的；與之相對(duì)應(yīng)利用超導(dǎo)材料的正常態(tài)一超導(dǎo)態(tài)的 轉(zhuǎn)變來實(shí)現(xiàn)電路的接通。目前的超導(dǎo)開關(guān)技術(shù)，主要是通過加熱的方法(直接加熱或者用 激光照射等技術(shù))、附加一個(gè)外加磁場(chǎng)的方法等來實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)開關(guān)由超導(dǎo)態(tài)到正常態(tài)的轉(zhuǎn)變。 這些所采用的技術(shù)方法，主要是用于超導(dǎo)材料的超導(dǎo)態(tài)一正常態(tài)轉(zhuǎn)變的，即通過使超導(dǎo)材 料失超來實(shí)現(xiàn)將電路斷開的目的，當(dāng)需要電路閉合時(shí)，去掉外加的條件(熱、磁場(chǎng)等)， 實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)材料正常態(tài)一超導(dǎo)態(tài)的轉(zhuǎn)變。
這些超導(dǎo)開關(guān)技術(shù)對(duì)一般應(yīng)用可以滿足，但是其不足之處是超導(dǎo)開關(guān)的正常態(tài)一超導(dǎo) 態(tài)轉(zhuǎn)變要視超導(dǎo)開關(guān)的工作條件、冷卻條件確定，可控性差，對(duì)于要求超導(dǎo)開關(guān)快速動(dòng)作或者快速恢復(fù)的場(chǎng)合受一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有超導(dǎo)開關(guān)的正常態(tài)一超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變要視超導(dǎo)開關(guān)的工作條件、冷卻 條件確定，可控性差，對(duì)于要求超導(dǎo)開關(guān)快速動(dòng)作或者快速恢復(fù)的場(chǎng)合受一定的限制的缺 陷，通過引入具有熱電效應(yīng)的材料，來實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)開關(guān)的超導(dǎo)態(tài)一正常態(tài)和正常態(tài)一超導(dǎo)態(tài) 轉(zhuǎn)變?nèi)婵煽?，?shí)現(xiàn)一種具有快速開斷和快速恢復(fù)能力的超導(dǎo)開關(guān)。
本發(fā)明提供的一種具有快速開斷和快速恢復(fù)能力的超導(dǎo)開關(guān)由超導(dǎo)材料與熱電材料 連接而成，將所述熱電材料的一極緊貼超導(dǎo)開關(guān)中的所述超導(dǎo)材料，在需要所述超導(dǎo)開關(guān) 由超導(dǎo)態(tài)向正常態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，在所述熱電材料構(gòu)成的回路中通入電流使得熱電材料中連接超 導(dǎo)材料的電極發(fā)熱，加速所述超導(dǎo)材料由超導(dǎo)態(tài)向正常態(tài)轉(zhuǎn)變，在需要所述超導(dǎo)開關(guān)由正 常態(tài)向超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，改變所述熱電材料構(gòu)成的回路中的電流方向，使熱電材料中連接超 導(dǎo)材料的電極制冷，從而快速實(shí)現(xiàn)所述超導(dǎo)材料由正常態(tài)向超導(dǎo)態(tài)的轉(zhuǎn)變，從而最終實(shí)現(xiàn) 所述超導(dǎo)開關(guān)的全面可控和快速開關(guān)功能。
在本發(fā)明中所述超導(dǎo)材料和所述熱電材料之間電連接的方式包括焊接、使用導(dǎo)電膠膠 接和/或機(jī)械連接。
在本發(fā)明中所述熱電材料包括金屬熱電材料和/或半導(dǎo)體熱電材料。
在本發(fā)明中所述超導(dǎo)開關(guān)可以直接使用，或與使用加熱、加外磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)開關(guān)由 超導(dǎo)態(tài)到正常態(tài)轉(zhuǎn)變的方式結(jié)合使用，也即通過加熱的方法(直接加熱或者用激光照射等 技術(shù))、附加一個(gè)外加磁場(chǎng)的方法來實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)開關(guān)由超導(dǎo)態(tài)到正常態(tài)的轉(zhuǎn)變。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
1、 通過引入熱電材料，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)開關(guān)的超導(dǎo)態(tài)一正常態(tài)和正常態(tài)一超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?nèi)?可控。
2、 實(shí)現(xiàn)一種具有快速開斷和快速恢復(fù)能力的超導(dǎo)開關(guān)。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是依據(jù)本發(fā)明的超導(dǎo)開關(guān)的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是依據(jù)本發(fā)明的超導(dǎo)開關(guān)的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的具有快速開斷和快速恢復(fù)能力的超導(dǎo)開關(guān)。是將熱電材料引入超導(dǎo)開關(guān) 中，如圖1和圖2所示。熱電材料的熱電效應(yīng)(也稱作Peltier效應(yīng))是指當(dāng)電流通過熱
電偶時(shí)，其中一個(gè)結(jié)點(diǎn)散發(fā)熱量而另一個(gè)結(jié)點(diǎn)吸收熱量的現(xiàn)象。同常規(guī)金屬材料相比，半 導(dǎo)體材料的Peltier效應(yīng)更顯著，具有較高的熱電勢(shì)可以成功地用來做成小型熱電制冷器。 如果用銅板(圖2中的4、 5)和銅導(dǎo)線將N型半導(dǎo)體(圖2中的2)和P型半導(dǎo)體(圖2 中的3)連接成一個(gè)回路，銅板和銅導(dǎo)線只起導(dǎo)電的作用。N型材料有多余的電子，有負(fù) 溫差電勢(shì)。P型材料電子不足，有正溫差電勢(shì)；當(dāng)電子從P型穿過結(jié)點(diǎn)至N型時(shí)，結(jié)點(diǎn)的 溫度降低，其能量必然增加，而且增加的能量相當(dāng)于結(jié)點(diǎn)所消耗的能量。相反，當(dāng)電子從 N型流至P型材料時(shí)，結(jié)點(diǎn)的溫度就會(huì)升高。本發(fā)明中，將熱電材料的一極緊貼超導(dǎo)開關(guān) 中的超導(dǎo)材料，可以在原超導(dǎo)開關(guān)功能的基礎(chǔ)上，利用熱電材料的Peltier效應(yīng)，在需要 超導(dǎo)開關(guān)由超導(dǎo)態(tài)向正常態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，在半導(dǎo)體熱電回路通入電流使得連接超導(dǎo)材料的電極 發(fā)熱，加速超導(dǎo)態(tài)一正常態(tài)的轉(zhuǎn)變；在需要超導(dǎo)開關(guān)由正常態(tài)向超導(dǎo)態(tài)的轉(zhuǎn)變時(shí)，只需要 簡(jiǎn)單的改變半導(dǎo)體熱電回路的電流方向，就可以使連接超導(dǎo)材料的電極制冷，快速實(shí)現(xiàn)超 導(dǎo)材料正常態(tài)一超導(dǎo)態(tài)的轉(zhuǎn)變，最終實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)開關(guān)的全面可控和快速開關(guān)能力。 實(shí)施例l:如圖1所示，熱電材料為熱電偶。(l為超導(dǎo)材料；2為熱電偶) 實(shí)施例2:如圖2所示，熱電材料為半導(dǎo)體熱電材料。(l為超導(dǎo)材料；2、 3為半導(dǎo)體 材料；4、 5為銅板)
此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在 不脫離本發(fā)明的范圍下進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實(shí)施例僅僅是例 證性的，而不是對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
1、一種具有快速開斷和快速恢復(fù)能力的超導(dǎo)開關(guān)，其特征在于所述超導(dǎo)開關(guān)由超導(dǎo)材料與熱電材料連接而成，將所述熱電材料的一極緊貼超導(dǎo)開關(guān)中的所述超導(dǎo)材料，在需要所述超導(dǎo)開關(guān)由超導(dǎo)態(tài)向正常態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，在所述熱電材料構(gòu)成的回路中通入電流使得熱電材料中連接超導(dǎo)材料的電極發(fā)熱，加速所述超導(dǎo)材料由超導(dǎo)態(tài)向正常態(tài)轉(zhuǎn)變，在需要所述超導(dǎo)開關(guān)由正常態(tài)向超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，改變所述熱電材料構(gòu)成的回路中的電流方向，使熱電材料中連接超導(dǎo)材料的電極制冷，從而快速實(shí)現(xiàn)所述超導(dǎo)材料由正常態(tài)向超導(dǎo)態(tài)的轉(zhuǎn)變，從而最終實(shí)現(xiàn)所述超導(dǎo)開關(guān)的全面可控和快速開關(guān)功能。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)開關(guān)，其特征在于所述超導(dǎo)材料和所述熱電材料之間 電連接的方式包括焊接、使用導(dǎo)電膠膠接和/或機(jī)械連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超導(dǎo)開關(guān)，其特征在于所述熱電材料包括金屬熱電材料和/ 或半導(dǎo)體熱電材料。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超導(dǎo)開關(guān)，其特征在于所述超導(dǎo)開關(guān)可以直接使用，或與 使用加熱、加外磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)開關(guān)由超導(dǎo)態(tài)到正常態(tài)轉(zhuǎn)變的方式結(jié)合使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)開關(guān)，所述超導(dǎo)開關(guān)由超導(dǎo)材料與熱電材料連接而成，是利用超導(dǎo)材料的超導(dǎo)態(tài)—正常態(tài)的轉(zhuǎn)變來實(shí)現(xiàn)電路由接通到斷開的目的；目前的超導(dǎo)開關(guān)技術(shù)方案主要是針對(duì)超導(dǎo)材料的超導(dǎo)態(tài)—正常態(tài)轉(zhuǎn)變的，而當(dāng)需要超導(dǎo)開關(guān)由正常態(tài)轉(zhuǎn)變到超導(dǎo)態(tài)時(shí)，去掉外加的熱、磁等條件。對(duì)于要求超導(dǎo)開關(guān)快速動(dòng)作或者快速恢復(fù)的場(chǎng)合應(yīng)用時(shí)受一定的限制。本發(fā)明即針對(duì)超導(dǎo)開關(guān)的這一不足，通過引入具有熱電效應(yīng)的材料，來實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)開關(guān)的超導(dǎo)態(tài)—正常態(tài)和正常態(tài)—超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?nèi)婵煽?，?shí)現(xiàn)一種具有快速開斷和快速恢復(fù)能力的超導(dǎo)開關(guān)。
文檔編號(hào)H01L39/20GK101447549SQ20081022702
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日
發(fā)明者明 丘, 張宏杰, 諸嘉慧, 斌 魏 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院