CN103117144A - 一种传导冷超导磁体的冷却系统 - Google Patents

Abstract

一种传导冷超导磁体的冷却系统，其制冷机（3）的二级冷头（10）通过二级导冷带（6）与超导磁体（4）连接；制冷机的一级冷头（9）与冷屏上端板（2）连接。导冷板（7）通过一级导冷带（5）与超导磁体（4）连接。导冷板（7）与冷屏上端板（2）位于两电磁阀线圈（8、8’）之间。当制冷机（3）从室温开始对超导磁体（4）制冷降温时，两电磁阀线圈（8、8’）通同向电流，使导冷板（7）与冷屏（2）紧密连接，超导磁体（4）在一级冷头（9）的大功率制冷下快速降温。当超导磁体（4）降温至40K温区时，两电磁阀线圈（8、8’）通相反电流，使导冷板（7）与冷屏（2）完全脱开，超导磁体（4）在二级冷头（10）作用下进一步降温至4K温区。

Description

一种传导冷超导磁体的冷却系统

技术领域

本发明涉及一种超导磁体。

背景技术

超导磁体技术广泛应用于国民经济、科学研究及国防军工等各个领域，对国家建设发挥着越来越大的作用。

超导磁体具有载流能力达、运行耗能低等特点，但是超导磁体需要在很低的温度之下才能通电运行。一般保持超导磁体低温的方式有液氦浸泡制冷和制冷机传导冷却制冷两种方式。由于液氦主要依靠进口，价格昂贵，且用户使用需要定期补充液氦，使用较为麻烦，因此其广泛应用受到一定限制；近年来传导冷却技术发展迅速，可以通过制冷机将超导磁体冷却至所需工作温度甚至低于液氦温度，其使用方便，只需市电和自来水维持，且运行成本很低。因此，传导冷却超导磁体的应用越来越普遍。

一个传导冷却超导磁体系统一般需要两级制冷。对于一个包含了两级制冷的制冷机，其一级制冷与冷屏相连，将其冷却至40K～50K左右的温区，冷屏起到降低外界热辐射的租用；其二级制冷与超导磁体相连，将其冷却至所需的4K温区。受制冷机工作功率与工作温度有很大相关，制冷机的一级工作温度较高，冷却功率较大，一般为几十瓦，能够维持受辐射热的冷屏及电流引线上产生的热功率，但是制冷机二级工作温度较低，冷却功率较小，一般只有几瓦，如果超导磁体较大，有时需要多台制冷机才能维持超导磁体的工作温度。

一般的传导冷却超导磁体系统中，制冷机的一级冷头只与冷屏相连，二级冷头只与磁体相连，但是冷屏与超导磁体都是从室温开始冷却，且超导磁体体积比冷屏大得多，由于制冷机一级冷头工作温度高二级冷头工作温度低，因此经常出现冷屏已经很快冷却到所需温区，但是超导磁体的温度却高于冷屏温度，且远远高于其所需工作温度。这往往需要几天时间才能将超导磁体冷却至所需温度。较长的制冷时间降低了超导磁体系统的工作效率，不利于磁体系统的调试和重新启动。

发明内容

本发明的目的是克服现有传导冷超导磁体系统中超导磁体冷却速度过慢的缺点，提出一种改进的传导冷超导磁体制冷系统。

本发明的传导冷超导磁体冷却系统由冷屏上端板、制冷机、超导磁体、一级导冷带、二级导冷带、导冷板及上、下两个电磁阀线圈组成。所述的制冷机的一级冷头和二级冷头、冷屏上端板、超导磁体位于低温容器之内。

所述的上、下两个电磁阀线圈的线圈绕向相同。

所述的制冷机的二级冷头与二级导冷带相连接，二级导冷带与超导磁体相连接；制冷机的一级冷头与冷屏上端板相连接，一级导冷带的一端与超导磁体相连接，另一端与导冷板相连接。冷屏上端板与上电磁阀线圈相连，导冷板与下电磁阀线圈相连，且冷屏上端板和导冷板位于上、下两个电磁阀线圈之间。

上、下两个电磁阀线圈通同向电流时，冷屏上端板与导冷板紧密接触，上、下两个电磁阀线圈不通电流时，冷屏上端板与导冷板不接触。

所述的上、下两个电磁阀线圈采用高纯铜等低电阻率的金属制成，以降低线圈工作时的发热功率。所述的冷屏上端板和与其相连的上电磁阀线圈之间设有热绝缘层，以避免电磁阀工作所发的热量传到冷屏。导冷板和与其相连下电磁阀线圈之间也设有热绝缘层，以减小电磁阀工作所发的热量传到导冷板。

当所述的制冷机从室温开始对超导磁体制冷降温时，给上、下两电磁阀线圈通以同向电流互相吸引，从而使位于上、下两个电磁阀线圈之间的冷屏上端板与导冷板紧密连接，超导磁体通过冷屏的上端板、导冷板以及一级导冷带在制冷机一级冷头的大功率制冷作用下快速降温。

当所述的制冷机使超导磁体降温至40K～50K温区时，给上、下两个电磁阀线圈通相反电流，使夹在上、下两个电磁阀线圈之间的导冷板与冷屏完全脱开，从而使超导磁体可以通过二级导冷带在制冷机的二级冷头制冷作用下进一步降温至4K左右的工作温区。

由于超导磁体在达到40K～50K温区前由功率较大的一级冷头冷却，因此大大减少了冷却时间，提高了超导磁体系统的工作效率。

附图说明

图1是本发明实施例的传导冷超导磁体冷却系统剖视示意图，图中：1低温容器、2冷屏上端板、3制冷机、4超导磁体、5一级导冷带、6二级导冷带、7导冷板、8、8’两电磁阀线圈、9制冷机一级冷头、10制冷机二级冷头。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，本发明的传导冷超导磁体的冷却系统由冷屏上端板2、制冷机3、超导磁体4、一级导冷带5、二级导冷带6、导冷板7、上电磁阀线圈8和下电磁阀线圈8’组成。所述的制冷机3的一级冷头9和二级冷头10、冷屏上端板2、超导磁体4位于低温容器1之内。所述的上电磁阀线圈8和下电磁阀线圈8’的线圈绕向相同。

所述的制冷机3的二级冷头10与二级导冷带6相连接，二级导冷带6与超导磁体4相连接，制冷机3的一级冷头9与冷屏上端板2相连接，一级导冷带5的一端与超导磁体4相连接，另一端与导冷板7相连接。冷屏上端板2与上电磁阀线圈8相连，位于上电磁阀线圈8之下；导冷板7与下电磁阀线圈8’相连，且位于上电磁阀线圈8之上，即冷屏上端板2和导冷板7位于上电磁阀线圈8和下电磁阀线圈8’之间。

上电磁阀线圈8和下电磁阀线圈8’通同向电流时，上、下两个电磁阀线圈8、8’互相吸引，冷屏上端板2与导冷板7紧密接触；上电磁阀线圈8和下电磁阀线圈8’不通电流时，冷屏上端板2与导冷板7不接触。

所述的上、下两个电磁阀线圈8、8’采用高纯铜等低电阻率的金属制成，以降低线圈工作时的发热功率。上电磁阀线圈8与冷屏上端板2之间设有热绝缘层，以减小上电磁阀线圈8工作时的发热传到冷屏上端板2；下电磁阀线圈8’与导冷板7之间也设有热绝缘层，以减小下电磁阀线圈8’工作时的发热传到导冷板7。

当所述的制冷机3从室温开始对超导磁体4制冷降温时，给上电磁阀线圈8和下电磁阀线圈8’通同向电流，使上、下两个电磁阀线圈8、8’互相吸引，从而使夹在上、下两个电磁阀线圈8、8’之间的导冷板7与冷屏2紧密连接，超导磁体4通过冷屏上端板2、导冷板7以及一级导冷带5在制冷机3的一级冷头9的大功率制冷的作用下迅速降温。

当所述的制冷机3使超导磁体4降温至40K左右温区时，给上电磁阀线圈8和下电磁阀线圈8’通相反电流，使冷屏上端板2与导冷板7完全脱开，从而使超导磁体4通过二级导冷带6在制冷机3的二级冷头10的制冷作用下进一步降温至4K左右的工作温区。

Claims (5)

1.一种传导冷超导磁体的冷却系统，其特征是，所述的冷却系统由冷屏上端板（2）、制冷机（3）、超导磁体（4）、一级导冷带（5）、二级导冷带（6）、导冷板（7）、上电磁阀线圈（8）和下电磁阀线圈（8’）组成；所述的制冷机（3）的一级冷头（9）和二级冷头（10）、超导磁体（4）、冷屏上端板（2）位于低温容器（1）内；所述的上电磁阀线圈（8）和下电磁阀线圈（8’）的线圈绕向相同；所述的制冷机（3）的二级冷头（10）与二级导冷带（6）相连接，二级导冷带（6）与超导磁体（4）相连接，制冷机（3）的一级冷头（9）与冷屏上端板（2）相连接；一级导冷带（5）的一端与超导磁体（4）相连接，一级导冷带（5）的另一端与导冷板（7）相连接；上电磁阀线圈（8）与冷屏上端板（2）相连，位于冷屏上端板（2）之上；下电磁阀线圈（8’）与导冷板（7）相连，位于导冷板（7）之下。

2.按照权利要求1所述的传导冷超导磁体的冷却系统，其特征是，调节冷屏上端板（2）与导冷板（7）的距离，使得上电磁阀线圈（8）和下电磁阀线圈（8’）通同向电流时，冷屏上端板（2）与导冷板（7）能够紧密接触；当上电磁阀线圈（8）和下电磁阀线圈（8’）不通电流时，冷屏上端板（2）与导冷板（7）不接触。

3.按照权利要求1所述的传导冷超导磁体的冷却系统，其特征是，所述的上电磁阀线圈（8）和下电磁阀线圈（8’）采用高纯铜制成；上电磁阀线圈（8）与冷屏上端板（2）之间有热绝缘层；下电磁阀线圈（8’）与导冷板（7）之间有热绝缘层。

4.按照权利要求1所述的传导冷超导磁体的冷却系统，其特征是，当所述的制冷机（3）从室温开始对超导磁体（4）制冷降温时，给上电磁阀线圈（8）和下电磁阀线圈（8’）通同向电流，使上电磁阀线圈（8）和下电磁阀线圈（8’）相吸引，位于上、下电磁阀线圈（8、8’）之间的导冷板（7）与冷屏上端板（2）紧密连接，超导磁体（4）通过冷屏上端板（2）、导冷板（7）以及一级导冷带（5），在制冷机（3）一级冷头（9）的制冷作用下下迅速降温。

5.按照权利要求1所述的传导冷超导磁体的冷却系统，其特征是，当所述的制冷机（3）使超导磁体（4）降温至40K左右时，给上电磁阀线圈（8）和下电磁阀线圈（8’）通相反电流，使导冷板（7）与冷屏上端板（2）完全脱开，使超导磁体（4）通过二级导冷带（6）在制冷机（3）的二级冷头（10）的制冷作用下进一步降温至4K左右的工作温区。

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