CN113963886A - 一种超导磁体冷却系统及调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超导磁体冷却系统及调控方法，所述超导磁体冷却系统包括制冷单元、超导磁体、储气罐和控制单元，所述制冷单元与所述超导磁体连接，用以提供适合所述超导磁体的工作环境，所述储气罐与所述制冷单元连接，用以储存所述制冷单元的部分制冷气体，所述控制单元与所述超导磁体连接，用以监测和调整所述超导磁体的压力，所述控制单元与所述储气罐连接，用以控制所述储气罐气体的存储和释放。所述调控方法根据超导磁体的压力，通过所述储气罐调整所述压缩机的工作，使所述超导磁体的压力保持稳定，同时冷却系统的多余制冷量维持稳定值，所述系统能够自动调节，减少系统能耗。
Description
技术领域
本发明主要涉及超导磁体应用技术领域，具体涉及到一种超导磁体冷却系统及调控方法。
背景技术
超导磁体主要应用于核磁共振成像系统，半导体硅棒生产设备等。现有的大部分超导磁体需要通过液氦，将磁体冷却达到超导状态从而产生所需强大的电磁场。
目前超导磁体冷却系统中输出恒定的制冷量大于超导磁体需要的工作冷量，产生多余制冷量需要通过加热单元提供热量抵消，超导磁体冷却系统长时间工作产生的多余制冷量增加，需要的加热工作量增大，系统能耗大。目前部分超导磁体冷却系统可以通过手动调节的方式减少多余制冷量，调节操作不便捷，耗时耗力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种超导磁体冷却系统及调控方法，所述冷却系统的压缩机连接有储气罐，所述调控方法根据超导磁体的压力，通过所述储气罐调整所述压缩机的工作，使所述超导磁体的压力保持稳定，同时冷却系统的多余制冷量维持稳定值，能够自动调节，减少系统能耗。
本发明提供了一种超导磁体冷却系统，所述超导磁体冷却系统包括制冷单元、超导磁体、储气罐和控制单元；
所述制冷单元与所述超导磁体连接，用以提供适合所述超导磁体的工作环境；
所述储气罐与所述制冷单元连接，用以储存所述制冷单元的部分制冷气体；
所述控制单元与所述超导磁体连接，用以监测和调整所述超导磁体的压力，所述控制单元与所述储气罐连接，用以控制所述储气罐气体的存储和释放。
所述制冷单元包括压缩机、冷头、高压气管和低压气管，所述压缩机基于所述高压气管以及所述低压气管和所述冷头连接；
所述冷头与所述超导磁体连接。
所述储气罐的进气口连接有高压旁通管，所述储气罐的出气口连接有低压旁通管；
所述高压旁通管与所述高压气管连接，所述低压旁通管与所述低压气管连接。
所述控制单元与所述高压旁通管连接，通过打开所述高压旁通管控制所述储气罐储存气体；
所述控制单元与所述低压旁通管连接，通过打开所述低压旁通管控制所述储气罐释放气体。
所述超导磁体上设置有压力传感器和加热单元；
所述控制单元通过所述压力传感器监测所述超导磁体的压力，并通过所述加热单元调整所述超导磁体的压力。
所述控制单元包括CPU模块，所述CPU模块上设定有第一压力值、第二压力值、第一制冷量、第二制冷量；
所述CPU模块用以分析计算所述控制单元接收的数据并生成调控指令。
本发明还提供了一种超导磁体冷却系统调控方法，所述调控方法适用于所述超导磁体冷却系统，所述调控方法包括：
所述压力传感器检测所述超导磁体的压力，并将检测压力值反馈到控制单元中，所述控制单元基于所述检测压力值通过加热单元调控所述超导磁体的压力；
进一步的，所述压力传感器检测压力值小于或等于设定的第一压力值时，所述控制单元开启所述加热单元，所述超导磁体的压力升高；
当所述压力传感器检测压力值大于或等于设定的第二压力值时，所述控制单元关闭所述加热单元，所述超导磁体的压力降低。
所述CPU模块记录所述加热单元的加热功率、加热时间以及移动计算时间，并根据所述加热功率、加热时间和移动计算时间，分析计算出多余制冷量；
将所述多余制冷量与设定的第一制冷量和第二制冷量比较，通过调控使所述多余制冷量维持在稳定值。
所述多余制冷量小于或者等于所述第一制冷量时，所述控制单元开启所述低压旁通管，所述储气罐存储的气体随所述压缩机的低压气管进入压缩机内，所述制冷单元的功效上升，所述多余制冷量上升；
所述多余制冷量大于或等于所述第二制冷量时，所述控制单元开启所述高压旁通管，所述压缩机排出的高压气体部分进入所述储气罐中存储，所述制冷单元的功效下降，所述多余制冷量减少。
进一步的，所述调控方法还包括：
所述压力传感器的检测压力值小于所述超导磁体的最小临界压力值，所述控制单元关闭所述制冷单元，同时开启所述加热单元；
所述压力传感器的检测压力值大于所述超导磁体的最大临界压力值，所述控制单元关闭所述高压旁通管，打开所述低压旁通管，将所述储气罐的气体进入到压缩机内，提高压缩机的工作压力，提高制冷单元的功率。
本发明提供了一种超导磁体冷却系统及调控方法，所述冷却系统的压缩机连接有储气罐，所述调控方法根据超导磁体的压力，通过所述储气罐调整所述压缩机的工作，使所述超导磁体的压力保持稳定，同时冷却系统的多余制冷量维持稳定值，能够自动调节，减少系统能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例中的超导磁体冷却系统组件连接示意图；
图2为本发明实施例中的超导磁体冷却系统结构连接示意图；
图3为本发明实施例中超导磁体冷却系统调控方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明实施例中的超导磁体冷却系统组件连接示意图，所述超导磁体冷却系统包括超导磁体1、制冷单元2、储气罐3和控制单元4，所述制冷单元2与所述超导磁体1连接，所述制冷单元2提供适合所述超导磁体1的工作环境，所述储气罐3与所述制冷单元2连接，用以储存所述制冷单元2的部分制冷气体，所述控制单元4与所述超导磁体1连接，所述控制单元4用以监测和调整所述超导磁体1的内部压力，所述控制单元4与所述储气罐3连接，用以控制所述储气罐3气体的存储和释放。
具体的，图2示出了本发明实施例中超导磁体冷却系统结构连接示意图，所述制冷单元2包括压缩机21、冷头22、高压气管23和低压气管24，所述压缩机21的排气口基于所述高压气管23与所述冷头22连接，所述压缩机21的进气口基于所述低压气管24与所述冷头22连接，所述制冷单元2内设置的制冷气体为氦气，所述压缩机21通过所述高压气管23向所述冷头22提供高压低温氦气，所述高压低温氦气经所述冷头22工作后，转换为高温低压氦气并通过所述低压管24输送到所述压缩机21内，所述压缩机21通过压缩和热交换将所述高温低压氦气转化为高压低温氦气，并通过所述高压管23输送到所述冷头22，所述制冷单元2基于所述压缩机21和所述冷头22的工作循环制冷，为所述超导磁体1提供合适的工作环境。
具体的，所述高压管23上连接有高压旁通管31，所述高压旁通管31与所述储气罐3的进气口连接，所述高压旁通管31开启时，所述储气罐3的进气口与所述高压气管23接通，所述压缩机2工作时排出的高压氦气部分进入所述储气罐2内存储，从而减少所述压缩机2的工作压力。
所述低压管上连接有低压旁通管32，所述低压旁通管32与所述储气罐3的排气口连接，所述低压旁通管32开启时，所述储气罐3的排气口与所述低压管24接通，所述储气罐2存储的气体通过所述低压管24进入所述压缩机2内，提高所述压缩机2的工作压力。
具体的，所述超导磁体1上设置有压力传感器11和加热单元12，所述压力传感器11与所述控制单元4连接，所述压力传感器11监测所述超导磁体1的压力，并将监测压力值输送到所述控制单元4上，所述控制单元4根据所述监测压力值控制所述加热单元12进行工作，从而调整所述超导磁体1的压力。
具体的，所述高压旁通管31的阀门为电磁阀，所述控制单元4与所述高压旁通管31的阀门连接，所述控制单元4可以控制所述高压旁通管31的阀门的开合状态，所述低压旁通管32的阀门为电磁阀，所述控制单元4与所述低压旁通管32的阀门连接，所述控制单元4可以控制所述低压旁通管32的阀门的开合状态
进一步的，所述控制单元4上设置有CPU模块41，所述CPU模块41设定有第一压力值、第二压力值、第一制冷量和第二制冷量，所述CPU模块41用以接收数据并进行分析处理，根据分析处理结果生成相应的调控指令，所述控制单元4基于所述调控指令进行对所述冷却系统的调控。
具体的，图3示出了本发明实施例中超导磁体冷却系统调控方法流程示意图，所述超导磁体冷却系统调控方法包括：
S11：所述压力传感器11检测所述超导磁体1的压力，并将检测压力值反馈到控制单元4中，所述控制单元4基于所述检测压力值通过加热单元12调控所述超导磁体1的压力。
具体的，所述压力传感器11负责检测所述超导磁体1的压力，并将记录的检测压力值反馈到所述控制单元4上，所述控制单元4上的CPU模块41接收到所述检测压力值，将所述检测压力值与设定的第一压力值进行比较，如比较结果所述检测压力值小于或者等于所述第一压力值，所述控制单元4会控制所述加热单元12进行加热，通过所述加热单元12的工作提高所述超导磁体1的压力，使所述超导磁体1的压力值大于所述第一压力值，保证所述超导磁体1能正常工作。
进一步的，当所述压力传感器11检测压力值大于或等于设定的第二压力值时，所述控制单元4关闭所述加热单元12，所述超导磁体1的压力降低。所述压力传感器11检测所述超导磁体1的压力，将检测压力值反馈到所述控制单元4，所述控制单元4根据所述检测压力值，通过控制所述加热单元112，使所述超导磁体1的内部压力维持在设定的第一压力值和第二压力值之间，满足所述超导磁体冷却系统的需求。
S12：所述CPU模块41记录所述加热单元12的加热功率、加热时间以及移动计算时间，并根据所述加热功率、加热时间和移动计算时间，分析计算出多余制冷量。
具体的，在所述加热单元12工作时，所述控制单元4的CPU模块41会记录所述加热单元12的加热效率、加热时间和移动计算时间，所述CPU模块41会根据所述加热效率、加热时间和移动计算时间等参数，进行计算得到所述超导磁体1的多余制冷量。
进一步的，根据所述超导磁体1的工艺不同，所述超导磁体1的初始多余制冷量不同，所述超导磁体1稳定工作时的多余制冷量不同，需要系统调节使所述超导磁体1的多余制冷量维持稳定值。
S13：将所述多余制冷量与设定的第一制冷量和第二制冷量比较，通过调控使所述多余制冷量维持在稳定值。
具体的，根据所述超导磁体1预先在所述CPU模块41上设定有第一制冷量和第二制冷量，所述CPU模块41将计算得到的所述超导磁体1的多余制冷量与所述第二制冷量比较，如果比较结果为所述多余制冷量大于或者等于所述第二制冷量，则所述控制单元4打开所述高压旁通管31的阀门，所述储气罐3的进气口基于所述高压旁通管31与所述高压气管23相通，所述压缩机21排出的高压气体部分进入所述储气罐3内存储，所述压缩机21的排气压力减小，吸气压力也会有所下降，对应制冷机的制冷量和压缩机功耗会下降，从而减小所述多余制冷量。
经过调节之后所述CPU重新计算所述超导磁体1的多余制冷量，当所述多余制冷量小于所述第二制冷量时，所述控制单元4关闭所述高压旁通管31的阀门，所述压缩机21的排气气压和吸气气压会保持稳定值，在正常情况下，所述多余制冷量也会维持在稳定值。
进一步的，当发生特别情况，所述超导磁体1内部热量增加，所述多余制冷量会发生变化，当所述多余制冷量小于或等于设定的第一制冷量时，所述控制单元4会将所述低压旁通管32的阀门打开，所述储气罐3的排气口基于所述低压旁通管32与所述低压气管24连通，所述储气罐3内的气体随着所述低压气管24进入所述压缩机21内，所述压缩机21的吸气气压和排气气压升高，所述制冷单元2的功耗会上升，从而提高所述多余制冷量，当所述多余制冷量大于所述第二制冷量时，所述控制单元4关闭所述低压旁通管32，开启所述高压旁通管31，进行调节，当所述超导磁体1正常工作，所述多余制冷量维持稳定值时，所述控制单元4关闭所述高压旁通管31。
具体的，所述压力传感器11的检测压力值小于所述超导磁体1的最小临界压力值时，所述控制单元4关闭所述制冷单元2，同时开启所述加热单元12，防止所述超导磁体1受到外部空气的影响出现损坏的情况，当所述超导磁体1内部压力值大于所述最小临界压力值并维持稳定时，开启所述制冷单元2进行工作。
进一步的，所述压力传感器11的检测压力值大于所述超导磁体1的最大临界压力值，所述控制单元4关闭所述高压旁通管31，打开所述低压旁通管32，将所述储气罐3的气体进入到压缩机21内，提高压缩机21的吸气气压和排气气压，提高制冷单元2的功率，使得所述超导磁体1内部压力下降至所述最大临界压力值下，满足正常工作需求。
本发明实施例提供了一种超导磁体冷却系统及调控方法，所述冷却系统的压缩机连接有储气罐3，通过所述储气罐3调节所述压缩机21的工作压力，所述调控方法根据超导磁体1的压力，通过所述储气罐3调整所述压缩机21的工作，使所述超导磁体1的压力保持稳定，同时冷却系统的多余制冷量维持稳定值，所述冷却系统能够自动调节，减少系统能耗。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，ReadOnly Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。
另外，以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种超导磁体冷却系统，其特征在于，所述超导磁体冷却系统包括制冷单元、超导磁体、储气罐和控制单元；
所述制冷单元与所述超导磁体连接，用以提供适合所述超导磁体的工作环境；
所述储气罐与所述制冷单元连接，用以储存所述制冷单元的部分制冷气体；
所述控制单元与所述超导磁体连接，用以监测和调整所述超导磁体的压力，所述控制单元与所述储气罐连接，用以控制所述储气罐气体的存储和释放。
2.如权利要求1所述的超导磁体冷却系统，其特征在于，所述制冷单元包括压缩机、冷头、高压气管和低压气管，所述压缩机基于所述高压气管以及所述低压气管和所述冷头连接；
所述冷头与所述超导磁体连接。
3.如权利要求2所述的超导磁体冷却系统，其特征在于，所述储气罐的进气口连接有高压旁通管，所述储气罐的出气口连接有低压旁通管；
所述高压旁通管与所述高压气管连接，所述低压旁通管与所述低压气管连接。
4.如权利要求3所述的超导磁体冷却系统，其特征在于，所述控制单元与所述高压旁通管连接，通过打开所述高压旁通管控制所述储气罐储存气体；
所述控制单元与所述低压旁通管连接，通过打开所述低压旁通管控制所述储气罐释放气体。
5.如权利要求1所述的超导磁体冷却系统，其特征在于，所述超导磁体上设置有压力传感器和加热单元；
所述控制单元通过所述压力传感器监测所述超导磁体的压力，并通过所述加热单元调整所述超导磁体的压力。
6.如权利要求1所述的超导磁体冷却系统，其特征在于，所述控制单元包括CPU模块，所述CPU模块上设定有第一压力值、第二压力值、第一制冷量、第二制冷量；
所述CPU模块用以分析计算所述控制单元接收的数据并生成调控指令。
7.一种超导磁体冷却系统调控方法，其特征在于，所述调控方法适用于权利要求1至6任意一项所述的超导磁体冷却系统，所述调控方法包括：
所述压力传感器检测所述超导磁体的压力，并将检测压力值反馈到控制单元中，所述控制单元基于所述检测压力值通过加热单元调控所述超导磁体的压力；
所述CPU模块记录所述加热单元的加热功率、加热时间以及移动计算时间，并根据所述加热功率、加热时间和移动计算时间，分析计算出多余制冷量；
将所述多余制冷量与设定的第一制冷量和第二制冷量比较，通过调控使所述多余制冷量维持在稳定值。
8.如权利要求7所述的超导磁体冷却系统调控方法，其特征在于，所述压力传感器检测压力值小于或等于设定的第一压力值时，所述控制单元开启所述加热单元，所述超导磁体的压力升高；
当所述压力传感器检测压力值大于或等于设定的第二压力值时，所述控制单元关闭所述加热单元，所述超导磁体的压力降低。
9.如权利要求7所述的超导磁体冷却系统调控方法，其特征在于，所述多余制冷量小于或者等于所述第一制冷量时，所述控制单元开启所述低压旁通管，所述储气罐存储的气体随所述压缩机的低压气管进入压缩机内，所述制冷单元的功效上升，所述多余制冷量上升；
所述多余制冷量大于或等于所述第二制冷量时，所述控制单元开启所述高压旁通管，所述压缩机排出的高压气体部分进入所述储气罐中存储，所述制冷单元的功效下降，所述多余制冷量减少。
10.如权利要求7所述的超导磁体冷却系统调控方法，其特征在于，所述调控方法还包括：
所述压力传感器的检测压力值小于所述超导磁体的最小临界压力值，所述控制单元关闭所述制冷单元，同时开启所述加热单元；
所述压力传感器的检测压力值大于所述超导磁体的最大临界压力值，所述控制单元关闭所述高压旁通管，打开所述低压旁通管，将所述储气罐的气体进入到压缩机内，提高压缩机的工作压力，提高制冷单元的功率。
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