CN115762953B - 超导磁体冷却装置及超导磁体设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超导磁体冷却装置及超导磁体设备。包括:第一冷却体，具有第一超导线圈冷却腔；第一超导线圈冷却腔内设有第一导冷件；第一导冷件被配置为与超导线圈热接触；第二冷却体，位于第一冷却体的底侧；第二冷却体具有第二超导线圈冷却腔；第一连接件，具有第一冷却通道，第一冷却通道的两端分别与第一超导线圈冷却腔和第二超导线圈冷却腔密封对接；第二导冷件，设于第一冷却通道内，且第二导冷件一端与第一导冷件热接触，另一端伸入第二超导线圈冷却腔；以及制冷器，被配置为对所述第一超导线圈冷却腔或所述第一冷却通道进行制冷。本发明所提供的超导磁体冷却装置及超导磁体设备，降低了冷却成本。

Description

超导磁体冷却装置及超导磁体设备

技术领域

本发明涉及超导磁体技术领域，特别是涉及一种超导磁体冷却装置及超导磁体设备。

背景技术

高纯单晶硅广泛用于太阳能电池、集成电路、半导体微电子器件等行业，是光伏发电、电子信息等高新技术产业的关键材料之一。随着半导体微电子器件和大规模集成电路等制造技术的迅速发展，对半导体材料单晶硅的性能要求越来越高。

随着超导磁体技术的发展，越来越多的超导磁体替代了常规电磁铁，用于单晶硅的制造中，超导磁体可以产生更强的磁场，以制备出更高品质的单晶硅。

对于超导磁体，超导线圈是其中的核心部件，超导线圈能否获得可靠的超低温而达到超导状态是设备稳定运行的关键指标。在现有的技术中，超导磁体的冷却方式主要有液氦冷却式和传导冷却式。液氦冷却式的液氦用量高，且随着液氦能源的紧缺，液氦价格不断攀升，冷却成本也越来越高。例如，一台8寸完全液氦浸泡式的拉晶磁体，液氦用量约750L；一台12寸完全液氦浸泡式的拉晶磁体液氦用量约1100L。传导冷却法无需使用液氦，但工艺复杂，励磁周期长，想要获得稳定的磁场需要严格管控每一个零件及每道工序，即便是一个螺钉的松动都可能导致降温不成功，冷却成本同样较高。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例为解决背景技术中存在的成本高的技术问题，而提供一种超导磁体冷却装置及超导磁体设备。

为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种超导磁体冷却装置，包括：

第一冷却体，具有第一超导线圈冷却腔；所述第一超导线圈冷却腔内设有第一导冷件；所述第一导冷件被配置为与超导线圈热接触；

第二冷却体，位于所述第一冷却体的底侧；所述第二冷却体具有第二超导线圈冷却腔；

第一连接件，具有第一冷却通道，所述第一冷却通道的两端分别与所述第一超导线圈冷却腔和所述第二超导线圈冷却腔密封对接；

第二导冷件，设于所述第一冷却通道内，且所述第二导冷件一端与所述第一导冷件热接触，另一端伸入所述第二超导线圈冷却腔；以及

制冷器，被配置为对所述第一超导线圈冷却腔或所述第一冷却通道进行制冷。

可选地，所述第二超导线圈冷却腔内设有第三导冷件；所述第三导冷件被配置为与超导线圈热接触。

可选地，所述制冷器具有制冷头，所述制冷头插设在所述第一超导线圈冷却腔内；所述制冷头和所述第一冷却通道在所述第一超导线圈冷却腔的周向错开布置。

可选地，所述第一冷却体包括：

第一壳体，呈环形，且外侧面具有第一环形槽；所述第一环形槽沿所述第一壳体延伸的方向延伸；

第二壳体，环绕所述第一壳体设置，并覆盖所述第一环形槽的开口，以与所述第一壳体围成所述第一超导线圈冷却腔；且所述第二壳体构成所述第一超导线圈冷却腔的外侧壁；

且/或，所述第二冷却体包括：

第三壳体，呈环形，且外侧面具有第二环形槽；所述第二环形槽沿所述第三壳体延伸的方向延伸；

第四壳体，环绕所述第三壳体设置，并覆盖所述第二环形槽的开口，以与所述第三壳体围成所述第二超导线圈冷却腔；且所述第四壳体构成所述第二超导线圈冷却腔的外侧壁。

可选地，所述第二超导线圈冷却腔呈环形；沿所述第二超导线圈冷却腔的径向，所述第二超导线圈冷却腔的外壁与超导线圈的间距为0.5cm～2cm；

且/或，所述第一超导线圈冷却腔呈环形；沿所述第一超导线圈冷却腔的径向，所述第一超导线圈冷却腔的外壁与超导线圈的间距为0.5cm～2cm。

可选地，所述第二冷却体还包括：

填充物，固定设于所述第二超导线圈冷却腔内，且位于超导线圈外侧。

可选地，所述第一壳体由导热系数大于10W/mk的材料制成；

且/或，所述第三壳体由导热系数大于10W/mk的材料制成；

且/或，所述第一导冷件由导热系数大于200W/mk的材料制成；

且/或，所述第二导冷件由导热系数大于200W/mk的材料制成；

且/或，所述第三导冷件由导热系数大于200W/mk的材料制成。

可选地，所述第一导冷件呈环形，且所述第一导冷件被配置为与超导线圈环形热接触。

可选地，还包括：

第三冷却体，所述第三冷却体具有第三超导线圈冷却腔；所述第三超导线圈冷却腔内设有第四导冷件；所述第四导冷件被配置为与超导线圈热接触；

第二连接件，具有第二冷却通道，所述第二冷却通道的两端分别与所述第二超导线圈冷却腔和所述第三超导线圈冷却腔密封对接；以及

第五导冷件，设于所述第二冷却通道内，且所述第五导冷件一端与所述第四导冷件热接触，另一端伸入所述第二超导线圈冷却腔。

第二方面，本申请实施例提供了一种超导磁体设备，包括上面所述的任意一种超导磁体冷却装置。

上述超导磁体冷却装置，只需在第二超导线圈冷却腔内设置液氦，即可实现超导线圈的冷却。具体地，第二超导线圈冷却腔内的超导线圈与液氦直接接触，可以达到冷却的目的；第二导冷件两端分别与液氦和第一导冷件热接触，从而通过第二导冷件和第一导冷件实现对第一超导线圈冷却腔内的超导线圈进行冷却。因此，通过上述超导磁体冷却装置，通过少量的液氦即可达到冷却的目的，从而减少液氦的用量，降低了冷却成本。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的超导磁体冷却装置的立体示意图；

图2为图1中部分剖开的示意图；

图3为图1的投影示意图；

图4为图3中A-A向的剖视示意图；

图5为图3中B-B向的剖视示意图；

图6为图3中C-C向的剖视示意图。

附图标记说明：

10、第一冷却体；11、第一超导线圈冷却腔；12、第一导冷件；13、第一壳体；14、第二壳体；20、第二冷却体；21、第二超导线圈冷却腔；22、第三导冷件；23、第三壳体；24、第四壳体；30、第一连接件；31、第一冷却通道；40、第二导冷件；50、超导线圈。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和有益效果能够更加明显易懂，下面通过列举具体实施例的方式进行详细说明。其中，附图不一定是按比例绘制的，局部特征可以被放大或缩小，以更加清楚的显示局部特征的细节；除非另有定义，本文所使用的技术和科学术语与本申请所属的技术领域中的技术和科学术语的含义相同。

在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于本发明的简化描述，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，即不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述清楚的目的，不能理解为所指示特征的相对重要性或所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等；“若干个”的含义是至少一个，例如一个、两个、三个等；另有明确具体的限定的除外。

在本发明中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等应做广义理解。例如，“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的限定，第一特征在第二特征“上”、“之上”、“上方”和“上面”、“下”、“之下”、“下方”或“下面”可以是第一特征和第二特征直接接触，或第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征的水平高度高于第二特征的水平高度。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征的水平高度小于第二特征的水平高度。

为了彻底理解本申请，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本申请的技术方案。本申请的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其它实施方式。

如图1至图6所示，本申请一实施例提供的超导磁体冷却装置，包括第一冷却体10、第二冷却体20、第一连接件30、第二导冷件40和制冷器（未在图中示出）。

第一冷却体10具有第一超导线圈冷却腔11。第一超导线圈冷却腔11内设有第一导冷件12。第一导冷件12被配置为与超导线圈50热接触。可以理解的是，热接触是能实现两个物体之间的热传递的接触，可以是直接接触，也可以是间接接触。可选地，间接接触可以通过对流、辐射等方式实现热传递，也可以通过其它具有热传导性能的结构实现热传递。具体到本实施例中，第一导冷件12被配置为与超导线圈50直接热接触。

第二冷却体20位于第一冷却体10的底侧，第二冷却体20具有第二超导线圈冷却腔21。可以理解的是，底侧指的是超导磁体冷却装置在工作时，第二冷却体20位于第一冷却体10的底侧。具体到本实施例中，工作时，第一冷却体10与第二冷却体20沿垂直方向排布。可以理解的是，在另外的实施方式中，第一冷却体和第二冷却体的排布方向也可以相对垂直方向倾斜，且倾斜角度为锐角。

可以理解的是，超导线圈50由能在较高温度下实现超导现象的材料制成。第一超导线圈冷却腔11和第二超导线圈冷却腔21中均设有超导线圈50。

第一连接件30具有第一冷却通道31，第一冷却通道31的两端分别与第一超导线圈冷却腔11和第二超导线圈冷却腔21密封对接。通过第一连接件30，第一超导线圈冷却腔11和第二超导线圈冷却腔21相互连通且对外密封。

第二导冷件40设于第一冷却通道31内，且第二导冷件40一端与第一导冷件12热接触，另一端伸入第二超导线圈冷却腔21。可以理解的是，第一导冷件12和第二导冷件40均具有导热性能。具体工作时，需要在第二超导线圈冷却腔21中加入液氦。通过第二导冷件40，可以使得第二超导线圈冷却腔21的冷量，例如液氦里的冷量，快速传导至第一导冷件12，进而冷却第一超导线圈冷却腔11内的超导线圈50。

可选地，制冷器被配置为对第一超导线圈冷却腔11或第一冷却通道31进行制冷。若制冷器被配置为对第一超导线圈冷却腔11进行制冷，则第一超导线圈冷却腔11中的温度可以通过第一冷却通道31传递至第二超导线圈冷却腔21中，进而使得液氦保持较低的温度。此外，降低第一超导线圈冷却腔11和第二超导线圈冷却腔21内的温度，也可以更好的降低超导线圈50的温度。同样的，若制冷器被配置为对第一冷却通道31进行制冷，则第一冷却通道31中的温度可以直接传递至第二超导线圈冷却腔21和第一超导线圈冷却腔11，进而使得液氦保持较低的温度，更好的降低超导线圈50的温度。可以理解的是，液氦保持较低的温度中的温度为使超导线圈50处于超导状态的温度。例如液氦的温度可以是4.2K，K是热力学温度的单位，开尔文。

本申请的超导磁体冷却装置，只需在第二超导线圈冷却腔21内设置液氦，即可实现超导线圈50的冷却。具体地，第二超导线圈冷却腔21内的超导线圈50与液氦直接接触，可以达到冷却的目的。第二导冷件40两端分别与液氦和第一导冷件12热接触，从而通过第二导冷件40和第一导冷件12实现对第一超导线圈冷却腔11内的超导线圈50进行冷却。因此，通过上述超导磁体冷却装置，通过少量的液氦即可达到冷却的目的，从而减少液氦的用量，降低了冷却成本。例如，采用传统的完全液氦浸泡式的冷却方式，8寸的拉晶磁体需要约750L的液氦，而采用本申请实施例的超导磁体冷却装置，在试验中，仅需要70L液氦即可达到相同的冷却效果。

参见图2，第二超导线圈冷却腔21内设有第三导冷件22。第三导冷件22被配置为与超导线圈50热接触。可以理解的是，通过第三导冷件22，液氦的冷量能更快、更均匀地传导至位于第二超导线圈冷却腔21内的超导线圈50，即即使液氦未完全将第二超导线圈冷却腔21中的超导线圈50浸泡，也能更加均匀的对超导线圈50进行冷却，从而可以在保证冷却效果的前提下，可以进一步减少液氦的用量。此外，第三导冷件22和第二导冷件40热接触，从而使液氦的冷量更快地传导至第二导冷件40，从而更好的对第一超导线圈冷却腔11内的超导线圈50进行冷却。

参见图2，第一导冷件12和第二导冷件40、第三导冷件22和第二导冷件40、第一导冷件12和超导线圈50、第三导冷件22和超导线圈50，均通过直接抵靠并固定的方式热接触，具有更高的热传导效率。

本实施例中，制冷器具有制冷头（未图示），制冷头插设在第一超导线圈冷却腔11内。制冷头和第一冷却通道31在第一超导线圈冷却腔11的周向错开布置。需要说明的是，制冷头被配置为向第一超导线圈冷却腔11内提供冷量，制冷头的温度低于液氦的液化温度。在超导磁体冷却装置的工作过程中，液氦受热后可气化形成氦气，氦气接触到温度较低的制冷头后被液化，形成液氦。制冷头和第一冷却通道31在第一超导线圈冷却腔11的周向错开布置，从而可以避免液化后的液氦直接通过第一冷却通道31滴落至第二超导线圈冷却腔21，以更好的冷却第一超导线圈冷却腔11内的超导线圈50，进一步提高冷却效果。

本实施例提供的超导磁体的冷却装置，使得第一超导线圈冷却腔11内的超导线圈50受到两个独立的冷却过程：液氦的冷量经由第一冷却通道31传导至第一超导线圈冷却腔11，形成对第一超导线圈冷却腔11内的超导线圈50进行冷却的第一过程；以及，气化后的氦气接触到制冷头后液化为液氦，液氦滴落至第一超导线圈冷却腔11内的超导线圈50，对超导线圈50进行冷却的第二过程。本申请的超导磁体的冷却装置，可以实现第一超导线圈冷却腔11内的超导线圈50同时接受到下部液氦传导和上部液氦滴落的双冷却过程。从而使得即使在少液氦的条件下，即第一超导线圈冷却腔11内的超导线圈50未直接接触液氦的条件下，第一超导线圈冷却腔11内的超导线圈50依然能够被冷却至低于或等于液氦临近温度的温度，即不会受到不直接接触液氦的影响，进而有效避免少液氦条件下冷却效率的降低及由于冷却效率降低带来的失超风险。故而，本申请实施例提供的超导磁体的冷却装置在液氦使用量减少，即超导线圈的组合中至少部分不接触液氦的条件下，依然能够实现与超导线圈全部接触或浸没于液氦中，即正常液氦使用量相似的冷却效果。可以理解地，失超风险是指超导线圈50脱离超导状态，超导线圈的电阻大幅上升，导致超导磁体的磁场大幅降低，进而导致超导磁体设备无法正常工作的风险。

图2-图4给出了第一冷却体10的一种实施方式，第一冷却体10包括第一壳体13和第二壳体14。第一壳体13呈环形，且外侧面具有第一环形槽。第一环形槽沿第一壳体13延伸的方向延伸。第二壳体14环绕第一壳体13设置，并覆盖第一环形槽的开口，以与第一壳体13围成第一超导线圈冷却腔11，且第二壳体14构成第一超导线圈冷却腔11的外侧壁。

需要说明的是，第一壳体13在本技术领域中也可以称为超导线圈50的骨架，将能在较高温度下实现超导现象的材料制成的导线绕制在环形的第一壳体13上形成超导线圈50。一般地，超导线圈50通过绕制固定在第一壳体13上，并且两者的相互固定先于第一超导线圈冷却腔11的形成。第一环形槽用于容纳超导线圈50，第一环形槽的尺寸和导线的线径和匝数有关，在此不作详述。本实施例中，第一环形槽的横截面呈U型，第二壳体14构成第一超导线圈冷却腔11的外侧壁，第一壳体13构成第一超导线圈冷却腔11的外侧壁之外的其它侧壁。可选地，第一壳体13通过导热性能较好的材料制成，在本实施例的超导磁体冷却装置刚开始工作时，接收制冷器输出的冷量，能快速将自身冷却。并且由于第一壳体与对应的超导线圈直接接触，从而将冷量从第一壳体传导至超导线圈。即通过第一壳体13和第一导冷件12，同时为第一超导线圈冷却腔11内的超导线圈50进行冷却处理，提高冷却效率。

参见图2，第一壳体13在垂直于其延伸方向的截面大致呈U型，将超导线圈50包围其中，U型的缺口通过第二壳体14覆盖。具体地，第一超导线圈冷却腔11在垂直于其延伸方向的截面形状呈矩形，其中，该截面的外侧边由第二壳体14形成，其它三个侧边由第一壳体13形成。矩形截面，结构简单，使得第一冷却体10易加工，成本低。

图2、图3和图6给出了第二冷却体20的一种实施方式，第二冷却体20包括第三壳体23和第四壳体24。

第三壳体23呈环形，且外侧面具有第二环形槽。第二环形槽沿第三壳体23延伸的方向延伸。

第四壳体24环绕第三壳体23设置，并覆盖第二环形槽的开口，以与第三壳体23围成第二超导线圈冷却腔21。第四壳体24构成第二超导线圈冷却腔21的外侧壁。本实施例中，第三壳体23和第四壳体24的设置参考第一壳体13和第二壳体14，在此不再赘述。

第一壳体13和第二壳体14可以通过焊接的方式固定在一起，密封效果更好。同理，第三壳体23和第四壳体24也可以通过焊接的方式固定；第一连接件30也可以通过焊接的方式分别与第一冷却体和第二冷却体固定连接，使得第一冷却通道31的两端分别与第一超导线圈冷却腔11和第二超导线圈冷却腔21密封对接。

本实施例中，第二超导线圈冷却腔21呈环形。沿第二超导线圈冷却腔21的径向，第二超导线圈冷却腔21的外壁与超导线圈50的间距为0.5cm～2cm，例如0.5cm、0.7cm、0.9cm、1.1cm、1.3cm、1.5cm、1.7cm、1.9cm、2cm等。通过控制超导线圈冷却腔与超导线圈50之间的间距的方式，减少超导线圈冷却腔的容积，可以减少液氦在超导线圈冷却腔中的用量，即只需少量液氦即可达到较高的液氦液面高度，即可达到很好的冷却效果。此外，通过控制超导线圈冷却腔与超导线圈50之间的间距的方式，也能避免第三壳体与第四壳体组装时，损伤位于第二超导线圈冷却腔21中的超导线圈50。

同样的，第一超导线圈冷却腔11通过控制超导线圈冷却腔与超导线圈50之间的间距的方式，可以防止第一壳体和第二壳体组装时，损伤位于第一超导线圈冷却腔11中的超导线圈50。

可选地，第二冷却体20还包括填充物，填充物固定设于第二超导线圈冷却腔21内，且位于超导线圈50外侧。通过设置填充物的设置，可以在控制第二超导线圈冷却腔21的外壁与超导线圈50之间的间距的基础上，进一步减少第二超导线圈冷却腔的容积，以减少液氦在第二超导线圈冷却腔中的用量。因为通过减少第二超导线圈冷却腔与超导线圈50之间的间距的方式进一步减少第二超导线圈冷却腔的容积，会增加制造的精度要求和装配的难度。而本申请中并未减小第二超导线圈冷却腔的外壁与超导线圈50之间的间距，故不会增加冷却体的制造难度。可选地，所述填充物的材料可以是聚苯乙烯（Polystyrene，PS）。

进一步地，可选地，填充物固定在超导线圈50的外侧面，且至少有部分外侧面未固定填充物，即超导线圈50的外侧面的部分是被暴露的、可以直接与冷却液体，例如与液氦直接接触。如果超导线圈50的外侧面设置有第三导冷件22，则第三导冷件22的外侧面的部分是被暴露的。这样，在设置填充物的情况下，对热传导效率的影响比较小。当然，填充物的位置设置不限于此，还可以位于第二超导线圈冷却腔21的外壁的内侧壁上，参见图2中第二超导线圈冷却腔21外壁的位置，即图2所示实施方式中的第四壳体24的内壁上。可以理解的是，其它需要容纳液氦的超导线圈冷却腔，也可以参考第二超导线圈冷却腔21的设置进行设置，其它超导线圈冷却腔的设置将在后续描述该超导线圈冷却腔的形成方式中具体描述。

本实施例中，如图5所示，第一连接件30及第一冷却通道31的数量是4个，均沿第一冷却体10的周向均匀设置。这样，可以使得对第一超导线圈冷却腔11中的超导线圈50的冷却更均匀。可以理解的是，第一连接件30及第一冷却通道31的数量不限于4个，还可以是大于等于2个的任意个数，如2个、3个、5个、6个或8个等。当然，在超导线圈体积比较小的情况下，第一连接件30及第一冷却通道31的数量也可以是1个。

可选地，制冷器的数量是2个，沿第一冷却体10的周向均匀设置。可以使得超导线圈冷却腔中的超导线圈50冷却更均匀。可以理解的是，制冷器的数量也可以是不限于2个，还可以是大于等于2个的任意个数，如3个、4个、5个或6个等。在超导线圈体积比较小的情况下，制冷器的数量也可以是1个。

可选地，第一壳体13由导热系数大于10W/mk的材料制成。第三壳体23由导热系数大于10W/mk的材料制成。第一导冷件12由导热系数大于200W/mk的材料制成。第二导冷件40由导热系数大于200W/mk的材料制成。第三导冷件22由导热系数大于200W/mk的材料制成。

可以理解的是，W/mk为导热系数的单位，也可以称为瓦/米•度，其中度为热力学温度的单位K，开尔文。通过设置由导热系数大于10W/mk 或200W/mk的材料制作上述部件或结构，使其具有较好的导热效果。可选地，第一壳体13和第三壳体23均由纯铝或铝合金制成，这样既能取得比较好的热传导效率，成本也低。在超导线圈体积比较小的情况下，第一壳体13和第三壳体23也可以由不锈钢制成。可选地，第一导冷件12、第二导冷件40、第三导冷件22均由纯铜制成，纯铜的导热系数比铝更高，能获得更高的热传导效率。具体地，第二导冷件40可以是纯铜的板材，第一导冷件12和第三导冷件22既可以是纯铜的板材，也可以是纯铜的软编织带材。可以理解的是，软编织带材可以更好的贴合超导线圈。

具体地，第一冷却通道31的横截面形状可以是矩形，以对应第二导冷件40是板材的情况。相应地，第一连接件30的内腔的横截面的形状可以是矩形，这样制造和装配更方便。

参见图2，第一导冷件12呈环形，且第一导冷件12被配置为与超导线圈50环形热接触。一般地，超导线圈50都是环形的，因此第一导冷件12设置为环形，可以更好的适配超导线圈50。也就是第一导冷件12与超导线圈50形成环形热接触，即第一导冷件12与超导线圈50在环形的一圈上都接触。具体地，第一导冷件12围住超导线圈50，并在超导线圈50的外圆面上相互抵接。更具体地，第一导冷件12为抱箍。在组装时，第一导冷件12从超导线圈50的外圆上箍住超导线圈50，使得两者的接触更紧密，且不容易松脱，以使得冷却过程更稳定。

第一导冷件12和第二导冷件40可以通过焊接或紧固件连接固定在一起，连接更牢固，冷却过程更稳定。同理，第三导冷件22也可以通过焊接或紧固件连接的方式与第二导冷件40固定在一起。

可选地，在另外的实施方式中，超导磁体冷却装置还包括第三冷却体、第二连接件和第五导冷件。

第三冷却体具有第三超导线圈冷却腔。第三超导线圈冷却腔内设有第四导冷件。第四导冷件被配置为与超导线圈热接触。

第二连接件具有第二冷却通道，第二冷却通道的两端分别与第二超导线圈冷却腔和第三超导线圈冷却腔密封对接。

第五导冷件设于第二冷却通道内，且第五导冷件一端与第四导冷件热接触，另一端伸入第二超导线圈冷却腔。

可以理解的是，第三冷却体及第三冷却体内的超导线圈的设置，在超导线圈内的电流不变的情况下，可以使超导磁体的磁场的强度更强、分布更均匀。可选地，第三冷却体布置在第一冷却体和第二冷却体的侧面，数量可以是2个且对称设置。可以理解的是，超导磁体冷却装置也可以根据情况设置更多的冷却体。其它的冷却体的结构设置可以参考第一冷却体和第二冷却体，第二连接件的结构设置可以参考第一连接件，在此不再赘述。并且，在设置更多超导线圈50及超导线圈冷却腔的情况下，也可以仅在其中一个或其中少数几个超导线圈冷却腔设置液氦等冷却液体，同样可以取得降低成本的技术效果。

本申请实施例还提供了一种超导磁体设备，超导磁体设备包括本申请提供的超导磁体冷却装置。具体地，超导磁体设备可以是磁控拉单晶超导磁体设备。

本申请的超导磁体设备，包括有超导磁体冷却装置。该冷却装置通过少量的液氦即可达到冷却超导线圈的目的，从而减少液氦的用量，降低了设备的使用成本。

应当理解，以上实施例均为示例性的，不用于包含权利要求所包含的所有可能的实施方式。在不脱离本公开的范围的情况下，还可以在以上实施例的基础上做出各种变形和改变。同样的，也可以对以上实施例的各个技术特征进行任意组合，以形成可能没有被明确描述的本发明的另外的实施例。因此，上述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，不对本发明专利的保护范围进行限制。

Claims (6)

1.一种超导磁体冷却装置，其特征在于，包括：

第一冷却体，具有第一超导线圈冷却腔；所述第一超导线圈冷却腔内设有第一导冷件；所述第一导冷件被配置为与超导线圈热接触；

第二冷却体，位于所述第一冷却体的底侧；所述第二冷却体具有第二超导线圈冷却腔；

第一连接件，具有第一冷却通道，所述第一冷却通道的两端分别与所述第一超导线圈冷却腔和所述第二超导线圈冷却腔密封对接；

第二导冷件，设于所述第一冷却通道内，且所述第二导冷件一端与所述第一导冷件热接触，另一端伸入所述第二超导线圈冷却腔；所述第二导冷件使得所述第二超导线圈冷却腔的冷量传导至所述第一导冷件，进而冷却第一超导线圈冷却腔内的超导线圈；使用过程中，仅在所述第二超导线圈冷却腔内加入液氦；以及

制冷器，被配置为对所述第一超导线圈冷却腔或所述第一冷却通道进行制冷；

所述第一导冷件呈环形，且所述第一导冷件被配置为与超导线圈环形热接触；

所述制冷器具有制冷头，所述制冷头插设在所述第一超导线圈冷却腔内，以使得气化后的氦气接触到所述制冷头后液化为液氦；所述制冷头和所述第一冷却通道在所述第一超导线圈冷却腔的周向错开布置，以使得液化形成的液氦滴落至所述第一超导线圈冷却腔内的超导线圈，对超导线圈进行冷却；

所述第二超导线圈冷却腔呈环形；沿所述第二超导线圈冷却腔的径向，所述第二超导线圈冷却腔的外壁与超导线圈的间距为0.5cm～2cm；

且/或，所述第一超导线圈冷却腔呈环形；沿所述第一超导线圈冷却腔的径向，所述第一超导线圈冷却腔的外壁与超导线圈的间距为0.5cm～2cm；

所述第二冷却体还包括：

填充物，固定设于所述第二超导线圈冷却腔内，且位于超导线圈外侧，至少有部分外侧面未固定所述填充物。

2.根据权利要求1所述的超导磁体冷却装置，其特征在于，所述第二超导线圈冷却腔内设有第三导冷件；所述第三导冷件被配置为与超导线圈热接触。

3.根据权利要求2所述的超导磁体冷却装置，其特征在于，所述第一冷却体包括：

第一壳体，呈环形，且外侧面具有第一环形槽；所述第一环形槽沿所述第一壳体延伸的方向延伸；

第二壳体，环绕所述第一壳体设置，并覆盖所述第一环形槽的开口，以与所述第一壳体围成所述第一超导线圈冷却腔；且所述第二壳体构成所述第一超导线圈冷却腔的外侧壁；

且/或，所述第二冷却体包括：

第三壳体，呈环形，且外侧面具有第二环形槽；所述第二环形槽沿所述第三壳体延伸的方向延伸；

第四壳体，环绕所述第三壳体设置，并覆盖所述第二环形槽的开口，以与所述第三壳体围成所述第二超导线圈冷却腔；且所述第四壳体构成所述第二超导线圈冷却腔的外侧壁。

4.根据权利要求3所述的超导磁体冷却装置，其特征在于，所述第一壳体由导热系数大于10W/mk的材料制成；

且/或，所述第三壳体由导热系数大于10W/mk的材料制成；

且/或，所述第一导冷件由导热系数大于200W/mk的材料制成；

且/或，所述第二导冷件由导热系数大于200W/mk的材料制成；

且/或，所述第三导冷件由导热系数大于200W/mk的材料制成。

5.根据权利要求1-4任一项所述的超导磁体冷却装置，其特征在于，还包括：

第三冷却体，所述第三冷却体具有第三超导线圈冷却腔；所述第三超导线圈冷却腔内设有第四导冷件；所述第四导冷件被配置为与超导线圈热接触；

第二连接件，具有第二冷却通道，所述第二冷却通道的两端分别与所述第二超导线圈冷却腔和所述第三超导线圈冷却腔密封对接；以及

第五导冷件，设于所述第二冷却通道内，且所述第五导冷件一端与所述第四导冷件热接触，另一端伸入所述第二超导线圈冷却腔。

6.一种超导磁体设备，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的超导磁体冷却装置。

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