傳導冷卻超導磁體用熱開關的製作方法

2023-05-28 07:11:21 1

專利名稱:傳導冷卻超導磁體用熱開關的製作方法
技術領域：
本發明涉及低溫工程用熱開關，特別涉及傳導冷卻超導磁體用熱開關。
背景技術：
超導磁體必須運行在低溫環境下，傳導冷卻的磁體與制冷機的二級冷頭相連。由於制冷機二級冷頭的效率很低，當磁體質量較大時，磁體冷卻的時間很長。而制冷機一級冷頭的效率相對較高。為了充分利用一級冷頭的冷量，可用熱開關將一級冷頭與磁體相連，縮短磁體的冷卻時間。作為一級冷頭和磁體之間的熱連接和熱隔斷的熱開關應該具有高的傳熱效率和高的可靠性。機械式熱開關已經證明是不可靠的，並且需要較大的力來驅動，磁電—阻熱開關除了運行在極低溫度下外，其效率很低。熱管式熱開關通常反應時間很長。美國專利4366680公開了一種氣隙式熱開關，可以提供可靠的熱連接和熱隔斷。但該氣隙式熱開關運行需要控制吸附泵的溫度，吸附泵的溫度由加熱和冷卻線圈控制，需要一套加熱和冷卻線圈運行控制系統和電源，系統比較複雜。並且現有的熱開關的熱容和開關比都很小，熱開關的的熱容比小會造成傳熱功率降低，而開關比小會造成當熱開關處於關斷狀態時，其漏熱增大。

發明內容本發明目的是克服現有技術的不可靠、效率低、系統複雜以及熱容和開關比都很小的缺點，提供一種新型傳導冷卻超導磁體用熱開關。
本發明是一個連接在冷屏上蓋與磁體上法蘭之間的圓筒罐形密閉容器，由上下兩圓端板及伸出的翅片和薄壁圓筒型外殼組成，上下兩圓端板為高熱導材料製作，圓端板內表面上有按一定間距排列的平行的紫銅翅片，兩圓端板之間的翅片是相互穿插交叉的，在相鄰的翅片之間存在有間隙。薄壁圓筒外殼是用低導熱材料製成的。兩圓端板和外殼採用正反螺紋連接。圓筒罐形密閉容器內充滿一個大氣壓的氮氣。裝配時，螺紋上塗有DW-3低溫環氧樹脂，旋進後置於烘箱中烘烤固化，以保證開關在低溫下氣體不洩露。
本發明運用熱開關內氣體隨溫度的降低而發生相變的原理，熱開關冷卻之初，此時熱開關處於導通狀態時，開關內的氣體處於連續流狀態，氣體是良好的傳熱媒介，一級冷頭的冷量經上翅片通過氣體的導熱傳遞給下翅片，再由下翅片傳遞給磁體。隨著冷卻過程的進行，一級冷頭溫度的降低，熱開關內氣體的溫度隨之降低，當熱開關內的氣體達到冷凝溫度時，就會冷凝成液體，此時熱開關處於關斷狀態。
本發明熱開關無需抽真空，導通能力強，開關比大，無需外界控制。可以有效的縮短現有傳導冷卻磁體系統的冷卻時間。
圖1為傳導冷卻超導磁體示意圖，圖中1超導磁體、2冷屏、3真空容器、4熱開關、5一級冷頭、6二級冷頭、7導冷線；圖2為本發明結構示意圖，圖中8上圓端板、9薄壁圓筒、10下圓端板。
具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步說明。
圖1所示是傳導冷卻超導磁體結構圖。如圖1所示，制冷機的一級冷頭5與冷屏2相連，本發明熱開關4安裝於冷屏2與超導磁體1上的法蘭之間。制冷機的二級冷頭6通過導冷帶7與磁體1相連。磁體1、冷屏2、熱開關4、一級冷頭5、二級冷頭6、導冷帶7均放置在低溫容器3內。
如圖2所示，本發明熱開關4為一圓筒罐形密閉容器，包括上圓端板8、下圓端板10和薄壁圓筒9。薄壁圓筒9為罐形密閉容器的壁面，用環氧玻璃鋼製作。上圓端板8和下圓端板10為高熱導材料製作，圓端板內表面上有垂直於圓端板面按一定間距平行排列的紫銅翅片，兩圓端板的翅片可相互交叉插進，但一圓端板上的翅片距另一圓端板保持一定距離，其中上翅片不可觸及氣體冷凝成液體的表面，相鄰翅片間隙為1mm。上圓端板8、下圓端板10和薄壁環氧玻璃鋼圓筒9採用正反羅紋連接，熱開關4的軸向長度由薄壁環氧玻璃鋼圓筒9旋進的深度來控制。裝配時，螺紋上塗有DW-3低溫環氧樹脂，旋進後置於烘箱中烘烤固化，保證罐體密封。圓筒罐形密閉容器內充滿一個大氣壓的氮氣。
本發明運行的低溫環境由制冷機提供，制冷機的一級冷頭5與熱開關4的上端相連，下端與超導磁體1的法蘭相連。冷卻過程開始後，熱開關4開始工作，開關內的氣體處於連續流狀態，氣體是良好的傳熱媒介，一級冷頭的冷量經上翅片通過氣體的導熱傳遞給下翅片，再由下翅片傳遞給磁體，即熱開關4處於導通狀態。隨著冷卻過程的進行，熱開關4氣體溫度進一步降低，當達到氣體冷凝溫度(77K)時，氣體凝結為液體。上下翅片之間沒有了傳熱介質，處於真空狀態，傳熱量大大減少，此時，熱開關4處於關斷狀態。
權利要求
1.一種傳導冷卻超導磁體用熱開關，其特徵在於其為一圓筒罐形密閉容器，包括上圓端板[8]、下圓端板[10]和薄壁圓筒[9]；薄壁圓筒[9]為罐形密閉容器的壁面；上圓端板[8]和下圓端板[10]內表面上有垂直於上下圓端板面按一定間距平行排列的紫銅翅片，上、下兩圓端板的翅片相互交叉插進，一圓端板上的翅片距另一圓端板保持一定距離，其中上翅片不可觸及氣體冷凝成液體的表面，在相鄰的翅片之間存有間隙；上圓端板[8]和下圓端板[10]為高熱導材料製作，薄壁圓筒[9]用低導熱材料製成；圓筒罐形密閉容器內充滿一個大氣壓的氮氣；上圓端板[8]、下圓端板[10]和薄壁圓筒[9]之間採用正反羅紋連接，熱開關[4]的軸向長度由薄壁圓筒[9]旋進的深度來控制；裝配時，螺紋上塗有DW-3低溫環氧樹脂，旋進後置於烘箱中烘烤固。
專利摘要
一種傳導冷卻超導磁體用熱開關，其特徵在於其為一圓筒罐形密閉容器，包括上圓端板[8]、下圓端板[10]和薄壁圓筒[9]；薄壁圓筒[9]為罐形密閉容器的壁面；上圓端板[8]和下圓端板[10]內表面上有按一定間距排列的平行的紫銅翅片，上、下兩圓端板的翅片相互交叉插進，在相鄰的翅片之間存有間隙；上圓端板[8]和下圓端板[10]為高熱導材料製作，薄壁圓筒[9]用低導熱材料製成；上圓端板[8]、下圓端板[10]和薄壁圓筒[9]之間採用正反羅紋連接，熱開關[4]的軸向長度由薄壁圓筒[9]旋進的深度來控制。本發明熱開關無需抽真空，導通能力強，開關比大，無需外界控制，可以有效地縮短現有傳導冷卻磁體系統的冷卻時間。
文檔編號F28D15/02GK1991287SQ200510130740
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月27日
發明者趙保志, 刁彥華, 王秋良, 戴銀明, 雷源忠, 宋守森, 劉宏偉 申請人:中國科學院電工研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan