一种用于超导磁体的双回路低温系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于超导磁体的双回路低温系统，制冷机组件与外杜瓦组件通过螺钉连接。氮气输入组件和所述氮气管路组件相互连通，并分别与外杜瓦组件焊接连接。氦气输入组件和氦气管路组件相互连通，并分别与外杜瓦组件焊接连接。冷屏上板与氦容器组件通过焊接连接。同时，冷屏上板与制冷机组件无间隙配合。氮气进气管路组件为螺旋形状或其他弯曲类似形状，并环绕于氦容器组件外侧。液氮输出管路组件整体形状为螺旋形状或其他弯曲类似形状，其材料选用扁管，并且通过钎焊等工艺方式与冷屏中筒和冷屏侧筒连接。该设计可有效提高系统降温效果，降低系统漏热，从而为超导线圈提供可靠的低温环境。

A double circuit cryogenic system for superconducting magnet

【技术实现步骤摘要】
一种用于超导磁体的双回路低温系统
本专利技术涉及超导磁体
，尤其涉及一种用于超导磁体的双回路低温系统。
技术介绍
超导磁体是指低温下用具有高转变温度和临界磁场特别高的第二类超导体制成线圈的一种电磁体。它的主要特点是没有导线电阻产生的电损耗，也没有因铁芯存在而产生的磁损耗，具有很强的实用价值。目前，超导磁体已成为科学研究的重要工具，它在托克马克、等离子体物理、生物物理、低温物理、磁学、医学、交通、工业等很多科学探索研究中得到越来越广泛的应用，同时我国对超导磁体的需求也日益增长。然而，超台超导磁体在冷却过程中需数百升液氦，由于远端距离过大因素，和冷屏侧筒和中筒存在多处连接的因素，会导致冷屏远端降温效果不良的现象，运行费用一般比较高。因此，为有效地减少超导磁体在冷却过程中的液氦消耗，有必要设计一种合理有效的超导磁体低温系统。
技术实现思路
本专利技术目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于超导磁体的双回路低温系统。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种用于超导磁体的双回路低温系统，包括有制冷机组件、氮气输入组件、氦气输入组件、外杜瓦组件和冷屏组件，所述的冷屏组件位于外杜瓦组件内部，所述的制冷机组件安装在外杜瓦组件上，制冷机组件的一级冷头和二级冷头位于冷屏组件内部，在外杜瓦组件的内部还固定安装有氦容器组件，氦容器组件的下端伸入到冷屏组件内部，制冷机组件的一级冷头和二级冷头位于氦容器组件内侧，所述的氦气输入组件的输出端与氦容器组件的上端连通，氦容器组件的下端通过氦气管路组件与超导磁体线圈的终端连接；所述的氮气输入组件通过氮气进气管路组件连接圆柱容器的上端，在圆柱容器内设有冷凝器，在圆柱容器的下端连接有液氮输出管路组件，在圆柱容器的侧面连接有氮气回气管路组件，液氮输出管路组件与氮气回气管路组件连通，所述的圆柱容器、液氮输出管路组件与氮气回气管路组件均位于冷屏组件内部。所述的冷屏组件包括有冷屏中筒，在冷屏中筒的顶部和底部分别设有冷屏上板和冷屏底板，在冷屏中筒的下部侧面连接有冷屏侧筒，所述的圆柱容器固定在冷屏上板的内壁，所述的氦容器组件包括有上端部分和下端部分，其中上端部分的顶端焊接在外杜瓦组件的顶端内壁上，在所述的制冷机组件的一级冷头的外侧固定安装有梯形换热器，在梯形换热器的外侧设有子法兰，氦容器组件的上端部分的下端和下端部分的顶端分别通过螺钉与子法兰固定连接，在所述的冷屏上板上开有圆形通孔，在圆形通孔处固定安装有母法兰，子法兰与母法兰固定连接，通过子法兰和母法兰接触，将制冷机一级冷头的冷量传到冷屏上板，从而保证良好接触和良好的传导性能。子法兰上开的通孔用于连通氦容器组件的上端部分和下端部分。所述的氮气进气管路组件为螺旋形状并环绕于氦容器组件上端的外侧，由于传热量与导热长度成反比，如此设计，可以降低系统漏热。所述的液氮输出管路组件与圆柱容器的下端面密封焊接，液氮输出管路组件为螺旋形状的扁管，液氮输出管路组件螺旋环绕于冷屏中筒与冷屏侧筒的内壁，并且通过钎焊工艺固定在冷屏中筒与冷屏侧筒的内壁上，可以增加表面接触面积，从而提高结构的传冷效果。所述的冷凝器的外形为圆柱形，其布置在冷屏组件内侧，其轴线与圆柱容器轴线重合，在冷凝器上开有一排细槽，细槽的槽深方向为轴向，所述的冷凝器的上端面涂有导热脂或其他导热材料，可保证结构良好的导冷性能。所述的氮气回气管路组件贯穿整个冷屏组件，且与圆柱容器的侧壁密封焊接，其中焊缝位置正对冷凝器的中间细槽处。本专利技术的优点是：本专利技术通过液氦对超导磁体线圈进行降温，在外杜瓦组件内增加了氮气循环回路，通过利用氮气循环回路将冷量传输到冷屏组件内，用以减小液氦温度与室温之间的辐射传热，有效提高系统冷却性，同时降低系统漏热。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术局部放大图。图3为氦容器组件与冷屏上板连接结构图。具体实施方式如图1、2所示，一种用于超导磁体的双回路低温系统，包括有制冷机组件1、氮气输入组件2、氦气输入组件3、外杜瓦组件4和冷屏组件5，所述的冷屏组件5位于外杜瓦组件4内部，所述的制冷机组件1通过螺钉安装在外杜瓦组件4上，制冷机组件1的一级冷头1-1和二级冷头1-2位于冷屏组件5内部，在外杜瓦组件4的内部还固定安装有氦容器组件6，氦容器组件6的下端伸入到冷屏组件5内部，制冷机组件1的一级冷头1-1和二级冷头1-2位于氦容器组件6内侧，所述的氦气输入组件3的输出端与氦容器组件6的上端连通，氦容器组件6的下端通过氦气管路组件7与超导磁体线圈8的终端连接；所述的氮气输入组件2通过氮气进气管路组9件连接圆柱容器10的上端，在圆柱容器10内设有冷凝器11，在圆柱容器10的下端连接有液氮输出管路组件12，在圆柱容器10的侧面连接有氮气回气管路组件13，液氮输出管路组件12与氮气回气管路组件13连通，所述的圆柱容器10、液氮输出管路组件12与氮气回气管路组件13均位于冷屏组件5内部。如图3所示，所述的冷屏组件5包括有冷屏中筒5-1，在冷屏中筒5-1的顶部和底部分别设有冷屏上板5-2和冷屏底板5-3，在冷屏中筒5-1的下部侧面连接有冷屏侧筒5-4，所述的圆柱容器10通过螺钉固定在冷屏上板5-2的内壁，所述的氦容器组件6包括有上端部分6-1和下端部分6-2，其中上端部分6-1的顶端焊接在外杜瓦组件4的顶端内壁上，在所述的制冷机组件1的一级冷头1-1的外侧固定安装有梯形换热器15，在梯形换热器15的外侧设有子法兰16，氦容器组件6的上端部分6-1的下端和下端部分6-2的顶端分别通过螺钉18与子法兰16固定连接，在所述的冷屏上板5-2上开有圆形通孔，在圆形通孔处固定安装有母法兰17，子法兰16与母法兰17固定连接，通过子法兰16和母法兰17接触，将制冷机一级冷头1-1的冷量传到冷屏上板5-2，从而保证良好接触和良好的传导性能。所述的氮气进气管路组件9为螺旋形状或其他弯曲类似形状并环绕于氦容器组件6上端的外侧，由于传热量与导热长度成反比，如此设计，可以降低系统漏热。所述的液氮输出管路组件12与圆柱容器10的下端面密封焊接，液氮输出管路组件12为螺旋形状或其他弯曲类似形状的扁管，液氮输出管路组件12螺旋环绕于冷屏中筒5-1与冷屏侧筒5-4的内壁，并且通过钎焊工艺固定在冷屏中筒5-1与冷屏侧筒5-4的内壁上，可以增加表面接触面积，从而提高结构的传冷效果。所述的冷凝器11的外形为圆柱形，其布置在冷屏组件5内侧，其轴线与圆柱容器10轴线重合，在冷凝器11上开有一排细槽14，细槽14的槽深方向为轴向，所述的冷凝器11的上端面涂有导热脂或其他导热材料，可保证结构良好的导冷性能。所述的氮气回气管路组件13贯穿整个冷屏组件5，且与圆柱容器10的侧壁密封焊接，其中焊缝位置正对冷凝器11的中间细槽处。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于超导磁体的双回路低温系统，其特征在于：包括有制冷机组件、氮气输入组件、氦气输入组件、外杜瓦组件和冷屏组件，所述的冷屏组件位于外杜瓦组件内部，所述的制冷机组件安装在外杜瓦组件上，制冷机组件的一级冷头和二级冷头位于冷屏组件内部，在外杜瓦组件的内部还固定安装有氦容器组件，氦容器组件的下端伸入到冷屏组件内部，制冷机组件的一级冷头和二级冷头位于氦容器组件内侧，所述的氦气输入组件的输出端与氦容器组件的上端连通，氦容器组件的下端通过氦气管路组件与超导磁体线圈的终端连接；所述的氮气输入组件通过氮气进气管路组件连接圆柱容器的上端，在圆柱容器内设有冷凝器，在圆柱容器的下端连接有液氮输出管路组件，在圆柱容器的侧面连接有氮气回气管路组件，液氮输出管路组件与氮气回气管路组件连通，所述的圆柱容器、液氮输出管路组件与氮气回气管路组件均位于冷屏组件内部。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于超导磁体的双回路低温系统，其特征在于：包括有制冷机组件、氮气输入组件、氦气输入组件、外杜瓦组件和冷屏组件，所述的冷屏组件位于外杜瓦组件内部，所述的制冷机组件安装在外杜瓦组件上，制冷机组件的一级冷头和二级冷头位于冷屏组件内部，在外杜瓦组件的内部还固定安装有氦容器组件，氦容器组件的下端伸入到冷屏组件内部，制冷机组件的一级冷头和二级冷头位于氦容器组件内侧，所述的氦气输入组件的输出端与氦容器组件的上端连通，氦容器组件的下端通过氦气管路组件与超导磁体线圈的终端连接；所述的氮气输入组件通过氮气进气管路组件连接圆柱容器的上端，在圆柱容器内设有冷凝器，在圆柱容器的下端连接有液氮输出管路组件，在圆柱容器的侧面连接有氮气回气管路组件，液氮输出管路组件与氮气回气管路组件连通，所述的圆柱容器、液氮输出管路组件与氮气回气管路组件均位于冷屏组件内部。


2.根据权利要求1所述的一种用于超导磁体的双回路低温系统，其特征在于：所述的冷屏组件包括有冷屏中筒，在冷屏中筒的顶部和底部分别设有冷屏上板和冷屏底板，在冷屏中筒的下部侧面连接有冷屏侧筒，所述的圆柱容器固定在冷屏上板的内壁，所述的氦容器组件包括有上端部分和下端部分，其中上端部分的顶端焊接在外杜瓦组件的顶端内壁上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷明准，徐坤，卯鑫，陆坤，宋云涛，丁曾飞，沈俊松，尹洲，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34