[實(shí)用新型]高溫超導(dǎo)磁體低溫氦氣自循環(huán)冷卻系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320718588.5
• 申請(qǐng)日: 2013-11-14
• 公開（公告）號(hào): CN203588785U
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何超峰;郁歡強(qiáng);馬香蓮;張俊峰;武義鋒;胡南南;曹昆南;宋萌;王達(dá)達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽萬瑞冷電科技有限公司;云南電力試驗(yàn)研究院（集團(tuán)）有限公司電力研究院
• 主分類號(hào): H01F6/04
• 分類號(hào): H01F6/04;F25B9/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及超導(dǎo)應(yīng)用低溫系統(tǒng)領(lǐng)域，具體為一種高溫超導(dǎo)磁體低溫氦氣自循環(huán)冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，超導(dǎo)磁體在科研和工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。目前，在大型的應(yīng)用場(chǎng)合如高能加速器、高能粒子探測(cè)器、核聚變裝置等，超導(dǎo)磁體的應(yīng)用已較為普遍，而且某些場(chǎng)合超導(dǎo)磁體幾乎是唯一的選擇。而在一些中小應(yīng)用場(chǎng)合，超導(dǎo)磁體也有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展前景，超導(dǎo)磁拉單晶生長(zhǎng)爐、超導(dǎo)磁體分離裝置、超導(dǎo)核磁成像裝置等方面都有很大的發(fā)展。然而超導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)離不開低溫技術(shù)的應(yīng)用，它為超導(dǎo)應(yīng)用提供最基本的運(yùn)行條件，是超導(dǎo)應(yīng)用系統(tǒng)整體的一個(gè)重要而不可分割的部分。

常見的冷卻超導(dǎo)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(dǎo)磁體，方法直接簡(jiǎn)單。但是由于低溫容器、電流引線及支撐結(jié)構(gòu)的漏熱不可避免，低溫液體如液氦、液氖、液氮等不斷的蒸發(fā)消耗，因此需要定期補(bǔ)充低溫液體。低溫液體的使用需要豐富的低溫知識(shí)和熟練的低溫技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，而且低溫液體價(jià)格比較昂貴，加上超導(dǎo)磁體試驗(yàn)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，因此成本較高。這些因素嚴(yán)重阻礙了超導(dǎo)磁體技術(shù)的普及和以超導(dǎo)磁體技術(shù)為基礎(chǔ)的相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。2）小型制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)磁體。這種冷卻方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要輸入低溫液體，操作時(shí)要求較少的技術(shù)支持，能提供穩(wěn)態(tài)和緩慢變化的磁場(chǎng)。近十年來隨著小型制冷機(jī)技術(shù)的突破和高溫超導(dǎo)材料的出現(xiàn)，小型制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)磁體技術(shù)得到了快速發(fā)展，但是這種冷卻方式冷卻時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)；冷卻效果不均勻，對(duì)磁體繞制有特殊要求；由于沒有冷量?jī)?chǔ)備，制冷機(jī)失效時(shí)，超導(dǎo)磁體將馬上升溫導(dǎo)致失超，磁體穩(wěn)定性差；磁體拆裝更換操作繁瑣。3）低溫氦氣強(qiáng)迫對(duì)流循環(huán)冷卻，這種冷卻方式冷卻效果好，但是系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，且由于循環(huán)流量以及循環(huán)壓力較大，安全性較差，另外強(qiáng)迫對(duì)流需要低溫氦氣泵，這種設(shè)備國(guó)內(nèi)產(chǎn)品可靠性差，國(guó)外產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)較高。

高臨界溫度的超導(dǎo)材料的出現(xiàn)，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(dǎo)材料之類的超導(dǎo)磁體有著廣泛的應(yīng)用前景，它可以選用流程簡(jiǎn)單、價(jià)格較低的制冷機(jī)和超導(dǎo)磁體組成閉路循環(huán)的低溫氦氣自循環(huán)冷卻超導(dǎo)磁體系統(tǒng)。這種運(yùn)行方式有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：外圍設(shè)備簡(jiǎn)化、操作簡(jiǎn)便、占地面積小、較經(jīng)濟(jì)；超導(dǎo)磁體在較高的溫度有大得多的比熱，其磁體穩(wěn)定性較高；超導(dǎo)磁體的失超是漸變的，便于采取保護(hù)措施，提高安全性。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種高溫超導(dǎo)磁體低溫氦氣自循環(huán)冷卻系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為：

高溫超導(dǎo)磁體低溫氦氣自循環(huán)冷卻系統(tǒng)，其特征在于：包括有真空腔體，真空腔體頂部設(shè)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(tái)SRDK-408S制冷機(jī)，所述真空腔體內(nèi)設(shè)置有內(nèi)有空腔的防輻射屏，兩臺(tái)SRDK-408S制冷機(jī)一級(jí)冷頭伸入真空腔體內(nèi)與防輻射屏頂部連接，所述防輻射屏內(nèi)一側(cè)、真空腔體內(nèi)相同一側(cè)隔設(shè)有彼此連通為整體的供超導(dǎo)磁體吊裝組件安裝的磁體安裝空間，防輻射屏內(nèi)頂部設(shè)置有熱板橋，兩臺(tái)SRDK-408S制冷機(jī)二級(jí)冷頭伸入防輻射屏內(nèi)與熱板橋連接，所述熱板橋底部連接有制冷機(jī)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(jī)冷頭換熱器的側(cè)部連通，熱氦氣流通管道另一端連通至磁體安裝空間側(cè)部，所述冷氦氣流通管道一端與制冷機(jī)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(dǎo)磁體低溫氦氣自循環(huán)冷卻系統(tǒng)，其特征在于：所述的冷氦氣連通管道端頭與制冷機(jī)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(hù)焊方式形成密封。

所述的高溫超導(dǎo)磁體低溫氦氣自循環(huán)冷卻系統(tǒng)，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(cè)部之間采用高純氬氣保護(hù)焊方式形成密封，熱氦氣連通管道端頭與磁體安裝空間側(cè)部之間采用高純氬氣保護(hù)焊方式形成密封。

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

所述的高溫超導(dǎo)磁體低溫氦氣自循環(huán)冷卻系統(tǒng)，其特征在于：所述的熱橋板上設(shè)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(dǎo)磁體在特定溫度下的性能提供了條件。

本實(shí)用新型的有益效果：