[發明專利]一種用于超導磁體的氦微循環制冷杜瓦系統

有效

• 申請號: 202110605697.5
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113053615B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 王前;姚興;苗文波;楊曉麗;王錫臻
• 申請（專利權）人: 濰坊新力超導磁電科技有限公司
• 主分類號: H01F6/04
• 分類號: H01F6/04;H01F6/02;H01F6/06
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 孟雪

本發明公開了一種用于超導磁體的氦微循環制冷杜瓦系統，它屬于超導磁體冷卻裝置技術領域，包括：杜瓦，杜瓦的外表面上具有內凹的熱傳導腔；耦合頭，耦合頭伸入熱傳導腔內，耦合頭一端與熱傳導腔的內底壁連接；超導線圈，設于杜瓦內；氦微循環回路，設于杜瓦內，氦微循環回路包括冷凝腔和多條換熱管道，冷凝腔與熱傳導腔的外底壁連接，換熱管道的一端與冷凝腔連通，換熱管道的另一端封閉并與超導線圈連接，換熱管道和冷凝腔內充滿有氦；本發明的熱傳導腔僅與大氣環境連通，而不與杜瓦內部連通，可以更好的構建一個氦封閉運行的容積空間，氦不再受大氣的擴散和熱沖擊，不會發生結冰現象，保證了熱傳導效率，并避免了超導磁體出現故障。

技術領域

本發明涉及超導磁體冷卻裝置技術領域，具體涉及一種用于超導磁體的氦微循環制冷杜瓦系統。

背景技術

現有的超導磁體結構通常由超導線圈、液氦容器、室溫端容器、構造液氦容器與室溫端容器之間溫度梯度的熱輻射屏蔽組件、液氦容器懸掛組件等組成。一般的，液氦容器與室溫端容器之間構成的封閉空間處于高真空狀態，為液氦容器提供絕熱環境。為了提供最佳的絕熱效果，液氦容器、熱輻射屏蔽組件及其它必要組件表面會包裹一定層數的絕熱材料。

目前，用于工業化生產的低溫超導磁體最常用的制冷方式為液氦浸泡冷卻，制冷劑為液氦，通過液氦氣化的方式吸收超導線圈的熱量，氣化的氦與冷源（GM制冷機）進行熱交換完成氦的再液化，在低溫杜瓦內，氦的液-氣兩態循環可以使超導磁體在穩定低溫下運行。其中，GM制冷機一般安裝在一個專門的容器內，此容器的低溫端與填充液氦的容器連通。

液氦是稀缺資源，價格受供應端影響嚴重。已經商用化的超導磁體（包括醫療、工業領域）普遍需要使用大量的液氦，液氦的貯存量在1000L以上，而且灌注液氦過程中還會損失大量的氦。現有的超導磁體的液氦用量大，液氦腔容積大，而真正參與熱交換的液氦體積有限，造成液氦資源嚴重的浪費。

現有的超導磁體的降溫（室溫至-268.8℃）方式是將大量液氦流體注入液氦腔內，通過液氦氣化的形式帶走液氦腔冷質量的熱量，完成降溫。在實際操作中，超導磁體的使用現場通常不具備氦的回收條件，必然也會造成液氦的浪費。

超導磁體的液氦腔與大氣環境是連通的，在安裝、更換制冷機時，會在安裝制冷機的容器空間內發生氦氣與大氣的對流，造成氦的揮發損失和容器低溫端壁面的結冰（主要是氮冰），結冰區域直接影響熱傳導效率，甚至導致事故。并且，如果超導磁體在使用過程發生失超，現有的解決方案只能任由氦揮發，無法回收。

發明內容

對于現有技術中所存在的問題，本發明提供的一種用于超導磁體的氦微循環制冷杜瓦系統，取消了傳統的大容積的液氦容腔，利用氦微循環回路內的微量的氦即可實現對超導線圈的制冷，氦參與熱循環的比例高、效率高。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種用于超導磁體的氦微循環制冷杜瓦系統，包括：

杜瓦，所述杜瓦的外表面上具有內凹的熱傳導腔；

耦合頭，所述耦合頭伸入所述熱傳導腔內，所述耦合頭一端的端面與所述熱傳導腔的內底壁連接；

超導線圈，所述超導線圈設于所述杜瓦內；

氦微循環回路，所述氦微循環回路設于所述杜瓦內，所述氦微循環回路包括冷凝腔和多條換熱管道，所述冷凝腔與所述熱傳導腔的外底壁連接，所述換熱管道的一端與所述冷凝腔連通，所述換熱管道的另一端封閉并與所述超導線圈連接，所述換熱管道和所述冷凝腔內充滿有氦。

作為一種優選的技術方案，所述熱傳導腔與所述杜瓦之間通過第一法蘭連接，所述熱傳導腔沿靠近所述超導線圈的方向上依次設有第一波紋管、第二法蘭和第三法蘭。

作為一種優選的技術方案，所述第一法蘭遠離所述超導線圈的端面上連接有第二波紋管，所述第二波紋管的另一端連接有第四法蘭。