一种多管嵌套夹层流阻串联的窄空间强效冷却装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种冷却装置，特别涉及一种多管嵌套夹层流阻串联的窄空间强效冷却装置。
【背景技术】
[0002]自1991年P.de Rango等人在Nature上报道了在5T强磁场环境下制备的YBCO高温超导材料其晶粒取向和超导性能得到有效提高后(P.de Rango et al., Nature, 349,770(1991))，强磁场在材料科学中的应用受到了广泛的关注。现有的用于强磁场环境下的高温热处理装置基本上都是基于室温孔径超导磁体设计的，如1997年Kazuo Watanabe等人报道了一种用于IlT室温孔径超导磁体的高温处理装置并用其处理了 YBa2Cu3O7块材样品(Jpn.J.Appl.Phys.,36, L637 (1997) )，2006 年 Yanwei Ma 等人报道了一种用于 15T室温孔径超导磁体的高温热处理装置并用其处理了 MgB2样品(Jpn.J.Appl.Phys.,45,L493(2006))，而用于低温孔径超导磁体的高温处理装置尚未见报道。虽然低温孔径超导磁体能提供更高的磁场环境(目前已能达到22T，英国牛津公司生产)，但由于其磁体口径是浸泡在液氦中的，温度非常低(4.2K)且口径很小(仅几个厘米)，而一般的材料制备是需要在高温下进行的，比如生长单晶一般需要温度在1000度以上，因此要在低温孔径超导磁体提供的强磁场环境下进行材料制备就需要一个绝热性能非常好的高温炉安装在超导磁体中。但由于高温炉温度很高且其本身要占用一定的空间，而低温口径的超导磁体的口径又很小，这就使得对高温炉和液氦之间进行绝热就变得非常困难。
[0003]为此，我们提出一种多管嵌套夹层流阻串联的窄空间强效冷却装置，能够大大减少绝热装置所占用的空间，从而实现在低温口径超导磁体的强磁场环境中进行高温下的材料制备。
【发明内容】
[0004]本发明的目的:为能够在低温口径超导磁体的强磁场环境中进行高温下的材料制备提供一种多管嵌套夹层流阻串联的窄空间强效冷却装置。
[0005]本发明实现上述目的的技术方案是:
[0006]本发明一种多管嵌套夹层流阻串联的窄空间强效冷却装置，包括直径递增的三根管子，由细到粗分别称为甲管、乙管和丙管，其特征是:甲管的一端是密封的，称为甲管封底，其另一端是敞口的，称为甲管顶端，丙管的一端也是密封的，称为丙管封底，所述甲管以封底对封底的方式共轴地插入丙管，但二者的封底并不接触，所述乙管共轴地插入到甲管和丙管之间的间隙中并和丙管封底不接触，形成甲乙管间隙的流阻与乙丙管间隙的流阻串联的结构，在甲管顶端处，甲乙管间隙收口成一个通道口，称为第一通道口，乙丙管间隙收口成另一个通道口，称为第二通道口。
[0007]本发明一种多管嵌套夹层流阻串联的窄空间强效冷却装置，其特征是:在丙管外再共轴地嵌套两层管子，其较内层的管子称为丁管，而最外层的管子称为戊管，所述丁管没有封底，而戊管有封底，丁管与戊管封底不接触，戊管封底包在所述丙管封底之外，且与之不接触，形成丙丁管间隙的流阻与丁戊管间隙的流阻串联的结构，在甲管顶端处，丙丁管间隙收口成一个通道口，称为第三通道口，丁戊管间隙收口成另一个通道口，称为第四通道□。
[0008]本发明一种多管嵌套夹层流阻串联的窄空间强效冷却装置，其特征是:在丙管外再嵌套一层管子，称为外管甲，该外管甲有封底，该封底包在所述丙管封底之外，且与之不接触，在所述甲管的顶端处，外管甲与丙管间的间隙收口成一个通道口，称为真空抽口甲。
[0009]本发明一种多管嵌套夹层流阻串联的窄空间强效冷却装置，其特征是:在戊管外再嵌套一层管子，称为外管乙，该外管乙有封底，该封底包在所述戊管封底之外，且与之不接触，在所述甲管的顶端处，外管乙与戊管间的间隙收口成一个通道口，称为真空抽口乙。
[0010]本发明一种多管嵌套夹层流阻串联的窄空间强效冷却装置的结构特点在于:
[0011]所述的甲乙管间隙的流阻与乙丙管间隙的流阻是串联的。
[0012]所述的甲乙管间隙的截面积与乙丙管间隙的截面积是相等的。
[0013]所述的丙丁管间隙的流阻与丁戊管间隙的流阻是串联的。
[0014]所述的丙丁管间隙的截面积与丁戊管间隙的截面积是相等的。
[0015]所述的管子均为金属管子。
[0016]本发明的工作原理为:所述甲管、乙管和丙管三根管子是共轴嵌套的，在甲管封底端，由于乙管是不封底的并和丙管封底不接触，而甲管封底和丙管封底也是不接触的，这样就形成甲管与乙管之间间隙的流阻和乙管与丙管之间间隙的流阻串联的通道。在甲管顶端处，甲乙管间隙收口成第一通道口，乙丙管间隙收口成第二通道口。工作的时候，将冷却介质(一般为液氮，温度为77K)从第一通道口导入，冷却介质经过甲管和乙管之间的间隙，通过甲管封底端的流阻串联的通道进入到乙管和丙管之间的间隙，最后通过第二通道口导出，完成对甲管管壁的降温。
[0017]由于冷却介质通过第一通道口进入到甲管和乙管子之间的间隙后就直接与甲管进行热交换从而带走甲管管壁上的热量，这样的热交换效率是非常高的，因而甲管和乙管之间的夹层以及乙管和丙管之间的夹层可以很小，由于这两个间隙的截面积是相等的，因此两个间隙内的冷却介质的流量是相同的，这就能使冷却介质的流速稳定从而使降温效率最大化。由于管子之间的间隙可以很小，所以乙管和丙管所占空间也很小，整个装置的外径也就很小，从而可以应用于超导磁体的狭窄空间中。
[0018]所述在丙管外再共轴地嵌套的两层管子，即较内层丁管和最外层戊管，丁管没有封底，而戊管有封底，由于丁管与戊管封底不接触，而戊管封底包在所述丙管封底之外，且与之不接触，这就形成丙丁管间隙的流阻与丁戊管间隙的流阻串联的结构，在甲管顶端处，丙丁管间隙收口成第三通道口，丁戊管间隙收口成第四通道口。该结构可按以下两种方式工作:
[0019](a)在将冷却介质从第一通道口导入使甲管管壁降温的同时将冷却介质从第三通道口导入，冷却介质经过丙管和丁管之间的间隙，通过丙管封底端的流阻串联的通道进入到丁管和戊管之间的间隙，最后通过第四通道口导出，完成对丙管管壁的降温。增加此两层管子得目的是在甲乙管间隙和乙丙管间隙的冷却介质的冷却功率不够的情况下再增加一层冷却，使甲管上的热量对外界的影响降到最低。
[0020](b)在从第三通道口导入冷却介质使丙管管壁降温的同时将第一通道口和第二通道口中的一个密封，另一个作为真空抽口并对甲管和乙管之间的间隙以及乙管和丙管之间的间隙抽真空，此真空用于对甲管和丙管之间进行绝热，这有利于保持甲管维持在一个恒定的温度。
[0021]所述在丙管外再嵌套一层外管甲，该外管甲有封底，该封底包在所述丙管封底之夕卜，且与之不接触，在所述甲管的顶端处，外管甲与丙管间的间隙收口成真空抽口甲。通过真空抽口甲对外管甲和丙管之间的间隙抽真空形成真空绝热层，该真空绝热层用于隔离丙管对外界环境的影响，这对于低温口径的超导磁体非常重要，低温口径的超导磁体是浸泡在液氦中的，液氦的温度是非常低的(4.2K)，此真空绝热层可以大大降低冷却介质和液氦之间的热传导，既能防止液氦将冷却介质(一般为液氮，温度为77K)冻结，也能减少液氦的损耗。
[0022]所述在戊管外再嵌套一层外管乙，该外管乙有封底，该封底包在所述戊管封底之夕卜，且与之不接触，在所述甲管的顶端处，外管乙与戊管之间的间隙收口成真空抽口乙。通过真空抽口甲乙对外管乙和戊管之间的间隙抽真空形成真空绝热层，该真空绝热层用于隔离戊管对外界环境的影响，这对于低温口径的超导磁体非常重要，低温口径的超导磁体是浸泡在液氦中的，液氦的温度是非常低的(4.2K)，此真空绝热层可以大大降低冷却介质和液氦之间的热传导，既能防止液氦将冷却介质(一般为液氮，温度为77K)冻结，也能减少液氦的损耗。
【附图说明】
[0023]图1是本发明一种多管嵌套夹层流阻串联的窄空间强效冷却装置基本结构示意图。
[0024]图2是本发明在丙管外再共轴地嵌套两层管子的结构示意图。
[0025]图3是本发明在丙管外共轴地嵌套一层管子的结构示意图
[0026]图4是本发明在戊管外共轴地嵌套一层管子的结构示意图。
[0027]图中标号:1甲管、2乙管、3丙管、4第一通道口、5第二通道口、6 丁管、7戊管、8第三通道口、9第四通道口、10外管甲、11真空