超导磁体的电、机械以及热隔离的方法和设备技术

一种超导磁体线圈的电、机械和热隔离的方法和设备的方法包括用于其中在内部超导绕组与装置的外部之间可能存在１０３Ｖ到１０６Ｖ量级的大电势差的环境的超导磁体。所述方法和设备也包括绝缘、冷却和结构元件，以使所述装置的内部能够维持超导性所需的低温，即使在整个绕组壳体上存在高热通量入射。最后，一种装置包括用于支撑以抵抗重力和其它施加在组件上的力的结构元件，所述力包括膨胀接合和用于最小化由温度梯度导致的扭曲或弯曲的稳定化。这些支撑包括用于提供电力、低温冷却剂和其它到磁体头的供给线的装备，同时还隔离了热和电影响。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
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技术介绍
根据本专利技术的实施例通常涉及超导磁体，更加具体地，涉及用于在极端电和热梯度的环境下掩蔽磁体的方法。也可以构建本专利技术的实施例用以高度抵抗超导材料上的电离辐射及其有害影响。本专利技术的电和热隔离能力可用于例如直接动能到电能转换器的磁流体动力学 (下文中为“MHD”)的领域。紧凑而稳健的MHD转换器装置可用于高效率地将喷气机或火箭排气流的动能转化为电能。在超热排气流的周围掩蔽敏感的超导材料仅仅是根据本专利技术的热和机械隔离超导磁体(即，磁体线圈、线圈支撑结构、冷却系统和热绝缘)的实践。超导磁体的电、机械和热隔离的方法和设备涉及超导磁体设计、制造和操作的领域。更加具体地讲，超导磁体的电、机械和热隔离的方法和设备涉及用于在极端电和热梯度的环境中掩蔽超导磁体的方法。也可构建各种实施例用以高度抵抗超导材料上的各种形式的辐射(包括电离辐射)及其不利影响。在此公开的内容还适用于需要强磁场的其它处理和装置，其中存在高热梯度、强电场或高电场梯度或各种形式的辐射。本专利技术也适用于核磁共振(下文中为“NMR”)和磁共振成像(下文中为“MRI”) 的领域，其中根据本专利技术构造的超导磁体将允许材料分析和成像装置能够经受住更加极端的电、热和辐射环境。本专利技术也可用于质谱分析的领域。根据本专利技术使用超导磁体构建的质谱仪将具有非常大的温度、振动和辐射暴露的工作范围。本专利技术也适用于先进的空间推进领域。最后，本专利技术涉及磁性材料分离的领域，其中本专利技术将用于提供强磁场以去除来自要被处理的物质的磁性元素。根据一个或多个在此公开的当前实施例构建的磁体将允许用于此装置的更大的工作温度范围。
技术实现思路
根据本专利技术的各种实施例的方法和设备为这样的设计，其用于在提供冷却、热隔离、结构支撑，并同时提供高势差电绝缘的设备中容纳超导磁体。在某些方面，冷却的各种实施例包括低温冷却。本领域内的技术人员可以容易地认识到预计通过在此公开的技术实施的附加的冷却方法。6在一个实施例中，电绝缘包括一个或多个介电材料层。在一些实施例中，一个或多个介电层可以是陶瓷、玻璃、聚合物或其它可适用的介电材料，这取决于具体应用。一个或多个绝缘超导磁体的介电层允许介电层外部的导电层相对于线圈绕组、冷却系统和绕组壳体保持在高电势差下。包围超导线圈绕组的最内层由用于线圈绕组自身的结构支撑构成，可以同时起用于有效泵抽冷却剂的液流通道的作用。在某些方面，在介电层和结构支撑/冷却系统层之间提供与具有极低热传导率的挠性低密度基于硅石热绝缘层结合的金属化的编织的聚合织物包覆(在各个方面，反射性“超绝缘”)。三个或更多的柱可以支撑超导磁体设备，可以提供抵抗重力或其它在操作期间出现在磁体组件上的力的支撑。这些支撑柱的一个或多个可以是中空的，以提供通过其可以布置冷却剂供给、电源、或其它供给管道的腔。在各个方面，超导磁体组件可任选地为环形或其它适合的几何构造。在一个实施例中，支撑柱的外部一个或多个层可以是一个或多个介电材料层。当磁体组件的最外层要经受高热通量或各种形式的辐射时，可以将近室温冷却系统并入到超导磁体组件和相关的系统。在一个实施例中，附加的近室温冷却系统具有介电冷却剂和介电冷却剂供给线，以使与一个或多个介电冷却剂材料或介电冷却剂供给线接触的最外的导电层可以继续保持在高电势下。在另一个实施例中，一种提供一个或多个超导电磁体的电绝缘和机械支撑的方法，包括以下步骤用一个或多个介电材料层包裹所述一个或多个超导磁体并用一个或多个导电材料层包裹所述一个或多个介电材料层，所述一个或多个介电材料层共同具有比 ⑴和⑵的商大的介电强度，其中⑴是⑴和(ii)之间的最大电势差(电压)，其中 (i)为所述一个或多个超导磁体；而(ii)为包裹了包裹所述一个或多个超导磁体的所述一个或多个介电材料层的所述一个或多个导电材料层；并且(2)为所述一个或多个介电材料层的共同厚度；以及为所述一个或多个超导磁体提供机械支撑，其中每个磁体与支撑所述一个或多个超导磁体的结构的表面保持一定距离，以使(3)和(4)之间的最短距离大于 (5)和(6)的商，其中(3)为所述一个或多个导电材料层的最外表面；(4)为支撑所述一个或多个超导磁体的所述结构的所述表面；(5)为⑴和(ii)之间的最大电势差(电压)，其中(i)为所述一个或多个超导磁体；而(ii)为包裹了包裹所述一个或多个超导磁体的所述一个或多个介电材料层的所述一个或多个导电材料层；以及(6)为(3)和(4)之间的介质 (插入物质)的有效介电强度。在另一个实施例中，所述方法还包括用于提供包括用于所述线圈的结构性支撑结构的高K介电材料的一个或多个最内层的步骤，所述结构支撑结构还作为用于有效泵抽低温冷却剂的一个或多个流动通道。在另一个实施例中，一种用于一个或多个超导电磁体的机械支撑、电绝缘和热绝缘的方法包括以下步骤支撑超导电磁体绕组、绕组壳体和低温冷却剂；隔离包括由上半部分和下半部分组成的电介质的环形部分的一个或多个层元件；以及热隔离一个或多个超导磁线圈。在实施例的其它各个方面，所述方法包括用于隔离包括由上半部分和下半部分组成的电介质的环形部分的一个或多个层元件的步骤，而且还包括在氢氧化物溶液中溶解硅7酸盐的步骤。在其它各个方面，所述方法也可以包括用于隔离包括由上半部分和下半部分组成的电介质的环形部分的一个或多个层元件的步骤，还包括在环形部分周围缠绕挠性玻璃纤维的步骤；以及用环氧树脂(epoxy)溶液处理所述纤维。在某些方面，所述方法可以包括其中热绝缘一个或多个超导磁体线圈的步骤，还可以包括在外层和所述介电层之间并入辐射屏蔽层的步骤。在另一个实施例中，一种提供一个或多个超导电磁体的电绝缘和机械支撑的方法还可以包括用于这样的步骤，提供与包含高反射率、低热传导率材料的挠性低密度基于硅石热绝缘层耦合的一个或多个真空冲击的(vacuum-impinged)金属化的编织的聚合织物包覆层的步骤。在另一个实施例中，一种超导磁体线圈，包括高K介电材料层；真空冲击的织物包覆层，该层提供与包含高反射率和低热传导率材料的挠性的低密度基于硅石的热绝缘层耦合的一个或多个真空冲击的金属化的编织的聚合织物包覆层；以及热绝缘层。在某些方面，所述实施例也可以包括高K介电材料层，该层包括在铜基中乃至由多个编制的丝和附加结合材料组成的较大电缆中包含的单独的丝；管中电缆卢瑟福电缆的绕组，其中铜基体中的超导丝编织在中心铜通道周围，其中外部电缆被绝缘材料覆盖；真空冲击的金属化的编织的聚合织物包覆层；以及热绝缘层。在另一个实施例中，一种绕组支撑结构，包括固定到线圈绕组的由上半部分和下半部分构成的不锈钢环形容器；耦合到所述下半部分上的多个供给导线的一个或多个孔， 其中一个或多个电缆以一偏移量分离；与所述电缆孔同轴的装配板；以及从第一对柱偏移的一个或多个附加柱，其中所述柱沿一个或多个线圈半径向下延伸。在某些方面，所述实施例也可以包括保持本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种提供一个或多个超导磁体的电绝缘和机械支撑的方法，包括以下步骤：用一个或多个介电材料层包裹所述一个或多个超导磁体并用一个或多个导电材料层包裹所述一个或多个介电材料层，所述一个或多个介电材料层共同具有比（１）和（２）的商大的介电强度，其中（１）是（ｉ）和（ｉｉ）之间的最大电势差（电压），其中（ｉ）为所述一个或多个超导磁体；而（ｉｉ）为包裹了包裹所述一个或多个超导磁体的所述一个或多个介电材料层的所述一个或多个导电材料层；并且（２）为所述一个或多个介电材料层的共同厚度；以及为所述一个或多个超导磁体提供机械支撑，其中每个磁体与支撑所述一个或多个超导磁体的结构的表面保持一定距离，以使（３）和（４）之间的最短距离大于（５）和（６）的商，其中（３）为所述一个或多个导电材料层的最外表面；（４）为支撑所述一个或多个超导磁体的所述结构的所述表面；（５）为（ｉ）和（ｉｉ）之间的最大电势差（电压），其中（ｉ）为所述一个或多个超导磁体；而（ｉｉ）为包裹了包裹所述一个或多个超导磁体的所述一个或多个介电材料层的所述一个或多个导电材料层；以及（６）为（３）和（４）之间的介质（插入物质）的有效介电强度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：德夫林·贝克，
申请(专利权)人：磁静电约束公司，
类型：发明
国别省市：US