專利名稱：冷卻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超導(dǎo)系統(tǒng)，更具體而言，涉及用于包含一個(gè)或多個(gè)超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)系
統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)和冷卻方法。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)系統(tǒng)被用于許多應(yīng)用中，包括例如轉(zhuǎn)子、磁能儲(chǔ)存設(shè)備、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和例 如磁共振成像(MRI)等磁系統(tǒng)，或用于例如粒子加速器等粒子物理應(yīng)用中的系統(tǒng)。本發(fā)明 盡管并非排他但特別致力于一種超導(dǎo)磁系統(tǒng)。 目前提出各種用于冷卻超導(dǎo)系統(tǒng)的線圈的方法。 一些傳統(tǒng)的超導(dǎo)線圈的冷卻方法 需要將線圈浸入到液態(tài)低溫致冷劑中或"制冷劑"中。通常使用的制冷劑是液態(tài)氦。制冷 劑從超導(dǎo)體吸收熱量并蒸發(fā)，從而將超導(dǎo)體冷卻。然而，需要將超導(dǎo)體浸入到制冷劑中具有 某些缺點(diǎn)。例如，由于需要在超導(dǎo)體周圍提供制冷劑容納槽，可能導(dǎo)致裝置體積龐大。由于 所需要的制冷劑的量相對(duì)較大，通常制冷劑容納槽必須為壓力容器，從而能夠承受因制冷 劑在超導(dǎo)磁體失超時(shí)蒸發(fā)而產(chǎn)生的潛在高壓。失超是在超導(dǎo)磁體脫離超導(dǎo)狀態(tài)并進(jìn)入有阻 狀態(tài)的情況下可能發(fā)生的現(xiàn)象。該失超現(xiàn)象可能導(dǎo)致能量從線圈以熱的形式釋放，致使環(huán) 繞線圈的制冷劑蒸發(fā)。此外，預(yù)計(jì)例如液態(tài)氦等制冷劑在未來將會(huì)變得越來越稀缺，使得使 用大量制冷劑的浸沒系統(tǒng)更無法令人滿意。 其它已知的冷卻方法使用例如銅熱聯(lián)接體等熱導(dǎo)體，以將熱量從超導(dǎo)線圈傳遞到
制冷器的工作流體，而不使用制冷劑作為傳熱介質(zhì)。然而，這些系統(tǒng)同樣具有某些缺點(diǎn)。例
如，在導(dǎo)體的長(zhǎng)度上可能發(fā)生顯著的溫度梯度，從而降低超導(dǎo)線圈的性能。當(dāng)有可能必須使
制冷器位于相距線圈較遠(yuǎn)距離處以減小線圈與制冷器的工作部件間的干擾時(shí)，該問題可能
致使這種系統(tǒng)不適于與例如磁體等大型線圈共同使用。 申請(qǐng)人:已經(jīng)意識(shí)到需要為超導(dǎo)系統(tǒng)提供一種改進(jìn)的冷卻方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明提供了一種超導(dǎo)系統(tǒng)，該超導(dǎo)系統(tǒng)包括
至少一個(gè)超導(dǎo)線圈，禾口 制冷劑室，其位于所述超導(dǎo)線圈附近，用于在使用中容納制冷劑； 其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括熱傳導(dǎo)構(gòu)件，該熱傳導(dǎo)構(gòu)件被設(shè)置為在使用中便于熱量
從所述至少一個(gè)超導(dǎo)線圈傳遞到所述制冷劑室，以將容納于該制冷劑室中的制冷劑汽化并
從而將熱量從所述至少一個(gè)線圈移除，所述熱導(dǎo)性構(gòu)件在低溫溫度下具有高熱導(dǎo)性； 并且其中所述制冷劑室與制冷劑再凝結(jié)單元流體連通，由此在使用中汽化的制冷
劑可以從所述制冷劑室流動(dòng)到所述制冷劑再凝結(jié)單元以在返回到所述制冷劑室之前被再凝結(jié)。
因此，根據(jù)本發(fā)明，制冷劑室被提供在超導(dǎo)線圈附近。在使用中位于室中的液態(tài)制
冷劑可以吸收從超導(dǎo)線圈傳輸?shù)揭簯B(tài)制冷劑的熱量并被該從超導(dǎo)線圈傳輸?shù)揭簯B(tài)制冷劑
4的熱量汽化從而將線圈冷卻。高熱導(dǎo)性構(gòu)件被特別提供以在使用中便于熱量從超導(dǎo)線圈傳 遞到制冷劑室以將位于制冷劑室中的制冷劑汽化。由此，本發(fā)明使用熱傳導(dǎo)路徑以在使用 中將熱量從超導(dǎo)線圈傳遞到位于鄰近線圈的制冷劑室中的制冷劑。制冷劑室與制冷劑再凝 結(jié)單元流體連通，例如被連接到制冷劑再凝結(jié)單元，從而在使用中位于室中且被來自超導(dǎo) 線圈的熱量汽化的制冷劑可以流動(dòng)到制冷劑再凝結(jié)單元，以在返回到室之前被再凝結(jié)。然 后再凝結(jié)的制冷劑可以被再一次汽化以開始新的循環(huán)。 這樣，本發(fā)明提供了用于系統(tǒng)的超導(dǎo)線圈或多個(gè)超導(dǎo)線圈的冷卻系統(tǒng)，在該冷卻 系統(tǒng)中熱量以兩個(gè)步驟過程被從線圈或多個(gè)線圈引出。首先，熱量通過熱傳導(dǎo)經(jīng)過相對(duì)短 的距離被傳輸?shù)礁浇闹评鋭┦?，以將在使用中存在于室中的制冷劑汽化。在第二階段中， 汽化的制冷劑擔(dān)任傳熱介質(zhì)以將熱量從超導(dǎo)線圈附近移除，從制冷劑室移動(dòng)到再凝結(jié)單 元。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)兩種不同傳熱機(jī)理的組合，即僅在冷卻過程的后一個(gè)階段中使用汽化狀 態(tài)的制冷劑作為傳熱介質(zhì)以將熱量例如經(jīng)過較長(zhǎng)的范圍傳送到再凝結(jié)單元，通過熱傳導(dǎo)利 用特定的高熱導(dǎo)性構(gòu)件將熱量最初從線圈傳輸?shù)街评鋭?，即?jīng)過較短的范圍，是特別有利 的，使本發(fā)明能夠解決與依靠將線圈浸沒到氦槽中的現(xiàn)有技術(shù)裝置和依靠使用熱導(dǎo)體而非 制冷劑來將熱量經(jīng)過相當(dāng)長(zhǎng)的距離直接傳輸?shù)嚼缰评淦鞯葻岜玫墓ぷ髁黧w的現(xiàn)有技術(shù) 裝置相關(guān)聯(lián)的問題。 與浸沒型裝置相比，本發(fā)明允許使用的制冷劑的量顯著更少，并且與現(xiàn)有技術(shù)的 制冷劑槽相比相應(yīng)地減小了需要得到的制冷劑室的大小。這是由于存在致力于便于將熱量 從線圈傳輸?shù)街评鋭┦业膬?nèi)部以將制冷劑汽化的熱傳導(dǎo)構(gòu)件和用于將汽化的制冷劑再凝 結(jié)的再凝結(jié)單元。高熱導(dǎo)性構(gòu)件的存在允許線圈的溫度被保持為接近液態(tài)制冷劑的溫度， 而不需要在制冷劑槽中提供大量的制冷劑在線圈附近以擔(dān)任冷凍貯藏器。根據(jù)發(fā)明，將線 圈浸沒到制冷劑中被替代為將線圈與設(shè)置為將熱量傳輸?shù)街评鋭┦业母邿釋?dǎo)性構(gòu)件熱接 觸。由于根據(jù)本發(fā)明可以存在較少量的制冷劑，在線圈失超的過程中可能發(fā)生的潛在壓力 被減小，為制冷劑室的結(jié)構(gòu)提供更大的靈活性，制冷劑室的結(jié)構(gòu)無需如同傳統(tǒng)制冷劑槽被 設(shè)計(jì)為承受高壓。此外，通過制冷劑室的大小相對(duì)于傳統(tǒng)制冷劑槽減小，并提供高熱導(dǎo)性構(gòu) 件以將熱量傳送到室，由于制冷劑無需直接與線圈接觸，從而為整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例如其大 小和構(gòu)造提供了更大的靈活性。 由于制冷劑室位于超導(dǎo)線圈附近，在使用中熱量通過熱傳導(dǎo)被傳輸所必須經(jīng)過的 距離相對(duì)較小，從而減小所需的熱導(dǎo)性材料的量，并避免了與當(dāng)熱量被傳輸經(jīng)過較長(zhǎng)的范 圍例如熱量被使用熱聯(lián)接件而直接傳輸?shù)皆倌Y(jié)單元的制冷器時(shí)可能發(fā)生的熱損失和溫 度梯度相關(guān)聯(lián)的問題。根據(jù)本發(fā)明，在使用中熱量?jī)H需要通過傳導(dǎo)被傳輸?shù)礁浇闹评鋭?室以將制冷劑汽化，然后汽化的制冷劑被用于將熱量從線圈附近帶走并根據(jù)需要例如被輸 送到制冷器。由于通過使用汽化的制冷劑將熱量傳送經(jīng)過給定距離所需要設(shè)備的質(zhì)量和大 小比使用例如銅等固體熱聯(lián)接體來傳送相應(yīng)量的熱量所需的設(shè)備的質(zhì)量和大小小得多，所 以在通到再凝結(jié)單元的較長(zhǎng)的范圍上使用汽化的制冷劑作為傳熱介質(zhì)可以允許熱量被方 便地傳遞經(jīng)過相對(duì)較長(zhǎng)的距離。這使得再凝結(jié)單元能夠與現(xiàn)有技術(shù)的裝置所允許的相比位 于相距制冷劑室更遠(yuǎn)距離處，而不會(huì)將冷卻系統(tǒng)的效率降低到不利的等級(jí)。通過去除線圈 可以相對(duì)于再凝結(jié)單元之間的距離的約束，由于再凝結(jié)單元可以位于相距線圈的距離足夠
5遠(yuǎn)處以避免不可接受的再凝結(jié)單元的操作被線圈干擾，本發(fā)明可以允許使用較大的超導(dǎo)線 圈。此外，發(fā)現(xiàn)使用制冷劑來將熱量傳送到再凝結(jié)單元能夠在線圈與再凝結(jié)單元之間獲得 更佳的振動(dòng)隔絕，再凝結(jié)單元可以包括發(fā)動(dòng)機(jī)和其它運(yùn)動(dòng)部件。 應(yīng)該理解的是，本文中凡是提到熱導(dǎo)性，除非另有聲明，是指在低溫溫度下的熱導(dǎo)
性。低溫溫度可以被認(rèn)為是低于100K的溫度，因此，高熱導(dǎo)性構(gòu)件是在低于100K的低溫溫
度下具有高熱導(dǎo)性。在典型的實(shí)施例中，系統(tǒng)操作所處于的低溫溫度可以低于40K。 本發(fā)明延伸到一種提供根據(jù)本發(fā)明的任何方面和實(shí)施例的用于冷卻超導(dǎo)線圈的
系統(tǒng)的方法，和使用根據(jù)本發(fā)明的任何方面和實(shí)施例的系統(tǒng)來冷卻超導(dǎo)線圈的方法。 根據(jù)本發(fā)明的第二方面提供了一種冷卻超導(dǎo)線圈的方法，該方法包括 提供超導(dǎo)系統(tǒng)，該超導(dǎo)系統(tǒng)包括至少一個(gè)超導(dǎo)線圈和制冷劑室，該制冷劑室位于
所述至少一個(gè)超導(dǎo)線圈附近，用于在使用中容納制冷劑，所述制冷劑室與制冷劑再凝結(jié)單
元流體連通， 該方法進(jìn)一步包括提供熱傳導(dǎo)構(gòu)件，該熱傳導(dǎo)構(gòu)件被設(shè)置為在使用中便于熱量從
所述至少一個(gè)超導(dǎo)線圈傳遞到所述制冷劑室以將容納于該制冷劑室中的制冷劑汽化并從
而將熱量從所述至少一個(gè)線圈移除，其中所述熱導(dǎo)性構(gòu)件在低溫溫度下具有高熱導(dǎo)性； 該方法進(jìn)一步包括在所述制冷劑室中提供制冷劑，并啟動(dòng)所述至少一個(gè)超導(dǎo)線
圈，由此通過所述高熱導(dǎo)性構(gòu)件熱量從所述超導(dǎo)線圈被傳導(dǎo)到所述制冷劑室以將該制冷劑
室中的所述制冷劑汽化，并從而將熱量從所述至少一個(gè)線圈移除，汽化的制冷劑流動(dòng)到所
述制冷劑再凝結(jié)單元以在返回到所述室之前被再凝結(jié)。 根據(jù)本發(fā)明的第三方面提供了一種提供用于冷卻超導(dǎo)線圈的系統(tǒng)的方法，該方法 包括 提供超導(dǎo)線圈； 提供制冷劑室，該制冷劑室位于所述超導(dǎo)線圈附近，用于在使用中容納制冷劑，將 所述制冷劑室設(shè)置為與制冷劑再凝結(jié)單元流體連通；禾口 將在低溫溫度下具有高熱導(dǎo)性的熱導(dǎo)性構(gòu)件設(shè)置為使得其可以在使用中便于熱 量從所述超導(dǎo)線圈傳遞到所述制冷劑室以將包含于該制冷劑室中的制冷劑汽化并從而將 熱量從所述線圈移除，其中汽化的制冷劑然后可以流動(dòng)到所述制冷劑再凝結(jié)單元以在返回 到所述制冷劑室之前被再凝結(jié)。 本發(fā)明在這些進(jìn)一步的方面中可以包含關(guān)于本發(fā)明的第一方面所描述的任何或 所有特征。 盡管本發(fā)明根據(jù)其任何的方面和實(shí)施例能夠應(yīng)用于包括需要被冷卻的超導(dǎo)線圈 的任何超導(dǎo)系統(tǒng)，優(yōu)選超導(dǎo)系統(tǒng)為超導(dǎo)磁系統(tǒng)，并且優(yōu)選超導(dǎo)磁線圈被設(shè)置為當(dāng)電流流過 其繞組時(shí)提供磁場(chǎng)。 本發(fā)明可以被應(yīng)用于高溫或低溫系統(tǒng)。然而，本發(fā)明特別能夠應(yīng)用于所謂"低溫" 超導(dǎo)系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，系統(tǒng)的超導(dǎo)線圈必須在臨界溫度或臨界溫度以下來操作，以能夠 實(shí)現(xiàn)和/或保持超導(dǎo)性。這些低溫超導(dǎo)體的臨界溫度在低溫等級(jí)(cryogenic order)中， 典型地，例如，低于20K。例如，通常使用在低溫超導(dǎo)系統(tǒng)中的超導(dǎo)材料鈮鈦(NbTi)和鈮錫 (Nb3Sn)，具有的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度分別為10. 1K和18. 5K。為了提供充分的超導(dǎo)性能，包括這些 材料的超導(dǎo)體必須被冷卻到遠(yuǎn)在這些臨界轉(zhuǎn)變溫度之下，例如以允許超強(qiáng)磁體的超導(dǎo)線圈
6能夠在存在高磁場(chǎng)的情況下攜帶大電流。 雖然本發(fā)明關(guān)于一個(gè)超導(dǎo)線圈進(jìn)行了詳細(xì)描述，應(yīng)該理解的是，系統(tǒng)可以包括任 何數(shù)目的線圈，如果沒有明確聲明，凡是提到"線圈"應(yīng)該被理解為指代"至少一個(gè)線圈"， 而在存在多個(gè)線圈的情況下，"線圈"可以為每個(gè)線圈或某個(gè)線圈。第二線圈或任何進(jìn)一步 的線圈可以與第一線圈具有相同結(jié)構(gòu)，并且可以包含關(guān)于第一線圈所描述的任何或所有特 征。 根據(jù)系統(tǒng)所針對(duì)的應(yīng)用，至少一個(gè)超導(dǎo)線圈可以具有任何大小和構(gòu)造。線圈可以 具有規(guī)則或不規(guī)則形狀。在一些實(shí)施例中，超導(dǎo)線圈為環(huán)形。線圈可以為部分或整個(gè)環(huán)形 形狀。 線圈或多個(gè)線圈可以由在較低的例如低溫溫度下超導(dǎo)的任何合適的材料形成。優(yōu) 選至少一個(gè)線圈由鈮鈦和/或鈮錫構(gòu)成。線圈可以包括例如套筒或護(hù)套形式的外殼，用于 保護(hù)限定繞組的細(xì)絲，或者細(xì)絲可以被暴露。 根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在使用中時(shí)，熱量通過傳導(dǎo)在位于制冷劑室中的制冷劑與超導(dǎo)線 圈之間利用高熱導(dǎo)性構(gòu)件傳遞。在低溫溫度下具有合適的高水平的熱導(dǎo)率的任何材料均可 被用于提供高熱導(dǎo)性構(gòu)件，而合適材料的例子在本領(lǐng)域中是已知的。假如任何復(fù)合物展現(xiàn) 出高水平的熱導(dǎo)率，則高熱導(dǎo)性構(gòu)件可以由一種或多種不同材料構(gòu)成，該一種或多種不同 材料可以具有相同或不同的熱導(dǎo)率。優(yōu)選高熱導(dǎo)性構(gòu)件由金屬構(gòu)成或組成。例如，高熱導(dǎo) 性構(gòu)件可以由鋁構(gòu)成。然而，在特別優(yōu)選的實(shí)施例中高熱導(dǎo)性構(gòu)件由銅構(gòu)成或組成。
高熱導(dǎo)性構(gòu)件典型地與在傳統(tǒng)超強(qiáng)磁體系統(tǒng)中慣常用于提供結(jié)構(gòu)部件的材料相 比具有更高的熱導(dǎo)率。上述材料典型地在低溫溫度下具有小于10W/m/K的較低的熱導(dǎo)率， 并且包括例如不銹鋼、鋁合金或玻璃增強(qiáng)聚酯等材料。因此高熱導(dǎo)性構(gòu)件相對(duì)于不銹鋼具 有較高的熱導(dǎo)率。 優(yōu)選高熱導(dǎo)性元件在低溫溫度下具有的熱導(dǎo)率在大于100W/m/K的范圍中，并且 更優(yōu)選大于200W/m/K。如上所述，本文中所提及的低溫溫度指代低于IOOK的溫度。因此， 熱導(dǎo)性構(gòu)件應(yīng)該能夠在該整個(gè)溫度范圍內(nèi)，即在任何低于IOOK的溫度下，展現(xiàn)上述范圍中 的熱導(dǎo)率。實(shí)際上，可能遇到的最低溫度大約為4K。在典型的實(shí)施例中，系統(tǒng)可以在4K與 50K之間的溫度下操作，并且高熱導(dǎo)性構(gòu)件在整個(gè)該范圍內(nèi)展現(xiàn)出上述熱導(dǎo)率。本文中所 描述的例如關(guān)于系統(tǒng)的其它部件的任何其它熱導(dǎo)率的范圍，應(yīng)該被相似地認(rèn)為針對(duì)于低于 100K的溫度。 優(yōu)選高熱導(dǎo)性構(gòu)件在室溫下所具有的熱導(dǎo)率在大于100W/m/K的范圍中。
熱導(dǎo)性構(gòu)件可以具有任何形式并且可以被以任何方式來設(shè)置，用于在使用中便于 熱量通過熱傳導(dǎo)在線圈與位于制冷劑室中的制冷劑之間傳遞。例如，熱導(dǎo)性構(gòu)件可以包括 一個(gè)或多個(gè)熱導(dǎo)性連接體和/或一層或多層熱導(dǎo)性層。 熱導(dǎo)性構(gòu)件可以在至少一個(gè)線圈與制冷劑室的內(nèi)部之間的整個(gè)距離上延伸。這 樣，熱導(dǎo)性構(gòu)件可以在線圈表面與制冷劑室的內(nèi)部之間提供直接的熱傳導(dǎo)路徑，以能夠在 使用中直接接觸位于室中的制冷劑。優(yōu)選熱導(dǎo)性構(gòu)件被設(shè)置為在使用中在其一端處直接接 觸線圈的表面，并且在其另一端處直接接觸位于制冷劑室中的制冷劑。熱導(dǎo)性構(gòu)件可以沿 著線圈與制冷劑室之間的任何合適的路徑或多條路徑延伸，并且可以延伸通過或圍繞任何 中間層。
熱導(dǎo)性構(gòu)件可以被設(shè)置為將熱量在線圈與制冷劑室之間僅在線圈表面區(qū)域的選 定的點(diǎn)或幾個(gè)點(diǎn)處，或者在連續(xù)或間斷的區(qū)域形式的多個(gè)點(diǎn)處傳輸。在一些實(shí)施例中，熱導(dǎo) 性構(gòu)件可以被設(shè)置為從線圈的不同部分收集熱量并將熱量輸送到制冷劑室。如此，熱導(dǎo)性 構(gòu)件可以將熱量從不直接或間接與制冷劑室相鄰的線圈的部分輸送到在使用中位于室中 的制冷劑，或至少輸送到其容納制冷劑的部分。 應(yīng)該理解的是，實(shí)際上，本發(fā)明將提供在鄰近線圈設(shè)置的制冷劑槽中的用于浸沒 線圈的制冷劑替換為接觸線圈以將熱量從線圈移除并傳遞到制冷劑的熱傳導(dǎo)構(gòu)件，從而為 制冷劑室相對(duì)于線圈的位置和大小提供更大的靈活性。線圈與熱導(dǎo)性構(gòu)件之間的接觸面積 越大，熱量可以從線圈引出的效率越高。 在優(yōu)選的實(shí)施例中，熱傳導(dǎo)構(gòu)件與線圈的表面區(qū)域的大部分相接觸。在實(shí)施例中， 熱導(dǎo)性構(gòu)件圍繞線圈的圓周的至少部分延伸。這樣，熱量可以被直接從線圈的較大部分引 出以提高冷卻率。熱導(dǎo)性構(gòu)件優(yōu)選被設(shè)置為接觸線圈表面的至少25%、更優(yōu)選至少50%并 且最優(yōu)選至少75%。熱導(dǎo)性構(gòu)件可以至少部分地環(huán)繞線圈。在這些實(shí)施例中，熱傳導(dǎo)構(gòu)件 可以接觸線圈的徑向外表面。熱導(dǎo)性構(gòu)件優(yōu)選被設(shè)置為接觸圍繞線圈圓周的至少25%、更 優(yōu)選至少50%并且最優(yōu)選至少75%延伸的線圈的區(qū)域。 假設(shè)熱導(dǎo)性被設(shè)置為以某些方式來便于熱量被傳遞到室的內(nèi)部，則熱導(dǎo)性構(gòu)件相 對(duì)于制冷劑室的內(nèi)表面延伸的程度并不是關(guān)鍵的。熱導(dǎo)性構(gòu)件可以，例如僅在一點(diǎn)處接觸 室的內(nèi)部。由于本發(fā)明允許制冷劑室的大小和存在的制冷劑的體積相對(duì)于依靠將線圈或多 個(gè)線圈浸沒在制冷劑中的現(xiàn)有技術(shù)裝置能夠被顯著減小，熱量可以跟容易地被傳遞到制冷 劑室的有限區(qū)域內(nèi)的任何制冷劑。相對(duì)于制冷劑室設(shè)置熱導(dǎo)性構(gòu)件的方式可以依據(jù)例如在 使用中制冷劑室的大小、制冷劑室與線圈之間的距離和位于室中的制冷劑的量等因素來適 當(dāng)選擇，以實(shí)線期望水平的熱傳遞。熱傳導(dǎo)構(gòu)件可以穿透制冷劑室的壁，或者在一些實(shí)施例 中，設(shè)想熱傳導(dǎo)構(gòu)件可以至少部分地限定制冷劑室的壁。 在一些實(shí)施例中，熱導(dǎo)性構(gòu)件可以被設(shè)置為將熱量從制冷劑室的一個(gè)部分分布到 另一個(gè)部分。因此，熱導(dǎo)性構(gòu)件可以被設(shè)置為其可以將熱量從在使用在容納制冷劑的制冷 劑室的部分傳導(dǎo)到不容納制冷劑的制冷劑室的部分。在一些實(shí)施例中，上述區(qū)域是圍繞室 的周界例如圓周的不同區(qū)域。在一些實(shí)施例中，熱導(dǎo)性構(gòu)件可以在一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)處接觸制 冷劑室的內(nèi)表面，該一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)可以以與如上所述的熱傳導(dǎo)構(gòu)件被設(shè)置為相對(duì)于線圈延 伸的方式相近似的方式在制冷劑室的連續(xù)或間斷的區(qū)域上延伸。在一些實(shí)施例中，熱導(dǎo)性 構(gòu)件可以圍繞制冷劑室的周界或圓周延伸。 在一些實(shí)施例中，無需制冷劑室或至少被填充有制冷劑的制冷劑室的一部分與線 圈同等延伸，熱量仍然可以在使用中被傳輸?shù)皆O(shè)置在制冷劑室中的制冷劑，從而允許與現(xiàn) 有技術(shù)的浸沒型系統(tǒng)相比能夠進(jìn)一步獲得制冷劑室的大小和所需制冷劑的量的減小。然 而，由于根據(jù)本發(fā)明可以使用的制冷劑室的大小相對(duì)較小，并且制冷劑室鄰近線圈，因此無 需沿著這些線路提供任何熱分布裝置。 在使用中，汽化的制冷劑通過擴(kuò)散移動(dòng)到再凝結(jié)單元。因此，在制冷劑的汽化與再 凝結(jié)的循環(huán)中的不同階段，隨著制冷劑從鄰近線圈的區(qū)域移動(dòng)到再凝結(jié)單元并再返回，制 冷劑室可能包括液態(tài)制冷劑與汽化制冷劑的混合物。 制冷劑室可以以確保當(dāng)在使用中制冷劑位于室內(nèi)時(shí)熱量可以被從線圈通過高熱導(dǎo)性構(gòu)件傳輸?shù)街评鋭┑娜魏畏绞絹硖峁?。制冷劑室位于超?dǎo)線圈附近。換而言之，制冷 劑靠近線圈，并且可以與線圈相鄰。例如，室可以直接與線圈相鄰，或通過一個(gè)或多個(gè)中間 層與線圈相分隔。制冷劑室被設(shè)置為在使用中位于室中的制冷劑不與線圈直接接觸。換而 言之，線圈不是被完全或部分地浸沒在液態(tài)制冷劑中。 由于高熱導(dǎo)性構(gòu)件將熱量傳送到制冷劑室的內(nèi)部，制冷劑室的壁可以在低溫溫度 下具有較低的熱導(dǎo)率，例如小于10W/m/K。然而，設(shè)想在一些實(shí)施例中熱導(dǎo)性構(gòu)件可以形成 制冷劑室的壁。 應(yīng)該理解的是，由于本發(fā)明的實(shí)施例僅需要包含相對(duì)少量的制冷劑，制冷劑室的 尺寸可以相對(duì)較小，從而允許與將線圈完全或部分地浸沒在制冷劑槽中的傳統(tǒng)系統(tǒng)相比能 夠獲得更為緊湊的裝置。制冷劑可以被限制在由制冷劑室的位置所限定的圍繞線圈的有限 區(qū)域。這能夠使得超導(dǎo)線圈和系統(tǒng)的其它部件顯著地比傳統(tǒng)系統(tǒng)所允許的更小更便宜。此 外，由于使用的制冷劑的量相對(duì)較小，系統(tǒng)可以更為經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，并且制冷劑消耗的減少可 以有利地降低對(duì)未來可能將更加稀缺的已經(jīng)消耗殆盡的例如液氦等制冷劑的供給的需求。
雖然與傳統(tǒng)裝置相比，本發(fā)明允許存在的制冷劑的量顯著減小，可能期望使用大 于所需的制冷劑的體積以為系統(tǒng)提供在冷卻器(cooler)失效時(shí)依然能繼續(xù)工作的能力。 本發(fā)明可以被應(yīng)用于具有體積范圍泛寬的制冷劑室的系統(tǒng)，例如從1升到500升，或者，在 一些實(shí)施例中，從2升到100升。 在一些實(shí)施例中，制冷劑室至少部分地環(huán)繞超導(dǎo)線圈。制冷劑室可以或可以不完 全環(huán)繞線圈。在實(shí)施例中，制冷劑室周向地環(huán)繞線圈。在實(shí)施例中，制冷劑室圍繞線圈的圓 周的至少50%并且更優(yōu)選至少75%延伸。在實(shí)施例中，制冷劑室為環(huán)形。制冷劑室優(yōu)選不 與線圈同等延伸(coextensive)。在優(yōu)選的實(shí)施例中，線圈具有與制冷劑室鄰近的區(qū)域，也 有不與制冷劑室鄰近的區(qū)域。例如，制冷劑室不需要在線圈的整個(gè)外表面區(qū)域上延伸。
應(yīng)該理解的是，在存在有多于一個(gè)線圈的實(shí)施例中，可以提供一個(gè)或多個(gè)制冷劑 室與系統(tǒng)的每個(gè)超導(dǎo)線圈相關(guān)聯(lián)，或者一個(gè)制冷劑室可以與多于一個(gè)線圈相關(guān)聯(lián)。
根據(jù)本發(fā)明，一旦熱量從線圈被傳遞到室中的制冷劑，熱量通過制冷劑來被傳輸 經(jīng)過到達(dá)再凝結(jié)單元的全部剩余距離。這與一些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)不同，在這些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng) 中固體熱導(dǎo)體將熱量直接傳輸?shù)皆倌Y(jié)單元的工作流體，而非傳輸?shù)狡該?dān)任傳熱介質(zhì) 的液態(tài)制冷劑。 制冷劑室以允許液態(tài)或汽化的制冷劑在使用中能夠在制冷劑室與再凝結(jié)單元之 間移動(dòng)的方式被連接到再凝結(jié)單元。優(yōu)選制冷劑室使用管道來連接到再凝結(jié)單元，即中空 管道，汽化的制冷劑可以流動(dòng)通過該中空管道。管道應(yīng)該由在低溫溫度下具有低熱導(dǎo)率的 材料形成，并優(yōu)選具有小于10W/m/K的熱導(dǎo)率。制冷劑室優(yōu)選包括通向管道的出口。連接 管道優(yōu)選為剛性管。 優(yōu)選管道延伸經(jīng)過制冷劑室出口與再凝結(jié)構(gòu)件即其制冷劑接觸部件之間的整個(gè) 距離。應(yīng)該理解的是，在存在多個(gè)線圈的情況下，再凝結(jié)單元可以與一個(gè)或多個(gè)線圈相關(guān) 聯(lián)，并且可以具有與各個(gè)線圈相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)再凝結(jié)單元。 連接管道可以具有任何合適的長(zhǎng)度。在超導(dǎo)線圈為由超導(dǎo)磁體構(gòu)成的超導(dǎo)磁線圈 的優(yōu)選的實(shí)施例中，再凝結(jié)單元應(yīng)該位于相距超導(dǎo)線圈充分距離處，以減小再凝結(jié)單元的 操作受到與線圈相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)干擾的危險(xiǎn)。典型地，超導(dǎo)線圈越大，與線圈相關(guān)聯(lián)的雜散磁場(chǎng)越大，并且可能需要使再凝結(jié)單元進(jìn)一步遠(yuǎn)離超導(dǎo)線圈。根據(jù)本發(fā)明，按照需要再凝結(jié)單
元可以位于距離線圈大約lm或更遠(yuǎn)距離處。從而允許再凝結(jié)單元的制冷器位于受到線圈
干擾的區(qū)域之外。在使用熱導(dǎo)體來將熱量輸送經(jīng)過從線圈到再凝結(jié)單元的整個(gè)距離的傳統(tǒng)
裝置中，將熱量輸送經(jīng)過相應(yīng)距離所需的固體熱導(dǎo)體的大小和質(zhì)量將過大。 系統(tǒng)優(yōu)選被設(shè)置為允許再凝結(jié)的制冷劑在重力的影響下返回到制冷劑室。在優(yōu)選
的實(shí)施例中，再凝結(jié)單元因此被設(shè)置為在使用中位于制冷劑室的水平高度之上，以允許再
凝結(jié)的制冷劑在重力的影響下，例如通過向下滴回到制冷劑室中返回到制冷劑室。 再凝結(jié)單元可以具有任何合適的結(jié)構(gòu)。再凝結(jié)單元優(yōu)選包括制冷器。制冷器在本
低溫超導(dǎo)性領(lǐng)域中是周知的器件，并且是使用氣體作為工作流體以將熱量從一個(gè)或多個(gè)冷
卻階段(cold stages)傳遞到室溫的往復(fù)式熱發(fā)動(dòng)機(jī)(reciprocating heat engine)。由
此再凝結(jié)單元優(yōu)選包括工作流體。制冷器可以具有為給定應(yīng)用提供所需水平的制冷劑冷卻
的任何合適的結(jié)構(gòu)。例如，比如具有大型磁體的大型線圈，將需要較大水平的冷卻能。再凝
結(jié)單元優(yōu)選包括至少一個(gè)冷卻指(cooling finger)，在使用中利用該冷卻指制冷劑可以再凝結(jié)。 本發(fā)明延伸到包含制冷劑的根據(jù)本發(fā)明的任何方面或?qū)嵤├南到y(tǒng)。制冷劑優(yōu)選 為液氦。 在制冷劑室包含制冷劑的實(shí)施例中，優(yōu)選制冷劑室的至少一部分不包含液態(tài)制冷 劑，而方法包括初始僅將制冷劑室部分地填充有制冷劑。在優(yōu)選的實(shí)施例中，制冷劑室初始 被填充液態(tài)制冷劑至低于室的高度的50%的水平。該水平是在裝置使用之前并且在任何制 冷劑汽化之前的水平。在這些實(shí)施例中，根據(jù)需要，通過熱導(dǎo)性構(gòu)件的適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，熱量依 然可以從線圈或制冷劑室的不鄰近制冷劑的區(qū)域傳遞，以使得制冷劑室的整個(gè)或大部分能 夠參與到冷卻中。 在優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明可以提供可旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，在該可旋轉(zhuǎn)的系統(tǒng)中即使當(dāng) 線圈旋轉(zhuǎn)時(shí)線圈的冷卻仍然可以進(jìn)行。優(yōu)選線圈，(及其制冷劑室)，可以沿著任一個(gè)方向 旋轉(zhuǎn)到90度，而不會(huì)妨礙線圈的冷卻。這可以通過提供至少部分地環(huán)繞線圈的制冷劑室并 且在使用中僅將室部分地填充有制冷劑使得當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)時(shí)制冷劑仍然可以環(huán)繞線圈圓周 的至少一部分來實(shí)現(xiàn)。于是線圈和制冷劑室的傾斜只不過可以導(dǎo)致制冷劑圍繞線圈流動(dòng) 以再次找到其自己的水平(find its own level)。這些實(shí)施例尤其能夠應(yīng)用于環(huán)形線圈， 在這些實(shí)施例中制冷劑室至少部分地環(huán)繞線圈。在一些實(shí)施例中制冷劑室優(yōu)選為周向彎曲 的。在汽化的制冷劑以在重力作用下的方式返回到制冷劑室的這些優(yōu)選實(shí)施例中，可旋轉(zhuǎn) 的水平可以最終僅由汽化的制冷劑在重力作用下返回到室中的能力所約束。
應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的系統(tǒng)包括作為系統(tǒng)的一部分的制冷劑回路，制冷劑在其 汽化和優(yōu)選地再凝結(jié)的循環(huán)過程中可以流動(dòng)通過該制冷劑回路。該回路包括制冷劑室、再 凝結(jié)單元和任何連接管道或多個(gè)連接管道。 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，制冷劑回路被密封，使得固定量的制冷劑將存在于系 統(tǒng)的整個(gè)操作中，例如降溫、升溫或失超。在一些實(shí)施例中，密封的回路可以包含膨脹容器， 用于容納制冷工作物質(zhì)(cryogenic working substance)在例如室溫的較高溫度下所增加 的體積。在其它可替代的實(shí)施例中，密封回路可以具有恒定的容積，并被設(shè)計(jì)為承受制冷物 質(zhì)(cryogenic substance)在例如室溫的較高溫度下的額外壓力。
如上所述，本發(fā)明免去了圍繞線圈設(shè)置制冷劑槽的需要。本發(fā)明允許超導(dǎo)線圈被 安裝在室溫真空容器中，優(yōu)選通過一個(gè)或兩個(gè)輻射屏蔽和一些絕緣件與環(huán)形相分隔。應(yīng)該 理解的是，真空容器不需要能夠承受當(dāng)線圈失超時(shí)可能發(fā)生的較大過壓。這是由于在線圈 失超的情況下可能會(huì)引起沸騰的存在于系統(tǒng)中的制冷劑的量相對(duì)較低，不足以需要使用壓 力容器，與使用制冷劑的傳統(tǒng)裝置例如液氦槽不同。如果在失超的過程中任何制冷劑以蒸 汽的形式被減少，其可以被安全地釋放到環(huán)境中，或被收集并再凝結(jié)以重復(fù)利用。在優(yōu)選的 實(shí)施例中，線圈或各個(gè)線圈被安裝在真空容器中，優(yōu)選在室溫真空容器中。真空容器優(yōu)選提 供系統(tǒng)的最外層。 一個(gè)或多個(gè)輻射屏蔽優(yōu)選位于線圈或各個(gè)線圈的外側(cè)，優(yōu)選在真空容器 與線圈之間。優(yōu)選一個(gè)或多個(gè)絕緣層位于(最外面的)輻射屏蔽與真空容器壁之間。
由于高熱導(dǎo)性構(gòu)件被提供以便于熱量在當(dāng)使用時(shí)位于制冷劑室中的制冷劑與超 導(dǎo)線圈之間傳遞，并且由于使用包含在使用中被再凝結(jié)的相對(duì)少量的制冷劑的小型制冷劑 室，本發(fā)明提供了與包含傳統(tǒng)制冷劑槽的現(xiàn)有技術(shù)裝置可以提供的相比更為緊湊的裝置， 并且通過去除將線圈浸沒在制冷劑槽中的需要，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了更大的自由度。例如， 制冷劑室可以位于相距線圈較短距離處以便于制造，或者為給定構(gòu)造的線圈提高線圈支撐 和壓力管理(stressmanagement)，并且可以為線圈選擇材料，和不需要必須適于浸沒在液 氦中的其它環(huán)繞部件。 系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括用于支撐線圈的支撐構(gòu)件。由于熱導(dǎo)性構(gòu)件的存在，可以將
熱導(dǎo)性較差的或沒有熱導(dǎo)性的層設(shè)置在制冷劑室與超導(dǎo)線圈之間，而不會(huì)損害制冷劑在使
用中冷卻線圈的能力，因?yàn)闊崃客ㄟ^熱導(dǎo)性構(gòu)件仍然可以被傳輸?shù)街评鋭?。在一些?shí)施例
中，支撐體因此可以位于線圈與制冷劑室之間，優(yōu)選在其徑向外側(cè)。在一些實(shí)施例中，支撐
構(gòu)件被提供在線圈的外側(cè)，并可以至少部分地周向環(huán)繞線圈或多個(gè)線圈。在本發(fā)明的這些
實(shí)施例中，發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)線圈與慣常巻繞在內(nèi)部線圈架上且被位于直接與線圈相鄰并在線圈外
側(cè)的例如氦槽中的制冷劑冷卻的線圈相比可以在更加極端的條件中操作。 在一些實(shí)施例中可以能夠去除對(duì)任何線圈的內(nèi)部支撐的需要。使用外部支撐可以
將線圈內(nèi)可利用的空間最大化，并減小在通向線圈的內(nèi)部的區(qū)域中的線圈的衰減效應(yīng)，從
而允許線圈的大小減小。例如，與依靠使用內(nèi)部支撐的裝置相比使用直徑更小的線圈可以
獲得相似的磁場(chǎng)，從而允許將設(shè)備制造地更加緊湊。 在包括支撐構(gòu)件的實(shí)施例中，無論相對(duì)于線圈位于內(nèi)部或是外部，支撐構(gòu)件可以 由任何合適的材料或多種材料制成或構(gòu)成，以根據(jù)線圈的例如大小和構(gòu)造為線圈提供所需 程度的支撐，并且無論是否存在有任何輔助支撐。支撐構(gòu)件優(yōu)選由與高熱導(dǎo)性構(gòu)件不同的 材料構(gòu)成或形成。支撐構(gòu)件優(yōu)選在低溫溫度下具有低熱導(dǎo)率，優(yōu)選在小于10W/m/K的范圍 中。優(yōu)選支撐體在低溫溫度下具有比高熱導(dǎo)性構(gòu)件更低的熱導(dǎo)率。在一些實(shí)施例中，支撐 體為不銹鋼支撐體。在制冷劑室環(huán)繞支撐構(gòu)件的實(shí)施例中，制冷劑室僅在支撐構(gòu)件的外表 面的選定的部分上延伸，即在使用中支撐構(gòu)件有不鄰近制冷劑室的區(qū)域。優(yōu)選制冷劑室覆 蓋的表面區(qū)域小于支撐構(gòu)件的最外表面的區(qū)域。其上延伸有制冷劑室的支撐構(gòu)件的部分對(duì) 應(yīng)于其上延伸有制冷劑室的線圈的部分。 在一些實(shí)施例中，支撐構(gòu)件限定制冷劑室的至少一部分。例如，至少制冷劑室的內(nèi) 壁可以由支撐構(gòu)件提供。在實(shí)施例中，支撐構(gòu)件包括位于其中的空腔，該空腔限定制冷劑室 的至少一部分。在一些實(shí)施例中，空腔為開放的空腔，并且最優(yōu)選其形式為限定在支撐體的外表面中的通道。在這些實(shí)施例中，支撐構(gòu)件可以在其外表面中限定至少一個(gè)制冷劑接納 通道。該通道可以為周向延伸通道。而且通道可以圍繞支撐體的整個(gè)圓周或僅其一部分延 伸。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的方面，提供了一種超導(dǎo)系統(tǒng)，包括
至少一個(gè)超導(dǎo)線圈； 制冷劑室，其位于所述超導(dǎo)線圈附近，用于在使用中包含制冷劑；禾口 —個(gè)或多個(gè)熱導(dǎo)體，該一個(gè)或多個(gè)熱導(dǎo)體被設(shè)置為在使用中便于熱量從所述至少
一個(gè)超導(dǎo)線圈傳遞到所述制冷劑室以將包含于該制冷劑室中的制冷劑汽化并從而將熱量
從所述至少一個(gè)線圈移除，所述一個(gè)或多個(gè)熱導(dǎo)體在低溫溫度下具有高熱導(dǎo)性； 其中所述制冷劑室與制冷劑再凝結(jié)單元流體連通，由此在使用中汽化的制冷劑可
以從所述制冷劑室流動(dòng)到所述制冷劑再凝結(jié)單元以在返回到所述制冷劑室之前被再凝結(jié)。 根據(jù)本發(fā)明的該進(jìn)一步的方面，各個(gè)所述一個(gè)或多個(gè)熱導(dǎo)體優(yōu)選在低溫溫度下具
有至少200W/m/K的熱導(dǎo)率。所述一個(gè)或多個(gè)熱導(dǎo)體優(yōu)選由銅形成。所述一個(gè)或多個(gè)熱導(dǎo)
體可以被設(shè)置為在所述超導(dǎo)線圈的表面與所述制冷劑室的內(nèi)部之間提供直接的熱傳導(dǎo)路
徑。所述一個(gè)或多個(gè)熱導(dǎo)體可以被設(shè)置為其可以將熱量從在使用中不包含制冷劑的所述制
冷劑室的部分傳導(dǎo)到在使用中包含所述制冷劑的所述制冷劑室的部分。所述制冷劑室可以
至少部分地周向環(huán)繞所述線圈。所述一個(gè)或多個(gè)熱導(dǎo)體可以被設(shè)置為在使用中將熱量從沒
有被所述制冷劑室環(huán)繞的所述線圈的部分傳導(dǎo)到所述制冷劑室。 所述系統(tǒng)可以被設(shè)置使得再凝結(jié)的制冷劑可以在重力的影響下返回到所述制冷 劑室。所述超導(dǎo)系統(tǒng)可以為超導(dǎo)磁系統(tǒng)，所述超導(dǎo)線圈被設(shè)置為當(dāng)電流通過該超導(dǎo)線圈時(shí) 產(chǎn)生磁場(chǎng)。 在實(shí)施例中，所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括用于支撐所述線圈的支撐構(gòu)件，其中所述 支撐構(gòu)件位于所述超導(dǎo)線圈與所述制冷劑室之間。所述支撐構(gòu)件可以至少部分地環(huán)繞所述 線圈。所述支撐構(gòu)件在低溫溫度下具有的熱導(dǎo)率小于10W/m/K。所述一個(gè)或多個(gè)熱導(dǎo)體可 以比所述支撐構(gòu)件具有更高的熱導(dǎo)率。 所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步在所述制冷劑室中包括制冷劑。所述室包含液態(tài)制冷劑，該
液態(tài)制冷劑將所述制冷劑室填充至低于所述室的高度的50%的水平。 根據(jù)進(jìn)一步的方面，本發(fā)明可以提供一種冷卻超導(dǎo)線圈的方法，該方法包括 提供超導(dǎo)系統(tǒng)，該超導(dǎo)系統(tǒng)包括至少一個(gè)超導(dǎo)線圈和制冷劑室，該制冷劑室位于
所述至少一個(gè)超導(dǎo)線圈附近，用于在使用中包含制冷劑，所述制冷劑室與制冷劑再凝結(jié)單
元流體連通； 提供一個(gè)或多個(gè)熱導(dǎo)體，該一個(gè)或多個(gè)熱導(dǎo)體被設(shè)置為在使用中便于熱量從所述
至少一個(gè)超導(dǎo)線圈傳遞到所述制冷劑室以將包含于該制冷劑室中的制冷劑汽化并從而將
熱量從所述至少一個(gè)線圈移除，其中所述一個(gè)或多個(gè)熱導(dǎo)體在低溫溫度下具有高熱導(dǎo)性； 在所述制冷劑室中提供制冷劑，并啟動(dòng)所述至少一個(gè)超導(dǎo)線圈，由此通過所述一
個(gè)或多個(gè)熱導(dǎo)體熱量從所述超導(dǎo)線圈被傳導(dǎo)到所述制冷劑室以將該制冷劑室中的所述制
冷劑汽化，并從而將熱量從所述至少一個(gè)線圈移除，汽化的制冷劑流動(dòng)到所述制冷劑再凝
結(jié)單元以在返回到所述制冷劑室之前被再凝結(jié)。 根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，本發(fā)明可以提供一種提供用于冷卻超導(dǎo)線圈的系統(tǒng)的
12方法，該方法包括
提供超導(dǎo)線圈； 提供制冷劑室，該制冷劑室位于所述超導(dǎo)線圈附近，用于在使用中包含制冷劑，將 所述制冷劑室設(shè)置為與制冷劑再凝結(jié)單元流體連通；禾口 將在低溫溫度下具有高熱導(dǎo)性的一個(gè)或多個(gè)熱導(dǎo)體設(shè)置為使得其可以在使用中 便于熱量從所述超導(dǎo)線圈傳遞到所述制冷劑室以將包含于該制冷劑室中的制冷劑汽化并 從而將熱量從所述線圈移除，其中汽化的制冷劑然后可以流動(dòng)到所述制冷劑再凝結(jié)單元以 在返回到所述制冷劑室之前被再凝結(jié)。 根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明可以提供一種使用如下所述的系統(tǒng)來冷卻超導(dǎo)線圈的 方法，該系統(tǒng)包括至少一個(gè)超導(dǎo)線圈；制冷劑室，其位于所述超導(dǎo)線圈附近，用于在使用中 包含制冷劑；和一個(gè)或多個(gè)熱導(dǎo)體，該一個(gè)或多個(gè)熱導(dǎo)體被設(shè)置為在使用中便于熱量從所 述至少一個(gè)超導(dǎo)線圈傳遞到所述制冷劑室以將包含于該制冷劑室中的制冷劑汽化并從而 將熱量從所述至少一個(gè)線圈移除，所述一個(gè)或多個(gè)熱導(dǎo)體在低溫溫度下具有高熱導(dǎo)性，其 中所述制冷劑室與制冷劑再凝結(jié)單元流體連通，由此在使用中汽化的制冷劑可以從所述制 冷劑室流動(dòng)到所述制冷劑再凝結(jié)單元以在返回到所述制冷劑室之前被再凝結(jié)，該方法包括 在所述制冷劑室中提供制冷劑，并啟動(dòng)所述超導(dǎo)線圈，由此通過所述一個(gè)或多個(gè)高熱導(dǎo)性 導(dǎo)體熱量從所述超導(dǎo)線圈被傳導(dǎo)到所述制冷劑室以將該制冷劑室中的所述制冷劑汽化，并 從而將熱量從所述線圈移除，汽化的制冷劑流動(dòng)到所述制冷劑再凝結(jié)單元以在返回到所述 制冷劑室之前被再凝結(jié)。


下面將參照附圖僅通過示例的方式對(duì)本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，其中附 圖包括 圖1為沿著包括本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的超導(dǎo)磁系統(tǒng)的縱向軸線在豎直方向上截取 的縱向剖視圖，并且該視圖對(duì)應(yīng)于沿著圖3的1-1線的截面； 圖2為從系統(tǒng)的一端沿著圖1的2-2線在豎直方向上截取的橫向剖視圖； 圖3表示圖1和圖2中展示的系統(tǒng)的示意透視圖，指示了位于系統(tǒng)兩端的線圈的
相互關(guān)系以及它們各自的再凝結(jié)單元，為了清晰圖中忽略了一些細(xì)節(jié)； 圖4示意性地表示了可以將根據(jù)本發(fā)明的線圈和支撐體容納在真空容器中而不 需要提供氦槽的方法；禾口 圖5為與圖4相對(duì)應(yīng)展示將氦槽增加到系統(tǒng)的效果的視圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參照?qǐng)D1至圖3對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述。系統(tǒng)為超導(dǎo)磁系統(tǒng)。系 統(tǒng)大體上為環(huán)形形狀，并限定沿縱向軸線的長(zhǎng)度L，和限定在垂直于縱向軸線的徑向方向上 的直徑R。系統(tǒng)包括第一和第二超導(dǎo)線圈3、3"，該第一和第二超導(dǎo)線圈3、3"為環(huán)形形狀， 且在相反的軸線端部處被安裝在公共支撐體12的內(nèi)表面上。線圈被設(shè)置以當(dāng)使用中電流 通過線圈的繞組時(shí)提供磁場(chǎng)。支撐體12為圓柱體套筒的形式。 應(yīng)該理解的是，在第二超導(dǎo)線圈3'的區(qū)域中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與位于另一端的線圈即第一超導(dǎo)線圈3的區(qū)域中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，因此以下將關(guān)于第一線圈3和與第一線圈3相關(guān) 聯(lián)冷卻系統(tǒng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。系統(tǒng)的與第二超導(dǎo)線圈3'相關(guān)的對(duì)應(yīng)部件被標(biāo)識(shí)有 相同的附圖標(biāo)記，但是還注釋有上標(biāo)符號(hào)("'")。為了簡(jiǎn)潔，僅對(duì)與第二超導(dǎo)線圈3'有關(guān) 的系統(tǒng)的主要特征進(jìn)行了標(biāo)示。 線圈3為鈮鈦或鈮錫低溫超導(dǎo)線圈，這些材料僅在臨界溫度以下表現(xiàn)為超導(dǎo)體。 對(duì)鈮鈦和鈮錫而言，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度分別為10. 1K和18. 5K。為了提供良好的性能，并能夠在 存在高磁場(chǎng)時(shí)具有較大的電流密度，由這些材料制造的超導(dǎo)線圈必須被冷卻到遠(yuǎn)低于超導(dǎo) 轉(zhuǎn)變溫度以下。如本領(lǐng)域中已知的那樣，超導(dǎo)線圈可以包括環(huán)繞線圈的細(xì)絲的保護(hù)屏蔽。超 導(dǎo)線圈不被巻繞在任何心軸上，而僅被位于線圈的徑向外側(cè)的支撐體12支撐?？涨?被限 定在環(huán)形線圈3的中心處。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明可適用于在超導(dǎo)應(yīng)用中使用的任何其它 類型的線圈，形狀規(guī)則或不規(guī)則的線圈，例如，用于諸如星溫磁縮熔合器(stellerators)、 粒子加速器、托卡馬克(tokamaks)等應(yīng)用中的雙極、四極、六極、D形線圈或其它線圈。
支撐體12包括徑向最內(nèi)表面13和徑向外表面15。第一超導(dǎo)線圈3被安裝在圍繞 支撐構(gòu)件12的內(nèi)表面13周向延伸的空腔中。第一超導(dǎo)線圈3包括徑向內(nèi)表面5和與支撐 體的內(nèi)表面13相接觸的徑向最外表面7。超導(dǎo)線圈還限定連接內(nèi)表面5與外表面7的第一 和第二表面9和11。支撐體12由在低溫溫度(cryogenic temperature)下具有低熱導(dǎo)率 的高強(qiáng)度材料形成，例如不銹鋼。不銹鋼在低溫溫度下具有約0.2W/m/K的熱導(dǎo)率。支撐體 12也是環(huán)形形狀的。 圖2更加清楚地展示了支撐體12如何周向地環(huán)繞線圈3的整個(gè)周界。
制冷劑室17由支撐體12部分限定。制冷劑室17被布置在支撐體12的徑向外側(cè)。 凹進(jìn)通道30被設(shè)置在支撐體12的外表面15中。凹進(jìn)通道30被支撐體12從超導(dǎo)線圈的 外表面徑向間隔開。通道30限定內(nèi)壁19和軸向間隔側(cè)壁21。 圍繞支撐體12周向延伸的蓋板23在通道30的任一側(cè)處被焊接到支撐體12的外 表面，以封閉通道并限定制冷劑接收室17。 圖2更加清楚地展示了通道30在與超導(dǎo)線圈3的位置相對(duì)應(yīng)的區(qū)域中圍繞支撐 體12周向延伸。在使用中，如圖1和圖2中室17的陰影部分所表示的，室被填充有一定量 的制冷劑，例如液氦。室圍繞線圈和支撐體的圓周完全延伸，除了位于到達(dá)通向再凝結(jié)單元 33的管道31的出口的底部處的區(qū)域。這樣，圍繞支撐體12和超導(dǎo)線圈3周向延伸的封閉 室17被提供，封閉室17并非與超導(dǎo)線圈直接熱接觸，而是被低熱導(dǎo)率支撐體12的一部分 從超導(dǎo)線圈間隔開。 由于支撐體12具有低熱導(dǎo)率，或者可以根本不展現(xiàn)任何導(dǎo)熱特性，為了在超導(dǎo)線 圈與制冷劑室17的內(nèi)部形狀之間提供導(dǎo)熱路徑，高熱導(dǎo)性構(gòu)件25被提供。高熱導(dǎo)性構(gòu)件 25為銅連接體的形式，其被焊接在超導(dǎo)線圈3的內(nèi)表面5的一端(見圖l)。銅熱導(dǎo)構(gòu)件在 低溫溫度下具有的熱導(dǎo)率大約為至少20W/m/K。這明顯大于在超導(dǎo)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部件的結(jié)構(gòu) 中慣常所使用的例如不銹鋼、鋁合金或玻璃增強(qiáng)聚酯等材料的熱導(dǎo)率，不銹鋼、鋁合金或玻 璃增強(qiáng)聚酯在低溫溫度下具有的熱導(dǎo)率分別為0. 2W/m/K、2W/m/K和0. 01W/m/K。
導(dǎo)熱構(gòu)件25圍繞超導(dǎo)線圈3和支撐體12的邊緣延伸，其另一端終結(jié)在塞27中。 塞27穿透蓋板23并具有焊接到其最內(nèi)面對(duì)表面的接觸板29。接觸板29在制冷劑室17內(nèi) 被聯(lián)接到蓋板23的內(nèi)表面。如此，接觸板29限定室17的內(nèi)表面的一部分。高熱導(dǎo)性構(gòu)件25、塞27和接觸板29均由高熱導(dǎo)性材料形成，例如銅。塞27可以被電子束焊接到蓋板29。 導(dǎo)熱構(gòu)件具有比支撐體12更高的熱導(dǎo)率。 從圖2中可以更為清楚地看到，熱導(dǎo)性構(gòu)件25圍繞制冷劑室17的整個(gè)外圓周延 伸，被設(shè)置在制冷劑室17的徑向外側(cè)，帶有穿透蓋板并在周向分隔的點(diǎn)處限定室的外壁的 塞27。設(shè)置在制冷劑室內(nèi)側(cè)的內(nèi)接觸板29圍繞制冷劑室的內(nèi)部的整個(gè)內(nèi)圓周延伸。如此， 熱量可以從線圈的任何部分傳輸?shù)街评鋭┦覂?nèi)部的任何部分，并且熱導(dǎo)性構(gòu)件可以將熱量 從制冷劑室的鄰近線圈的一部分的部分分布到制冷劑室的鄰近線圈的另一部分的部分。實(shí) 際上，盡管如圖2中所示制冷劑僅位于制冷劑室的下部中，熱量可以從與制冷劑室的被填 充有制冷劑的部分不相鄰的線圈的上方區(qū)域中的部分傳輸?shù)绞业南虏?，從而被制冷劑吸?以使制冷劑被熱導(dǎo)性構(gòu)件汽化。室可以例如被填充液態(tài)制冷劑到達(dá)室的高度的約50%的水平。 在系統(tǒng)的上方區(qū)域中，管道31在其底部開通到制冷劑室中，并通向再凝結(jié)單元 33。管道在其下端具有出口，該出口通向制冷劑室中以允許當(dāng)制冷劑在制冷劑室中被汽化 時(shí)制冷劑能夠被傳送到管道中從而到達(dá)再凝結(jié)單元33。這是通過沿著支撐體和線圈的圓周 部分在通向管道的出口的底部區(qū)域中將蓋板截?cái)鄟韺?shí)現(xiàn)的。再凝結(jié)單元為制冷器的形式， 該制冷器包括工作流體和冷卻指35，通過該冷卻指35汽化的制冷劑可以再凝結(jié)，之后在重 力的影響下向下滴回到支撐體上并回落到制冷劑室中。 下面將對(duì)系統(tǒng)冷卻線圈3的操作進(jìn)行描述。如圖1和圖2中示意地示出的，例如 液氦等液態(tài)制冷劑位于制冷劑室中，圖1和圖2將制冷劑表示為陰影區(qū)域。液態(tài)制冷劑最 初被填充至制冷劑室的高度的約50%。在使用中，超導(dǎo)線圈被啟動(dòng)，導(dǎo)致熱量產(chǎn)生。憑借熱 傳導(dǎo)構(gòu)件25的圍繞支撐體和線圈的整個(gè)外圓周周向延伸的部分以及在周向間隔的點(diǎn)處穿 透室的塞27，熱量通過熱傳導(dǎo)利用高熱導(dǎo)率構(gòu)件25從圍繞線圈的整個(gè)圓周被傳遞到制冷 劑室17的內(nèi)部。輸送到制冷劑室的一部分的熱量通過焊接到限定了制冷劑室17的外壁的 蓋板的內(nèi)部的接觸板29可以被分布到室的其它部分。如此，即使是在與制冷劑室17包含 液態(tài)制冷劑的部分不徑向相鄰的線圈的上方區(qū)域中產(chǎn)生的熱量，通過同時(shí)位于制冷劑室的 外部和內(nèi)部中的熱導(dǎo)性構(gòu)件也可以被分布到制冷劑室的含有液態(tài)制冷劑的其它部分。由于 高熱導(dǎo)性構(gòu)件25，盡管插入于線圈與制冷劑室之間的結(jié)構(gòu)支撐體12呈現(xiàn)非常低的熱傳導(dǎo) 性，熱量仍然可以被傳輸?shù)街评鋭┦抑械闹评鋭?應(yīng)該理解的是，液態(tài)制冷劑可以被保持在任何期望的水平，并且室可以例如被完 全填充。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果水平被保持在低于設(shè)備的高度的約50%，則線圈可以繞著其軸 線沿任一方向旋轉(zhuǎn)至90° ，而不會(huì)妨礙冷卻設(shè)備的操作，由于液態(tài)制冷劑將僅僅在制冷劑 室內(nèi)移動(dòng)以找到相同的水平，保留制冷劑室的在其上方區(qū)域中的部分不包含液氦，而汽化 的氦可以通過該制冷劑的在其上方區(qū)域中的不包含液氦的部分被傳輸?shù)焦艿?1的底部。
到達(dá)室中的液態(tài)制冷劑的熱量導(dǎo)致制冷劑汽化。汽化的制冷劑通過擴(kuò)散沿著圖2 和圖3中箭頭的方向向上移動(dòng)朝向通向再凝結(jié)單元33的管道31的出口的底部。制冷劑流 動(dòng)與再凝結(jié)指35相接觸并被冷卻，從而再凝結(jié)。再凝結(jié)的制冷劑滴落到位于管道的底部處 的支撐體的外表面上，并在重力的影響下移動(dòng)回到制冷劑室中。 如此，熱量通過制冷劑的汽化和再凝結(jié)被從超導(dǎo)線圈移除。應(yīng)該理解的是熱量通 過兩個(gè)機(jī)理被傳遞離開線圈。熱量利用熱導(dǎo)性構(gòu)件通過傳導(dǎo)過程經(jīng)過線圈與制冷劑室之間
15的相對(duì)較短的距離從線圈移動(dòng)到制冷劑室中的制冷劑。用于將熱量從制冷劑室傳遞到再凝 結(jié)單元的機(jī)理為將制冷劑本身作為傳熱介質(zhì)的擴(kuò)散機(jī)理。通過使用合適的管道組，再凝結(jié) 單元可以位于相距線圈任何期望距離處。如此，再凝結(jié)單元可以位于可能受到由使用中的 超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的任何磁場(chǎng)所引起的妨礙的區(qū)域之外。使用制冷劑作為傳熱介質(zhì)將熱量經(jīng)過 線圈與再凝結(jié)單元之間的熱傳送路徑的這段相對(duì)較長(zhǎng)的部分從制冷劑室傳遞到再凝結(jié)單 元可以避免如果使用固體導(dǎo)體時(shí)可能遭受的發(fā)生顯著的溫度梯度的問題。此外，使用汽化 氦作為傳熱介質(zhì)可以顯著地減小系統(tǒng)的龐大程度。并且與使用熱導(dǎo)體能夠?qū)嶋H實(shí)現(xiàn)的熱傳 輸距離相比能夠使熱傳輸經(jīng)過的更長(zhǎng)的距離。作為例子，為了將2W的熱量傳導(dǎo)經(jīng)過lm的 距離，通過粗略的說明性計(jì)算，在路徑長(zhǎng)度上的溫差為0. 5K，需要傳導(dǎo)率為600W/m/K并具 有約100mm的直徑且質(zhì)量約為600Kg的固體銅熱聯(lián)接件。所需的導(dǎo)體的質(zhì)量與涉及的距離 的平方成正比。應(yīng)該理解的是，在本發(fā)明的實(shí)施例中制冷劑室位于超導(dǎo)線圈附近，并且僅需 要在較短的范圍上進(jìn)行熱傳導(dǎo)。發(fā)現(xiàn)使用液態(tài)氦作為傳熱介質(zhì)還可以在再凝結(jié)單元與超導(dǎo) 線圈之間提供更好的振動(dòng)隔絕。 由于超導(dǎo)線圈無需像傳統(tǒng)裝置中那樣被浸入到槽中或制冷劑中，如示出的實(shí)施例 中所示支撐體可以位于線圈的外部。例如，如果需要線圈可以在其外表面上通過堅(jiān)硬卡圈 而被加固。這可以允許線圈與通常巻繞在心軸或其它內(nèi)部支撐體上并且被位于圍繞其外部 表面的氦槽冷卻的線圈相比能夠在更為極端的條件中操作。 由于線圈并非被內(nèi)部線圈架支撐或被氦槽環(huán)繞，線圈可以被制造地更加緊湊，這 增加了線圈的效率，并減少了生成期望的磁場(chǎng)所需的超導(dǎo)體的量。 此外，與傳統(tǒng)的浸沒型裝置相比，制冷劑室中所需的制冷劑的量相對(duì)較小，而且制
冷劑室本身的大小可以被減小，以提供更加空間高效(spaceefficient)的裝置。這是因?yàn)?br> 通過使用熱導(dǎo)性元件熱量被迅速地沒有顯著損失地從線圈的所有區(qū)域傳送到制冷劑室，并
且熱量可以被分布到制冷劑室內(nèi)以確保輸送到所提供的制冷劑的量被最大化。 制冷劑回路，即制冷劑室、管道和再凝結(jié)單元可以被密封，使得貫穿整個(gè)操作循
環(huán)，包括降溫、升溫以及可能發(fā)生的失超，回路均包含固定量的制冷物質(zhì)。密封的回路可以
包含擴(kuò)大的容器，用于容納制冷劑在室溫下增加的體積。在其它的實(shí)施例中，密封的回路可
以具有恒定的容積，并且可以被設(shè)計(jì)為承受制冷劑在被升溫到室溫時(shí)所增加的壓力。 由于位于系統(tǒng)中的制冷劑的量相對(duì)較小，在發(fā)生失超的情況下，即線圈從超導(dǎo)狀
態(tài)變?yōu)橛凶锠顟B(tài)，將其磁能轉(zhuǎn)化為熱量，并導(dǎo)致大部分或全部制冷劑汽化，釋放的蒸汽的量
可以被減少到可以被安全地釋放到環(huán)境中或被收集以再利用的程度。由于例如液氦等制冷
劑預(yù)計(jì)將變?yōu)橄鄬?duì)稀缺的資源，使用較小量的氦來操作系統(tǒng)并允許氦被再循環(huán)利用的能力
是有利的。 圖4和圖5示出了本發(fā)明通過允許取消氦槽而可以提供的優(yōu)點(diǎn)。圖4示出了如果 磁體被傳統(tǒng)氦槽環(huán)繞時(shí)需要被包含的層。放置在支撐體52中的磁線圈50被氦容器環(huán)繞， 該氦容器將氦層54收集在線圈和支撐體的外表面與容器的內(nèi)表面之間。在該裝置中，一個(gè) 或多個(gè)輻射屏蔽56被放置在氦容器的外側(cè)。絕緣層例如多層絕緣58被放置在輻射屏蔽或 多個(gè)輻射屏蔽56與作為最外面的部件的真空容器60之間。 圖4示出了氦層54如何根據(jù)本發(fā)明可以被去除，從而提供更加緊湊的設(shè)備，在該 設(shè)備中線圈通過一個(gè)或兩個(gè)薄輻射屏蔽和一些多層絕緣可以被放置在其成型元件中并被安裝在室溫真空容器中。輻射屏蔽被設(shè)置為攔截來自環(huán)繞該設(shè)備的環(huán)境的任何熱輻射，該 裝置可以在例如室溫下，減小磁體上的熱負(fù)荷。系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)部分被標(biāo)示有上標(biāo)符號(hào)("'")。
權(quán)利要求
一種超導(dǎo)系統(tǒng)，包括至少一個(gè)超導(dǎo)線圈，和制冷劑室，其位于所述超導(dǎo)線圈附近，用于在使用中容納制冷劑；其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括熱傳導(dǎo)構(gòu)件，該熱傳導(dǎo)構(gòu)件被設(shè)置為在使用中便于熱量從所述至少一個(gè)超導(dǎo)線圈傳遞到所述制冷劑室，以將容納于該制冷劑室中的制冷劑汽化并從而將熱量從所述至少一個(gè)線圈移除，所述熱導(dǎo)性構(gòu)件在低溫溫度下具有高熱導(dǎo)性；并且其中所述制冷劑室與制冷劑再凝結(jié)單元流體連通，由此在使用中汽化的制冷劑能夠從所述制冷劑室流動(dòng)到所述制冷劑再凝結(jié)單元以在返回到所述制冷劑室之前被再凝結(jié)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述高熱導(dǎo)性構(gòu)件在低溫溫度下具有至少 200W/m/K的熱導(dǎo)率。
3. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的超導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述高熱導(dǎo)性構(gòu)件為銅。
4. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的超導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述高熱導(dǎo)性構(gòu)件被設(shè)置為在所述 超導(dǎo)線圈的表面與所述制冷劑室的內(nèi)部之間提供直接熱傳導(dǎo)路徑。
5. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的超導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述高熱導(dǎo)性構(gòu)件被設(shè)置為其能夠 將熱量從在使用中不容納制冷劑的所述制冷劑室的部分傳導(dǎo)到在使用中容納制冷劑的所 述制冷劑室的部分。
6. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的超導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述制冷劑室至少部分地周向環(huán)繞 所述線圈。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述高熱導(dǎo)性構(gòu)件被設(shè)置為在使用中將熱量從沒 有被所述制冷劑室環(huán)繞的所述線圈的部分傳導(dǎo)到所述制冷劑室。
8. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被設(shè)置使得再凝結(jié)的制冷劑能 夠在重力的影響下返回到所述制冷劑室。
9. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的超導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述超導(dǎo)系統(tǒng)為超導(dǎo)磁系統(tǒng)，所述 超導(dǎo)線圈被設(shè)置為當(dāng)電流通過該超導(dǎo)線圈時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)。
10. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的超導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于支撐所 述線圈的支撐構(gòu)件，其中所述支撐構(gòu)件位于所述超導(dǎo)線圈與所述制冷劑室之間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的超導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述支撐構(gòu)件至少部分地環(huán)繞所述線圈。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的超導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述支撐構(gòu)件在低溫溫度下具有的熱 導(dǎo)率小于10W/m/K。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO至12中的任一項(xiàng)所述的超導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述高熱導(dǎo)性構(gòu)件具有比 所述支撐構(gòu)件更高的熱導(dǎo)率。
14. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步在所述制冷劑室中包括制冷劑。
15. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述制冷劑室容納液態(tài)制冷劑，該液態(tài) 制冷劑將所述制冷劑室填充至低于所述制冷劑室的高度的50%的水平。
16. —種冷卻超導(dǎo)線圈的方法，該方法包括提供超導(dǎo)系統(tǒng)，該超導(dǎo)系統(tǒng)包括至少一個(gè)超導(dǎo)線圈和制冷劑室，該制冷劑室位于所述 至少一個(gè)超導(dǎo)線圈附近，用于在使用中容納制冷劑，所述制冷劑室與制冷劑再凝結(jié)單元流 體連通，該方法進(jìn)一步包括提供熱傳導(dǎo)構(gòu)件，該熱傳導(dǎo)構(gòu)件被設(shè)置為在使用中便于熱量從所述至少一個(gè)超導(dǎo)線圈傳遞到所述制冷劑室，以將容納于該制冷劑室中的所述制冷劑汽化并從 而將熱量從所述至少一個(gè)線圈移除，其中所述熱導(dǎo)性構(gòu)件在低溫溫度下具有高熱導(dǎo)性；在所述制冷劑室中提供制冷劑，并啟動(dòng)所述至少一個(gè)超導(dǎo)線圈，由此熱量通過所述高 熱導(dǎo)性構(gòu)件從所述超導(dǎo)線圈被傳導(dǎo)到所述制冷劑室以將該制冷劑室中的所述制冷劑汽化， 并從而將熱量從所述至少一個(gè)線圈移除，汽化的制冷劑流動(dòng)到所述制冷劑再凝結(jié)單元以在 返回到所述制冷劑室之前被再凝結(jié)。
17. —種使用根據(jù)權(quán)利要求1至15中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)來冷卻超導(dǎo)線圈的方法，該 方法包括在所述制冷劑室中提供制冷劑，并啟動(dòng)所述超導(dǎo)線圈，由此熱量通過所述高熱導(dǎo) 性構(gòu)件從所述超導(dǎo)線圈被傳導(dǎo)到所述制冷劑室以將該制冷劑室中的所述制冷劑汽化，并從 而將熱量從所述線圈移除，汽化的制冷劑流動(dòng)到所述制冷劑再凝結(jié)單元以在返回到所述制 冷劑室之前被再凝結(jié)。
18. —種提供用于冷卻超導(dǎo)線圈的系統(tǒng)的方法，該方法包括 提供超導(dǎo)線圈；提供制冷劑室，該制冷劑室位于所述超導(dǎo)線圈附近，用于在使用中容納制冷劑，將所述 制冷劑室設(shè)置為與制冷劑再凝結(jié)單元流體連通；禾口將在低溫溫度下具有高熱導(dǎo)性的熱導(dǎo)性構(gòu)件設(shè)置為使得其在使用中便于熱量從所述 超導(dǎo)線圈傳遞到所述制冷劑室，以將包含于該制冷劑室中的制冷劑汽化并從而將熱量從所 述線圈移除，其中汽化的制冷劑然后能夠流動(dòng)到所述制冷劑再凝結(jié)單元以在返回到所述制 冷劑室之前被再凝結(jié)。
19. 根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)或方法，其中所述超導(dǎo)線圈為環(huán)形線圈。
全文摘要
一種超導(dǎo)系統(tǒng)包括安裝在支撐體(12)中的超導(dǎo)線圈(3)。線圈被制冷劑室(17)環(huán)繞，該制冷劑室在支撐體(12)的另一側(cè)上位于線圈(3)的徑向外側(cè)。制冷劑室與制冷劑再凝結(jié)單元(33)流體連通，由此在使用中汽化的制冷劑可以從制冷劑室(17)流動(dòng)到制冷劑再凝結(jié)單元以在返回到制冷劑室之前被再凝結(jié)。熱導(dǎo)性構(gòu)件(25)被設(shè)置為便于熱量從超導(dǎo)線圈(3)傳遞到制冷劑室(17)以將容納在制冷劑室中的制冷劑汽化，并從而將熱量從線圈移除。因此熱傳導(dǎo)路徑被用于將熱量從線圈傳遞到制冷劑室中的制冷劑，而汽化的制冷劑在制冷劑室與再凝結(jié)單元之間的較長(zhǎng)的距離上擔(dān)任傳熱介質(zhì)。
文檔編號(hào)F25D19/00GK101796597SQ200880102830
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2008年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月10日
發(fā)明者弗雷德里克·托馬斯·大衛(wèi)·戈?duì)柕? 邁克爾·科林·貝格 申請(qǐng)人:特斯拉工程有限公司