EP0789368B1 - Superconducting installation with a superconducting device to be cooled indirectly and with a current supply system - Google Patents
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- EP0789368B1 EP0789368B1 EP97101229A EP97101229A EP0789368B1 EP 0789368 B1 EP0789368 B1 EP 0789368B1 EP 97101229 A EP97101229 A EP 97101229A EP 97101229 A EP97101229 A EP 97101229A EP 0789368 B1 EP0789368 B1 EP 0789368B1
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- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
- H01F6/065—Feed-through bushings, terminals and joints
Definitions
- Indirect cooling of superconducting devices is permitted the construction of relatively small-volume, refrigerant-free Cryostat without a coolant tank and also does that Users regardless of the replenishment of a cryogenic liquid.
- the cooling capacity required can be of a general Apply multi-stage chiller, e.g. from a cryocooler, often based on the so-called Gifford-McMahon principle is working. With an appropriate cryocooler can typically use a first stage at around 60K 30 W and a second stage at 10 K with 1 W thermal Performance will be charged. A special refrigerant reservoir is not available.
- the cold thermal mass of the cryostat is essentially that of the superconducting to be cooled Established facility whose heat capacity only then forms a buffer against temporarily increased heat losses, if you have a decrease in the critical magnetic field of the used superconductor material.
- Such indirect cooling can be particularly advantageous for provide superconducting magnetic devices, such as those in particular in the field of medical diagnostics for magnetic resonance imaging (also called “Nuclear Magnetic Resonance” or “Magnetic Resonance Imaging”) are used. Appropriate cooling technology can also be used for others superconducting devices are provided.
- conventional power supply devices with optimized metallic conductors for a working current of 200 A as is typical for magnetic devices Magnetic resonance imaging is, solely by introducing heat without the added Joule losses the first stage of a well-known two-stage cryocooler with approx. 8 W, while the second stage is still loaded with 0.9 W. becomes.
- the heat leak of this second stage can be reduced by one Order of magnitude can be reduced if in a manner known per se e.g. according to the above-mentioned US-A document, the power supply device has at least two line sections, the low-temperature side portion of parts a metal oxide superconductor material with a high Jump temperature, so-called HTS material.
- an electrical isolating switch can be provided, which, when open, introduces heat into the Low temperature range during the corresponding cooling phase allowed to decrease.
- Such a circuit breaker is particularly advantageous if a superconducting magnetic device in case of operation by means of a continuous current switch can be short-circuited. Then you can also the introduction of heat via the power supply device reduce accordingly during this operating phase.
- Power supply device is a with line sections a power supply device permanently connected Contact piece of a thermal circuit breaker in the evacuated Interior of the vacuum housing of a cryostat between a line section on the room temperature side and one low-temperature line section.
- This thermal Contact piece can be placed on an intermediate temperature level be that from the first cold stage of a chiller about 60 K is held. This means that even when open this circuit breaker still has significant amounts of heat the room temperature-side line section of the power supply device introduced into the interior of the vacuum housing, so that a corresponding cooling capacity for discharge this amount of heat is required.
- the power supply device contains a plate-shaped line section on the room temperature side, that protrudes into a vacuum space. Another plate-shaped, low-temperature line section this power supply device is said to be from this vacuum space into a low-temperature range enclosed by him lead the field effect transistor. Between the two plate-shaped Line sections is in the area of the vacuum space permanent galvanic isolation is provided, this two sections are to form a vacuum capacitor.
- the object of the present invention is the installation of superconductivity technology with the characteristics mentioned above to design that the introduction of heat into the interior of the vacuum housing is further reduced.
- the Power supply device an electrical circuit breaker has in the interior of the vacuum housing that with its connectable contact pieces in the area of the room temperature side End of the power supply device is located.
- System of superconductivity technology contains a vacuum housing or vessel 3, in its evacuated Interior 4 is a superconducting device to be cooled 5 is located.
- a superconducting device to be cooled 5 is located.
- any superconducting technology equipment should be provided, which has superconducting material to be cooled.
- your superconducting material can be a so-called "Classic" (metallic) superconductor material with transition temperatures below 20 K or around oxide ceramic superconductor material with comparatively higher transition temperatures, for example over 77 K, act.
- Examples of corresponding superconducting Devices are electrical or magnetic Apparatus or devices for short-circuit current limitation, to a current transport or a voltage transformation.
- the magnetic device 5 can preferably be in the superconducting operating state known manner using a continuous current switch (cf. e.g. DE 27 07 589 C) be short-circuited.
- the magnetic device 5 is indirectly from a refrigeration machine 6 chilled.
- the chiller shown 6 can have several cooling stages, for example two cooling stages 7 and have 8.
- the chiller is advantageous 6 around a so-called Gifford-McMahon type cryocooler.
- Other, single or multi-stage chiller types are also available applicable.
- the refrigerator 6 exposes itself one located in a room temperature range RT, thus room temperature side machine section 6a and a die two cold levels 7 and 8, up to one Low-temperature range TT, thus low-temperature side Machine section 6b together.
- the low temperature side Section 6b projects through an opening in a vacuum-tight manner 10 of the vacuum housing 3 in which to a residual pressure p an interior vacuum 4 evacuated.
- a residual pressure p an interior vacuum 4 evacuated.
- the Section 6b thermally to the magnetic device 5 to be cooled coupled.
- Appendix 2 also includes an inventive, Power supply device generally designated 12. Parts of this device which are not described in detail are in themselves known so that it can be omitted.
- the device 12 has in the evacuated interior 4 of the vacuum housing 3 advantageously a line section on the room temperature side 12a and a low-temperature line section 12b. Of course there can also be a subdivision the power supply is provided in further line sections his.
- a connector (13) for electrical connection these two line sections can advantageously be thermal to the first one, for example, located at about 60 K.
- Cold stage 7 of the refrigerator 6 can be coupled. To a galvanic isolation of this connector 13 compared the electrical potential of the cold stage 7 is between these Parts of electrical insulation 14 are provided, which at least largely allows heat exchange.
- the low-temperature side pipe section 12b of the power supply device 12 can in the event that the magnetic device has classic superconductor material that is on a Keeping the temperature below 20 K is advantageous for parts have a metal oxide superconductor material, whose crack temperature, in particular at least 77 K or is higher.
- Corresponding HTS materials are, for example special bi- or y-cuprates.
- This line section ends in the space between the radiation shield and the room temperature located wall of the vacuum housing 3 in a first Contact piece 17a of a circuit breaker 17.
- the switch can, for example, be flat contact pieces which e.g. can be joined together using a spring force are and of which a contact piece is stationary and the other contact piece is designed to be movable.
- first contact piece 17a is therefore designed as a contact pin, a second to close the disconnector Contact piece 17b in the form of a contact socket or a contact shoe is plugged on.
- first is Contact piece fixed and isolated on a bracket 18 attached to the wall of the vacuum housing 3, it being inside of the vacuum housing.
- the second contact piece 17b is then designed to be movable, with the directions of movement are indicated by a double arrow b.
- the second contact piece extends through an opening 19 of the Vacuum housing 3.
- a bellows 20 is provided, which at its Opening 19 opposite end with a cover part 21 is completed.
- a cover part 21 is completed.
- the second contact piece 17b connected to the second contact piece 17b
- connector 12c Power supply device passed.
- the potential of the vacuum housing for example the cover part 21 or the bellows 20 at least partially insulating executed.
- the connector 12c is one in the Figure not shown external power supply device 22 connected.
- the opening of the disconnector 17 inevitably takes place in the warm State instead.
- it may be its colder contact piece connected to the line section 12a 17a heated by means of a special heating device be so even before touching the warmer Contact piece 17b at least at its temperature level about to be raised.
- Disconnector 17 also other known embodiments of Switches can be used. This is made possible in particular by that electrical isolation of the power lines is practical takes place at room temperature, i.e. above the extending through the colder areas of the vacuum space 4 Line sections of the power supply. This allows not only shorten the cooling time; but it can also be the operating current of the superconducting device due to a increase the lower end temperature or a higher safety margin to reach. This is with regard to an im After a long period of operation of a refrigerating machine, it ends Cooling capacity is a particularly important point. About that In addition, systems with two chillers can be repaired a device can be switched off and removed without the operation must be interrupted.
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage der Supraleitungstechnik
mit
c) einer zwischen Raumtemperatur und Tieftemperatur verlaufenden Stromzuführungsvorrichtung zur elektrischen Verbindung der supraleitenden Einrichtung mit einer externen Stromversorgungseinrichtung.
Eine entsprechende Anlage geht aus der US 5 317 296 A hervor.The invention relates to a system of superconductivity technology
c) a current supply device running between room temperature and low temperature for the electrical connection of the superconducting device to an external power supply device.
A corresponding system is shown in US 5 317 296 A.
Eine indirekte Kühlung von supraleitenden Einrichtungen erlaubt den Bau verhältnismäßig kleinvolumiger, kältemittelfreier Kryostate ohne Kühlmittelbehälter und macht zudem den Anwender unabhängig vom Nachschub einer Kryoflüssigkeit. Die erforderliche Kälteleistung läßt sich von einer im allgemeinen mehrstufig ausgebildeten Kältemaschine aufbringen, z.B. von einem Kryokühler, der häufig nach dem sogenannten Gifford-McMahon-Prinzip arbeitet. Bei einem entsprechenden Kryokühler können eine erste Stufe bei ca. 60 K mit typischerweise 30 W und eine zweite Stufe bei 10 K mit 1 W thermischer Leistung belastet werden. Ein besonderes Kältemittelreservoir steht dabei nicht zur Verfügung. Die kalte thermische Masse des Kryostaten wird im wesentlichen von der zu kühlenden supraleitenden Einrichtung gebildet, deren Wärmekapazität nur dann einen Puffer gegen zeitweise erhöhte Wärmeverluste bildet, wenn man eine Verminderung des kritischen Magnetfeldes des verwendeten Supraleitermaterials in Kauf nimmt. Eine solche indirekte Kühlung läßt sich vorteilhaft insbesondere für supraleitende Magneteinrichtungen vorsehen, wie sie insbesondere auf dem Gebiet der medizinischen Diagnostik zur Kernspintomographie (auch als "Nuclear Magnetic Resonance" oder "Magnetic Resonance Imaging" bezeichnet) eingesetzt werden. Eine entsprechende Kühltechnik kann jedoch auch für andere supraleitende Einrichtungen vorgesehen werden.Indirect cooling of superconducting devices is permitted the construction of relatively small-volume, refrigerant-free Cryostat without a coolant tank and also does that Users regardless of the replenishment of a cryogenic liquid. The cooling capacity required can be of a general Apply multi-stage chiller, e.g. from a cryocooler, often based on the so-called Gifford-McMahon principle is working. With an appropriate cryocooler can typically use a first stage at around 60K 30 W and a second stage at 10 K with 1 W thermal Performance will be charged. A special refrigerant reservoir is not available. The cold thermal mass of the cryostat is essentially that of the superconducting to be cooled Established facility whose heat capacity only then forms a buffer against temporarily increased heat losses, if you have a decrease in the critical magnetic field of the used superconductor material. Such indirect cooling can be particularly advantageous for provide superconducting magnetic devices, such as those in particular in the field of medical diagnostics for magnetic resonance imaging (also called "Nuclear Magnetic Resonance" or "Magnetic Resonance Imaging") are used. Appropriate cooling technology can also be used for others superconducting devices are provided.
Für eine Stromeinspeisung in eine supraleitende Einrichtung mit ihren tiefgekühlten Supraleitern werden Stromzuführungsvorrichtungen benötigt, über die ein elektrischer Strom diesen Leitern von einer auf einem höheren Temperaturniveau, beispielsweise auf Raumtemperatur, befindlichen Stromversorgungseinheit zugeführt wird. Die Stromzuführungsvorrichtung weist deshalb elektrische Leiterteile, die zwischen einem Raumtemperatur-Bereich und den von der Kältemaschine auf einer Tieftemperatur unterhalb der Sprungtemperatur des supraleitenden Materials gehaltenen Supraleitern der supraleitenden Einrichtung verlaufen. Über diese auch thermisch gut leitenden Leiterteile der Stromzuführungsvorrichtung ist eine erhebliche Wärmeeinleitung in den Tieftemperaturbereich möglich. Die entsprechenden Wärmelecks machen einen wesentlichen Anteil der von der Kältemaschine aufzubringenden Kälteleistung erforderlich. So belasten z.B. herkömmliche Stromzuführungsvorrichtungen mit optimierten metallischen Leitern für einen Arbeitsstrom von 200 A, wie er typisch für Magneteinrichtungen der Kernspintomographie ist, allein durch Wärmeeinleitung ohne die noch hinzukommenden Joule'schen Verluste die erste Stufe eines bekannten zweistufigen Kryokühlers mit ca. 8 W, während die zweite Stufe noch mit 0,9 W belastet wird. Das Wärmeleck dieser zweiten Stufe kann noch um eine Größenordnung gesenkt werden, wenn in an sich bekannter Weise z.B. gemäß der eingangs genannten US-A-Schrift die Stromzuführungsvorrichtung mindestens zwei Leitungsabschnitte besitzt, wobei der tieftemperaturseitige Abschnitt Teile aus einem metalloxidischen Supraleitermaterial mit einer hohen Sprungtemperatur, sogenanntes HTS-Material aufweist.For feeding current into a superconducting device with their frozen superconductors become power supply devices needed, through which an electrical current this Ladders from one at a higher temperature level, for example, at room temperature, power supply unit is fed. The power supply device therefore has electrical conductor parts between one Room temperature range and that of the chiller on one Low temperature below the transition temperature of the superconducting Materials held superconductors the superconducting Establishment run. These also have good thermal conductivity Conductor parts of the power supply device is one considerable heat transfer into the low temperature range possible. The corresponding thermal leaks make an essential one Share of the cooling capacity to be applied by the chiller required. For example, conventional power supply devices with optimized metallic conductors for a working current of 200 A, as is typical for magnetic devices Magnetic resonance imaging is, solely by introducing heat without the added Joule losses the first stage of a well-known two-stage cryocooler with approx. 8 W, while the second stage is still loaded with 0.9 W. becomes. The heat leak of this second stage can be reduced by one Order of magnitude can be reduced if in a manner known per se e.g. according to the above-mentioned US-A document, the power supply device has at least two line sections, the low-temperature side portion of parts a metal oxide superconductor material with a high Jump temperature, so-called HTS material.
Da eine entsprechende Stromzuführungsvorrichtung während der Abkühlphase einer supraleitenden Einrichtung nicht erforderlich ist, kann ein elektrischer Trennschalter vorgesehen werden, der im geöffneten Zustand eine Wärmeeinleitung in den Tieftemperaturbereich während der entsprechenden Abkühlphase zu vermindern gestattet. Ein derartiger Trennschalter ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine supraleitende Magneteinrichtung im Betriebsfalle mittels eines Dauerstromschalters kurzgeschlossen werden kann. Dann läßt sich nämlich auch die Wärmeeinleitung über die Stromzuführungsvorrichtung während dieser Betriebsphase entsprechend vermindern.Since a corresponding power supply device during the Cooling phase of a superconducting device is not required an electrical isolating switch can be provided, which, when open, introduces heat into the Low temperature range during the corresponding cooling phase allowed to decrease. Such a circuit breaker is particularly advantageous if a superconducting magnetic device in case of operation by means of a continuous current switch can be short-circuited. Then you can also the introduction of heat via the power supply device reduce accordingly during this operating phase.
Bei der aus der eingangs genannten US-A-Schrift zu entnehmenden Stromzuführungsvorrichtung liegt ein mit Leitungsabschnitten einer Stromzuführungsvorrichtung permanent verbundenes Kontaktstück eines thermischen Trennschalters im evakuierten Innenraum des Vakuumgehäuses eines Kryostaten zwischen einem raumtemperaturseitigen Leitungsabschnitt und einem tieftemperaturseitigen Leitungsabschnitt. Dieses thermische Kontaktstück kann auf ein Zwischentemperaturniveau gelegt werden, das von der ersten Kältestufe einer Kältemaschine auf etwa 60 K gehalten wird. Damit werden auch im geöffneten Zustand dieses Trennschalters noch erhebliche Wärmemengen über den raumtemperaturseitigen Leitungsabschnitt der Stromzuführungsvorrichtung in den Innenraum des Vakuumgehäuses eingeleitet, so daß eine entsprechende Kälteleistung zur Abführung dieser Wärmemengen erforderlich ist.In the case of the one to be extracted from the above-mentioned US-A document Power supply device is a with line sections a power supply device permanently connected Contact piece of a thermal circuit breaker in the evacuated Interior of the vacuum housing of a cryostat between a line section on the room temperature side and one low-temperature line section. This thermal Contact piece can be placed on an intermediate temperature level be that from the first cold stage of a chiller about 60 K is held. This means that even when open this circuit breaker still has significant amounts of heat the room temperature-side line section of the power supply device introduced into the interior of the vacuum housing, so that a corresponding cooling capacity for discharge this amount of heat is required.
Aus der US 3 644 803 geht eine Stromzuführungsvorrichtung für eine tiefzukühlende Einrichtung, insbesondere einen Feldeffekttransistor hervor. Die Stromzuführungsvorrichtung enthält dabei einen raumtemperaturseitigen, plattenförmigen Leitungsabschnitt, der in einen Vakuumraum hineinragt. Ein weiterer plattenförmiger, tieftemperaturseitiger Leitungsabschnitt dieser Stromzuführungsvorrichtung soll von diesem Vakummraum aus in einen von ihm umschlossenen Tieftemperaturbereich mit dem Feldeffekttransistor führen. Zwischen den beiden plattenförmigen Leitungsabschnitten ist im Bereich des Vakuumraums eine permanente galvanische Trennung vorgesehen, wobei diese beiden Abschnitte einen Vakuumkondensator bilden sollen.From US 3,644,803 a power supply device for a device to be frozen, in particular a field effect transistor forth. The power supply device contains a plate-shaped line section on the room temperature side, that protrudes into a vacuum space. Another plate-shaped, low-temperature line section this power supply device is said to be from this vacuum space into a low-temperature range enclosed by him lead the field effect transistor. Between the two plate-shaped Line sections is in the area of the vacuum space permanent galvanic isolation is provided, this two sections are to form a vacuum capacitor.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Anlage der Supraleitungstechnik mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend auszugestalten, daß die Wärmeeinleitung in den Innenraum des Vakuumgehäuses weiter vermindert ist.The object of the present invention is the installation of superconductivity technology with the characteristics mentioned above to design that the introduction of heat into the interior of the vacuum housing is further reduced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stromzuführungsvorrichtung einen elektrischen Trennschalter in dem Innenraum des Vakuumgehäuses aufweist, der sich mit seinen aneinanderfügbaren Kontaktstücken im Bereich des raumtemperaturseitigen Endes der Stromzuführungsvorrichtung befindet. This object is achieved in that the Power supply device an electrical circuit breaker has in the interior of the vacuum housing that with its connectable contact pieces in the area of the room temperature side End of the power supply device is located.
Mit dieser Ausgestaltung der Stromzuführung der erfindungsgemäßen Anlage der Supraleitungstechnik ergeben sich die folgenden Vorteile:
- Der Trennschalter muß weder elektrisch noch thermisch optimiert sein: Bei einer richtig dimensionierten Stromzuführungsvorrichtung muß praktisch keine Wärmeleistung über den Schaltkontakt transportiert werden; ohmsche Verluste an den Kontaktwiderständen fallen bei Raumtemperatur an und belasten damit die Kältemaschine praktisch nicht.
- Der Schaltvorgang kann im Warmen stattfinden. Der Schaltkontakt ist deshalb einfacher, zuverlässiger und verschleißarmer zu realisieren als ein auf einem Zwischentemperaturniveau von beispielsweise 60 K befindlicher Schaltkontakt.
- Es können herkömmliche, kommerziell vertriebene Trennschalter zum Einsatz kommen.
- Der abgetrennte Leitungsabschnitt der Stromzuführungsvorrichtung wird kalt im Gegensatz zu der bekannten Ausführungsform. Dadurch ergibt sich beim Einschalten des Trennschalters ein kleinerer "Wärmeschock" auf die Kältemaschine und das Kryosystem, wodurch bei verhältnismäßig knappen Kühlmittelreserven die supraleitende Einrichtung thermisch weniger belastet wird.
- Der Schaltmechanismus des Trennschalters erfordert keine besondere, sich in den kalten Bereich erstreckende Mechanik, die im geschlossenen Zustand des Schalters dauerhaft unter Last steht. Das damit verbundene Wärmeleck ist deshalb entsprechend verringert.
- The disconnector does not have to be electrically or thermally optimized: with a correctly dimensioned power supply device, practically no heat output has to be transported via the switch contact; ohmic losses at the contact resistances occur at room temperature and thus practically do not burden the chiller.
- The switching process can take place in the warm. The switch contact is therefore easier, more reliable and less wear-resistant than a switch contact located at an intermediate temperature level of, for example, 60 K.
- Conventional, commercially available circuit breakers can be used.
- The separated line section of the power supply device becomes cold in contrast to the known embodiment. This results in a smaller "thermal shock" on the refrigeration machine and the cryosystem when the disconnector is switched on, as a result of which the superconducting device is subjected to less thermal stress when the coolant reserves are relatively scarce.
- The switching mechanism of the disconnector does not require any special mechanics which extend into the cold area and which are permanently under load when the switch is closed. The associated heat leak is therefore reduced accordingly.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn als supraleitende Einrichtung eine Magneteinrichtung vorgesehen ist, welche insbesondere im supraleitenden Betriebszustand kurzgeschlossen ist. Dann läßt sich auch in diesem Betriebszustand eine Wärmezufuhr in den Tieftemperaturbereich weitgehend unterbinden. It is particularly advantageous if as a superconducting device a magnetic device is provided, which in particular is short-circuited in the superconducting operating state. Then it is also possible to supply heat in this operating state largely prevent in the low temperature range.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anlage gehen aus den übrigen Unteransprüchen hervor.Further advantageous embodiments of the invention Annex emerge from the remaining subclaims.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage der Supraleitungstechnik veranschaulicht ist.To further explain the invention, below referred to the drawing, in the figure schematically Embodiment of an inventive system of superconductivity is illustrated.
Die in der Figur im Schnitt angedeutete, allgemein mit 2 bezeichnete,
erfindungsgemäße Anlage der Supraleitungstechnik
enthält ein Vakuumgehäuse- oder Gefäß 3, in dessen evakuiertem
Innenraum 4 sich eine zu kühlende supraleitende Einrichtung
5 befindet. Prinzipiell kann als supraleitende Einrichtung
jede Apparatur der Supraleitungstechnik vorgesehen sein,
die zu kühlendes supraleitendes Material aufweist. Bei ihrem
supraleitenden Material kann es sich um sogenanntes
"klassisches" (metallisches) Supraleitermaterial mit Sprungtemperaturen
unter 20 K oder um oxidkeramisches Supraleitermaterial
mit vergleichsweise höheren Sprungtemperaturen, beispielsweise
über 77 K, handeln. Beispiele entsprechender supraleitender
Einrichtungen sind elektrische oder magnetische
Apparaturen oder Einrichtungen zu einer Kurzschlußstrombegrenzung,
zu einem Stromtransport oder zu einer Spannungstransformation.
Bei einer entsprechenden Magneteinrichtung
kann es sich insbesondere um mindestens eine supraleitende
Spule einer Diagnostikanlage zur Kernspintomographie
handeln. Eine derartige Magneteinrichtung ist nachfolgend für
das Ausführungsbeispiel zugrundegelegt. Die Magneteinrichtung
5 kann vorzugsweise im supraleitenden Betriebszustand in an
sich bekannter Weise mittels eines Dauerstromschalters (vgl.
z.B. DE 27 07 589 C) kurzgeschlossen sein.The section indicated in the figure, generally designated 2,
System of superconductivity technology according to the invention
contains a vacuum housing or
Die Magneteinrichtung 5 wird indirekt von einer Kältemaschine
6 gekühlt. Bei dieser Kühlungsart erfolgt im Gegensatz zu einer
Badkühlung oder einer forcierten Kühlung kein direkter
Wärmeaustausch zwischen einem Kühlmittel und den supraleitenden
Teilen der Magneteinrichtung. Die gezeigte Kältemaschine
6 kann mehrere Kältestufen, beispielsweise zwei Kältestufen 7
und 8 aufweisen. Vorteilhaft handelt es sich bei der Kältemaschine
6 um einen sogenannten Kryokühler vom Gifford-McMahon-Typ.
Ebenso sind auch andere, ein- oder mehrstufige Kältemaschinentypen
einsetzbar. Die Kältemaschine 6 setzt sich aus
einem in einem Raumtemperaturbereich RT befindlichen, somit
raumtemperaturseitigen Maschinenabschnitt 6a und einem die
beiden Kältestufen 7 und 8 umfassenden, sich bis in einem
Tieftemperaturbereich TT erstreckenden, somit tieftemperaturseitigen
Maschinenabschnitt 6b zusammen. Der tieftemperaturseitige
Abschnitt 6b ragt dabei vakuumdicht durch eine Öffnung
10 des Vakuumgehäuses 3 in dessen auf einen Restdruck p
eines Isoliervakuums evakuierten Innenraum 4 hinein. An dem
tieftemperaturseitigen Ende der zweiten Kältestufe 8 ist der
Abschnitt 6b thermisch an die zu kühlende Magneteinrichtung 5
angekoppelt.The
Die Anlage 2 umfaßt ferner eine erfindungsgemäß gestaltete,
allgemein mit 12 bezeichnete Stromzuführungsvorrichtung.
Nicht näher ausgeführte Teile dieser Vorrichtung sind an sich
bekannt, so daß auf ihre Darstellung verzichtet werden kann.
Die Vorrichtung 12 weist im evakuierten Innenraum 4 des Vakuumgehäuses
3 vorteilhaft einen raumtemperaturseitigen Leitungsabschnitt
12a und einen tieftemperaturseitigen Leitungsabschnitt
12b auf. Selbstverständlich kann noch eine Unterteilung
der Stromzuführung in weitere Leitungsabschnitte vorgesehen
sein. Ein Verbindungsglied (13) zur elektrischen Verbindung
dieser beiden Leitungsabschnitte kann vorteilhaft thermisch
an die beispielsweise auf etwa 60 K befindliche erste
Kältestufe 7 der Kältemaschine 6 angekoppelt sein. Zu einer
galvanischen Trennung dieses Verbindungsgliedes 13 gegenüber
dem elektrischen Potential der Kältestufe 7 ist zwischen diesen
Teile eine elektrische Isolation 14 vorgesehen, welche
einen Wärmeaustausch zumindest weitgehend zuläßt.Appendix 2 also includes an inventive,
Power supply device generally designated 12.
Parts of this device which are not described in detail are in themselves
known so that it can be omitted.
The
Der tieftemperaturseitige Leitungsabschnitt 12b der Stromzuführungsvorrichtung
12 kann im Falle, daß die Magneteinrichtung
klassisches Supraleitermaterial besitzt, das auf einer
Temperatur unterhalb von 20 K zu halten ist, vorteilhaft Teile
aus einem metalloxidischen Supraleitermaterial aufweisen,
dessen Sprungtemperatur insbesondere bei mindestens 77 K oder
höher liegt. Entsprechende HTS-Materialien sind beispielsweise
spezielle Bi- oder Y-Cuprate.The low-temperature
Der raumtemperaturseitige Leitungsabschnitt 12a der Stromzuführungsvorrichtung
12, der zweckmäßig hinsichtlich der thermischen
Verluste in an sich bekannter Weise optimiert ist,
ist durch eine Öffnung 15 eines Strahlungsschildes 16 hindurchgeführt,
der thermisch mit der ersten Kältestufe 7 der
Kältemaschine 6 verbunden ist. Dieser Leitungsabschnitt endet
im Raum zwischen dem Strahlungsschild und der auf Raumtemperatur
befindlichen Wand des Vakuumgehäuses 3 in einem ersten
Kontaktstück 17a eines Trennschalters 17. Bei dem in der Figur
im geöffneten Zustand gezeigten Trennschalter kann es
sich um eine gebräuchliche Ausführungsform eines Schalters
handeln. Der Schalter kann beispielsweise flache Kontaktstükke
aufweisen, die z.B. unter Anwendung einer Federkraft aneinanderfügbar
sind und von denen ein Kontaktstück ortsfest
und das andere Kontaktstück beweglich ausgebildet ist. Vorteilhaft
kann dabei das bewegliche Kontaktstück auf der immer
wärmeren, nach außen führenden Seite der Stromzuführungsvorrichtung
angeordnet sein. Dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist ein Trennschalter 17 mit Steckkontakten zugrundegelegt.
Sein erstes Kontaktstück 17a ist deshalb als Kontaktstift gestaltet,
auf den zum Schließen des Trennschalters ein zweites
Kontaktstück 17b in Form einer Kontaktbuchse oder eines Kontaktschuhs
aufgesteckt wird. Beispielsweise ist das erste
Kontaktstück ortsfest und isoliert über eine Halterung 18 an
der Wand des Vakuumgehäuses 3 befestigt, wobei es sich innerhalb
des Vakuumgehäuses befinden kann. Das zweite Kontaktstück
17b ist dann beweglich ausgeführt, wobei die Bewegungsrichtungen
durch einen Doppelpfeil b angedeutet sind. Das
zweite Kontaktstück erstreckt sich durch eine Öffnung 19 des
Vakuumgehäuses 3. Zur Abdichtung des Vakuumgehäuses an dieser
Öffnung ist ein Dehnungsbalg 20 vorgesehen, der an seinem der
Öffnung 19 gegenüberliegenden Ende mit einem Deckelteil 21
abgeschlossen ist. Durch diesen Deckelteil ist ein mit dem
zweiten Kontaktstück 17b verbundener Anschlußteil 12c der
Stromzuführungsvorrichtung hindurchgeführt. Zur galvanischen
Trennung des zweiten Kontaktstückes und des Anschlußteils gegenüber
dem Potential des Vakuumgehäuses ist beispielsweise
der Deckelteil 21 oder der Balg 20 zumindest teilweise isolierend
ausgeführt. Mit dem Anschlußteil 12c ist eine in der
Figur nicht näher ausgeführte externe Stromversorgungseinrichtung
22 verbunden.The room temperature
Das Öffnen des Trennschalters 17 findet zwangsläufig im warmen
Zustand statt. Bei seinem Schließen kann gegebenenfalls
sein kälteres, mit dem Leitungsabschnitt 12a verbundenes Kontaktstück
17a mittels einer besonderen Heizvorrichtung erwärmt
werden, um so bereits vor der Berührung mit dem wärmeren
Kontaktstück 17b auf dessen Temperaturniveau zumindest
annähernd angehoben zu werden.The opening of the
Selbstverständlich sind statt des in der Figur gezeigten
Trennschalters 17 auch andere bekannte Ausführungsformen von
Schaltern einsetzbar. Dies ist insbesondere dadurch ermöglicht,
daß eine elektrische Trennung der Stromleitungen praktisch
bei Raumtemperatur erfolgt, also oberhalb der sich
durch die kälteren Bereiche des Vakuumraumes 4 erstreckenden
Leitungsabschnitte der Stromzuführung. Dadurch läßt sich
nicht nur die Abkühlzeit verkürzen; sondern es läßt sich auch
der Betriebsstrom der supraleitenden Einrichtung aufgrund einer
niedrigeren Endtemperatur erhöhen bzw. eine höhere Sicherheitsmarge
erreichen. Dies ist im Hinblick auf eine im
Laufe einer längeren Betriebszeit einer Kältemaschine nachlassende
Kälteleistung ein besonders wichtiger Punkt. Darüber
hinaus kann bei Systemen mit zwei Kältemaschinen im Reparaturfall
ein Gerät abgeschaltet und ausgebaut werden, ohne daß
der Betrieb unterbrochen werden muß.Of course, instead of that shown in the
Claims (14)
- System (2) of superconducting technology havinga) a superconducting device (5) which is located in an interior (4) of a vacuum housing (3) which can be evacuated,b) a refrigeration machine (6) cooling the superconducting device (5) indirectly, which refrigeration machine projects into the interior (4) of the vacuum housing (3) and is connected by its low-temperature end (8) to the superconducting device (5) in a manner in which heat is conducted well,
c) a lead-in device (12) running between ambient temperature (RT) and low temperature (TT) for the electrical connection of the superconducting device (5) with an external power supply device (22),
characterized in that the lead-in device (12) has an electrical disconnecting switch (17) in the interior (4) of the vacuum housing (3), the contact pieces (17a, 17b) of which disconnecting switch, which can be joined to each other, are located in the area of the end of the lead-in device (12) on the ambient-temperature side. - System according to claim 1, characterized in that the superconducting device (5) is provided for magnetic field generation or for short-circuit current limiting or for voltage transformation or for current transfer.
- System according to claim 1 or 2, characterized in that the superconducting device is a magnetic device (5) which is short-circuited in the superconducting operating state.
- System according to claim 2 or 3, characterized in that its superconducting magnetic device (5) is part of a device system for nuclear spin tomography.
- System according to one of claims 1 to 4, characterized in that the contact pieces of the disconnecting switch (17) are designed as a contact piece (17b) on the ambient-temperature side and a contact piece (17a) on the low-temperature side, which are supported by way of respective holding devices (18 and 20) by the vacuum housing (3).
- System according to claim 5, characterized in that one of the contact pieces (17b) of the disconnecting switch (17) is designed to be movable and the allocated holding device is formed as expansion bellows (20).
- System according to claim 5 or 6, characterized in that the contact piece (17a) on the low-temperature side is provided with a heating device.
- System according to one of claims 1 to 7, characterized in that the disconnecting switch (17) is designed as a plug device.
- System according to one of claims 1 to 8, characterized in that the lead-in device (12) in the interior (4) of the vacuum housing (3) has at least one line section (12a) on the ambient-temperature side and one line section (12b) on the low-temperature side, with the line section (12b) on the low-temperature side being connected to the superconducting device which is designed as a magnetic device (5).
- System according to claim 9, characterized in that an electrical connection element (13) between the two line sections (12a, 12b) of the lead-in device (12) is kept by the refrigeration machine (6) at an intermediate temperature level between ambient temperature (RT) and low temperature (TT).
- System according to claim 10, characterized in that the electrical connection element (13) is thermally coupled to a refrigeration stage (7) of the refrigeration machine (6) which is at the intermediate temperature level.
- System according to one of claims 9 to 11, characterized in that the line section (12b) of the lead-in device (12), which line section (12b) is on the low-temperature side, contains parts of a metal-oxide superconductor material with a critical temperature of at least 77 K.
- System according to one of claims 1 to 12, characterized in that the refrigeration machine (6) is designed to be multi-stage, whereby one of the refrigeration stages (7) is thermally connected to a radiation shield (16) which is located in the interior (4) of the vacuum housing (3) between a vacuum housing wall on the ambient-temperature side and the superconducting device designed as a magnetic device (5).
- System according to one of claims 1 to 13, characterized in that the refrigeration machine (6) is a cryogenic cooler of the Gifford-McMahon type.
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