[发明专利]一种高温超导磁体杜瓦装置

说明书

本发明公开了一种高温超导磁体杜瓦装置，包括杜瓦上法兰、杜瓦下筒体、环筒状铜冷屏、电流引线及其绝缘冷却结构、低温制冷机、导冷元件、绝热支撑杆、自动热连接隔断部件、温控系统等，铜冷屏内部通过绝热支撑杆支撑一至多个超导磁体，超导磁体和铜冷屏上板分别连接低温制冷机，杜瓦上法兰通过密封绝缘接头引入电流引线，超导磁体和铜冷屏上板之间连接有内充高压氮气的自动热连接隔断部件，电流引线从外部大气环境引入杜瓦内部连接超导磁体传输磁体工作电流，低温制冷机结合导冷元件为磁体、铜冷屏等的冷却提供低温冷量，温控系统实现磁体温度的控制。本发明杜瓦装置适用于高温超导储能磁体或其它高温超导磁体的冷却及与外部环境的绝热。

技术领域

本发明属于超导磁体技术领域，具体涉及一种用于容纳高温超导磁体，并实现磁体的绝热、冷却与控温的高温超导磁体杜瓦装置。

背景技术

高温超导磁体利用高温超导带材电流密度高、损耗低的优点，将高温超导带材绕制成线圈，组合成磁体，具有产生场强高、尺寸小、损耗低等优点，在储能、提供高场环境等方面具有较佳的应用前景。

目前高温超导磁体的冷却方式有传导冷却与液态冷媒浸泡冷却两种。其中液态冷媒浸泡冷却效果好，可以减少金属导冷部件的使用，耐压等级相对高，但液态冷媒的存在增加了冷媒泄漏及安全的风险，并需要增加常温缓冲储气罐；传导冷却则具有操作简单、无冷媒泄漏风险、无需储气罐等优点，具有广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种高温超导磁体杜瓦，实现超导磁体的传导冷却及与外部环境的良好隔热，并可进行自动控温，同时加快磁体的降温速度，简化磁体及冷屏支撑结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高温超导磁体杜瓦装置，包括密封连接的杜瓦下筒体和杜瓦上法兰以及位于杜瓦下筒体内由铜冷屏下筒体和铜冷屏上板构成的环筒状铜冷屏，环筒状铜冷屏内设置有加热器，与外部温控仪组成的温控系统，所述的环筒状铜冷屏内通过绝热支撑杆设置有超导磁体，所述的超导磁体和铜冷屏上板分别连接低温制冷机，所述的杜瓦上法兰上设置有抽空接口和航空插座，杜瓦上法兰通过密封绝缘接头引入电流引线，所述的电流引线为铜引线段和高温超导段连接而成的二元引线，所述的高温超导段与超导磁体连接，所述的超导磁体和铜冷屏上板之间连接有内充高压氮气的自动热连接隔断部件。

所述的一种高温超导磁体杜瓦装置，其铜冷屏上板与铜冷屏下筒体为可拆卸结构形式，采用螺栓连接，接触面垫铟片增强传热。降温过程中通过氮气的冷凝、凝固自动实现铜冷屏上板与磁体系统上端金属板间的热连接与隔断。

所述的一种高温超导磁体杜瓦装置，其自动热连接隔断部件由中间的不锈钢波纹管和两端的高纯无氧铜板构成。

所述的一种高温超导磁体杜瓦装置，其铜引线段为紫铜编织带或铜带，位于杜瓦上法兰内，所述的高温超导段为Bi-2223高温超导线材，位于环筒状铜冷屏内，铜引线段下端和高温超导段上端通过U型铜块和螺栓安装在铜冷屏上板上，所述的U型铜块与铜冷屏上板之间设置有上氮化铝片，传热接触界面均填充铟片或导热脂以减小接触热阻。

所述的一种高温超导磁体杜瓦装置，其高温超导段的下端一侧通过编织铜带与超导磁体上端金属板连接传递其漏热，下端另一侧通过连接线与超导磁体的引线连接，所述的编织铜带与金属板之间设置有下氮化铝片实现绝缘下的热传导，传热接触界面均填充铟片或导热脂以减小接触热阻。

所述的一种高温超导磁体杜瓦装置，其绝热支撑杆采用玻璃钢、碳纤维或钛合金，一端通过紧固件与杜瓦上法兰连接，另一端与超导磁体结构件相连，中部通过金属支撑板与铜冷屏上板连接，既实现铜冷屏上板与铜冷屏下筒体的支撑，又将绝热支撑杆常温端导入的热量传递至铜冷屏上板，减少传递给超导磁体温区的热量。

所述的一种高温超导磁体杜瓦装置，其低温制冷机为GM制冷机或脉管制冷机，采用单级制或多级制冷却环筒状铜冷屏与超导磁体。