[發明專利]高溫超導磁體低溫氦氣自循環冷卻系統

有效

• 申請號: 201310566538.4
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN103606430A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 何超峰;郁歡強;馬香蓮;張俊峰;武義鋒;胡南南;曹昆南;宋萌;王達達
• 申請（專利權）人: 安徽萬瑞冷電科技有限公司;云南電力試驗研究院（集團）有限公司電力研究院
• 主分類號: H01F6/04
• 分類號: H01F6/04;F25B9/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及超導應用低溫系統領域，具體為一種高溫超導磁體低溫氦氣自循環冷卻系統。

背景技術

隨著超導技術的發展，超導磁體在科研和工業中的應用越來越廣泛。目前，在大型的應用場合如高能加速器、高能粒子探測器、核聚變裝置等，超導磁體的應用已較為普遍，而且某些場合超導磁體幾乎是唯一的選擇。而在一些中小應用場合，超導磁體也有相當的發展前景，超導磁拉單晶生長爐、超導磁體分離裝置、超導核磁成像裝置等方面都有很大的發展。然而超導的實現離不開低溫技術的應用，它為超導應用提供最基本的運行條件，是超導應用系統整體的一個重要而不可分割的部分。

常見的冷卻超導磁體的方式主要有三種：1）低溫液體（液氦、液氖、液氮等）浸泡方式冷卻超導磁體，方法直接簡單。但是由于低溫容器、電流引線及支撐結構的漏熱不可避免，低溫液體如液氦、液氖、液氮等不斷的蒸發消耗，因此需要定期補充低溫液體。低溫液體的使用需要豐富的低溫知識和熟練的低溫技術和經驗，而且低溫液體價格比較昂貴，加上超導磁體試驗時間相對較長，因此成本較高。這些因素嚴重阻礙了超導磁體技術的普及和以超導磁體技術為基礎的相關技術的發展。2）小型制冷機直接冷卻超導磁體。這種冷卻方式結構簡單，不需要輸入低溫液體，操作時要求較少的技術支持，能提供穩態和緩慢變化的磁場。近十年來隨著小型制冷機技術的突破和高溫超導材料的出現，小型制冷機直接冷卻超導磁體技術得到了快速發展，但是這種冷卻方式冷卻時間相對較長；冷卻效果不均勻，對磁體繞制有特殊要求；由于沒有冷量儲備，制冷機失效時，超導磁體將馬上升溫導致失超，磁體穩定性差；磁體拆裝更換操作繁瑣。3）低溫氦氣強迫對流循環冷卻，這種冷卻方式冷卻效果好，但是系統相對復雜，且由于循環流量以及循環壓力較大，安全性較差，另外強迫對流需要低溫氦氣泵，這種設備國內產品可靠性差，國外產品價格相對較高。

高臨界溫度的超導材料的出現，使得使用高于液氦溫度的低溫氦氣來冷卻如Nb₃Sn、MgB2及一些鉍系高溫超導材料之類的超導磁體有著廣泛的應用前景，它可以選用流程簡單、價格較低的制冷機和超導磁體組成閉路循環的低溫氦氣自循環冷卻超導磁體系統。這種運行方式有著獨特的優點：外圍設備簡化、操作簡便、占地面積小、較經濟；超導磁體在較高的溫度有大得多的比熱，其磁體穩定性較高；超導磁體的失超是漸變的，便于采取保護措施，提高安全性。

發明內容

本發明的目的是提供一種高溫超導磁體低溫氦氣自循環冷卻系統，以解決現有技術存在的問題。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

高溫超導磁體低溫氦氣自循環冷卻系統，其特征在于：包括有真空腔體，真空腔體頂部設為腔口且真空腔體頂部腔口蓋合有封蓋，封蓋上安裝有兩臺SRDK-408S制冷機，所述真空腔體內設置有內有空腔的防輻射屏，兩臺SRDK-408S制冷機一級冷頭伸入真空腔體內與防輻射屏頂部連接，所述防輻射屏內一側、真空腔體內相同一側隔設有彼此連通為整體的供超導磁體吊裝組件安裝的磁體安裝空間，防輻射屏內頂部設置有熱板橋，兩臺SRDK-408S制冷機二級冷頭伸入防輻射屏內與熱板橋連接，所述熱板橋底部連接有制冷機冷頭換熱器，還包括有熱氦氣流通管道、冷氦氣連通管道，所述熱氦氣流通管道一端與制冷機冷頭換熱器的側部連通，熱氦氣流通管道另一端連通至磁體安裝空間側部，所述冷氦氣流通管道一端與制冷機冷頭換熱器底部連接，冷氦氣流通管道另一端與磁體安裝空間底部連通。

所述的高溫超導磁體低溫氦氣自循環冷卻系統，其特征在于：所述的冷氦氣連通管道端頭與制冷機冷頭換熱器底部之間采用真空釬焊方式形成密封，冷氦氣連通管道端頭與磁體安裝空間底部之間采用高純氬氣保護焊方式形成密封。

所述的高溫超導磁體低溫氦氣自循環冷卻系統，其特征在于：所述的熱氦氣連通管道端頭與冷氦氣連通管道上側部之間采用高純氬氣保護焊方式形成密封，熱氦氣連通管道端頭與磁體安裝空間側部之間采用高純氬氣保護焊方式形成密封。

所述的高溫超導磁體低溫氦氣自循環冷卻系統，其特征在于：所述的熱橋板將兩臺SRDK-408S制冷機兩級冷頭連接在一起，集中兩臺SRDK-408S制冷機的冷量于一體傳遞給制冷機冷頭換熱器。

所述的高溫超導磁體低溫氦氣自循環冷卻系統，其特征在于：所述的熱橋板上設置加熱片，用以間接控制磁體安裝空間氦氣溫度，從而為研究高溫超導磁體在特定溫度下的性能提供了條件。

本發明的有益效果：

本發明為高溫超導磁體冷卻問題所采用技術方案與現有的和曾有的高溫超導磁體冷卻方式相比有以下幾方面優點和改進。