[实用新型]一种磁体强制对流液冷的冷却系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种磁体强制对流液冷的冷却系统。

背景技术

如图1所示，重频磁体是一种脉冲式磁场产生装置，其核心结构由特殊结构的电磁线圈构成。单次通电加载，可产生10T以上的强磁场，目前已有的重频磁体可达到45T磁场强度。强磁场重频磁体应用领域广泛，包括军事领域电磁武器、科研领域质谱分析、医疗领域核磁成像和质子医疗等等。重频磁体的磁场越强，对相应领域的应用越有益处，但是，电磁线圈产生强磁场需要强大的电流和密集的绕线，而由于电磁线圈电阻的存在，使得电磁线圈在产生强磁场的同时也会产生大量的焦耳热，如果这些热量不能及时排出，将会使线圈的温度升高，增加线圈的电阻，导致在下一次加载时产生更多热量，从而降低磁场强度，因此，电磁线圈产生强磁场时所生成的热量必须排出。然而，热量排出的速度会影响磁体的使用频率，而在本领域中，磁体使用频率越高越好，以提高使用效率，降低使用时间成本，因此，就需要高效的散热手段，将磁体内产生的焦耳热快速排出磁体，以便为下次加载做好准备。

如图1所示的强磁场重频磁体，由电磁导线9绕制而成，相邻圈之间具有绝缘层91，电磁导线9横截面呈矩形，整个绕线浸泡在绝缘低温工质里，内侧线圈层间留出液体通道92，依靠自然对流散热，这是目前最有效的冷却方式之一，这种方式可以使线圈加载间隔缩短为15～20分钟左右，但是，基于提高效率的考虑，业界希望冷却时间为秒级以内。但是现有的冷却结构无法达到此要求。

强磁场重频磁体的电磁线圈在低温下可获得良好的低电阻，有利于加载大电流，产生强磁场，降低能量焦耳热损耗，提高能量利用效率和设备运行稳定性。为了获得这种低温环境，一般是依靠低温工质浸泡电磁线圈，例如低温工质为液态二氧化碳、液氮、液氦、液氢等，同时依靠这些液体的相变挥发实现维持环境的恒温控制。这些低温工质在维持冷环境的同时，也可以作为冷却工质，将发热电磁线圈的温度冷却至环境温度，如图2和3所示，通过在电磁导线9中心开设液体冷却通道93的方式，将冷却工质依靠外力注入液体冷却通道93对电磁线圈进行冷却。

但是，受限于电磁线圈的体积，电磁线圈不能采用较粗的导线，因此导线中心开设的液体冷却通道的孔径较小，通常为0至2mm，液体冷却通道的截面形状不限，整个电磁体是由一根导线缠绕而成，由于液体冷却通道是一个孔径小且细长的液冷通道，因此，管道沿程阻力大。由于低温冷却工质在大气压下处于饱和状态，受热即相变为气态，如果在导线一端使用增压装置将液体低温工质注入其内，而导线的另一端与大气相通，那么，液体低温工质在线圈中吸热后，很容易发生相变产生蒸汽，从而导致线圈内液体低温工质的体积急剧膨胀，压力上升，进而阻碍液体低温工质流动，降低电磁线圈的冷却速度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种操作简单、成本低、容易实现、稳定可靠、提高冷却效率的磁体强制对流液冷的冷却系统。

本实用新型的上述目的可以通过以下措施来实现：一种磁体强制对流液冷的冷却系统，其特征在于：它包括电控装置、高压恒压供给罐、低压背压排液罐和装有用于浸泡电磁线圈的冷却工质的冷却液槽，该电磁线圈导线中心开设有纵向贯穿整条电磁线圈导线的液体冷却通道，且在电磁线圈的两端设有与液体冷却通道相通的绝缘接口，所述高压恒压供给罐和低压背压排液罐分别具有进液口和出液口，所述高压恒压供给罐的出液口与电磁线圈的一绝缘接口连接，所述低压背压排液罐的进液口与电磁线圈的另一绝缘接口连接，所述电控装置控制冷却工质从高压恒压供给罐的进液口流入其中，再控制高压恒压供给罐和低压背压排液罐内压强分别升至恒定使得液体冷却通道内为高压恒压状态，且高压恒压供给罐内气体压强大于低压背压排液罐内气体压强，冷却工质从高压恒压供给罐的出液口被压入电磁线圈的液体冷却通道中，吸热后的冷却工质从低压背压排液罐的进液口排入其中，通过低压背压排液罐泄压维持其内部压强恒定，并在低压背压排液罐中冷却工质的液位达到设定液位时，冷却工质从低压背压排液罐的出液口排至冷却液槽中或者用于储存冷却工质的存贮罐中。