盛荣进 蒋久福 聂兴超 周鹏博 李 婧 马光同

(西南交通大学牵引动力国家重点实验室 成都 610031)

1 引言

2015 年,日本低温超导电动悬浮列车创造了603 km/h的地面载人交通试验速度的世界记录,证明超导电动悬浮是实现超高速磁悬浮的可行技术之一,中国开展相关研究势在必行。低温容器作为电动悬浮列车的关键构件之一,对列车运行性能有着重要的影响。相较于低温超导体,高温超导体运行温度高,有利于低温系统的简化,因此,发展以高温超导磁体为核心部件的电动悬浮技术是进一步提升系统运行效率的理想选择。考虑到中国目前最长的铁路线路超过2 000 km,以600 km 级时速作为运行速度要求,设计运行时长大于4 h 的车载低温容器对高温超导电动悬浮列车的发展具有重大的意义。

高温超导磁体的最佳运行温度区间为20—40 K。在这一温区下,固氮热容大、电绝缘性好,并且其固固相变发生在35.6 K,可以额外吸收相当大的能量[1](8.2 J/cm3),是一种优质的低温制冷剂。固氮的制取方式主要有液氦传导冷却、真空减压冷却、制冷机传导冷却。相对于另外两种方式,制冷机传导冷却的方式虽然冷却效率较低,但是其冷却过程中无需液氦,且系统结构紧凑,操作简便,是目前制取固氮较为理想的方式[2]。同时,当固氮冷却至工作温区后,采用制冷机可插拔结构能够有效降低车载低温容器的体积和重量。

基于上述概念,Lee 等[3]在2019 年设计出可插拔式制冷机冷却固氮作为“热电池”冷却……