[发明专利]制冷装置和高温超导磁体制冷装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种制冷装置，以及一种高温超导磁体制冷装置。

背景技术

高温超导材料自20世纪80年代被发现以来得到迅猛发展，利用高温超导材料绕制磁体与低温超导磁体相比，主要优势体现在：高温超导磁体可在较高的温度下运行，可使用制冷机传导制冷，杜瓦结构简单，免去使用液态制冷剂带来的不便与安全隐患，便于机动使用；可进行反复快速励磁放电,可提高磁体系统的稳定性与安全度；可在较高的磁场下工作（可达30特斯拉以上）。

高温超导磁体需工作在低温环境下，低温环境的获得，大体上有两种方法。一种是利用液体或者气态媒质，如液氮、液氦、冷氦气等将磁体整体浸泡在此类媒质中，获得与媒质相同的温度。这种浸泡制冷方式制冷速度比较快，但受到媒质的获取、储存、运输等诸多限制，并不适合在野外使用。比如目前液氦资源提取自天然气并要求矿井周围同时有铀矿，是非常珍贵的战略资源，我国本身基本不具备液氦生产能力。液氦的主要输出国美国自2007年开始将液氦定为战略资源限制出口，这一举动导致液氦在国内的市场价已经飙升3～5倍，在特殊时期供应更是无法保障。

为了弥补浸泡制冷方式的不足，高温超导磁体还可以采用制冷机进行传导制冷，制冷机可采用G-M式制冷机或者脉冲管制冷机。工作时磁体通过固态冷却通道与冷头连接，磁体与冷头整体置于真空腔体内，通过固态冷却通道逐级冷却磁体。传导冷却方式概念简单，但实际使用过程中，由于热机效率问题，冷头的制冷量有限并随温度降低呈现急剧降低，所以利用传导冷却方式制冷大型磁体，一般都需要几个甚至几十个小时，十分不利于一些需要快速部署的场合。同时由于磁体与冷却通道存在众多接触面，每个接触面都会产生接触热阻，磁体整体的热均匀性比较难以保证，这对于传导制冷的设计制造工艺都提出了很大的挑战。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种制冷装置，该制冷装置既可在传导制冷模式下工作，也可在浸泡制冷模式下工作，还可同时在上述两种制冷模式下工作。

本发明提供一种制冷装置，其包括：一传导制冷单元和一浸泡制冷单元；所述传导制冷单元包括一制冷机、一外层密封壳体及一导冷骨架；所述浸泡制冷单元包括一内层密封壳体、一流体注入管和一流体排出管。其中，所述导冷骨架和内层密封壳体均位于所述外层密封壳体内。所述导冷骨架的一端位于所述内层密封壳体外，所述导冷骨架的另一端延伸至所述内层密封壳体内。所述流体注入管和流体排出管均贯穿所述内层密封壳体和外层密封壳体。

进一步地，所述外层密封壳体的腔壁上设置有一外腔抽气阀。所述制冷机包括一压缩机、一冷凝器、一冷风机、至少一冷头以及至少一电磁阀门等。其中，所述冷头位于所述外层密封壳体内，所述压缩机、冷凝器、冷风机和电磁阀门等位于所述外层密封壳体外。

进一步地，所述浸泡制冷单元还包括一内腔排气管、一气压表以及多个电磁阀门等。其中，所述内腔排气管贯穿所述内层密封壳体和外层密封壳体，所述气压表连接于所述内腔排气管上，所述多个电磁阀门分别位于所述流体注入管、流体排出管和内腔排气管上。

本发明还提供一种高温超导磁体制冷装置，其包括：一传导制冷单元、一浸泡制冷单元及一高温超导磁体；所述传导制冷单元包括一制冷机、一外层密封壳体及一导冷骨架，所述制冷机包括一冷头，该冷头和导冷骨架均位于所述外层密封壳体内；所述浸泡制冷单元包括一内层密封壳体、一流体注入管及一流体排出管，所述内层密封壳体位于所述外层密封壳体内，所述流体注入管和流体排出管均位于所述内层密封壳体上，并贯穿所述内层密封壳体和外层密封壳体设置；所述导冷骨架的一端位于所述内层密封壳体外且与所述冷头相连，所述导冷骨架的另一端延伸至所述内层密封壳体内；所述高温超导磁体位于所述内层密封壳体内，且与所述导冷骨架相接触。

与现有技术相比，本发明提供的制冷装置及高温超导磁体制冷装置，通过导冷骨架实现了传导制冷模式和浸泡制冷模式的整合，因此能提供多种模式的制冷，即，待冷却物体既可以工作在传导制冷模式下，也可以工作在浸泡制冷模式下，或者工作在混合制冷模式下。待冷却物体在利用传导制冷提供稳定制冷的同时，还可以利用浸泡制冷的方式实现快速制冷。另外，本发明的制冷装置还提供一种高压气体保护状态下的传导制冷模式，从而可提高待冷却物体的温度均匀性。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的制冷装置的结构示意图。

图2是本发明实施例二提供的制冷装置的结构示意图。

图3是本发明实施例三提供的高温超导磁体制冷装置的结构示意图。

图4是本发明实施例提供的制冷装置中一体式流体注入管的结构示意图。