CN104200951A - 一种超导磁体冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种超导磁体冷却装置。超导磁体(1)经拉杆(6)吊装在气氦容器(4)上端板的下表面，超导磁体(1)通过导冷带(12)与制冷机(9)的二级(11)相连，超导磁体(1)外周包裹多层绝热层(2)。气氦容器(4)是一个密闭容器，颈管(8)位于气氦容器(4)顶部，与之相连通。气氦容器(4)经拉杆(7)吊装在真空容器(5)的上盖板的下表面。气氦容器(4)的上盖板与制冷机(9)的一级冷头(10)采用铟丝密封。气氦容器(4)外周包裹多层绝热层(3)。在气氦容器(4)温度低于超导磁体(1)温度时充入氦气，此时超导磁体(1)依靠固体热传导与气体对流被冷却。在气氦容器(4)温度高于超导磁体(1)温度时，将氦气抽出。

Description

一种超导磁体冷却装置

技术领域

本发明涉及一种超导磁体的冷却装置。

背景技术

有史以来，由铜基NbTi线制成的超导磁体共有二种冷却方法，液氦浸泡冷却和制冷机传导冷却。

液氦浸泡冷却方法是将超导磁体置于液氦容器中，液氦容器中充满液氦，其外是一个液氮容器，液氮容器中充满液氮，液氮容器要对液氦容器的形成全包围态势，液氮容器外是一个真空容器。液氦浸泡冷却的超导磁体的主要缺点在于，为了减少液氦挥发，还需再增加一个液氮保护容器；另外，当磁体失超时，如卸压装置出现故障，则会造成液氦容器过压，直至发生爆炸。

上个世纪90年代中期，随着GM制冷机和实用高温超导材料出现，制冷机冷却超导磁体得以实现。制冷机冷却超导磁体主要通过固体热传导来完成。制冷机的一级冷头冷却热辐屏，二级冷头通过使用高导热材料如高纯铜制成的导冷带冷却磁体本体。这种冷却方法，由于免去了液氦、液氮的使用，使得磁体的结构简单，操作方便。

GM制冷机(SRDK-415D)冷却超导磁体有这样的特点，在80K-300温区内，它的一级冷头输出的制冷量是二级冷头输出制冷量的4倍左右；GM制冷机在空载的情况下，它一、二级冷头的最终温度和输出功率为35W50K、1.5W/4.2K。

这种冷却方式的致命缺点就是磁体降温时间过长。使用中的传导冷却超导磁体的冷却时间，短则几十小时，长则上百个乃至几百个小时。具体说来，100公斤重的磁体本体，由室温降到磁体工作温度，需要100小时左右。造成磁体冷却时间过长的主要原因是GM制冷机二级制冷功率过低，如型号SRDK-415制冷机在4.2K时，仅有1.5W制冷功率。

为了缩短传导冷却超导磁体，可使用气体-气隙式热开关。但这又会带来新的问题，在开关关断后，开关壳体出现漏热。由于开关壳体的漏热，使得热开关的应用被限制在中小型制冷机冷却的超导磁体中。在应用到较大规模制冷机冷却的超导磁体中时，不得不提高磁体工作温度的裕度，导致超导磁体的载流性能降低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种新的超导磁体冷却装置。本发明有机结合了液氦浸泡冷却和制冷机传导冷却的优点。

本发明超导磁体冷却装置包括气氦容器、制冷机和真空容器。

超导磁体经拉杆吊装在气氦容器上端板的下表面，超导磁体通过导冷带与制冷机的二级冷头相连。超导磁体外周包裹多层绝热层。

所述的气氦容器是一个密闭容器，采用铝合金制作。颈管位于气氦容器的顶部，一端与气氦容器相连通，另一端通往真空容器外，用于充气和抽气。颈管采用不锈钢材料制作。气氦容器位于真空容器内，经气氦容器拉杆吊装在真空容器上盖板的下表面。气氦容器的上盖板与制冷机的一级冷头之间采用铟丝密封。气氦容器的外周包裹有多层绝热层。

与液氦浸泡超导磁体不同的是，气氦容器不输入液氦，只在气氦容器温度低于超导磁体温度时充入氦气。超导磁体在大部分时间的冷却通过气体与固体双重热传导完成。在气氦容器温度高于超导磁体温度时，将氦气抽出，此后磁体仅通过固体热传导被冷却。

附图说明

图1是本发明实施例的超导磁体冷却装置示意图，图中：1超导磁体、2超导磁体的绝热层、3气氦容器的绝热层、4气氦容器、5真空容器、6磁体拉杆、7气氦容器拉杆、8颈管、9制冷机、10制冷机一级冷头、11制冷机二级冷头、12导冷带。

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。

本发明超导磁体冷却装置包括气氦容器4、制冷机9和真空容器5。

所述的超导磁体1经拉杆6吊装在气氦容器4上端板的下表面。超导磁体1通过导冷带12与制冷机9的二级冷头11相连，超导磁体1外周包裹多层绝热层2。

所述的气氦容器4是一个密闭容器，采用铝合金制作。颈管8位于气氦容器4的顶部，其一端与气氦容器4相连通，另一端连通真空容器5外，用于充气和抽气。颈管8采用不锈钢材料制作。气氦容器4经气氦容器拉杆7吊装在真空容器5上盖板的下表面。气氦容器4的上盖板与制冷机9的一级冷头10之间采用铟丝密封。气氦容器4外周包裹有多层绝热层3。与液氦浸泡超导磁体不同的是，气氦容器4不输入液氦，只在气氦容器4温度低于超导磁体1温度时充入氦气，此时超导磁体1依靠固体热传导与气体对流被冷却。在气氦容器4温度高于超导磁体1温度时，将氦气抽出

本发明工作过程如下：

首先抽气氦容器4和真空容器5之间的真空，再抽气氦容器4的真空，通过颈管8向气氦容器4灌注1个大气压的氦气，开动制冷机9。此时超导磁体1通过两种方式冷却：

(1)固体传导：超导磁体1经过导冷带12，采用固体传导方式冷却。

(2)气体传导：气氦容器4从制冷机9的一级冷头10获得冷量，经过氦气分子的对流热传导，将冷量传给超导磁体1。

通过这两种方式冷却，超导磁体的冷却速度会大大加快。根据制冷机9的工作特性，随着温度降低，制冷机一级10的制冷功率会趋于零，而二级冷头11能够继续制冷。当与一级冷头10连接的气氦容器4的温度高于与二级冷头11连接的超导磁体1的温度后，气氦容器4中的气体会使超导磁体1的温度上升。此时需通过颈管8将气氦容器4中的氦气抽出，超导磁体1仅通过导冷带12依靠固体热传导方式冷却，超导磁体1的继续冷却仅由制冷机二级冷头11实现。同时，气氦容器4又起到了防热辐射的作用，降低了超导磁体1的热辐射漏热。

Claims (3)

1.一种超导磁体冷却装置，其特征是，所述的超导磁体冷却系统包括气氦容器(4)、制冷机(9)和真空容器(5)；超导磁体(1)经拉杆(6)吊装在气氦容器(4)上端板的下表面；超导磁体(1)通过导冷带(12)与制冷机(9)的二级冷头(11)相连，超导磁体(1)外周包裹多层绝热层(2)；气氦容器(4)经气氦容器拉杆(7)吊装在真空容器(5)上盖板的下表面。

2.按照权利要求1所述的超导磁体冷却装置，其特征是，所述的气氦容器(4)为密闭容器，采用铝合金制作；颈管(8)位于气氦容器4的顶部，其一端与气氦容器(4)相连通，另一端连通真空容器(5)外，用于充气和抽气；颈管(8)采用不锈钢材料制作；气氦容器(4)的上盖板与制冷机(9)的一级冷头(10)之间采用铟丝密封；气氦容器(4)外周包裹有多层绝热层(3)。

3.按照权利要求1或2所述的超导磁体冷却装置，其特征是，当气氦容器(4)的温度低于超导磁体(1)温度时，向气氦容器(4)充入氦气；当气氦容器(4)的温度高于超导磁体(1)温度时将氦气抽出，此时的气氦容器(4)起到防辐射屏的作用，降低超导磁体(1)的热辐射漏热。