技术简介：
本专利针对传统高温超导磁体冷却技术存在的制冷功率大、依赖液氦且热交换效率低的问题，提出一种新型冷却装置。通过机械泵与低温泵协同作用，结合真空阀门控制，利用低温泵冷凝氮气降低蒸气压，使液氮转化为固氮，从而将高温超导材料冷却至20-40K工作温度。该方案减少液氦使用，提升热交换效率，且支持被冷却对象灵活更换。
关键词：高温超导冷却,液氮冷凝,低温泵
专利名称：高温超导磁体和材料冷却的新装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高温超导磁体装置，尤其是一种高温超导磁体和材料冷却的新装置。
背景技术：
多年来被广泛研究和发展的铋系(BSCCO)高温超导材料正在进入大规模实际应用阶段。由于BSCCO高温超导带材性能限止，用它制作的超导磁体一般需要工作于20-40K。目前主要采用两种方法提供低温条件。一种是采用小型制冷机制冷，它要求低温下制冷功率较大，且制冷机与超导磁体的热连接较为复杂。另一种方法将超导磁体置于设有热交换器的液氮中，在热交换器内通液氦，使液氮变成固氮，达到需要的温度。该方法仍离不开昂贵的液氦，而且由于无法有效利用液氦的蒸发显热，故热交换效率很低。
发明内容本实用新型的目的在于公开一种能为高温超导磁体、高温超导器件和高温超导材料提供20-40K所需工作温度的高温超导磁体和材料冷却的新装置。
为达到上述发明目的所采用的技术方案是一种由机械泵、低温泵和低温容器构成的高温超导磁体和材料冷却的新装置，其特征在于在低温泵3与机械泵1之间，由真空阀门2连通，机械泵1通过真空阀门4与低温容器7连通，低温泵3通过真空阀门5与低温容器7连通；高温超导磁体10(或器件、或材料)置于低温容器7中的液氮9中，由导体将低温容器7内的高温超导磁体10(或器件、或材料)和其外的仪器8连接。如图1所示。
所述的与低温容器7连通，是指机械泵1和低温泵3通过带有阀门4、5的管道，与低温容器7的上部空间连通；所述的低温容器7的顶部有真空测量器件6与低温容器7的上部空间连通。如图1所示。
本实用新型的工作原理是将高温超导磁体10(或器件、或材料)置于低温容器7下方，并灌充液氮9，使高温超导磁体10(或器件、或材料)浸泡在液氮9中。关闭阀门4、5，启动机械泵，打开阀门2，抽出低温泵必须的预真空后，开启小型制冷机，起动低温泵。关闭阀门2，打开阀门4，对低温容器内液氮进行减压。直至真空测量器件6测得到达或接近液氮的三相点。在低温泵达到其工作温度后，关闭阀门4，打开阀门5，对低温容器继续减压。液氮9将变成固体氮，温度继续下降。根据氮蒸气压与温度的对应关系，观察真空测量器件6变化，一旦真空度达到对应温度的要求，即可关闭阀门5，用仪器8对高温超导磁体进行励磁或测量。
本实用新型的优点在于利用低温泵3的10-20K冷凝器的低温对氮气优良的冷凝作用，降低低温容器7内氮的蒸气压，使液氮9变成固体氮，并与浸于液氮9中的高温超导磁体10(或器件、或材料)一起最终降至20-40K，满足高温超导磁体工作所需温度。由于低温泵3与低温容器7用真空管道连接，被冷却的对象高温超导磁体10(或器件、或材料)可以随意更换，系统真空连接不变。这种办法低温泵3中小型制冷机的制冷功率比小型制冷机与高温超导磁体直接热连接降温度至20-40K时所用的小型制冷机的制冷功率小。
具体实施方式图1为本实用新型工作部件连接示意图。
其中1、机械泵；2、4、5、真空阀门；3、低温泵；6、真空测量器件；7、低温容器；8、仪器；9、液氮；10、高温超导磁体(或器件、或材料)。
实施例如图1所示。在低温泵3与机械泵1之间，由真空阀门2连通，机械泵1通过真空阀门4与低温容器7连通，低温泵3通过真空阀门5与低温容器7连通；高温超导磁体10(或器件、或材料)置于低温容器7中的液氮9中，由导体将低温容器7内的高温超导磁体10(或器件、或材料)和其外的仪器8连接。
所述的与低温容器7连通，是指机械泵1和低温泵3通过带有阀门4、5的管道，与低温容器7的上部空间连通；所述的低温容器7的顶部有真空测量器件6与低温容器7的上部空间连通。
机械泵1，用于预抽真空；真空阀门2，用于机械泵1与低温泵连接的通断控制；低温泵3，用于冷凝氮气，降低氮蒸气压，形成固体氮，从而冷却高温超导磁体10(或器件、或材料)；真空阀门4，用于机械泵1与低温容器7连接的通断控制；真空阀门5，用于低温泵3与低温容器7连接通断的控制；真空测量器件6，用于测量低温容器7上部的蒸气压；低温容器7，用于盛放高温超导磁体10(或器件、或材料)与液氮9；仪器8，用于对高温超导磁体10(或器件、或材料)励磁或测量；深冷介质液氮9；高温超导磁体10(或器件、或材料)。
权利要求1.一种由机械泵、低温泵和低温容器构成的高温超导磁体和材料冷却的新装置，其特征在于在低温泵(3)与机械泵(1)之间，有真空阀门(2)连通，机械泵(1)通过真空阀门(4)与低温容器(7)连通，低温泵(3)通过真空阀门(5)与低温容器(7)连通；高温超导磁体(10)置于低温容器(7)中的液氮(9)中，由导体将低温容器(7)内的高温超导磁体(10)和其外的仪器(8)连接。
2.根据权利要求1所述的高温超导磁体和材料冷却的新装置，其特征在于所述的与低温容器(7)连通，是指机械泵(1)和低温泵(3)通过带有阀门(4)、(5)的管道，与低温容器(7)的上部空间连通；所述的低温容器(7)的顶部有真空测量器件(6)与低温容器(7)的上部空间连通。
专利摘要一种由机械泵、低温泵和低温容器构成的高温超导磁体和材料冷却的新装置，其特征在于在低温泵3与机械泵1之间，由真空阀门2连通，机械泵1通过真空阀门4与低温容器7连通，低温泵3通过真空阀门5与低温容器7连通；高温超导磁体10(或器件、或材料)置于低温容器7中的液氮9中，由导体将低温容器7内的高温超导磁体10(或器件、或材料)和其外的仪器8连接。
文档编号H01F6/04GK2641776SQ0324973
公开日2004年9月15日 申请日期2003年7月31日 优先权日2003年7月31日
发明者朱学武 申请人:核工业西南物理研究院