CN114649129A

CN114649129A - 超导磁体

Info

Publication number: CN114649129A
Application number: CN202011493569.8A
Authority: CN
Inventors: 张艳清; 陈慧星; 王新文; 周伟; 刘坤; 王岩; 陈松; 胡良辉
Original assignee: Casic Feihang Technology Research Institute of Casia Haiying Mechanical and Electronic Research Institute
Current assignee: Casic Feihang Technology Research Institute of Casia Haiying Mechanical and Electronic Research Institute
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2020-12-17
Publication date: 2022-06-21

Abstract

本发明涉及电磁学及传热学技术领域，公开了一种超导磁体。其中，该超导磁体包括超导线圈、冷媒入口、冷媒出气管、杜瓦、冷媒总出口、两块辐射屏和支撑结构，所述超导线圈设置在所述杜瓦内，所述冷媒入口设置在所述杜瓦上用于将冷媒介质注入所述杜瓦，所述杜瓦的顶板上设置有多组冷媒出气口，多组所述冷媒出气口与所述冷媒出气管连接，所述冷媒出气管与所述冷媒总出口连接，所述冷媒介质挥发的气体依次经所述冷媒出气口、所述冷媒出气管从所述冷媒总出口排出，所述辐射屏上设置有连接件，两块辐射屏通过各自的连接件与所述冷媒出气管连接以分别覆盖所述杜瓦的前表面和后表面，所述支撑结构设置在所述辐射屏与所述杜瓦之间。

Description

超导磁体

技术领域

本发明涉及电磁学及传热学技术领域，尤其涉及一种超导磁体。

背景技术

超导磁体在低温环境下才可以实现超导态，目前高温超导磁体一般采用液氮冷却，低温超导磁体采用液氦冷却，液氮的温度为77K左右，液氦的温度为4.2K左右，超导磁体处于液氮温区或者液氦温区均会与周围环境产生大量的热量交换，若超导磁体从外界吸收热量导致冷媒大量挥发进而使得超导磁体温度升高会使超导磁体发生失超。

热传递有三种方式，分别是热传导、热对流以及热辐射，为了避免超导磁体由于热量交换而发生失超，通常在实际工程中采用辐射屏包裹超导线圈杜瓦的方式来减少超导磁体通过热辐射吸收外界的热量。

目前常用的辐射屏为一个具有一定厚度的壳状结构，将超导线圈杜瓦全部包裹。超导线圈放置在杜瓦内，杜瓦内放置有低温液体，杜瓦最外层为辐射屏，将整个外杜瓦都包裹起来。

超导磁体在很多应用场景下都要求其具有紧凑的结构，但现有的辐射屏将超导线圈的杜瓦全部包裹，占用的空间较大，不易使用在紧凑结构的超导磁体上。并且，辐射屏全部将超导线圈的杜瓦包裹，不仅增加了超导磁体的体积，而且在一定程度上增加了整个超导磁体的重量。此外，辐射屏直接与300K的室温环境接触，辐射屏的温度越高，通过热辐射传递的热量就越高，因此直接与室温环境接触的方式不利于减少热辐射。

发明内容

本发明提供了一种超导磁体，能够解决现有技术中的技术问题。

本发明提供了一种超导磁体，其中，该超导磁体包括超导线圈、冷媒入口、冷媒出气管、杜瓦、冷媒总出口、两块辐射屏和支撑结构，所述超导线圈设置在所述杜瓦内，所述冷媒入口设置在所述杜瓦上用于将冷媒介质注入所述杜瓦，所述杜瓦的顶板上设置有多组冷媒出气口，多组所述冷媒出气口与所述冷媒出气管连接，所述冷媒出气管与所述冷媒总出口连接，所述冷媒介质挥发的气体依次经所述冷媒出气口、所述冷媒出气管从所述冷媒总出口排出，所述辐射屏上设置有连接件，两块辐射屏通过各自的连接件与所述冷媒出气管连接以分别覆盖所述杜瓦的前表面和后表面，所述支撑结构设置在所述辐射屏与所述杜瓦之间。

优选地，所述连接件为挂钩，所述辐射屏通过所述挂钩以挂接的方式与所述冷媒出气管连接。

优选地，所述辐射屏为铝板。

优选地，所述支撑结构的材料为玻璃纤维布与环氧树脂合成的复合材料。

优选地，所述冷媒出气口的组数与所述冷媒出气管的数量相同，每组所述冷媒出气口对应连接一根所述冷媒出气管。

通过上述技术方案，可以仅利用两块辐射屏对杜瓦的前后表面进行覆盖，这样的非全面覆盖的方式既有效的减少了辐射屏材料，使得超导磁体的结构紧凑，又减少了整个超导磁体的重量；同时还可以利用超导磁体内挥发出的冷气对辐射屏进行降温，实现挥发冷气的二次利用，提高其利用率，更加有效地减少超导磁体的热辐射。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的一种超导磁体的侧视图；

图2示出了根据本发明实施例的一种辐射屏的示意图；

图3示出了根据本发明实施例的一种超导磁体的冷媒管路的主视图；

图4示出了根据本发明实施例的一种超导磁体的冷媒管路的侧视图；

图5示出了根据本发明实施例的一种超导磁体的冷媒管路的俯视图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1示出了根据本发明实施例的一种超导磁体的侧视图。

图2示出了根据本发明实施例的一种辐射屏的示意图。

如图1-2所示，本发明实施例提供了一种超导磁体，其中，该超导磁体包括超导线圈、冷媒入口、冷媒出气管1、杜瓦3、冷媒总出口4、两块辐射屏5和支撑结构6，所述超导线圈设置在所述杜瓦3内，所述冷媒入口设置在所述杜瓦3上用于将冷媒介质注入所述杜瓦3，所述杜瓦3的顶板上设置有多组冷媒出气口2，多组所述冷媒出气口2与所述冷媒出气管1连接，所述冷媒出气管1与所述冷媒总出口4连接，所述冷媒介质挥发的气体依次经所述冷媒出气口2、所述冷媒出气管1从所述冷媒总出口4排出，所述辐射屏5上设置有连接件7，两块辐射屏5通过各自的连接件7与所述冷媒出气管1连接以分别覆盖所述杜瓦3的前表面和后表面，所述支撑结构6设置在所述辐射屏5与所述杜瓦3之间。

其中，通过冷媒入口向杜瓦内注入的冷媒介质可以为液氦或者液氮。

通过上述技术方案，可以仅利用两块辐射屏对杜瓦的前后表面进行覆盖(覆盖率70％)，这样的非全面覆盖的方式既有效的减少了辐射屏材料，使得超导磁体的结构紧凑，又减少了整个超导磁体的重量；同时还可以利用超导磁体内挥发出的冷气对辐射屏进行降温，实现挥发冷气的二次利用，提高其利用率，更加有效地减少超导磁体的热辐射从而有效降低超导磁体的漏热。并且，通过设置支撑结构，可以使得辐射屏下端不与杜瓦接触。

此外，通过设置多组冷媒出气口，一旦超导磁体发生失超，可以加快冷气的流速，防止杜瓦内压力快速增加。

根据本发明一种实施例，所述连接件7为挂钩，所述辐射屏5通过所述挂钩以挂接的方式与所述冷媒出气管1连接。

本领域技术人员应当理解，上述挂接的方式仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。

根据本发明一种实施例，所述辐射屏5为铝板。

也就是，辐射屏可以为密度较轻的铝板。两块铝板完全覆盖杜瓦3的前后两个面。

根据本发明一种实施例，所述支撑结构6的材料为玻璃纤维布与环氧树脂合成的复合材料，即G10材料。

通过采用G10材料作为支撑结构，可以承受极大的力量不变形，对辐射屏有很好的支撑作用；同时G10不会被液体渗透，具有绝缘的特性，而且导热系数很低。

根据本发明一种实施例，所述冷媒出气口2的组数与所述冷媒出气管1的数量相同，每组所述冷媒出气口2对应连接一根所述冷媒出气管1。

举例来讲，如图3-5所示，所述冷媒出气口2的组数可以为两组，冷媒出气管1的数量可以为两根，一组冷媒出气口对应连接一根冷媒出气管，每组冷媒出气口可以包括三个出气口。由此，如图3所示，三个出气口可以连接在同一根冷媒出气管上，六个出气口通过两根冷媒出气管汇总到一个冷媒总出口4。如图5所示，杜瓦顶板上的两根冷媒出气管几乎穿越了整个杜瓦顶板，在一定程度上也可以减少超导磁体的漏热。

进一步地，在冷媒出气管为两根的情况下，两块辐射屏5可以通过各自的连接件分别连接一根冷媒出气管，如图1所示。

本领域技术人员应当理解，上述关于数量的描述仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。

从上述实施例可以看出，本发明上述的超导磁体具有以下优点：

1)减少了辐射屏覆盖率，节约了整个磁体的空间，使得超导磁体的结构更加紧凑；

2)只采用两块辐射屏，减少了辐射屏材料的使用，同时减轻了超导磁体的重量。

3)优化设计后的冷媒管路有多个冷气出气孔，若超导磁体发生失超，冷媒大量挥发，多个出气孔可以增加流速，加快冷气排出杜瓦，防止杜瓦内部气压快速升高。

4)辐射屏连接在冷气出气管上，与冷气出气管发生接触，可以利用挥发出来的冷气的冷量降低辐射屏的温度，有效减少超导磁体的热辐射从而降低超导磁体的漏热。

5)杜瓦顶板上的两根冷媒出气管几乎穿越了整个杜瓦顶板，在一定程度上减少了超导磁体的漏热。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种超导磁体，其特征在于，该超导磁体包括超导线圈、冷媒入口、冷媒出气管(1)、杜瓦(3)、冷媒总出口(4)、两块辐射屏(5)和支撑结构(6)，所述超导线圈设置在所述杜瓦(3)内，所述冷媒入口设置在所述杜瓦(3)上用于将冷媒介质注入所述杜瓦(3)，所述杜瓦(3)的顶板上设置有多组冷媒出气口(2)，多组所述冷媒出气口(2)与所述冷媒出气管(1)连接，所述冷媒出气管(1)与所述冷媒总出口(4)连接，所述冷媒介质挥发的气体依次经所述冷媒出气口(2)、所述冷媒出气管(1)从所述冷媒总出口(4)排出，所述辐射屏(5)上设置有连接件(7)，两块辐射屏(5)通过各自的连接件(7)与所述冷媒出气管(1)连接以分别覆盖所述杜瓦(3)的前表面和后表面，所述支撑结构(6)设置在所述辐射屏(5)与所述杜瓦(3)之间。

2.根据权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，所述连接件(7)为挂钩，所述辐射屏(5)通过所述挂钩以挂接的方式与所述冷媒出气管(1)连接。

3.根据权利要求2所述的超导磁体，其特征在于，所述辐射屏(5)为铝板。

4.根据权利要求3所述的超导磁体，其特征在于，所述支撑结构(6)的材料为玻璃纤维布与环氧树脂合成的复合材料。

5.根据权利要求4所述的超导磁体，其特征在于，所述冷媒出气口(2)的组数与所述冷媒出气管(1)的数量相同，每组所述冷媒出气口(2)对应连接一根所述冷媒出气管(1)。