制冷机可插拔式固氮低温系统的设计与实验

发布时间：2021-08-30 06:29

　　为了给高温超导磁体提供一个20—40 K的工作温度,并提升低温系统的便携性,设计制造了一种制冷机可插拔式固氮低温容器。理论分析了系统整体漏热以及固氮在20—40 K的保温时间,对其降温及保温性能进行了测试。结果表明,制冷机拔离可有效提升固氮低温容器在20—40 K的保温时间。 

【文章来源】：低温工程. 2020,(05)北大核心CSCD

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【部分图文】：

制冷机可插拔式固氮低温容器结构图

如图2所示,在设计制造完成后,需要对固氮低温系统进行降温和保温性能测试,观察固氮低温容器的性能是否满足设计要求。在实验前,首先采用真空机组对低温容器夹层进行抽空,减小因真空夹层残余气体分子对流漏热产生的影响。待夹层真空度达到10-4—10-5Pa之后,开启制冷机,同时对固氮腔和液氮盒缓慢加注液氮,避免剧烈的温度变化对低温容器的密封部件造成损坏。液氮加注完毕后,关闭固氮腔体的进液阀。为了研究固氮低温容器的降温、保温特性,在低温容器的7个典型位置处安装了Cernox温度传感器,具体位置如图3中TC1-TC7所示,并通过测温仪表实时采集温度。在实验过程中,由于铜引线以及其他管道、引线皆由液氮盒中的液氮冷却,所以会不断消耗液氮盒中的液氮。为了保证液氮盒中的液氮不被耗尽,需要实时向液氮盒中加注液氮,以免对固氮降温造成影响。图3 Cernox温度传感器的安装位置示意图

图2 固氮低温系统的实验过程图4为低温系统从室温降至20 K的过程。当固氮降至20 K的时候,液氮辐射屏的温度维持在186 K,一级冷屏的温度维持在58 K,一级冷头和二级冷头的温度分别为40 K和8 K,而固氮腔低位和高位的固氮温度则分别为20 K和22 K。从插图中可以看出,固氮从77 K降至20 K大约经历了92小时。在降温过程中,为了研究液氮盒对降温性能的影响,在固氮降至20 K的时候的,停止向液氮盒加注液氮。由于液氮盒中液氮渐渐耗尽,液氮辐射屏从92小时之后,温度开始上升,导致固氮腔高位温度最高上升至38 K,低位温度最高升至26 K。而造成这种温度差异的主要原因可能是因为高位处靠近电流引线,由于液氮盒中没有液氮,所以使得电流引线的漏热变得更大,从而影响了高位处的固氮温度;同时由于高位处的固氮稀少,液氮冷屏的温度变化对于其温度影响比较明显。当固氮腔高位温度上升至38 K之后,重新向液氮盒加注液氮,大约20小时之后,液氮辐射屏和固氮的温度都下降至最初温度。由实验可知,液氮盒对于固氮的降温和保温都具有至关重要的作用。因此,在实验过程中,要实时向液氮盒中加注液氮,保证液氮不能被耗尽,从而影响低温容器性能。

【参考文献】：
期刊论文
[1]用于高温超导磁体的固氮系统设计与实验[J]. 张海峰,孙兴中,卞荣耀,丁怀况,武义锋,章学华,丁先庚.  低温与超导. 2017(06)
[2]制冷机传导冷却固氮保护的高温超导磁体系统的研究进展[J]. 张博,余运佳,王秋良.  低温与超导. 2004(04)



本文编号：3372253