冷却方法技术

一种超导系统包括安装在支撑体（１２）中的超导线圈（３）。线圈被制冷剂室（１７）环绕，该制冷剂室在支撑体（１２）的另一侧上位于线圈（３）的径向外侧。制冷剂室与制冷剂再凝结单元（３３）流体连通，由此在使用中汽化的制冷剂可以从制冷剂室（１７）流动到制冷剂再凝结单元以在返回到制冷剂室之前被再凝结。热导性构件（２５）被设置为便于热量从超导线圈（３）传递到制冷剂室（１７）以将容纳在制冷剂室中的制冷剂汽化，并从而将热量从线圈移除。因此热传导路径被用于将热量从线圈传递到制冷剂室中的制冷剂，而汽化的制冷剂在制冷剂室与再凝结单元之间的较长的距离上担任传热介质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及超导系统，更具体而言，涉及用于包含一个或多个超导线圈的超导系统的冷却系统和。
技术介绍
超导系统被用于许多应用中，包括例如转子、磁能储存设备、发电机、电动机和例 如磁共振成像(MRI)等磁系统，或用于例如粒子加速器等粒子物理应用中的系统。本专利技术 尽管并非排他但特别致力于一种超导磁系统。 目前提出各种用于冷却超导系统的线圈的方法。 一些传统的超导线圈的 需要将线圈浸入到液态低温致冷剂中或"制冷剂"中。通常使用的制冷剂是液态氦。制冷 剂从超导体吸收热量并蒸发，从而将超导体冷却。然而，需要将超导体浸入到制冷剂中具有 某些缺点。例如，由于需要在超导体周围提供制冷剂容纳槽，可能导致装置体积庞大。由于 所需要的制冷剂的量相对较大，通常制冷剂容纳槽必须为压力容器，从而能够承受因制冷 剂在超导磁体失超时蒸发而产生的潜在高压。失超是在超导磁体脱离超导状态并进入有阻 状态的情况下可能发生的现象。该失超现象可能导致能量从线圈以热的形式释放，致使环 绕线圈的制冷剂蒸发。此外，预计例如液态氦等制冷剂在未来将会变得越来越稀缺，使得使 用大量制冷剂的浸没系统更无法令人满意。 其它已知的使用例如铜热联接体等热导体，以将热量从超导线圈传递到制冷器的工作流体，而不使用制冷剂作为传热介质。然而，这些系统同样具有某些缺点。例如，在导体的长度上可能发生显著的温度梯度，从而降低超导线圈的性能。当有可能必须使制冷器位于相距线圈较远距离处以减小线圈与制冷器的工作部件间的干扰时，该问题可能致使这种系统不适于与例如磁体等大型线圈共同使用。 申请人:已经意识到需要为超导系统提供一种改进的。
技术实现思路
根据本专利技术提供了一种超导系统，该超导系统包括 至少一个超导线圈，禾口 制冷剂室，其位于所述超导线圈附近，用于在使用中容纳制冷剂； 其中所述系统进一步包括热传导构件，该热传导构件被设置为在使用中便于热量从所述至少一个超导线圈传递到所述制冷剂室，以将容纳于该制冷剂室中的制冷剂汽化并从而将热量从所述至少一个线圈移除，所述热导性构件在低温温度下具有高热导性； 并且其中所述制冷剂室与制冷剂再凝结单元流体连通，由此在使用中汽化的制冷剂可以从所述制冷剂室流动到所述制冷剂再凝结单元以在返回到所述制冷剂室之前被再凝结。因此，根据本专利技术，制冷剂室被提供在超导线圈附近。在使用中位于室中的液态制冷剂可以吸收从超导线圈传输到液态制冷剂的热量并被该从超导线圈传输到液态制冷剂4的热量汽化从而将线圈冷却。高热导性构件被特别提供以在使用中便于热量从超导线圈传 递到制冷剂室以将位于制冷剂室中的制冷剂汽化。由此，本专利技术使用热传导路径以在使用 中将热量从超导线圈传递到位于邻近线圈的制冷剂室中的制冷剂。制冷剂室与制冷剂再凝 结单元流体连通，例如被连接到制冷剂再凝结单元，从而在使用中位于室中且被来自超导 线圈的热量汽化的制冷剂可以流动到制冷剂再凝结单元，以在返回到室之前被再凝结。然 后再凝结的制冷剂可以被再一次汽化以开始新的循环。 这样，本专利技术提供了用于系统的超导线圈或多个超导线圈的冷却系统，在该冷却 系统中热量以两个步骤过程被从线圈或多个线圈引出。首先，热量通过热传导经过相对短 的距离被传输到附近的制冷剂室，以将在使用中存在于室中的制冷剂汽化。在第二阶段中， 汽化的制冷剂担任传热介质以将热量从超导线圈附近移除，从制冷剂室移动到再凝结单 元。 已经发现两种不同传热机理的组合，即仅在冷却过程的后一个阶段中使用汽化状 态的制冷剂作为传热介质以将热量例如经过较长的范围传送到再凝结单元，通过热传导利 用特定的高热导性构件将热量最初从线圈传输到制冷剂，即经过较短的范围，是特别有利 的，使本专利技术能够解决与依靠将线圈浸没到氦槽中的现有技术装置和依靠使用热导体而非 制冷剂来将热量经过相当长的距离直接传输到例如制冷器等热泵的工作流体的现有技术 装置相关联的问题。 与浸没型装置相比，本专利技术允许使用的制冷剂的量显著更少，并且与现有技术的 制冷剂槽相比相应地减小了需要得到的制冷剂室的大小。这是由于存在致力于便于将热量 从线圈传输到制冷剂室的内部以将制冷剂汽化的热传导构件和用于将汽化的制冷剂再凝 结的再凝结单元。高热导性构件的存在允许线圈的温度被保持为接近液态制冷剂的温度， 而不需要在制冷剂槽中提供大量的制冷剂在线圈附近以担任冷冻贮藏器。根据专利技术，将线 圈浸没到制冷剂中被替代为将线圈与设置为将热量传输到制冷剂室的高热导性构件热接 触。由于根据本专利技术可以存在较少量的制冷剂，在线圈失超的过程中可能发生的潜在压力 被减小，为制冷剂室的结构提供更大的灵活性，制冷剂室的结构无需如同传统制冷剂槽被 设计为承受高压。此外，通过制冷剂室的大小相对于传统制冷剂槽减小，并提供高热导性构 件以将热量传送到室，由于制冷剂无需直接与线圈接触，从而为整个系统的结构例如其大 小和构造提供了更大的灵活性。 由于制冷剂室位于超导线圈附近，在使用中热量通过热传导被传输所必须经过的 距离相对较小，从而减小所需的热导性材料的量，并避免了与当热量被传输经过较长的范 围例如热量被使用热联接件而直接传输到再凝结单元的制冷器时可能发生的热损失和温 度梯度相关联的问题。根据本专利技术，在使用中热量仅需要通过传导被传输到附近的制冷剂 室以将制冷剂汽化，然后汽化的制冷剂被用于将热量从线圈附近带走并根据需要例如被输 送到制冷器。由于通过使用汽化的制冷剂将热量传送经过给定距离所需要设备的质量和大 小比使用例如铜等固体热联接体来传送相应量的热量所需的设备的质量和大小小得多，所 以在通到再凝结单元的较长的范围上使用汽化的制冷剂作为传热介质可以允许热量被方 便地传递经过相对较长的距离。这使得再凝结单元能够与现有技术的装置所允许的相比位 于相距制冷剂室更远距离处，而不会将冷却系统的效率降低到不利的等级。通过去除线圈 可以相对于再凝结单元之间的距离的约束，由于再凝结单元可以位于相距线圈的距离足够5远处以避免不可接受的再凝结单元的操作被线圈干扰，本专利技术可以允许使用较大的超导线 圈。此外，发现使用制冷剂来将热量传送到再凝结单元能够在线圈与再凝结单元之间获得 更佳的振动隔绝，再凝结单元可以包括发动机和其它运动部件。 应该理解的是，本文中凡是提到热导性，除非另有声明，是指在低温温度下的热导性。低温温度可以被认为是低于100K的温度，因此，高热导性构件是在低于100K的低温温度下具有高热导性。在典型的实施例中，系统操作所处于的低温温度可以低于40K。 本专利技术延伸到一种提供根据本专利技术的任何方面和实施例的用于冷却超导线圈的系统的方法，和使用根据本专利技术的任何方面和实施例的系统来冷却超导线圈的方法。 根据本专利技术的第二方面提供了一种冷却超导线圈的方法，该方法包括 提供超导系统，该超导系统包括至少一个超导线圈和制冷剂室，该制冷剂室位于所述至少一个超导线圈附近，用于在使用中容纳制冷剂，所述制冷剂室与制冷剂再凝结单元流体连通， 该方法进一步包括提供热传导构件，该热传导构件被设置为在使用中便于热量从所述至少一个超导线圈传递到所述制冷剂室以将容纳于该制冷剂室中的制冷剂汽化并从而将热量从所述至少一个线圈移除，其中所述热导性构件在低温温度下具有高热导性； 该方法进一步包括在所述制冷剂室中提供制冷剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超导系统，包括：至少一个超导线圈，和制冷剂室，其位于所述超导线圈附近，用于在使用中容纳制冷剂；其中所述系统进一步包括热传导构件，该热传导构件被设置为在使用中便于热量从所述至少一个超导线圈传递到所述制冷剂室，以将容纳于该制冷剂室中的制冷剂汽化并从而将热量从所述至少一个线圈移除，所述热导性构件在低温温度下具有高热导性；并且其中所述制冷剂室与制冷剂再凝结单元流体连通，由此在使用中汽化的制冷剂能够从所述制冷剂室流动到所述制冷剂再凝结单元以在返回到所述制冷剂室之前被再凝结。

【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：迈克尔科林贝格，弗雷德里克托马斯大卫戈尔迪，
申请(专利权)人：特斯拉工程有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]