[实用新型]一种高温超导磁体传导制冷结构

说明书

技术领域

本实用新型属于高温超导磁体传导制冷技术，具体涉及一种高温超导磁体传导制冷结构。

背景技术

随着高温超导材料性能的不断提高及G-M制冷机制冷功率的大幅提升，目前20~30K（开尔文温度）已经成为高温超导高场磁体最为经济的运行温区。要将数百公斤重的高温超导磁体冷却到这一温区主要有两类方式。方式一是低温气体对流制冷，例如冷氦气制冷，氦气通过G-M制冷机制冷后通过高温超导磁体表面进行热量交换。对流制冷的优势在于制冷速度快，磁体温度梯度小；缺点在于杜瓦结构复杂，设备成本高。另一种方式是传导制冷，其基本原理是利用真空技术来消除磁体与外界环境之间的对流换热，利用热辐射屏蔽技术来大幅削弱外界的热辐射，之后，通过导冷结构将G-M制冷机的冷量传导到高温超导磁体表面，实现磁体的冷却。传导制冷的优势在于能耗低，设备简单，结构紧凑，便于维护，适用于需要移动使用的设备。主要缺点为降温速度较慢，温度梯度较大。

为了提高高温超导磁体传导制冷结构的制冷速度，减小磁体内部的温度梯度，需要从两个方面进行改进。一方面要为导冷结构选择合适的材料，设计合理的结构，制定可靠的加工工艺；另一方面也需要对采用传导冷却的高温超导磁体进行有针对性的设计，减小高温超导磁体与导冷结构的接触热阻，同时在不增加磁体发热量得情况下提高高温超导磁体的导热特性。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高温超导磁体传导制冷结构，它可以提高高温超导磁体传导制冷的制冷速度，并且可以减小磁体内部的温度梯度。

本实用新型提供的一种高温超导磁体传导制冷结构，其特征在于，该结构包括至少一个双饼导冷单元；

所述双饼导冷单元包括黄铜骨架、铜导冷片、上层单饼、下层单饼、聚酰亚胺薄膜和环氧板；所述黄铜骨架是有切口的圆环，黄铜骨架为具有不同半径的两个同心圆环形铜片套在一起的双层结构；所述上层单饼和下层单饼，均是由导冷铜带和带绝缘的高温超导带材并联一起，以黄铜骨架为轴心绕制而成，上层单饼与下层单饼的绕行方向相反，高温超导带材均比导冷铜带长；上、下层单饼中，高温超导带材内侧引出端连接在一起，外侧引线端均被处理成为引线端子；导冷铜带的内侧引出端均固定在黄铜骨架上，导冷铜带外引线端均与高温超导带材粘接在一起；聚酰亚胺薄膜夹放在上层单饼和下层单饼中间，构成超导双饼；铜导冷片整体呈圆环状，铜导冷片的圆环沿半径方向均被一个去环流切口切开，另外圆环的内侧开有降涡流齿槽；超导双饼固定在上、下两层铜导冷片之间，超导双饼与上、下两层铜导冷片之间均设置有环氧板；各铜导冷片的外沿上均匀分布有开孔；

铜导冷片的各开孔内安装有铜导冷杆，在上、下相邻的两个铜导冷片之间的铜导冷杆部分外套有套管；

上金属法兰和下金属法兰之间设置有至少一个所述双饼导冷单元，并通过金属连接杆固定。

本实用新型中，导冷片，上、下法兰，黄铜骨架的设计均充分考虑了高温超导磁体工作过程中涡流损耗的问题，有在交变磁场中低涡流损耗的特点。导冷杆与导冷片之间设有铜套管，可以大幅减小导冷构造的热阻，有利于减小高温超导磁体的温度梯度。高温超导磁体内部融入了冷却铜带，可以大幅提高高温超导磁体的导热率，从而可以加快磁体的冷却速度，同时也可以起到减小磁体温度梯度的效果。另外黄铜骨架不仅起到磁体的支撑作用，而且也具有一定的导冷功能，可以减小磁体内侧的温度梯度。

附图说明

图1为本实用新型实例提供的高温超导磁体传导制冷结构的示意图；

图2为图1中高温超导双饼结构示意图；其中，图2（b）是图2（a）的剖视图，图2（d）是图2（b）的正视图，图2（c）分别是上、下单饼的俯视图；

图3为铜套管结构示意图；

图4为铜导冷片结构示意图；

图5为高温超导磁体传导制冷结构中的支撑部分结构示意图；

图6为聚四氟乙烯垫片结构示意图；

图7为SMES磁体从20℃到20K的降温过程示意图；

图8为SMES磁体在20K下，磁体在15s内从空载到达100kJ储能过程中磁体的温升情况示意图；

图9为SMES磁体在20K下进行50kW功率交换时，1s内磁体的温升情况。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。