[發明專利]一種傳導冷卻超導磁體低溫熱開關

有效

• 申請號: 201410484299.2
• 申請日: 2014-09-19
• 公開（公告）號: CN104217894A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 陳順中;昌錕;崔春艷;王厚生;王秋良
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H01H37/00
• 分類號: H01H37/00;H01F6/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種低溫工程用熱開關，特別涉及一種傳導冷卻超導磁體用的低溫熱開關。

背景技術

20世紀90年代后期，由于小型制冷機技術的突破和高溫超導電流引線的出現，傳導冷卻超導磁體技術發展迅速，逐漸有取代液氦浸泡超導磁體之勢。與傳統的液氦浸泡超導磁體系統比較，傳導冷卻超導磁體不使用液氦來冷卻，具有結構緊湊、運行方便和安全性好等優點。在傳導冷卻超導磁體系統中，制冷機的二級冷頭與超導磁體連接，由于制冷機二級冷頭的功率很低，當磁體質量較大時，磁體的冷卻時間比較長。而制冷機一級冷頭的效率相對較高。為了充分利用一級冷頭的冷量，可用熱開關將一級冷頭與磁體相連，縮短磁體的冷卻時間。作為一級冷頭和磁體之間的熱連接和熱隔斷的熱開關應該具有高的傳熱效率和高的可靠性。

機械式熱開關可靠性不高，并且需要較大的力來驅動。磁電-阻熱開關除了運行在極低溫度下外，其效率很低。熱管式熱開關通常反應時間很長。氣隙式熱開關如專利CN1991287公開的熱開關，利用氣液相變來實現開關的導通與關斷，導通能力強，開關比大，但熱開關的薄壁外殼始終連接著制冷機的一級和二級，導致二級的冷量向一級傳遞，降低了制冷機二級的效率。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺陷，提出一種新的傳導冷卻超導磁體用低溫熱開關。

本發明的低溫熱開關由柔性熱連接器和自動伸縮器組成。所述的柔性熱連接器由上、下兩個圓端板和多根軟銅線組成。所述的上圓端板和下圓端板采用高純銅材料制作，并且在上圓端板3的下表面和下圓端板4的上表面各加工有一個環形焊接槽。上圓端板與下圓端板之間通過多根軟銅線連接，從而形成良好的熱連接。多根軟銅線的上端均勻排列并插入到上圓端板的焊接槽內，多根軟銅線的下端同樣均勻排列并插入到下圓端板的焊接槽內。上圓端板和下圓端板的焊接槽內填有焊錫，將多根軟銅線的上端和下端分別與上圓端板、下圓端板焊接，使多根軟銅線和上、下兩個圓端板固定成一個整體。所述的自動伸縮器由永磁塊、高溫超導塊及彈簧組成。其中永磁塊置于彈簧的上端，高溫超導塊置于彈簧的下端。所述的自動伸縮器置于柔性熱連接器內部。自動伸縮器中永磁塊的上端面與柔性熱連接器上圓端板的下端面采用低溫膠粘接在一起，自動伸縮器中高溫超導塊的下端面與柔性熱連接器下圓端板的上端面采用低溫膠粘接在一起。

所述的柔性熱連接器置于制冷機一級冷頭和二級冷頭之間，柔性熱連接器在伸直狀態時的長度約大于制冷機一級冷頭與二級冷頭的間距。柔性熱連接器的下端通過下圓端板上加工的一圈固定孔固定在二級冷頭的引出銅板上。柔性熱連接器的上端可按工作需要與制冷機一級冷頭進行連接或斷開。所述的自動伸縮器可隨其工作狀態伸縮，并帶動低溫熱開關的柔性熱連接器同步伸縮。自動伸縮器的伸長和收縮取決于超導磁體的溫度。

當超導磁體的溫度高于所述的高溫超導塊的超導臨界溫度時，高溫超導塊處于非超導態，此時高溫超導塊與所述的永磁塊之間沒有任何作用力，自動伸縮器在所述彈簧的彈力作用下處于伸長狀態，并帶動柔性熱連接器的長度伸長，柔性熱連接器上圓端板直接與制冷機一級冷頭的引出銅板相連接。這時制冷機的一級冷頭和二級冷頭之間通過高熱導的柔性熱連接器實現高效的熱連接，制冷機的一級冷頭能夠有效地將冷量傳給超導磁體，從而加快超導磁體的冷卻速度。

當超導磁體的溫度低于高溫超導塊的超導臨界溫度時，高溫超導塊處于超導態，此時高溫超導塊將俘獲永磁塊產生的磁通，與永磁塊之間產生吸引力，此吸引力將克服彈簧的彈力使得自動伸縮器向下收縮，并帶動柔性熱連接器的長度收縮，柔性熱連接器上圓端板與制冷機一級冷頭分離，從而實現制冷機一級冷頭和二級冷頭的絕熱。

附圖說明

圖1是本發明的低溫熱開關中心剖面結構示意圖；

圖2是柔性熱連接器結構示意圖；

圖3是自動伸縮器結構示意圖；

圖中，1柔性熱連接器，2自動伸縮器，3上圓端板，4下圓端板，5軟銅線，6永磁塊，7高溫超導塊，8彈簧。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施方式進一步說明本發明。