[发明专利]带有低温恒温器的磁体装置和带有蓄冷器的电磁线圈系统

说明书

本发明涉及一种磁体装置，包括低温恒温器、超导电磁线圈系统、用于电磁线圈系统的主动冷却装置和给电磁线圈系统充电的供电线，供电线包括至少一个常导区域，所述供电线还包括HTS部，沿供电线的常导区域有多个蓄冷器热耦合到供电线上，以吸收在充电时在常导区域内产生的热量，其特征在于，在常导区域中的供电线沿其延伸方向具有变化的横截面积B，其所述横截面积B至少在供电线在常导区域中的总长度的主要部分上从冷端向热端减小。本发明提供一种磁体装置，其中在给超导电磁线圈系统充电期间，需要降低的冷却功率，并且在正常运行中，减小向超导电磁线圈系统内的热输入。

技术领域

本发明涉及一种磁体装置，所述磁体装置包括低温恒温器，超导电磁线圈系统，用于电磁线圈系统的主动冷却装置和用于给低温恒温器中的电磁线圈系统充电的供电线，其中所述供电线包括至少一个常导区域，所述电压特别是还包括HTS(高温超导)区域，沿着供电线的常导区域有多个蓄冷器热耦合到供电线上，以便吸收在给电磁线圈系统充电期间在常导区域中产生的热量。

背景技术

这种磁体装置是由JP H04 23305 A已知的。

对于核磁共振(NMR，nuclear magnetic resonance)测量需要强磁场，这种强磁场可以借助超导电磁线圈系统产生。超导电磁线圈系统可以无损耗地承载大电流，利用这种电流产生强磁场强度。然而，对于超导状态，必须将电磁线圈系统中超导材料冷却到低于跃变温度的低温。因此，将超导电磁线圈系统设置在低温恒温器中。为了使低温恒温器的氦消耗最小化，有时使用主动冷却装置，例如脉冲管制冷机，利用所述冷却装置可以持续地且低成本地保持低温。

为了给低温恒温器中的超导电磁线圈系统充电，供电线在低温恒温器中从低温恒温器的具有室温的外壁延伸到电磁线圈系统。这里，供电线的至少一个部段是常导的(常导区域)；供电线的下部(电磁线圈附近的)部段通常也由高温超导(＝HTS)材料制成。在充电期间，电流流过供电线，所述电流在常导区域中产生电阻热。在正常运行(也称为稳态运行)期间，通常没有任何电流(持久模式)流过供电线，然而，供电线构成将热量引入电磁线圈系统的热桥。

通常，充电期间的热负荷由于多种效应(例如，“持续模式开关(Persistent ModeSwitches)”的运行或在供电线中的电阻耗散)而明显大于正常运行中的热负荷。为了防止在充电过程中在电磁线圈系统上或还有在供电线的HTS区域中产生过高的、导致失超(失去超导性)的温度，可以将主动冷却装置的尺寸设计得较大，使得也可以利用冷却装置补偿充电的热负荷。但这会导致高制造成本和高维护成本，导致大制造尺寸以及导致对冷却和供电的高要求，所述供电必须根据充电期间所需的峰值功率来设计。由于充电通常只需要几个小时，但正常运行大都持续数周或数月，因此主动冷却装置在大多数时间内未得到充分利用。

在由液体制冷剂(例如液氦)填充低温恒温器的低温容器的情况下，高制冷剂消耗在充电中容易被接受，然而这会导致高成本。

从EP 2 624 262 A2已知的是，在无制冷剂的低温冷却系统中，供电线耦合到两级制冷机的上冷却级上，并且在该上冷却级的区域中还耦合有热惯性元件(thermal inertiamember)。在所冷却的超导线圈充电或放电时，所述热惯性元件可以减少温度升高。

从JP H04 23305 A中已知用于超导磁体系统的供电线，在所述供电线上设置有蓄热材料。在一个实施形式中，供电线构造成管形的，并且蓄热材料设置在管中，蓄热材料在管内通过隔热材料层分隔开。供电线用氦流冷却。

从GB 2 506 009 A、US 5 317 296、CN 102 360 694 A和CN 102 592 773 A已知用于超导磁体的可分离的供电线。通过在充电之后分离供电线，可以在正常运行中防止发生热输入。但这种方法在技术上是困难的并且会带来高制造成本。