CN115798861B - 用于超导磁体的降温结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超导磁体的降温结构，包括：真空容器、冷屏、超导磁体、换热管、换热器、制冷机，所述真空容器具有真空腔，用于维持超导磁体的真空环境，降低系统辐射漏热；所述冷屏设于所述真空容器内，且所述冷屏上包裹有至少一层绝热层，所述冷屏内形成容纳超导磁体的容置腔；所述超导磁体设于所述容置腔内；所述换热管与所述超导磁体相连，并与所述超导磁体换热配合；所述换热器设于所述容置腔内，并与所述换热管连接成循环回路；所述制冷机与所述换热器相连，以为所述换热器提供冷量。通过应用上述技术方案，可以提高换热效率，避免能量损失且利于提高温度控制的稳定性。

Description

用于超导磁体的降温结构

技术领域

本发明涉及超导磁体技术领域，特别涉及一种用于超导磁体的降温结构。

背景技术

低温系统是超导磁体最为重要的辅助系统，其主要功能是实现磁体冷却并维持磁体运行所需的低温环境，因此低温系统的性能和效率直接影响着磁体的应用和运行安全。相关技术中，商用超导磁体主要采用液氦浸泡冷却方式，通过制冷机和加热器的协调工作，使磁体处于“气液交融”的压力平衡状态，该方式因液氦的大量使用导致应用成本较高且在磁体故障态下，会造成液氦的大量损耗，严重制约了超导磁体的应用。

随着制冷机技术的发展，制冷机直接传导冷却作为新的冷却方式，有望成为更经济有效的超导磁体制冷手段，制冷机传导冷却主要通过采用高热导率材料将制冷机冷头和超导磁体进行机械连接，实现冷量的传递，但因材料自身热阻和装配接触热阻的存在，导致传热效率降低且易产生温差，这给超导磁体降温和低温维持都将带来一定的影响。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于超导磁体的降温结构，可以实现冷量的远距离传输，可以提高降温效果和效率。

根据本发明实施例的用于超导磁体的降温结构，包括：真空容器、冷屏、超导磁体、换热管、换热器、制冷机，所述真空容器具有真空腔，用于维持超导磁体的真空环境，降低系统辐射漏热；所述冷屏设于所述真空容器内，且所述冷屏上包裹有至少一层绝热层，所述冷屏内形成容纳超导磁体的容置腔；所述超导磁体设于所述容置腔内；所述换热管与所述超导磁体相连，并与所述超导磁体换热配合；所述换热器设于所述容置腔内，并与所述换热管连接成循环回路；所述制冷机与所述换热器相连，以为所述换热器提供冷量。

根据本发明实施例的用于超导磁体的降温结构，通过在冷屏的容置腔内设置适于为超导磁体换热的循环回路，可以实现冷量的远距离传输，可以提高降温效果和效率。

另外，根据本发明上述实施例的用于超导磁体的降温结构还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些示例中，所述换热管的两端分别连接有进液管和回气管，所述进液管分别与所述换热器和所述换热管相连；所述回气管分别与所述换热器和所述换热管相连，以在所述换热器和所述换热管之间形成用于通过冷媒相变制冷的闭环回路。

在本发明的一些示例中，所述进液管的一端连接至所述换热器的底部且另一端连接所述换热管，所述回气管的一端连接至所述换热器的上部且另一端连接所述换热管。

在本发明的一些示例中，所述进液管的一端连接至所述换热器的底壁上且另一端连接所述换热管，所述回气管的一端连接至所述换热器的侧壁上部且另一端连接所述换热管。

在本发明的一些示例中，所述进液管与所述换热管的连接位置，高于所述回气管与所述换热管的连接位置。

在本发明的一些示例中，所述换热管缠绕在所述超导磁体外围，并与所述超导磁体钎焊固定。

在本发明的一些示例中，所述换热器高于所述超导磁体，所述进液管和所述回气管均自上而下延伸。

在本发明的一些示例中，所述进液管上设有温度传感器，所述温度传感器高于所述超导磁体的上表面，并低于所述换热器的下表面。

在本发明的一些示例中，所述闭环回路的设计压力不小于10MPa。

在本发明的一些示例中，所述制冷机包括冷头，所述冷头设于所述换热器内；所述换热器内设有散热翅片，所述散热翅片与所述冷头换热配合，并包括自上而下布置的多层，所述换热管回流的气态冷媒经过所述散热翅片换热后相变液化，并通往所述换热管与所述超导磁体换热。

在本发明的一些示例中，所述制冷机还包括主体部，所述主体部设于所述真空容器的外侧，并与所述冷头相连。

在本发明的一些示例中，所述制冷机的冷头通过密封法兰安装于换热器上，并与所述换热器中的散热翅片机械连接。

在本发明的一些示例中，还包括：储气罐，所述储气罐通过阀门和注气管与所述换热器相连通，所述储气罐用于向所述换热器内注入冷媒、或收集所述换热器内多余的冷媒。

在本发明的一些示例中，所述储气罐具有加压功能，可通过加压方式将罐内气体注入到换热器中。

在本发明的一些示例中，所述储气罐连接有加压器件，所述加压器件用于通过加压的方式将罐内气体注入到换热器中。

在本发明的一些示例中，所述阀门可通过电磁控制器远程开/关。

在本发明的一些示例中，所述注气管连接至所述换热器的顶壁上。

在本发明的一些示例中，所述储气罐设于所述真空容器外侧。

在本发明的一些示例中，所述阀门设于所述真空容器外侧。

在本发明的一些示例中，所述阀门适于打开以向所述换热器中注入冷媒，当所述换热器内部液面到达设定位置时所述阀门关闭。

在本发明的一些示例中，所述阀门的控制器与所述超导磁体的运行状态之间建立有闭环反馈控制，并在所述超导磁体正常态运行时，所述阀门为关闭状态；在所述超导磁体故障态时，所述阀门为开启状态。

在本发明的一些示例中，还包括：支撑件，所述支撑件分别与所述超导磁体和所述真空容器相连，所述超导磁体通过所述支撑件的支撑悬浮于所述冷屏内。

附图说明

图1是本发明一些实施例中用于超导磁体的降温结构的结构示意图。

附图标记：

100、用于超导磁体的降温结构；1、主体部；2、冷头；3、散热翅片；4、进液管；5、换热管；6、回气管；7、超导磁体；8、冷屏；9、绝热层；10、真空容器；11、支撑件；12、注气管；13、阀门；14、储气罐；15、温度传感器；16、密封法兰；101、容置腔；20、换热器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

结合图1，根据本发明实施例的用于超导磁体的降温结构100，包括：真空容器10、冷屏8、超导磁体7、换热管5和换热器20，冷屏8设于真空容器10内，真空容器10具有真空腔，真空腔可以用于维持超导磁体7的真空环境，可以降低系统辐射漏热，且冷屏8上包裹有至少一层绝热层9，利于提高冷屏8的降温效果。具体地，冷屏8内形成容纳超导磁体7的容置腔101，超导磁体7设于容置腔101内，以使冷屏8可以降低超导磁体7辐射漏热，以利于维持超导磁体7运行所需的低温环境。更为具体地，容置腔101内还设有换热器20，换热管5与超导磁体7相连，并与超导磁体7换热配合，换热器20可以与换热管5连接成循环回路。也就是说，换热管5与超导磁体7换热连接，并与换热器20换热连接，以适于为超导磁体7换热，利于维持磁体运行所需的环境。此外，换热管5与超导磁体7换热后，换热器20可以及时对换热管5进行换热，以提高降温效果和效率，可以提高冷量提供的精准性，避免能量损失造成浪费；超导磁体7与换热器20之间可以不受距离或布置位置的限制，可以实现冷量的远距离传输。用于超导磁体的降温结构100还包括制冷机，制冷机与换热器20相连，可以为换热器20提供冷量。

根据本发明实施例的用于超导磁体的降温结构100，冷屏8设在真空容器10内，真空容器10可以提供真空环境，利于实现冷却的均温性，且利于保持环境清洁无杂质。进一步地，冷屏8外侧设有绝热层9，冷屏8内形成有容置腔101，绝热层9可以减少热量进入冷屏8还可以减少容置腔101内的冷量流失，利于提高容置腔101环境温度的稳定性。更进一步地，在容置腔101内，换热管5与超导磁体7换热配合，换热管5与换热器20连接成循环回路，可以持续与超导磁体7换热，利于维持超导磁体7运行所需的环境。另外，超导磁体7先通过换热管5进行换热，换热管5再与换热器20进行换热，可以提高温度控制的稳定性，避免温度发生突变或产生温差而影响超导磁体7运行。

可选地，用于超导磁体的降温结构100还可以包括外部输液管、热管和排气通道，外部输液管与热管连通，热管与冷屏8耦合，热管连通排气通道，以实现冷屏8的降温。具体地，低温液体可通过该外部输液管注入该热管，该低温液体汽化产生的气体可由该排气通道排出该热管，其中，低温液体可以为液氮、液氖或液氢。应用时，从外部输液管注入低温液体，低温液体流入与冷屏8热耦合的热管，并吸收冷屏8的热量，汽化为气体，使冷屏8温度迅速降低，低温液体汽化形成的气体由排气通道排出，待冷屏8温度降到设定温度时，低温液体在热管中达到设定液面，停止注入低温液体。其中，外部输液管和排气通道也可以与换热器20相连，以在该冷却路径中，该低温液体形成“气-液”循环，不断吸收冷屏8的热量，使冷屏8维持在设定的温度值。当然，也可以根据实际情况，单独设置用于为冷屏8换热的冷凝换热器。

结合图1，在本发明的一些实施例中，换热管5的两端分别连接有进液管4和回气管6，进液管4分别与换热器20和换热管5相连，以将换热介质从换热器20送入换热管5，可以为换热管5提供换热介质，以提高换热管5对超导磁体7的换热效果。回气管6分别与换热器20和换热管5相连，可以在换热器20和换热管5之间形成用于通过冷媒相变制冷的闭环回路。也就是说，换热管5内的换热介质与超导磁体7换热后，换热介质可以通过回气管6回到换热器20中，由此，通过设置进液管4和回气管6可以在换热管5与换热器20之间形成循环回路。举例而言，进液管4可以向换热管5送入液态冷媒，回气管6可以向换热器20内送入相变后的气态冷媒，由此，冷媒可以通过相变，即由液态变为气态放热而实现对超导磁体7的制冷，可以提高换热的稳定性，利于循环使用，且利于提高节能效果。应用时，液态冷媒从换热器20经过进液管4进入换热管5，超导磁体7与换热管5进行换热，当超导磁体7的热与冷媒发生热交换时，可以使液态冷媒汽化，汽化的冷媒可以从回气管6回到换热器20中。换言之，相变冷媒可以根据超导磁体7的温度进行换热，利于提高均温性，还可以减少能量浪费。此外，通过在换热管5和换热器20之间设置进液管4和回气管6，便于延长冷量的传输距离，提高超导磁体7与换热器20或制冷机布置的灵活性，利于降低降温结构制造的工艺难度，还可以降低冷量传导的温差，进而提高超导磁体7的冷却效果。

进一步地，在本发明的一些实施例中，进液管4的一端连接至换热器20的底部且另一端连接换热管5，回气管6的一端连接至换热器20的上部且另一端连接换热管5，利于形成循环回路，还可以减少能量损失。具体地，由于进液管4内流出的是液态冷媒，因此进液管4的一端连接至换热器20底部使得液态冷媒可以基于自身重力流入换热管5。回气管6内用于流通相变后的气态冷媒，因此回气管6的一端可以连接于换热器20的上部，使得气态冷媒可以回到换热器20的上部，而位于换热器20上部的气态冷媒可以通过相变再次转换为液态，继而流入换热器20底部的进液管4，从而形成循环回路，且通过利用液态冷媒和气态冷媒的性质布置进液管4和回气管6，可以减少能量损失，起到节能效果。

在本发明的一些实施例中，进液管4的一端连接至换热器20的底壁上且另一端连接换热管5，回气管6的一端连接至换热器20的侧壁上部且另一端连接换热管5。换言之，液态冷媒可以从换热器20底部进入进液管4，回气管6连接于换热器20侧壁，即气态冷媒可以从换热器20周壁进入换热器20内，通过在换热器20内部进行换热后从换热器20底壁进入进液管4，利于提高换热效果且利于空间布置。可选地，换热器20可以为冷凝器。

在本发明的一些实施例中，进液管4与换热管5的连接位置，高于回气管6与换热管5的连接位置，以使回气管6内的气态冷媒可以在换热器20内进行相变而形成液态冷媒，利于形成闭环的气-液循环回路，且利于减少能量损失。

在本发明的一些实施例中，换热管5缠绕在超导磁体7外围，可以提高换热管5与超导磁体7配合的紧密性，且利于增大配合面积，可以提高超导磁体7的均温性，且利于高效降温。其中，换热管5与超导磁体7可以通过钎焊固定，可以提高连接稳定性，且对材料影响较小，利于提高焊接精度。

结合图1，在本发明的一些实施例中，换热器20高于超导磁体7，进液管4和回气管6均自上而下延伸，以利于进液管4和回气管6内的冷媒流通，且利于实现远距离冷却。

在本发明的一些实施例中，进液管4上设有温度传感器15，以检测温度是否稳定或温度是否可以达到超导磁体7运行所需要的温度值，以便于对换热器20进行调整，以维持系统的稳定运行。具体地，温度传感器15高于超导磁体7的上表面，并低于换热器20的下表面，即温度传感器15可以位于超导磁体7与换热器20之间，可以提高温度检测的准确性。可选地，温度传感器15可以为适于检测低温的低温温度传感器。

在本发明的一些实施例中，闭环回路的设计压力不小于10Mpa，可以保证系统或循环回路运行的稳定性和安全性，特别是在超导磁体7在故障状态下系统的安全性。

结合图1，在本发明的一些实施例中，制冷机包括冷头2，冷头2设于换热器20内，换热器20内设有散热翅片3，散热翅片3与冷头2换热配合，并包括自上而下布置的多层，换热管5回流的气态冷媒经过散热翅片3换热后相变液化，并通往换热管5与超导磁体7换热。具体地，多层散热翅片3可以增加冷媒与散热翅片3的接触面积，利于提高换热效率和换热效果。气态冷媒与散热翅片3充分接触后使得气态冷媒相变液化形成液态冷媒通往换热管5，换热管5内的液态冷媒与超导磁体7换热后汽化从回气管6回到换热器20内，从而实现冷媒相变制冷的闭环回路。

结合图1，在本发明的一些实施例中，制冷机还包括主体部1，主体部1设于真空容器10的外侧，并与冷头2相连，以实现制冷剂冷量远距离传输，可以防止超导磁体7磁场对制冷剂的影响，利于提高适用性和实用性。

在本发明的一些实施例中，制冷机的冷头2通过密封法兰16安装于换热器20上，可以实现密封连接，冷头2与换热器20中的散热翅片3机械连接，可以提高连接的结构强度和稳定性。此外，冷头2与换热器20可以为可拆卸地连接，换热器20与散热翅片3也可以是可拆卸地连接的形式，以便于维护，利于降低使用成本。举例而言，冷头2可以与法兰16连接，法兰16连接于换热器20的外侧，冷头2伸入换热器20的内部，其中，冷头2可以与法兰16通过焊接连接或螺纹连接等方式进行连接，法兰16与换热器20也可以是螺纹连接的形式。进一步地，散热翅片3可以通过螺纹连接或挤压连接等方式连接于冷头2上，以利于装配，且利于冷头2与散热翅片3进行换热，本发明不限于此。

结合图1，在本发明的一些实施例中，还包括：储气罐14，储气罐14通过阀门13和注气管12与换热器20相连通，储气罐14用于向换热器20内注入冷媒、或收集换热器20内多余的冷媒，因此，可以通过储气罐14回收气体降低换热器20回路的压力，起到稳压的作用，利于提高系统的安全性。

在本发明的一些实施例中，储气罐14具有加压功能，可通过加压方式将罐内气体注入到换热器20中，以适于将闭环回路内的压力控制于适合的范围内，例如，可以保持闭环回路的设计压力不小于10MPa。

在本发明的一些实施例中，储气罐14连接有加压器件，加压器件用于通过加压的方式将罐内气体注入到换热器20中，以利于提高闭环回路的稳定性和安全性。

在本发明的一些实施例中，阀门13可通过电磁控制器远程开/关，利于提高系统运行的安全性和稳定性，且便于实现自动化控制。例如，电磁控制器可以控制阀门13在达到预定状态时开启或关闭，以实现自动化控制。

结合图1，在本发明的一些实施例中，注气管12连接至换热器20的顶壁上，以向换热器20内注气，且便于检测注气量，以便于根据注气量控制阀门13的开关。具体地，储气罐通过阀门13和注气管12与换热器20的密闭空间实现连接，可以用于向换热器20中注入或补充降温所需的介质气体。

根据本发明实施例的用于超导磁体的降温结构100，换热器20的顶部、侧上部和底部分别留有连接口，连接口分别用于连接进液管4、回气管6和注气管12。三个连接口分布在不同位置，且需要具有一定高度差，其中顶部连接口与注气管12连接；侧上部连接接口与回气管6连接；底部连接接口与进液管4连接。换热器20顶部的注气管12主要用于向换热器20内部注入或补充气体使用，侧上部连接口用于接收回气管6中的气体，接收的气体在换热器20内的散热翅片3中充分热交换被液化后，在重力作用下，液化后的冷媒从换热器20底部的接连口流入进液管4，形成闭环的闭环气-液循环回路。

结合图1，在本发明的一些实施例中，储气罐14设于真空容器10外侧，利于空间布置，便于维护或更换储气罐14，且利于简化结构，降低制造成本。

在本发明的一些实施例中，阀门13设于真空容器10外侧，以便于控制或维护阀门13。

在本发明的一些实施例中，阀门13适于打开以向换热器20中注入冷媒，当换热器20内部液面到达设定位置时阀门13关闭。具体地，换热器20顶部连接通过注气管12，阀门13与外部储气罐14进行连接，在降温过程中，阀门13打开向换热器20中持续注入气体，当内部液面到达设定位置时，阀门13关闭，内部通过自身“气-液体”循环实现超导磁体7的降温。

在本发明的一些实施例中，阀门13的控制器与超导磁体7的运行状态之间建立有闭环反馈控制，并在超导磁体7正常态运行时，阀门13为关闭状态；在超导磁体7故障态时，阀门13为开启状态，可以提高系统运行的稳定性，还可以实现自动化控制。

在本发明的一些实施例中，还包括：支撑件11，支撑件11分别与超导磁体7和真空容器10相连，超导磁体7通过支撑件11的支撑悬浮于冷屏8内，可以提高超导磁体7在冷屏8内的稳定性。具体地，支撑件11可以呈柱状，以利于简化结构，支撑件11支撑于冷屏8底部，支撑件11可以为多个，以提高支撑效果。

下面参照附图描述本发明一个具体实施例的用于超导磁体的降温结构100。

随着制冷机技术的发展，制冷机直接传导冷却作为新的冷却方式，有望成为更经济有效的超导磁体制冷手段，制冷机传导冷却主要通过采用高热导率材料将制冷机的冷头和超导磁体进行机械连接，实现冷量的传递，但因材料自身热阻和装配接触热阻的存在，导致传热效率降低且易产生温差，这给超导磁体降温和低温维持都将带来一定的影响，同时也间接制约了终端磁体的稳定性，特别是对于高超超导磁体，为了防止磁场对制冷机的影响，制冷机需布置在距离磁体较远位置，传导冷却将因为距离的增加造成工艺难度增大，同时传导冷却的温差也会进一步增加，不利于磁体冷却，因此传导冷却不利于远距离超导磁体冷却使用。

因此，结合超导磁体的运行实际情况，本申请提供一种可适用于超导磁体远距离高效率且降温均匀的用于超导磁体的降温结构100，本发明有机结合了磁体结构，换热管冷却，制冷机传导冷却的优点，使得该系统制造工艺简单，具有较好的热量传递效率，利于提高超导磁体7温度均匀性，同时该系统不受制于距离。

根据本发明实施例的用于超导磁体的降温结构100，包括：制冷机、换热器20、换热管5、进液管4、回气管6、超导磁体7、注气管12，阀门13和储气罐14。换热器20与进液管4、换热管5、回气管6，注气管12，阀门13和储气罐14形成一个密闭空间。换热器20内部设计有多层散热翅片3，散热翅片3与制冷机冷头2通过机械连接，通过设计多层散热翅片3，可有效提高换热效率。具体地，阀门13在储气罐14通过注气管12向换热器20中注入气体时打开，气体注入完成后，保持关闭状态；超导磁体7在正常态运行时，阀门13为关闭状态，当超导磁体7处于故障态运行时，阀门13为开启状态，目的是通过储气罐14回收气体降低换热器20回路的压力，从而保证整个低温系统的安全。

更为具体地，气体在换热器20中液化，根据重力原理，通过底部连接口流入进液管4中，进而抵达换热管5中，换热管5、进液管4与超导磁体7之间通过热传导实现冷量交换，汽化的介质通过回气管6从换热器20的侧上部再次进入换热器20，通过“液体-气-液”的循环，实现超导磁体7的降温和温度维持。

进一步地，超导磁体7通过支撑件11固定支撑在真空容器10中，换热管5均匀缠绕分布在超导磁体7的骨架上，采用钎焊实现与磁体骨架的连接，换热管5分别通过进液管4和回气管6与换热器20相连接，实现了换热管5冷量与磁体之间的高效均匀传输。制冷机的冷头2布置在密封的换热器20中，换热器20与进液管4、换热管5、回气管6形成闭环气-液循环回路，实现制冷机冷量远距离传输。其中，进液管4外侧布置有温度传感器15。

更进一步地，储气罐14通过阀门13和注气管12实现与换热器20的连接，完成气体向换热器20内部的注入。超导磁体7和低温组件全部安装在冷屏8内部的容置腔101内，冷屏8外部包裹有绝热层9。

根据本发明实施例的用于超导磁体的降温结构100，结构简单且空间占位小，传输损耗小，对路径无特殊要求，适用于各种类型超导磁体7均匀冷却，可适用性高。

本发明实施例的用于超导磁体的降温结构100的工作过程如下：首先将真空容器10抽真空，真空度需优于10^-2Pa，然后打开制冷机，并通过储气罐14向内部换热器20中注入气体，压力不高于6MPa，后关闭阀门13，等到管内压力低于1MPa后再次向换热器20中注入气体，如此循环，直至温度传感器15温度保持稳定且达到超导磁体7运行所需温度值，此时停止注入气体并关闭阀门13。制冷机的冷头2、换热器20、换热管5、进液管4和回气管6会形成“气-液-气”循环，利于维持超导磁体7的温度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”“内”、“外”、“周向”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗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，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地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，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一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水平高度高于第二特征。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水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种用于超导磁体的降温结构，其特征在于，包括：

真空容器，所述真空容器具有真空腔，用于维持超导磁体的真空环境，降低系统辐射漏热；

冷屏，所述冷屏设于所述真空容器内，且所述冷屏上包裹有至少一层绝热层，所述冷屏内形成容纳超导磁体的容置腔；

换热管，所述换热管与所述超导磁体相连，并与所述超导磁体换热配合；

换热器，所述换热器设于所述容置腔内，并与所述换热管连接成循环回路；

制冷机，所述制冷机与所述换热器相连，以为所述换热器提供冷量；

储气罐，所述储气罐通过阀门和注气管与所述换热器相连通，所述储气罐用于向所述换热器内注入冷媒、或收集所述换热器内多余的冷媒；

其中，所述阀门适于打开以向所述换热器中注入冷媒，当所述换热器内部液面到达设定位置时所述阀门关闭；

所述阀门的控制器与所述超导磁体的运行状态之间建立有闭环反馈控制，并在所述超导磁体正常态运行时，所述阀门为关闭状态；在所述超导磁体故障态时，所述阀门为开启状态。

2.根据权利要求1所述的用于超导磁体的降温结构，其特征在于，所述换热管的两端分别连接有进液管和回气管，所述进液管分别与所述换热器和所述换热管相连；所述回气管分别与所述换热器和所述换热管相连，以在所述换热器和所述换热管之间形成用于通过冷媒相变制冷的闭环回路。

3.根据权利要求2所述的用于超导磁体的降温结构，其特征在于，所述进液管的一端连接至所述换热器的底部且另一端连接所述换热管，所述回气管的一端连接至所述换热器的上部且另一端连接所述换热管；

或，所述进液管的一端连接至所述换热器的底壁上且另一端连接所述换热管，所述回气管的一端连接至所述换热器的侧壁上部且另一端连接所述换热管；

或，所述进液管与所述换热管的连接位置，高于所述回气管与所述换热管的连接位置。

4.根据权利要求2所述的用于超导磁体的降温结构，其特征在于，所述换热管缠绕在所述超导磁体外围，并与所述超导磁体钎焊固定；

和/或，所述换热器高于所述超导磁体，所述进液管和所述回气管均自上而下延伸；

和/或，所述进液管上设有温度传感器，所述温度传感器高于所述超导磁体的上表面，并低于所述换热器的下表面；

和/或，所述闭环回路的设计压力不小于10MPa。

5.根据权利要求1所述的用于超导磁体的降温结构，其特征在于，所述制冷机包括冷头，所述冷头设于所述换热器内；

所述换热器内设有散热翅片，所述散热翅片与所述冷头换热配合，并包括自上而下布置的多层，所述换热管回流的气态冷媒经过所述散热翅片换热后相变液化，并通往所述换热管与所述超导磁体换热。

6.根据权利要求5所述的用于超导磁体的降温结构，其特征在于，所述制冷机还包括主体部，所述主体部设于所述真空容器的外侧，并与所述冷头相连；

和/或，所述制冷机的冷头通过密封法兰安装于所述换热器上，并与所述换热器中的散热翅片机械连接。

7.根据权利要求1所述的用于超导磁体的降温结构，其特征在于，所述储气罐具有加压功能，可通过加压方式将罐内气体注入到所述换热器中；

和/或，所述储气罐连接有加压器件，所述加压器件用于通过加压的方式将罐内气体注入到所述换热器中；

和/或，所述阀门可通过电磁控制器远程开/关；

和/或，所述注气管连接至所述换热器的顶壁上；

和/或，所述储气罐设于所述真空容器外侧；

和/或，所述阀门设于所述真空容器外侧。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于超导磁体的降温结构，其特征在于，还包括：

支撑件，所述支撑件分别与所述超导磁体和所述真空容器相连，所述超导磁体通过所述支撑件的支撑悬浮于所述冷屏内。

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