一種超導(dǎo)磁體多分支傳導(dǎo)冷卻結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種冷卻結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種超導(dǎo)磁體多分支傳導(dǎo)冷卻結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]處于超導(dǎo)狀態(tài)的導(dǎo)體稱為“超導(dǎo)體”。眾所周知，具有應(yīng)用價(jià)值的超導(dǎo)體一般都是一些合金類材料，這些合金材料在極低的溫度下才能呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)。然而低溫并不太容易獲得，需要一定的成本和代價(jià)。雖然如Bi2223和REBCO等HTS材料可以在較低成本的液氮溫度下獲得超導(dǎo)態(tài)，但是由于這些材料呈脆性，難以制成具有相當(dāng)長(zhǎng)度的超導(dǎo)線材，而且價(jià)格非常昂貴，限制了其推廣應(yīng)用。當(dāng)前，能夠滿足大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的超導(dǎo)線材仍然是一些LTS材料如NdT1、Sn3Nd等，這些材料一般需要液氦作為冷卻劑以維持其超導(dǎo)態(tài)?？墒呛庾鳛橐环N分離自石油氣中的稀有氣體，其資源量十分有限，而且價(jià)格也十分昂貴。另外近年來(lái)一些用于小型超導(dǎo)磁體的HTS帶材也越來(lái)越獲得人們的重視。使用這些材料的線材制造的超導(dǎo)磁體，越來(lái)越傾向于減少冷卻劑的使用。G-M制冷機(jī)的廣泛應(yīng)用為這一需求提供了機(jī)會(huì)，它通過(guò)壓縮空氣致冷將冷量不斷輸入磁體內(nèi)部給低溫保持器內(nèi)部降溫，從而減少甚至取消了對(duì)冷卻劑(液氦、液氮)的需求。一些中小型超導(dǎo)磁體已經(jīng)使用G-M致冷機(jī)與冷卻劑結(jié)合的致冷方式，或者只使用G-M致冷機(jī)傳導(dǎo)致冷的無(wú)冷卻劑冷卻方式。這種方式無(wú)需頻繁的灌注、抽取冷卻劑，操作簡(jiǎn)便，而且可以反復(fù)使用不受液氦限制，更重要的是，它只消耗一些電能，相比之下，成本大大降低。但是由于G-M致冷機(jī)的制冷效率較低，一般只在千分之幾，無(wú)冷卻劑致冷的話通常需要較長(zhǎng)的時(shí)間，尤其是如果內(nèi)部布局不合理、熱接觸不穩(wěn)定、熱阻滯較大，會(huì)導(dǎo)致冷量分布不均衡，結(jié)果可能無(wú)法冷卻到預(yù)定的溫度，或者使磁體的某些部位無(wú)法在預(yù)期的、合理的時(shí)間內(nèi)達(dá)到超導(dǎo)態(tài)。而對(duì)于超導(dǎo)線圈來(lái)說(shuō)，任何一點(diǎn)如果沒(méi)有達(dá)到超導(dǎo)態(tài)，整個(gè)線圈都無(wú)法通過(guò)較高的電流，不能稱為超導(dǎo)線圈，冷卻過(guò)程也就失敗了。因此如何高效利用致冷機(jī)寶貴的冷量，使磁體可靠、均勻、快速的達(dá)到低溫超導(dǎo)狀態(tài)便成為人們關(guān)注的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在提供一種超導(dǎo)磁體多分支傳導(dǎo)冷卻結(jié)構(gòu)，能夠可靠、均勻、快速的對(duì)超導(dǎo)磁體各部分進(jìn)行傳導(dǎo)冷卻。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明公開(kāi)的超導(dǎo)磁體多分支傳導(dǎo)冷卻結(jié)構(gòu)，包括冷頭、磁體骨架，所述磁體骨架上設(shè)有骨架法蘭，磁體骨架至少有兩個(gè)繞線槽，所述繞線槽中盤繞有磁體線圈、所述磁體線圈與磁體骨架之間有骨架絕緣層、磁體線圈外層表面束縛設(shè)有線圈抱箍，所述線圈抱箍與磁體線圈之間設(shè)有線圈絕緣層，所述磁體線圈包括超導(dǎo)線圈，所述超導(dǎo)線圈包括超導(dǎo)線和匝間絕緣；還包括冷屏和與冷屏連接的骨架軸向支撐和骨架徑向支撐，所述骨架軸向支撐和骨架徑向支撐連接骨架法蘭，還包括分別與骨架軸向支撐、骨架徑向支撐、磁體抱箍、骨架法蘭連接的軸向支撐冷卻分支、徑向支撐冷卻分支、線圈抱箍冷卻分支、骨架法蘭冷卻分支，所述軸向支撐冷卻分支、徑向支撐冷卻分支、線圈抱箍冷卻分支、骨架法蘭冷卻分支通過(guò)互聯(lián)冷卻分支相互連通并均連接冷頭，所述冷屏包圍磁體骨架、軸向支撐冷卻分支、徑向支撐冷卻分支、線圈抱箍冷卻分支、骨架法蘭冷卻分支、互聯(lián)冷卻分支。通過(guò)與骨架法蘭連接的軸向支撐冷卻分支、徑向支撐冷卻分支、骨架法蘭冷卻分支，及束縛超導(dǎo)線圈的線圈抱箍冷卻分支，將冷頭產(chǎn)生的冷量通過(guò)多個(gè)路徑不斷地送至骨架軸向支撐、骨架徑向支撐、磁體骨架、線圈抱箍乃至磁體線圈。
[0006]進(jìn)一步的，所述冷頭有至少兩個(gè)，并排布置，所述軸向支撐冷卻分支、徑向支撐冷卻分支、線圈抱箍冷卻分支、骨架法蘭冷卻分支，所述軸向支撐冷卻分支、徑向支撐冷卻分支、線圈抱箍冷卻分支、骨架法蘭冷卻分支均至少有兩個(gè)，對(duì)稱布置。
[0007]優(yōu)選的，構(gòu)成所述骨架絕緣層的為高導(dǎo)熱率、高絕緣性能、低摩擦性的復(fù)合材料薄膜；線圈絕緣層由纖維布混合導(dǎo)熱性樹(shù)脂在磁體線圈上纏繞后固化形成。
[0008]優(yōu)選的，所述磁體線圈為超導(dǎo)線圈，所述匝間絕緣為包含金屬填料的樹(shù)脂固化物。
[0009]優(yōu)選的，所述線圈抱箍的材料為高導(dǎo)熱率金屬或合金。
[0010]優(yōu)選的，所述線圈抱箍的材料為高純銅材或銅基合金。
[0011]優(yōu)選的，所述磁體骨架的材料為無(wú)磁性金屬或合金。
[0012]優(yōu)選的，所述磁體骨架的材料為高純銅或銅合金。
[0013]優(yōu)選的，所述磁體骨架的材料為不銹鋼或鋁合金。
[0014]優(yōu)選的，所述軸向支撐冷卻分支、徑向支撐冷卻分支、線圈抱箍冷卻分支、骨架法蘭冷卻分支、互聯(lián)冷卻分支均為銅或銅基合金材質(zhì)的板材，線纜或柔性帶。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:整個(gè)結(jié)構(gòu)通過(guò)多分支傳導(dǎo)冷卻，形成冷頭與骨架、線圈的多點(diǎn)、多面可靠接觸，及對(duì)稱、互聯(lián)相通，多路徑高效利用冷頭的冷量，并通過(guò)軸向支撐冷卻分支、徑向支撐冷卻分支阻斷冷屏向骨架的熱量傳導(dǎo)，使整個(gè)結(jié)構(gòu)在任何工況下都更加可靠、更加均勻的冷卻，從而在更短的時(shí)間內(nèi)使線圈各個(gè)位置達(dá)到均衡的超導(dǎo)狀態(tài)。除此之外，線圈和其他部件之間、線圈內(nèi)部超導(dǎo)線之間也具有較好的絕緣性、穩(wěn)定性和整體性。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為超導(dǎo)線圈的橫截面示意圖；
[0018]圖中:1-冷頭、2-磁體骨架、3-磁體線圈、4-骨架絕緣層、5-線圈絕緣層、6-線圈抱箍、7-骨架軸向支撐、8-骨架徑向支撐、9-軸向支撐冷卻分支、10-徑向支撐冷卻分支、11-線圈抱箍冷卻分支、12-骨架法蘭冷卻分支、13-互聯(lián)分支、14-超導(dǎo)線、15-導(dǎo)線匝間絕緣、16-冷屏。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0020]如圖1、圖2所示，本發(fā)明公開(kāi)的超導(dǎo)磁體多分支傳導(dǎo)冷卻結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)或數(shù)個(gè)冷頭1，冷頭I可選用4K冷頭，具有不少于2個(gè)繞線槽的磁體骨架2，盤繞于骨架繞線槽的磁體線圈3，磁體骨架2與磁體線圈3之間的骨架絕緣層4，束縛于線圈外表面的線圈抱箍6，和磁體線圈3與線圈抱箍6之間的線圈絕緣層5，其中的超導(dǎo)線圈3由超導(dǎo)線14和膽間絕緣15組成；其次包括冷屏16和與冷屏16、磁體骨架2連接的骨架軸向支撐7和骨架徑向支撐8，另外還包括與骨架軸向支撐7、骨架徑向支撐8、磁體抱箍6、骨架2法蘭連接的軸向支撐冷卻分支9、徑向支撐冷卻分支10、線圈抱箍冷卻分支11、骨架法蘭冷卻分支12，這些分支之間又通過(guò)互聯(lián)分支13相互連通。
[0021]該超導(dǎo)磁體的傳導(dǎo)冷卻結(jié)構(gòu)