專利名稱：一種針對(duì)超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對(duì)超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)裝置及方法，特別涉及用于超導(dǎo)磁體在失超時(shí)不被損害的被動(dòng)加熱失超保護(hù)裝置及方法。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)磁體正常運(yùn)行過程中受到某種的擾動(dòng)后，可能使超導(dǎo)磁體內(nèi)某點(diǎn)的超導(dǎo)線材料從超導(dǎo)態(tài)變?yōu)殡娮钁B(tài)，失去超導(dǎo)性。當(dāng)受到的擾動(dòng)較小時(shí)，超導(dǎo)磁體內(nèi)產(chǎn)生的電阻態(tài)可能恢復(fù)為超導(dǎo)態(tài)。當(dāng)受到的擾動(dòng)足夠大時(shí)，超導(dǎo)磁體內(nèi)產(chǎn)生的電阻態(tài)會(huì)不斷擴(kuò)大，直至整個(gè)超導(dǎo)磁體完全變?yōu)殡娮钁B(tài)，這個(gè)過程稱為超導(dǎo)磁體的失超。超導(dǎo)磁體失超后，磁體內(nèi)部產(chǎn)生的產(chǎn)生的焦耳熱會(huì)引起磁體內(nèi)部局部過熱，嚴(yán)重的局部過熱會(huì)引起磁體內(nèi)部的絕 緣燒焦或?qū)w融化。同時(shí)失超過程中，磁體內(nèi)部電阻區(qū)的出現(xiàn)會(huì)引起磁體內(nèi)部過電壓，嚴(yán)重的過電壓會(huì)引起磁體內(nèi)部絕緣擊穿。因此必須采取有效的措施對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行保護(hù)，控制失超過程中磁體內(nèi)部的過熱和過電壓，防止失超對(duì)超導(dǎo)磁體造成永久性損壞?，F(xiàn)有失超保護(hù)的主要方法分兩類，一類是將磁體的能量移除磁體，降低失超后磁體內(nèi)的能量；另一類是加快失超傳播，使失超后磁體的能量盡量均勻的分配到整個(gè)磁體。依靠是否依賴失超檢測(cè)器件和失超保護(hù)開關(guān)，失超保護(hù)方法可分為主動(dòng)保護(hù)和被動(dòng)保護(hù)兩類主動(dòng)保護(hù)法依賴于失超檢測(cè)器件和失超保護(hù)開關(guān)的可靠性，有取能電阻保護(hù)、加熱器保護(hù)等；被動(dòng)保護(hù)方法不依賴于失超檢測(cè)器件和失超保護(hù)開關(guān)，具有更高的可靠性，有線圈分段保護(hù)、次級(jí)耦合線圈保護(hù)等。被動(dòng)失超保護(hù)方法不能利用加熱器保護(hù)原理，不能有效的加快失超傳播，因此現(xiàn)有被動(dòng)失超保護(hù)方法在高儲(chǔ)能超導(dǎo)磁體的失超保護(hù)應(yīng)用中受到很大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種被動(dòng)加熱失超保護(hù)裝置及方法。該裝置及方法不依賴于失超檢測(cè)器件和失超保護(hù)開關(guān)的可靠性，失超發(fā)生后該方法能夠自發(fā)對(duì)磁體進(jìn)行加熱，從而加快失超傳播，保護(hù)超導(dǎo)磁體。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種針對(duì)超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)裝置，包括室溫真空容器、液氮冷屏，超導(dǎo)磁體組件，其中超導(dǎo)磁體組件包括超導(dǎo)磁體組件蓋板，超導(dǎo)線圈繞組，超導(dǎo)磁體骨架和絕緣層，還包括與所述超導(dǎo)磁體相耦合的短路環(huán)。所述短路環(huán)由所述磁體本身的超導(dǎo)磁體骨架構(gòu)成。所述短路環(huán)為增設(shè)的采用低電阻率材料的低電阻率短路環(huán)。一種針對(duì)超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)方法，該方法將超導(dǎo)磁體與一個(gè)短路環(huán)相耦合，短路環(huán)與超導(dǎo)磁體之間設(shè)有由傳熱性能好的絕緣材料組成的絕緣層。當(dāng)磁體骨架的電阻率較低時(shí)，所述短路環(huán)由磁體本身的超導(dǎo)磁體骨架提供；當(dāng)磁體骨架的電阻率較高時(shí)，在所述超導(dǎo)磁體骨架與絕緣層之間設(shè)置由低電阻率材料組成的低電阻率短路環(huán)，采用低電阻率材料的短路環(huán)提供被動(dòng)加熱失超保護(hù)。本發(fā)明的用于超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)方法，采用一個(gè)與超導(dǎo)線圈繞組相耦合的短路線圈實(shí)現(xiàn)。該短路線圈與超導(dǎo)線圈繞組之間存在一層絕緣層，短路線圈、絕緣層和超導(dǎo)線圈繞組緊密接觸。絕緣層使得短路線圈與超導(dǎo)線圈繞組之間傳熱良好，同時(shí)相互絕緣良好。超導(dǎo)磁體失超發(fā)生后，超導(dǎo)線圈繞組的電阻迅速增大，電流迅速減小。超導(dǎo)線圈繞組的電流衰減引起與超導(dǎo)線圈繞組相耦合的短路線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。短路線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流在短路線圈內(nèi)產(chǎn)生焦耳熱，該焦耳熱使得短路線圈整體溫度上升。整體溫度上升后的短路線圈通過絕緣層向超導(dǎo)線圈繞組傳熱，該傳熱過程可引起與絕緣層相接觸的尚未失超的超導(dǎo)線圈繞組部分失超，從而加快超導(dǎo)線圈繞組內(nèi)的失超傳播過程。超導(dǎo)線圈的失超傳播加快后，超導(dǎo)線圈存儲(chǔ)的電磁能更加均勻的分配到整個(gè)磁體，從而降低了超導(dǎo)磁體內(nèi)不的局部過熱和過電壓，使得失超不至于導(dǎo)致超導(dǎo)磁體的永久性損害。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是
I、本發(fā)明的超導(dǎo)磁體保護(hù)裝置及方法為被動(dòng)保護(hù)裝置及方法，保護(hù)動(dòng)作更可靠。保護(hù)過程不依賴于失超檢測(cè)器件和失超保護(hù)開關(guān)的動(dòng)作，超導(dǎo)磁體發(fā)生后，失超保護(hù)過程自動(dòng)啟動(dòng)。2、本發(fā)明的超導(dǎo)磁體保護(hù)裝置及方法可對(duì)超導(dǎo)線圈繞組進(jìn)行整體加熱，超導(dǎo)磁體內(nèi)的失超傳播更快，超導(dǎo)磁體更安全。本發(fā)明的與超導(dǎo)線圈繞組相耦合的短路線圈可以在結(jié)構(gòu)上盡量多的與超導(dǎo)線圈繞組通過絕緣層相接觸，從而可以大面積的加快線圈內(nèi)的失超傳播過程。3、本發(fā)明中超導(dǎo)磁體保護(hù)裝置及方法實(shí)施簡(jiǎn)單，甚至可以利用超導(dǎo)磁體的骨架結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，無需其他專門的失超保護(hù)裝置。選擇超導(dǎo)磁體的骨架材料為電阻率低、單位體積比熱容小的材料，如高純鋁，可以直接利用磁體骨架對(duì)磁體實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的保護(hù)方法。當(dāng)電阻率低、單位體積比熱容小的材料不宜制作磁體骨架時(shí)，可以通過在磁體表面增加一層高純鋁短路環(huán)實(shí)現(xiàn)。


圖I是骨架本身作為短路環(huán)實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)的裝置結(jié)構(gòu)示意 圖2是利用低電阻率短路環(huán)實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、室溫真空容器；2、液氮冷屏；3、超導(dǎo)磁體組件蓋板；4、超導(dǎo)磁體組件氦流道；5、超導(dǎo)線圈繞組；6、超導(dǎo)磁體骨架；7、絕緣層；8、低電阻率短路環(huán)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的進(jìn)行詳細(xì)的描述。本發(fā)明的用于超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)裝置，包括室溫真空容器、液氮冷屏，超導(dǎo)磁體組件，其中超導(dǎo)磁體組件包括超導(dǎo)磁體組件蓋板，超導(dǎo)線圈繞組，超導(dǎo)磁體骨架和絕緣層，還包括與所述超導(dǎo)磁體相耦合的短路環(huán)。所述短路環(huán)由所述磁體本身的超導(dǎo)磁體骨架構(gòu)成。所述短路環(huán)也可以是增設(shè)的采用低電阻率材料的低電阻率短路環(huán)。圖I是骨架本身作為短路環(huán)實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是利用低電阻率短路環(huán)實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的用于超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)方法，采用一個(gè)與超導(dǎo)線圈繞組相耦合的短路線圈實(shí)現(xiàn)。該短路線圈與超導(dǎo)線圈繞組之間存在一層絕緣層，短路線圈、絕緣層和超導(dǎo)線圈繞組緊密接觸。絕緣層使得短路線圈與超導(dǎo)線圈繞組之間傳熱良好，同時(shí)相互絕緣良好。超導(dǎo)磁體失超發(fā)生后，超導(dǎo)線圈繞組的電阻迅速增大，電流迅速減小。超導(dǎo)線圈繞組的電流衰減引起與超導(dǎo)線圈繞組相耦合的短路線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。短路線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流在短路線圈內(nèi)產(chǎn)生焦耳熱，該焦耳熱使得短路線圈整體溫度上升。整體溫度上升后的短路線圈通過絕緣層向超導(dǎo)線圈繞組傳熱，該傳熱過程可引起與絕緣層相接觸的尚未失超的超導(dǎo)線圈繞組部分失超，從而加快超導(dǎo)線圈繞組內(nèi)的失超傳播過程。超導(dǎo)線圈的失超傳播加快后，超導(dǎo)線圈存儲(chǔ)的電磁能更加均勻的分配到整個(gè)磁體，從而降低了超導(dǎo)磁體內(nèi)不的局部過熱和過電壓，使得失超不至于導(dǎo)致超導(dǎo)磁體的永久性損害。·
利用骨架本身作為短路環(huán)實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)時(shí)，整個(gè)超導(dǎo)磁體由外到內(nèi)按溫區(qū)分為三部分，室溫真空容器1，液氮冷屏2，超導(dǎo)磁體組件，其中超導(dǎo)磁體組件包括超導(dǎo)磁體組件蓋板3，超導(dǎo)線圈繞組5，超導(dǎo)磁體骨架6和絕緣層7。超導(dǎo)磁體蓋板，骨架和超導(dǎo)線圈繞組構(gòu)成超導(dǎo)磁體內(nèi)的液氦冷卻通道。超導(dǎo)磁體失超發(fā)生后，磁體電阻由O逐漸增大，磁體電流降低，骨架內(nèi)產(chǎn)生渦流和焦耳熱，骨架溫度逐漸上升，溫度上升后的骨架引起磁體內(nèi)產(chǎn)生新的失超區(qū)域，從而加快了失超區(qū)域在磁體內(nèi)的傳播，磁體內(nèi)部溫度更加均勻，從而保護(hù)了超導(dǎo)磁體。利用低電阻率短路環(huán)實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)時(shí)，整個(gè)超導(dǎo)磁體由外到內(nèi)按溫區(qū)分為三部分，室溫真空容器1，液氮冷屏2，超導(dǎo)磁體組件，其中超導(dǎo)磁體組件包括超導(dǎo)磁體組件蓋板3，超導(dǎo)線圈繞組5，超導(dǎo)磁體骨架6，絕緣層7和低電阻率短路環(huán)8。超導(dǎo)磁體蓋板，骨架和超導(dǎo)線圈繞組構(gòu)成超導(dǎo)磁體內(nèi)的液氦冷卻通道。超導(dǎo)磁體失超發(fā)生后，磁體電阻由O逐漸增大，磁體電流降低，短路環(huán)內(nèi)產(chǎn)生渦流和焦耳熱，短路環(huán)溫度逐漸上升，溫度上升后的短路環(huán)引起磁體內(nèi)產(chǎn)生新的失超區(qū)域，從而加快了失超區(qū)域在磁體內(nèi)的傳播，磁體內(nèi)部溫度更加均勻，從而保護(hù)了超導(dǎo)磁體。
權(quán)利要求
1.一種針對(duì)超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)裝置，包括室溫真空容器(I)、液氮冷屏(2)，超導(dǎo)磁體組件，其中超導(dǎo)磁體組件包括超導(dǎo)磁體組件蓋板(3)，超導(dǎo)線圈繞組(5)，超導(dǎo)磁體骨架(6)和絕緣層(7)，其特征在于還包括與所述超導(dǎo)磁體相耦合的短路環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種針對(duì)超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)裝置，其特征在于所述短路環(huán)由所述磁體本身的超導(dǎo)磁體骨架(6)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種針對(duì)超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)裝置，其特征在于所述短路環(huán)為增設(shè)的采用低電阻率材料的低電阻率短路環(huán)(8)。
4.一種針對(duì)超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)方法，其特征在于超導(dǎo)磁體與一個(gè)短路環(huán)相耦合，短路環(huán)與超導(dǎo)磁體之間設(shè)有由傳熱性能好的絕緣材料組成的絕緣層(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種針對(duì)超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)方法，其特征在于所述短路環(huán)由磁體本身的超導(dǎo)磁體骨架(6)提供。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種針對(duì)超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)方法，其特征在于在所述超導(dǎo)磁體骨架(6)與絕緣層(7)之間設(shè)置由低電阻率材料組成的低電阻率短路環(huán)(8)，當(dāng)磁體骨架的電阻率較高時(shí)，采用低電阻率材料的短路環(huán)提供被動(dòng)加熱失超保護(hù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種針對(duì)超導(dǎo)磁體的被動(dòng)加熱失超保護(hù)裝置及方法，所述裝置包括室溫真空容器、液氮冷屏，超導(dǎo)磁體組件，其中超導(dǎo)磁體組件包括超導(dǎo)磁體組件蓋板，超導(dǎo)線圈繞組，超導(dǎo)磁體骨架和絕緣層，還包括與所述超導(dǎo)磁體相耦合的短路環(huán)。所述方法將超導(dǎo)磁體與一個(gè)短路環(huán)相耦合，短路環(huán)與超導(dǎo)磁體之間設(shè)有由傳熱性能好的絕緣材料組成的絕緣層。所述裝置和方法不依賴于失超檢測(cè)器件和失超保護(hù)開關(guān)的可靠性，失超發(fā)生后該裝置能夠自發(fā)對(duì)磁體進(jìn)行加熱，從而加快失超傳播，保護(hù)超導(dǎo)磁體。
文檔編號(hào)H01F6/00GK102931635SQ20121040906
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者郭興龍 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)