[發明專利]野外用超導磁體系統防結霜自適應加熱裝置

有效

• 申請號: 202011049166.4
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112420310B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 陳飛云
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: H01F6/00
• 分類號: H01F6/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 賀姿;胡晶

本發明公開了一種野外用超導磁體防結霜自適應加熱裝置，包括溫度采集單元、溫控儀、加熱器，溫控儀的第一接收端與溫度收集模塊的輸出端相連，用于接收溫度收集模塊實時收集到的環境溫度值，溫控儀實時設定加熱溫度為環境溫度值，溫控儀的第二接收端與第二溫度傳感器相連，用于接收第二溫度傳感器采集到的內部溫度值，溫控儀的輸出端與加熱器相連，溫控儀將加熱溫度與內部溫度值進行對比分析，控制加熱器的開啟和關閉，使得真空杜瓦與制冷機連接處的溫度與外部環境溫度保持一致，消除結霜現象，同時，加熱器安裝在真空杜瓦的內部，不會對外部使用空間產生影響。

技術領域

本發明屬于超導磁體技術領域，尤其涉及野外用超導磁體系統防結霜自適應加熱裝置。

背景技術

隨著超導及低溫技術的發展，超導磁體在大科學工程、能源、交通、電力、醫療、材料、電子等科學技術領域得到日益廣泛的應用。超導磁體是用超導線繞制的線圈和保持其超低溫的容器的總稱，由于超導線圈均運行在液氦溫度等極低溫環境，超導磁體裝置結構一般設計有雙層真空杜瓦、防輻射冷屏、多層絕熱輻射屏等結構，以減小漏熱，降低低溫系統熱負荷，提高超導線圈運行穩定性。

超導磁體系統運行的低溫環境主要由三種方式提供，分別是低溫液體浸泡式冷卻、再冷凝式冷卻、制冷機傳導冷卻，其中液氦浸泡式冷卻的超導磁體系統應用較為廣泛。目前由于受到國際氦資源限制等因素的影響，液氦價格持續上漲；同時，液氦冷卻系統需要專業的運輸及輸液操作，增加了系統運行的復雜性及運行成本，正常運行往往受到限制。而采用低溫制冷機代替液氦作為冷源，通過傳導冷卻的方式將超導線圈冷卻至運行溫度以下，系統無需液氦運輸及輸液操作，并且避免了失超后液氦急速蒸發導致的高壓危險，極大降低了系統運行維護成本。

目前使用量較大的醫療、工業、科研等中小型超導磁體系統的開發均考慮采用制冷機傳導冷卻的方式，該系統主要由超導線圈、低溫制冷機及壓縮機、防輻射冷屏和電流引線、室溫孔、失超保護裝置、真空杜瓦、電源及控制檢測設備等組成。由于超導線圈運行在液氦等極低溫環境，需要通過拉桿等連接至冷屏或者外杜瓦。拉桿承受運輸及運行過程中的動載荷、自重、冷縮應力以及預緊力等，需要具有足夠的機械強度；而為了降低系統漏熱，拉桿的橫截面積應盡可能的小。除了拉桿，用于超導線圈通電的電流引線也需要從外杜瓦室溫環境連接至超導線圈。雖然拉桿、電流引線等的優化設計盡量取得其功能與漏熱之間的平衡，但是，由于其傳熱路徑從室溫延伸到極低溫環境，在與外杜瓦室溫端的連接位置的溫度必然要低于室溫。當周圍環境的濕度達到一定值并且連接處溫度高于零度時將會結露，長時間的結露將導致凝結水的聚集流動；當周圍環境的濕度達到一定值并且連接處溫度低于零度時將會結霜，嚴重的結霜也可能導致結冰從而占據一定的空間。對于某些需要在野外惡劣條件下運行的超導磁體系統而言，結露點處的冷凝水一般可以采用外部加熱或者增加導流通道的方式去除，而對于結霜導致的結冰占據使用空間的現象必須給予消除。

發明內容

本發明的目的是提供野外用超導磁體系統防結霜自適應加熱裝置，采用加熱的方式消除超導磁體杜瓦與制冷機冷端連接處的結霜現象。

為解決上述問題，本發明的技術方案為：

野外用超導磁體系統防結霜自適應加熱裝置，所述超導磁體系統包括超導磁體、防輻射冷屏、真空杜瓦及制冷機，所述自適應加熱裝置包括溫度采集單元、溫控儀、加熱器；

所述溫度采集單元包括溫度收集模塊、第一溫度傳感器及第二溫度傳感器，所述第一溫度傳感器置于所述真空杜瓦的外部，用于采集所述超導磁體系統應用區域環境下的環境溫度值，所述第一溫度傳感器與所述溫度收集模塊連接，所述第一溫度傳感器將采集到的環境溫度值傳輸至所述溫度收集模塊內，所述第二溫度傳感器及所述加熱器均置于所述真空杜瓦與所述制冷機冷端連接處的內壁上，所述第二溫度傳感器用于采集所述真空杜瓦與所述制冷機連接處的內部溫度值；