[发明专利]一种磁悬浮列车用超导块材冷却装置及冷却方法

说明书

本发明公开了一种磁悬浮列车用超导块材冷却装置及冷却方法，包括制冷机、真空箱和杜瓦罐，真空箱内设置有冷凝罐，冷凝罐与杜瓦管之间通过氮气虹吸管和液氮回流罐连通；所述冷凝罐内设置有与制冷机相连的换热器；真空箱与杜瓦罐之间连接有用于绝热隔离氮气虹吸管和液氮回流管的挠性隔离管；本发明通过虹吸效应巧妙的将相变氮气从杜瓦罐中抽离，从而将高温超导块材的浸没冷却与氮气的再冷凝分离，氮气与液氮始终处于不断循环的过程中，杜瓦罐中始终留存有足量的冷却用液氮，保证杜瓦罐内部环境的稳定；其不需要定时补充液氮，提高了设备的运行效率；与制冷机冷却方式相比，其通过氮气与液氮大大提高了与部件的接触面积，从而提高换热效率。

技术领域

本发明涉及轨道交通设备技术领域，具体涉及一种磁悬浮列车用超导块材冷却装置及冷却方法。

背景技术

高温超导磁悬浮列车是超导磁悬浮技术的主要应用方向之一，具有无需外部控制即可达到稳定悬浮的特性，相较轮轨列车有节能环保、速度应用区间广等优势，具有巨大的发展空间。低温系统作为超导磁悬浮的核心系统，冷箱的结构设计直接影响超导块材性能的发挥从而影响列车的运行性能。目前车载低温系统主要有液氮浸泡式与制冷机传导冷却式。但是液氮浸泡冷却方法在工作过程中，液氮会随温度的升高而不断相变为气态氮，因此需要对低温恒温器进行定期补液，长时间与多次的补液过程降低了列车的运行效率；不利于工程化应用；

而制冷机传导冷却则是将制冷机的冷头直接与高温超导块材相连，进而通过制冷机直接冷凝高温超导块材，但是制冷机需要较长的预热时间才能够达到冷却温度，进而实现对高温超导块材的冷却；同时由于制冷机冷头与高温超导块材的接触面积有限，由此限制了二者之间的热传导效率，使其运行成本较高；而为了提高热效率，现有技术中一般通过增设额外部件、优化连接结构等方式进行，由此导致设备体积过大，而列车上用于安装冷却设备的空间有限，过大的体积严重影响了冷却设备的正常安装。

发明内容

针对现有技术中存在的运行效率低，热效率低的缺陷，本发明公开了一种磁悬浮列车用超导块材冷却装置及冷却方法，采用本发明所述技术方案能够有效提高冷却装置的运行效率，同时提供温度波形小的冷却环境，提高对高温超导块的冷却质量。

本发明采用以下技术方案实现上述目的：

一种磁悬浮列车用超导块材冷却装置，包括制冷机、真空箱和杜瓦罐，所述真空箱内设置有冷凝罐，并通过真空箱内的真空低温环境将冷凝罐与外部环境绝热隔离；

所述杜瓦罐通过挠性隔离管与真空箱连通，挠性隔离管内设置有相互独立的氮气虹吸管和液氮回流管；所述氮气虹吸管和液氮回流管将杜瓦罐与冷凝罐连通并构成封闭的氮气转换与循环回路；

所述冷凝罐内设置有用于对气态氮气进行换热冷凝的换热器，换热器与所述制冷机固定导热相连。

优选的，挠性隔离管包括采用波纹管制作的内管和外管，所述内管和外管同心设置，且内管与外管之间填充有绝热层；所述内管中设置有若干用于支撑氮气虹吸管和液氮回流管的固定片，并通过固定片使氮气虹吸管、液氮回流管和内管中的任意两管道之间均留有隔离间隙。

优选的，内管与外管之间均匀设置有若干管道支撑片，所述绝热层填充于相邻管道支撑片之间。

优选的，真空箱包括相互连接的箱体和顶盖，所述制冷机通过减震器与顶盖固定相连；所述冷凝罐包括罐体，罐体顶部设置有换热器，所述制冷机的冷头穿过顶盖与换热器导热相连。

优选的，冷头上设置有用于控制其输出冷量的加热管，所述加热管还连接有用于控制器加热温度的温控器。

优选的，冷凝罐上还设置有与外部液氮源连通的液氮补给管，所述液氮补给管上设置有调节截止阀；所述液氮补给管上还设置有波纹补偿管。

优选的，冷凝罐上还连接有与外部环境连通的安全管，所述安全管上设置有用于控制其通断状态的安全阀；所述安全管还并联有第一真空管，所述真空管上设置有第一截止阀。