一种超导磁体导冷装置的制作方法

本实用新型涉及超导磁体领域，特别是涉及一种超导磁体导冷装置。

背景技术：

随着几年来科技不断的进步，超导磁体在人们日常生活中的应用也越来越广泛。例如安装在核磁共振设备中的超导线圈单元、安装在除铁器中的超导线圈单元等等，超导体的应用也越来越广泛。

在现阶段，超导磁体通常需要在极低的温度的下才能显示出超导性，相应的就需要有超导磁体导冷装置向超导磁体所在的杜瓦瓶等容器提供冷量，从而为超导磁体提供工作所需的环境。

通常情况下，超导磁体导冷装置会通过一级冷头和二级冷头分别向冷屏以及盛放超导磁体的工作腔提供冷量。其中冷屏用于阻挡热量的传递，一级冷头会向冷屏传递冷量使得冷屏与工作腔之间的温度大致处于50K左右；同时二级冷头会向工作腔传递冷量使得工作腔内的温度大致处于4K左右，而超导磁体通常会处于4K的环境温度中进行工作。

在现有技术中，制冷机组件用于产生冷量，而制冷机组件会通过焊接组件与冷屏相连接，而通常情况下制冷机组件与焊接组件之间的冷量传输效率较低，从而导致冷屏与盛放超导磁体的容器之间的温度较高，进而使得超导磁体容易发生失超等问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种超导磁体导冷装置，可以有效提高制冷机组件与焊机组件之间冷量的传输效率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种超导磁体导冷装置，所述导冷装置包括制冷机组件与焊接组件；

所述制冷机组件包括制冷机本体、冷凝器、冷头连接法兰、沿所述制冷机本体轴向分布的一级冷头和二级冷头；所述二级冷头与所述冷凝器相连接，所述一级冷头连接有外侧壁为锥面的所述冷头连接法兰；所述焊接组件包括内侧壁为锥面的传热法兰和用于连接工作腔的过渡组件；所述传热法兰与所述过渡组件固定连接，所述冷头连接法兰嵌入所述传热法兰使所述冷头连接法兰的外侧壁与所述传热法兰的内侧壁相贴合。

可选的，所述冷头连接法兰中朝向所述二级冷头的端面的面积小于所述连接法兰中背向所述二级冷头的端面的面积。

可选的，所述冷头连接法兰外侧壁的倾斜角度为80°。

可选的，所述冷头连接法兰与所述传热法兰之间设置有用于定位的定位部件。

可选的，所述定位部件包括设置在所述冷头连接法兰外侧壁的定位槽与设置在所述传热法兰内侧壁的凸起，所述定位槽用于容纳所述凸起。

可选的，所述定位部件包括设置在所述传热法兰外侧壁的定位槽与设置在所述冷头连接法兰内侧壁的凸起，所述定位槽用于容纳所述凸起。

可选的，所述定位部件包括多个所述定位槽与多个分别与所述定位槽一一对应的凸起，所述定位槽用于容纳对应的凸起。

可选的，所述制冷机组件包括沿所述制冷机组件轴向依次分布的第一固定法兰、所述一级冷头和所述二级冷头；所述焊接组件一端部设置有第二固定法兰，所述第一固定法兰与所述第二固定法兰固定连接。

可选的，所述第二固定法兰通过第一波纹管与所述传热法兰相连接。

可选的，所述过渡组件包括与所述工作腔固定连接的过渡接头和与所述传热法兰固定连接的过渡环，所述过渡环与所述过渡接头之间通过第二波纹管相导通连接。

本实用新型所提供的一种超导磁体导冷装置，包括制冷机组件与焊接组件，其中制冷机组件中的一级冷头会通过冷头连接法兰将冷量传递给焊接组件的传热法兰，再通过传热法兰将冷量传递到如冷屏等其他组件。由于冷头连接法兰的外侧壁为锥面，且冷头连接法兰会嵌入传热法兰，所以冷头连接法兰与传热法兰之间直接接触且接触面为锥面，这就使得冷头连接法兰与传热法兰之间的接触面积较大且没有中间物所阻挡，从而有效提高制冷机组件与焊机组件之间冷量的传输效率。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的一种超导磁体导冷装置的剖视结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的一种制冷机组件的结构示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的一种制冷机组件的剖视结构示意图；

图4为本实用新型实施例所提供的一种焊接组件的结构示意图；

图5为本实用新型实施例所提供的一种焊接组件的剖视结构示意图；

图6为本实用新型实施例所提供的一种具体的冷头连接法兰的结构示意图；

图7为本实用新型实施例所提供的一种具体的冷头连接法兰的剖视结构示意图；

图8为本实用新型实施例所提供的一种具体的传热法兰的结构示意图；

图9为本实用新型实施例所提供的一种具体的传热法兰的剖视结构示意图。

图中：1.制冷机组件、11.制冷机本体、12.冷凝器、13.一级冷头、14.二级冷头、15.冷头连接法兰、16.第一固定法兰、17.定位槽、2.焊接组件、21.传热法兰、22.过渡组件、23.第二固定法兰、24.第一波纹管、25.第二波纹管、26.凸起、221.过渡环、222.过渡接头。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种超导磁体导冷装置。在现有技术中，通常情况下制冷机组件中的一级冷头连接有圆柱状的冷头连接法兰，相应的传热法兰具有圆柱状内腔，冷头连接法兰嵌入传热法兰的同时，在冷头连接法兰与传热法兰之间垫有铟垫圈。由于冷头连接法兰与传热法兰之间的接触面为垂直面，且冷头连接法兰与传热法兰之间有铟垫圈间隔，使得冷头连接法兰与传热法兰之间冷量的传输效率较低。

而本实用新型所提供的一种超导磁体导冷装置，包括制冷机组件与焊接组件，其中制冷机组件中的一级冷头会通过冷头连接法兰将冷量传递给焊接组件的传热法兰。由于冷头连接法兰的外侧壁为锥面，且冷头连接法兰会嵌入传热法兰，所以冷头连接法兰与传热法兰之间直接接触且接触面为锥面，这就使得冷头连接法兰与传热法兰之间的接触面积较大且没有中间物所阻挡。由于制冷机组件与焊接组件之间的冷量的传输效率与冷头连接法兰与传热法兰之间的接触面积成正比，所以上述技术方案可以提高冷头连接法兰与传热法兰之间冷量的传输效率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图2，图3，图4与图5，图1为本实用新型实施例所提供的一种超导磁体导冷装置的剖视结构示意图；图2为本实用新型实施例所提供的一种制冷机组件的结构示意图；图3为本实用新型实施例所提供的一种制冷机组件的剖视结构示意图；图4为本实用新型实施例所提供的一种焊接组件的结构示意图；图5为本实用新型实施例所提供的一种焊接组件的剖视结构示意图。

参见图1，在本实用新型实施例中，超导磁体导冷装置包括制冷机组件1与焊接组件2；所述制冷机组件1包括制冷机本体11、冷凝器12、冷头连接法兰15、沿所述制冷机本体11轴向分布的一级冷头13和二级冷头14；所述二级冷头14与所述冷凝器12相连接，所述一级冷头13连接有外侧壁为锥面的所述冷头连接法兰15。

上述制冷机组件1主要用于产生冷量并向其他组件传输冷量。而焊接组件2主要起连接作用，用于将制冷机组件1所产生的冷量传递到其他组件。

参见图2与图3，上述制冷机组件1包括制冷机本体11、冷凝器12、冷头连接法兰15、沿所述制冷机本体11轴向分布的一级冷头13和二级冷头14。通常情况下，制冷机本体11通常呈柱状，而一级冷头13与二级冷头14通常沿制冷机本体11的轴向分布，其中二级冷头14通常位于制冷机本体11中某一端部，而一级冷头13通常呈环形，且一级冷头13通常位于制冷机本体11的中部。无论是一级冷头13或者是二级冷头14，都可以理解为制冷机本体11所产生的冷量的输出端口。

上述二级冷头14会与冷凝器12相连接，以便在盛放超导磁体的工作腔形成4.2K左右的环境温度，以使超导磁体具有超导性。有关冷凝器12的具体结构详见现有技术，在此不再进行赘述。

在本实用新型实施例中，所述一级冷头13连接有外侧壁为锥面的所述冷头连接法兰15。

上述一级冷头13需要通过一对法兰向其他组件传递冷量，其中与第一冷头直接相接触的为冷头连接法兰15。在本实用新型实施例中，冷头连接法兰15的外侧壁为锥面，使得冷头连接法兰15整体呈圆台或棱台状。上述一级冷头13会与冷头连接法兰15固定连接。

参见图4与图5，上述焊接组件2包括内侧壁为锥面的传热法兰21和用于连接工作腔的过渡组件22；所述传热法兰21与所述过渡组件22固定连接。上述过渡组件22通常呈筒状，优选为圆筒状，通常情况下过渡组件22会包裹二级冷头14以及部分的制冷机本体11，并最终会与盛放超导磁体的工作腔相连，以对工作腔提供冷量。

上述传热法兰21通常设置在过渡组件22的端部，同时传热法兰21会与上述冷头连接法兰15固定连接。在本实用新型实施例中，传热法兰21具有一内腔，该传热法兰21的内侧壁为锥面。由于上述冷头连接法兰15需要嵌入上述传热法兰21使所述冷头连接法兰15的外侧壁与所述传热法兰21的内侧壁相贴合，所以传热法兰21内侧壁的形状需要与冷头连接法兰15外侧壁的形状相对应，以使冷头连接法兰15的外侧壁与所述传热法兰21的内侧壁相贴合。

由于通常情况下，在使用过程中上述超导磁体导冷装置呈竖直状，即二级冷头14会位于一级冷头13下方，相应的为了使得冷头连接法兰15与传热法兰21之间的接触的更加紧密且便于安装，作为优选的，所述冷头连接法兰15中朝向所述二级冷头14的端面的面积小于所述连接法兰中背向所述二级冷头14的端面的面积。即上述冷头连接法兰15呈倒圆台或倒棱台状。相应的传热法兰21的内腔也需要成倒圆台或倒棱台状，以便冷头连接法兰15嵌入传热法兰21中。

在安装制冷机组件1以及焊接组件2时，可以直接将冷头连接法兰15放入传热法兰21的内腔中，使得冷头连接法兰15的外侧壁与传热法兰21的内侧壁相贴合。并且由于重力的作用，冷头连接法兰15的外侧壁与传热法兰21的内侧壁会紧密贴合。

在本实用新型实施例中，所述冷头连接法兰15外侧壁的倾斜角度优选为80°，相应的所述传热法兰21内侧壁的倾斜角度同样优选为80°。将冷头连接法兰15外侧壁的倾斜角度设置为80°可以在保证传热法兰21不会受到制冷机组件1太大压力的情况下，使得冷头连接法兰15与传热法兰21之间的冷量传输面积尽可能的大，从而尽可能优化了制冷机组件1与焊机组件之间冷量的传输效率。

在本实用新型实施例中，作为优选的，所述制冷机组件1包括沿所述制冷机组件1轴向依次分布的第一固定法兰16、所述一级冷头13和所述二级冷头14。所述焊接组件2一端部设置有第二固定法兰23，所述第一固定法兰16与所述第二固定法兰23固定连接。

通常情况下，上述二级冷头14会设置在制冷机本体11一端部，一级冷头13会设置在制冷机本体11的中部，而第一固定法兰16会设置在制冷机本体11的另一端部附近。相应的在焊接组件2的一端部会设置有第二固定法兰23，而第一固定法兰16与第二固定法兰23之间会固定连接，从而使得焊接组件2更加稳固的与制冷机组件1相连接。

作为优选的，所述第二固定法兰23通过第一波纹管24与所述传热法兰21相连接。即在焊接组件2中，第二固定法兰23与传热法兰21分别位于第一波纹管24的两端。由于上述制冷机组件1与焊接组件2在制作以及安装过程中会处于室温状态，通常为300K左右，而在工作状态下制冷机组件1以及焊接组件2会处于极低的温度，为了消除由于温度的变化所引来的热应力对焊接组件2结构所造成的影响，在本实用新型实施例中使用第一波纹管24连接第二固定法兰23以及传热法兰21。

上述焊接组件2包括有用于连接工作腔的过渡组件22，在本实用新型实施例中过渡组件22包括有与所述工作腔固定连接的过渡接头222和与所述传热法兰21固定连接的过渡环221。其中过渡环221通常包裹上述二级冷头14，而过渡接头222会与用于盛放超导磁体的工作腔相连接。在工作腔以及过渡环221所围成的封闭空间的温度即为超导磁体工作时所需要的温度，该温度通常有被包裹的二级冷头14以及冷凝器12提供，该温度通常为4.2K左右。而在本实用新型实施例中，所述过渡环221与所述过渡接头222之间通过第二波纹管25相导通连接。

由于上述焊接组件2在制作以及安装过程中会处于室温状态，通常为300K左右，而在工作状态下制冷机组件1以及焊接组件2会处于极低的温度，为了消除由于温度的变化所引来的热应力对焊接组件2结构所造成的影响，在本实用新型实施例中使用第二波纹管25连接过渡环221以及过渡接头222。

本实用新型实施例所提供的一种超导磁体导冷装置，包括制冷机组件1与焊接组件2，其中制冷机组件1中的一级冷头13会通过冷头连接法兰15将冷量传递给焊接组件2的传热法兰21。由于冷头连接法兰15的外侧壁为锥面，且冷头连接法兰15会嵌入传热法兰21，所以冷头连接法兰15与传热法兰21之间直接接触且接触面为锥面，这就使得冷头连接法兰15与传热法兰21之间的接触面积较大且没有中间物所阻挡，从而有效提高制冷机组件1与焊机组件之间冷量的传输效率。

有关上述冷头连接法兰15以及传热法兰21的具体结构将在下述实用新型实施例中做详细介绍。

请参考图6、图7、图8与图9，图6为本实用新型实施例所提供的一种具体的冷头连接法兰的结构示意图；图7为本实用新型实施例所提供的一种具体的冷头连接法兰的剖视结构示意图；图8为本实用新型实施例所提供的一种具体的传热法兰21的结构示意图；图9为本实用新型实施例所提供的一种具体的传热法兰21的剖视结构示意图。

区别于上述实用新型实施例，本实用新型实施例是在上述实用新型实施例的基础上，进一步的对冷头连接法兰15以及传热法兰21的结构进行具体限定。其余内容已在上述实用新型实施例中进行了详细介绍，在此不再进行赘述。

参见图6、图7、图8与图9，在本实用新型实施例中，所述冷头连接法兰15与所述传热法兰21之间设置有用于定位的定位部件。

本实用新型实施例中，上述定位部件可以防止在安装以及使用上述超导磁体导冷装置时，冷头连接法兰15与传热法兰21之间发生相对转动。上述定位部件在本实用新型实施例中包括两种，第一种：所述定位部件可以包括设置在所述冷头连接法兰15外侧壁的定位槽17与设置在所述传热法兰21内侧壁的凸起26，所述定位槽17用于容纳所述凸起26。

在安装上述制冷机组件1与焊接组件2时，需要先将上述凸起26与定位槽17对齐，再将制冷机组件1放入焊接组件2，使得冷头连接法兰15的外侧壁与传热法兰21的内侧壁相贴合。在将制冷机组件1放入焊接组件2的过程中，制冷机组件1只能沿定位槽17的轴向方向移动，从而避免了在安装以及使用上述超导磁体导冷装置时，冷头连接法兰15与传热法兰21之间发生相对转动。同时设置上述定位槽17以及凸起26可以进一步增加冷头连接法兰15与传热法兰21之间的接触面积，从而进一步提高制冷机组件1与焊机组件之间冷量的传输效率。需要说明的是，为了使得制冷机组件1与焊机组件之间冷量的传输效率尽可能高，上述凸起26需要充满整个定位槽17，即定位槽17的表面需要与对应凸起26表面完全贴合，以保证制冷机组件1与焊机组件之间冷量的传输效率。

作为优选的，所述冷头连接法兰15的外侧壁可以设置有多个上述定位槽17，而在所述传热法兰21的内侧壁可以对应设置有与多个定位槽17一一对应的多个上述凸起26，所述定位槽17用于容纳对应的凸起26。设置多个上述定位槽17以及对应的凸起26可以进一步增加冷头连接法兰15与传热法兰21之间的接触面积，从而进一步提高制冷机组件1与焊机组件之间冷量的传输效率。

第二种，所述定位部件可以包括设置在所述传热法兰21外侧壁的定位槽17与设置在所述冷头连接法兰15内侧壁的凸起26，所述定位槽17用于容纳所述凸起26。本定位部件与上述定位部件的结构基本相同，只是定位部件所包括的定位槽17与相应凸起26的位置发生了互换，详细内容请参考上述内容，在此不再进行赘述。

作为优选的，所述冷头连接法兰15的外侧壁可以设置有多个上述凸起26，而在所述传热法兰21的内侧壁可以对应设置有与多个凸起26一一对应的多个上述定位槽17，所述定位槽17用于容纳对应的凸起26。设置多个上述定位槽17以及对应的凸起26可以进一步增加冷头连接法兰15与传热法兰21之间的接触面积，从而进一步提高制冷机组件1与焊机组件之间冷量的传输效率。

本实用新型实施例所提供的一种超导磁体导冷装置，在冷头连接法兰15与传热法兰21之间设置有用于定位的定位部件，该定位部件可以防止在安装以及使用上述超导磁体导冷装置时，冷头连接法兰15与传热法兰21之间发生相对转动。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本实用新型所提供的一种超导磁体导冷装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。