CN106558392B - 超导磁体冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的超导磁体冷却装置，包括：导冷片，设置在超导线饼两侧，所述导冷片与相邻的之间电绝缘，每一超导线饼上具有多个均匀排布的连接孔；多个低温热管，垂直穿过导冷片，且穿过各个导冷片的连接孔，将各个导冷片连接，所述低温热管用于各个导冷片之间的热量传递。本发明解决了现有技术的超导冷却装置的热量传导效率不高、超导磁体的温度分布不均匀的问题。

Description

超导磁体冷却装置
技术领域
本发明涉及本发明涉属于超导磁体导冷技术，尤其涉及一种低温毛细热管超导磁体冷却装置。
背景技术
超导磁体制冷是超导磁体的主要运行成本，这也是限制超导磁体广泛应用的诸多因素之一。现有的超导磁体大多通过浸泡制冷，采用液氦等作为冷却剂进行冷却，这样的超导磁体结构和运行较为复杂，并且需要消耗大量昂贵的液氦，其制造和维护成本严重制约着超导磁体的应用。
随着制冷机技术的不断发展，制冷机传导冷却有望成为更经济有效的超导磁体制冷手段。制冷机传导冷却使用固体直接接触导热的传导方式，不损耗液氦、能耗低、结构紧凑、便与移动，可大大提高超导磁体的适用性。
于2005年3月16日公开的CN 1595675A的中国发明专利公开了一种高温超导器件冷却装置，采用金属导冷杆和导冷带作为导热部件；于2012年10月17日公开的 CN102737806中国发明专利公开了一种高温超导磁体传导制冷结构，采用导冷片和超导线饼交替排列的结构。
以上这些专利由于仅使用黄铜等金属固体作为导热介质，具有传导性能有限、超导磁体温度均匀性难以保证等问题，这样冷却时间和超导磁体的温度动态稳定性会受到影响。同时由于上述导冷结构多位于超导线饼外侧，对超导线饼内侧的热量传导能力有限，容易造成温度分布不均。
因此，需要一种超导磁体冷却装置，能够具有较好的热量传导效率，并且使得超导磁体的温度分布更加均匀。
发明内容
本发明针对现有技术的超导冷却装置的热量传导效率不高，使得超导磁体的温度分布不均匀的问题，提供一种超导磁体冷却装置。
为了解决上述问题，本发明提供的超导磁体冷却装置，包括：导冷片，设置在超导线饼两侧，所述导冷片与相邻的之间电绝缘，每一超导线饼上具有多个均匀排布的连接孔；
多个低温热管，垂直穿过导冷片，且穿过各个导冷片的连接孔，将各个导冷片连接，所述低温热管用于各个导冷片之间的热量传递。
可选地，所述超导线饼为圆形，且每一超导线饼的尺寸相同，所述导冷片的形状为圆形，尺寸与所述超导线饼的尺寸相同，所述连接孔沿所述导冷片直径向外均匀排布，形成至少一个内圈和一个外圈，所述连接孔在内圈和外圈均匀排布。
可选地，所述低温热管在所述导冷片表面均匀排布，且所述低温热管垂直穿过所述导冷片。
可选地，所述低温热管为低温毛细热管，其具有封闭的薄壁金属管，该薄壁金属管内侧附有毛细结构吸芯液，薄壁金属管及毛细结构吸芯液内部形成的空间内填充有传热工质，所述传热工质在所述低温热管中循环传热。
可选地，所述薄壁金属管与导冷片上的连接孔具有通过焊接或胶接方式连接固定。
可选地，所述传热工质包括氦、氦、氢、氖、氮、氧及其组合中的一种。
可选地，在同一导冷片上，多个所述低温热管沿该导冷片呈同心圆排布。
可选地，所述超导冷片的材质为金属或半导体。
可选地，所述导冷片与相邻的超导线饼之间具有树脂或有机薄膜，所述树脂或有机薄膜用于所述导冷片与相邻超导线饼之间的电绝缘。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明在超导线饼两侧分别设置超导片，从而能够快速对超导线饼进行降温，提高了超导磁体的热量传输的效率问题，能够缩短超导磁体的冷却时间；通过在导冷片之间设置穿过连接孔的低温热管，该低温热管能够在导冷片之间热量传输，能够实现不同的导冷片以及不同的超导线饼之间的热量平衡，从而使得超导磁体的温度分布均匀，使得超导磁体具有较好的温度动态稳定性。
附图说明
图1是本发明一个实施例的超导磁体导冷装置结构示意图。
图2是图1中导冷片的俯视结构示意图；
图3是图1中低温热管结构示意图。
具体实施方式
本发明提供的超导磁体冷却装置，包括：导冷片，设置在超导线饼两侧，所述导冷片与相邻的超导线饼之间电绝缘，每一超导线饼上具有多个均匀排布的连接孔；
多个低温热管，垂直穿过导冷片，且穿过各个导冷片的连接孔，将各个导冷片连接，所述低温热管用于各个导冷片之间的热量传递。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行说明。为了更好地说明本发明的技术方案，请参考图1所示的本发明一个实施例的超导磁体导冷装置结构示意图。本发明提供的超导磁体冷却装置包括至少一个超导线饼1-1，至少两片导冷片1-2和至少一根低温热管1-3。每一超导线饼1-1的两侧均设置有导冷片1-2。作为一个实施例，所述超导线饼1-1被上下两层导冷片固定，并通过上下两层导冷片1-2传递的冷量来实现超导线饼的冷却，导冷片1-2与超导线饼1-1之间可以使用树脂或有机薄膜隔开，从而保证超导线饼1-1之间的电绝缘性。
参考图1并结合图2，图2是图1中导冷片的俯视结构示意图。所述超导线饼1-1为圆形，每一超导线饼1-1的尺寸相同，所述导冷片1-2的形状为圆形，尺寸与所述超导线饼1-1的尺寸相同，所述连接孔沿所述导冷片直径向外均匀排布，形成至少一个内圈和一个外圈，所述连接孔在内圈和外圈均匀排布。图2中，连接孔包括位于导冷片1-2中的多个内连接孔2-1和多个外连接孔2-2。多个外连接孔2-2沿该所在导冷片的圆心向外的圆形上均匀排布，多个内连接孔2-1该导冷片的圆心向外的圆形上均匀排布。内连接孔2-1和外连接孔2-2分别位于导冷片1-2的内圈和边缘。在实际中，内连接孔的数量可以根据结构设计和热设计进行调整，外连接孔的数量可以根据结构设计和热设计进行调整，内外连接孔的孔径与低温热管直径相匹配，各开孔上下对齐。
导冷片1-2可以采用黄铜等导热特性和低温特性均较好的材料。所述超导冷片1-2的材质为金属或半导体。
参考图1并结合图3，图3是图1中低温热管结构示意图。低温热管1-3垂直于导冷片1-2所在平面，依次穿过各层导冷片1-2上的连接孔并与导冷片1-2具有良好的固接和热连接，连接可采用焊接、胶接等方式，确保热管和导冷片之间具有足够的机械强度和导热性能。
低温热管1-3为低温毛细热管，外层为封闭的薄壁金属管3-1，在薄壁金属管3-1内侧附有毛细结构吸液芯3-2，薄壁金属管及毛细结构吸芯液内部的空间内充有一定量的传热工质3-3，所述传热工质在所述低温热管中循环传热，以实现导冷片1-2以及超导线饼1-1之间的热量传递。所述的低温热管内部填充传热工质，包括氦、氦、氢、氖、氮、氧及其组合中的一种。在适当的温度区间，传热工质会在低温热管1-3内部热端和冷端之间循环。
所述低温热管1-2垂直穿过所述导冷片1-2，且所述低温热管1-2在所述导冷片1-2表面均匀排布，借由传热工质在低温热管各段之间的循环，不断的将热端的热量传递至冷端，从而实现低温热管的各个区段之间的热平衡。
低温热管的薄壁金属管3-1应具有足够的机械强度，因此需要使用合适管壁厚度的低温热管以同时保证导1-2同时通过内外两侧的低温热管进行冷量传递，以实现快速的降温和热平衡。
综上，本发明在超导线饼两侧分别设置超导片，从而能够快速对超导线饼进行降温，提高了超导磁体的热量传输的效率问题，能够缩短超导磁体的冷却时间；通过在导冷片之间设置穿过连接孔的低温热管，该低温热管能够在导冷片之间热量传输，能够实现不同的导冷片以及不同的超导线饼之间的热量平衡，从而使得超导磁体的温度分布均匀，使得超导磁体具有较好的温度动态稳定性。
因此，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种超导磁体冷却装置，用于对超导磁体进行冷却，所述超导磁体为多个超导线饼，所述超导线饼自下向上同心排布，其特征在于，包括：多个导冷片，每一超导线饼的两侧均设置有导冷片，所述导冷片与相邻的超导线饼之间电绝缘，每一导冷片上具有多个均匀排布的连接孔；多个低温热管，垂直穿过导冷片，且穿过各个导冷片的连接孔，将各个导冷片连接，所述低温热管用于各个导冷片之间的热量传递；
所述超导线饼为圆形，且每一超导线饼的尺寸相同，所述导冷片的形状为圆形，尺寸与所述超导线饼的尺寸相同，所述连接孔沿所述导冷片直径向外均匀排布，形成至少一个内圈和一个外圈，所述连接孔在内圈和外圈均匀排布；
所述低温热管在所述导冷片表面均匀排布，且所述低温热管垂直穿过所述导冷片；
所述低温热管为低温毛细热管，其具有封闭的薄壁金属管，该薄壁金属管内侧附有毛细结构吸液芯，薄壁金属管及毛细结构吸液芯内部形成的空间内填充有传热工质，所述传热工质在所述低温热管中循环传热；
所述传热工质包括氦、氢、氖、氮、氧及其组合中的一种；
所述薄壁金属管与导冷片上的连接孔通过焊接或胶接方式连接固定。
2.如权利要求1所述的超导磁体冷却装置，其特征在于，在同一导冷片上，多个所述低温热管沿该导冷片呈同心圆排布。
3.如权利要求1所述的超导磁体冷却装置，其特征在于，所述导冷片的材质为金属或半导体。
4.如权利要求1所述的超导磁体冷却装置，其特征在于，所述导冷片与相邻的超导线饼之间具有有机薄膜，所述有机薄膜用于所述导冷片与相邻超导线饼之间的电绝缘。
5.如权利要求4所述的超导磁体冷却装置，其特征在于，所述有机薄膜的材料采用树脂。
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