[發明專利]一種用于傳導冷卻磁控拉單晶超導磁體及其冷卻方法

在審

• 申請號: 202110833293.1
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113436825A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 劉偉;李超;馬鵬;張弛;李勇;葛正福;蘭賢輝;馮勇;劉向宏;張平祥
• 申請（專利權）人: 西安聚能超導磁體科技有限公司
• 主分類號: H01F6/04
• 分類號: H01F6/04;H01F6/06
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 第五思軍

一種用于傳導冷卻磁控拉單晶超導磁體，包括有線圈骨架，線圈骨架的圓弧段與左右線圈導冷連接裝置相連；左右線圈導冷連接裝置的上側設有冷屏導冷裝置，左右線圈導冷連接裝置的下側設有線圈導冷裝置；用熱管將G?M制冷機一級冷頭與G?M制冷機二級冷頭相連；冷屏導冷裝置上側與G?M制冷機相連；冷卻方法步驟為：步驟1，設置冷卻磁控拉單晶超導磁體；步驟2，將氣體充入到熱管中，打開G?M制冷機對測試樣品進行冷卻；步驟3，實現超導線圈的快速降溫冷卻；具有冷卻效率高的特點。

技術領域

本發明屬于磁控拉單晶應用技術領域，具體涉及一種用于傳導冷卻磁控拉單晶超導磁體及其冷卻方法。

背景技術

高純單晶硅廣泛應用于太陽能電池、集成電路、半導體等行業，是光伏發電、電子信息等高新技術產業的關鍵材料之一，在保障能源、信息、國家安全方面具重要的戰略地位。然而，由于磁拉單晶技術的核心部件—大型超導強磁體裝置，其設計技術難度高、加工制造難度大、成本和風險居高不下等原因，導致國內缺乏相關基礎研究和技術積累，該項技術被日、美、德等國完全壟斷。

根據已有的文獻調研可知，截止目前，磁控拉單晶用超導磁體領域，由于單晶硅加工制備的區域性及壟斷性，導致目前國外研制單位主要為日本的住友（Sumitomo），東芝（Toshiba）及日本超導技術公司（JASTEC）等企業，同時該領域磁體制備技術幾乎完全處于保密、封鎖狀態。國內單晶硅相關研究雖與日本同時起步，但就目前總體而言，生產技術水平仍然相對較低，國內消耗的大部分集成電路及其硅片仍然依賴進口。但經過多年的積累與發展正迎頭趕上，近幾年也有相關專利進行了保護申請，如公開號為（CN103106994A）專利文獻，提出的一種用于磁控直拉單晶用MgB2超導磁體；公開號為（CN110136915A）的專利文獻提出一種超導磁體和磁控直拉單晶設備，然而，以前的磁體大都存在如下問題，冷卻采用液氦的方式或者直接采用G-M制冷機熱傳導的方式對磁體進行降溫冷卻，采用液氦冷卻方式，由于液氦為稀缺資源導致成本非常高昂，采用G-M制冷機熱傳導直接冷方式，所需要的降溫時間非常長，根據磁體冷體的質量，一般8英寸和12英寸的超導磁體降溫需要14～20天的時間，降溫時間成本非常高，是目前磁體使用過程中面臨的一個較為嚴重的影響生產效率的問題。同時，由于實際運行過程中，也難免因各種情況導致磁體失超，從而使得超導磁體溫度升高，因此也需要再次降溫到超導磁體運行臨界溫度以下。所以，超導磁體的降溫時間長、短，實際將會嚴重影響磁體在實際生產中的使用效率。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種用于傳導冷卻磁控拉單晶超導磁體及其冷卻方法，引入熱管，從而提高磁體的冷卻效率，縮短磁體從室溫冷卻到超導線材臨界運行溫度以下的時間，降低時間成本提高磁體生產效率。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種用于傳導冷卻磁控拉單晶超導磁體，包括有線圈骨架，線圈骨架的圓弧段與左右線圈導冷連接裝置相連；左右線圈導冷連接裝置的上側設有冷屏導冷裝置，左右線圈導冷連接裝置的下側設有線圈導冷裝置；用熱管將G-M制冷機一級冷頭與G-M制冷機二級冷頭相連；冷屏導冷裝置8上側與G-M制冷機相連。

所述的熱管上端設有熱管上端連接導冷件，下端設有熱管下端連接導冷件；熱管上端連接導冷件下部與熱管高溫端冷凝器相連，熱管高溫端冷凝器位于熱管腔體中；熱管下端連接導冷件上部與熱管下端換熱器相連，熱管下端換熱器位于熱管腔體中；熱管腔體上端與熱管冷凝器氣體導入管相連通。

所述的熱管上端連接導冷件和熱管下端連接導冷件的熱傳導系數為200～700W/m*K。

所述的熱管上端連接導冷件和熱管高溫端冷凝器的材料采用高純無氧銅或高純鋁。

所述的熱管腔體的上、下兩端的材料的熱傳導系數為0.1～1W/m*K。

所述的熱管腔體上、下兩端的材料采用不銹鋼、黃銅、鈹銅或者鈦合金。

所述的熱管上端連接導冷件和熱管下端連接導冷件的導冷結構采用多層嵌套結構。