CN102867610A - 一种二元可拔气冷电流引线装置 - Google Patents

Abstract

一种二元可拔气冷电流引线装置，包括电流引线本体（13）和一级换热器（18）。电流引线本体（13）可从超导磁体系统中拔出，一级换热器（18）固定在超导磁体系统的冷屏上或制冷机的一级冷头上。电流引线本体（13）的上过渡段（2）连接常导段（1）和高温段（3），下过渡段（2’）连接高温段（3）和引线插头（4）。在常导段（1）下端面和引线插头（4）上端面之间固定有支撑管（11），将上下过渡段（2、2’）和高温段（3）包裹在其内。一级换热器（18）的上导热法兰（14）与电流引线本体（13）上的导热环（6）热接触，并对电流引线本体（13）的常导段（1）进行热截流。

Description

一种二元可拔气冷电流引线装置

技术领域

本发明涉及超导磁体系统的电流引线装置，特别涉及一种用于MRI成像超导磁体中的电流引线。

背景技术

电流引线是超导磁体系统的重要组成部分，是处在室温的电源向4.2K的低温环境中的超导磁体输送能量的通道。电流引线是室温区到低温区的过渡段。沿电流引线导入低温区的热量主要有两个来源：热传导带来的漏热以及流过导体的电流而产生的焦耳热。现有大部分超导磁体在一次性励磁到目标值后，再借助于超导开关的闭合使磁体在持续电流下运行，此后可断开磁体电源，如果此时将电流引线从低温区拔出，那么就会消除由于电流引线的热传导而流入低温区的热量，使低温容器的液氦损量大大降低，这是解决电流引线漏热的比较完善的方案。

可拔式电流引线一般中间留有氦气通道，强迫低温容器中蒸发的氦气从电流引线中流过并对电流引线进行冷却。这种采用氦气进行冷却的电流引线称为可拔气冷电流引线。电流引线设计的原则是尽可能地减少向低温容器的漏热，使低温容器中的液氦蒸发损失最小。

现有技术的可拔气冷电流引线，都为铜或铜合金制作。而铜或铜合金的热导率非常大，如果通过减小电流引线截面积的方法来减少向低温区的热传导，势必会增加电流引线本身的焦热发热。因此，这种采用铜或铜合金制作的一元结构的可拔气冷引线，一般其向低温区的漏热都很大，这样就增加了励磁过程中液氦的消耗。特别对于传导冷却或者少液氦结构的闭环运行超导磁体，由于没有足够的液氦与电流引线进行热交换，电流引线的漏热很可能传导到超导磁体内部，从而引发超导磁体的失超，将严重影响着超导磁体的工作性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有的可拔气冷电流引线向低温区漏热大的缺陷，提出一种二元结构的可拔气冷电流引线装置。

高温超导材料在液氮或更低温度可以无阻地承载电流，没有焦耳热，且只传导少量的热，因此是非常优秀的电流引线材料，可大幅度地节省致冷量。本发明在可拔气冷电流引线的低温段采用高温超导材料，大大降低电流引线向低温容器的漏热。

本发明的二元可拔气冷电流引线装置由电流引线本体和一级换热器组成，其中电流引线本体可从超导磁体系统中拔出，而一级换热器固定在超导磁体系统的冷屏上或制冷机的一级冷头上。

本发明二元可拔气冷电流引线装置的电流引线本体包括常导段、上过渡段、高温段、下过渡段和引线插头。其中，常导段是由铜或铜合金材料制成的长管，常导段的上端焊接有一个接线鼻子，该接线鼻子与电源输出线连接，常导段的下端焊接有一个环形导热环；高温段为由高温超导材料制成的圆管；上过渡段连接常导段和高温段，下过渡段连接高温段和引线插头。

所述的上、下过渡段结构相同，都由上连接环、多根柔性电缆和下连接环组成。上、下过渡段的上连接环的下端面和下连接环的上端面分别加工有一个环形焊接槽，多根柔性电缆的上端和下端分别插入上连接环下端面和下连接环上端面的焊接槽内，这两个焊接槽内填入焊锡，将多根柔性电缆、上连接环和下连接环连接成一个整体。

所述的上过渡段上连接环的上端面与所述常导段的下端面焊接在一起，下过渡段上连接环的上端面与引线插头的上端面焊接在一起；上、下过渡段的下连接环的下端面分别加工有一个环形焊接槽，所述高温段的上端和下端分别插入上过渡段下连接环下端面和下过渡段下连接环下端面上的焊接槽内，这两个焊接槽内填入焊锡，将高温段、上过渡段和下过渡段连接成一个整体。

在常导段的下端面和引线插头的上端面之间固定有一根支撑管，所述的支撑管采用环氧材料制作，支撑管将上下过渡段和高温段包裹在其内，对易碎的高温段起保护作用。当插拔电流引线本体时，所产生的作用力通过支撑管传递。

本发明的二元可拔气冷电流引线装置的一级换热器包括上导热法兰、波纹管、柔性铜绞线和下导热法兰。上导热法兰的下端面和下导热法兰的上端面分别加工有一个环形焊接槽，多根柔性铜绞线的上端和下端分别插入到上导热法兰和下导热法兰的焊接槽内，两个焊接槽内填入焊锡，将多根柔性铜绞线、上导热法兰和下导热法兰连接成一个整体。下导热法兰刚性固定在超导磁体系统的冷屏上或制冷机的一级冷头上，在上导热法兰和下导热法兰之间套接有一个波纹管，通过所述的波纹管来支撑上导热法兰，由于波纹管在受到压力时会沿轴向收缩，使得上导热法兰的位置可以沿轴向进行调节。

当需要给超导磁体励磁时，所述的电流引线本体从所述的一级换热器内孔中穿出，电流引线本体上常导段下端的导热环正好压在一级换热器的上导热法兰上，在导热环与上导热法兰之间放置有一个导热绝缘件，对电流引线本体和一级换热器进行电气绝缘。电流引线本体的引线插头插入并固定在低温容器内的引线底座中。

本发明的二元可拔气冷电流引线装置工作时，所述的电流引线本体的常导段的漏热将被一级换热器截流，一级换热器同冷屏连接，可以使得常导段下端温度低于70K；加上高温段的零电阻和低热导率特性，使得电流引线装置向低温容器的漏热非常小；低温容器蒸发的氦气从电流引线本体的内孔流出，对电流引线本体进行气冷，进一步减小了电流引线向低温容器的漏热。

附图说明

图1本发明实施例的二元可拔气冷电流引线本体结构示意图，图中：1常导段、2上过渡段、2’下过渡段、3高温段、4引线插头、5接线鼻子、6导热环、7导热绝缘件、8、8’上连接环、9、9’柔性电缆、10、10’下连接环；

图2外面套有环氧支撑管的二元可拔气冷电流引线本体结构示意图，图中：11支撑管；

图3正在工作中的二元可拔气冷电流引线装置剖面结构图，图中：12引线底座、13电流引线本体、18一级换热器；

图4一级换热器的剖面结构图，图中：14上导热法兰、15波纹管、16柔性铜绞线、17下导热法兰。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图3所示，本发明的二元可拔气冷电流引线装置由电流引线本体13和一级换热器18组成，其中电流引线本体13可从超导磁体系统中拔出。一级换热器18固定在超导磁体系统的冷屏上或制冷机的一级冷头上。

如图1所示，本发明二元可拔气冷电流引线装置的电流引线本体13包括常导段1、上过渡段2、高温段3、下过渡段2’和引线插头4。其中，常导段1是由铜或铜合金材料制成的长管，常导段1的上端焊接有一个接线鼻子5，该接线鼻子5与电源输出线连接。常导段1的下端焊接有一个环形导热环6。高温段3为由高温超导材料制成的圆管；上过渡段2和下过渡段2’的结构相同，上过渡段2连接常导段1和高温段3，下过渡段2’连接高温段3和引线插头4。

所述的上过渡段2由第一上连接环8、第一多根柔性电缆9和第一下连接环10组成，下过渡段2’由第二上连接环8’、第二多根柔性电缆9’和第二下连接环10’组成。第一上连接环8的下端面和第一下连接环10的上端面分别加工有一个环形焊接槽，第一多根柔性电缆9的上端和下端分别插入第一上连接环8下端面和第一下连接环10上端面的焊接槽内，向第一上连接环8下端面和第一下连接环10上端面的焊接槽内填入焊锡，将上过渡段2的第一上连接环8、第一多根柔性电缆9和第一下连接环10连接成一个整体。第二上连接环8’的下端面和第二下连接环10’的上端面分别加工有一个环形焊接槽，第二多根柔性电缆9’的上端和下端分别插入第二上连接环8’下端面和第二下连接环10’上端面的焊接槽内，向第二上连接环8’下端面和第二下连接环10’上端面的焊接槽内填入焊锡，将下过渡段2’的第二上连接环8’第二多根柔性电缆9’和第二下连接环10’连接成一个整体。上过渡段2的第一上连接环8的上端面与常导段1的下端面焊接在一起，下过渡段2’的第二上连接环8’的上端面与引线插头4的上端面焊接在一起。所述的第一下连接环10的下端面和第二下连接环10’的下端面分别加工有一个环形焊接槽，高温段3的上端和下端分别插入这两个下连接环10、10’下端面的焊接槽内，两个下连接环10、10’下端面的焊接槽内填入焊锡，将高温段3、上过渡段2和下过渡段2’连接成一个整体。

如图2所示，本发明在常导段1的下端面和引线插头4的上端面之间固定有一根支撑管11，所述的支撑管11采用环氧材料制作，支撑管11将上过渡段2、下过渡段2’和高温段3包裹在其内，对易碎的高温段3起保护作用。当插拔电流引线本体13时，所产生的作用力通过支撑管11传递。

如图4所示，本发明的二元可拔气冷电流引线装置的一级换热器18包括上导热法兰14、波纹管15、柔性铜绞线16和下导热法兰17。上导热法兰14的下端面和下导热法兰17的上端面分别加工有一个环形焊接槽，多根柔性铜绞线16的上端和下端分别插入到上导热法兰14和下导热法兰17的焊接槽内，两个焊接槽内填入焊锡，将多根柔性铜绞线16、上导热法兰14和下导热法兰17连接成一个整体。下导热法兰17刚性固定在超导磁体系统中的冷屏上或制冷机的一级冷头上，在上导热法兰14和下导热法兰17之间套接有一个波纹管15，通过所述的波纹管15来支撑上导热法兰14，由于波纹管15在受到压力时会沿轴向收缩，使得上导热法兰14的位置可以沿轴向进行调节。

如图3所示，当需要给超导磁体励磁时，所述的电流引线本体13从所述的一级换热器18内孔中穿出，电流引线本体13常导段下端的导热环6正好压在一级换热器18的上导热法兰14上，在导热环6与上导热法兰14之间放置有导热绝缘件7，对电流引线本体13和一级换热器18进行电气绝缘。电流引线本体13的引线插头4插入到固定在低温容器内的引线底座12中。

Claims (5)

1.一种二元可拔气冷电流引线装置，其特征在于，所述的电流引线装置包括电流引线本体（13）和一级换热器（18）；所述的电流引线本体（13）能够从超导磁体系统中拔出；所述的一级换热器（18）固定在超导磁体系统的冷屏上或制冷机的一级冷头上；所述的电流引线本体（13）由常导段（1）、上过渡段（2）、高温段（3）、下过渡段（2’）和引线插头（4）组成；所述的常导段（1）是由铜或铜合金材料制成的长管；常导段（1）的上端焊接有接线鼻子（5），所述的接线鼻子（5）与电源输出线连接；常导段（1）的下端焊接有环形导热环（6）；所述的高温段（3）为由高温超导材料制成的圆管；上过渡段（2）连接常导段（1）和高温段（3），下过渡段（2’）连接高温段（3）和引线插头（4）。

2.按照权利要求1所述的电流引线装置，其特征在于，所述的上过渡段（2）和下过渡段2’的结构相同；上过渡段（2）由第一上连接环（8）、第一多根柔性电缆（9）和第一下连接环（10）组成；下过渡段（2’）由第二上连接环（8’）、第二多根柔性电缆（9’）和第二下连接环（10’）组成；第一上连接环（8）的下端面和第一下连接环（10）的上端面分别加工有一个环形焊接槽，第一多根柔性电缆（9）的上端和下端分别插入第一上连接环下端面（8）和第一下连接环（10）上端面的焊接槽内，向第一上连接环（8）下端面和第一下连接环（10）上端面的焊接槽内填入焊锡，将上过渡段（2）的第一上连接环（8）、第一多根柔性电缆（9）和第一下连接环（10）连接成一个整体；第二上连接环（8’）的下端面和第二下连接环（10’）的上端面分别加工有一个环形焊接槽，第二多根柔性电缆（9’）的上端和下端分别插入第二上连接环（8’）下端面和第二下连接环（10’）上端面的焊接槽内，向第二上连接环（8’）下端面和第二下连接环（10’）上端面的焊接槽内填入焊锡，将下过渡段（2’）的第二上连接环（8’）、第二多根柔性电缆（9’）和第二下连接环（10’）连接成一个整体；上过渡段（2）的第一上连接环（8）的上端面与常导段（1）的下端面焊接在一起，下过渡段（2’）的第二上连接环（8’）的上端面与引线插头（4）的上端面焊接在一起；所述的第一下连接环（10）的下端面和第二下连接环（10’）的下端面分别加工有一个环形焊接槽，高温段（3）的上端和下端分别插入两个下连接环（10、10’）下端面的焊接槽内，向两个下连接环（10、10’）下端面焊接槽内填入焊锡，将高温段（3）、上过渡段（2）和下过渡段（2’）连接成一个整体。

3.按照权利要求1所述的电流引线装置，其特征在于，所述的常导段（1）的下端面和引线插头（4）的上端面之间固定有一根支撑管（11）；所述的支撑管（11）将上、下过渡段（2、2’）和高温段（3）包裹在其内；所述的支撑管（11）采用环氧材料制作。

4.按照权利要求1所述的电流引线装置，其特征在于，所述的一级换热器（18）包括上导热法兰（14）、波纹管（15）、柔性铜绞线（16）和下导热法兰（17）；所述的上导热法兰（14）的下端面和下导热法兰（17）的上端面分别加工有一个环形焊接槽，多根柔性铜绞线（16）的上端和下端分别插入到上导热法兰（14）和下导热法兰（17）的焊接槽内，两个焊接槽内填入焊锡，将多根柔性铜绞线（16）、上导热法兰（14）和下导热法兰（17）连接成一个整体；下导热法兰（17）刚性固定在超导磁体系统的冷屏上或制冷机的一级冷头上，在上导热法兰（14）和下导热法兰（7）之间套接有波纹管（15），通过所述的波纹管（15）支撑上导热法兰（14）。

5.按照权利要求1所述的电流引线装置，其特征在于，当需要给超导磁体励磁时，所述的电流引线本体（13）从所述的一级换热器（18）内孔中穿出，电流引线本体（13）的常导段下端的导热环（6）压在一级换热器（18）的上导热法兰（14）上，在导热环（6）与上导热法兰（14）之间放置有导热绝缘件（7），对电流引线本体（13）和一级换热器（18）进行电气绝缘；电流引线本体（13）的引线插头（4）插入到固定在低温容器内的引线底座（12）中。

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