[发明专利]一种提供液氦迫流冷却工质的装置

说明书

本发明公开了一种提供液氦迫流冷却工质的装置，包括热负载液氦槽系统、循环泵液氦槽系统、过冷氦液氦槽系统、装置工艺管路和冷箱。所述热负载液氦槽系统消纳吸收低温用户的热负荷；所述循环泵液氦槽系统消纳吸收循环泵的热负荷；所述过冷氦液氦槽系统消纳吸收过冷氦的热负荷；所述装置工艺管路及冷箱实现低温用户预冷过程、液氦槽预冷和储液过程、旋转机械预冷和启动过程，并为低温用户提供液氦迫流冷却工质以实现低温用户运行。本发明公开的一种提供液氦迫流冷却工质的装置，通过优化液氦迫流冷却循环方式，利用能级梯度分级管理低温热负荷，能够有效降低液氦迫流冷却装置的热负荷，从而减少氦低温系统投资规模和运行成本。

技术领域

本发明涉及低温与超导工程技术领域，尤其涉及超导磁体低温冷却领域的一种提供液氦迫流冷却工质的装置。

背景技术

氦是自然界中最难液化的气体，具有极低的临界温度，标准大气压下沸点为4.2K。氦化学性质稳定，具有高比热、高热导率、低密度等优点，是极好的低温制冷剂，被广泛应用在核聚变装置、粒子加速器装置、高端医疗装备以及基础研究等方面。

超导磁体采用液氦迫流冷却方式比液氦浸泡冷却方式具有多种优越性，不仅能够减少液氦使用量、降低磁体失超引起的过压危险，而且能够增加超导磁体冷却面积使系统更加紧凑、降低建造费用等。此外，采用减压技术将液氦工质降温至4.2K以下，能够进一步提高超导磁体的温度裕度、磁场强度和运行稳定性。因而，采用液氦迫流冷却大型超导磁体的方式在国家大科学工程上得到了广泛的应用。

为了实现超导磁体的迫流冷却，需要设计建设能够一种提供液氦迫流冷却工质的装置，其设备包括但不仅限于换热器、液氦槽、循环泵、冷压缩机、调节阀、工艺管路等。该提供液氦迫流冷却工质装置应对的热负荷不但包括超导磁体等低温用户产生的热负荷，而且包括装置本身的循环泵、冷压缩机等旋转机械产生的热负荷。现有的提供液氦冷却工质装置能够实现超导磁体的迫流冷却，但用户热负荷的消纳吸收方式及装置自身热负荷增加了氦低温系统建设成本和运行成本。

发明内容

有鉴于此，本发明目的是针对液氦迫流冷却热负荷问题，通过优化液氦迫流冷却循环方式，提出一种提供液氦迫流冷却工质的装置，通过能级梯度管理低温热负荷来降低液氦迫流冷却热负荷，减少低温系统投资规模和运行成本。

为达到上述目的，本发明的一种提供液氦迫流冷却工质的装置，包括热负载液氦槽系统、循环泵液氦槽系统、过冷氦液氦槽系统及冷箱。所述热负载液氦槽系统、循环泵液氦槽系统和过冷氦液氦槽系统均位于冷箱内。

进一步地，所述热负载液氦槽系统将低温用户返回的氦冷却工质降温至正压液氦温度，实现消纳吸收低温用户热负荷的功能；所述循环泵液氦槽系统将循环泵增压升温后的氦冷却工质降温至正压液氦温度，实现消纳吸收循环泵热负荷的功能；所述过冷氦液氦槽系统将正压液氦温度的氦冷却工质降温至负压液氦温度，实现消纳吸收过冷氦热负荷的功能。

进一步地，所述热负载液氦槽系统包括热负载液氦槽，循环泵液氦槽系统包括循环泵液氦槽，过冷氦液氦槽系统包括过冷氦液氦槽；低温氦工质供应管路分别与热负载液氦槽、循环泵液氦槽和过冷氦液氦槽的入口管路连接；过冷氦液氦槽的出口连接至冷压缩机入口；低温氦工质返回管路分别与热负载液氦槽、循环泵液氦槽和冷压缩机出口管路连接；低温用户氦冷却工质供应管路与过冷氦液氦槽系统出口管路连接；低温用户氦冷却工质返回管路与热负载液氦槽系统入口管路连接。

本发明中，低温用户包括但不限定于超导磁体线圈、超导磁体线圈盒、低温泵。

进一步地，所述热负载液氦槽系统实现将低温用户返回的氦冷却工质降温至正压液氦温度的功能。所述热负载液氦槽系统输入管路与低温用户输出管路连接，并设有控制氦冷却工质的调节阀。所述热负载液氦槽系统设有液氦槽、调节阀、换热器、温度计、压力计和液位计。