CN111261361B - 一种传导冷却高温超导磁体控温装置 - Google Patents

一种传导冷却高温超导磁体控温装置 Download PDF

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Abstract

一种传导冷却高温超导磁体控温装置，由高温超导双饼线圈单元(11)，加热片(2、10)、支撑架(1、9)，冷头(5)，底座(6)，以及导冷杆(7)组成。底座(6)位于整个装置的最下端，导冷杆(7)和冷头(5)分别安装在底座(6)的两侧，两个支撑架(1、9)安装于导冷杆(7)上方，支撑架(1、9)为中空结构。高温超导双饼线圈(11)中的绝缘板(3)安装于两个支撑架(1、9)的中心位置，两个加热片(2、10)分别安装于支撑架(1、9)的上下两侧，与冷头(5)共同作用，控制高温超导双饼线圈单元(11)的温度。

Description

一种传导冷却高温超导磁体控温装置
技术领域
本发明涉及一种超导磁体控温装置，特别涉及一种传导冷却高温超导磁体控温装置。
背景技术
随着高温超导磁体技术的进步，临界转变温度在77K以上的高温超导材料在超导磁体中的应用具有广阔的前景。由于液氦是不可再生资源，因此无液氦传导冷却方式的超导磁体技术具有广阔的前景。现有的传导冷却高温超导磁体通常采用制冷机冷却的方式，这种方式在高温超导磁体冷却过程中通常难以做到超导磁体内部温度的均匀性，同时无法准确控制超导磁体的运行温度，从而影响应力场以及电磁场的稳定性。因此，需要提出一种用于传导冷却高温超导磁体的温度控制装置，用于精确控制传导冷却高温超导磁体的运行温度，保证传导冷却高温超导磁体内部温度的均匀性，避免由于温度分布不均匀导致的高温超导磁体磁场均匀性变差以及高温超导磁体运行失超风险。
发明内容
本发明的目的是提高传导冷却高温超导磁体运行过程中温度控制的精度以及温度场分布的均匀性，提出一种传导冷却高温超导磁体控温装置。本发明可以提升传导冷却高温超导磁体磁体运行过程中磁体内部温度分布的均匀性以及温度控制的精度。
本发明的结构组成如下：
所述的传导冷却高温超导磁体控温装置由底座、冷头、导冷杆、第一支撑架、第二支撑架、第一加热片、第二加热片以及高温超导双饼线圈单元组成。
本发明还具有以下技术特征：
1、所述的传导冷却高温超导磁体控温装置：底座位于整个装置的最下端，导冷杆以及冷头分别安装在底座的两侧，第一支撑架和第二支撑架安装于导冷杆上方，高温超导双饼线圈单元安装于第一支撑架和第二支撑架之间。第一加热片和第二加热片分别安装于第一支撑架和第二支撑架的上下两侧。第一加热片和第二加热片与冷头共同作用控制高温超导双饼线圈单元的运行温度。
2.所述的高温超导双饼线圈单元由第一单饼线圈、第二单饼线圈，绝缘板组成，安装在导冷杆的上方。第一单饼线圈和第二单饼线圈分别绕制于绝缘板的两端，采用串联结构相连，绝缘板位于第一单饼线圈和第二单饼线圈之间采用紫铜材料加工，外表面包绕聚酰亚胺薄膜，同时起到导热以及绝缘的作用；
3.所述的底座，第一支撑架、第二支撑架采用紫铜材料加工，导冷杆采用黄铜材料加工，起到降低底座与第一支撑架和第二支撑架之间热交换效率的作用。
4.所述的第一支撑架和第二支撑架为中空结构，同时第一支撑架下侧以及第二支撑架上侧加工有凹槽，用于安装高温超导双饼线圈单元中的绝缘板，同时起到轴向和径向的定位作用。
5.所述的第一加热片和第二加热片由铜线绕制而成，结构相同，电阻为R，分别由独立的电源供电，供电电流相等，均为I，电源供电后其产生的热功率为P＝I2R。
6.所述的冷头冷却功率W随温度的降低而减小。
7.所述的传导冷却高温超导磁体控温装置：首先通过冷头将底座，导冷杆，第一支撑架，第二支撑架，高温超导双饼线圈单元，第一加热片和第二加热片的温度降低至特定温度，然后同时开启第一加热片和第二加热片的供电电源，通过改变第一加热片和第二加热片的输入电流I，从而调节其加热功率P，使第一加热片和第二加热片的发热功率与冷头的冷却功率达到平衡，达到精准控制高温超导双饼线圈单元的温度。
附图说明
图1本发明一种传导冷却高温超导磁体控温装置的主视图剖面图；
图2本发明一种传导冷却高温超导磁体控温装置的主视图；
图3本发明一种传导冷却高温超导磁体控温装置的俯视图；
图4本发明一种传导冷却高温超导磁体控温装置的左视图；
图5本发明一种传导冷却高温超导磁体控温装置的三维图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1-图5所示，本发明实施例由底座6、冷头5、导冷杆7、第一支撑架1、第二支撑架9、第一加热片2、第二加热片10以及高温超导双饼线圈单元11组成；
所述的底座6位于整个装置的最下端，导冷杆7以及冷头5分别安装在底座6的两侧。高温超导双饼线圈单元11安装在导冷杆7的上方，由第一单饼线圈4、第二单饼线圈8和绝缘板3组成；第一单饼线圈4和第二单饼线圈8分别绕制于绝缘板3的两端，采用串联结构相连。绝缘板3位于第一单饼线圈4和第二单饼线圈8之间，采用紫铜材料加工，外表面包绕聚酰亚胺薄膜，同时起到导热以及绝缘的作用。
第一支撑架1和第二支撑架9安装于导冷杆7上方，高温超导双饼线圈单元11远离导冷杆7的一端，分别安装于高温超导双饼线圈单元11的上下两侧。第一加热片2和第二加热片10分别贴于第一支撑架1和第二支撑架9的外侧。第一加热片2和第二加热片10与冷头5共同作用，控制高温超导双饼线圈单元11的运行温度。
所述的底座6、第一支撑架1和第二支撑架9采用紫铜材料加工，导冷杆7采用黄铜材料加工，起到降低底座6与第一支撑架1和第二支撑架9之间热交换效率的作用。
所述的第一支撑架1和第二支撑架9为中空结构，同时第一支撑架1下侧以及第二支撑架9上侧加工有凹槽，用于安装高温超导双饼线圈单元11的绝缘板3，同时起到轴向和径向的定位作用。
所述的第一加热片2和第二加热片10由铜线绕制而成，结构相同，电阻为R，分别由独立的电源供电，供电电流相同，为I，电源供电后其产生的热功率为P＝I2R。
所述的冷头5冷却功率W随温度的降低而减小。
所述的传导冷却高温超导磁体控温装置，首先通过冷头5将底座6，导冷杆7，第一支撑架1，第二支撑架9，高温超导双饼线圈单元11，第一加热片2和第二加热片10的温度降低至特定温度，然后同时开启第一加热片2和第二加热片10，通过改变第一加热片2和第二加热片10输入功率P，使第一加热片2和第二加热片10的发热功率P与冷头5的冷却功率W达到平衡，精准控制高温超导双饼线圈单元11的温度。

Claims (1)

1.一种传导冷却高温超导磁体控温装置，其特征是：所述的传导冷却高温超导磁体控温装置由底座(6)、冷头(5)、导冷杆(7)、第一支撑架(1)、第二支撑架(9)、第一加热片(2)、第二加热片(10),以及高温超导双饼线圈单元(11)组成；底座(6)位于整个装置的最下端，导冷杆(7)以及冷头(5)分别安装在底座(6)的两侧，高温超导双饼线圈单元(11)安装在导冷杆(7)的上方，由第一单饼线圈(4)、第二单饼线圈(8)和绝缘板(3)组成；第一单饼线圈(4)和第二单饼线圈(8)分别绕制于绝缘板(3)的两端，采用串联结构相连；绝缘板(3)位于第一单饼线圈(4)和第二单饼线圈(8)之间，采用紫铜材料加工，外表面包绕聚酰亚胺薄膜，同时起到导热以及绝缘的作用；第一支撑架(1)和第二支撑架(9)安装于导冷杆(7)上方，高温超导双饼线圈单元(11)位于远离导冷杆(7)的一端，分别安装于高温超导双饼线圈单元(11)的上下两侧；第一加热片(2)和第二加热片(10)分别贴于第一支撑架(1)和第二支撑架第二支撑架(9)的外侧；第一加热片(2)和第二加热片(10)与冷头(5)共同作用，控制高温超导双饼线圈单元(11)的运行温度；
底座(6)，第一支撑架(1)和第二支撑架(9)采用紫铜材料加工，导冷杆(7)采用黄铜材料加工，起到降低底座(6)与第一支撑架(1)和第二支撑架(9)之间热交换效率的作用；
第一支撑架(1)和第二支撑架(9)为中空结构，同时第一支撑架(1)下侧以及第二支撑架(9)上侧加工有凹槽，用于安装高温超导双饼线圈单元(11)的绝缘板(3)，同时起到轴向和径向的定位作用；
首先通过冷头(5)将底座(6)，导冷杆(7)，第一支撑架(1)，第二支撑架(9)，高温超导双饼线圈单元(11)，第一加热片(2)和第二加热片(10)的温度降低，然后同时开启第一加热片(2)和第二加热片(10)，通过改变第一加热片(2)和第二加热片(10)输入功率，使第一加热片(2)和第二加热片(10)的发热功率与冷头(5)的冷却功率达到平衡，以控制高温超导双饼线圈单元(11)的温度；
所述的第一加热片(2)和第二加热片(10)由铜线绕制而成，结构相同，电阻为R，分别由独立的电源供电，供电电流相等，均为I，电源供电后其产生的热功率为P＝I2R；
所述的冷头(5)冷却功率W随温度的降低而减小。
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