[發(fā)明專利]干式超導(dǎo)磁體的低溫冷卻裝置、冷卻系統(tǒng)及其運(yùn)行方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011297320.X
• 申請(qǐng)日: 2020-11-18
• 公開（公告）號(hào): CN114520086A
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方志春;王維;信紀(jì)軍;王曦瑤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 松山湖材料實(shí)驗(yàn)室
• 主分類號(hào): H01F6/04
• 分類號(hào): H01F6/04
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 周宇

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N干式超導(dǎo)磁體的低溫冷卻裝置、冷卻系統(tǒng)及其運(yùn)行方法，屬于干式超導(dǎo)磁體的冷卻技術(shù)領(lǐng)域。低溫冷卻裝置的氣體緩沖罐與蓄冷容器連通，且氣體緩沖罐與蓄冷容器共同形成密閉腔，以使氣體緩沖罐內(nèi)的氣體能夠進(jìn)入到蓄冷容器內(nèi)冷卻成固態(tài)冷媒以及蓄冷容器內(nèi)升華后的固態(tài)冷媒能夠進(jìn)入到氣體緩沖罐內(nèi)。制冷機(jī)位于蓄冷容器外且被配置成將蓄冷容器內(nèi)的氣體冷卻成固態(tài)冷媒，以及對(duì)干式超導(dǎo)磁體進(jìn)行冷卻；蓄冷容器被配置成固態(tài)冷媒升華時(shí)對(duì)干式超導(dǎo)磁體進(jìn)行冷卻。在制冷機(jī)停止工作的時(shí)候，可以減緩干式超導(dǎo)磁體的升溫速率，延長(zhǎng)干式超導(dǎo)磁體升溫至溫度閾值的時(shí)間，避免制冷機(jī)停機(jī)時(shí)干式超導(dǎo)磁體出現(xiàn)失超的情況，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及干式超導(dǎo)磁體的冷卻技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種干式超導(dǎo)磁體的低溫冷卻裝置、冷卻系統(tǒng)及其運(yùn)行方法。

背景技術(shù)

隨著液氦價(jià)格的節(jié)節(jié)攀升以及氦資源本身的稀缺性，在各種使用場(chǎng)合分別嘗試不同方法減少氦的使用及提高氦的使用效率。超導(dǎo)磁體常見的冷卻方法是使用液氦來(lái)浸泡超導(dǎo)線圈，通常會(huì)使用幾十升到上千升液氦來(lái)滿足浸泡要求。為了提高氦的使用效率及減少對(duì)液氦的依賴，在各種各樣的裝置包括磁共振系統(tǒng)、NMR系統(tǒng)、科學(xué)儀器上都慢慢采取干式磁體。所謂的干式磁體指的是利用傳導(dǎo)冷卻的方式將制冷機(jī)的冷量傳導(dǎo)到待冷卻的磁體線圈上，線圈冷卻到預(yù)期溫度后實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)進(jìn)而滿足工作要求。干式磁體不需要大量的液氦浸泡只需要開啟制冷機(jī)冷卻即可，同時(shí)，在復(fù)溫的情況下，也不會(huì)出現(xiàn)氦由于被冷介質(zhì)溫度上升而逃逸的情況。

干式磁體的方案同時(shí)也帶來(lái)相應(yīng)的問(wèn)題。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，不可避免出現(xiàn)停水、停電、制冷機(jī)停機(jī)的情況，磁體線圈會(huì)出現(xiàn)升溫，如果探測(cè)到此類情況，磁體線圈可以主動(dòng)降場(chǎng)降到安全值。但由于磁體線圈在低溫下的熱容小等原因，制冷機(jī)系統(tǒng)停止工作后，磁體線圈會(huì)快速升溫并在超過(guò)閾值后會(huì)失超，則磁體線圈不再可以主動(dòng)降場(chǎng)降到安全值。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)的目的在于提供一種干式超導(dǎo)磁體的低溫冷卻裝置、冷卻系統(tǒng)及其運(yùn)行方法，在制冷機(jī)停止工作的時(shí)候，可以減緩干式超導(dǎo)磁體的升溫速率，延長(zhǎng)干式超導(dǎo)磁體升溫至溫度閾值的時(shí)間，避免制冷機(jī)停機(jī)時(shí)干式超導(dǎo)磁體出現(xiàn)失超的情況，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活性。

第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N干式超導(dǎo)磁體的低溫冷卻裝置，包括氣體緩沖罐、蓄冷容器和制冷機(jī)。氣體緩沖罐與蓄冷容器連通，且氣體緩沖罐與蓄冷容器共同形成密閉腔，以使氣體緩沖罐內(nèi)的氣體能夠進(jìn)入到蓄冷容器內(nèi)冷卻成固態(tài)冷媒以及蓄冷容器內(nèi)升華后的固態(tài)冷媒能夠進(jìn)入到氣體緩沖罐內(nèi)。制冷機(jī)位于蓄冷容器外且被配置成將蓄冷容器內(nèi)的氣體冷卻成固態(tài)冷媒，以及對(duì)干式超導(dǎo)磁體進(jìn)行冷卻；蓄冷容器被配置成固態(tài)冷媒升華時(shí)對(duì)干式超導(dǎo)磁體進(jìn)行冷卻。

在制冷機(jī)工作的時(shí)候，制冷機(jī)產(chǎn)生的冷量可以對(duì)干式超導(dǎo)磁體進(jìn)行制冷，還可以對(duì)蓄冷容器制冷，蓄冷容器中的氣壓下降，氣體緩沖罐中的氣體進(jìn)入到蓄冷容器中，由于蓄冷容器中的溫度較低，可以使進(jìn)入到蓄冷容器中的氣體冷卻成固態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)制冷機(jī)停機(jī)故障的時(shí)候，雖然制冷機(jī)不再產(chǎn)生冷量，但是蓄冷容器中的固態(tài)冷媒會(huì)升華成氣體，其又會(huì)進(jìn)入到氣體緩沖罐內(nèi)，同時(shí)，固態(tài)冷媒升華的時(shí)候吸收大量的熱量，使蓄冷容器的溫度降低(蓄冷容器的升溫速率減慢)，也就可以減緩干式超導(dǎo)磁體的升溫速率，延長(zhǎng)干式超導(dǎo)磁體升溫至溫度閾值的時(shí)間，避免制冷機(jī)停機(jī)時(shí)干式超導(dǎo)磁體出現(xiàn)失超的情況，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活性。同時(shí)，蓄冷容器和氣體緩沖罐共同形成密閉腔，制冷機(jī)的冷頭不需要伸入蓄冷容器內(nèi)，避免冷頭在低溫下冷媒固化后性能衰減的問(wèn)題；且氣體在一個(gè)封閉循環(huán)腔中，減少維護(hù)的成本，使裝置更加簡(jiǎn)單。

在一種可能的實(shí)施方式中，氣體緩沖罐與蓄冷容器之間通過(guò)管道連通，管道外的靠近蓄冷容器的位置設(shè)置有溫度傳感器和加熱器。

如果蓄冷容器中產(chǎn)生過(guò)多的固態(tài)冷媒，則可能會(huì)堵塞管道。所以，在管道的靠近蓄冷容器的一端設(shè)置溫度傳感器和加熱器，一方面，如果溫度傳感器檢測(cè)到管道內(nèi)的溫度過(guò)低的時(shí)候，說(shuō)明管道內(nèi)可能有固態(tài)冷媒，則開啟加熱器加熱，使固態(tài)冷媒升華成氣體；如果溫度傳感器檢測(cè)到管道內(nèi)的溫度升高，則說(shuō)明管道內(nèi)的固態(tài)冷媒已經(jīng)變成氣體，則關(guān)閉加熱器，以避免管道出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。