[实用新型]一种用于超导磁体的制冷系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于超导磁体的制冷系统，更具体的说，涉及一种在断电运输过程中，用于超导磁体的制冷系统。

背景技术

超导材料由于其超低温下的零电阻特性而得到愈来愈广泛的应用，目前常见的用途包括输电和制造大型磁体等。但是，为了进入超导状态，需要将超导材料冷却到极低的温度。在磁共振成像设备中就使用了超导磁体系统，通过将线圈构成的电磁体沉浸在如液氦等冷却剂中，以达到超导所需要的超低温(4.2K)。为了减少外界对液氦的热干扰，通常会在盛放液氦和电磁体的容器外设置一个热辐射屏蔽和真空罩。但是，由于结构上不可能完全阻止热传导，因而，冷却剂会通过蒸发吸收外界传入的热量，从而保持稳定的超导环境。现有的磁共振成像设备在工作过程中，为了减少冷却剂的蒸发，通常会设置冷头和压缩机，对热辐射屏蔽进行冷却。

在磁共振成像设备的运输过程中，由于整个设备处于断电状态，无法向冷头供电，从而无法对热辐射屏蔽制冷，导致热辐射屏蔽的温度升高，由热辐射屏蔽向容器的热辐射相应地升高，从而引起冷却剂的蒸发量增加，损失昂贵的冷却剂使得设备运输成本增加。在漫长的海运中，这个问题尤为明显。例如，据统计，在约一个月的海上运输中，大约有1000～1500升液氦蒸发。

为了解决这个技术问题，中国专利申请200810170315.5记载了一种低温恒温器，包括一保持在一外部真空容器内的致冷剂容器，所述致冷剂容器设有一允许致冷剂气体从所述致冷剂容器中逸出的排放路径，所述低温恒温器进一步包括一插入于所述致冷剂容器与所述外部真空容器之间的热辐射屏蔽件，所述排放路径经配置以便通过一管道来引导逸出的致冷剂气体，所述管道形成热辐射屏蔽件的组成部分；所述管道为包括至少一个孔及至少两个凸缘的连接管道，且所述热辐射屏蔽件由至少两个区段构成，各个第一及第二区段附接至所述连接管道的相应凸缘上。在运输中，冷却剂蒸发而从上述孔中逃逸时，其从管道处吸收热量，又使热辐射屏蔽冷却。

上述方案虽然在一定程度上能够在运输过程中降低热辐射屏蔽的温度，但是其结构比较复杂，仍存在进一步简化的可能。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于超导磁体的制冷系统，这种制冷系统可以在超导磁体未通电工作时运作，尤其在运输过程中运作，实现对热辐射屏蔽的冷却，以减少如氦等昂贵的液态冷却剂的损失。

本实用新型的另一个目的是提供一种用于超导磁体的制冷系统，它无需设置额外的装置，即可实现对热辐射屏蔽的冷却，制造成本降低，操作更为简便，并且制冷效果更好。

本实用新型提供了用于超导磁体的制冷系统，包括一个热交换器、一个设置在热交换器上的侧管和一个设置在侧管中的冷头，其中冷头上设有一个下凸台，下凸台与热交换器之间可产生一个间隙，该间隙可供制冷系统中受热蒸发的冷却剂穿过。

在用于超导磁体的制冷系统的再一种示意性的实施方式中，冷头上还设有一个上凸台，侧管上还设有一个法兰，所述上凸台与所述法兰经由复数个螺栓连接，且上凸台可在这些螺栓的带动下与法兰分离，进而形成下凸台与热交换器之间的所述间隙。

在用于超导磁体的制冷系统的另一种示意性的实施方式中，热交换器可以是铜块，侧管则可以由不锈钢材料制成。

在用于超导磁体的制冷系统的还一种示意性的实施方式中，制冷系统中的冷却剂为液态的氦，在这种情况下，下凸台与热交换器之间的间隙为3～10mm时，制冷效果尤其好。

本实用新型提供的制冷系统，在冷头与热交换器之间形成一个供冷却剂(特别是液氦)蒸发后的气体穿过的3～10mm间隙，气体在穿过该间隙时，利用自身的显热特性通过热交换器(特别是铜块)吸收热辐射屏蔽上的热量，间接减少了传入冷却剂和超导磁体上的热量，最终减少了冷却剂的蒸发量。

根据上述制冷系统，仅需相对于冷头通电工作时的状态(此时冷头与热交换器紧贴在一起)，将冷头向上提升一定距离，使冷头与热交换器分离，就可形成上述间隙。本实用新型提供的这种用于超导磁体的制冷系统，无需采取额外的制冷措施(例如在热辐射屏蔽上设置连接管和孔等)，即可达到制冷效果，降低了制造成本，简化了操作过程。

另外，在本实用新型提供的制冷系统中，将冷头安装在由不锈钢材料制成的侧管中，侧管和冷头再利用螺栓简单连接固定，使得整个操作更为简便。

附图说明

以下附图仅对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围，其中：

图1是根据本实用新型一种示意性实施方式的用于超导磁体的制冷系统的结构示意圉；