CN117936222A - 一种超导磁体励磁低温系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超导磁体励磁低温系统，涉及超导磁体励磁技术领域，包括：低温保持容器、超导线圈、电流引线以及气冷管道；低温保持容器的出口处设有安全排气口；超导线圈安装在低温保持容器内部，通过超导线缆与超导开关连接，超导开关上设置有开关加热器；电流引线经低温保持容的出口，安装在低温保持容器内部，并通过内电缆超导线圈并联，电流引线另一端设有排气口；气冷管道穿过低温保持容器的出口抵接在低温保持容器内底部，气冷管道套设在电流引线、超导开关和开关加热器外周，气冷管道顶部设有顶板，顶板上设有用于穿设电流引线的第一通孔。如此设置，可以避免气冷电流引线发热引起的热氦气扰动造成超导线圈温升过高发生失超。

Description

一种超导磁体励磁低温系统

技术领域

本发明涉及超导磁体励磁技术领域，特别涉及一种超导磁体励磁低温系统。

背景技术

请参阅图1中现有的励磁系统，气冷电流引线01的材质通常为黄铜或紫铜（或其它铜材质），因其有电阻，所以在励磁通电流时，会产生焦耳热以致引线发热，为防止电流引线01过热需要通过冷氦气来进行冷却；液氦浸泡的超导线圈02，需要开关加热器03工作以此来控制超导开关04的打开或关闭，从而实现超导线圈02的励磁或退磁，超导开关04及开关加热器03都安装浸泡在液氦中，加热时，液氦会蒸发产生4.2K温区的冷氦气，冷氦气顺着上升通道，沿着电流引线的内、外表面对电流引线01实施冷却降温，同时氦气温度升高，在此过程中，虽然冷氦气实现了对电流引线01的冷却，但电流引线01周围的氦气在吸收了电流引线01的热量后，会逃逸到磁体液氦容器内，直至超导线圈02表面，就会使得超导线圈02局部温度升高。而超导线圈02对热氦气相当敏感，较热的氦气会容易引发超导线圈02的温度上升至其临界温度（超导磁体临界温度通常在5-6K附近）以上，从而触发磁体失超。所以在励磁过程中，对于超导线圈02的温度会有比较苛刻的限制。通常需要加大液氦蒸发或者在设计磁体时降低其运行电流，这在一定程度上增加了磁体设计的难度和成本。

因此，如何解决气冷电流引线发热引起的热氦气扰动造成超导线圈温升过高容易失超的问题，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明目的是提供一种超导磁体励磁低温系统，能够避免气冷电流引线发热引起的热氦气扰动造成超导线圈温升过高发生失超。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种超导磁体励磁低温系统，包括：

低温保持容器，用于盛放液氦并保持容器内的低温，低温保持容器的出口处设有安全排气口；

超导线圈，安装在低温保持容器内部，通过超导线缆与超导开关连接，超导开关上设置有开关加热器，开关加热器控制超导开关的打开与关闭；

电流引线，穿设于低温保持容器的出口，电流引线位于低温保持容器内部的端部通过内电缆与超导线圈串联，电流引线另一端设有排气口用于排出低温保持容器内的气体；

气冷管道，穿过低温保持容器的出口安装在低温保持容器内部，气冷管道套设在电流引线、超导开关和开关加热器外周，气冷管道底部与低温保持容器的内底面抵接，气冷管道顶部设有顶板，顶板上设有用于穿设电流引线的第一通孔。

作为优选的，气冷管道为分体式结构，包括气冷上管道和气冷下管道，顶板设置在气冷上管道的端部，气冷上管道与下管道的连接方式为卡接，且在卡接位置进行密封处理，气冷下管道上开设有用于超导线缆穿过的第二通孔，且第二通孔在穿过超导线缆后的间隙中填充有环氧树脂用于对气冷下管道进行密封。

作为优选的，气冷上管道背离顶板的端部设有呈锥状结构的连接部，气冷下管道背离低温保持容器底部的端部设有连接槽，连接槽能够与连接部紧密配合。

作为优选的，连接部与连接槽之间设有低温硅脂用于对气冷管道进行密封处理。

作为优选的，气冷下管道背离连接槽的端部设有底盘，且底盘呈喇叭状结构，底盘与低温保持容器内底面之间设有密封胶，用于固定气冷下管道。

作为优选的，气冷下管道与底盘为一体式结构。

作为优选的，顶板材质为不锈钢，且顶板与气冷上管道的连接方式为螺纹连接。

作为优选的，气冷上管道与气冷下管道材质为环氧玻璃钢，用于减少固体热传导。

作为优选的，超导线圈上设有用于测量其温度的温度计。

作为优选的，气冷上管道背离顶板的端部设有呈阶梯状结构的凸台，气冷下管道背离低温保持容器底部的端部设有台阶状的凹槽，且凸台能够与凹槽紧密配合。

相对于上述背景技术，本发明所提供的一种超导磁体励磁低温系统，具有如下技术效果：

通过增加气冷管道，将用于冷却电流引线的氦气约束在特定的管路中，吸收电流引线的热氦气在气冷管道中只有经电流引线内部从排气口排出，规避了受热后的氦气四处扩散逃逸的可能性，从而避免热氦气与超导线圈接触，由此避免了励磁或者退磁过程中的线圈温度升高的问题；增加了励磁或者退磁的安全性；同时由于冷氦气显热利用充分，可以减少励磁或者退磁过程中的液氦消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术的励磁系统结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的励磁低温系统的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的气冷管道的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的气冷管道剖视图；

图5为本发明实施例所提供的气冷上管道结构示意图；

图6为本发明实施例所提供的气冷下管道的结构示意图；

图7为本发明实施例所提供的连接部和连接槽配合结构示意图。

其中：

01-电流引线、02-超导线圈、03-开关加热器、04-超导开关；

100-低温保持容器、110-安全排气口；

200-超导线圈、210-超导线缆、220-超导开关、230-开关加热器；

300-电流引线、310-排气口、320-内电缆；

400-气冷管道、410-顶板、411-第一通孔、420-气冷上管道、421-连接部、430-气冷下管道、431-第二通孔、432-连接槽、440-底盘；

500-温度计。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。

本发明目的是提供一种超导磁体励磁低温系统，能够避免气冷电流引线发热引起的热氦气扰动造成超导线圈温升过高发生失超。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

请参阅图2至图7，本实施例所提供了一种超导磁体励磁低温系统，包括：低温保持容器100、超导线圈200、电流引线300以及气冷管道400。

低温保持容器100用于盛放液氦并保持容器内的低温，低温保持容器100的出口处设有安全排气口110。

如图2所示，低温保持容器100为多层容器，需要能够使其内部的液氦保持低温状态，防止外部的热量传递到容器内部，低温保持容器100的上部设有一端较窄的颈管，颈管的最上端为低温保持容器100的出口，在颈管的一侧设置有安全排气口110，用于排放低温保持容器100内的液氦蒸发的冷氦气，维持低温保持容器100内的压强。

超导线圈200，安装在低温保持容器100内部，通过超导线缆210与超导开关220连接，超导开关220上设置有开关加热器230，开关加热器230控制超导开关220的打开与关闭。

超导线圈200设有两个，浸泡在低温保持容器100内的液氦中，并且两个超导线圈200通过超导线缆210连接，另一端均与两个并联在一起的超导开关220连接，而超导开关220上贴合设置有开关加热器230，开关加热器230通过工作或者停止工作来控制超导开关220的温度高低。而超导开关220的温度高低会控制超导开关220的打开与关闭，进而决定超导线圈200的状态。

电流引线300穿设于低温保持容器100的出口，电流引线300位于低温保持容器100内部的端部通过内电缆320与超导线圈200串联，电流引线300另一端设有排气口310用于排出低温保持容器100内的气体。

如图2所示，电流引线300设有两个，分别为正极电流引线和负极电流引线，正极电流引线和负极电流引线分别通过内电缆320与超导线圈200所形成的回路进行串联，用于在超导线圈200励磁时充电以及超导线圈200退磁时放电；需要注意的是，电流引线300为空心设置，其内部可供氦气通过从而对电流引线300降温。

气冷管道400穿过低温保持容器100的出口安装在低温保持容器100内部，气冷管道400套设在电流引线300、超导开关220和开关加热器230外周，气冷管道400底部与低温保持容器100的内底面抵接，气冷管道400顶部设有顶板410，顶板410上设有用于穿设电流引线300的第一通孔411。

具体如图2所示，在低温保持容器100的内部安装了气冷管道400，气冷管道400从低温保持容器100的出口处插入，底部抵接容器的内底面，顶部也与容器的出口处平齐，而且气冷管道400在安装时将电流引线300、超导开关220和开关加热器230均套在其内部，除此之外，还在气冷管道400的顶部设置了顶板410，当然，在顶板410上预先设置有穿设电流引线300的第一通孔411；这样一来整体上由下到上就形成一个封闭的气体流通管道。

也就是说，通过增加气冷管道400，将用于冷却电流引线300的氦气约束在特定的管路中，吸收电流引线300的热氦气在气冷管道400中只有经电流引线300内部从排气口310排出，规避了受热后的氦气四处扩散逃逸的可能性，从而避免热氦气与超导线圈200接触，由此避免了励磁或者退磁过程中的线圈温度升高的问题；增加了励磁或者退磁的安全性；同时由于冷氦气显热利用充分，可以减少励磁或者退磁过程中的液氦消耗。

作为优选的，气冷管道400为分体式结构，包括气冷上管道420和气冷下管道430，顶板410设置在气冷上管道420的端部，气冷上管道420与下管道的连接方式为卡接，且在卡接位置进行密封处理，气冷下管道430上开设有用于超导线缆210穿过的第二通孔431，且第二通孔431在穿过超导线缆210后的间隙中填充有环氧树脂用于对气冷下管道430进行密封。

具体如图3和图4所示，气冷管道400设计为分体式结构，分别为气冷上管道420和气冷下管道430，气冷下管道430固定在低温保持容器100的内底面，气冷上管道420的顶部设有顶板410，下端则与气冷下管道430的上端通过卡接进行连接，并且为了提高气冷管道400的气密性，在两者卡接位置做了密封处理；可以理解的，由于超导开关220和开关加热器230被套在气冷下管道430内部，因此需要在气冷下管道430侧壁上设置供超导线缆210穿过的第二通孔431，同样，在第二通孔431与其内部穿过的超导线缆210之间存在缝隙，本实施例在缝隙中填充环氧树脂对气冷下管道430进行密封。

分体式设置可以在超导线圈200不进行励磁或者退磁时，取下气冷上管道420，然后对低温保持容器100的出口进行封闭处理，这样可以很好的保持低温保持容器100内的液氦温度；而当需要对超导线圈200进行励磁或者退磁时只需要在气冷下管道430上卡接气冷上管道420，并插入气流引线即可。

作为优选的，气冷上管道420背离顶板410的端部设有呈锥状结构的连接部421，气冷下管道430背离低温保持容器100底部的端部设有连接槽432，连接槽432能够与连接部421紧密配合。

具体地，如图4至图7所示，气冷上管道420的下端设置有呈锥状结构的连接部421，而气冷下管道430的上端设置了与连接部421相配合的连接槽432，这样设置首先可以提高气冷上管道420与气冷下管道430的密封性，防止氦气从连接处逃逸至超导线圈200附近；而且气冷上管道420下端为锥形凸起，气冷下管道430上端为锥形凹槽，这样有利于气冷上管道420与气冷下管道430的连接插入以及断开拔出。

当然，上述连接方式可根据实际情况进行调整，此处不作具体限定，能实现上述目的即可。

作为优选的，连接部421与连接槽432之间设有低温硅脂用于对气冷管道400进行密封处理。

可以理解的，每次将气冷上管道420插入气冷下管道430前，可在气冷上管道420的锥面上涂抹低温硅脂，这样可以实现更好的密封。

作为优选的，气冷下管道430背离连接槽432的端部设有底盘440，且底盘440呈喇叭状结构，底盘440与低温保持容器100内底面之间，用于固定气冷下管道。

如图3和图4所示，气冷下管道430的下端设置有底盘440，底盘440整体喇叭状，底盘440底部有扩张型开口，用来防止开关加热器230加热时，产生的氦气向下方扩散逃逸。底盘440的底部与低温保持容器100的内底面固定连接为一个整体。需要注意的是，底盘与低温保持容器100内底面之间可留有一定缝隙，只需保证气冷下管道430稳定的固定在低温保持容器100内底面即可，这样可以便于底座内外液氦相通。

作为优选的，气冷下管道430与底盘440为一体式结构。

可以理解的，气冷下管道430与底盘440为一体式结构，可以提高其制造的便利性以及降低其制造成本。

作为优选的，顶板410材质为不锈钢，且顶板410与气冷上管道420的连接方式为螺纹连接。

具体如图5所示，在本实施例中，顶板410一般采用采用不锈钢材质，而且顶板410与气冷上管道420二者通过螺纹连接，固定形成一个整体。当然，顶板410的材质以及顶板410与气冷上管道420的连接方式可可根据实际情况进行调整，能实现上述目的即可。

作为优选的，气冷上管道420与气冷下管道430材质为环氧玻璃钢，用于减少固体热传导。

具体地，本实施例中的气冷上管道420与气冷下管道430材质均优选为环氧玻璃钢，环氧玻璃钢可以减少固体热传导，能够最大程度的避免由于气冷管道400传递的热量来引起超导线圈200的失超。

作为优选的，超导线圈200上设有用于测量其温度的温度计500。

可以理解的，这样设置可以很直观清晰的判断超导线圈200的温度，进而做适应性的处理。

作为优选的，气冷上管道420背离顶板410的端部设有呈阶梯状结构的凸台，气冷下管道430背离低温保持容器100底部的端部设有台阶状的凹槽，且凸台能够与凹槽紧密配合。

本发明还提供了气冷上管道420与气冷下管道430之间的另一种卡接方式，即在气冷上管道420的下端设置成阶梯状的凸起，而在气冷下管道430的上端设置与之相对应的阶梯状凹槽，并在每层台阶面上均涂抹上低温硅脂进行密封，这样设置也可以到达两者密封连接的效果。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的实施例进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超导磁体励磁低温系统，其特征在于，包括：

低温保持容器（100），用于盛放液氦并保持容器内的低温，所述低温保持容器（100）的出口处设有安全排气口（110）；

超导线圈（200），安装在所述低温保持容器（100）内部，通过超导线缆（210）与超导开关（220）连接，所述超导开关（220）上设置有开关加热器（230），所述开关加热器（230）控制所述超导开关（220）的打开与关闭；

电流引线（300），穿设于所述低温保持容器（100）的出口，所述电流引线（300）位于所述低温保持容器（100）内部的端部通过内电缆（320）与所述超导线圈（200）串联，所述电流引线（300）另一端设有排气口（310）用于排出所述低温保持容器（100）内的气体；

气冷管道（400），穿过所述低温保持容器（100）的出口安装在所述低温保持容器（100）内部，所述气冷管道（400）套设在所述电流引线（300）、所述超导开关（220）和所述开关加热器（230）外周，所述气冷管道（400）底部与所述低温保持容器（100）的内底面抵接，所述气冷管道（400）顶部设有顶板（410），所述顶板（410）上设有用于穿设所述电流引线（300）的第一通孔（411）。

2.根据权利要求1所述的超导磁体励磁低温系统，其特征在于，所述气冷管道（400）为分体式结构，包括气冷上管道（420）和气冷下管道（430），所述顶板（410）设置在所述气冷上管道（420）的端部，所述气冷上管道（420）与气冷下管道（430）的连接方式为卡接，且在所述卡接位置进行密封处理，所述气冷下管道（430）上开设有用于所述超导线缆（210）穿过的第二通孔（431），且所述第二通孔（431）在穿过所述超导线缆（210）后的间隙中填充有环氧树脂用于对所述气冷下管道（430）进行密封。

3.根据权利要求2所述的超导磁体励磁低温系统，其特征在于，所述气冷上管道（420）背离所述顶板（410）的端部设有呈锥状结构的连接部（421），所述气冷下管道（430）背离所述低温保持容器（100）底部的端部设有连接槽（432），所述连接槽（432）能够与所述连接部（421）紧密配合。

4.根据权利要求3所述的超导磁体励磁低温系统，其特征在于，所述连接部（421）与所述连接槽（432）之间设有低温硅脂用于对所述气冷管道（400）进行密封处理。

5.根据权利要求4所述的超导磁体励磁低温系统，其特征在于，所述气冷下管道（430）背离所述连接槽（432）的端部设有底盘（440），且所述底盘（440）呈喇叭状结构，所述底盘（440）与所述低温保持容器（100）内底面之间设有密封胶，用于固定所述气冷下管道（430）。

6.根据权利要求5所述的超导磁体励磁低温系统，其特征在于，所述气冷下管道（430）与所述底盘（440）为一体式结构。

7.根据权利要求2所述的超导磁体励磁低温系统，其特征在于，所述顶板（410）材质为不锈钢，且所述顶板（410）与所述气冷上管道（420）的连接方式为螺纹连接。

8.根据权利要求7所述的超导磁体励磁低温系统，其特征在于，所述气冷上管道（420）与所述气冷下管道（430）材质为环氧玻璃钢，用于减少固体热传导。

9.根据权利要求1所述的超导磁体励磁低温系统，其特征在于，所述超导线圈（200）上设有用于测量其温度的温度计（500）。

10.根据权利要求2所述的超导磁体励磁低温系统，其特征在于，所述气冷上管道（420）背离所述顶板（410）的端部设有呈阶梯状结构的凸台，所述气冷下管道（430）背离所述低温保持容器（100）底部的端部设有台阶状的凹槽，且所述凸台能够与所述凹槽紧密配合。