[發(fā)明專(zhuān)利]一種傳導(dǎo)冷超導(dǎo)磁體的冷卻系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310084098.9
• 申請(qǐng)日: 2013-03-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103117144A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李毅;劉浩揚(yáng);王秋良;陳順中;胡新寧
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院電工研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01F6/04
• 分類(lèi)號(hào): H01F6/04;H01F5/00
• 代理公司: 北京科迪生專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 關(guān)玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)磁體。

背景技術(shù)

超導(dǎo)磁體技術(shù)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究及國(guó)防軍工等各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)國(guó)家建設(shè)發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。

超導(dǎo)磁體具有載流能力達(dá)、運(yùn)行耗能低等特點(diǎn)，但是超導(dǎo)磁體需要在很低的溫度之下才能通電運(yùn)行。一般保持超導(dǎo)磁體低溫的方式有液氦浸泡制冷和制冷機(jī)傳導(dǎo)冷卻制冷兩種方式。由于液氦主要依靠進(jìn)口，價(jià)格昂貴，且用戶(hù)使用需要定期補(bǔ)充液氦，使用較為麻煩，因此其廣泛應(yīng)用受到一定限制；近年來(lái)傳導(dǎo)冷卻技術(shù)發(fā)展迅速，可以通過(guò)制冷機(jī)將超導(dǎo)磁體冷卻至所需工作溫度甚至低于液氦溫度，其使用方便，只需市電和自來(lái)水維持，且運(yùn)行成本很低。因此，傳導(dǎo)冷卻超導(dǎo)磁體的應(yīng)用越來(lái)越普遍。

一個(gè)傳導(dǎo)冷卻超導(dǎo)磁體系統(tǒng)一般需要兩級(jí)制冷。對(duì)于一個(gè)包含了兩級(jí)制冷的制冷機(jī)，其一級(jí)制冷與冷屏相連，將其冷卻至40K～50K左右的溫區(qū)，冷屏起到降低外界熱輻射的租用；其二級(jí)制冷與超導(dǎo)磁體相連，將其冷卻至所需的4K溫區(qū)。受制冷機(jī)工作功率與工作溫度有很大相關(guān)，制冷機(jī)的一級(jí)工作溫度較高，冷卻功率較大，一般為幾十瓦，能夠維持受輻射熱的冷屏及電流引線上產(chǎn)生的熱功率，但是制冷機(jī)二級(jí)工作溫度較低，冷卻功率較小，一般只有幾瓦，如果超導(dǎo)磁體較大，有時(shí)需要多臺(tái)制冷機(jī)才能維持超導(dǎo)磁體的工作溫度。

一般的傳導(dǎo)冷卻超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中，制冷機(jī)的一級(jí)冷頭只與冷屏相連，二級(jí)冷頭只與磁體相連，但是冷屏與超導(dǎo)磁體都是從室溫開(kāi)始冷卻，且超導(dǎo)磁體體積比冷屏大得多，由于制冷機(jī)一級(jí)冷頭工作溫度高二級(jí)冷頭工作溫度低，因此經(jīng)常出現(xiàn)冷屏已經(jīng)很快冷卻到所需溫區(qū)，但是超導(dǎo)磁體的溫度卻高于冷屏溫度，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其所需工作溫度。這往往需要幾天時(shí)間才能將超導(dǎo)磁體冷卻至所需溫度。較長(zhǎng)的制冷時(shí)間降低了超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的工作效率，不利于磁體系統(tǒng)的調(diào)試和重新啟動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有傳導(dǎo)冷超導(dǎo)磁體系統(tǒng)中超導(dǎo)磁體冷卻速度過(guò)慢的缺點(diǎn)，提出一種改進(jìn)的傳導(dǎo)冷超導(dǎo)磁體制冷系統(tǒng)。

本發(fā)明的傳導(dǎo)冷超導(dǎo)磁體冷卻系統(tǒng)由冷屏上端板、制冷機(jī)、超導(dǎo)磁體、一級(jí)導(dǎo)冷帶、二級(jí)導(dǎo)冷帶、導(dǎo)冷板及上、下兩個(gè)電磁閥線圈組成。所述的制冷機(jī)的一級(jí)冷頭和二級(jí)冷頭、冷屏上端板、超導(dǎo)磁體位于低溫容器之內(nèi)。

所述的上、下兩個(gè)電磁閥線圈的線圈繞向相同。

所述的制冷機(jī)的二級(jí)冷頭與二級(jí)導(dǎo)冷帶相連接，二級(jí)導(dǎo)冷帶與超導(dǎo)磁體相連接；制冷機(jī)的一級(jí)冷頭與冷屏上端板相連接，一級(jí)導(dǎo)冷帶的一端與超導(dǎo)磁體相連接，另一端與導(dǎo)冷板相連接。冷屏上端板與上電磁閥線圈相連，導(dǎo)冷板與下電磁閥線圈相連，且冷屏上端板和導(dǎo)冷板位于上、下兩個(gè)電磁閥線圈之間。

上、下兩個(gè)電磁閥線圈通同向電流時(shí)，冷屏上端板與導(dǎo)冷板緊密接觸，上、下兩個(gè)電磁閥線圈不通電流時(shí)，冷屏上端板與導(dǎo)冷板不接觸。

所述的上、下兩個(gè)電磁閥線圈采用高純銅等低電阻率的金屬制成，以降低線圈工作時(shí)的發(fā)熱功率。所述的冷屏上端板和與其相連的上電磁閥線圈之間設(shè)有熱絕緣層，以避免電磁閥工作所發(fā)的熱量傳到冷屏。導(dǎo)冷板和與其相連下電磁閥線圈之間也設(shè)有熱絕緣層，以減小電磁閥工作所發(fā)的熱量傳到導(dǎo)冷板。

當(dāng)所述的制冷機(jī)從室溫開(kāi)始對(duì)超導(dǎo)磁體制冷降溫時(shí)，給上、下兩電磁閥線圈通以同向電流互相吸引，從而使位于上、下兩個(gè)電磁閥線圈之間的冷屏上端板與導(dǎo)冷板緊密連接，超導(dǎo)磁體通過(guò)冷屏的上端板、導(dǎo)冷板以及一級(jí)導(dǎo)冷帶在制冷機(jī)一級(jí)冷頭的大功率制冷作用下快速降溫。

當(dāng)所述的制冷機(jī)使超導(dǎo)磁體降溫至40K～50K溫區(qū)時(shí)，給上、下兩個(gè)電磁閥線圈通相反電流，使夾在上、下兩個(gè)電磁閥線圈之間的導(dǎo)冷板與冷屏完全脫開(kāi)，從而使超導(dǎo)磁體可以通過(guò)二級(jí)導(dǎo)冷帶在制冷機(jī)的二級(jí)冷頭制冷作用下進(jìn)一步降溫至4K左右的工作溫區(qū)。

由于超導(dǎo)磁體在達(dá)到40K～50K溫區(qū)前由功率較大的一級(jí)冷頭冷卻，因此大大減少了冷卻時(shí)間，提高了超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的工作效率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的傳導(dǎo)冷超導(dǎo)磁體冷卻系統(tǒng)剖視示意圖，圖中：1低溫容器、2冷屏上端板、3制冷機(jī)、4超導(dǎo)磁體、5一級(jí)導(dǎo)冷帶、6二級(jí)導(dǎo)冷帶、7導(dǎo)冷板、8、8’兩電磁閥線圈、9制冷機(jī)一級(jí)冷頭、10制冷機(jī)二級(jí)冷頭。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。