CN113990599A - 一种超导磁体装置及一种超导磁悬浮列车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超导磁体装置，包括:低温恒温器，低温恒温器的内腔能够容纳制冷剂，超导线圈设置在所述内腔中；温度控制系统，温度控制系统包括温度传感器和制冷机，温度传感器设置在低温恒温器的内腔中，温度传感器用于控制所述制冷机，制冷机用于向低温恒温器的内腔提供冷量。本发明不仅向低温恒温器内注入了制冷剂，而且还增设了温度控制系统，在制冷剂的量减小时，温度控制系统控制制冷机作业，以向低温恒温器输送冷量。相较于现有技术中仅仅依靠制冷剂来维持低温环境，本发明中制冷剂与温度控制系统的双重作用能够有效地确保低温恒温器的稳定性和可靠性，从而能够确保超导线圈稳定工作。本发明还公开了一种超导磁悬浮列车。

Description

一种超导磁体装置及一种超导磁悬浮列车

技术领域

本发明涉及超导磁悬浮列车领域，更具体地说，涉及一种超导磁体装置及一种超导磁悬浮列车。

背景技术

超导磁体装置包括低温恒温器，低温恒温器为内部的超导线圈提供持续的低温工作环境，以确保超导线圈稳定工作。在现有技术中，多采用液氦等低温液体浸泡方式来使低温恒温器保持在低温状态。但是，一旦低温液体泄露，低温恒温器便无法维持在低温状态，那么超导线圈也就无法正常工作。

因此，如何确保低温恒温器的稳定性和可靠性，从而确保超导线圈稳定工作，是本领域技术人员亟待解决的关键性问题。

发明内容

本发明的目的是确保低温恒温器的稳定性和可靠性，从而确保超导线圈稳定工作。为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种超导磁体装置，包括:

低温恒温器，所述低温恒温器具有封闭的内腔，该内腔能够容纳制冷剂，超导线圈设置在所述内腔中；

温度控制系统，所述温度控制系统包括温度传感器和制冷机，所述温度传感器设置在所述低温恒温器的内腔中，所述温度传感器用于控制所述制冷机，所述制冷机设置在所述低温恒温器的外部，用于向所述低温恒温器的内腔提供冷量。

优选地，还包括：

超导磁体壳体，所述低温恒温器和所述制冷机设置在所述超导磁体壳体内；

真空系统，所述真空系统包括真空泵和气压传感器，所述气压传感器设置在所述超导磁体壳体内，所述气压传感器用于控制所述真空泵，所述真空泵用于对所述超导磁体壳体抽真空。

优选地，所述低温恒温器的内壁上设置有隔件，所述隔件沿水平方向延伸，且所述隔件具有导热性。

优选地，所述低温恒温器的正板的内壁上设置有成竖排布置的多个所述隔件，所述低温恒温器的背板的内壁上设置有成竖排布置的多个所述隔件，且所述正板上的所述隔件朝向所述背板延伸，所述背板上的所述隔件朝向所述正板延伸。

优选地，所述隔件为铝制的棱柱。

优选地，所述制冷机位于所述低温恒温器外且靠近所述低温恒温器的背板设置，所述超导线圈设置在所述背板的内壁上。

优选地，所述超导线圈通过低温胶粘接在所述低温恒温器的内壁上。

优选地，所述制冷机的冷端靠近所述低温恒温器的底部设置。

优选地，所述制冷机的冷端伸入所述低温恒温器内部，或者所述低温恒温器的背板的内壁的底部设置有无氧铜带材，所述无氧铜带材的一端伸出所述低温恒温器外与所述冷端连接。

优选地，所述低温恒温器通过支撑架与所述超导磁体壳体可拆卸连接。

优选地，所述低温恒温器的壳体上设置有与所述支撑架的端部配合的连接孔，所述低温恒温器的壳体的膨胀系数大于所述支撑架的膨胀系数，在低温时所述支撑架的端部过盈配合于所述连接孔内。

优选地，所述支撑架与所述低温恒温器的壳体相配合的端部上套设有玻璃纤维套。

优选地，所述支撑架的端部的直径大于中部的直径。

优选地，所述超导磁体壳体内还设置有热沉管，所述热沉管内用于注入制冷剂，用于连接所述超导线圈和电源的引线经过所述热沉管。

本发明还提供了一种超导磁悬浮列车，包括超导磁体装置，所述超导磁体装置为上述任意一种超导磁体装置。

从上述技术方案可以看出：本发明中的超导磁体装置具有如下有益效果：

第一：制冷剂与制冷机共同来维持低温恒温器内部的低温环境；

第二：低温恒温器位于真空环境中，减少了热对流，利于低温恒温器维持低温环境；

第三：低温恒温器内成上下布置的棱柱将低温恒温器的内腔分隔成了多层，如此使液态气体从下至上逐层凝固，从而使固态气体质地紧实。同时棱柱的设置提高了受冷面积，从而提高了制冷速率。

第四：制冷机靠近低温恒温器的背板设置，超导线圈设置在低温恒温器的背板的内壁上，如此，低温恒温器的背部不仅起到了导热的作用，还起到了对超导线圈的支撑作用，防止超导线圈任意晃动。

第五：支撑架的端部与低温恒温器的壳体之间设置有玻璃纤维套，另外，支撑架为工字型结构。如此便确保了支撑架的低漏热性。

第六：低温恒温器通过支撑架与超导磁体壳体可拆卸连接，方便了对低温恒温器进行更换和检修。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的方案，下面将对实施例中描述所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，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他的附图。

图1为本发明一具体实施例提供的超导磁体装置的剖视图；

图2为本发明一具体实施例提供的低温恒温器的剖视图。

其中，1为低温恒温器、2为超导线圈、3为制冷机、4为超导磁体壳体、5为正板、6为背板、7为棱柱、8为支撑架。

具体实施方式

本发明公开了一种超导磁体装置，该装置能够确保低温恒温器的稳定性和可靠性，从而确保超导线圈稳定工作。本发明还公开了一种超导磁悬浮列车。

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

本发明公开了一种超导磁体装置，该超导磁体装置包括低温恒温器1和温度控制系统。其中低温恒温器1具有封闭的内腔，该内腔能够容纳制冷剂。超导线圈2设置在低温恒温器1的内腔中。低温恒温器1内的制冷剂能够使低温恒温器1的内腔处于低温状态，以使超导线圈2处于低温的工作环境。制冷剂可以为低温的液态气体，或者为低温的固态气体。

温度控制系统包括温度传感器和制冷剂。温度传感器设置在低温恒温器1的内腔中，用于检测低温恒温器1内部的温度。制冷机3设置在低温恒温器1的外部，制冷机3用于向低温恒温器1内部提供冷量。在低温恒温器1内部的制冷剂出现泄露时，温度传感器就会检测到低温恒温器1的内腔的温度低于设定温度，那么温度传感器就会向制冷机3发送制冷信号，制冷机3在接收到制冷信号后会开启作业，向低温恒温器1内部输送冷量，以使低温恒温器1内部继续维持在低温环境。

本发明中不仅向低温恒温器1内注入了制冷剂，而且还设置了温度控制系统，在制冷剂的量减小时，温度控制系统控制制冷机3作业，以向低温恒温器1输送冷量。相较于现有技术中仅仅依靠制冷剂来维持低温环境，本发明中制冷剂与温度控制系统的双重作用能够有效地确保低温恒温器1的稳定性和可靠性，从而能够确保超导线圈2稳定工作。

本发明还包括超导磁体壳体4和真空系统。低温恒温器1和制冷机3均设置在超导磁体壳体4内。真空系统具体包括真空泵和气压传感器。气压传感器设置在超导磁体壳体4内。气压传感器用于检测超导磁体壳体4内的气压，真空泵用于对超导磁体壳体4进行抽真空。在气压传感器检测到超导磁体壳体4内的气体压力超过真空压力时，气压传感器就会向真空泵发送抽真空信号，真空泵在接收到抽真空信号后会开启作业，对超导磁体壳体4进行抽真空。真空系统使低温恒温器1处于接近绝热的环境中，如此能够降低低温恒温器1对流换热，进一步确保了低温恒温器1提供低温的可靠性和稳定性。本发明经真空泵优选为分子泵。

低温恒温器1的内腔中设置有隔件，该隔件沿着水平方向延伸。隔间具有导热性。隔件的设置增大了低温恒温器1内腔的受冷面积，从而提高了低温恒温器1内腔的冷却效率。隔件的材质优选为高导热率的铝。隔件的形状具体为棱柱7。

请参考附图2，本发明在低温恒温器1的正板5的内壁上设置了多个隔件，且多个隔件沿着上下方向延伸。本发明还在低温恒温器1的背板6的内壁上设置了多个隔件，多个隔件也沿着上下方向延伸。并且，正板5上的隔件朝向背板6延伸，背板6上的隔件朝向正板5延伸。隔件将低温恒温器1的内腔隔离为了若干个单元，如此有利于制冷剂充满整个低温恒温器1的内腔，优化制冷效果。

关于制冷机3：制冷机3的冷端向低温恒温器1传递冷量方式包括两种，一种是冷端直接伸入到低温恒温器1内部，另一种是在低温恒温器1的背板6的内壁上设置无氧铜带材，并且使无氧铜带材的一端伸出低温恒温器1外与冷端连接。

本发明限定制冷机3的冷端靠近低温恒温器1的底部设置，以使制冷效果由下向上传递。低温恒温器1的制冷剂进口设置在低温恒温器1的顶部。低温液态气体进入到低温恒温器1后会凝固为固态气体。正由于本发明的制冷效果是由下向上传递，因此能够规避上方的液态气体先凝固而阻碍制冷机3向下流动。由于低温恒温器1的内腔被隔件分为了多层，那么液态气体会从下到上逐层凝固。逐层凝固的方式能够使得固态气体凝固的质地更加紧实，制冷效果更佳。

本发明将制冷机3设置在低温恒温器1外，且靠近低温恒温器1的背板6设置。另外，本发明将超导线圈2设置在背板6的内壁上。如此，使得超导线圈2靠近制冷机3的冷端设置，冷端的冷量除了直接伸入到低温恒温器1内部外，还能够通过低温恒温器1的背板6传递给超导线圈2，如此加速了超导线圈2的制冷效果。

本发明中低温胶将超导线圈2粘接在低温恒温器1的内壁上，如此低温恒温器1的背板6便对超导线圈2形成了支撑作用，能够减小由振动引起的线圈晃动。即低温恒温器1的背板6不仅能够充当冷端的导热介质，还能够充当超导线圈2的支撑体。

在现有技术中，低温恒温器1通常采用焊接的方式连接在机壳上，焊接的弊端在于不方便低温恒温器1的拆卸。在本发明中低温恒温器1是通过支撑架8可拆卸地连接在超导磁体壳体4上。具体的连接方式如下：低温恒温器1的壳体上设置有与支撑架8的端部配合的连接孔。低温恒温器1的壳体的膨胀系数大于支撑架8的膨胀系数。在低温时，低温恒温器1的壳体收缩的程度大于支撑架8收缩的程度，因此支撑架8的端部与低温恒温器1的壳体之间形成过盈连接。如果需要将低温恒温器1从超导磁体壳体4上拆下，那么只需要将低温恒温器1内的制冷剂排出，使低温恒温器1和支撑架8处于常温状态，那么支撑架8与低温恒温器1之间的过盈配合将转变为间隙配合，如此便能够很容易地使低温恒温器1与支撑架8分离。

低温恒温器1的壳体的材质为经过硬质阳极氧化处理的铝材质，支撑架8的材质为合金材质。

为了避免通过支撑架8与低温恒温器1的壳体的过盈连接部发生热交换，本发明在支撑架8的与低温恒温器1的壳体相配合的端部外套设了玻璃纤维套。玻璃纤维套具有隔热的功能，从而阻止热交换的发生。

为了进一步削弱支撑架8的换热能力，本发明还对支撑架8的结构进行了设计，限定支撑架8的端部的直径大于支撑架8的中部的直径。即支撑架8为工字型结构。由于支撑架8的中部的直径较小，那么就减小支撑架8的换热面积，从而削弱了支撑架8的换热能力。而直径较大的端部利于支撑架8与低温恒温器1和超导磁体壳体4的稳固连接。本发明通过玻璃纤维套和工字型结构设计来确保支撑架8的低漏热性。

另外需要说明的是，低温恒温器1内的超导线圈2通过引线与外部的电源连接。引线在作业的过程中会发热。为了避免该热量进入到低温恒温器1内部，本发明在超导磁体壳体4内还设置了热沉管，热沉管内用于注入制冷剂。引线经过该热沉管。引线产生的热量经过热沉管时被热沉管内的制冷剂带走。

综上所述，本发明中的超导磁体装置具有如下有益效果：

第一：制冷剂与制冷机3共同来维持低温恒温器1内部的低温环境；

第二：低温恒温器1位于真空环境中，减少了热对流，利于低温恒温器1维持低温环境；

第三：低温恒温器1内成上下布置的棱柱7将低温恒温器1的内腔分隔成了多层，如此使液态气体从下至上逐层凝固，从而使固态气体质地紧实。同时棱柱7的设置提高了受冷面积，从而提高了制冷速率。

第四：制冷机3靠近低温恒温器1的背板6设置，超导线圈2设置在低温恒温器1的背板6的内壁上，如此，低温恒温器1的背部不仅起到了导热的作用，还起到了对超导线圈2的支撑作用，防止超导线圈2任意晃动。

第五：支撑架8的端部与低温恒温器1的壳体之间设置有玻璃纤维套，另外，支撑架8为工字型结构。如此便确保了支撑架8的低漏热性。

第六：低温恒温器1通过支撑架8与超导磁体壳体4可拆卸连接，方便了对低温恒温器1进行更换和检修。

本发明还公开了一种超导磁悬浮列车，包括超导磁体装置，特别地，该超导磁体装置为上述任意一种超导磁体装置。上述超导磁体装置具有上述效果，具有上述超导磁体装置的超导磁悬浮列车同样具有上述效果，故本文不再赘述。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (15)

1.一种超导磁体装置，其特征在于，包括:

低温恒温器，所述低温恒温器具有封闭的内腔，该内腔能够容纳制冷剂，超导线圈设置在所述内腔中；

温度控制系统，所述温度控制系统包括温度传感器和制冷机，所述温度传感器设置在所述低温恒温器的内腔中，所述温度传感器用于控制所述制冷机，所述制冷机设置在所述低温恒温器的外部，用于向所述低温恒温器的内腔提供冷量。

2.根据权利要求1所述的超导磁体装置，其特征在于，还包括：

超导磁体壳体，所述低温恒温器和所述制冷机设置在所述超导磁体壳体内；

真空系统，所述真空系统包括真空泵和气压传感器，所述气压传感器设置在所述超导磁体壳体内，所述气压传感器用于控制所述真空泵，所述真空泵用于对所述超导磁体壳体抽真空。

3.根据权利要求1所述的超导磁体装置，其特征在于，所述低温恒温器的内壁上设置有隔件，所述隔件沿水平方向延伸，且所述隔件具有导热性。

4.根据权利要求3所述的超导磁体装置，其特征在于，所述低温恒温器的正板的内壁上设置有成竖排布置的多个所述隔件，所述低温恒温器的背板的内壁上设置有成竖排布置的多个所述隔件，且所述正板上的所述隔件朝向所述背板延伸，所述背板上的所述隔件朝向所述正板延伸。

5.根据权利要求3所述的超导磁体装置，其特征在于，所述隔件为铝制的棱柱。

6.根据权利要求1所述的超导磁体装置，其特征在于，所述制冷机位于所述低温恒温器外且靠近所述低温恒温器的背板设置，所述超导线圈设置在所述背板的内壁上。

7.根据权利要求6所述的超导磁体装置，其特征在于，所述超导线圈通过低温胶粘接在所述低温恒温器的内壁上。

8.根据权利要求1所述的超导磁体装置，其特征在于，所述制冷机的冷端靠近所述低温恒温器的底部设置。

9.根据权利要求8所述的超导磁体装置，其特征在于，所述制冷机的冷端伸入所述低温恒温器内部，或者所述低温恒温器的背板的内壁的底部设置有无氧铜带材，所述无氧铜带材的一端伸出所述低温恒温器外与所述冷端连接。

10.根据权利要求2所述的超导磁体装置，其特征在于，所述低温恒温器通过支撑架与所述超导磁体壳体可拆卸连接。

11.根据权利要求10所述的超导磁体装置，其特征在于，所述低温恒温器的壳体上设置有与所述支撑架的端部配合的连接孔，所述低温恒温器的壳体的膨胀系数大于所述支撑架的膨胀系数，在低温时所述支撑架的端部过盈配合于所述连接孔内。

12.根据权利要求11所述的超导磁体装置，其特征在于，所述支撑架与所述低温恒温器的壳体相配合的端部上套设有玻璃纤维套。

13.根据权利要求11所述的超导磁体装置，其特征在于，所述支撑架的端部的直径大于中部的直径。

14.根据权利要求2所述的超导磁体装置，其特征在于，所述超导磁体壳体内还设置有热沉管，所述热沉管内用于注入制冷剂，用于连接所述超导线圈和电源的引线经过所述热沉管。

15.一种超导磁悬浮列车，包括超导磁体装置，其特征在于，所述超导磁体装置为如权利要求1-14任意一项所述的超导磁体装置。

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