[发明专利]具有传热装置的低损耗持续电流开关

说明书

一种装置包括超导材料的持续电流开关，所述超导材料在超导温度下是超导电的，而在大于所述超导温度的电阻模式温度下是阻电的。所述装置还包括第一热交换元件；对流散热回路，其将所述持续电流开关热耦合到所述第一热交换元件；第二热交换元件，其与所述第一热交换元件间隔开；以及导热链，其将所述持续电流开关热耦合到所述第二热交换元件。所述第一热交换元件被设置在所述持续电流开关上方。所述导热链可以在超导温度下比在大于所述超导温度的第二温度下具有更大的导热系数。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年12月17日递交的美国临时申请号61/737939的权益，通过引用特此将其并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及一种低损耗持续电流开关，并且具体涉及一种用于在低温环境下与超导永磁体一起使用的低损耗持续电流开关。

背景技术

超导磁体被使用在多种情境中，包括核磁共振(NMR)分析和磁共振成像(MRI)。为了实现超导性，磁体被维持在处于接近绝对零的温度的低温环境中。典型地，磁体包括一个或多个被设置在低温恒温器中并被低温流体(例如，液态氦)冷却的导电线圈。

许多超导磁体以“持续模式”操作。在持续模式下，形成超导磁体的一个或多个超导导电线圈最初利用来自外部电源的电流来激励，以启动其磁场。一旦获得期望的磁场，电源就与磁体断开，并且磁体维持电流和归因于其超导性的磁场。

为了以持续模式操作，持续电流开关典型地被提供在向磁体供应激励电流的电引线两端。在磁体激励时期期间(例如，在启动时)，持续电流开关被置于电阻状态中，使得其允许超导导电线圈被来自电源的电流激励。一旦磁体已经被激励，持续电流开关就被切换到用于超导磁体的正常持续模式操作的超导状态。

持续模式开关能够通过热的施加而在超导状态与电阻状态之间被切换。当持续电流开关处于低温温度(例如，大约4°K)时，所述持续电流开关处于超导状态中，并且具有接近零的电阻。然而，当持续电流开关被加热到典型地大于超导温度的电阻模式温度时，所述持续电流开关处于电阻状态中。在电阻状态中，持续电流开关不像典型的电气开关一样“接通”，而是具有典型地在几欧姆与几十欧姆之间的电阻。

在超导磁体的充电期间，持续电流开关被加热到电阻模式温度，并且电压被施加所述开关两端以给磁体充电。这典型地在持续电流开关中消耗能量。典型地，持续电流开关被定位在非常低的温度(低温)环境中，并且在所述开关中消耗的能量典型地以热负荷的形式转移到该环境中。该热量可以使用低温度制冷系统或通过使制冷剂沸腾而被去除。制冷系统典型地在非常低的温度(低温)环境中去除热时效率低。作为结果，这典型地要求采用非常大的、昂贵的电阻式持续电流开关，或允许昂贵的制冷剂被汽化，其中在磁体已经被充电之后更换所述昂贵的制冷剂。这两种情况都不是期望的。

发明内容