超导磁体二级冷却装置的制作方法

本实用新型涉及一种既能够使超导线圈从室温降到所需的超导磁体所需的低温环境，又不会在液氦容器内和超导线圈装置内产生其他气体形成的固态粒的超导磁体二级冷却装置，属超导磁体冷却装置制造领域。

背景技术：

超导磁体目前已被广泛用于磁共振设备及其他需要稳定，高磁场强度领域中。由超导材料制成的线圈当通过大电流产生强大磁场，并通过超导材料特性的电流闭环技术手段，当外加电流逐渐移除后，超导线圈维持其运行电流并持久保持不变，因而超导磁体产生的磁场非常稳定。

为了能使超导磁体无电阻工作，磁共振设备必须给超导磁体提供超低温条件，超导材料只有在环境温度低于材料的临界温度条件下，才能展示其无电阻特性。一般低温容器通过专业设计，使超导磁体和低温容器维持在所需的低温环境。超导磁体首先必须从室温逐渐冷却到低温，通常的冷却方法包括：(a)使用低温液体直接注入到低温容器直接冷却，例如使用液氦注入到超导磁体的液氦容器，但此种方式需要大量的液氦，成本高；(b)先使用其他比较经济的低温液体直接注入到低温容器使磁体及低温容器冷却(预冷)到过渡温度，然后利用压力把预冷低温液体排出。最后用低温液体注入到超导磁体的液氦容器来达到最后温度。

图3是现有技术的超导磁体冷却装置的示意图。该冷却装置包括输液管，输液管的一端固定到容器顶部用于低温液体的输入，另一端固定到容器底部，从而实现提供低温液体从容器外向容器内输入。冷却过程有两种方法，直接冷却和二级冷却。直接冷却通常使用液氦直接从容器顶部注入，底部泄出，由于从室温到超导磁体所需温度的温差太大，需要大量的液氦才能使得超导磁体冷却到预定的低温，，而每升液氦单价为100多元，灌满液氦容器需要大量的液氦，经济上极不合理；二级冷却方法是采用比较经济的低温液体，如液氮，使得超导磁体装置从室温冷却到低温过渡温度，如使用低温液氮液体预冷到零下200℃(-77K)，然后使用加压氮气或氦气把液氮从容器内驱赶到容器顶部释放，再从容器顶部使用液氦灌注到超导磁体底部冷却超导磁体到预定磁体工作温度-270℃(4K)，这种方法虽然可以节省昂贵的氦资源，但是由于使用液氮预冷，不可避免在液氦容器内残留剩余其他气体存在，当超导磁体冷却到更低温度时，在液氦容器内及超导磁体线圈内部形成其他气体的固态体，如形成氮固体粒，该氮固态粒对超导线圈的性能产生不利影响。因此，提供经济而有效的超导线圈从室温到超低温冷却装置及方法是超导磁体重要组成部分，是必要的。

技术实现要素：

设计目的：避免背景技术中的不足之处，设计一种采用液氮与液氦分步冷却相结合，既能够使超导线圈从室温降到所需的超低温状态，又不会在液氦容器内和超导线圈内产生氮砂粒的超导磁体二级冷却装置及二级冷却方法。

设计方案：为了实现上述设计目的。本实用新型在现有超导磁体冷却装置的基础上：1、在超导磁体冷却装置中的液氦容器内设置一组或多组冷却管路的设计，是本实用新型的技术特征之一。这样设计的目的在于：由于本申请设置在液氦容器内的一组或多组冷却管路与位于液氦容器内的超导磁体表面，以及与超导磁体匹配的线圈骨架表面，或超导磁体筒的法兰内表面接触，并且一组或多组冷却管路上设有与液氦容器相通的三通控制阀，其三通控制阀的出口与液氦容器腔相通；预冷时，将液氮注入到一组或多组冷却管路中且通过一组或多组冷却管路的管壁对超导磁体表面、以及与超导磁体匹配的线圈骨架表面或超导磁体筒的法兰进行深冷，当深冷至所设计的温度时，采用流体加压的方式将位于一组或多组冷却管路内的液氮排空，此时再将液氦通过一组或多组冷却管路注入，经一组或多组冷却管路上的三通控制阀出口进入液氦容器，使位于液氦容器内的超导磁体冷却到预定磁体工作温度-270℃(4K)即可。2、冷却管路上加热器的设置，是本实用新型的技术特征之二。这样设计的目的在于：由于预冷时，冷却管路内采用的是液氮，预冷过程完成后，虽然对冷却管路进行了加压排空，但是为了防止在冷却管路壁上可能残留微乎其微的液氮微珠，因而采用对冷却管路加热的方式，使残留在冷却管路壁上的微乎其微的液氮通过加热的方式蒸发，进而彻底加压排出，确保冷却管路内不会残留任何形式的液氮。3、三通控制阀门上加热器的设置，是本实用新型的技术特征之三。这样设计的目的在于：由于预冷时，三通控制阀门内通过的是液氮，预冷过程完成后，虽然对三通控制阀门进行了加压排空，但是为了防止在三通控制阀门内壁上可能残留微乎其微的液氮微珠，因而采用对三通控制阀门加热的方式，使残留在三通控制阀门壁上的微乎其微的液氮通过加热的方式蒸发，进而彻底加压排出，确保三通控制阀门内不会残留任何形式的液氮。

技术方案：一种超导磁体二级冷却装置，包括超导磁体冷却装置，所述超导磁体冷却装置中的液氦容器内设有冷却管路，冷却管路进口和出口分别为冷却液的进出口，冷却管路中串有三通控制阀且三通控制阀出口与液氦容器相通。

本实用新型与背景技术相比，一是从根本上解决了背景技术存在的液氦容器内残留剩余氮气存在而导致的当超导磁体冷却到更低温度时，在液氦容器内及超导磁体线圈内部残留液氮变成残留固体氮砂粒的情形，实现了无液氮残留的目的，确保超导线圈的性能不受影响；二是与全液氦冷却相比，每台超导磁体冷却装置节约费用比背景技术高达70％以上，取得了意想不到的经济效益和社会效益元。

附图说明

图1是超导磁体二级冷却装置的结构示意图。

图2是现有技术的超导磁体冷却装置的示意图。

图3是背景技术的结构示意图，其中1主线圈，2屏蔽线圈，3线圈骨架，5磁场校正系统，6抗干扰线圈，7主开关，8保护开关，10失超保护系统，11液氦容器，12冷屏，13真空层，14悬挂系统，15电流引线，17测量，18冷头液化。

具体实施方式

实施例1：参照附图1和2。一种超导磁体二级冷却装置，包括超导磁体冷却装置1，超导冷却装置1制作系现有技术，在此不作叙述。本实用新型在所述超导磁体冷却装置1的基础上，在超导磁体冷却装置中的液氦容器3内设有冷却管路2，冷却管路2进口21和出口22分别为冷却液的进出口，冷却管路2中串有三通控制阀23且三通控制阀23出口与液氦容器3腔相通。

所述冷却管路2为一组可多组，无论是一组还是多组，其冷却管路2与位于液氦容器3内的超导磁体的线圈表面相触，冷却管路2上设有加热器。

所述冷却管路2与位于液氦容器3内的超导磁体的线圈和线圈骨架表面相触，冷却管路2上设有加热器。

所述冷却管路2与位于液氦容器3内的超导磁体筒的法兰内表面接触，或法兰内有冷却管路2，冷却管路2上设有加热器。

所述冷却管路2与低温容器的内表面相触，冷却管路2上设有加热器。

所述三通控制阀23出口与三通24连通，该三通24的作用是将流出三通控制阀23的液氦分成两路。所述冷却管路2进口21和出口22分别配有堵头，当冷却管路2的进口21和出口22完成液氦注入量后采用堵头密封。三通控制阀门上有控制阀门的加热器，该加热器可以是气加热或电热，具体的结构构成系现有技术，在此不作叙述。

实施例2：在实施例1的基础上，一种超导磁体二级冷却装置的冷却方法，1)液氮通过在位于液氦容器3内的冷却管路2制冷，使液氦阀容器3内的超导磁体从室温冷却到零下200℃(-77K)；2)使用加压流体方式把液氮从冷却管路2内驱赶到容器顶部释放；3)将串接在冷却管路2中三通控制阀23打开，由于三通控制阀23出口与液氦容器3，此时把液氦注入冷却管路2由于串接在冷却管路上的三通控制23出液口进入液氦容器3内，液氦把超导磁体冷却到预定磁体工作温度-270℃(4K)。位于冷却管路之间的控制阀门可以控制管路气体液体的走向。

需要理解到的是：虽然上述已经结合附图描述了本实用新型的具体实施例，但是本领域技术人员可以理解在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对本实用新型作出各种改变、变形和等效替代。因此，要认识到，这些改变、修改和等效替代都意为落入随附的权利要求所限定的精神和范围之内。