一种用于传导冷却超导磁体的超导开关系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于传导冷却超导磁体的超导开关系统，该系统包括抽真空密封筒和布设在抽真空密封筒内的铝筒保温层，布设在该铝筒保温层内部的超导磁体、传导冷却板、超导开关、超导开关导冷固定结构；该系统还包括外部励磁电源、加热丝电源和集成控制柜；该系统还包括传导冷却用制冷机，当超导磁体漏热量为1W时，所述超导开关到传导冷却板的传导距离控制在204

【技术实现步骤摘要】
一种用于传导冷却超导磁体的超导开关系统


[0001]本专利技术属于传导冷却超导磁体
，尤其涉及一种用于传导冷却超导磁体的超导开关系统。

技术介绍

[0002]目前超导磁体发展趋向于无液氦的传导冷却超导磁体，因为液氦冷却价格不断走高，其次液氦浸泡超导磁体失超反应剧烈，存在危险；而无液氦的传导冷却超导磁体装配方便，失超无反应，无危害。
[0003]现有技术传导冷却超导磁体供电路图，如图2所示:采用外部励磁电源一直给超导磁体供电，所述一直给超导磁体供电既是：即使超导磁体励磁到场以后，也不能将外部电源移除而必须从始至终一直给超导磁体供电，因为一旦外部励磁电源移除，超导磁体恒定的电流和恒定的磁场就会被破坏，为了维持稳定的磁场，只要该系统还在运行，就必须外部励磁电源一直给超导磁体供电。
[0004]为了解决外部励磁电源一直给超导磁体供电的问题、能够在超导磁体励磁到场以后能够将外部励磁电源移除，需要在外部励磁电源和超导磁体之间增加一个超导开关。当需要给超导磁体励磁时，将超导开关断开，此时外部励磁电源和超导磁体组成回路；当励磁完毕时，将超导开关导通，此时超导开关和超导磁体组成“零”电阻回路；
[0005]上述增加超导开关的方法在有液氦的超导磁体中相对容易实现，而在无液氦的传导冷却超导磁体中，采用增加超导开关的方法则难度相对很大，难点之一，无液氦传导冷却方法其制冷机的制冷量是一定的，因为制冷机的功率是一定的，功率一定就决定了制冷量是一定的，因此，传导冷却必须精打细算才能保证没有多余的损耗。而液氦制冷则不存在制冷量一定的问题，因为可以通过增大容积的方法加大制冷量。难点之二、传导冷却因为是在真空环境下，在真空环境下不能采用空气传导降温的方法、而必须采用传导降温的方法。所述传导降温方法既是制冷机通过接触制冷的方法直接给超导磁体及超导开关降温。采用制冷机接触降温的方法就会带来一系列的“漏热”问题。其中最为典型的“漏热”就是在传导冷却超导磁体的环境中增加超导开关而产生的漏热。所述“漏热”就是把“不该漏掉的热量”传递给“不该接受热量”的地方，因而使得“不该漏掉的热量”白白地被损失掉、同时“不该接受热量”的地方因为接受了“热量”而被损坏。难点之三、造成上述超导开关产生“漏热”问题的因素不是单一的因素而是多方面因素，各种因素交织在一起，相互牵连，很难找到一个平衡点。例如，超导开关和超导磁体之间的传导距离、超导开关相对于超导磁体的质量比、超导开关加热丝的加热量，这三个条件其中任何一个条件不具备都会影响另外二个条件的预期效果，即使另外二个条件已经达标也会前功尽弃。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决现有技术存在的问题，提出一种用于传导冷却超导磁体的超导开关系统，目的在于解决造成超导开关产生“漏热”问题的因素不是单一的因素而是多方面因
素，各种因素交织在一起，相互牵连，很难找到一个平衡点的问题。
[0007]本专利技术为解决其技术问题提出以下技术方案：
[0008]一种用于传导冷却超导磁体的超导开关系统，该系统包括抽真空密封筒和布设在抽真空密封筒内的铝筒保温层，布设在该铝筒保温层内部的超导磁体、传导冷却板、超导开关、超导开关导冷固定结构；所述传导冷却板用于将传导冷却用制冷机的冷量传给超导磁体和超导开关，其竖直方向的一侧连接超导磁体骨架的上下两端、另一侧连接超导开关导冷固定结构；所述超导开关导冷固定结构用于超导开关和传导冷却板之间的传导冷却通道；所述超导开关为基于无感双绕法的超导开关、用于实现超导磁体与超导开关之间的“0”损耗闭环运行，其出线两端与超导磁体的超导线出线两端并联；该系统还包括布设在抽真空密封筒外部的外部励磁电源、加热丝电源和集成控制柜；该外部励磁电源用于在设定条件下给所述超导磁体励磁并通过电缆与超导磁体相连接；该加热丝电源通过电缆与该加热丝连接、并在设定条件下给超导开关上的加热丝加热、使得超导开关从导通的超导状态变为断开的失超状态；该集成控制柜用于控制外部励磁电源、加热丝电源：该系统还包括传导冷却用制冷机，该传导冷却用制冷机其顶部露出该抽真空密封筒以外、其底部与传导冷却板相连接；该传导冷却用制冷机用于将制冷机的冷量通过传导冷却板传递给超导磁体和超导开关，并将抽真空后的铝筒保温层内的温度从常温降低到超导温度；所述超导开关导冷固定结构包括超导开关固定座和超导开关连接件；
[0009]其特点是：所述超导开关导冷固定结构的传导长度，既要兼顾超导开关加热丝加热时其加热丝产生的热量最少传递给超导磁体，也要兼顾加热丝断电时超导开关的温度能够快速回到超导温度；同时，所述超导开关的质量，既要兼顾不会因为超导开关质量过大而导致热量同步增加、同步增加的热量传递给超导磁体而破坏超导磁体的超导状态，也要兼顾不能因为超导开关质量过小而在超导磁体励磁过程中产生超导开关上的分流而影响超导磁体的励磁；同时，超导开关加热丝的加热量，既要兼顾不能因为加热丝加热量过高而将该热量传递超导磁体、因而破坏超导磁体的超导状态，也要兼顾不能因为超导开关加热丝加热量不足而使得超导开关阻值不够高而影响超导开关从导通到断开状态的转换。
[0010]进一步地，所述超导开关导冷固定结构包括超导开关固定座和超导开关连接件，该超导开关固定座和超导开关连接件的总长度为超导开关导冷固定结构传导冷却通道的总长度；该超导开关固定座一端连接传导冷却板、另一端连接超导开关连接件；该超导开关连接件一端连接超导开关，另一端连接超导开关固定座。
[0011]进一步地，所述传导冷却板用于将制冷机的冷量传给超导磁体和超导开关，包括：当超导开关从断开状态变为导通状态时，传导冷却板将制冷机的冷量通过传导冷却板传递给超导开关导冷固定结构，再通过超导开关导冷固定结构传递给超导开关，使得超导开关的温度迅速恢复为超导温度；
[0012]进一步地，所述超导开关导冷固定结构的传导长度，当超导磁体漏热量为1W时，超导开关到传导冷却板的传导距离或者超导开关导冷固定结构的传导长度控制在204
‑
306mm，且超导开关与超导磁体温差不超过0.1K，据此推算超导开关导冷固定结构的裕度。
[0013]进一步地，所述超导开关的质量，当超导磁体漏热量为1W时，超导开关整体质量m为0.026
‑
0.038kg。
[0014]进一步地，所述超导开关加热丝加热量，具体为：超导开关的加热量不超过磁体4K
总漏热的2
‑
3％左右，当超导磁体漏热量为1W时，热量取0.02
‑
0.03W。
[0015]进一步地，所述的励磁既是在励磁之前，集成控制柜给超导开关加热丝通电，使超导开关超导线温度升高变为非超导状态，然后，外部励磁电源给超导磁体励磁，当磁体励磁升场到场后，准备“0”损耗闭环运行；为使上述集成控制柜给超导开关加热丝通电时尽量少的将热量传递给超导磁体，要满足以下条件：当超导磁体漏热量为1W时，超导开关到传导冷却板的传导距离控制在204
‑
306mm、且该超导开关的加热量不超过超导磁体4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于传导冷却超导磁体的超导开关系统，该系统包括抽真空密封筒和布设在抽真空密封筒内的铝筒保温层，布设在该铝筒保温层内部的超导磁体、传导冷却板、超导开关、超导开关导冷固定结构；所述传导冷却板用于将传导冷却用制冷机的冷量传给超导磁体和超导开关，其竖直方向的一侧连接超导磁体骨架的上下两端、另一侧连接超导开关导冷固定结构；所述超导开关导冷固定结构用于超导开关和传导冷却板之间的传导冷却通道；所述超导开关为基于无感双绕法的超导开关、用于实现超导磁体与超导开关之间的“0”损耗闭环运行，其出线两端与超导磁体的超导线出线两端并联；该系统还包括布设在抽真空密封筒外部的外部励磁电源、加热丝电源和集成控制柜；该外部励磁电源用于在设定条件下给所述超导磁体励磁并通过电缆与超导磁体相连接；该加热丝电源通过电缆与该加热丝连接、并在设定条件下给超导开关上的加热丝加热、使得超导开关从导通的超导状态变为断开的失超状态；该集成控制柜用于控制外部励磁电源、加热丝电源：该系统还包括传导冷却用制冷机，该传导冷却用制冷机其顶部露出该抽真空密封筒以外、其底部与传导冷却板相连接；该传导冷却用制冷机用于将制冷机的冷量通过传导冷却板传递给超导磁体和超导开关，并将抽真空后的铝筒保温层内的温度从常温降低到超导温度；所述超导开关导冷固定结构包括超导开关固定座和超导开关连接件；其特征在于：所述超导开关导冷固定结构的传导长度，既要兼顾超导开关加热丝加热时其加热丝产生的热量最少传递给超导磁体，也要兼顾加热丝断电时超导开关的温度能够快速回到超导温度；同时，所述超导开关的质量，既要兼顾不会因为超导开关质量过大而导致热量同步增加、同步增加的热量传递给超导磁体而破坏超导磁体的超导状态，也要兼顾不能因为超导开关质量过小而在超导磁体励磁过程中产生超导开关上的分流而影响超导磁体的励磁；同时，超导开关加热丝的加热量，既要兼顾不能因为加热丝加热量过高而将该热量传递超导磁体、因而破坏超导磁体的超导状态，也要兼顾不能因为超导开关加热丝加热量不足而使得超导开关阻值不够高而影响超导开关从导通到断开状态的转换。2.根据权利要求1所述一种用于传导冷却超导磁体的超导开关系统，其特征在于：所述超导开关导冷固定结构包括超导开关固定座和超导开关连接件，该超导开关固定座和超导开关连接件的总长度为超导开关导冷固定结构传导冷却通道的总长度；该超导开关固定座一端连接传导冷却板、另一端连接超导开关连接件；该超导开关连接件一端连接超导开关，另一端连接超导开关固定座。3.根据权利要求1所述一种用于传导冷却超导磁体的超导开关系统，其特征在于：所述传导冷却板用于将制冷机的冷量传给超导磁体和超导开关，包括：当超导开关从断开状态变为导通状态时，传导冷却板将制冷机的冷量通过传导冷却板传递给超导开关导冷固定结构，再通过超导开关导冷固定结构传递给超导开关，使得超导开关的温度迅速恢复为超导温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤洪明，陈德群，郭兴龙，
申请(专利权)人：苏州八匹马超导科技有限公司，
类型：发明
国别省市：