[发明专利]一种利用常压过冷液氮冷却高温超导元件的装置及方法

权利要求书

1.一种利用常压过冷液氮冷却高温超导元件的装置，包括分别连接有液氮柜的液氮过冷罐和超导部件冷却罐，各个罐体与罐内液面之间留有距离以形成压力空间，还包括连接各个压力空间的真空控制机构，其特征在于：所述液氮过冷罐与超导部件冷却罐错落设置以使液氮过冷罐的液面高于超导部件冷却罐的液面，液氮过冷罐、超导部件冷却罐底部连通以形成虹吸通道；

所述液氮过冷罐连接有循环氖气制冷机构，所述液氮过冷罐的压力空间内的气压为负压；

所述循环氖气制冷机构为一条灌注有氖气的封闭回路，所述封闭回路一部分穿出液氮过冷罐设置，另一部分设置于液氮过冷罐内；穿出液氮过冷罐部分的封闭回路依次连接设置有氖气压缩机、主换热器、氖气膨胀机；所述液氮过冷罐的液面以下浸没设置有换热毛细管；

所述氖气压缩机包括依次串联的一级氖气子压缩机、二级氖气子压缩机；所述氖气膨胀机包括与主换热器连接的并联的一级氖气子膨胀机、二级氖气子膨胀机；

所述一级氖气子压缩机通过一级电机连接一级氖气子膨胀机、二级氖气子压缩机通过二级电机连接二级氖气子膨胀机；所述一级电机、二级电机内置参数调节机构；

所述每个压力空间均连接有至少一个真空抽口，所述真空抽口另一侧管路上依次连接有真空电阻规、真空度维持电磁阀，各真空度维持电磁阀延伸出的管路共同连接有真空泵；所述液氮过冷罐和液氮柜均连通有液氮补充罐。

2.采用权利要求1所述的一种利用常压过冷液氮冷却高温超导元件的装置的方法，包括如下步骤：

步骤一、排查设备、设备间管道异常；

步骤二、对包括真空控制机构在内的系统进行自检；

步骤三、氮气吹扫管道，置换空气并抽真空以达到预设真空度；

步骤四、循环步骤三3至5次；

步骤五、启动循环氖气对液氮过冷罐中液氮进行制冷；

步骤六、液氮自虹吸通道从液氮过冷罐进入超导部件冷却罐对超导部件进行冷却；

步骤七、启动真空控制系统对步骤五、步骤六以及液氮柜中罐体压力空间中的真空度进行控制调整；

步骤八、均衡液氮补充罐和液氮过冷罐，液氮补充罐和液氮柜中液氮；

步骤九、循环步骤七、步骤八以使得超导部件冷却罐温度维持在65K直至超导部件完成冷却。

3.采用权利要求2所述的一种利用常压过冷液氮冷却高温超导元件的装置的方法，所述循环氖气对液氮过冷罐中液氮进行制冷通过以下方法实现：

系统启动前常温氖气依次经过一级氖气子压缩机、二级氖气子压缩机二次压缩，经主换热器换热后的氖气分为两股分别进入一级氖气子膨胀机、二级氖气子膨胀机，根据电机设定的参数获得不同低温序列的氖气，所述不同低温序列氖气与浸没在液氮过冷罐中的液氮通过换热毛细管换热；换热后氖气循环上述压缩、换热、膨胀步骤。