[发明专利]一种传导冷却的大型高温超导磁体结构

说明书

本发明提供一种传导冷却的大型高温超导磁体结构，包括线圈骨架、高温超导线圈组和冷却通道组件；所述高温超导线圈组设置有电连接组件，所述电连接组件用于对所述高温超导线圈组励磁；所述冷却通道组件与所述高温超导线圈组之间设置有导热材料制成的第二绝缘层，用于防止所述冷却通道组件整体带电；所述第二绝缘层两侧分别与所述高温超导线圈组以及所述冷却通道组件热接触；所述冷却通道组件设置有用于输入低温氦气的进气口及排出所述低温氦气的出气口。构造简单、易于加工，适用于大型高温超导磁体的传导冷却；采用本发明结构的大型高温超导磁体运行过程中具有更好的温度均匀性，有利于提高冷却效果、降低制冷成本。

技术领域

本发明属于超导磁体技术领域，尤其涉及一种传导冷却的大型高温超导磁体结构。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就应认为是现有技术。

强磁场技术在工业，医疗，国防和科研领域有广泛的应用。普通导线绕制的磁体，由于运行电流产生焦耳热的限制，磁场强度提高受到限制。超导线(带)材绕制的磁体，运行电流无焦耳热产生，磁场强度则可以大大提高。超导磁体在高强磁场领域有广阔的应用前景。超导磁体运行过程中，需要保证超导磁体运行温度在超导线(带)材的临界温度以下。超导磁体运行温度越高，维持超导磁体低温环境所需的制冷费用越低，因此提高超导磁体运行温度，寻找临界温度高的超导线(带)材是超导磁体发展的重要技术方向。

目前具有工程实用价值的高温超导线(带)材，其临界温度已达到液氮温区(77K)以上。尽管高温超导磁体理论运行温度可以达到77K以上，但是为了提供运行电流，提高磁体运行的稳定性，大部分高温超导磁体设计运行温度在30K左右，因此需要低温制冷机进行冷却。由于氦的价格高，采用无液氦的传导冷却方式的高温超导磁体是目前的主要技术。现有传导冷却的超导磁体结构一般由内到外分别为：内骨架、超导线圈、绑扎线或抱箍。其中，内骨架和绑扎线对超导线圈起支撑固定作用。传导冷却的一般方式为，在低温制冷机冷头设置柔性导冷带，将低温制冷机的冷量传导到高温超导磁体上。这种一般方式当高温超导磁体的尺寸较大时，则无法保证高温超导磁体整体温度的均匀性。

因此目前十分需要研究一种传导冷却的大型高温超导磁体结构，能够适用于传导冷却方式，实现大型高温超导磁体整体温度均匀，以此进一步推动超导磁体技术的深入发展及广泛应用。

发明内容

本发明是为解决上述现有技术的全部或部分问题，本发明提供了一种传导冷却的大型高温超导磁体结构，适用于传导冷却方式进行冷却。

本发明提供的一种传导冷却的大型高温超导磁体结构，包括线圈骨架、高温超导线圈组和冷却通道组件；所述线圈骨架与所述高温超导线圈组之间设置有第一绝缘层，用于防止线圈骨架带电；所述高温超导线圈组设置有电连接组件，所述电连接组件用于对所述高温超导线圈组励磁；所述冷却通道组件与所述高温超导线圈组之间设置有导热材料制成的第二绝缘层，用于防止所述冷却通道组件整体带电；所述第二绝缘层两侧分别与所述高温超导线圈组以及所述冷却通道组件热接触；所述冷却通道组件设置有用于输入低温氦气的进气口及排出所述低温氦气的出气口。所述冷却通道组件与所述高温超导线圈组通过导热连接实现热交换而进行冷却，解决了传统结构中依赖低温制冷机冷头设置的柔性导冷带进行制冷时的局限性，不受限于柔性导冷带尺寸和柔性导冷带冷却区域范围，能够适用于大型高温超导磁体冷却，且大型高温超导磁体运行过程中具有更好的温度均匀性。

一般的情况中，所述冷却通道组件包括导冷单元和冷却管；所述冷却管外壁与所述导冷单元热接触；所述冷却管的两端开口分别为所述进气口与所述出气口；所述导冷单元与所述第二绝缘层热接触。

所述导冷单元有多个，串联设置在所述冷却管上。所述冷却通道组件由多个导冷单元串联形成分段式结构，分段式结构增加了冷却通道组件整体的柔性，降低了对冷却通道组件的表面加工要求，有利于冷却通道组件与所述高温超导线圈组之间有更大的热传导区域。

所述冷却管是柔性管道。