一种用来冷却高温超导部件的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用来冷却高温超导部件的装置。本发明专利技术利用氖气压缩机将循环氖气压缩到临界压力，然后通过冷氮气一级预冷和冷氦气二级预冷，将高压氖气冷却到超临界温度，作为制冷剂冷却高温超高发热部件。利用系统管道氖气压力传递机构将升温后超临界氖气增加的压力能传递给低压氖气，利用超临界氖气压力能的同时保证了系统运行安全。本发明专利技术引入超临界氖气作为高温超导部件的冷却媒介物，避免了利用常规液氮冷却高温超导部件，降低了系统运行成本。超临界氖气兼具液氖密度和气体流动性，具有较大的热容，可减小循环压缩机功率和制冷剂使用量，进一步降低装置成本。

A device for cooling high temperature superconducting components

【技术实现步骤摘要】
一种用来冷却高温超导部件的装置
本专利技术属于高温超导系统部件冷却
，涉及一种用来冷却高温超导部件的装置。
技术介绍
目前，高温超导系统常规用常压液氮浴来移除产生的热量，需消耗大量液氮，增加了系统运行成本。本专利技术将超临界氖气运用到高温超导部件的冷却中，利用冷氮气和膨胀氦气分别对高压氖气做一级、二级预冷，将高压氖气调整为超临界状态，然后冷却高温超导部件。超临界氖气在具有液氖密度的同时保持了气体的流动性，用它作为高温超导部件的冷媒。可减小循环制冷剂使用量，从而减小压缩机功率。采用氖气制冷循环，避免使用液氮浴，降低了系统运行成本。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种用来冷却高温超导部件的装置。本专利技术包括循环氖压缩机、一级预冷换热器、二级预冷换热器、氦冷冻装置、高温超导部件、电加热器、超临界氖气缓冲罐、氖气补充罐、氖气压力传递机构、低压氖气缓冲罐、系统PLC、操作电脑；所述的循环氖压缩机出气口接一级预冷换热器热端入口，一级预冷换热器出口接一级预冷换热器出口氖气流量计入口，用来计量循环氖气用量。循环氖压缩机出气口与一级预冷换热器热端入口之间依次接循环氖气压缩机出口止回阀、循环氖气压缩机出口截止阀。所述的一级预冷换热器冷端入口接氦冷冻装置冷氮气出口，一级预冷换热器冷端出口接氮气管网，使得复温后氮气返回管网。所述的二级预冷换热器热端进口通过二级预冷换热器截止阀接氖气流量计出口，二级预冷换热器热端出口连接高温超导部件入口、第一超临界氖气截止阀入口；二级预冷换热器冷端进口接氦冷冻装置中氦膨胀机出口，二级预冷换热器冷端出口接氦冷冻装置中氦循环压缩机入口。所述的高温超导部件出口接第二超临界氖气截止阀入口；第一超临界氖气截止阀出口、第二超临界氖气截止阀出口连接电加热器入口、第一氖安全阀入口、超临界氖气缓冲罐入口；超临界氖气缓冲罐出口接超临界氖气缓冲罐出口截止阀入口；第一氖安全阀出口作为系统高压氖气排放口。所述的氖气压力传递机构由活塞分隔成上下两个腔体，下腔体为升压超临界氖气腔，下腔体进口连接电加热器出口、超临界氖气缓冲罐出口截止阀出口、第二氖安全阀入口、补充罐出口截止阀入口；下腔体出口通过循环氖气压缩机进口截止阀连接循环氖气压缩机入口。上腔体为低压氖气腔，上腔体进口连接低压氖气缓冲罐出口，上腔体出口连接循环回路调节阀进口、压缩机前截止阀入口；第二氖安全阀出口作为系统高压氖气排放口。所述的压缩机前止回阀进口连接压缩机前截止阀出口，压缩机前止回阀出口连接循环氖气压缩机进口截止阀入口。氖气压力传递机构上腔体入口和下腔体入口分别设置有第一压力传感器、第二压力传感器，通过第一压力传感器数据和第二压力传感器数据之间的逻辑比较运算控制循环回路调节阀。低压氖气补充罐顶部设置低压氖气安全阀，低压氖气补充罐入口通过中压氖气减压阀接入中压氖气。循环回路调节阀出口通过循环回路止回阀接一级预冷换热器热端入口。所述的补充罐出口截止阀入口接氖气补充罐入口，多余的氖气通过氖气补充罐的氖气回收口导出系统，氖气补充罐氖气补充口通过氖气补充罐入口截止阀补充外部氖气。所述的系统PLC收集第一压力传感器、第二压力传感器测量的压力数据、氖气流量计测量的氖循环量数据，实时显示在操作电脑的界面上；通过操作电脑与系统PLC配合控制循环氖压缩机的启停、电加热器的启停。进一步的，在所述的循环氖气压缩机出口截止阀入口与循环氖气压缩机进口截止阀入口之间还接有备份压缩机，备份压缩机通过备份压缩机出口止回阀接循环氖气压缩机出口截止阀入口，备份压缩机通过备份压缩机进口截止阀接循环氖气压缩机进口截止阀入口。作为优选，所述的一级预冷换热器出口接氖气流量计之间设置有一级预冷换热器出口氖气温度计，用来监测一级预冷换热器出口氖气温度。作为优选，所述的二级预冷换热器热端出口设置有温度计，用于监测二级预冷换热器热端出口氖气温度。作为优选，所述的高温超导部件出口设置有出高温超导部件氖气温度计，用于监测高温超导部件出口氖气温度。进一步的，所述的所述的氦冷冻装置包括循环氦膨胀机、循环氦压缩机、高压氦水冷却器、高压氦气预冷换热器。所述的高压氦水冷却器入口连接循环氦压缩机出口，循环氦压缩出口和高压氦水冷却器入口之间设置高压氦气止回阀。高压氦气预冷换热器热端入口连接高压氦水冷却器出口，高压氦气预冷换热器热端出口连接循环氦膨胀机入口；高压氦气预冷换热器冷端入口连接常压液氮储槽，高压氦气预冷换热器冷端出口作为氦冷冻装置冷氮气出口连接一级预冷换热器冷端入口。循环氦膨胀机出口连接二级预冷换热器冷端入口，二级预冷换热器冷端出口连接循环氦压缩机入口。本专利技术进系统氖气循环量调整主要通过氖气存储罐实现。当高温超导部件所需冷量增加时，通过氖气存储罐将氖氦精制装置高压氖气导入到循环超临界氖系统，增加了超临界氖循环量，从而增加了系统冷却功率。当高温超导部件所需冷量减小时，循环氖气通过氖存储罐导出系统，实现冷却功率减小。系统管道防超压主要通过系统管道氖气压力传递机构实现。冷却高温超导部件后的超临界氖气压力急剧增加，需通过低压氖气实现系统压力输出，从而保证整个系统的运行安全。系统管道氖气压力传递将超临界氖气的压力传递给低压氖气，在低压氖气压力升高同时系统管道内超临界氖气压力下降。增压后氖气则可作为系统循环氖气的补充来源之一。以循环超临界氖气为冷媒，冷却高温超导发热部件。具体来说，利用氖气压缩机将循环氖气压缩到临界压力，然后通过冷氮气一级预冷和冷氦气二级预冷，将高压氖气冷却到超临界温度，作为制冷剂冷却高温超高发热部件。本专利技术利用系统管道氖气压力传递机构将升温后超临界氖气增加的压力能传递给低压氖气，利用超临界氖气压力能的同时保证了系统运行安全。引入超临界氖气作为高温超导部件的冷却媒介物，避免了利用常规液氮冷却高温超导部件，降低了系统运行成本。超临界氖气兼具液氖密度和气体流动性，具有较大的热容，可减小循环压缩机功率和制冷剂使用量，进一步降低装置成本。附图说明图1为本专利技术构成示意图；图2为图1中氦冷冻装置示意图。具体实施方式如图1所示,一种用来冷却高温超导部件的装置包括循环氖压缩机1、一级预冷换热器8、二级预冷换热器10、氦冷冻装置11、高温超导部件13、电加热器16、超临界氖气缓冲罐17、氖气补充罐21、氖气压力传递机构23、低压氖气缓冲罐24、系统PLC34、操作电脑35；循环氖压缩机1出气口接一级预冷换热器8热端入口，一级预冷换热器8热端出口接一级预冷换热器出口氖气流量计30入口，用来计量循环氖气用量。循环氖压缩机1(备份压缩机2)出气口与一级预冷换热器8热端入口之间依次接循环氖气压缩机出口止回阀3、循环氖气压缩机出口截止阀7、备份压缩机出口止回阀4。一级预冷换热器8热端出口接氖气流量计30之间设置有一级预冷换热器出口氖气温度计29，用来监测一级预冷换热器8出口氖气42温度。一级预冷换热器8冷端入口接氦冷冻装置11冷氮气出口，一级预冷换热器8冷端出口接氮气管网，使得复温后氮气44返回管网。二级预冷换热器10热端进口通过二级预冷换热器截止阀9接氖气流量计30出口，二级预冷换热器10热端出口连接高温超导部件13入口、第一超临界氖气截止阀12入口；二级预冷换热器10冷端进口接氦冷冻装置11中氦膨胀机64出口，二级预冷换热器10冷端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用来冷却高温超导部件的装置，包括循环氖压缩机(1)、一级预冷换热器(8)、二级预冷换热器(10)、氦冷冻装置(11)、高温超导部件(13)、电加热器(16)、超临界氖气缓冲罐(17)、氖气补充罐(21)、氖气压力传递机构(23)、低压氖气缓冲罐(24)、系统PLC(34)、操作电脑(35)；其特征在于：所述的循环氖压缩机(1)出气口接一级预冷换热器(8)热端入口，一级预冷换热器(8)热端出口接一级预冷换热器热端出口氖气流量计(30)入口，用来计量循环氖气用量；循环氖压缩机(1)出气口与一级预冷换热器(8)热端入口之间依次接循环氖气压缩机出口止回阀(3)、循环氖气压缩机出口截止阀(7)；所述的一级预冷换热器(8)冷端入口接氦冷冻装置(11)冷氮气出口，一级预冷换热器(8)冷端出口接氮气管网，使复温后氮气(44)返回管网；所述的二级预冷换热器(10)热端进口通过二级预冷换热器截止阀(9)接氖气流量计(30)出口，二级预冷换热器(10)热端出口连接高温超导部件(13)入口、第一超临界氖气截止阀(12)入口；二级预冷换热器(10)冷端进口接氦冷冻装置(11)中氦膨胀机(64)出口，二级预冷换热器(10)冷端出口接氦冷冻装置(11)中氦循环压缩机(60)入口；所述的高温超导部件(13)出口接第二超临界氖气截止阀(14)入口；第一超临界氖气截止阀(12)出口、第二超临界氖气截止阀(14)出口连接电加热器(16)入口、第一氖安全阀(15)入口、超临界氖气缓冲罐(17)入口；超临界氖气缓冲罐(17)出口接超临界氖气缓冲罐出口截止阀(18)入口；第一氖安全阀(15)出口作为系统高压氖气排放口；所述的氖气压力传递机构(23)由活塞分隔成上下两个腔体，下腔体为升压超临界氖气腔，下腔体进口连接电加热器(16)出口、超临界氖气缓冲罐出口截止阀(18)出口、第二氖安全阀(19)入口、补充罐出口截止阀(20)入口；下腔体出口通过循环氖气压缩机进口截止阀(5)连接循环氖气压缩机(1)入口；上腔体为低压氖气腔，上腔体进口连接低压氖气缓冲罐(24)出口，上腔体出口连接循环回路调节阀(27)进口、压缩机前截止阀(58)入口；第二氖安全阀(19)出口作为系统高压氖气排放口；所述的压缩机前止回阀(59)进口连接压缩机前截止阀(58)出口，压缩机前止回阀(59)出口连接循环氖气压缩机进口截止阀(5)入口；氖气压力传递机构(23)上腔体入口和下腔体入口分别设置有第一压力传感器(33)、第二压力传感器(32)，通过逻辑比较运算控制循环回路调节阀(27)；低压氖气补充罐(24)顶部设置低压氖气安全阀(25)，低压氖气补充罐(24)入口通过中压氖气减压阀(26)接入中压氖气；循环回路调节阀(27)出口通过循环回路止回阀(28)接一级预冷换热器(8)热端入口；所述的补充罐出口截止阀(20)出口接氖气补充罐(21)入口，多余的氖气通过氖气补充罐(21)的氖气回收口导出系统，氖气补充罐(21)氖气补充口通过氖气补充罐入口截止阀(22)补充外部氖气；所述的系统PLC(34)收集第一压力传感器(33)、第二压力传感器(32)测量的压力数据、氖气流量计(30)测量的氖循环量数据，实时显示在操作电脑(35)的界面上；通过操作电脑(35)与系统PLC(34)配合控制循环氖压缩机(1)的启停、电加热器(16)的启停。...

【技术特征摘要】
1.一种用来冷却高温超导部件的装置，包括循环氖压缩机(1)、一级预冷换热器(8)、二级预冷换热器(10)、氦冷冻装置(11)、高温超导部件(13)、电加热器(16)、超临界氖气缓冲罐(17)、氖气补充罐(21)、氖气压力传递机构(23)、低压氖气缓冲罐(24)、系统PLC(34)、操作电脑(35)；其特征在于：所述的循环氖压缩机(1)出气口接一级预冷换热器(8)热端入口，一级预冷换热器(8)热端出口接一级预冷换热器热端出口氖气流量计(30)入口，用来计量循环氖气用量；循环氖压缩机(1)出气口与一级预冷换热器(8)热端入口之间依次接循环氖气压缩机出口止回阀(3)、循环氖气压缩机出口截止阀(7)；所述的一级预冷换热器(8)冷端入口接氦冷冻装置(11)冷氮气出口，一级预冷换热器(8)冷端出口接氮气管网，使复温后氮气(44)返回管网；所述的二级预冷换热器(10)热端进口通过二级预冷换热器截止阀(9)接氖气流量计(30)出口，二级预冷换热器(10)热端出口连接高温超导部件(13)入口、第一超临界氖气截止阀(12)入口；二级预冷换热器(10)冷端进口接氦冷冻装置(11)中氦膨胀机(64)出口，二级预冷换热器(10)冷端出口接氦冷冻装置(11)中氦循环压缩机(60)入口；所述的高温超导部件(13)出口接第二超临界氖气截止阀(14)入口；第一超临界氖气截止阀(12)出口、第二超临界氖气截止阀(14)出口连接电加热器(16)入口、第一氖安全阀(15)入口、超临界氖气缓冲罐(17)入口；超临界氖气缓冲罐(17)出口接超临界氖气缓冲罐出口截止阀(18)入口；第一氖安全阀(15)出口作为系统高压氖气排放口；所述的氖气压力传递机构(23)由活塞分隔成上下两个腔体，下腔体为升压超临界氖气腔，下腔体进口连接电加热器(16)出口、超临界氖气缓冲罐出口截止阀(18)出口、第二氖安全阀(19)入口、补充罐出口截止阀(20)入口；下腔体出口通过循环氖气压缩机进口截止阀(5)连接循环氖气压缩机(1)入口；上腔体为低压氖气腔，上腔体进口连接低压氖气缓冲罐(24)出口，上腔体出口连接循环回路调节阀(27)进口、压缩机前截止阀(58)入口；第二氖安全阀(19)出口作为系统高压氖气排放口；所述的压缩机前止回阀(59)进口连接压缩机前截止阀(58)出口，压缩机前止回阀(59)出口连接循环氖气压缩机进口截止阀(5)入口；氖气压力传递机构(23)上腔体入口和下腔体入口分别设置有第一压力传感器(33)、第二压力传感器(32)，通过逻辑比较运算控制循环回路调节阀(27)；低压氖气补充罐(24)顶部设置低压氖气安全阀(25)，低压氖气补充罐(24)入口通过中压氖气减压阀(26)接入中压氖气；循环回路调节阀(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：章琳，厉力华，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33