CN115036093A - 一种超导磁体组合式冷却装置及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种超导磁体组合式冷却装置及其操作方法，其装置包括：第一制冷机、第二制冷机、液氢缓冲罐、盘管、延长管和导冷片；其中，盘管缠绕于延长管上，盘管的一端用于输入氢气，另一端与液氢缓冲罐连通；第一制冷机与延长管相连，用于通过对延长管制冷而使盘管中的氢气液化成液氢输送至液氢缓冲罐；液氢缓冲罐和第二制冷机均与导冷片相连以制冷导冷片；导冷片的另一端用于传导冷却超导磁体。通过该装置可以对超导磁体快速制冷，使其快速降温至工作温度，达到稳定状态，缩短冷却时间，提高稳定裕度。
Description
技术领域
本申请属于超导磁体低温冷却技术领域，更具体地，涉及一种超导磁体组合式冷却装置及其操作方法。
背景技术
由于超导磁体需要工作在临界温度以下，因此安全可靠的低温环境是超导磁体运行的必要条件。常规的冷却方法包括浸泡冷却方式和传导式直接冷却方式。其中，浸泡冷却方式结构简单、冷却时间短，但由于液氢消耗量大，冷却成本高，且需要定期向低温系统补充液氢，运行成本高。而传导式直接冷却方式摆脱对液氦依赖、结构较简单，但在冷却过程中超导磁体稳定性差、冷却时间长。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本申请提供了一种超导磁体组合式冷却装置及其操作方法，其目的在于为高温超导磁体提供良好的工作环境，缩短冷却时间，提高稳定裕度。
为实现上述目的，按照本申请的一个方面，提供了一种超导磁体组合式冷却装置，其包括：第一制冷机、第二制冷机、液氢缓冲罐、盘管、延长管和导冷片；其中，
所述盘管缠绕于延长管上，所述盘管的一端用于输入氢气，另一端与液氢缓冲罐连通；
所述第一制冷机与所述延长管相连，用于通过对所述延长管制冷而使所述盘管中的氢气液化成液氢输送至所述液氢缓冲罐；
所述液氢缓冲罐和所述第二制冷机均与所述导冷片相连以制冷所述导冷片；
所述导冷片的另一端用于传导冷却超导磁体。
在其中一个实施例中，所述导冷片有多个，每个所述导冷片的一端连接所述液氢缓冲罐，另一端连接超导磁体。
在其中一个实施例中，所述第二制冷机有多个，每个所述第二制冷机与每个所述导冷片一一对应接连。
在其中一个实施例中，导冷片和液氢缓冲罐以及导冷片和超导磁体的连接处均用铟片进行填充。
在其中一个实施例中，还包括液氢循环系统，所述液氢缓冲罐中的液氢经过所述液氢循环系统后变成氢气重新输入所述盘管。
在其中一个实施例中，所述液氢循环系统包括储能装置，所述液氢缓冲罐中的液氢流入所述氢储能装置进行复合储能。
为实现上述目的，按照本申请的另一个方面，提供了超导磁体组合式冷却装置操作方法，其包括：
步骤S1：启动第二制冷机制冷导片以使超导磁体冷却；
步骤S2：向盘管通入氢气并启动第一制冷机将氢气冷却为液氢流入液氢缓冲罐，液氢缓冲罐通过导冷片冷却超导磁体；
步骤S3：预设时长后关闭所述第二制冷机，只利用液氢缓冲罐通过导冷片冷却超导磁体。
在其中一个实施例中，若因故障无法使用液氢制冷，则再次开启所述第二制冷机提供冷量。
总体而言，通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本申请所提出的超导磁体组合式冷却装置，其采用传导式直接冷却方式，避免对液氢的消耗，且采用多个冷源，其中，液氢作为主要的冷源对导冷片进行制冷，第二制冷机作为辅助冷源对导冷片进行制冷，由于在装置工作起始阶段，液化氢气需要耗时，且液氢量储备也需要耗时，在短时内无法立即将超导磁体冷却至其工作温度，涉及第二制冷机，以第二制冷机在起始阶段辅助制冷，可以对超导磁体快速制冷，使其快速降温至工作温度，达到稳定状态，缩短冷却时间，提高稳定裕度。
附图说明
图1是一实施例中超导磁体组合式冷却装置的结构示意图；
图2是一实施例中超导磁体组合式冷却装置的操作方法步骤流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。此外，下面所描述的本申请各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，在一实施例中，超导磁体组合式冷却装置包括第一制冷机1、延长管2、盘管3、液氢缓冲罐4导冷片和第二制冷机，其中，盘管3缠绕于延长管2上，盘管3的一端用于输入氢气，另一端与液氢缓冲罐4连通；第一制冷机1与延长管2相连，用于通过对延长管2制冷而使盘管3中的氢气液化成液氢输送至液氢缓冲罐4；液氢缓冲罐4和第二制冷机均与导冷片相连以制冷导冷片；导冷片的另一端用于传导冷却超导磁体8。
在一实施例中，导冷片有多个，每个导冷片的一端连接液氢缓冲罐4，另一端连接超导磁体7。如图1所示，多个导冷片分别为导冷片5和导冷片9，导冷片5和导冷片9的一端连接液氢缓冲罐4，另一端连接超导磁体7。
进一步的，第二制冷机也有多个，每个制冷机对应辅助制冷一片导冷片。如图1所示，多个第二制冷机分别为制冷机6和制冷机7，其中，制冷机6对导冷片5制冷，而制冷机6对导冷片9制冷。
进一步的，上述装置还包括液氢循环系统，液氢缓冲罐中的液氢经过液氢循环系统后变成氢气重新输入所述盘管，避免液氢消耗。更进一步的，液氢循环系统中设置有储能装置，氢缓冲罐中的液氢流入储能装置后能够进行复合储能，氢既可以作为导冷剂，又可用于储能，从而实现能量与物质的有机耦合。
具体的，延长管2为半径3～5cm的紫铜实心圆柱，液氢缓冲罐4容量为4L，由奥氏体不锈钢制成。盘管3由奥氏体不锈钢制成，外侧包裹有防热辐射材料。导冷片由紫铜制成。导冷片和液氢缓冲罐以及导冷片和超导磁体的连接处均用铟片进行填充。
相应的，本申请还涉及一种超导磁体组合式冷却装置操作方法，如图2所示，其包括：
步骤S100：启动第二制冷机制冷导片以使超导磁体冷却；
步骤S200：向盘管通入氢气并启动第一制冷机将氢气冷却为液氢流入液氢缓冲罐，液氢缓冲罐通过导冷片冷却超导磁体；
步骤S300：预设时长后关闭第二制冷机。
具体的，当液氢循环系统出现故障时，可再次启动第二制冷机提供冷量，保证系统的正常运行。
本申请所提出的超导磁体组合式冷却装置，其采用传导式直接冷却方式，避免对液氢的消耗，且采用多个冷源，其中，液氢作为主要的冷源对导冷片进行制冷，第二制冷机作为辅助冷源对导冷片进行制冷，由于在装置工作起始阶段，液化氢气需要耗时，且液氢量储备也需要耗时，在短时内无法立即将超导磁体冷却至其工作温度，涉及第二制冷机，以第二制冷机在起始阶段辅助制冷，可以对超导磁体快速制冷，使其快速降温至工作温度，达到稳定状态，缩短冷却时间，提高稳定裕度。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种超导磁体组合式冷却装置，其特征在于，包括：第一制冷机、第二制冷机、液氢缓冲罐、盘管、延长管和导冷片；其中，
所述盘管缠绕于延长管上，所述盘管的一端用于输入氢气，另一端与液氢缓冲罐连通；
所述第一制冷机与所述延长管相连，用于通过对所述延长管制冷而使所述盘管中的氢气液化成液氢输送至所述液氢缓冲罐；
所述液氢缓冲罐和所述第二制冷机均与所述导冷片相连以制冷所述导冷片；
所述导冷片的另一端用于传导冷却超导磁体。
2.如权利要求1所述的超导磁体组合式冷却装置，其特征在于，所述导冷片有多个，每个所述导冷片的一端连接所述液氢缓冲罐，另一端连接超导磁体。
3.如权利要求2所述的超导磁体组合式冷却装置，其特征在于，所述第二制冷机有多个，每个所述第二制冷机与每个所述导冷片一一对应接连。
4.如权利要求1所述的超导磁体组合式冷却装置，其特征在于，导冷片和液氢缓冲罐以及导冷片和超导磁体的连接处均用铟片进行填充。
5.如权利要求1所述的超导磁体组合式冷却装置，其特征在于，还包括液氢循环系统，所述液氢缓冲罐中的液氢经过所述液氢循环系统后变成氢气重新输入所述盘管。
6.如权利要求5所述的超导磁体组合式冷却装置，其特征在于，所述液氢循环系统包括储能装置，所述液氢缓冲罐中的液氢流入所述储能装置进行复合储能。
7.一种如权利要求1至6任一项所述的超导磁体组合式冷却装置的操作方法，其特征在于，包括：
步骤S1：启动第二制冷机制冷导冷片以使超导磁体冷却；
步骤S2：向盘管通入氢气并启动第一制冷机将氢气冷却为液氢流入液氢缓冲罐，液氢缓冲罐通过导冷片冷却超导磁体；
步骤S3：预设时长后关闭所述第二制冷机，只利用液氢缓冲罐通过导冷片冷却超导磁体。
8.如权利要求7所述的超导磁体组合式冷却装置操作方法，其特征在于，若因故障无法使用液氢制冷，则再次开启所述第二制冷机提供冷量。
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