超导器件及材料的液氮降温方法和实现该方法的超导制冷的制造方法
【专利摘要】超导器件及材料的液氮降温方法和实现该方法的超导制冷机涉及超导器件及材料的检测方法和设备。超导器件及材料的液氮降温方法，在利用低温液氮气对超导器件或材料进行传导和对流式降温的同时，利用氦制冷系统对超导器件或材料进行传导式降温；并且通过将氮气抽出，加强对流式降温效果。一种超导制冷机，包括一密封舱体，密封舱体上装有一舱盖，密封舱体内设有一试验台托板；试验台托板下方设有一蒸发腔，蒸发腔内固定有数对液氮喷枪；超导制冷机还包括一真空泵，真空泵的抽气口朝向试验台托板；超导制冷机还包括一氦制冷机，氦制冷机的制冷头与试验台托板的下表面连接。本发明可实现超导器件及材料的快速降温。
【专利说明】超导器件及材料的液氮降温方法和实现该方法的超导制冷机
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料领域，具体涉及超导器件及材料的检测方法和检测设备。
【背景技术】
[0002]在进行超导器件及材料的试验时，一般是将超导器件及材料置于液氮杜瓦瓶中，降温至规定值后进行检测。该方法的缺点是超导器件及材料的参数易受液氮纯度影响、操作不方便、试验过程中还需要注意排风。而且超导器件及材料的降温一般是通过氦制冷机完成的。但是氦制冷机的制冷量很小(液氮温区100瓦左右)，所以在氦制冷机制冷的过程中，为氦制冷机降温的配套水冷设备很庞大，而且该设备耗能也很大。
[0003]受试验设备购置成本和实验成本的制约，本领域的技术人员多通过超导器件及材料在超导状态下的功耗参数来确定超导器件及材料的性能。该方法需要将超导器件及材料放置在杜瓦瓶中的试验台上，再从室温降至液氮温区，但是该降温过程速度缓慢，尤其是超导器件及材料的重量大、热负荷大时。影响更大。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种超导器件及材料的液氮降温方法，以解决上述技术问题。
[0005]本发明的目的还在于提供一种超导制冷机，以实现上述方法。
[0006]本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
[0007]超导器件及材料的液氮降温方法，其特征在于，在利用低温液氮气对超导器件或材料进行传导和对流式降温的同时，利用氦制冷系统对超导器件或材料进行传导式降温；
[0008]并且通过将氮气抽出，加强对流式降温效果。
[0009]本发明通过将两种试验方法结合，取其两者优点，克服其不足，实现了超导器件及材料的快速降温。
[0010]在试验器件或材料稳定在液氮试验温区后，停止液氮降温，依靠氦制冷系统平衡超导器件或材料的散热，维持液氮试验温区。可有效地降低试验费用。
[0011]作为一种优选方案，超导器件及材料的降温过程在一密封舱体内进行，密封舱体内设有一用于放置超导器件或材料的试验台托板，首先，将超导器件及材料放置于试验台托板上；
[0012]然后，利用液氮泵产生低温液氮气，通过与液氮泵连接的数对液氮喷枪的对喷来产生激溅、混流和蒸发的作用，再通过液氮通道到达试验台托板处，对试验台托板上的超导器件或材料进行传导和对流式降温；
[0013]同时，利用氦制冷机对试验台托板上的超导器件或材料进行传导式降温；
[0014]并且，利用真空泵将氮气抽出，加强对流式降温效果。
[0015]密封舱体内可以设有一蒸发腔，数对液氮喷枪位于所述蒸发腔内；[0016]所述蒸发腔上盖有一防溅射盖板组，所述防溅射盖板组内开有所述液氮通道，所述试验台托板上开有液氮通孔，所述液氮通孔与所述液氮通道联通；
[0017]所述防溅射盖板组包括一位于上方的防溅射迷宫上板、一位于下方的防溅射迷宫下板，所述防溅射迷宫上板与防溅射迷宫下板压紧在一起；
[0018]所述防溅射迷宫下板上开有数对进氮通孔；
[0019]所述防溅射迷宫上板的上，与所述试验台托板的液氮通孔相对应的位置开有出氮通孔，所述防溅射迷宫上板的下部还设有数条氮气流通沟道，任意一条所述氮气流通沟道至少经过一个所述出氮通孔，且至少与一个所述进氮通孔联通；
[0020]依次联通的进氮通孔、氮气流通沟道、出氮通孔构成所述液氮通道。
[0021]一种超导制冷机，包括一密封舱体，所述密封舱体上装有一可开启的舱盖，其特征在于，所述密封舱体内固定有一试验台，所述实验台上设有一用于放置超导器件或材料的试验台托板；
[0022]所述试验台托板下方设有一蒸发腔，所述蒸发腔内固定有数对液氮喷枪，所述数对液氮喷枪连接一液氮泵，所述蒸发腔上盖有一防溅射盖板组，所述防溅射盖板组内开有液氮通道，所述试验台托板上开有液氮通孔，所述液氮通孔与所述液氮通道联通；
[0023]所述超导制冷机还包括一真空泵，所述真空泵的抽气端位于所述试验台托板上方，所述抽气端的抽气口朝向所述试验台托板；
[0024]所述超导制冷机还包括一氦制冷机，所述氦制冷机的制冷头位于试验台托板下方，且与所述试验台托板的下表面连接。
[0025]本发明同时设有氦制冷机、液氮泵，并优化了试验台的结构，可实现氦制冷和低温液氮气降温的结合，进而实现超导器件及材料的快速降温。
[0026]一种超导制冷机，还包括一杜瓦瓶，采用所述杜瓦瓶作为所述密封舱体。以避免对密封舱体的重新设计，降低设备制作成本。
[0027]作为一种优选方案，所述防溅射盖板组包括一位于上方的防溅射迷宫上板、一位于下方的防溅射迷宫下板，所述防溅射迷宫上板与防溅射迷宫下板压紧在一起；
[0028]所述防溅射迷宫下板上开有数对进氮通孔；
[0029]所述防溅射迷宫上板的上，与所述试验台托板的液氮通孔相对应的位置开有出氮通孔，所述防溅射迷宫上板的下部还设有数条氮气流通沟道，任意一条所述氮气流通沟道至少经过一个所述出氮通孔，且至少与一个所述进氮通孔联通；
[0030]依次联通的进氮通孔、氮气流通沟道、出氮通孔构成所述液氮通道。
[0031]所述防溅射迷宫下板、所述防溅射迷宫上板、所述试验台托板的横截面可以均呈圆形，且各圆心位于一条直线上，
[0032]所述防溅射迷宫上板的下部，沿径向开有数条氮气流通沟道，数条氮气流通沟道在所述防溅射迷宫上板中心处联通在一起；
[0033]所述防溅射迷宫上板的中心处开有一中心出氮通孔，所述试验台托板的中心处开有一中心液氣通孔；
[0034]各进氮通孔到所述防溅射迷宫下板的中心的距离相等，各出氮通孔到所述防溅射迷宫上板的中心的距离相等，任意一条所述氮气流通沟道经过一个所述出氮通孔，且与一个所述进氮通孔联通，同时与所述中心出氮通孔联通。[0035]各进氮通孔到所述防溅射迷宫下板的中心的距离优选小于各出氮通孔到所述防溅射迷宫上板的中心的距离。
[0036]数条氮气流通沟道沿所述防溅射迷宫上板的径向优选等间距排布。
[0037]所述蒸发腔内还设有一液位传感器，所述液位传感器连接一控制器；
[0038]所述液氮储罐上连接有一蒸发腔液氮回收管，所述蒸发腔液氮回收管的与所述蒸发腔联通；
[0039]所述蒸发腔液氮回收管上设有一电磁阀，所述控制器连接所述电磁阀。
[0040]以将蒸发腔内多余液氮回收液氮储罐中重复利用，进一步降低实验成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1为本发明的部分结构示意图；
[0042]图2为本发明的部分结构示意图；
[0043]图3为本发明的防溅射迷宫上板的仰视图；
[0044]图4为本发明的防溅射迷宫上板的侧视图；
[0045]图5为本发明的防溅射迷宫下板的俯视图。
【具体实施方式】
[0046]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。
[0047]参照图1、图2、图3、图4和图5，超导器件及材料的液氮降温方法，在利用低温液氮气对超导器件或材料进行传导和对流式降温的同时，利用氦制冷系统对超导器件或材料进行传导式降温；并且通过将氮气抽出，加强对流式降温效果。本发明通过将两种试验方法结合，取其两者优点，克服其不足，实现了超导器件及材料的快速降温。在试验器件或材料稳定在液氮试验温区后，停止液氮降温，依靠氦制冷系统平衡超导器件或材料的散热，维持液氮试验温区。可有效地降低试验费用
[0048]作为一种优选方案，超导器件及材料的降温过程在一密封舱体2内进行，密封舱体2内设有一用于放置超导器件或材料的试验台托板4，首先，将超导器件及材料放置于试验台托板4上；然后，利用液氮泵产生低温液氮气，通过与液氮泵连接的数对液氮喷枪的对喷来产生激溅、混流和蒸发的作用，再通过液氮通道到达试验台托板4处，对试验台托板4上的超导器件或材料进行传导和对流式降温；同时，利用氦制冷机对试验台托板4上的超导器件或材料进行传导式降温；并且，利用真空泵将氮气抽出，加强对流式降温效果。
[0049]密封舱体2内设有一蒸发腔8，数对液氮喷枪在蒸发腔8内通过对喷来产生激溅、混流和蒸发的作用。数对液氮喷枪优选均匀排布在所述蒸发腔内，以获得较好的效果，数对液氮喷枪的喷射口优选朝上。蒸发腔8位于试验台托板4下方，以使结构简化。蒸发腔8内还设有一液位传感器，液位传感器连接一控制器，控制器可开启液氮泵将蒸发腔8多余液氮回收液氮储罐中以重复利用。以进一步降低实验成本。
[0050]一种超导制冷机，包括一密封舱体2，密封舱体2上装有一可开启的舱盖I，密封舱体2内固定有一试验台3，实验台上设有一用于放置超导器件或材料的试验台托板4 ;试验台托板4下方设有一蒸发腔8，蒸发腔8内固定有数对液氮喷枪，数对液氮喷枪连接一液氮泵，蒸发腔8上盖有一防溅射盖板组，防溅射盖板组内开有液氮通道，试验台托板4上开有液氮通孔，液氮通孔与液氮通道联通；超导制冷机还包括一真空泵，真空泵的抽气端位于试验台托板4上方，抽气端的抽气口朝向试验台托板4 ;超导制冷机还包括一氦制冷机，氦制冷机的制冷头位于试验台托板4下方，且与试验台托板4的下表面连接。本发明同时设有氦制冷机、液氮泵，并优化了试验台的结构，可实现氦制冷和低温液氮气降温的结合，进而实现超导器件及材料的快速降温。
[0051]一种超导制冷机，还包括一杜瓦瓶，采用杜瓦瓶作为密封舱体2。以避免对密封舱体2的重新设计，降低设备制作成本。
[0052]防派射盖板组包括一位于上方的防派射迷宫上板6、一位于下方的防派射迷宫下板7，防溅射迷宫上板6与防溅射迷宫下板7压紧在一起；防溅射迷宫下板7上开有数对进氮通孔12 ;防溅射迷宫上板6的上，与试验台托板4的液氮通孔相对应的位置开有出氮通孔9，防溅射迷宫上板6的下部还设有数条氮气流通沟道10，任意一条氮气流通沟道10至少经过一个出氮通孔9，且至少与一个进氮通孔12联通；依次联通的进氮通孔12、氮气流通沟道10、出氮通孔9构成液氮通道。
[0053]作为一种优选方案，防溅射迷宫下板7、防溅射迷宫上板6、试验台托板4的横截面均呈圆形，且各圆心位于一条直线上，防溅射迷宫上板6的下部，沿径向开有数条氮气流通沟道10，数条氮气流通沟道10在防溅射迷宫上板6中心处联通在一起；防溅射迷宫上板6的中心处开有一中心出氮通孔11，试验台托板4的中心处开有一中心液氮通孔；各进氮通孔12到防溅射迷宫下板7的中心的距离相等，各出氮通孔9到防溅射迷宫上板6的中心的距离相等，任意一条氮气流通沟道10经过一个出氮通孔9，且与一个进氮通孔12联通，同时与中心出氮通孔11联通。
[0054]各进氮通孔12到防溅射迷宫下板7的中心的距离优选小于各出氮通孔9到防溅射迷宫上板6的中心的距离。数条氮气流通沟道10优选沿防溅射迷宫上板6的径向等间距排布。更加优选有12条。
[0055]蒸发腔8内还设有一液位传感器，液位传感器连接一控制器，控制器可开启液氮泵将蒸发腔8多余液氮回收液氮储罐中以重复利用。以进一步降低实验成本。
[0056]作为一种优选方案,液氮储罐上连接有一蒸发腔液氮回收管,蒸发腔液氮回收管的与蒸发腔8联通；蒸发腔液氮回收管上设有一电磁阀，控制器连接电磁阀。
[0057]试验台托板4下方可以设有立柱5，试验台托板4通过立柱5坐在防溅射盖板组上。可以是，防溅射迷宫上板6的上部，与立柱5相对应的位置，设有与立柱5相配套的凹槽。以通过凹槽限定防溅射盖板组与试验台托板4的相对位置。还可以是，立柱5的下部与防溅射迷宫上板6焊接在一起，以固定试验台托板4在防溅射盖板组上。
[0058]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.超导器件及材料的液氮降温方法，其特征在于，在利用低温液氮气对超导器件或材料进行传导和对流式降温的同时，利用氦制冷系统对超导器件或材料进行传导式降温； 并且通过将氮气抽出，加强对流式降温效果。
2.根据权利要求1所述的超导器件及材料的液氮降温方法，其特征在于:在试验器件或材料稳定在液氮试验温区后，停止液氮降温，依靠氦制冷系统平衡超导器件或材料的散热，维持液氮试验温区。
3.根据权利要求1或2所述的超导器件及材料的液氮降温方法，其特征在于:超导器件及材料的降温过程在一密封舱体内进行，密封舱体内设有一用于放置超导器件或材料的试验台托板，首先，将超导器件及材料放置于试验台托板上； 然后，利用液氮泵产生低温液氮气，通过与液氮泵连接的数对液氮喷枪的对喷来产生激溅、混流和蒸发的作用，再通过液氮通道到达试验台托板处，对试验台托板上的超导器件或材料进行传导和对流式降温； 同时，利用氦制冷机对试验台托板上的超导器件或材料进行传导式降温； 并且，利用真空泵将氮气抽出，加强对流式降温效果。
4.根据权利要求3所述的超导器件及材料的液氮降温方法，其特征在于:密封舱体内设有一蒸发腔，数对液氮喷枪位于所述蒸发腔内； 所述蒸发腔上盖有一防溅射盖板组，所述防溅射盖板组内开有所述液氮通道，所述试验台托板上开有液氮通孔，所述液氮通孔与所述液氮通道联通； 所述防溅射盖板组包括一位于上方的防溅射迷宫上板、一位于下方的防溅射迷宫下板，所述防溅射迷宫上板与防溅射迷宫下板压紧在一起； 所述防溅射迷宫下板上开有数对进氮通孔； 所述防溅射迷宫上板的上，与所述试验台托板的液氮通孔相对应的位置开有出氮通孔，所述防溅射迷宫上板的下部还设有数条氮气流通沟道，任意一条所述氮气流通沟道至少经过一个所述出氮通孔，且至少与一个所述进氮通孔联通； 依次联通的进氮通孔、氮气流通沟道、出氮通孔构成所述液氮通道。
5.一种超导制冷机，包括一密封舱体，所述密封舱体上装有一可开启的舱盖，其特征在于，所述密封舱体内固定有一试验台，所述实验台上设有一用于放置超导器件或材料的试验台托板； 所述试验台托板下方设有一蒸发腔，所述蒸发腔内固定有数对液氮喷枪，所述数对液氮喷枪连接一液氮泵，所述蒸发腔上盖有一防溅射盖板组，所述防溅射盖板组内开有液氮通道，所述试验台托板上开有液氮通孔，所述液氮通孔与所述液氮通道联通； 所述超导制冷机还包括一真空泵，所述真空泵的抽气端位于所述试验台托板上方，所述抽气端的抽气口朝向所述试验台托板； 所述超导制冷机还包括一氦制冷机，所述氦制冷机的制冷头位于试验台托板下方，且与所述试验台托板的下表面连接。
6.根据权利要求5所述的一种超导制冷机，其特征在于:一种超导制冷机，还包括一杜瓦瓶，采用所述杜瓦瓶作为所述密封舱体。
7.根据权利要求5所述的一种超导制冷机，其特征在于:所述防溅射盖板组包括一位于上方的防溅射迷宫上板、一位于下方的防溅射迷宫下板，所述防溅射迷宫上板与防溅射迷宫下板压紧在一起； 所述防溅射迷宫下板上开有数对进氮通孔； 所述防溅射迷宫上板的上，与所述试验台托板的液氮通孔相对应的位置开有出氮通孔，所述防溅射迷宫上板的下部还设有数条氮气流通沟道，任意一条所述氮气流通沟道至少经过一个所述出氮通孔，且至少与一个所述进氮通孔联通； 依次联通的进氮通孔、氮气流通沟道、出氮通孔构成所述液氮通道。
8.根据权利要求7所述的一种超导制冷机，其特征在于:所述防溅射迷宫下板、所述防溅射迷宫上板、所述试验台托板的横截面均呈圆形，且各圆心位于一条直线上， 所述防溅射迷宫上板的下部，沿径向开有数条氮气流通沟道，数条氮气流通沟道在所述防溅射迷宫上板中心处联通在一起； 所述防溅射迷宫上板的中心处开有一中心出氮通孔，所述试验台托板的中心处开有一中心液氣通孔； 各进氮通孔到所述防溅射迷宫下板的中心的距离相等，各出氮通孔到所述防溅射迷宫上板的中心的距离相等，任意一条所述氮气流通沟道经过一个所述出氮通孔，且与一个所述进氮通孔联通，同时与所述中心出氮通孔联通。 各进氮通孔到所述防溅射迷宫下板的中心的距离优选小于各出氮通孔到所述防溅射迷宫上板的中心的距离。
9.根据权利要求8所述的一种超导制冷机，其特征在于:数条氮气流通沟道沿所述防溅射迷宫上板的径向等间距排布。
10.根据权利要求5-9中任意一项所述的一种超导制冷机，其特征在于:所述蒸发腔内还设有一液位传感器，所述液位传感器连接一控制器； 所述液氮储罐上连接有一蒸发 腔液氮回收管，所述蒸发腔液氮回收管的与所述蒸发腔联通； 所述蒸发腔液氮回收管上设有一电磁阀，所述控制器连接所述电磁阀。
【文档编号】F25D3/10GK103900315SQ201410006802
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】张金喜, 丁志钢, 张泽南, 施俊业, 唐鼎, 徐博, 金明春, 高黎明, 陈跃, 李廷刚, 江林高, 余祁, 朱威华, 高俊英 申请人:沃姆制冷设备(上海)有限公司