[實用新型]一種磁體強制對流液冷的冷卻系統

有效

• 申請號: 201720984117.7
• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN207021068U
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 周天;蔡貴立;史忠山;唐磊;向軍
• 申請（專利權）人: 廣東合一新材料研究院有限公司
• 主分類號: H01F6/04
• 分類號: H01F6/04;F25D3/10
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司44104
• 代理人: 侯莉

技術領域

本實用新型涉及一種磁體強制對流液冷的冷卻系統。

背景技術

如圖1所示，重頻磁體是一種脈沖式磁場產生裝置，其核心結構由特殊結構的電磁線圈構成。單次通電加載，可產生10T以上的強磁場，目前已有的重頻磁體可達到45T磁場強度。強磁場重頻磁體應用領域廣泛，包括軍事領域電磁武器、科研領域質譜分析、醫療領域核磁成像和質子醫療等等。重頻磁體的磁場越強，對相應領域的應用越有益處，但是，電磁線圈產生強磁場需要強大的電流和密集的繞線，而由于電磁線圈電阻的存在，使得電磁線圈在產生強磁場的同時也會產生大量的焦耳熱，如果這些熱量不能及時排出，將會使線圈的溫度升高，增加線圈的電阻，導致在下一次加載時產生更多熱量，從而降低磁場強度，因此，電磁線圈產生強磁場時所生成的熱量必須排出。然而，熱量排出的速度會影響磁體的使用頻率，而在本領域中，磁體使用頻率越高越好，以提高使用效率，降低使用時間成本，因此，就需要高效的散熱手段，將磁體內產生的焦耳熱快速排出磁體，以便為下次加載做好準備。

如圖1所示的強磁場重頻磁體，由電磁導線9繞制而成，相鄰圈之間具有絕緣層91，電磁導線9橫截面呈矩形，整個繞線浸泡在絕緣低溫工質里，內側線圈層間留出液體通道92，依靠自然對流散熱，這是目前最有效的冷卻方式之一，這種方式可以使線圈加載間隔縮短為15～20分鐘左右，但是，基于提高效率的考慮，業界希望冷卻時間為秒級以內。但是現有的冷卻結構無法達到此要求。

強磁場重頻磁體的電磁線圈在低溫下可獲得良好的低電阻，有利于加載大電流，產生強磁場，降低能量焦耳熱損耗，提高能量利用效率和設備運行穩定性。為了獲得這種低溫環境，一般是依靠低溫工質浸泡電磁線圈，例如低溫工質為液態二氧化碳、液氮、液氦、液氫等，同時依靠這些液體的相變揮發實現維持環境的恒溫控制。這些低溫工質在維持冷環境的同時，也可以作為冷卻工質，將發熱電磁線圈的溫度冷卻至環境溫度，如圖2和3所示，通過在電磁導線9中心開設液體冷卻通道93的方式，將冷卻工質依靠外力注入液體冷卻通道93對電磁線圈進行冷卻。

但是，受限于電磁線圈的體積，電磁線圈不能采用較粗的導線，因此導線中心開設的液體冷卻通道的孔徑較小，通常為0至2mm，液體冷卻通道的截面形狀不限，整個電磁體是由一根導線纏繞而成，由于液體冷卻通道是一個孔徑小且細長的液冷通道，因此，管道沿程阻力大。由于低溫冷卻工質在大氣壓下處于飽和狀態，受熱即相變為氣態，如果在導線一端使用增壓裝置將液體低溫工質注入其內，而導線的另一端與大氣相通，那么，液體低溫工質在線圈中吸熱后，很容易發生相變產生蒸汽，從而導致線圈內液體低溫工質的體積急劇膨脹，壓力上升，進而阻礙液體低溫工質流動，降低電磁線圈的冷卻速度。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種操作簡單、成本低、容易實現、穩定可靠、提高冷卻效率的磁體強制對流液冷的冷卻系統。

本實用新型的上述目的可以通過以下措施來實現：一種磁體強制對流液冷的冷卻系統，其特征在于：它包括電控裝置、高壓恒壓供給罐、低壓背壓排液罐和裝有用于浸泡電磁線圈的冷卻工質的冷卻液槽，該電磁線圈導線中心開設有縱向貫穿整條電磁線圈導線的液體冷卻通道，且在電磁線圈的兩端設有與液體冷卻通道相通的絕緣接口，所述高壓恒壓供給罐和低壓背壓排液罐分別具有進液口和出液口，所述高壓恒壓供給罐的出液口與電磁線圈的一絕緣接口連接，所述低壓背壓排液罐的進液口與電磁線圈的另一絕緣接口連接，所述電控裝置控制冷卻工質從高壓恒壓供給罐的進液口流入其中，再控制高壓恒壓供給罐和低壓背壓排液罐內壓強分別升至恒定使得液體冷卻通道內為高壓恒壓狀態，且高壓恒壓供給罐內氣體壓強大于低壓背壓排液罐內氣體壓強，冷卻工質從高壓恒壓供給罐的出液口被壓入電磁線圈的液體冷卻通道中，吸熱后的冷卻工質從低壓背壓排液罐的進液口排入其中，通過低壓背壓排液罐泄壓維持其內部壓強恒定，并在低壓背壓排液罐中冷卻工質的液位達到設定液位時，冷卻工質從低壓背壓排液罐的出液口排至冷卻液槽中或者用于儲存冷卻工質的存貯罐中。