[发明专利]一种无液氦超导磁体的冷却系统及其冷却方法

说明书

本发明公开了一种无液氦超导磁体的冷却系统及其冷却方法，包括杜瓦真空筒、绕设有超导线圈的安装骨架，杜瓦真空筒与安装骨架之间还设置有防辐射屏，所述安装骨架上还绕设有制冷导体，所述制冷导体两端连接在制冷机上，所述安装骨架上还绕设有带有流通管道的冷却铜带，所述冷却铜带的进液端和出液端均连接在液氮供液机上。本发明具有以下优点和效果：通过液氮对超导线圈以及防辐射屏的从300K到77K的预冷，而后再通过制冷机从77K到4.2K的冷却的方式，实现节省大量电能和时间，以及液氦的使用成本，另一方面整个冷却过程可以控制在一周以内。

技术领域

本发明涉及超导磁体冷却的技术领域，特别涉及一种无液氦超导磁体的冷却系统及其冷却方法。

背景技术

随着超导低温技术的发展以及新型超导体材料的发现，超导磁体在应用上得到极大地提高。目前，超导磁体已成为科学研究的重要工具，它在高能物理、受控热核反应、等离子体物理、生物物理、低温物理、磁学、物质结构分析、医学、交通、工业等很多科学探索研究中得到越来越广泛的应用。

超导磁体广泛运用于MRI系统和科研设备例如光谱仪及粒子加速器中，一台超导磁体必须冷却到一定的临界温度，超导磁体才会达到超导状态。制冷机（Cryocooler）通常被以（Cryogenicrefrigerator，Cryogeniccoldhead或者cryogeniccooler），制冷机可以将磁体系统内的热量带走从而使得整个磁体系统保持在足够低温以保持线圈的超导状态。1.5T以上的无液氦超导磁体的超导线圈组件及冷屏等附件总质量超过3T以上，热容量很大。如果启动制冷机直接从室温(300K)降温至4.2K，将耗费大量的电能和时间，且时间通常约需3~4周，同时消耗大量昂贵的液氦。

发明内容

本发明的目的是提供一种无液氦超导磁体的冷却系统，具有采用液氮预冷降低冷却成本的效果。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种无液氦超导磁体的冷却系统，包括杜瓦真空筒、绕设有超导线圈的安装骨架，杜瓦真空筒与安装骨架之间还设置有防辐射屏，所述安装骨架上还绕设有制冷导体，所述制冷导体两端连接在制冷机上，所述安装骨架上还绕设有带有流通管道的冷却铜带，所述冷却铜带的进液端和出液端均连接在液氮供液机上。

通过采用上述技术方案，安装骨架在超导线圈外端还绕设有冷却铜带，该冷却铜带外侧的进液端和出液端均可以连接在液氮供液机上，通过液氮供液机对该冷却铜带内部的流通管道持续供液氮，通过该冷却铜带能够直接对超导线圈进行冷却，冷却至77K左右，而后在通过制冷机对制冷导体进行制冷，通过制冷导体继续对超导线圈冷却，冷却至液氦温度的4.2K，即完成冷却。相比于现有技术通过采用较为廉价的液氮进行预冷，相比于现有技术中纯液氦冷却，大大降低冷却成本，同时还能够节省大量电能和时间，整个冷却过程可以控制在一周以内。

本发明的进一步设置为：所述防辐射屏外壁绕设有带有流通管道的第二冷却铜带，第二冷却铜带的进液端和出液端均连接在液氮供液机上。

通过采用上述技术方案，防辐射屏上还可以连接与冷却铜带结构相同的第二冷却铜带，实现防辐射屏快速进入低温预冷状态，同时该防辐射屏同样能够采用液氮预冷，同样为了有效降低冷却成本。

本发明的进一步设置为：所述防辐射屏外壁还绕设有第二制冷导体，所述第二制冷导体两端连接与所述制冷机上。

通过采用上述技术方案，第二制冷导体的设置使得后期设备使用时，能够通过制冷机对防辐射屏保持一定的温度要求。

本发明的进一步设置为：所述制冷机包括冷头，所述冷头设置有一级制冷头和二级制冷头，所述制冷导体两端和所述冷却铜带可连接在二级制冷头上，所述第二冷却铜带和所述第二制冷导体连接在一级制冷头上。