【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁透镜，尤其涉及一种组合式pcm的磁透镜蓄热减震系统及应用。
技术介绍
1、磁透镜是带电粒子束的核心部件，其产生的磁场对粒子束具有聚焦、成像和偏转的作用。当磁透镜工作时需要给线圈进行通电，使磁透镜的极靴孔间隙产生局部强磁场进而控制粒子束轨迹。由于通电线圈的热效应，因此在磁透镜的热管理中，将磁透镜用于产生磁场且需要供电的组件称之为“热源”。为了保持设备温度恒定，常规磁透镜工作时必须用循环水进行冷却，以保证设备正常运行时的热量散出。同时，磁透镜极靴由于退磁场的缘故，“磁荷”倾向于在大曲率的地方集中，将会引起磁透镜极靴材料大幅的温度升高。极靴材料受热反过来会导致热膨胀，引起磁透镜机械尺寸的变化。若这些热量不能及时散出将会引起磁透镜的热失控，进而会影响磁透镜对带电粒子束(如电子束、离子束等)的聚焦、旋转等作用，同时设备的精度和稳定性也会降低。这一现象在强电流、工作在接近饱和区的强磁透镜中更为明显。
2、相变材料(phase change material,pcm)依据材料成分主要分无机pcm、有机pcm和复合pcm，依据相变温度又可以分为低温pcm(<100℃)，中温pcm(100℃～450℃)，高温pcm(>450℃)三类。
3、目前现有技术中关于磁透镜热损耗的处理和pcm在相变传热领域的应用扩展，仍存在有待改进的技术问题，主要表现为：①磁透镜的水冷循环系统散热不均匀，散热温度不可控；②磁透镜极靴与线圈之间没有固定连接，微小的震动将会影响其聚焦和偏转效果；③单一pcm蓄热可调性低，体积
4、因此，本专利技术提供一套基于组合pcm的磁透镜热管理系统，来缓解磁透镜在工作状态下的热损耗和微震动问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出了一种组合式pcm的磁透镜蓄热和减震系统及应用，在不改变磁透镜原有水冷系统的基础上，通过一种组合式pcm包埋的方法，代替常规磁透镜线圈的环氧树脂封装材料，解决现有技术中磁透镜工作状态下的线圈温度不可控和极靴与线圈装配好后的机械微震动问题。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一方面，本专利技术提供了一种组合式pcm的磁透镜蓄热和减震系统及应用，包括磁透镜、磁透镜水冷散热系统和相变蓄热系统，所述磁透镜包括外壳、极靴和热源，所述磁透镜水冷散热系统包括水冷介质、水冷管和液泵；
4、所述相变蓄热系统包括组合式pcm，所述组合式pcm为第一pcm、第二pcm和第三pcm；所述第一pcm包裹所述热源，所述第二pcm包裹所述第一pcm，所述第三pcm包裹所述第二pcm，第一pcm、第二pcm和第三pcm的相变温度依次降低；
5、所述组合式pcm的磁透镜蓄热和减震系统的实施过程，包括以下步骤：
6、根据计算机辅助模拟和实验测量法，确定所述热源工作状态的温度变化区间，记为t1-t2；
7、根据温度变化区间，选择相变温度为tm1的pcm作为第一pcm，相变温度为tm2的pcm作为第二pcm，相变温度为tm3的pcm作为第三pcm；
8、将所述第一pcm融化为熔融态，将所述热源浸泡于熔融态的所述第一pcm中，待所述第一pcm凝固后，采用同样的方法将所述热源浸泡于熔融态的第二pcm，待凝固后，再一次浸泡于熔融态的第三pcm中，后采用铝箔纸对第三pcm的外表面进行密封，得到所述组合式pcm的磁透镜蓄热和减震系统，使得所述热源在径向上被所述第一pcm、所述第二pcm和所述第三pcm依次包埋，在纵向上所述第一pcm、所述第二pcm和所述第三pcm包埋所述热源高度和所述外壳之间的间隙，所述组合式pcm的磁透镜蓄热和减震系统的工作温度为t1’～t2’，且t2’/t2＜1；
9、相变蓄热又称潜热蓄热，所述相变蓄热系统，指储能材料发生相变时，吸收或释放热量来达到热量的储存和释放的过程，其储存和释放能量的过程由熔点和环境温度决定；当温度升高到储能材料的熔融点时，材料从凝固态变为熔融态，周边环境中部分热量得以储存到储能材料中；当周边环境的温度下降到熔融态临界点时，储能材料释放出热量并从熔融态变为凝固态，为放热过程；如此循环往复，构成了一个磁透镜蓄热系统。
10、进一步优选地，所述第一pcm、第二pcm和第三pcm的相变温度满足条件tm1＞t2＞tm2＞tm3，tm1/tm2＝tm2/tm3±0.01。
11、进一步优选地，所述第一pcm、第二pcm和第三pcm采用组合排列的方式依次分布在热源外。
12、进一步优选地，所述第一pcm、第二pcm和第三pcm的体积比为(2-3)：(2-4)：(4-6)。
13、进一步优选地，所述t1为20℃～25℃，t2≤50℃。
14、进一步优选地，所述热源包括电磁线圈、电磁铁或永磁体的至少一种。
15、进一步优选地，所述选择的pcm包括有机固-液pcm。进一步优选地，所述有机固-液pcm包括脂肪酸类、脂肪烃类或聚烯醇类。
16、进一步优选地，所述有机固-液pcm包括石蜡pcm。
17、进一步优选地，当选择pcm为石蜡pcm时，所述第一pcm、第二pcm和第三pcm的相变温度依次是tm1＝54.85℃、tm2＝48.85℃、tm3＝45.85℃。
18、另一方面，本专利技术还提供第一方面所述的组合式pcm的磁透镜蓄热和减震系统在电子光学领域的应用。
19、本专利技术的组合式pcm的磁透镜蓄热和减震系统及应用，相对于现有技术具有以下有益效果：
20、目前，pcm应用在电子光学设备用于相变传热的实例还未普及，对比单一pcm的温度控制可调性差、温度控制范围小、热能利用率低等问题。本专利技术采用组合式pcm对磁透镜线圈进行包埋，将三个具有不同相变温度的pcm排布成“组合式pcm”，将极大提高温度控制范围及温度控制区间，同时有效增强pcm的蓄热性能；合理选择pcm体积配比与相变温度，即可实现宽范围的温度可调区间，其性能远超单一pcm；同时采用有机固-液pcm包埋磁透镜热源的方式，替代现有的环氧树脂封装，可以较好地改善磁透镜工作状态下的热管理和微震动；与单一pcm相比，组合式pcm由于在靠近热源的位置温度波动较小且体积配比可灵活调整，将会产生更高的能源利用率和温度可调范围；
21、现有技术中关于磁透镜在蓄热领域应用的改进报道，分为改变水冷管的位置分布和破坏磁透镜的原有水冷循环系统再引入单一pcm两大类。在破坏磁透镜原有水冷结构后，单独使用pcm作用磁透镜用于热管理的构思可执行性差，温度控制能力弱。依据前人的研究基础，本专利技术在不破坏磁透镜线圈原有冷却系统的前提下，以引入多层pcm的方式改进了磁透镜工作状态有下的热管理方式；并且第一pcm接近热源，第三pcm接近极靴，所以第三pcm对极靴内侧的温度变化理论上也可吸收一部分。与此同时，磁透镜的机械振动问题也得以同步改善；
22、相比现有pcm在热管理领域的应用，本专利技术提供本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种组合式PCM的磁透镜蓄热和减震系统，包括磁透镜、磁透镜水冷散热系统和组合式相变蓄热系统，所述磁透镜包括外壳、极靴和热源，所述磁透镜水冷散热系统包括水冷介质、水冷管和液泵，其特征在于，所述组合式相变蓄热系统由第一PCM、第二PCM和第三PCM构成，所述第一PCM包裹所述热源，所述第二PCM包裹所述第一PCM，所述第三PCM包裹所述第二PCM，第一PCM、第二PCM和第三PCM的相变温度依次降低，所述组合式PCM的磁透镜蓄热和减震系统的实施过程，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的组合式PCM的磁透镜蓄热和减震系统，其特征在于，所述第一PCM、第二PCM和第三PCM的相变温度满足条件Tm1/Tm2＝Tm2/Tm3±0.01。
3.如权利要求1所述的组合式PCM的磁透镜蓄热和减震系统，其特征在于，所述第一PCM、第二PCM和第三PCM采用沿所述热源径向方向组合排列的方式依次分布在热源外。
4.如权利要求1所述的组合式PCM的磁透镜蓄热和减震系统，其特征在于，所述第一PCM、第二PCM和第三PCM的体积比为(2-3)：(2-4)：(4-6)。
5.如权利要求1所述的组合式PCM的磁透镜蓄热和减震系统，其特征在于，所述T1为20℃～25℃，T2≤50℃。
6.如权利要求1所述的组合式PCM的磁透镜蓄热和减震系统，其特征在于，所述热源包括电磁线圈、电磁铁和永磁体的至少一种。
7.如权利要求1所述的组合式PCM的磁透镜蓄热和减震系统，其特征在于，所述组合式PCM包括有机固-液PCM。
8.如权利要求7所述的组合式PCM的磁透镜蓄热和减震系统，其特征在于，所述有机固-液PCM包括脂肪酸类、脂肪烃类或聚烯醇类。
9.如权利要求8所述的组合式PCM的磁透镜蓄热和减震系统，其特征在于，所述有机固-液PCM还包括石蜡PCM。
10.如权利要求1-9任一项所述的组合式PCM的磁透镜蓄热和减震系统在电子光学领域的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种组合式pcm的磁透镜蓄热和减震系统，包括磁透镜、磁透镜水冷散热系统和组合式相变蓄热系统，所述磁透镜包括外壳、极靴和热源，所述磁透镜水冷散热系统包括水冷介质、水冷管和液泵，其特征在于，所述组合式相变蓄热系统由第一pcm、第二pcm和第三pcm构成，所述第一pcm包裹所述热源，所述第二pcm包裹所述第一pcm，所述第三pcm包裹所述第二pcm，第一pcm、第二pcm和第三pcm的相变温度依次降低，所述组合式pcm的磁透镜蓄热和减震系统的实施过程，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的组合式pcm的磁透镜蓄热和减震系统，其特征在于，所述第一pcm、第二pcm和第三pcm的相变温度满足条件tm1/tm2＝tm2/tm3±0.01。
3.如权利要求1所述的组合式pcm的磁透镜蓄热和减震系统，其特征在于，所述第一pcm、第二pcm和第三pcm采用沿所述热源径向方向组合排列的方式依次分布在热源外。
4.如权利要求1所述的组合式...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭晨瑜，宋学锋，张振生，俞大鹏，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：
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