[发明专利]适合冷态运输的超导磁体支撑结构

说明书

本发明公开了适合冷态运输的超导磁体支撑结构，包括插入密封运输口的支撑筒，其中：支撑筒具有从外至内依次设置的室温端连接部、冷屏热拦截环以及冷端连接筒；室温端连接部压紧固定在低温杜瓦外壳的外侧，内壁与冷屏热拦截环之间还设有密封通道；冷屏热拦截环外壁与冷屏密封连接，内壁设冷端连接筒；冷端连接筒内部设中空腔；密封通道内固定有波纹管；波纹管一端固定在低温杜瓦外壳内壁，另一端自由地向支撑筒的室温端连接部延伸,室温端连接部内壁与低温杜瓦外壳的外侧之间设置有支撑筒垫块。本发明的超导磁体支撑结构，实现了不用先升温放液氦破坏真空，仍然能够保持超导磁体的真空稳定性进行运输，节约了超导磁体运输成本。

技术领域

本发明涉及超导磁体技术领域，特别是涉及适合冷态运输的超导磁体支撑结构。

背景技术

普通超导磁体结构，磁场由超导线圈里的电流产生。为了维持线圈导线的超导状态，线圈必须保持在极低的温度下，一般是由液氦和低温制冷机的冷头来维持稳定低温的。超导线圈被浸泡在低温杜瓦的液氦容器的液氦里。为了有效的阻止外界的热通过传导、对流或辐射传导至液氦杜瓦而导致液氦的蒸发，超导线圈和杜瓦的低温容器必须放在真空腔和其中的防辐射的冷屏和多层防热辐射薄膜包裹的内部。真空由杜瓦的室温容器维持。但是，无论再好的低温系统也不能完全消除外界的热进入液氦容器，剩余的热辐射和液氦容器在真空中的悬挂系统是主要的漏热途径。冷头的作用是将从支撑原件和剩余辐射的漏入的热量移去，也可以说是将漏热蒸发的氦气液化返回液态。

由于超导磁体的温度处于接近绝对零度的4.2K，周围环境的大量热能有向低温杜瓦内部传导的倾向，其中部分热量是通过磁体的悬挂系统。一般磁共振用磁体的液氦杜瓦和其内部的线圈在几百千克到几吨重。将这个低温杜瓦悬挂在真空中是通过一个经过精心设计的悬挂机构完成的。过于坚固的悬挂机构可能会加大漏热，目前的悬挂机构主要由玻璃钢，碳纤维，或合金材料制作。这些材料的共同特点是高机械强度，高抗拉性能，和低热传导系数。经久稳定和在真空里不挥发气体组分也是必须具备的性能。即便使用如此优良性能的材料，热传导也是不能完全消除的，如果这些漏热接近或大于低温冷头的制冷功率，就可能会产生液氦的挥发消耗，给磁体的长期稳定运行带来障碍。所以，精细的悬挂机构设计通常会选取适当的安全系数，使得磁体在运输的过程中是安全的，同时漏热足够地小，可以由一个低温冷头给予降温。

但是，随着磁体的尺寸或磁场的增加，如7T（特斯拉）的磁体，磁场线圈和低温杜瓦的重量会加大，要求更加坚固的悬挂机构，这就意味着悬挂机构会带来更大的漏热。当一个冷头的制冷功率不足以平衡这个漏热时，液氦就会开始消耗。

重新达到平衡的方法之一是增加冷头。这是一个相对昂贵的方案。冷头和与之相配合的氦气压缩机价格高，而且需要附加水冷或风冷系统，也增加了电力消耗。

重新达到平衡的另一个方法是不增加悬挂机构的强度，这时的磁体只是在静止状态时是安全的，运输过程中，磁体必须由附加的支撑机构来固定，使悬挂机构得到保护。磁体真空外壳和冷屏上有四对同心的孔，同一位置，在最里面的液氦容器端面有四个螺丝孔。在正常情况下，真空外壳上的四个孔，由四个真空盲板和密封圈盖住并密封保持真空。有运输附加支撑的磁体在运输时，运输孔安装运输支撑筒，并和里面的液氦杜瓦以及外面的真空外壳用螺丝紧固连接。

这样的运输支撑机构有效的将线圈和低温杜瓦的重量和运输时受到的冲击力通过更加坚固的支撑筒传到外壳上。有效地保护了磁体原有的绝热支撑。这个方案的缺点是需要破坏真空，从而彻底地将磁体恢复到常温状态。磁体的回温不仅要浪费大量的液氦，还需要大量的时间。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种使得线圈和低温杜瓦在不破坏真空的情况下，被有效地支撑起来，而且漏热被控制在允许范围之内，超导磁体可以支持在冷态的情况下运输磁体。可以在不增加太多漏热的情况下，增加外壳对其内部的低温杜瓦和线圈的支撑，以有效地抵御运输过程中可能产生的机械冲击，保护超导磁体内部的悬挂机构的适合冷态运输的超导磁体支撑结构。