CN1991287A - 传导冷却超导磁体用热开关 - Google Patents

Abstract

一种传导冷却超导磁体用热开关，其特征在于其为一圆筒罐形密闭容器，包括上圆端板[8]、下圆端板[10]和薄壁圆筒[9]；薄壁圆筒[9]为罐形密闭容器的壁面；上圆端板[8]和下圆端板[10]内表面上有按一定间距排列的平行的紫铜翅片，上、下两圆端板的翅片相互交叉插进，在相邻的翅片之间存有间隙；上圆端板[8]和下圆端板[10]为高热导材料制作，薄壁圆筒[9]用低导热材料制成；上圆端板[8]、下圆端板[10]和薄壁圆筒[9]之间采用正反罗纹连接，热开关[4]的轴向长度由薄壁圆筒[9]旋进的深度来控制。本发明热开关无需抽真空，导通能力强，开关比大，无需外界控制，可以有效地缩短现有传导冷却磁体系统的冷却时间。

Description

传导冷却超导磁体用热开关

技术领域

本发明涉及低温工程用热开关，特别涉及传导冷却超导磁体用热开关。

背景技术

超导磁体必须运行在低温环境下，传导冷却的磁体与制冷机的二级冷头相连。由于制冷机二级冷头的效率很低，当磁体质量较大时，磁体冷却的时间很长。而制冷机一级冷头的效率相对较高。为了充分利用一级冷头的冷量，可用热开关将一级冷头与磁体相连，缩短磁体的冷却时间。作为一级冷头和磁体之间的热连接和热隔断的热开关应该具有高的传热效率和高的可靠性。机械式热开关已经证明是不可靠的，并且需要较大的力来驱动，磁电—阻热开关除了运行在极低温度下外，其效率很低。热管式热开关通常反应时间很长。美国专利4366680公开了一种气隙式热开关，可以提供可靠的热连接和热隔断。但该气隙式热开关运行需要控制吸附泵的温度，吸附泵的温度由加热和冷却线圈控制，需要一套加热和冷却线圈运行控制系统和电源，系统比较复杂。并且现有的热开关的热容和开关比都很小，热开关的的热容比小会造成传热功率降低，而开关比小会造成当热开关处于关断状态时，其漏热增大。

发明内容

本发明目的是克服现有技术的不可靠、效率低、系统复杂以及热容和开关比都很小的缺点，提供一种新型传导冷却超导磁体用热开关。

本发明是一个连接在冷屏上盖与磁体上法兰之间的圆筒罐形密闭容器，由上下两圆端板及伸出的翅片和薄壁圆筒型外壳组成，上下两圆端板为高热导材料制作，圆端板内表面上有按一定间距排列的平行的紫铜翅片，两圆端板之间的翅片是相互穿插交叉的，在相邻的翅片之间存在有间隙。薄壁圆筒外壳是用低导热材料制成的。两圆端板和外壳采用正反螺纹连接。圆筒罐形密闭容器内充满一个大气压的氮气。装配时，螺纹上涂有DW-3低温环氧树脂，旋进后置于烘箱中烘烤固化，以保证开关在低温下气体不泄露。

本发明运用热开关内气体随温度的降低而发生相变的原理，热开关冷却之初，此时热开关处于导通状态时，开关内的气体处于连续流状态，气体是良好的传热媒介，一级冷头的冷量经上翅片通过气体的导热传递给下翅片，再由下翅片传递给磁体。随着冷却过程的进行，一级冷头温度的降低，热开关内气体的温度随之降低，当热开关内的气体达到冷凝温度时，就会冷凝成液体，此时热开关处于关断状态。

本发明热开关无需抽真空，导通能力强，开关比大，无需外界控制。可以有效的缩短现有传导冷却磁体系统的冷却时间。

附图说明

图1为传导冷却超导磁体示意图，图中：1超导磁体、2冷屏、3真空容器、4热开关、5一级冷头、6二级冷头、7导冷线；

图2为本发明结构示意图，图中：8上圆端板、9薄壁圆筒、10下圆端板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

图1所示是传导冷却超导磁体结构图。如图1所示，制冷机的一级冷头5与冷屏2相连，本发明热开关4安装于冷屏2与超导磁体1上的法兰之间。制冷机的二级冷头6通过导冷带7与磁体1相连。磁体1、冷屏2、热开关4、一级冷头5、二级冷头6、导冷带7均放置在低温容器3内。

如图2所示，本发明热开关4为一圆筒罐形密闭容器，包括上圆端板8、下圆端板10和薄壁圆筒9。薄壁圆筒9为罐形密闭容器的壁面，用环氧玻璃钢制作。上圆端板8和下圆端板10为高热导材料制作，圆端板内表面上有垂直于圆端板面按一定间距平行排列的紫铜翅片，两圆端板的翅片可相互交叉插进，但一圆端板上的翅片距另一圆端板保持一定距离，其中上翅片不可触及气体冷凝成液体的表面，相邻翅片间隙为1mm。上圆端板8、下圆端板10和薄壁环氧玻璃钢圆筒9采用正反罗纹连接，热开关4的轴向长度由薄壁环氧玻璃钢圆筒9旋进的深度来控制。装配时，螺纹上涂有DW-3低温环氧树脂，旋进后置于烘箱中烘烤固化，保证罐体密封。圆筒罐形密闭容器内充满一个大气压的氮气。

本发明运行的低温环境由制冷机提供，制冷机的一级冷头5与热开关4的上端相连，下端与超导磁体1的法兰相连。冷却过程开始后，热开关4开始工作，开关内的气体处于连续流状态，气体是良好的传热媒介，一级冷头的冷量经上翅片通过气体的导热传递给下翅片，再由下翅片传递给磁体，即热开关4处于导通状态。随着冷却过程的进行，热开关4气体温度进一步降低，当达到气体冷凝温度(77K)时，气体凝结为液体。上下翅片之间没有了传热介质，处于真空状态，传热量大大减少，此时，热开关4处于关断状态。

Claims (1)

1、一种传导冷却超导磁体用热开关，其特征在于其为一圆筒罐形密闭容器，包括上圆端板[8]、下圆端板[10]和薄壁圆筒[9]；薄壁圆筒[9]为罐形密闭容器的壁面；上圆端板[8]和下圆端板[10]内表面上有垂直于上下圆端板面按一定间距平行排列的紫铜翅片，上、下两圆端板的翅片相互交叉插进，一圆端板上的翅片距另一圆端板保持一定距离，其中上翅片不可触及气体冷凝成液体的表面，在相邻的翅片之间存有间隙；上圆端板[8]和下圆端板[10]为高热导材料制作，薄壁圆筒[9]用低导热材料制成；圆筒罐形密闭容器内充满一个大气压的氮气；上圆端板[8]、下圆端板[10]和薄壁圆筒[9]之间采用正反罗纹连接，热开关[4]的轴向长度由薄壁圆筒[9]旋进的深度来控制；装配时，螺纹上涂有DW-3低温环氧树脂，旋进后置于烘箱中烘烤固。

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