CN112420310B - 野外用超导磁体系统防结霜自适应加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种野外用超导磁体防结霜自适应加热装置，包括温度采集单元、温控仪、加热器，温控仪的第一接收端与温度收集模块的输出端相连，用于接收温度收集模块实时收集到的环境温度值，温控仪实时设定加热温度为环境温度值，温控仪的第二接收端与第二温度传感器相连，用于接收第二温度传感器采集到的内部温度值，温控仪的输出端与加热器相连，温控仪将加热温度与内部温度值进行对比分析，控制加热器的开启和关闭，使得真空杜瓦与制冷机连接处的温度与外部环境温度保持一致，消除结霜现象，同时，加热器安装在真空杜瓦的内部，不会对外部使用空间产生影响。
Description
技术领域
本发明属于超导磁体技术领域，尤其涉及野外用超导磁体系统防结霜自适应加热装置。
背景技术
随着超导及低温技术的发展，超导磁体在大科学工程、能源、交通、电力、医疗、材料、电子等科学技术领域得到日益广泛的应用。超导磁体是用超导线绕制的线圈和保持其超低温的容器的总称，由于超导线圈均运行在液氦温度等极低温环境，超导磁体装置结构一般设计有双层真空杜瓦、防辐射冷屏、多层绝热辐射屏等结构，以减小漏热，降低低温系统热负荷，提高超导线圈运行稳定性。
超导磁体系统运行的低温环境主要由三种方式提供，分别是低温液体浸泡式冷却、再冷凝式冷却、制冷机传导冷却，其中液氦浸泡式冷却的超导磁体系统应用较为广泛。目前由于受到国际氦资源限制等因素的影响，液氦价格持续上涨；同时，液氦冷却系统需要专业的运输及输液操作，增加了系统运行的复杂性及运行成本，正常运行往往受到限制。而采用低温制冷机代替液氦作为冷源，通过传导冷却的方式将超导线圈冷却至运行温度以下，系统无需液氦运输及输液操作，并且避免了失超后液氦急速蒸发导致的高压危险，极大降低了系统运行维护成本。
目前使用量较大的医疗、工业、科研等中小型超导磁体系统的开发均考虑采用制冷机传导冷却的方式，该系统主要由超导线圈、低温制冷机及压缩机、防辐射冷屏和电流引线、室温孔、失超保护装置、真空杜瓦、电源及控制检测设备等组成。由于超导线圈运行在液氦等极低温环境，需要通过拉杆等连接至冷屏或者外杜瓦。拉杆承受运输及运行过程中的动载荷、自重、冷缩应力以及预紧力等，需要具有足够的机械强度；而为了降低系统漏热，拉杆的横截面积应尽可能的小。除了拉杆，用于超导线圈通电的电流引线也需要从外杜瓦室温环境连接至超导线圈。虽然拉杆、电流引线等的优化设计尽量取得其功能与漏热之间的平衡，但是，由于其传热路径从室温延伸到极低温环境，在与外杜瓦室温端的连接位置的温度必然要低于室温。当周围环境的湿度达到一定值并且连接处温度高于零度时将会结露，长时间的结露将导致凝结水的聚集流动；当周围环境的湿度达到一定值并且连接处温度低于零度时将会结霜，严重的结霜也可能导致结冰从而占据一定的空间。对于某些需要在野外恶劣条件下运行的超导磁体系统而言，结露点处的冷凝水一般可以采用外部加热或者增加导流通道的方式去除，而对于结霜导致的结冰占据使用空间的现象必须给予消除。
发明内容
本发明的目的是提供野外用超导磁体系统防结霜自适应加热装置，采用加热的方式消除超导磁体杜瓦与制冷机冷端连接处的结霜现象。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
野外用超导磁体系统防结霜自适应加热装置，所述超导磁体系统包括超导磁体、防辐射冷屏、真空杜瓦及制冷机，所述自适应加热装置包括温度采集单元、温控仪、加热器；
所述温度采集单元包括温度收集模块、第一温度传感器及第二温度传感器，所述第一温度传感器置于所述真空杜瓦的外部，用于采集所述超导磁体系统应用区域环境下的环境温度值，所述第一温度传感器与所述温度收集模块连接，所述第一温度传感器将采集到的环境温度值传输至所述温度收集模块内，所述第二温度传感器及所述加热器均置于所述真空杜瓦与所述制冷机冷端连接处的内壁上，所述第二温度传感器用于采集所述真空杜瓦与所述制冷机连接处的内部温度值；
所述温控仪的第一接收端与所述温度收集模块的输出端相连，用于接收所述温度收集模块实时收集到的环境温度值，所述温控仪实时设定加热温度为所述环境温度值，所述温控仪的第二接收端与所述第二温度传感器相连，用于接收所述第二温度传感器采集到的内部温度值，所述温控仪的输出端与所述加热器相连，所述温控仪将所述加热温度与所述内部温度值进行对比分析，控制所述加热器的开启和关闭，使得所述真空杜瓦与所述制冷机连接处的温度与外部环境温度保持一致。
优选地，所述加热器采用无感加热器。
优选地，所述第二温度传感器的温度测量线以及所述加热器的引线均通过真空电连接插座引出至所述真空杜瓦的外部与所述温控仪相连。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
1)本发明提供了一种野外用超导磁体系统防结霜自适应加热装置，包括温度采集单元、温控仪、加热器，温控仪的第一接收端与温度收集模块的输出端相连，用于接收温度收集模块实时收集到的环境温度值，温控仪实时设定加热温度为环境温度值，温控仪的第二接收端与第二温度传感器相连，用于接收第二温度传感器采集到的内部温度值，温控仪的输出端与加热器相连，温控仪将加热温度与内部温度值进行对比分析，控制加热器的开启和关闭，使得真空杜瓦与制冷机连接处的温度与外部环境温度保持一致，消除结霜现象，同时，加热器安装在真空杜瓦的内部，不会对外部使用空间产生影响。
附图说明
图1为本发明实施例提供的野外用超导磁体系统防结霜自适应加热装置的示意图。
附图标记说明：
1：超导磁体系统；11：超导磁体；12：防辐射冷屏；13：真空杜瓦；14：轴向拉杆；15：径向拉杆；16：室温孔；2：自适应加热装置；21：温度采集单元；211：温度收集模块；212：第一温度传感器；213：第二温度传感器；22：温控仪；23：加热器；3：真空电连接插座。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的野外用超导磁体系统防结霜自适应加热装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
参看图1所示，本发明提供了一种野外用超导磁体系统防结霜自适应加热装置；
超导磁体系统1包括超导磁体11、防辐射冷屏12、真空杜瓦13及制冷机(图中未示出)，在本实施例中，超导磁体11采用低温制冷机作为冷源，超导线圈通过轴向拉杆14及径向拉杆15连接至冷屏或者外杜瓦；
自适应加热装置2包括温度采集单元21、温控仪22、加热器23；
温度采集单元21包括温度收集模块211、第一温度传感器212及第二温度传感器213，第一温度传感器212置于真空杜瓦13的外部，用于采集超导磁体系统1应用区域环境下的环境温度值，第一温度传感器212与温度收集模块211连接，第一温度传感器212将采集到的环境温度值传输至温度收集模块211内，第二温度传感器213及加热器23均置于真空杜瓦13与制冷机冷端连接处的内壁上，第二温度传感器213用于采集真空杜瓦13与制冷机冷端连接处的内部温度值；
在本实施例中，为了避免加热器23由于自身电感产生磁场从而影响超导磁体11的磁场分布，加热器23采用无感绕制的方式，即采用两根绝缘导线并在一起绕制成适当电阻的加热器，终端短路连接在一起，首端两根导线外接电源提供加热功率。
温控仪22的第一接收端与温度收集模块211的输出端相连，用于接收温度收集模块211实时收集到的环境温度值，温控仪22实时设定加热温度为环境温度值，温控仪22的第二接收端与第二温度传感器213相连，用于接收第二温度传感器213采集到的内部温度值，温控仪22的输出端与加热器23相连，温控仪22将加热温度与内部温度值进行对比分析，控制加热器23的开启和关闭，使得真空杜瓦13与制冷机冷端连接处的温度与外部环境温度保持一致。
优选地，第二温度传感器213的温度测量线以及加热器23的引线均通过真空电连接插座3引出至真空杜瓦13的外部与温控仪22相连。
本发明提供了一种适用于超导磁体系统的自适应加热器，将超导磁体杜瓦与冷端连接处的温度加热到室温温度，由于结霜点温度总是低于室温，因此在连接处避免了结霜现象的发生。由于国内的环境温度跨度较广，最低温度低于零下50摄氏度，最高温度可超过45摄氏度。对于某些需要在野外恶劣条件下工作的超导磁体系统，自适应加热器装置可以自动测量并设定加热温度为环境温度，保证在连接处不会产生结霜现象，同时降低了加热功耗，由于国内环境温度的变化范围较广，如果将连接处的温度始终设定在45摄氏度以上，也可以防止结霜，但是加热功率较高并且高温可能对其他设备造成不利的影响，自适应加热器装置则显著降低了加热功耗，并且将被加热处的温度始终保持在室温，加热器安装到磁体内部真空环境中，通过真空电连接插座将温度测量线以及加热器引线引出超导磁体外部，加热器及温度计的安装不会对超导磁体外部使用空间产生影响。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。
Claims (3)
1.野外用超导磁体系统防结霜自适应加热装置，所述超导磁体系统包括超导磁体、防辐射冷屏、真空杜瓦及制冷机，其特征在于，所述自适应加热装置包括温度采集单元、温控仪、加热器；
所述温度采集单元包括温度收集模块、第一温度传感器及第二温度传感器，所述第一温度传感器置于所述真空杜瓦的外部，用于采集所述超导磁体系统应用区域环境下的环境温度值，所述第一温度传感器与所述温度收集模块连接，所述第一温度传感器将采集到的环境温度值传输至所述温度收集模块内，所述第二温度传感器及所述加热器均置于所述真空杜瓦与所述制冷机冷端连接处的内壁上，所述第二温度传感器用于采集所述真空杜瓦与所述制冷机连接处的内部温度值；
所述温控仪的第一接收端与所述温度收集模块的输出端相连，用于接收所述温度收集模块实时收集到的环境温度值，所述温控仪实时设定加热温度为所述环境温度值，所述温控仪的第二接收端与所述第二温度传感器相连，用于接收所述第二温度传感器采集到的内部温度值，所述温控仪的输出端与所述加热器相连，所述温控仪将所述加热温度与所述内部温度值进行对比分析，控制所述加热器的开启和关闭，使得所述真空杜瓦与所述制冷机连接处的温度与外部环境温度保持一致。
2.根据权利要求1所述的野外用超导磁体系统防结霜自适应加热装置，其特征在于，所述加热器采用无感加热器。
3.根据权利要求1所述的野外用超导磁体系统防结霜自适应加热装置，其特征在于，所述第二温度传感器的温度测量线以及所述加热器的引线均通过真空电连接插座引出至所述真空杜瓦的外部与所述温控仪相连。
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