高温超导磁悬浮装置及高温超导磁悬浮列车的制作方法

本发明涉及高温超导磁悬浮技术领域，特别涉及一种高温超导磁悬浮装置及高温超导磁悬浮列车。

背景技术：

高温超导体得益于其自身独特的超导特性，当温度低于转变温度93k时，超导体能够在无控制的情况下稳定悬浮于永磁体之上，相比于低温超导体需要液氦冷却且需要复杂的低温保温系统而言，高温超导体转变温度高于液氮温区(77k)，大大降低了技术难度，相关应用领域迅猛发展，其中，高温超导磁悬浮车就是一个重要应用领域。目前，国内外高温超导磁悬浮实验线均采用敞口型低温保持器作为固定超导体的容器，通过向其内部灌注液氮来冷却超导体。根据超导材料自身温度特性，超导体的超导特性在77k温度以下能够得到进一步提升。为此，研究人员从超导体特性与温度的关系这一角度出发，采用制冷机将超导体冷却至77k温度以下，进而研究超导体悬浮性能随温度的变化情况。研究结果显示，当温度处于63k-77k这一温度区间时，超导体的悬浮性能提升效果十分显著，下降单位温度对应悬浮性能的提升效率较高；但是当温度继续降低至63k以下后，悬浮性能的增长开始出现饱和趋势，虽然进一步降低温度仍然能够使得悬浮性能有所提升，但提升幅度较小，下降单位温度对应悬浮性能的提升效率较低。因此，从实现难度、制冷成本、效率比等多个角度综合考虑，63k是最为理想的悬浮性能提升温度下临界值。为了充分发挥高温超导体的超导特性、提升高温超导磁悬浮车的悬浮能力，满足目前工程应用中日益增长的载重需求，建议将车载超导块材的工作温度控制在63k以上且尽可能地接近63k。

目前，现有的液氮冷却方式只能提供并维持77k的温度环境；相比之下，制冷机虽然可以将超导体冷却至63k温区附近，但是受限于制冷剂自身的体积以及功率，仅仅适用于实验中冷却体积相对较小的单个超导块材，难以满足对大量车载块材的制冷及低温维持要求。所以，在利用车载超导块材过冷的途径研究层面上，目前尚未有较好的方案来实现磁悬浮系统悬浮性能的进一步提升。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明的实施例提供了一种高温超导磁悬浮装置。

为了解决上述问题，本发明实施例提供了如下的技术方案：

一种高温超导磁悬浮装置，包括：冷却装置以及高温超导块；

所述冷却装置包括低温保持器、抽真空减压器；所述低温保持器内具有封闭的收容腔，所述高温超导块固定于所述收容腔内，所述收容腔用于收纳液氮；所述抽真空减压器用于抽取所述低温保持器内的气体以降低所述低温保持器内的压力。

优选地，所述低温保持器上开设有与所述收容腔连通的进气口和出气口，所述进气口处设置有溢流阀，所述出气口与所述抽真空减压器通过波纹管连通。

优选地，所述出气口与所述波纹管之间安装有接头。

优选地，所述溢流阀的工作压力为0.12atm。

优选地，所述抽真空减压器为真空泵。

本发明还公开了一种高温超导磁悬浮列车，包括列车本体，还包括设置于所述列车本体的底部的上述的高温超导磁悬浮装置。

优选地，所述列车本体的底部设置有多对低温保持器，每对低温保持器在列车的宽度方向并排设置；所述抽真空减压器设置于每对低温保持器之间的所述列车本体上。

优选地，所述低温保持器通过连接板固定在列车本体的底部。

与现有技术相比，本发明的高温超导磁悬浮装置及高温超导磁悬浮列车具备的有益效果是：本发明通过抽空减压的方式来使得液氮进入过冷状态(77k以下温度)，从而代替制冷机来实现对高温超导块的过冷目的，提升悬浮系统的悬浮性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的高温超导磁悬浮装置的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为本发明实施例提供的高温超导磁悬浮装置安装于列车的状态示意图。

图中：

1-高温超导块；2-低温保持器；3-进气口；4-溢流阀；5-连接板；6-出气口；7-接头；8-波纹管；9-抽真空减压器；10-列车本体。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明的具体实施例进行详细的说明，但不作为本发明的限定。

如图1至3所示，本发明的实施例提供了一种高温超导磁悬浮装置，该高温超导磁悬浮装置用于装设在列车上以形成磁悬浮列车，该高温超导磁悬浮装包括：冷却装置以及高温超导块1。冷却装置包括低温保持器2、抽真空减压器9；低温保持器2内具有封闭的收容腔，高温超导块1固定于收容腔内，收容腔用于收纳液氮；抽真空减压器9用于抽取低温保持器2内的气体以降低低温保持器2内的压力。具体地，低温保持器2上开设有与收容腔连通的进气口3和出气口6，进气口3处设置有溢流阀4，出气口6与抽真空减压器9通过波纹管8连通。出气口6与波纹管8之间安装有接头7。溢流阀4的工作压力为0.12atm。抽真空减压器9为真空泵。

上述的高温超导磁悬浮装置的使用步骤为：首先，在常压环境下，通过进气口3向低温保持器2内充液氮，液氮对低温冷却器内的高温超导块1进行冷却；待温度冷却至77k后，开启抽真空减压器9对低温保持器2进行抽空减压，使其内部气压维持于一定负压状态，液氮随着气压的降低进入过冷状态，从而实现高温超导块1的过冷目的。

本发明根据液氮温度与外界气压的关系，通过抽空减压的方式来使得液氮进入过冷状态(77k以下温度)，从而代替制冷机来实现对高温超导块1的过冷目的，提升悬浮系统的悬浮性能。本发明的冷却装置采用抽真空的方式冷却较易实现并维持悬浮装置内部的负压状态，具有实施难度小、能耗低等优点。本发明增设了溢流阀4，用以控制低温保持器2内部的气压稳定值。由于气压降低至0.12atm时(液氮温度变为63k左右)，液氮会大面积固化为固态氮；而固态氮呈雪花状，质地较松，气隙较大，流动性较差，会导致高温超导块1的温度分布不均，或将会导致高温超导块1局部失超，危害磁悬浮车的运行。所以，增设溢流阀4并将阈值设定在0.12atm以上附近，一方面能够保证低温保持器2内部稳定维持于这一气压状态，保证高温超导块1的温度接近悬浮力饱和温度，另一方面又可以避免气压过度下降而引起的液氮固化，保证行车安全。

本发明在不改变轨道结构以及高温超导块1的数量的基础上，通过抽真空减压器9对低温保持器2内部进行抽空减压以达到液氮过冷的目的，从而使高温超导块1在过冷状态下发挥出更好的超导性能，提升悬浮系统的性能。从实用角度考虑，本发明具有实用性较强、结构简单、实施难度小、悬浮性能提升效率高等优点；从成本角度考虑，既没有增加超导体-轨道这一基本悬浮单元的成本，也没有增加超导体制冷方面的成本，而抽真空减压器9和溢流阀4等作为技术十分成熟的装置，成本也较低。所以，本发明的超导磁悬浮装置是提升列车悬浮性能的理想选择，是解决实际应用中大载重要求的有效方案。

如图2和图3所示，本发明还公开了一种高温超导磁悬浮列车，包括列车本体10，还包括设置于列车本体10的底部的上述的高温超导磁悬浮装置优选地，列车本体10的底部设置有多对低温保持器2，每对低温保持器2在列车的宽度方向并排设置；抽真空减压器9设置于每对低温保持器2之间的列车本体10上。优选地，低温保持器2通过连接板5固定在列车本体10的底部。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。