一种基于超导磁体的三级制冷系统的制作方法

本发明涉及超导磁体制冷，尤其涉及一种基于超导磁体的三级制冷系统。

背景技术：

1、超导体处于超导状态时，其电阻为零，电流可以在其中无损耗地流动。同时，超导体还具有完全抗磁性，即磁场无法穿透超导体，会被完全排斥在其表面之外。基于这些特性，超导磁体可以通过在超导线圈中通入电流来产生强大的磁场。由于超导体的零电阻特性，电流可以在超导线圈中持续流动而不会产生能量损耗，从而维持磁场的稳定性。运用超导磁体的产品有磁共振成像、粒子加速器、热核聚变磁体、对撞机、超导量子干涉仪、磁悬浮列车。

2、在现有技术中通常采用双极低温制冷机放到多层保温箱体内，一级冷头放到氮冷却层里，二级冷头放到氦冷却层里。箱体与冷头间连接处不易于密封，容易造成冷却介质的浪费，且在制冷量扩容时增加密封数量；低温制冷机需要非标设计，冷头长度需要延申，不易于制造；箱体专业设计，制冷量固定，无法按照需求增加冷量；双级冷头低温制冷机二级冷头冷量较低，无法满足制冷需求。

3、因此，如何将制冷系统置于多层保温箱体的外部，提供足够的冷量成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于超导磁体的三级制冷系统，用以解决如何缩短消毒灭菌时长，提高消毒灭菌效率的问题。

2、本发明提供一种基于超导磁体的三级制冷系统，包括：

3、电源组件；

4、保温容器；保温容器内部放置有磁体；

5、真空低温恒温器，保温容器设置在真空低温恒温器的内部；

6、主真空低温恒温器；所述真空低温恒温器设置在主真空低温恒温器的内部，电源组件的一端依次穿过主真空低温恒温器、真空低温恒温器和保温容器与磁体连接；

7、一级水冷模块；水冷模块与所述电源组件的一侧连接；

8、二级氮冷模块；二级氮冷模块与主真空低温恒温器的内部连通；

9、三级氦冷模块；三级氦冷模块与保温容器的内部连通。

10、在其中一些实施例中，电源组件包括：电源铜排和电流引线；电源铜排的一侧与一级水冷模块接触，电流引线的一端与电源铜排连接，另一端依次穿过主真空低温恒温器、真空低温恒温器和保温容器与磁体连接。

11、在其中一些实施例中，一级水冷模块包括：恒温水箱和水泵；恒温水箱与管路连通，管路上设置有水泵，管路的一部分与电源铜排接触。

12、在其中一些实施例中，二级氮冷模块和三级氦冷模块中所使用的介质均为气态。

13、在其中一些实施例中，还包括保护管路，保护管路包括：通气管；

14、通气管一端位于外部，另一端依次穿过主真空低温恒温器、真空低温恒温器和保温容器并与保温容器内部连通；通气管上安装有保护组件。

15、在其中一些实施例中，还包括真空系统，所述真空系统用于将主真空低温恒温器、真空低温恒温器和保温容器抽真空。

16、在其中一些实施例中，还包括连接密闭容器，所述连接密闭容器的一端依次穿过主真空低温恒温器、真空低温恒温器和保温容器并与保温容器的内部连通，另一端位于主真空低温恒温器的外部，所述保温容器中的氦冷介质经过连接密闭容器回流至三级氦冷模块。

17、在其中一些实施例中，所述电流引线穿过连接密闭容器与磁体连接。

18、在其中一些实施例中，所述保温容器、真空低温恒温器和主真空低温恒温器中均安装有第一温度传感器。

19、在其中一些实施例中，所述保温容器的内壁上涂覆有一层辐射冷却材料。

20、本发明的有益效果如下：

21、1、直接氦冷所需制冷时间长，且氦冷制冷机能效低，因此采用本发明的三级制冷系统，可以在一级水冷模块处有效控制电源铜排的温度，使其温度恒定，不会因为环境温度改变影响二级氮冷模块的冷量需求，二级氮冷模块可以将电流引线温度大幅度降低，可以有效的降低三级氦冷模块的冷量需求，使得本发明的技术方案可以逐级控温，系统运行稳定。

22、2、现有技术中磁体冷却采用液氦和液氮浸泡方式，使用过程中，液体挥发，就要继续注入液态氮和液态氦，液态氮和液态氦无法循环利用，磁体设备运行，需要不断补充大量的液氮和液氦，其中液氦价格高昂，导致了设备运行费用高昂。采用本发明的二级氮冷模块和三级氦冷模块可以使气态制冷剂循环利用，一次充注，设备可源源不断的制冷，成本会大大降低。

23、3、现有的磁体制冷系统浸泡形式还是采用氦冷却机形式，均为最大冷量形式。本发明制冷系统采用二级氮冷模块和三级氦冷模块相配合进行制冷，且二级氮冷模块和三级氦冷模块输出的冷量均可调节，通过制冷能级的调节，精准控制保温容器和主真空低温恒温器内温度，高超的精确控温水平，使得系统节能效果显著，保护磁体不会因过热损坏。

技术特征：

1.一种基于超导磁体的三级制冷系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于超导磁体的三级制冷系统，其特征在于，所述电源组件（200）包括：电源铜排（201）和电流引线（202）；所述电源铜排（201）的一侧与一级水冷模块（600）接触，所述电流引线（202）的一端与所述电源铜排（201）连接，另一端依次穿过主真空低温恒温器（500）、真空低温恒温器（400）和保温容器（300）与磁体（100）连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于超导磁体的三级制冷系统，其特征在于，所述一级水冷模块（600）包括：恒温水箱（601）和水泵（602）；所述恒温水箱（601）与管路连通，所述管路上设置有水泵（602），所述管路的一部分与电源铜排（201）接触。

4.根据权利要求1所述的一种基于超导磁体的三级制冷系统，其特征在于，所述二级氮冷模块（700）和所述三级氦冷模块（800）中所使用的介质均为气态。

5.根据权利要求1所述的一种基于超导磁体的三级制冷系统，其特征在于，还包括保护管路（900），所述保护管路包括：通气管（901）；

6.根据权利要求1所述的一种基于超导磁体的三级制冷系统，其特征在于，还包括真空系统（1000），所述真空系统（1000）用于将主真空低温恒温器（500）、真空低温恒温器（400）和保温容器（300）抽真空。

7.根据权利要求2所述的一种基于超导磁体的三级制冷系统，其特征在于，还包括连接密闭容器（1100），所述连接密闭容器（1100）的一端依次穿过主真空低温恒温器（500）、真空低温恒温器（400）和保温容器（300）并与保温容器（300）的内部连通，另一端位于主真空低温恒温器（500）的外部，所述保温容器（300）中的氦冷介质经过连接密闭容器（1100）回流至三级氦冷模块（800）。

8.根据权利要求7所述的一种基于超导磁体的三级制冷系统，其特征在于，所述电流引线（202）穿过连接密闭容器（1100）与磁体（100）连接。

9.根据权利要求1所述的一种基于超导磁体的三级制冷系统，其特征在于，所述保温容器（300）、真空低温恒温器（400）和主真空低温恒温器（500）中均安装有第一温度传感器（1200）。

10.根据权利要求1所述的一种基于超导磁体的三级制冷系统，其特征在于，所述保温容器（300）的内壁上涂覆有一层辐射冷却材料。

技术总结
本发明涉及超导磁体制冷技术领域，尤其涉及一种基于超导磁体的三级制冷系统，保温容器内部放置有磁体，所述保温容器设置在真空低温恒温器的内部，所述真空低温恒温器设置在主真空低温恒温器的内部，所述电源组件的一端依次穿过主真空低温恒温器、真空低温恒温器和保温容器与磁体连接，所述水冷模块与所述电源组件的一侧连接，所述二级氮冷模块与所述主真空低温恒温器的内部连通，所述三级氦冷模块与所述保温容器的内部连通，使得本发明的技术方案，制冷速度快，制冷介质不会产生损耗，成本低，可以实现逐级降温，系统稳定。

技术研发人员：戴少涛,伍锐,蒋国忠,邓惠霞,王邦柱,胡磊,马韬,杨俊峰,李芳昕
受保护的技术使用者：江西联创光电超导应用有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/1/9