阅读说明：本技术 一种无液氦超导磁体快速冷却装置 (Quick cooling device of no liquid helium superconducting magnet ) 是由 董振斌 高而震 刘向军 宗磊 马启元 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无液氦超导磁体快速冷却装置,用于无液氦磁体从常温快速冷却至低温,所述快速冷却装置包括触头I和触头II,其中：触头I,一端连接在GM制冷机一级冷头上,另一端通过快卸装置使其与触头II接触或者离开；触头II,固定在磁体线圈桶上,与触头I面接触；快卸装置,固定在常温外筒上,具有调节杆和旋转结构；调节杆一端通过绝热元件连接触头I,另一端延伸出常温外筒；旋转结构通过螺纹配合结构套接在调节杆上,底部与绝热元件之间设有伸缩结构。本发明的无液氦超导磁体快速冷却装置,提升了无液氦超导磁体前期制冷速度、整体快速制冷结构简单,人工操作方便,具有较好的推广应用前景。(The invention discloses a quick cooling device for a liquid-helium-free superconducting magnet, which is used for quickly cooling the liquid-helium-free magnet from normal temperature to low temperature, and comprises a contact I and a contact II, wherein: one end of the contact I is connected to the primary cold head of the GM refrigerator, and the other end of the contact I is contacted with or separated from the contact II through the quick release device; the contact II is fixed on the magnetic coil barrel and is in surface contact with the contact I; the quick-release device is fixed on the normal-temperature outer cylinder and is provided with an adjusting rod and a rotating structure; one end of the adjusting rod is connected with the contact I through a heat insulation element, and the other end of the adjusting rod extends out of the normal-temperature outer cylinder; the rotating structure is sleeved on the adjusting rod through a thread matching structure, and a telescopic structure is arranged between the bottom and the heat insulation element. The quick cooling device for the liquid-helium-free superconducting magnet improves the early-stage refrigeration speed of the liquid-helium-free superconducting magnet, has a simple integral quick refrigeration structure, is convenient to operate manually, and has a good popularization and application prospect.)

一种无液氦超导磁体快速冷却装置

技术领域

本发明涉及无液氦超导磁体技术领域，特别是涉及无液氦超导磁体快速冷却装置。

背景技术

现有无液氦超导磁体冷却一般使用GM制冷机冷却，该冷头一般分为两级，一级冷头在20K~300K温区可提供几十到数百瓦的冷量；而二级冷头主要用于4K~20K范围的维持冷却，冷量一般只有一瓦到数瓦的范围，而4k磁体线圈桶与二级冷头连接，磁体的前期冷却速度主要由重量较大的4k磁体线圈桶的冷却速度决定。

现有的无液氦超导磁体冷却时，4k磁体线圈桶的前期冷却速度较慢，导致后期GM制冷机冷却速度整体较慢。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种利用波纹管的伸缩性使高冷量的一级冷头与4K部件（线圈骨架）连接，待冷却到预定温度在旋转螺母使触点脱开的无液氦超导磁体快速冷却装置，从而实现快速冷却GM制冷机前期4k线圈骨架的冷却速度加快，最终提高了GM制冷机的整体冷却速度。

本发明所采用的技术方案是：一种无液氦超导磁体快速冷却装置，用于冷却常温外筒和套在其内的磁体线圈桶，所述快速冷却装置包括触头I和触头II，其中：

触头I，一端连接在GM制冷机一级冷头上，另一端通过快卸装置使其与触头II或者离开触头II；

触头II，固定在磁体线圈桶上，与触头I面接触；

快卸装置，固定在常温外筒上，具有调节杆和旋转结构；

调节杆，一端通过绝热元件连接触头I，另一端延伸出常温外筒；

旋转结构,通过螺纹配合结构套接在调节杆上，用于旋转打开或者关闭快卸装置，底部与绝热元件之间设有伸缩结构。

进一步地，磁体线圈桶上还连接温度探头，用于测量磁铁线圈桶的温度。

进一步地，温度探头还连接温度显示装置，用于显示磁体线圈桶的温度。

进一步地，触头I和触头II的材料无氧铜、铜、铝中的其中一种或者两种。

进一步地，触头I和触头II的接触面镜面抛光处理。

进一步地，旋转结构可以设计为螺母或者手轮结构，并且旋转结构与常温外筒之间还压紧有垫片，用于增强旋转结构与常温外筒的连接结构。

进一步地，触头I与一级冷头之间通过软连接结构连接，并且软连接结构由铜编制网带或多层铜箔带制成。

进一步地，触头I与触头II的接触面积大于100 cm²，触头I与触头II各自的厚度大于10mm。

进一步地，伸缩结构为壁厚小于0.5mm的焊接波纹管，并且其伸缩行程大于100mm。

本发明的无液氦超导磁体快速冷却装置在工作时，使用带有旋转结构的调节杆将伸缩结构压紧触头I和触头II，接通一级冷头和二级冷头，使用一级冷头和二级冷头同时对磁体线圈桶冷却，实现快速接通一级冷头和磁体线圈桶（即4K桶）。

也就是本发明将冷却瓦数较大（即冷却量较大）的一级冷头用在磁体线圈桶的初期冷却过程中，随后当磁体线圈桶的冷却温度达到预定温度值后，转动旋转结构，松开压缩贴合传到热的触头I和触头II分离，此时二级冷头独自将磁体线圈桶冷却到４K，实现无液氦超导磁体前期的快速冷却。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

１. 提升了无液氦超导磁体前期冷却速度，利用伸缩结构的伸缩性使高冷量的一级冷头与磁体线圈桶（即4K桶）连接，待冷却到预定温度再旋转旋转结构使触点I和触点II脱开，从而实现快速冷却。

２.使用温度探头实时检测磁体线圈桶（即4K桶）温度，达到预定值后快速脱开。

３.整体快速制冷结构简单，人工操作方便。

综上所述，本发明的无液氦超导磁体快速冷却装置，提升了无液氦超导磁体前期制冷速度，也即GM制冷机整体制冷效率，并且该快速冷却装置的整体快速制冷结构简单，人工操作方便，具有较好的推广应用前景。

附图说明

图1为无液氦超导磁体快速冷却装置的一个实施例的结构示意图；

图2为快卸装置的一个实施例的结构图；

其中：1-常温外筒，2-磁体线圈桶，3-触头I，4-触头II，5-真空腔，6-温度探头，7-快卸装置，71-调节杆，72-伸缩结构，73-旋转结构，74-垫片，75-绝热元件；8-软连接结构。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组合或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，本发明实施例的描述过程中，所有图中的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等器件位置关系，均以图1为标准。

如图1所示，一种无液氦超导磁体快速冷却装置，用于冷却常温外筒1和套在其内的磁体线圈桶2，其特征在于：所述快速冷却装置包括触头I3和触头II4，其中：

触头I3，一端连接在GM制冷机一级冷头上，另一端通过快卸装置7使其与触头II4或者离开触头II4；

触头II4，固定在磁体线圈桶2上，与触头I3面接触；

如图２所示，快卸装置7，一般焊接固定在常温外筒1上（其是为真空容器的一部分），具有调节杆71和旋转结构73；

调节杆71，一端通过绝热元件75连接触头I3，另一端延伸出常温外筒1以便旋转打开或者关闭，绝热元件75为环氧玻璃钢材料等制成，具有较好的绝热效果，通常可以将绝热元件75直接一端粘接固定在调节杆71的端部，同时也可以将绝热元件75另一端粘接在触头I3上；

旋转结构73,通过螺纹配合结构套接在调节杆71上，用于旋转打开或者关闭快卸装置7，底部与绝热元件75之间设有伸缩结构72，以便将触头I3向触头II4压紧贴合或者松开分离。

无液氦超导磁体快速冷却装置的磁体线圈桶2上还连接温度探头9，用于测量磁铁线圈桶2的温度，从而控制快卸装置7断开触头I3和触头II4，随后使用二级冷头继续冷却磁体线圈桶2。更佳的实施方式是温度探头9还连接温度显示装置，用于显示磁体线圈桶的温度，或者通过控制装置再连接显示装置，实现对磁体线圈桶温度的显示，协助操作人员控制快卸装置断开磁体线圈桶，使其单独冷却到4k。

无液氦超导磁体快速冷却装置的触头I3和触头II4的材料无氧铜、铜、铝中的其中一种或者两种，主要选用原则是选用传导热系数较高的，并且价格比较廉价，便于在保证推广这两个触头可以很好地推广应用。更优的实施方式是触头I3和触头II4的接触面镜面抛光处理，以便更好地增强一级冷头和二级冷头磁体线圈桶之间热热传导速度，提升磁体线圈桶的冷却速度。常温外筒1和磁体线圈桶2之间为真空腔5，从而便于将触头I3更为紧密地贴合在触头II4上，保证其在接触传热的过程中具有较好的制冷效果。

无液氦超导磁体快速冷却装置的旋转结构73可以设计为螺母或者手轮结构，并且旋转结构73与常温外筒1之间还压紧有垫片74，用于增强旋转结构与常温外筒的连接结构。较佳的实施方式是无液氦超导磁体快速冷却装置，触头I3与一级冷头之间通过软连接结构8连接，并且软连接结构由铜编制网带或多层铜箔带制成，保证触头I与一级冷头之间具有一定的伸缩量，可以确保触头I与触头II接触的面接触部分面积相对较大，可以提高其制冷效率。

无液氦超导磁体快速冷却装置的触头I3与触头II4的接触面积大于100 cm²，触头I3与触头II4各自的厚度大于10mm，以保证较合适的冷量传递。更优地伸缩结构72为壁厚小于0.5mm的焊接波纹管，并且其伸缩行程大于100mm，一般波纹管使用焊接连接在垫片74底部或者直接焊接在旋转结构73底部，并且伸缩结构的长度是伸缩行程的2-3倍较为合适。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。