具有传热装置的低损耗持续电流开关的制作方法_3

文档序号:8909069阅读:来源:国知局
级元件203的第二热交换器205)之间。有益地,在一些实施例中,导热散热链206包括在超导温度(例如,大约4° K)下具有第一导热系数而在大于超导温度的第二温度(例如,大约40° K)下具有第二导热系数的材料,其中,第一导热系数大于第二导热系数。
[0053]在一些实施例中,磁体控制器380可以包括存储器(例如,易失性存储器和/或非易失性存储器)和处理器(例如,微处理器)。处理器可以被配置为运行被存储在存储器中的计算机程序指令,以令磁体系统300执行如在本文中描述的一个或多个动作和/或过程。
[0054]现在将关于图3描述对持续电流开关207及其相关联的散热布置的示范性操作的解释。
[0055]在操作中,可以包括第一热交换器204和/或冷头201的第一级元件202的第一热交换元件能够被设置为使得所述第一热交换元件位于持续电流开关207上方。在这方面,第一热交换元件可以被或不被设置在持续电流开关的正上方,但是有益的是,第一热交换元件被设置在相对于地面比持续电流开关207更高的高度或位置处。
[0056]在操作中,超导对流冷却回路308具有被设置在所述超导对流冷却回路308中的低温流体(例如,液态或气态氦)。冷头201由压缩机306驱动来冷却超导对流冷却回路308中的低温流体。超导对流冷却回路308继而将(一个或多个)导电线圈313冷却到超导温度(例如,大约4° K),其中,(一个或多个)导电线圈313是超导的。此时,第一热交换器204被设置在绝热区域314b中,并且能够被热耦合到热屏蔽315。相应地,第一热交换器204处于第一温度(例如,大约40° K),所述第一温度大于内部区域314a中的超导对流冷却回路308 (—个或多个)导电线圈313的超导温度(例如,大约4° K) ο
[0057]在启动或磁体激励期间,(一个或多个)导电线圈313被充电,以产生具有期望的场强度的磁场。为了做到这一点,持续电流开关加热器208被激活或打开(例如,在磁体控制器380的控制下),以便将持续电流开关207加热到大于超导温度的电阻模式温度。当持续电流开关207被加热到电阻模式温度时,所述持续电流开关207处于具有在几欧姆或几十欧姆的范围内的阻抗的电阻状态。由于持续电流开关207处于电阻状态,因此(一个或多个)导电线圈313通过从电源(在低温恒温器301外部并且未在图3中图示)施加电力来激励。这能够经由第一导电充电链209a和第二导电充电链209b来执行,从而引起(一个或多个)导电线圈313产生磁场。由(一个或多个)导电线圈313产生的磁场可以通过继续从电源供应电力而被斜坡上升到期望的场强度或目标场强度。
[0058]当持续电流开关207处于电阻状态时,在传导充电链209a与209b之间的电压引起电流流过持续电流开关207,这继而引起持续电流开关207中的能量消耗。该能量消耗采取使持续电流开关207的温度升高的热的形式。在一些实施例中,在电流从电源流过持续电流开关207之后,通过电阻性损耗生成的热可以足以使持续电流开关维持在电阻模式温度或之上,以便继续以电阻状态操作。在一些实施例中,持续电流开关加热器208可以被停用或关闭,但是此时继续从电源供应电力。
[0059]在磁体激励时期期间,对流散热回路205将热从持续电流开关207转移到第一热交换器204。在示范性实施例中,第一热交换器204在绝热区域314b中被设置在热屏蔽315的外部。而且,第一热交换器204可以处于大于超导温度(例如,大约4° K)的第一温度(例如,大约40° K)。在一些实施例中,持续电流开关207的温度大于第一热交换元件204的第一温度。相应地,由于第一热交换器204被设置在持续电流开关207上方,热可以经由对流散热回路205从持续电流开关207对流地流动到第一热交换器204。以这种方式,由持续电流开关207在磁体激励时期期间生成的热负荷可以被转移到被设置在热屏蔽315外部的、冷头201的第一级元件202,而并非被转移到被设置在内部区域314a中的更冷的、效率更低的、冷头201的第二级元件203。
[0060]在一些实施例中,对流散热回路205可以包括两相热管。在这种情况下,例如,液体可以通过重力从第一热交换器204流到持续电流开关207,在所述持续电流开关207中,来自持续电流开关207的热将液体变为气体,所述气体然后通过对流向上流到第一热交换器204,在所述第一热交换器204中,热被去除并且气体被液化。
[0061]如以上所提及的,此时,在磁体激励时期期间,归因于电力在持续电流开关207中被消耗,持续电流开关207处于提升的温度(例如,>40° K),所述温度大于超导温度(例如,大约4° K) ο相应地,在一些实施例中,导热散热链206被连接到持续电流开关207。导热散热链206处于提升的温度,并且具有比其在超导温度下的导热系数更大的导热系数。相应地,在这样的实施例中,很少或没有热可以经由导热散热链206从持续电流开关207转移到内部区域314a中的第二热交换元件(例如,冷头201的第二级元件203或第二热交换器305)。有益地,这减少或防止超导对流冷却回路308中的低温液体的沸腾,所述超导对流冷却回路308被热耦合到冷头201的第二级元件203。
[0062]在(一个或多个)导电线圈313已经被激励到产生期望的场强度的磁场之后,当磁体系统300转变为正常操作时,持续加热器开关208被停用或关闭(例如,在磁体控制器308的控制下),并且电源与(一个或多个)导电线圈313断开。相应地,持续温度开关的温度降低。
[0063]一旦持续电流开关207到达小于第一热交换器204的第一温度(例如,大约40° K)的温度,则对流散热回路205就会停滞,并且很少或没有热从更高温度的第一热交换器204转移到被定位在其下方的更冷的持续电流开关207。在一些实施例中,当持续电流开关207的温度下降时,导热散热链206的导热系数增加,以便将增加的热量从持续电流开关207传送到内部区域314a中第二热交换元件(例如,冷头201的第二级元件203或第二热交换器305)。最后,持续电流开关207冷却到超导温度(例如,大约4° K),并切换到其超导状态。此时,磁体系统300如以上所讨论的那样以持续模式正常地操作。
[0064]图4是图示激励并操作具有超导磁体和持续电流开关的磁体系统(例如,磁体系统300)的示范性方法400的流程图。
[0065]在步骤410中,磁体(例如,一个或多个导电线圈)例如通过压缩机和冷头被冷却到超导温度(例如,大约4° K) ο
[0066]在步骤420中,磁体激励时期开始,并且持续电流开关加热器被打开或激活,以便将持续电流开关加热到电阻模式温度,使得持续电流开关处于电阻状态。
[0067]在步骤430中,从外部电源施加能量以给磁体的磁场充电。
[0068]在步骤440中,热经由对流散热回路从持续电流开关对流地消散到第一热交换元件。第一热交换元件典型地处于大于磁体系统的超导温度的第一温度(例如,大约40° K),并且被设置在持续电流开关上方。有益地,如以上所描述的,第一热交换元件可以被设置在低温恒温器的绝热区域中,并且在被提供在磁体系统的低温恒温器中的热屏蔽的外部。
[0069]在步骤450中,(例如,通过磁体控制器)确定磁体是否已经被激励到产生期望的强度或密度的磁场。在一些实施例中,这应当通过测量通过磁体(例如,(一个或多个)导电线圈313)的电流或通过使用场探头来完成。
[0070]如果在步骤450中确定磁体尚未被激励到期望的磁场强度,则步骤420至440被继续。
[0071]然而,如果在步骤450中确定磁体已经被激励到期望的磁场强度,则该过程前进到步骤460。
[0072]在步骤460中,持续电流开关加热器可以被关闭或停用。在一些实施例中,如果流过持续电流开关的电流生成足够的散热以将持续电流开关维持在电阻状态,则持续电流开关加热器可以在更早的步骤处已经被关闭。在这种情况下,在步骤450中已经确定磁体已经被
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