阅读说明：本技术 一种超导磁体励磁电极冷却绝缘装置 (Superconducting magnet excitation electrode cooling and insulating device ) 是由 董振斌 高而震 刘向军 宗磊 马启元 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种超导磁体励磁电极冷却绝缘装置,包括无氧铜导冷容器,以及贯穿地连接无氧铜导冷容器的电极,其中：无氧铜导冷容器内设中空腔体以贮存惰性气体,一端设置冷端连接部以连接冷头冷端,另一端设置热端以连接磁体冷屏,设置电极贯穿口一和电极贯穿口二供给电极连接使用；电极贯穿口一内设绝缘密封件一绝缘密封；电极贯穿口上端与电极连接部位布置贮液缝以贮存固态惰性气体或液态惰性气体,贯穿口下端内设置绝缘密封件二。本发明的超导磁体励磁电极冷却绝缘装置,保证了超导磁体在整个励磁过程具有足够的冷却量,还保证具有较好的绝缘性能,可以更好地保证超导磁体在工作前、工作过程以及工作后的整个制冷以及安全性能。(The invention discloses a superconducting magnet excitation electrode cooling and insulating device, which comprises an oxygen-free copper cold conduction container and an electrode which is connected with the oxygen-free copper cold conduction container in a penetrating way, wherein: the oxygen-free copper cold conduction container is internally provided with a hollow cavity for storing inert gas, one end of the oxygen-free copper cold conduction container is provided with a cold end connecting part for connecting a cold end of a cold head, the other end of the oxygen-free copper cold conduction container is provided with a hot end for connecting a cold shield of a magnet, and an electrode through hole I and an electrode through hole II are arranged for connecting electrodes; an insulating sealing element is arranged in the first electrode penetrating opening for insulating sealing; liquid storage seams are arranged at the connecting parts of the upper ends of the electrode through holes and the electrodes to store solid inert gas or liquid inert gas, and insulating sealing pieces II are arranged at the lower ends of the through holes. The superconducting magnet excitation electrode cooling and insulating device ensures that the superconducting magnet has enough cooling capacity in the whole excitation process and better insulating property, and can better ensure the whole refrigeration and safety performance of the superconducting magnet before, during and after work.)

一种超导磁体励磁电极冷却绝缘装置

技术领域

本发明涉及冷却绝缘装置技术领域，特别是涉及一种超导磁体励磁电极冷却绝缘装置。

背景技术

常规绝缘材料的导热系数都很低，不能满足在较小接触面积下的导冷要求，不利于磁体小型化。尤其是在超导磁体励磁过程中，需要对励磁线圈的4K端保证充足的冷量制冷，并且要保准电极端具有足够的绝缘性，才能保证超导磁体励磁时电极具有足够的冷量，保证电极在4K端产生的焦耳热及电极漏热能够得到及时的冷却，同时还需保证电极具有很好的绝缘效果。

在现有的超导体磁力工作过程中，经常会出现磁体过热现象，导致需要停机检修。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种电极冷却装置在磁体励磁时冷却电极产生的焦耳热及电极漏热，以保证磁体电极下端的温度在4K，并保护电极与磁体冷却部分绝缘具有较好的绝缘性能。

本发明所采用的技术方案是：一种超导磁体励磁电极冷却绝缘装置，包括无氧铜导冷容器，以及贯穿地连接无氧铜导冷容器的电极，其中：

无氧铜导冷容器，内设中空腔体以贮存惰性气体，一端设置冷端连接部以连接冷头冷端，另一端设置热端以连接磁体冷屏进而为磁体冷屏放热，设置电极贯穿口一和电极贯穿口二供给电极连接使用；

电极贯穿口一内设绝缘密封件一绝缘密封；

电极贯穿口二，设置为倒T字型结构，上端与电极连接部位布置贮液缝以贮存固态惰性气体或液态惰性气体，贯穿口下端内设置绝缘密封件二。

进一步地，所述电极为无氧铜超导复合电极。

进一步地，所述电极的横截面为圆形。

进一步地，贮液缝为狭缝、楔形缝或台阶缝的其中一种。

进一步地，贮液缝的宽度为中空腔体宽度的1-3%,高度为不低于15mm。

进一步地，无氧铜导冷容器的中空腔体内的惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气和氙气中的其中一种或数种混合。

进一步地，中空腔体内的惰性气体的气、液、固三相的状态和比例依据电极温度状态确定，电极温度随超导体励磁电流而变化。

进一步地，所述无氧铜导冷容器还设有注气口，注气口连接安全阀，进而提供注气及常温减压保护，这样设计的好处是可以使用安全阀和注气口在需要是向无氧铜导冷容器的中空腔体内注入、添加或者适当排放惰性气体，以便更好地保证该电极冷却绝缘装置的冷却和绝缘性能。

进一步地，当4K端的温区需要控制在77K温区时，中空腔体的贮液缝内贮存液氮提供超大冷量。

本发明的超导磁体励磁电极冷却绝缘装置的工作原理是：

超导磁体励磁电极冷却绝缘装置在电极通电情况下，励磁前磁体降温后，腔体贮液缝内固态的惰性气体融化为液体，极大提高了导冷能力，为磁体励磁冷却电极产生的焦耳热及电极漏热降温，最终腔体内电极温度达到平衡点--即惰性气体的熔点附近。

本电极的绝缘性能取决于绝缘密封件的基础绝缘及所使用的惰性气体的绝缘性能，完全能够满足超导磁体要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的超导磁体励磁电极冷却绝缘装置，保证了超导磁体电极下端的温度在4K而不升高，同时保证电极与磁体冷却部分能够达到绝缘标准。也就是说其具有较好的绝缘性能兼顾很大的制冷性能，完全能够满足超导磁体在励磁时冷却电极产生的焦耳热及电极漏热，超导磁体电极下端的温度在4K而不升高。

此外，本发明的超导磁体励磁电极冷却绝缘装置，保证了超导磁体电极下端的温度在4K时还能具有较好的冷却效果，同时保护电极与磁体冷却部分能够始终绝缘。

综上所述，本发明的超导磁体励磁电极冷却绝缘装置，不但保证了超导磁体在励磁前、励磁过程以及励磁结束整个过程具有足够的冷却量，还保证具有较好的绝缘性能，可以更好地保证超导磁体在工作前、工作过程以及工作后的整个制冷以及安全性能。

附图说明

图1为超导磁体励磁电极冷却绝缘装置的一个实施例的结构示意图；

图2为超导磁体励磁电极冷却绝缘装置的另一个实施例的结构示意图；

图3为无氧铜导冷容器2的结构示意图；

其中：1-绝缘密封件一，2-无氧铜导冷容器，21-冷端连接部，22-热端，23-电极贯穿口一，24-电极贯穿口二，241-贮液缝，242-贯穿口下端；25-注气口，26-中空腔体；3-绝缘密封件二，4-安全阀，5-电极。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组合或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，本发明实施例的描述过程中，所有图中的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等器件位置关系，均以图1为标准。

如图1所示，一种超导磁体励磁电极冷却绝缘装置，包括无氧铜导冷容器2，以及贯穿地连接无氧铜导冷容器2的电极5，其中：

如图3所示可以看出，无氧铜导冷容器2，内设中空腔体26以贮存惰性气体，一端设置冷端连接部21以连接冷头冷端，另一端设置热端22以连接磁体冷屏进而为磁体冷屏放热，设置电极贯穿口一23和电极贯穿口二24供给电极5连接使用；

电极贯穿口一23内设绝缘密封件一1绝缘密封；

电极贯穿口二24，设置为倒T字型结构，上端与电极连接部位布置贮液缝241以贮存固态惰性气体或液态惰性气体，贯穿口下端242内设置绝缘密封件二3。

更佳的实施方式是，所述电极5为无氧铜超导复合电极，主要适用于无液氦高、低温超导磁体，可提供电极通电情况下，穿过4K-300K范围的绝缘冷却。更优地，所述电极5的横截面为圆形，其优点是方便密封和绝缘易于制造。

更佳的实施方式是，电极冷却绝缘装置的贮液缝241为狭缝、楔形缝或台阶缝的其中一种，并不限于采用等厚度狭缝，可为，高度依据电极电流选择，以便保证其内可以贮存固态惰性气体或者液态惰性气体。更优地，贮液缝241的宽度为中空腔体26宽度的1-3%,高度为不低于15mm，可以保证贮液缝贮存一定量的固态惰性气体或者液态惰性气体，足够超导磁体电极冷却使用。

电极冷却绝缘装置的无氧铜导冷容器2的中空腔体26内的惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气和氙气中的其中一种或数种混合，具体使用时，依据使用温度和惰性气体的液化温度确定。中空腔体26内的惰性气体的气、液、固三相的状态和比例依据电极温度状态确定，在电极流过电流产生焦耳热使中空腔体26内的固态惰性气体融化为液体，由于液体的导热系数很大使冷端的冷量传导至电极并维持在惰性气体的融点温度，惰性气体的气、固、液三相的状态及比例依电流大小变化，具体的选择依据惰性气体的液化温度、凝固温度等选定，选择适合的惰性气体以及惰性气体比例为合适的制冷温度使用。超导磁体励磁时，电流是变化的，电流增大温度就升高，超过熔点，固体就融化为液体，就提供大的冷量传导，温度就减低直至平衡。

如图2所示，电极冷却绝缘装置的无氧铜导冷容器2还设有注气口25，注气口25连接安全阀4，进而提供注气及常温减压保护，这样设计的好处是可以使用安全阀和注气口在需要是向无氧铜导冷容器2的中空腔体内注入、添加或者适当排放惰性气体，以便更好地保证该电极冷却绝缘装置的冷却和绝缘性能。更佳的实施方式是，当4K端的温区需要控制在77K温区时，中空腔体26的贮液缝241内贮存液氮提供超大冷量，对超导磁体励磁具有较好的制冷效果。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。