CN106683821A - 一种用于氦气冷却的冷头容器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于氦气冷却的冷头容器，它属于超导磁体冷却技术领域，包括第一换热腔和与第一换热腔连通的第二换热腔，第一换热腔内设有换热器，第一换热腔上对应换热器的位置处分别连通有第一进气管和第一出气管；第二换热腔内设有冷凝器，第二换热腔上对应冷凝器的位置处分别连通有第二进气管和第二回流管；本发明通过氦气冷却的方式代替现有技术中使用铜编织带方式，当GM制冷机冷头与超导磁体距离较远时，仅需增加氦气管的长度即可，有效的解决了现有技术中GM制冷机的冷头与超导磁体必须距离较近的问题；本发明还能够有效的提高氦气在冷却循环过程中的换热和流动效果，提高了制冷效率。
Description
技术领域
本发明涉及超导磁体冷却技术领域，具体涉及一种用于氦气冷却的冷头容器。
背景技术
低温超导磁体是利用超导线材在低温下零电阻的特性制成。要维持超导磁体运行所需的低温环境，就必须将由外界通过辐射传导和固体传导导入磁体内部的热量带出，目前的常规方法是用GM制冷机来带走磁体内部的热量。现有技术的方案为：GM制冷机的冷头装入冷头容器内，冷头一级与冷头容器的铜法兰接触，铜法兰再通过铜编织带与磁体内的防辐射屏连接；冷头二级通过容器的下端波纹管直接插入低温杜瓦的内部，与低温氦气直接接触。
现有的冷头容器都是应用于冷头与磁体距离较近，且通过固体传导冷却的情况。现有技术在GM制冷机的冷头与磁体距离较远的情况下，效果较差，原因主要有以下两点：一、GM制冷机的冷头与超导磁体较远，导铜编织带须加长加粗，这样一是会造成装配空间的狭小，增加了超导磁体的体积；二、容器波纹管加长，氦气在波纹管内部的流动性较差，导致低温杜瓦内部热量很难带出。
发明内容
对于现有技术中所存在的问题，本发明提供的一种用于氦气冷却的冷头容器，使得GM制冷机的冷头一级和冷头二级均为氦气冷却的方式，不仅可以解决GM制冷机冷头与超导磁体距离较远的情况下的制冷问题，而且能够提高氦气的流动效果，从而达到更好的制冷效果。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于氦气冷却的冷头容器，包括第一换热腔和与所述第一换热腔连通的第二换热腔，所述第一换热腔内设有换热器，所述第一换热腔上对应所述换热器的位置处分别连通有第一进气管和第一出气管；所述第二换热腔内设有冷凝器，所述第二换热腔上对应所述冷凝器的位置处分别连通有第二进气管和第二回流管。
作为一种优选的技术方案，所述第一换热腔和所述第二换热腔均为圆柱状，所述第二换热腔的端部与所述第一换热腔的端部连通，所述第二换热腔的直径小于所述第一换热腔的直径，第一换热腔和第二换热腔的形状和制冷机冷头的冷头一级和冷头二级相匹配。
作为一种优选的技术方案，所述第一换热腔远离所述第二换热腔的端部设有法兰盘，法兰盘用于固定插入到本发明中的制冷机冷头并使第一换热腔处于密封状态。
作为一种优选的技术方案，所述换热器设于所述第一换热腔与所述第二换热腔连通的端部，所述冷凝器设于所述第二换热腔远离所述第一换热腔的端部，换热器和冷凝器分别位于第一换热腔和第二换热腔的底部，便于与流入的氦气进行热交换。
作为一种优选的技术方案，所述换热器与所述第二换热腔之间设有隔板，隔板用于隔断第一换热腔和第二换热腔，避免第一换热腔内的高温氦气流入到第二换热腔内造成热短路。
作为一种优选的技术方案，所述换热器和所述冷凝器均由若干平行的翅片构成，所述翅片等间距分布，翅片能够有效的增加换热面积，提高换热效率。
作为一种优选的技术方案，所述换热器的翅片的排列方向与所述第一进气管的进气方向平行，可以有效地提高换热器的翅片与从第一进气管排出的氦气的接触面积。
作为一种优选的技术方案，所述冷凝器的翅片的排列方向与所述第二进气管的进气方向平行，可以有效地提高冷凝器的翅片与从第二进气管排出的氦气的接触面积。
作为一种优选的技术方案，所述第一进气管的管口高于所述第一出气管的管口，第一进气管排出的氦气冷却下沉后可以直接从第一出气管回流至超导磁体的防辐射屏上；所述第二回流管的管口位于所述第二换热腔的底部，第二进气管排出的氦气冷凝成液氦后可以直接从第二回流管回流至超导磁体的低温杜瓦内。
本发明的有益效果表现在：
1、本发明通过氦气冷却的方式代替现有技术中使用铜编织带方式，当GM制冷机冷头与超导磁体距离较远时，仅需增加氦气管的长度即可，有效的解决了现有技术中GM制冷机的冷头与超导磁体必须距离较近的问题。
2、本发明通过第一进气管的管口高于第一出气管的管口和第二回流管的管口位于所述第二换热腔的底部以及换热器和冷凝器的翅片的排列方向与第一进气管和第二进气管的进气方向相同的结构，能够有效的提高氦气在冷却循环过程中的换热和流动效果，提高了制冷效率。
附图说明
图1为本发明一种用于氦气冷却的冷头容器的整体结构示意图；
图2为本发明一种用于氦气冷却的冷头容器中换热器的结构示意图；
图3为本发明一种用于氦气冷却的冷头容器使用时的结构示意图；
图中：1-法兰盘、2-第一换热腔、3-换热器、4-第一出气管、5-第二换热腔、6-冷凝器、7-第二回流管、8-第二进气管、9-第一进气管、10-隔板、11-翅片、12-制冷机冷头、13-冷头二级、14-冷头一级。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的整体结构示意图，包括第一换热腔2和与第一换热腔2连通的第二换热腔5，第一换热腔2内设有换热器3，第一换热腔2上对应换热器3的位置处分别连通有第一进气管9和第一出气管4；第二换热腔5内设有冷凝器6，第二换热腔5上对应冷凝器6的位置处分别连通有第二进气管8和第二回流管7；第一换热腔2和第二换热腔5均为圆柱状，第二换热腔5的端部与第一换热腔2的端部连通，第二换热腔5的直径小于第一换热腔2的直径；第一换热腔2远离第二换热腔5的端部设有法兰盘1；换热器3设于第一换热腔2与第二换热腔5连通的端部，冷凝器6设于第二换热腔5远离第一换热腔2的端部；换热器3与第二换热腔5之间设有隔板10；第一进气管9的管口高于第一出气管4的管口；第二回流管7的管口位于第二换热腔5的底部。
图2为本发明中换热器的结构示意图，换热器3由若干平行的翅片11构成，翅片11等间距分布；冷凝器6的构造与换热器3相同。
图3为本发明使用时的结构示意图，制冷机冷头12通过本发明的上端口伸入到本发明中，制冷机冷头12的冷头一级14位于第一换热腔2中并与换热器3贴合，制冷机冷头12的冷头二级13位于第二换热腔5中并与冷凝器6贴合。
本发明的具体工作方式如下：
从超导磁体的防辐射屏上流回的带有热量的高温氦气，从第一进气管9流入第一换热腔2内，与温度较低的换热器3上的翅片11接触并释放热量，氦气降温后下沉，从第一出气管4重新流回到超导磁体的防辐射屏上，继续吸热膨胀上升，再次通过第一进气管9流入到第一换热腔2内，如此不断的吸热放热，形成循环，不断的将超导磁体的防辐射屏上的热量带出。
从超导磁体的低温杜瓦内挥发出的氦气通过第二进气管8，流入到第二换热腔5内，与温度较低的的冷凝器6接触，释放热量冷凝成液氦，液氦通过第二回流管7重新流回到超导磁体的低温杜瓦内，液氦吸收外界传给低温杜瓦的热量后，继续挥发形成氦气通过第二进气管8流入第二换热腔5内，如此不断的吸热放热，形成循环，不断的将超导磁体的低温杜瓦中的热量带出。
其中，法兰盘1用于连接固定制冷机冷头12并使得第一换热腔2为密封结构；隔板10用于隔断第一换热腔2和第二换热腔5，避免第一换热腔2内的高温氦气流入到第二换热腔5内造成热短路；换热器3和冷凝器6的翅片11能够有效的增加换热面积，提高换热效率。
以上内容仅仅是对本发明的结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于氦气冷却的冷头容器，其特征是，包括第一换热腔和与所述第一换热腔连通的第二换热腔，所述第一换热腔内设有换热器，所述第一换热腔上对应所述换热器的位置处分别连通有第一进气管和第一出气管；所述第二换热腔内设有冷凝器，所述第二换热腔上对应所述冷凝器的位置处分别连通有第二进气管和第二回流管。
2.根据权利要求1所述的一种用于氦气冷却的冷头容器，其特征是，所述第一换热腔和所述第二换热腔均为圆柱状，所述第二换热腔的端部与所述第一换热腔的端部连通，所述第二换热腔的直径小于所述第一换热腔的直径。
3.根据权利要求2所述的一种用于氦气冷却的冷头容器，其特征是，所述第一换热腔远离所述第二换热腔的端部设有法兰盘。
4.根据权利要求1所述的一种用于氦气冷却的冷头容器，其特征是，所述换热器设于所述第一换热腔与所述第二换热腔连通的端部，所述冷凝器设于所述第二换热腔远离所述第一换热腔的端部。
5.根据权利要求4所述的一种用于氦气冷却的冷头容器，其特征是，所述换热器与所述第二换热腔之间设有隔板。
6.根据权利要求1所述的一种用于氦气冷却的冷头容器，其特征是，所述换热器和所述冷凝器均由若干平行的翅片构成，所述翅片等间距分布。
7.根据权利要求6所述的一种用于氦气冷却的冷头容器，其特征是，所述换热器的翅片的排列方向与所述第一进气管的进气方向平行。
8.根据权利要求6所述的一种用于氦气冷却的冷头容器，其特征是，所述冷凝器的翅片的排列方向与所述第二进气管的进气方向平行。
9.根据权利要求1所述的一种用于氦气冷却的冷头容器，其特征是，所述第一进气管的管口高于所述第一出气管的管口；所述第二回流管的管口位于所述第二换热腔的底部。
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Denomination of invention: A cold head container for helium cooling Effective date of registration: 20210615 Granted publication date: 20181030 Pledgee: Weifang rural commercial bank Limited by Share Ltd. hi tech sub branch Pledgor: WEIFANG XINLI SUPERCONDUCTING MAGNET TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980004794 |
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Date of cancellation: 20220628 Granted publication date: 20181030 Pledgee: Weifang rural commercial bank Limited by Share Ltd. hi tech sub branch Pledgor: WEIFANG XINLI SUPERCONDUCTING MAGNET TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980004794 |