[發(fā)明專利]一種用于超導磁體的迫流循環(huán)預冷系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113555181B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設計）人: 李俊杰;崔雨琦;歐陽崢嶸
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院
• 主分類號: H01F6/04
• 分類號: H01F6/04
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 張祥

本發(fā)明提供了一種用于超導磁體的迫流循環(huán)預冷系統(tǒng)，包括第一換熱器和第二換熱器，低溫介質(zhì)從第二換熱器流向第一換熱器，高溫介質(zhì)從第一換熱器流向第二換熱器，所述第二換熱器能夠改變內(nèi)部低溫介質(zhì)的含量，高溫介質(zhì)在第二換熱器內(nèi)被低溫介質(zhì)冷卻，所述高溫介質(zhì)通過管道引出與超導磁體換熱。本發(fā)明的優(yōu)點在于：通過氣體換熱實現(xiàn)超導磁體的快速冷卻；并能夠通過改變第二換熱器內(nèi)低溫介質(zhì)的含量，改變參與換熱的低溫介質(zhì)的量，從而能夠控制高溫介質(zhì)離開第二換熱器時的溫度，實現(xiàn)對高溫介質(zhì)溫度的精確控制，通過高溫介質(zhì)與超導磁體換熱降溫，間接實現(xiàn)了對超導磁體溫度的控制，滿足控制超導磁體溫度的使用需求。

技術領域

本發(fā)明涉及超導磁體低溫冷卻技術領域，尤其涉及一種用于超導磁體的迫流循環(huán)預冷系統(tǒng)。

背景技術

超導磁體目前已被廣泛用于高磁場強度、核聚變、超導發(fā)電、生物醫(yī)療等領域中。由于超導線圈需要在極低溫度下才能產(chǎn)生超導效應，因此必須給超導磁體提供超低溫條件。而將其由常溫冷卻至低溫需要消耗大量資源，帶來經(jīng)濟損耗，并且還需在滿足熱應力的條件下盡可能提高降溫和升溫速率，確保磁體自身安全。因此采取有效合理的超導磁體冷卻系統(tǒng)是必不可少的。

目前普遍使用的浸泡式冷卻，采用液氦池浸泡，并將生成的液氦回收再冷凝利用的方法進行直接冷卻，需要消耗大量的低溫液體，并且要持續(xù)補充，操作比較復雜。制冷機冷卻法將制冷機的冷端與磁體使用金屬導熱帶等固體連接，通過導熱冷卻磁體，制冷機需要與磁體距離很近，運行振動、冷卻效果不均勻以及電磁干擾等問題比較突出，對于大型超導磁體沒有普及。迫流冷卻方式將制冷劑以強迫對流的方式實現(xiàn)與磁體的換熱，但對所選用的氦流狀態(tài)需要綜合考慮。

為降低成本，大型超導磁體降溫過程一般分為兩個階段，第一階段預冷：利用液氮等消耗性的制冷劑，將超導磁體冷卻至80K左右；第二階段深度降溫：將一定量的液氦等制冷劑加入到超導磁體中，將超導磁體冷卻到4.2K左右。為了使磁體系統(tǒng)能安全的實現(xiàn)降溫過程,預冷過程中需要保證磁體和流體的最大溫差都不能超過50K。此外降溫時間要盡可能縮短，這就對預冷降溫過程提出了更苛刻的要求。

公開號為CN108109806A的發(fā)明專利申請公開了一種超導磁體裝置，通過冷卻介質(zhì)在多個不同溫度的冷卻頭之間的流動，降低超導磁體的預冷時間，但是其無法準確的調(diào)整冷卻后的超導磁體的溫度，不能滿足超導磁體預冷的使用需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種方便調(diào)整預冷溫度的迫流循環(huán)預冷系統(tǒng)。

本發(fā)明是通過以下技術方案解決上述技術問題的：一種用于超導磁體的迫流循環(huán)預冷系統(tǒng)，包括第一換熱器和第二換熱器，低溫介質(zhì)從第二換熱器流向第一換熱器，高溫介質(zhì)從第一換熱器流向第二換熱器，所述第二換熱器能夠改變內(nèi)部低溫介質(zhì)的含量，高溫介質(zhì)在第二換熱器內(nèi)被低溫介質(zhì)冷卻，所述高溫介質(zhì)通過管道引出與超導磁體換熱。

本發(fā)明將高溫介質(zhì)在第一換熱器內(nèi)與低溫介質(zhì)進行換熱后被冷卻，然后再進入第二換熱器內(nèi)與低溫介質(zhì)進行換熱，由此提高換熱效率，實現(xiàn)超導磁體的快速冷卻；高溫介質(zhì)在第二換熱器內(nèi)的換熱時間更長，能夠被冷卻至接近低溫介質(zhì)的溫度，并能夠通過改變第二換熱器內(nèi)低溫介質(zhì)的含量，改變參與換熱的低溫介質(zhì)的量，從而控制高溫介質(zhì)離開第二換熱器時的溫度，實現(xiàn)對高溫介質(zhì)溫度的精確控制，通過高溫介質(zhì)與超導磁體換熱降溫，間接實現(xiàn)了對超導磁體溫度的控制，滿足控制超導磁體溫度的使用需求。

優(yōu)選的，所述高溫介質(zhì)為氣體。

優(yōu)選的，所述低溫介質(zhì)常溫下為氣體，進入第二換熱器時為液體，進入第一換熱器時為氣體。

優(yōu)選的，所述第二換熱器包括筒體和固定于筒體內(nèi)的換熱單元，所述高溫介質(zhì)從換熱單元內(nèi)部流過，所述低溫介質(zhì)處于筒體內(nèi)，筒體上設置有第一電加熱器。

優(yōu)選的，所述換熱單元內(nèi)設置有吸附劑。

優(yōu)選的，所述第一換熱器為板式換熱器，換熱單元為翅片換熱器，低溫介質(zhì)為液氮、高溫介質(zhì)為氦氣。