[发明专利]用于冷却超导磁体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于冷却至少一个超导磁体的方法。

背景技术

超导磁体及其低温恒温器迄今为止通常以如下方式进行冷却：为了避 免高的材料应力，对低温恒温器容腔缓慢地供入液氮并且通过这种方式使 其冷却到大致80K的温度。接着将包含的液氮去除，其方式是这样长时间 地吹入处于环境温度的氦，直到不仅液氮而且气态氮——尽管不完全地— —去除掉为止。在此，磁体和低温恒温器的温度平均值重新升高到大致100 至110K。现在，在低温恒温器容腔接着被填充液氮之前，借助于也是计量 地输送的液氮使该装置冷却到4.5K的温度。

然而所述方法的缺点在于，特别是液氮的消耗由于由过程导致的大温 度差而相对高并且此外所使用的氦的一个显著的份额总是损失掉，因为其 溢出到周围环境或者大气中。因为世界范围内的氦资源是紧缺的并且由此 导致价格升高，所以在消耗氦的过程上存在一个需求，其中可回收尽可能 多的氦。

液氮的“直接使用”和与此相关的污染导致：即使通过用氦进行吹洗 也不能彻底地去除液氮。然而该事实现在对于超导磁体的特性具有不期望 的影响，即其失超倾向增高，也就是说突然又表现为欧姆阻抗。此外，上 述方法的缺点在于，由于出现的温度差——环境温度与液氮温度，冷却过 程不仅在使用液氮而且在使用氦时在热力学上并且由此也在经济上极大地 无效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种所述类型的、用于冷却至少一个超导磁体的 方法，该方法避免了上述缺点。

为了实现所述目的，提出了一种用于冷却至少一个超导磁体的方法， 该方法的特征在于，这个或这些超导磁体的冷却仅仅借助于一个或多个处 于至少两个温度水平的氦流进行。

根据本发明的用于冷却至少一个超导磁体的方法的一个有利的构型， 相应的始流温度通过一些温度不同的氦流或氦流部分的混合产生：在此， 在第一步骤中将处于液氮温度水平和处于环境温度水平的氦混合，而在第 二步骤中将处于液氮温度水平的氦和处于大致10K温度水平的氦混合。

根据本发明，为了冷却磁体现在仅仅使用氦。液氮必要时间接地作为 部分的初级冷源使用，特别是用于预冷却氦。由此产生(以相应的预净化 为先决条件)一个具有可忽略的剩余杂质的低温恒温器容腔。这导致相应 被冷却的超导磁体的失超倾向显著降低。由此又导致迄今为止显著的氦损 失的明显降低，所述氦损失必然与失超效应的出现相关。

此外，在本发明的用于冷却至少一个超导磁体的方法中，冷却流或冷 却介质与待冷却磁体之间的温度差相对小，这在热力学上是有利的。同时， 氦气中的传热系数可保持相对高，其方式是选择相应高的气体流量。磁体 的所述较平缓的冷却允许一个加速的冷却过程、即允许生产过程的显著较 短的循环时间。

本发明的用于冷却至少一个超导磁体的方法允许借助于仅仅一个氦制 冷设备来冷却和填充磁体。因此，不再需要磁体的低温恒温器相对于大气 的不期望的打开。此外，通过使用液氮-泵可以相对快速地对磁体填充液氮。 此外，本发明的方法还允许液氮显著节省，该液氮在属于现有技术的方法 中必须被收集、被净化并且接着再被液化。此外，显著降低了最终损失到 大气中的氦份额。

根据本发明的用于冷却至少一个超导磁体的方法的一个有利的构型， 以如下方式进行这个或这些超导磁体的冷却：将由处于环境温度水平的氦 流和处于液氮温度水平的氦流组成的第一混合物并且接着将由处于液氮温 度水平的氦流和处于大致10K温度水平的氦流组成的第二混合物输送给所 述待冷却的磁体。

附图说明

下面借助于附图中所示的实施例详细解释本发明的用于冷却至少一个 超导磁体的方法以及该方法的其他有利的构型，这些有利构型是从属权利 要求的主题。

具体实施方式

为了清楚起见，在附图中没有示出一些需要的调节阀。但基于下面的 方法说明，对于本领域技术人员来说这些调节阀的图示是多余的。

附图示意性示出一个氦制冷回路，该氦制冷回路用于冷却两个超导磁 体M1和M2。借助于一个单级或多级的压缩机单元C(在此优选使用螺 杆压缩机系统)吸入大致环境压力的氦并且将其压缩到大致13至20巴之 间的压力(高压)。在图中未示出必要时连接在压缩机单元C后面的(水) 冷却器和油分离器。