專利名稱：制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)磁體機(jī)械式熱開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型提出了一種制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)磁體機(jī)械式熱開關(guān)，該熱開關(guān)可用于低溫超導(dǎo)磁體和高溫超導(dǎo)磁體的快速有效冷卻。
背景技術(shù)：
制冷機(jī)直接冷卻的超導(dǎo)磁體即采用無冷卻劑的冷卻磁體的方式。其與傳統(tǒng)的低溫浸泡冷卻的超導(dǎo)磁體相比具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行方便和安全性好的有點(diǎn)。已經(jīng)成為超導(dǎo)磁體技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向，為超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用開辟了一個(gè)新的時(shí)代。根據(jù)用途不同，分為制冷機(jī)直接冷卻的低溫超導(dǎo)磁體和高溫超導(dǎo)磁體。圖一為制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)磁體系統(tǒng)。由于低溫制冷機(jī)功率較低，而制冷機(jī)直接冷卻的超導(dǎo)磁體與制冷機(jī)的二級(jí)冷頭相連，當(dāng)磁體冷質(zhì)量較大時(shí)，磁體冷卻的時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)。為充分利用效率相對(duì)較高的一級(jí)冷頭的冷量，可用熱開關(guān)將一級(jí)冷頭與磁體相連，縮短磁體的冷卻時(shí)間。當(dāng)磁體冷卻到一定溫度時(shí)，切斷熱開關(guān)，磁體再由制冷機(jī)的二級(jí)冷卻，達(dá)到超導(dǎo)溫度。作為一級(jí)冷頭和磁體之間熱開關(guān)應(yīng)該具備高的傳熱效率和高的可靠性。氣隙式熱開關(guān)如美國(guó)專利4366680系統(tǒng)復(fù)雜， 熱容和開關(guān)比小，導(dǎo)致傳熱功率低，熱開關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，漏熱增大。中國(guó)專利(公開號(hào) 1991287)公開的熱開關(guān)，利用汽液相變來實(shí)現(xiàn)開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，導(dǎo)通能力強(qiáng)，開關(guān)比大， 無需外界控制等優(yōu)點(diǎn)，但開關(guān)的薄壁圓筒外殼始終連接著制冷機(jī)的一級(jí)和二級(jí)，導(dǎo)致二級(jí)非常有限的冷量向一級(jí)傳遞，降低了制冷機(jī)二級(jí)的效率。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型主要目的在于提供一種制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)磁體機(jī)械式熱開關(guān)，能有效降低了制冷機(jī)二級(jí)的熱負(fù)載，有效克服了現(xiàn)有技術(shù)熱開關(guān)始終連接制冷機(jī)的一二級(jí)的缺陷。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)磁體機(jī)械式熱開關(guān)，包括波紋管上法蘭波紋管、玻璃鋼桿、插拔式電接頭、固定電接頭和超導(dǎo)磁體，所述玻璃鋼桿上端通過波紋管上法蘭連接波紋管，玻璃鋼桿下端設(shè)有插拔式電接頭，插拔式電接頭下方為固定電接頭，固定電接頭設(shè)置在超導(dǎo)磁體上，插拔式電接頭與制冷機(jī)一級(jí)冷頭連接，制冷機(jī)二級(jí)冷頭與固定電接頭連接。所述插拔式電接頭通過制冷機(jī)一級(jí)冷頭柔性熱連接線連接制冷機(jī)一級(jí)冷頭。所述固定電接頭通過制冷機(jī)二級(jí)冷頭柔性熱連接線連接制冷機(jī)二級(jí)冷頭。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型的制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)磁體機(jī)械式熱開關(guān)使磁體降溫過程中充分利用了制冷機(jī)一級(jí)冷頭的大冷量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便可靠，導(dǎo)通能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。開關(guān)斷開時(shí)， 制冷機(jī)一二級(jí)之間無額外的熱導(dǎo)通，確保了制冷機(jī)二級(jí)冷量的有效利用。


3[0011]圖1是制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的機(jī)械式熱開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為制冷機(jī)一級(jí)冷頭、2為制冷機(jī)二級(jí)冷頭、3為波紋管上法蘭、4為波紋管、 5為玻璃鋼桿、6為插拔式電接頭、7為固定電接頭、8為超導(dǎo)磁體、9為制冷機(jī)一級(jí)冷頭柔性熱連接線、10為制冷機(jī)二級(jí)冷頭柔性熱連接線、11為高溫超導(dǎo)電流引線、12為傳導(dǎo)板、13為銅導(dǎo)線、14為室溫孔徑、15為支撐結(jié)構(gòu)、16為超導(dǎo)線圈、17為輻射屏、18為真空容器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述如圖1，制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)磁體系統(tǒng)包括制冷機(jī)一級(jí)冷頭1、制冷機(jī)二級(jí)冷頭2、 高溫超導(dǎo)電流引線11、傳導(dǎo)板12、銅導(dǎo)線13、室溫孔徑14、支撐結(jié)構(gòu)15、超導(dǎo)線圈16、輻射屏17和真空容器18。本實(shí)用新型的制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)磁體機(jī)械式熱開關(guān)可應(yīng)用于上述制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)磁體系統(tǒng)。如圖2，一種制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)磁體機(jī)械式熱開關(guān)，包括波紋管上法蘭3波紋管 4、玻璃鋼桿5、插拔式電接頭6、固定電接頭7和超導(dǎo)磁體8，所述玻璃鋼桿5上端通過波紋管上法蘭3連接波紋管4，玻璃鋼桿5下端設(shè)有插拔式電接頭6，插拔式電接頭6下方為固定電接頭7，固定電接頭7設(shè)置在超導(dǎo)磁體8上，插拔式電接頭6與制冷機(jī)一級(jí)冷頭1連接， 制冷機(jī)二級(jí)冷頭2與固定電接頭7連接。插拔式電接頭6通過制冷機(jī)一級(jí)冷頭柔性熱連接線9連接制冷機(jī)一級(jí)冷頭1。固定電接頭7通過制冷機(jī)二級(jí)冷頭柔性熱連接線10連接制冷機(jī)二級(jí)冷頭2。本實(shí)用新型是導(dǎo)熱導(dǎo)電性能良好的插拔式電接頭6的一端通過一定截面積高熱導(dǎo)率的制冷機(jī)一級(jí)冷頭柔性熱連接線9與制冷機(jī)一級(jí)冷頭1相連，固定電接頭7也是通過一定截面積高熱導(dǎo)率的制冷機(jī)二級(jí)冷頭柔性熱連接線10與制冷機(jī)二級(jí)冷頭2相連。連接在制冷機(jī)一級(jí)冷頭1上的插拔式電接頭6通過低熱導(dǎo)率的玻璃鋼桿5與波紋管上法蘭3相連。波紋管4、波紋管上法蘭3與真空容器共同構(gòu)成超導(dǎo)磁體的真空腔體。在磁體降溫的過程中，如從300K到50K，通過壓縮波紋管4使玻璃鋼桿5及其上的插拔式電接頭6向下移動(dòng)，上面的插拔式電接頭6插入下面的固定電接頭7，制冷機(jī)一級(jí)冷頭1的冷量通過制冷機(jī)一級(jí)冷頭柔性熱連接線9、插拔式電接頭6導(dǎo)入超導(dǎo)磁體8中從而冷卻超導(dǎo)磁體8。當(dāng)超導(dǎo)磁體8冷卻到一定溫度以下，如50K，其比熱會(huì)比300K時(shí)減小很多。此時(shí)通過移動(dòng)玻璃鋼桿 5而斷開插拔式電接頭6，超導(dǎo)磁體8由制冷機(jī)二級(jí)冷頭柔性熱連接線10繼續(xù)冷卻到超導(dǎo)溫度。上面所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本實(shí)用新型的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)構(gòu)思前提下，本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求1.一種制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)磁體機(jī)械式熱開關(guān)，其特征是包括波紋管上法蘭(3)波紋管(4)、玻璃鋼桿(5)、插拔式電接頭(6)、固定電接頭(7)和超導(dǎo)磁體(8)，所述玻璃鋼桿 (5 )上端通過波紋管上法蘭(3 )連接波紋管(4 )，玻璃鋼桿(5 )下端設(shè)有插拔式電接頭(6 )， 插拔式電接頭(6)下方為固定電接頭(7)，固定電接頭(7)設(shè)置在超導(dǎo)磁體(8)上，插拔式電接頭(6 )與制冷機(jī)一級(jí)冷頭(1)連接，制冷機(jī)二級(jí)冷頭(2 )與固定電接頭(7 )連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)磁體機(jī)械式熱開關(guān)，其特征在于所述插拔式電接頭(6 )通過制冷機(jī)一級(jí)冷頭柔性熱連接線(9 )連接制冷機(jī)一級(jí)冷頭(1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)磁體機(jī)械式熱開關(guān)，其特征在于所述固定電接頭(7)通過制冷機(jī)二級(jí)冷頭柔性熱連接線(10)連接制冷機(jī)二級(jí)冷頭(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)磁體機(jī)械式熱開關(guān)，其特征在于所述波紋管(4)、波紋管上法蘭(3)與超導(dǎo)磁體的真空容器共同構(gòu)成超導(dǎo)磁體的真空腔體。
專利摘要一種制冷機(jī)直接冷卻超導(dǎo)磁體機(jī)械式熱開關(guān)，包括波紋管上法蘭(3)波紋管(4)、玻璃鋼桿(5)、插拔式電接頭(6)、固定電接頭(7)和超導(dǎo)磁體(8)，所述玻璃鋼桿(5)上端通過波紋管上法蘭(3)連接波紋管(4)，玻璃鋼桿(5)下端設(shè)有插拔式電接頭(6)，插拔式電接頭(6)下方為固定電接頭(7)，固定電接頭(7)設(shè)置在超導(dǎo)磁體(8)上，插拔式電接頭(6)與制冷機(jī)一級(jí)冷頭(1)連接，制冷機(jī)二級(jí)冷頭(2)與固定電接頭(7)連接。本實(shí)用新型使磁體降溫過程中充分利用了制冷機(jī)一級(jí)冷頭的大冷量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便可靠，導(dǎo)通能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。開關(guān)斷開時(shí)，制冷機(jī)一二級(jí)之間無額外的熱導(dǎo)通，確保了制冷機(jī)二級(jí)冷量的有效利用。
文檔編號(hào)H01F6/04GK202259011SQ201120297030
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者湯洪明 申請(qǐng)人:南京豐盛超導(dǎo)技術(shù)有限公司