一种用于高温超导磁体的制冷系统的制作方法

本发明涉及超导应用制冷，特别是涉及一种用于高温超导磁体的制冷系统。

背景技术：

1、随着超导技术的发展，超导磁体在科研和工业中的应用越来越广泛。目前，在大型的应用场合如高能加速器、高能粒子探测器、核聚变装置等，超导磁体的应用已较为普遍，而且某些场合超导磁体几乎是唯一的选择。而在一些中小应用场合，超导磁体也有相当的发展前景，超导磁拉单晶生长炉、超导磁体分离装置、超导核磁成像装置等方面都有很大的发展。然而超导的实现离不开制冷技术的应用，它为超导应用提供最基本的运行条件，是超导应用系统整体的一个重要而不可分割的部分。

2、一个稳定的低温制冷系统对超导磁体来说是及其重要的，常见的低温制冷系统包括冷头、压缩机和冷水机组组成，选用液氮作为制冷介质对高温超导磁体进行冷却，常见的液氮直接浸泡方式冷却超导磁体，方法直接简单。但是液氮不断的蒸发消耗，因此需要定期补充液氮，操作程序繁琐，而且对制冷介质的使用效率较低，对制冷系统的监测工作不细致，造成制冷系统相关设备不能安全运行，从而导致制冷效率降低。因此，如何提供一种用于高温超导磁体的制冷系统，是目前有待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种用于高温超导磁体的制冷系统，本发明通过监测超导磁体周围环境对制冷剂的用量进行控制，也对冷水机组出入水温差进行检测，当出入水温差超过预设出入水温差阈值时发送不同的预警信号，解决了制冷介质的使用效率较低，对制冷系统的监测工作不细致，造成制冷系统相关设备不能安全运行，从而导致制冷效率降低的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种用于高温超导磁体的制冷系统，所述系统包括：

3、冷屏；

4、冷头，用于将低温高压的制冷剂传输到所述冷屏上；

5、压缩机，通过软管与所述冷头相连接，所述氦压缩机用于为所述冷头提供低温高压的制冷剂；

6、冷水机组，所述冷水机组用于为所述压缩机提供所需的冷水，带走所述压缩机产生的热量；

7、第一检测模块，设置在超导磁体内部，所述第一检测模块用于实时检测所述超导磁体的环境温度；

8、控制器，所述控制器用于根据所述超导磁体的环境温度控制所述制冷剂用量。

9、在本技术的一些实施例中，所述控制器用于根据所述超导磁体的环境温度控制所述制冷剂用量时，包括：

10、所述控制模块内设定有预设超导磁体环境温度矩阵m和预设制冷剂用量矩阵q，对于所述预设超导磁体环境温度矩阵m，设定m(m1，m2，m3，m4)，其中，m1为第一预设超导磁体环境温度，m2为第二预设超导磁体环境温度，m3为第三预设超导磁体环境温度，m4为第四预设超导磁体环境温度，且m1＜m2＜m3＜m4；

11、对于所述预设制冷剂用量矩阵q，设定q(q1，q2，q3，q4)，其中，q1为第一预设制冷剂用量，q2为第二预设制冷剂用量，q3为第三预设制冷剂用量，q4为第四预设制冷剂用量，且q1＜q2＜q3＜q4；

12、实时获取超导磁体环境温度t1，根据t1与所述超导磁体环境温度矩阵m之间的关系选定相应的制冷剂用量；

13、当t1＜m1时，选定所述第一预设制冷剂用量q1为当前制冷剂的用量；

14、当m1≤t1＜m2时，选定所述第二预设制冷剂用量q2为当前制冷剂的用量；

15、当m2≤t1＜m3时，选定所述第三预设制冷剂用量q3为当前制冷剂的用量；

16、当m3≤t1＜m4时，选定所述第四预设制冷剂用量q4为当前制冷剂的用量。

17、在本技术的一些实施例中，所述检测模块还用于实时检测冷屏周围环境温度t2，所述控制器根据所述冷屏周围环境温度t2对所述制冷剂的用量进行修正；

18、所述控制器内设定有预设制冷剂用量修正系数a和预设冷屏周围环境温度矩阵e，对于所述预设制冷剂用量修正系数a，设定a(a1，a2，a3，a4)，其中，a1为第一预设制冷剂用量修正系数，a2为第二预设制冷剂用量修正系数，a3为第三预设制冷剂用量修正系数，a4为第四预设制冷剂用量修正系数，且1＜a1＜a2＜a3＜a4＜1.5；

19、对于所述预设冷屏周围环境温度矩阵e，设定e(e1，e2，e3，e4)，其中，e1为第一预设冷屏周围环境温度，e2为第二预设冷屏周围环境温度，e3为第三预设冷屏周围环境温度，e4为第四预设冷屏周围环境温度，且e1＜e2＜e3＜e4；

20、实时检测周围环境温度t2，根据t2与所述预设冷屏周围环境温度e之间的关系选定相应的修正系数对所述制冷剂的用量进行修正；

21、当t2＜e1时，选定所述第一预设制冷剂用量修正系数a1对所述第一预设制冷剂用量q1进行修正，修正的制冷剂用量为a1*q1；

22、当e1≤t2＜e2时，选定所述第二预设制冷剂用量修正系数a2对所述第二预设制冷剂用量q2进行修正，修正的制冷剂用量为a2*q2；

23、当e2≤t2＜e3时，选定所述第三预设制冷剂用量修正系数a3对所述第三预设制冷剂用量q3进行修正，修正的制冷剂用量为a3*q3；

24、当e3≤t2＜e4时，选定所述第四预设制冷剂用量修正系数a4对所述第四预设制冷剂用量q4进行修正，修正的制冷剂用量为a4*q4。

25、在本技术的一些实施例中，所述冷头上设置有旋转开关阀，所述控制器根据所述制冷剂用量控制所述旋转开关阀的开度；

26、所述控制器内设定有预设旋转开关阀开度矩阵h，对于所述预设旋转开关阀开度矩阵h，设定h(h1，h2，h3，h4)，其中，h1为第一预设旋转开关阀开度，h2为第二预设旋转开关阀开度，h3为第三预设旋转开关阀开度，h4为第四预设旋转开关阀开度，且h1＜h2＜h3＜h4；

27、当所述制冷剂用量为a1*q1时，选定所述第一预设旋转开关阀开度h1为当前所述旋转开关阀的开度；

28、当所述制冷剂用量为a2*q2时，选定所述第二预设旋转开关阀开度h2为当前所述旋转开关阀的开度；

29、当所述制冷剂用量为a3*q3时，选定所述第三预设旋转开关阀开度h3为当前所述旋转开关阀的开度；

30、当所述制冷剂用量为a4*q4时，选定所述第四预设旋转开关阀开度h4为当前所述旋转开关阀的开度。

31、在本技术的一些实施例中，所述制冷系统还包括：

32、第二检测模块，设置在所述冷水机组上，所述第二检测模块用于在预设时长内检测冷水机组中的入水温度和出水温度。

33、在本技术的一些实施例中，如图2所示，所述控制器包括：

34、计算模块，所述计算模块用于根据所述冷水机组的入水温度、出水温度计算出入水温差；

35、预警模块，所述预警模块用于根据当所述出入水温差超过预设出入水温差阈值时，发送不同的预警信号。

36、在本技术的一些实施例中，所述根据所述冷水机组的入水温度、出水温度计算出入水温差时，包括：

37、计算出入水温差i的公式为：i＝t4-t3；

38、其中，所述冷水机组的入水温度为t3，出水温度为t4。

39、在本技术的一些实施例中，所述根据当所述出入水温差超过预设温度阈值时，发送不同的预警信号时，包括：

40、所述控制器内设定有预设出入水温差阈值矩阵f，对于所述出入水温差阈值矩阵f，设定f(f1，f2，f3，f4)，其中，f1为第一预设出入水温差阈值，f2为第二预设出入水温差阈值，f3为第三预设出入水温差阈值，f4为第四预设出入水温差阈值，且f1＜f2＜f3＜f4；

41、所述控制器内还设定有第一预设预警信号、第二预设预警信号、第三预设预警信号和第四预设预警信号；

42、根据所述出入水温差i与所述预设出入水温差阈值矩阵f之间的关系发送相应的预警信号；

43、当f1＜i＜f2，发送所述第一预设预警信号；

44、当f2≤i＜f3，发送所述第二预设预警信号；

45、当f3≤i＜f4，发送所述第三预设预警信号；

46、当f4≤i，发送所述第四预设预警信号。

47、在本技术的一些实施例中，所述第一检测模块具体包括：

48、第一温度传感器，设置在所述超导磁体上，所述第一温度传感器用于实时检测所述超导磁体周围环境温度t1；

49、第二温度传感器，设置在所述冷屏一侧，所述第二温度传感器用于实时检测冷屏周围环境温度t2。

50、在本技术的一些实施例中，所述第二检测模块具体包括：

51、第三温度传感器，设置在所述冷水机组进水处，所述第三传感器用于获取所述冷水机组的入水温度t3；

52、第四温度传感器，设置在所述冷水机组出水处，所述第三传感器用于获取所述冷水机组的出水温度t4。

53、本发明提供了一种用于高温超导磁体的制冷系统，相较现有技术，具有以下有益效果：

54、本发明公开了一种用于高温超导磁体的制冷系统，包括：冷屏；冷头，用于将低温高压的制冷剂传输到所述冷屏上；压缩机，通过软管与所述冷头相连接，所述氦压缩机用于为所述冷头提供低温高压的制冷剂；冷水机组，所述冷水机组用于为所述压缩机提供所需的冷水，带走所述压缩机产生的热量；第一检测模块，设置在超导磁体上，所述第一检测模块用于实时检测所述超导磁体的环境温度；控制器，所述控制器用于根据所述超导磁体的环境温度控制所述制冷剂用量。本发明通过监测超导磁体周围环境对制冷剂的用量进行控制，也对冷水机组出入水温差进行检测，当出入水温差超过预设出入水温差阈值时发送不用的预警信号，解决了制冷介质的使用效率较低，对制冷系统的监测工作不细致，造成制冷系统相关设备不能安全运行，从而导致制冷效率降低的问题。