CN102299022B - 制冷机直接冷却超导磁体机械式热开关 - Google Patents

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Abstract

一种制冷机直接冷却超导磁体机械式热开关，包括波纹管上法兰（3）波纹管（4）、玻璃钢杆（5）、插拔式电接头（6）、固定电接头（7）和超导磁体（8），所述玻璃钢杆（5）上端通过波纹管上法兰（3）连接波纹管（4），玻璃钢杆（5）下端设有插拔式电接头（6），插拔式电接头（6）下方为固定电接头（7），固定电接头（7）设置在超导磁体（8）上，插拔式电接头（6）与制冷机一级冷头（1）连接，制冷机二级冷头（2）与固定电接头（7）连接。本发明使磁体降温过程中充分利用了制冷机一级冷头的大冷量，结构简单、操作方便可靠，导通能力强的优势。开关断开时，制冷机一二级之间无额外的热导通，确保了制冷机二级冷量的有效利用。

Description

制冷机直接冷却超导磁体机械式热开关
技术领域
本发明提出了一种制冷机直接冷却超导磁体机械式热开关，该热开关可用于低温超导磁体和高温超导磁体的快速有效冷却。
背景技术
制冷机直接冷却的超导磁体即采用无冷却剂的冷却磁体的方式。其与传统的低温浸泡冷却的超导磁体相比具有结构紧凑、运行方便和安全性好的有点。已经成为超导磁体技术的一个重要发展方向，为超导技术的应用开辟了一个新的时代。根据用途不同，分为制冷机直接冷却的低温超导磁体和高温超导磁体。图一为制冷机直接冷却超导磁体系统。
由于低温制冷机功率较低，而制冷机直接冷却的超导磁体与制冷机的二级冷头相连，当磁体冷质量较大时，磁体冷却的时间会很长。为充分利用效率相对较高的一级冷头的冷量，可用热开关将一级冷头与磁体相连，缩短磁体的冷却时间。当磁体冷却到一定温度时，切断热开关，磁体再由制冷机的二级冷却，达到超导温度。作为一级冷头和磁体之间热开关应该具备高的传热效率和高的可靠性。气隙式热开关如美国专利4366680系统复杂，热容和开关比小，导致传热功率低，热开关处于关断状态时，漏热增大。中国专利(公开号1991287)公开的热开关，利用汽液相变来实现开关的导通与关断，导通能力强，开关比大，无需外界控制等优点，但开关的薄壁圆筒外壳始终连接着制冷机的一级和二级，导致二级非常有限的冷量向一级传递，降低了制冷机二级的效率。 
发明内容
本发明主要目的在于提供一种制冷机直接冷却超导磁体机械式热开关，能有效降低了制冷机二级的热负载，有效克服了现有技术热开关始终连接制冷机的一二级的缺陷。
本发明的技术方案是：
   一种制冷机直接冷却超导磁体机械式热开关，包括波纹管上法兰波纹管、玻璃钢杆、插拔式电接头、固定电接头和超导磁体，所述玻璃钢杆上端通过波纹管上法兰连接波纹管，玻璃钢杆下端设有插拔式电接头，插拔式电接头下方为固定电接头，固定电接头设置在超导磁体上，插拔式电接头与制冷机一级冷头连接，制冷机二级冷头与固定电接头连接。 
所述插拔式电接头通过制冷机一级冷头柔性热连接线连接制冷机一级冷头。
所述固定电接头通过制冷机二级冷头柔性热连接线连接制冷机二级冷头。
 本发明的有益效果是：
 本发明的制冷机直接冷却超导磁体机械式热开关使磁体降温过程中充分利用了制冷机一级冷头的大冷量，结构简单、操作方便可靠，导通能力强的优势。开关断开时，制冷机一二级之间无额外的热导通，确保了制冷机二级冷量的有效利用。
附图说明
图1是制冷机直接冷却超导磁体系统的结构示意图。  
图2是本发明的机械式热开关的结构示意图。
    图中：1为制冷机一级冷头、2为制冷机二级冷头、3为波纹管上法兰、4为波纹管、5为玻璃钢杆、6为插拔式电接头、7为固定电接头、8为超导磁体、9为制冷机一级冷头柔性热连接线、10为制冷机二级冷头柔性热连接线、11为高温超导电流引线、12为传导板、13为铜导线、14为室温孔径、15为支撑结构、16为超导线圈、17为辐射屏、18为真空容器。 
具体实施方式
 下面结合附图对本发明作进一步描述：
如图1，制冷机直接冷却超导磁体系统包括制冷机一级冷头1、制冷机二级冷头2、高温超导电流引线11、传导板12、铜导线13、室温孔径14、支撑结构15、超导线圈16、辐射屏17和真空容器18。
本发明的制冷机直接冷却超导磁体机械式热开关可应用于上述制冷机直接冷却超导磁体系统。
    如图2，一种制冷机直接冷却超导磁体机械式热开关，包括波纹管上法兰3波纹管4、玻璃钢杆5、插拔式电接头6、固定电接头7和超导磁体8，所述玻璃钢杆5上端通过波纹管上法兰3连接波纹管4，玻璃钢杆5下端设有插拔式电接头6，插拔式电接头6下方为固定电接头7，固定电接头7设置在超导磁体8上，插拔式电接头6与制冷机一级冷头1连接，制冷机二级冷头2与固定电接头7连接。 
插拔式电接头6通过制冷机一级冷头柔性热连接线9连接制冷机一级冷头1。
固定电接头7通过制冷机二级冷头柔性热连接线10连接制冷机二级冷头2。
本发明是导热导电性能良好的插拔式电接头6的一端通过一定截面积高热导率的制冷机一级冷头柔性热连接线9与制冷机一级冷头1相连，固定电接头7也是通过一定截面积高热导率的制冷机二级冷头柔性热连接线10与制冷机二级冷头2相连。连接在制冷机一级冷头1上的插拔式电接头6通过低热导率的玻璃钢杆5与波纹管上法兰3相连。波纹管4、波纹管上法兰3与真空容器共同构成超导磁体的真空腔体。在磁体降温的过程中，如从300K到50K，通过压缩波纹管4使玻璃钢杆5及其上的插拔式电接头6向下移动，上面的插拔式电接头6插入下面的固定电接头7，制冷机一级冷头1的冷量通过制冷机一级冷头柔性热连接线9、插拔式电接头6导入超导磁体8中从而冷却超导磁体8。当超导磁体8冷却到一定温度以下，如50K，其比热会比300K时减小很多。此时通过移动玻璃钢杆5而断开插拔式电接头6，超导磁体8由制冷机二级冷头柔性热连接线10继续冷却到超导温度。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。

Claims (2)

1.一种制冷机直接冷却超导磁体机械式热开关，其特征是包括波纹管上法兰（3）、波纹管（4）、玻璃钢杆（5）、插拔式电接头（6）、固定电接头（7）和超导磁体（8），所述玻璃钢杆（5）上端通过波纹管上法兰（3）连接波纹管（4），玻璃钢杆（5）下端设有插拔式电接头（6），插拔式电接头（6）下方为固定电接头（7），固定电接头（7）设置在超导磁体（8）上，插拔式电接头（6）与制冷机一级冷头（1）连接，制冷机二级冷头（2）与固定电接头（7）连接；所述插拔式电接头（6）通过制冷机一级冷头柔性热连接线（9）连接制冷机一级冷头（1）；所述固定电接头（7）通过制冷机二级冷头柔性热连接线（10）连接制冷机二级冷头（2）。
2.根据权利要求1所述的制冷机直接冷却超导磁体机械式热开关，其特征在于所述波纹管（4）、波纹管上法兰（3）与超导磁体的真空容器共同构成超导磁体的真空腔体。
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