CN104217894A - 一种传导冷却超导磁体低温热开关 - Google Patents

一种传导冷却超导磁体低温热开关 Download PDF

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Abstract

一种传导冷却超导磁体低温热开关，包括柔性热连接器(1)和自动伸缩器(2)。柔性热连接器(1)由上、下圆端板(3，4)和多根软铜线(5)组成。自动伸缩器(2)由永磁块(6)、高温超导块(7)及弹簧(8)组成。自动伸缩器(2)置于柔性热连接器(1)的内部。柔性热连接器(1)置于制冷机一冷头级和二级冷头之间，柔性热连接器(1)下端固定在二级冷头的引出铜板上。自动伸缩器(2)随着超导磁体的温度的不同发生伸长或收缩，并带动柔性热连接器(1)同步伸长或收缩，从而实现柔性热连接器(1)的上端与制冷机一级冷头的连接或断开。

Description

一种传导冷却超导磁体低温热开关
技术领域
本发明涉及一种低温工程用热开关，特别涉及一种传导冷却超导磁体用的低温热开关。
背景技术
20世纪90年代后期，由于小型制冷机技术的突破和高温超导电流引线的出现，传导冷却超导磁体技术发展迅速，逐渐有取代液氦浸泡超导磁体之势。与传统的液氦浸泡超导磁体系统比较，传导冷却超导磁体不使用液氦来冷却，具有结构紧凑、运行方便和安全性好等优点。在传导冷却超导磁体系统中，制冷机的二级冷头与超导磁体连接，由于制冷机二级冷头的功率很低，当磁体质量较大时，磁体的冷却时间比较长。而制冷机一级冷头的效率相对较高。为了充分利用一级冷头的冷量，可用热开关将一级冷头与磁体相连，缩短磁体的冷却时间。作为一级冷头和磁体之间的热连接和热隔断的热开关应该具有高的传热效率和高的可靠性。
机械式热开关可靠性不高，并且需要较大的力来驱动。磁电-阻热开关除了运行在极低温度下外，其效率很低。热管式热开关通常反应时间很长。气隙式热开关如专利CN1991287公开的热开关，利用气液相变来实现开关的导通与关断，导通能力强，开关比大，但热开关的薄壁外壳始终连接着制冷机的一级和二级，导致二级的冷量向一级传递，降低了制冷机二级的效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提出一种新的传导冷却超导磁体用低温热开关。
本发明的低温热开关由柔性热连接器和自动伸缩器组成。所述的柔性热连接器由上、下两个圆端板和多根软铜线组成。所述的上圆端板和下圆端板采用高纯铜材料制作，并且在上圆端板3的下表面和下圆端板4的上表面各加工有一个环形焊接槽。上圆端板与下圆端板之间通过多根软铜线连接，从而形成良好的热连接。多根软铜线的上端均匀排列并插入到上圆端板的焊接槽内，多根软铜线的下端同样均匀排列并插入到下圆端板的焊接槽内。上圆端板和下圆端板的焊接槽内填有焊锡，将多根软铜线的上端和下端分别与上圆端板、下圆端板焊接，使多根软铜线和上、下两个圆端板固定成一个整体。所述的自动伸缩器由永磁块、高温超导块及弹簧组成。其中永磁块置于弹簧的上端，高温超导块置于弹簧的下端。所述的自动伸缩器置于柔性热连接器内部。自动伸缩器中永磁块的上端面与柔性热连接器上圆端板的下端面采用低温胶粘接在一起，自动伸缩器中高温超导块的下端面与柔性热连接器下圆端板的上端面采用低温胶粘接在一起。
所述的柔性热连接器置于制冷机一级冷头和二级冷头之间，柔性热连接器在伸直状态时的长度约大于制冷机一级冷头与二级冷头的间距。柔性热连接器的下端通过下圆端板上加工的一圈固定孔固定在二级冷头的引出铜板上。柔性热连接器的上端可按工作需要与制冷机一级冷头进行连接或断开。所述的自动伸缩器可随其工作状态伸缩，并带动低温热开关的柔性热连接器同步伸缩。自动伸缩器的伸长和收缩取决于超导磁体的温度。
当超导磁体的温度高于所述的高温超导块的超导临界温度时，高温超导块处于非超导态，此时高温超导块与所述的永磁块之间没有任何作用力，自动伸缩器在所述弹簧的弹力作用下处于伸长状态，并带动柔性热连接器的长度伸长，柔性热连接器上圆端板直接与制冷机一级冷头的引出铜板相连接。这时制冷机的一级冷头和二级冷头之间通过高热导的柔性热连接器实现高效的热连接，制冷机的一级冷头能够有效地将冷量传给超导磁体，从而加快超导磁体的冷却速度。
当超导磁体的温度低于高温超导块的超导临界温度时，高温超导块处于超导态，此时高温超导块将俘获永磁块产生的磁通，与永磁块之间产生吸引力，此吸引力将克服弹簧的弹力使得自动伸缩器向下收缩，并带动柔性热连接器的长度收缩，柔性热连接器上圆端板与制冷机一级冷头分离，从而实现制冷机一级冷头和二级冷头的绝热。
附图说明
图1是本发明的低温热开关中心剖面结构示意图；
图2是柔性热连接器结构示意图；
图3是自动伸缩器结构示意图；
图中，1柔性热连接器，2自动伸缩器，3上圆端板，4下圆端板，5软铜线，6永磁块，7高温超导块，8弹簧。
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-图3所示，本发明的低温热开关由柔性热连接器1和自动伸缩器2组成。所述的柔性热连接器1由上圆端板3、下圆端板4和多根软铜线5组成。所述的上圆端板3和下圆端板4采用高纯铜材料制作，并且，在上圆端板3的下端面和下圆端板4的上端面各加工有一个环形焊接槽。上圆端板3与下圆端板4之间通过多根软铜线5连接，从而形成良好的热连接。多根软铜线5的上端均匀排列并插入到上圆端板3的焊接槽内，多根软铜线5的下端同样均匀排列并插入到下圆端板4的焊接槽内。上圆端板3和下圆端板4的焊接槽内填有焊锡，插入焊接槽内的多根软铜线5的上端和下端分别与上圆端板3、下圆端板4焊接，固定成一个整体。所述的自动伸缩器2由永磁块6、高温超导块7及弹簧8组成。其中永磁块6置于弹簧8的上端，高温超导块7置于弹簧8的下端。所述的自动伸缩器2置于柔性热连接器1的内部。自动伸缩器2中永磁块6的上端面与柔性热连接器1上圆端板3的下端面采用低温胶粘接在一起，自动伸缩器2中高温超导块7的下端面与柔性热连接器1下圆端板4的上端面采用低温胶粘接在一起。
所述的柔性热连接器1置于制冷机一级冷头和二级冷头之间，柔性热连接器1在伸直状态时的长度约大于制冷机一级冷头与二级冷头的间距。柔性热连接器1的下端通过下圆端板4上加工的一圈固定孔固定在二级冷头的引出铜板上。柔性热连接器1的上端可按工作需要与制冷机一级冷头进行连接或断开。低温热开关的自动伸缩器2可随其工作状态伸缩，并带动低温热开关的柔性热连接器1同步伸缩。自动伸缩器2的伸长和收缩取决于超导磁体的温度。
当超导磁体的温度高于所述的高温超导块7的超导临界温度时，高温超导块7处于非超导态，此时高温超导块7与所述的永磁块6之间没有任何作用力，自动伸缩器2在所述的弹簧8的弹力作用下处于伸长状态，并带动柔性热连接器1的长度伸长，柔性热连接器1上圆端板3直接与制冷机一级冷头的引出铜板相连接，这时制冷机的一级冷头和二级冷头之间通过高热导的柔性热连接器1实现高效的热连接，制冷机的一级冷头能够有效地将冷量传给超导磁体，从而加快超导磁体的冷却速度。
当超导磁体的温度低于高温超导块7的超导临界温度时，高温超导块7处于超导态，此时高温超导块7将俘获永磁块6产生的磁通，与永磁块6之间产生吸引力，此吸引力将克服弹簧8的弹力使得自动伸缩器2向下收缩，并带动柔性热连接器1的长度收缩，柔性热连接器1的上圆端板3与制冷机一级冷头分离，从而实现制冷机一级冷头和二级冷头的绝热。

Claims (4)

1.一种传导冷却超导磁体低温热开关，其特征在于，所述的低温热开关由柔性热连接器(1)和自动伸缩器(2)组成；所述的柔性热连接器(1)由上圆端板(3)、下圆端板(4)和多根软铜线(5)组成；上圆端板(3)和下圆端板(4)采用高纯铜材料制作；在上圆端板(3)的下端面和下圆端板(4)的上端面分别加工有一个环形焊接槽；上圆端板(3)与下圆端板(4)之间通过多根软铜线(5)连接，形成良好的热连接；多根软铜线(5)的上端均匀排列并插入到上圆端板(3)的焊接槽内，多根软铜线(5)的下端同样均匀排列并插入到下圆端板(4)的焊接槽内；多根软铜线(5)的上端和下端分别与上圆端板(3)、下圆端板(4)焊接固定成一个整体；所述的自动伸缩器(2)由永磁块(6)、高温超导块(7)及弹簧(8)组成；其中永磁块(6)置于弹簧(8)的上端，高温超导块(7)置于弹簧(8)的下端；所述的自动伸缩器(2)置于柔性热连接器(1)的内部；自动伸缩器(2)中永磁块(6)的上端面与柔性热连接器(1)上圆端板(3)的下端面采用低温胶粘接在一起，自动伸缩器(2)中高温超导块(7)的下端面与柔性热连接器(1)下圆端板(4)的上端面采用低温胶粘接在一起。
2.按照权利要求1所述的传导冷却超导磁体低温开关，其特征在于，所述的柔性热连接器(1)置于制冷机一级冷头和二级冷头之间，柔性热连接器(1)在伸直状态时的长度大于制冷机一级冷头与二级冷头的间距；柔性热连接器(1)的下端通过下圆端板(4)上固定孔固定在二级冷头的引出铜板上；柔性热连接器(1)的上端能够按工作需要与制冷机一级冷头连接或断开；所述的自动伸缩器(2)随其工作状态伸缩，并带动低温热开关的柔性热连接器(1)同步伸缩；自动伸缩器(2)的伸长和收缩取决于超导磁体的温度。
3.按照权利要求1所述的传导冷却超导磁体低温开关，其特征在于，当超导磁体的温度高于所述的高温超导块(7)的超导临界温度时，高温超导块(7)处于非超导态，此时高温超导块(7)与所述的永磁块(6)之间没有任何作用力，自动伸缩器(2)在所述的弹簧(8)的弹力作用下处于伸长状态，并带动柔性热连接器(1)的长度伸长，柔性热连接器(1)的上圆端板(3)直接与制冷机一级冷头的引出铜板相连接，这时制冷机的一级冷头和二级冷头之间通过高热导的柔性热连接器(1)实现高效的热连接，制冷机的一级冷头能够有效地将冷量传给超导磁体，从而加快超导磁体的冷却速度。
4.按照权利要求1所述的传导冷却超导磁体低温开关，其特征在于，当超导磁体的温度低于高温超导块(7)的超导临界温度时，高温超导块(7)处于超导态，此时高温超导块(7)将俘获永磁块(6)产生的磁通，与永磁块(6)之间产生吸引力，此吸引力将克服弹簧(8)的弹力使得自动伸缩器(2)向下收缩，并带动柔性热连接器(1)的长度收缩，柔性热连接器(1)的上圆端板(3)与制冷机一级冷头分离，从而实现制冷机一级冷头和二级冷头的绝热。
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