CN201846521U - 一种ecr离子源的蒸发冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种ECR离子源的蒸发冷却装置，其注入线包(110)和引出线包(120)分别密封在两个环形腔体中，构成注入线包冷却空间(1)和引出线包冷却空间(2)。此两个冷却空间的下部与集液总管(11)连通，此两个冷却空间的上部与集汽总管(12)连通。此两个冷却空间中注入蒸发冷却介质。等离子体弧腔(330)的内外壁之间的通液夹层中灌入冷却介质，构成弧腔夹层冷却空间(3)。弧腔夹层冷却空间(3)与集液总管(11)和集汽总管(12)连通。注入线包冷却空间(1)、引出线包冷却空间(2)和弧腔夹层冷却空间(3)在冷却回路上相互并联，共同使用一个冷凝器(15)。集液总管(11)和集汽总管(12)与冷凝器(15)相连通。

Description

一种ECR离子源的蒸发冷却装置

技术领域

本实用新型涉及重离子加速器领域的冷却技术，尤其涉及一种ECR离子源的蒸发冷却装置。

背景技术

HIRFL-CSR是我国自行设计建造的目前亚洲规模最大、加速离子种类最多、能量最高、束流品质最好的重离子加速器系统.ECR离子源是整个系统的源头，为HIRFL-CSR提供所需的各种离子，是整个加速系统中的关键部件，它的可靠稳定运行至关重要。

离子源是通过电励磁的方式来产生其所需的磁场，故励磁消耗的电能全部转化成了热能，使得线圈温度升高。为了对线圈实现高效的冷却，目前装置中采用了两种形式的离子源，一种称为普通源，一种称为超导源。普通源所使用的励磁线圈是普通外方内圆的空心铜导线制成的，内圆孔中通入冷却水对线包进行冷却。超导源则是采用液氦来冷却超导线材。对于水内冷的普通源，考虑到电气绝缘的问题，通入圆孔内的冷却水必须是纯水，所以需要一套纯水处理系统，其体积庞大、控制系统复杂，误信几率大。而且由于导线匝数多，冷却通道长，所以需要数十公斤的高压强迫水循环，对结构件的强度要求高，接头等薄弱环节的水泄漏可能性大。等离子体的弧腔是处于数万伏的高压下，它的冷却还需要考虑复杂的电气绝缘问题。超导源需要配置液氦储存和冷却处理设备，同时超导线圈的制造工艺非常复杂，致使超导源的制造成本高，维护复杂性高。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的缺点，提供一种ECR离子源的蒸发冷却装置，该装置能够突破水冷离子源线包电密的限制，在一定程度上提高线包电密，大幅度提高场强，从而提高离子源性能，并能够提高高电压设备的冷却可靠性。冷却系统稳定、可靠、简单易维护，其在制造成本和维护性上远远优于超导源。而且蒸发冷却装置中使用的冷却介质绝缘性能好，特别适合在高压端的设备冷却。

本实用新型可扩大应用于加速器系统中各种用途磁铁线圈的冷却，可以提高电密，增大场强，从而整体提高加速器系统的性能指标。

本实用新型ECR离子源的蒸发冷却装置主要包括：注入线包、引出线包、等离子体弧腔、冷凝器、下液管、出汽管、集液总管和集汽总管。注入线包密封在一个环形腔体中，构成注入线包冷却空间。引出线包也密封在一个环形腔体中，构成引出线包冷却空间。注入线包和引出线包冷却空间的下部分别通过绝缘引流管与位于所述的ECR离子源的蒸发冷却装置底部的集液总管连通。注入线包和引出线包冷却空间的上部分别通过绝缘引流管与位于所述的ECR离子源的蒸发冷却装置上部的集汽总管连通。注入线包和引出线包冷却空间中注入蒸发冷却介质，介质灌入高度以没过线包为限。等离子体弧腔的内外壁之间留有一个通液夹层，形成一个微小密封腔体，在腔体中灌入冷却介质构成弧腔夹层冷却空间。该弧腔夹层冷却空间采用端部下进液，上出汽的连接形式，通过绝缘引流管与集液总管和集汽总管连通。注入线包冷却空间、引出线包冷却空间以及弧腔夹层冷却空间在冷却回路上是相互并联的，共同使用一个冷凝器。集液总管通过下液管与装置顶部的冷凝器相连通，集汽总管通过出汽管与冷凝器相连通。线包的励磁损耗热量以及等离子体弧腔的辐射热量被冷却空间中的冷却介质吸收，达到压力对应的饱和温度时就沸腾汽化，产生的蒸汽在浮升力作用下通过集汽总管和出汽管进入到冷凝器当中，蒸汽通过与冷凝管中的冷却水进行二次热交换被冷凝成液体又通过下液管回到冷却空间中去，如此周而复始的进行自循环。

本实用新型的ECR离子源的蒸发冷却装置，与现有水冷的普通源和液氦冷却的超导源相比，具有下列显著的特点和效果：

(1)相变换热冷却效率高，线包电密可提高，场强显著提高，且线包温度分布均匀，温升低。

(2)冷却系统的工作压力低，所以冷却液泄漏的可能性大为减小，提高了设备运行的安全可靠性。

(3)冷却介质绝缘性能好，特别适合用于像等离子体弧腔这样的高压端设备冷却。

(4)冷却系统稳定、可靠、简单、易维护。

附图说明

图1ECR离子源的蒸发冷却装置系统图，图中：1注入线包冷却空间，2引出线包冷却空间，3弧腔夹层冷却空间，11集液总管，12集汽总管，13出汽管，14下液管，15冷凝器，17绝缘引流管；

图2ECR离子源的蒸发冷却装置线包冷却空间装配示意图；图中：110注入线包，120引出线包，330等离子体弧腔，1注入线包冷却空间，2引出线包冷却空间，11集液总管，12集汽总管，13出汽管，14下液管，15冷凝器；

图3ECR离子源的蒸发冷却装置的弧腔夹层冷却空间装配示意图。图中：3弧腔夹层冷却空间，17绝缘引流管。

具体实施方式

本发明包括注入线包110、引出线包120、等离子体弧腔330、冷凝器15、下液管14、出汽管13、集液总管11和集汽总管12。

本发明ECR离子源的蒸发冷却装置如图1所示。注入线包110、引出线包120和等离子体弧腔330是被冷却对象。注入线包110密封在一个环形腔体中，环形腔体与注入线包110构成注入线包冷却空间1。引出线包120也密封在一个环形腔体中，引出线包120和其所在的环形腔体构成引出线包冷却空间2。弧腔夹层冷却空间3位于等离子体弧腔330的内外壁之间。注入线包冷却空间1和引出线包冷却空间2的下部分别通过绝缘引流管17与位于装置底部的集液总管11连通。注入线包冷却空间1和引出线包冷却空间2的上部分别通过绝缘引流管17与位于装置上部的集汽总管12连通。注入线包冷却空间1和和引出线包冷却空间2中注入蒸发冷却介质，介质灌入高度以没过冷却空间内的线包为限。弧腔夹层冷却空间3位于整个装置的中部，与注入线包冷却空间1和引出线包冷却空间2同轴。弧腔夹层冷却空间3的下部通过位于其下端部的绝缘引流管17与位于装置底部的集液总管11连通，弧腔夹层冷却空间3的上部通过位于其上端部的绝缘引流管17与位于装置上部的集汽总管12连通。

所述的注入线包冷却空间1和引出线包冷却空间2中，线包的线匝间设有轴向和径向冷却通道。

注入线包110和引出线包120采用实心矩形导线绕制。

如图2所示，等离子体弧腔330的内外壁之间留有一个通液夹层，形成一个微小密封腔体，在腔体中灌入冷却介质构成弧腔夹层冷却空间3。该弧腔夹层冷却空间3采用端部下进液，上出汽的连接形式，通过绝缘引流管17与集液总管11和集汽总管12连通。注入线包冷却空间1、引出线包冷却空间2以及弧腔夹层冷却空间3在冷却回路上是相互并联的，共同使用一个冷凝器15。集液总管11通过下液管14与装置顶部的冷凝器15相连通，集汽总管12通过出汽管13与冷凝器15相连通。

如图3所示，所述的弧腔夹层冷却空间3采用端部下进液，上出汽的连接形式，通过绝缘引流管17与集液总管11和集汽总管12连通。

Claims (3)

1.一种ECR离子源的蒸发冷却装置，其特征在于，所述的装置包括：注入线包(110)，引出线包(120)，等离子体弧腔(330)，冷凝器(15)，下液管(14)，出汽管(13)，集液总管(11)和集汽总管(12)；注入线包(110)密封在一个环形腔体中，构成注入线包冷却空间(1)；引出线包(120)密封在一个环形腔体中，构成引出线包冷却空间(2)；弧腔夹层冷却空间3位于等离子体弧腔330的内外壁之间；注入线包冷却空间(1)和引出线包冷却空间(2)的下部分别通过绝缘引流管(17)与位于装置底部的集液总管(11)连通；注入线包冷却空间(1)和引出线包冷却空间(2)的上部分别通过绝缘引流管(17)与位于所述的蒸发冷却装置上部的集汽总管(12)连通；注入线包冷却空间(1)和引出线包冷却空间(2)中注入蒸发冷却介质，蒸发冷却介质灌入高度以没过线包为限；等离子体弧腔(330)的内外壁之间留有一个通液夹层，形成一个微小密封腔体，在此腔体中灌入冷却介质，构成弧腔夹层冷却空间(3)，弧腔夹层冷却空间(3)通过绝缘引流管(17)与集液总管(11)和集汽总管(12)连通；注入线包冷却空间(1)、引出线包冷却空间(2)和弧腔夹层冷却空间(3)在冷却回路上相互并联，共同使用一个冷凝器(15)；集液总管(11)通过下液管(14)与装置顶部的冷凝器(15)相连通，集汽总管(12)通过出汽管(13)与冷凝器(15)相连通。

2.根据权利要求1所述的ECR离子源的蒸发冷却装置，其特征是所述的注入线包(110)和引出线包(120)采用实心矩形导线绕制。

3.根据权利要求1所述的ECR离子源的蒸发冷却装置，其特征是所述的注入线包冷却空间(1)和引出线包冷却空间(2)中，线包的线匝间设有轴向和径向冷却通道。

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