面向超导磁体的低温换热骨架

本发明涉及超导磁体冷却，具体涉及一种面向超导磁体的低温换热骨架。

背景技术：

1、超导材料由于在低温条件下具有高载流密度、较高的上临界场等特性，在高场磁体、超导储能、大型粒子对撞机、超导磁共振等领域具有广泛的应用。超导磁体是超导材料的重要应用方向之一。

2、2019年4月2日公开的公开号为cn105632679b的名为《磁共振成像设备及其超导磁体》的发明专利公开了一种改进的使用液氦浸泡冷却超导磁体的技术方案，虽然通过设置占位件可以降低浸泡超导磁体时所需的液氦体积从而改善液氦的消耗，但是类似的浸泡式冷却方式仍然存在着蒸发的氦气难以充分回收，导致氦气回收不充分，资源浪费的问题。

3、传统的超导磁体低温冷却通常采用液氦浸泡式冷却，即将超导磁体完全浸没在低液氦中以达到磁体降温的作用。但该种冷却方式在实际应用过程中往往伴随着液氦的大量消耗、氦气回收不充分等问题，无形中造成了资源浪费，增加了超导磁体低温冷却的实验成本。而将液氦限制在冷却管道中在保证制冷效率的同时可以最大程度的减少液氦的使用量。为此，设计一种面向于超导磁体低温冷却的非浸泡式新型低温换热磁体骨架对于节约实验成本、推广超导磁体应用范围具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有的超导磁体浸泡式冷却所存在的液氦消耗量大，回收不充分的问题，本发明提供一种面向超导磁体的低温换热骨架。

2、本发明的技术方案提供一种面向超导磁体的低温换热骨架，

3、包括基础骨架和位于基础骨架两端的端部法兰，超导带缠绕于三者构成的环形区域内，

4、基础骨架中沿其整周排布有主换热管，主换热管中通入流动的冷却介质，通过冷却介质循环带走超导带中的热量从而保证超导带能够工作在超导临界温度以下。

5、优选地，所述主换热管呈u型往复设置，主换热管的直行段沿基础骨架的轴向分布，主换热管的长度方向至少覆盖超导带在基础骨架上的缠绕区域。

6、优选地，所述主换热管在基础骨架上呈螺旋状从一端旋绕至另一端。

7、优选地，所述主换热管包括偶数组相互独立流通的换热支路，按数量等分为第一换热组与第二换热组；

8、第一换热组中的每一换热支路与第二换热组中的每一主换热管并列设置且流动方向相反。

9、优选地，所述第一换热组与所述第二换热组中各包括一组换热支路。

10、优选地，所述端部法兰上设置有法兰换热管。法兰换热管呈平面螺旋状设置在端部法兰上。

11、优选地，所述端部法兰的外侧开设有引导槽，法兰换热管嵌合于引导槽中。

12、优选地，所述端部法兰还包括覆盖引导槽的盖板，盖板用于封装法兰换热管。

13、优选地，所述法兰换热管与所述主换热管封装后的周围空间中填充有导热材料。

14、优选地，还包括在基础骨架外筒侧以及端部法兰相对的内侧铺设的导热绝缘材料。

15、本发明的面向超导磁体的低温换热骨架通过在基础骨架中封装主换热管实现对超导带的换热冷却，这相较于使用浸泡式液氦冷却的方式可以减少冷却使用的液氦用量，还可以通过主换热管实现液氦的完全回收，而且由于不需要使用隔热杜瓦制作用于容纳液氦的容腔，这还可以降低面向超导磁体的低温换热骨架的使用体积，方便面向超导磁体的低温换热骨架的安装维护。

技术特征：

1.一种面向超导磁体的低温换热骨架，包括基础骨架(1)和位于基础骨架(1)两端的端部法兰(2)，超导带(w1)缠绕于三者构成的环形区域内，其特征在于，

2.如权利要求1所述的面向超导磁体的低温换热骨架，其特征在于，所述主换热管(11)呈u型往复设置，主换热管(11)的直行段沿基础骨架(1)的轴向分布，主换热管(11)的长度方向至少覆盖超导带(w1)在基础骨架(1)上的缠绕区域。

3.如权利要求1所述的面向超导磁体的低温换热骨架，其特征在于，所述主换热管(11)在基础骨架(1)上呈螺旋状从一端旋绕至另一端。

4.如权利要求1所述的面向超导磁体的低温换热骨架，其特征在于，所述主换热管(11)包括偶数组相互独立流通的换热支路(111)，按数量等分为第一换热组(11a)与第二换热组(11b)；

5.如权利要求1所述的面向超导磁体的低温换热骨架，其特征在于，所述第一换热组(11a)与所述第二换热组(11b)中各包括一组换热支路(111)。

6.如权利要求1所述的面向超导磁体的低温换热骨架，其特征在于，所述端部法兰(2)上设置有法兰换热管(21)，法兰换热管(21)呈平面螺旋状设置在端部法兰(2)上。

7.如权利要求6所述的面向超导磁体的低温换热骨架，其特征在于，所述端部法兰(2)的外侧开设有引导槽(23)，法兰换热管(21)嵌合于引导槽(23)中。

8.如权利要求6所述的面向超导磁体的低温换热骨架，其特征在于，所述端部法兰(2)还包括覆盖引导槽(23)的盖板(22)，盖板(22)用于封装法兰换热管(21)。

9.如权利要求6所述的面向超导磁体的低温换热骨架，其特征在于，所述法兰换热管(21)与所述主换热管(11)封装后的周围空间中填充有导热材料。

10.如权利要求1所述的面向超导磁体的低温换热骨架，其特征在于，还包括在基础骨架(1)外筒侧以及端部法兰(2)相对的内侧铺设的导热绝缘材料(3)。

技术总结
本发明提供一种面向超导磁体的低温换热骨架，包括基础骨架和位于基础骨架两端的端部法兰，超导带缠绕于三者构成的环形区域内，基础骨架中沿其整周排布有主换热管，主换热管中通入流动的冷却介质，通过冷却介质循环带走超导带中的热量从而保证超导带能够工作在超导临界温度以下。该面向超导磁体的低温换热骨架通过在基础骨架中封装主换热管实现对超导带的换热冷却，这相较于使用浸泡式液氦冷却的方式可以减少冷却使用的液氦用量，还可以通过主换热管实现液氦的完全回收，而且由于不需要使用隔热杜瓦制作用于容纳液氦的容腔，这还可以降低面向超导磁体的低温换热骨架的使用体积，方便面向超导磁体的低温换热骨架的安装维护。

技术研发人员：高鹏,万佳昊,周超,秦经刚,刘方,刘华军,施毅,金环,马红军
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17