一種多管嵌套夾層流阻串聯(lián)的窄空間強(qiáng)效冷卻裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種冷卻裝置，特別涉及一種多管嵌套夾層流阻串聯(lián)的窄空間強(qiáng)效冷卻裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]自1991年P(guān).de Rango等人在Nature上報道了在5T強(qiáng)磁場環(huán)境下制備的YBCO高溫超導(dǎo)材料其晶粒取向和超導(dǎo)性能得到有效提高后(P.de Rango et al., Nature, 349,770(1991))，強(qiáng)磁場在材料科學(xué)中的應(yīng)用受到了廣泛的關(guān)注。現(xiàn)有的用于強(qiáng)磁場環(huán)境下的高溫?zé)崽幚硌b置基本上都是基于室溫孔徑超導(dǎo)磁體設(shè)計的，如1997年Kazuo Watanabe等人報道了一種用于IlT室溫孔徑超導(dǎo)磁體的高溫處理裝置并用其處理了 YBa2Cu3O7塊材樣品(Jpn.J.Appl.Phys.,36, L637 (1997) )，2006 年 Yanwei Ma 等人報道了一種用于 15T室溫孔徑超導(dǎo)磁體的高溫?zé)崽幚硌b置并用其處理了 MgB2樣品(Jpn.J.Appl.Phys.,45,L493(2006))，而用于低溫孔徑超導(dǎo)磁體的高溫處理裝置尚未見報道。雖然低溫孔徑超導(dǎo)磁體能提供更高的磁場環(huán)境(目前已能達(dá)到22T，英國牛津公司生產(chǎn))，但由于其磁體口徑是浸泡在液氦中的，溫度非常低(4.2K)且口徑很小(僅幾個厘米)，而一般的材料制備是需要在高溫下進(jìn)行的，比如生長單晶一般需要溫度在1000度以上，因此要在低溫孔徑超導(dǎo)磁體提供的強(qiáng)磁場環(huán)境下進(jìn)行材料制備就需要一個絕熱性能非常好的高溫爐安裝在超導(dǎo)磁體中。但由于高溫爐溫度很高且其本身要占用一定的空間，而低溫口徑的超導(dǎo)磁體的口徑又很小，這就使得對高溫爐和液氦之間進(jìn)行絕熱就變得非常困難。
[0003]為此，我們提出一種多管嵌套夾層流阻串聯(lián)的窄空間強(qiáng)效冷卻裝置，能夠大大減少絕熱裝置所占用的空間，從而實現(xiàn)在低溫口徑超導(dǎo)磁體的強(qiáng)磁場環(huán)境中進(jìn)行高溫下的材料制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的:為能夠在低溫口徑超導(dǎo)磁體的強(qiáng)磁場環(huán)境中進(jìn)行高溫下的材料制備提供一種多管嵌套夾層流阻串聯(lián)的窄空間強(qiáng)效冷卻裝置。
[0005]本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明一種多管嵌套夾層流阻串聯(lián)的窄空間強(qiáng)效冷卻裝置，包括直徑遞增的三根管子，由細(xì)到粗分別稱為甲管、乙管和丙管，其特征是:甲管的一端是密封的，稱為甲管封底，其另一端是敞口的，稱為甲管頂端，丙管的一端也是密封的，稱為丙管封底，所述甲管以封底對封底的方式共軸地插入丙管，但二者的封底并不接觸，所述乙管共軸地插入到甲管和丙管之間的間隙中并和丙管封底不接觸，形成甲乙管間隙的流阻與乙丙管間隙的流阻串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，在甲管頂端處，甲乙管間隙收口成一個通道口，稱為第一通道口，乙丙管間隙收口成另一個通道口，稱為第二通道口。
[0007]本發(fā)明一種多管嵌套夾層流阻串聯(lián)的窄空間強(qiáng)效冷卻裝置，其特征是:在丙管外再共軸地嵌套兩層管子，其較內(nèi)層的管子稱為丁管，而最外層的管子稱為戊管，所述丁管沒有封底，而戊管有封底，丁管與戊管封底不接觸，戊管封底包在所述丙管封底之外，且與之不接觸，形成丙丁管間隙的流阻與丁戊管間隙的流阻串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，在甲管頂端處，丙丁管間隙收口成一個通道口，稱為第三通道口，丁戊管間隙收口成另一個通道口，稱為第四通道□。
[0008]本發(fā)明一種多管嵌套夾層流阻串聯(lián)的窄空間強(qiáng)效冷卻裝置，其特征是:在丙管外再嵌套一層管子，稱為外管甲，該外管甲有封底，該封底包在所述丙管封底之外，且與之不接觸，在所述甲管的頂端處，外管甲與丙管間的間隙收口成一個通道口，稱為真空抽口甲。
[0009]本發(fā)明一種多管嵌套夾層流阻串聯(lián)的窄空間強(qiáng)效冷卻裝置，其特征是:在戊管外再嵌套一層管子，稱為外管乙，該外管乙有封底，該封底包在所述戊管封底之外，且與之不接觸，在所述甲管的頂端處，外管乙與戊管間的間隙收口成一個通道口，稱為真空抽口乙。
[0010]本發(fā)明一種多管嵌套夾層流阻串聯(lián)的窄空間強(qiáng)效冷卻裝置的結(jié)構(gòu)特點在于:
[0011]所述的甲乙管間隙的流阻與乙丙管間隙的流阻是串聯(lián)的。
[0012]所述的甲乙管間隙的截面積與乙丙管間隙的截面積是相等的。
[0013]所述的丙丁管間隙的流阻與丁戊管間隙的流阻是串聯(lián)的。
[0014]所述的丙丁管間隙的截面積與丁戊管間隙的截面積是相等的。
[0015]所述的管子均為金屬管子。
[0016]本發(fā)明的工作原理為:所述甲管、乙管和丙管三根管子是共軸嵌套的，在甲管封底端，由于乙管是不封底的并和丙管封底不接觸，而甲管封底和丙管封底也是不接觸的，這樣就形成甲管與乙管之間間隙的流阻和乙管與丙管之間間隙的流阻串聯(lián)的通道。在甲管頂端處，甲乙管間隙收口成第一通道口，乙丙管間隙收口成第二通道口。工作的時候，將冷卻介質(zhì)(一般為液氮，溫度為77K)從第一通道口導(dǎo)入，冷卻介質(zhì)經(jīng)過甲管和乙管之間的間隙，通過甲管封底端的流阻串聯(lián)的通道進(jìn)入到乙管和丙管之間的間隙，最后通過第二通道口導(dǎo)出，完成對甲管管壁的降溫。
[0017]由于冷卻介質(zhì)通過第一通道口進(jìn)入到甲管和乙管子之間的間隙后就直接與甲管進(jìn)行熱交換從而帶走甲管管壁上的熱量，這樣的熱交換效率是非常高的，因而甲管和乙管之間的夾層以及乙管和丙管之間的夾層可以很小，由于這兩個間隙的截面積是相等的，因此兩個間隙內(nèi)的冷卻介質(zhì)的流量是相同的，這就能使冷卻介質(zhì)的流速穩(wěn)定從而使降溫效率最大化。由于管子之間的間隙可以很小，所以乙管和丙管所占空間也很小，整個裝置的外徑也就很小，從而可以應(yīng)用于超導(dǎo)磁體的狹窄空間中。
[0018]所述在丙管外再共軸地嵌套的兩層管子，即較內(nèi)層丁管和最外層戊管，丁管沒有封底，而戊管有封底，由于丁管與戊管封底不接觸，而戊管封底包在所述丙管封底之外，且與之不接觸，這就形成丙丁管間隙的流阻與丁戊管間隙的流阻串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，在甲管頂端處，丙丁管間隙收口成第三通道口，丁戊管間隙收口成第四通道口。該結(jié)構(gòu)可按以下兩種方式工作:
[0019](a)在將冷卻介質(zhì)從第一通道口導(dǎo)入使甲管管壁降溫的同時將冷卻介質(zhì)從第三通道口導(dǎo)入，冷卻介質(zhì)經(jīng)過丙管和丁管之間的間隙，通過丙管封底端的流阻串聯(lián)的通道進(jìn)入到丁管和戊管之間的間隙，最后通過第四通道口導(dǎo)出，完成對丙管管壁的降溫。增加此兩層管子得目的是在甲乙管間隙和乙丙管間隙的冷卻介質(zhì)的冷卻功率不夠的情況下再增加一層冷卻，使甲管上的熱量對外界的影響降到最低。
[0020](b)在從第三通道口導(dǎo)入冷卻介質(zhì)使丙管管壁降溫的同時將第一通道口和第二通道口中的一個密封，另一個作為真空抽口并對甲管和乙管之間的間隙以及乙管和丙管之間的間隙抽真空，此真空用于對甲管和丙管之間進(jìn)行絕熱，這有利于保持甲管維持在一個恒定的溫度。
[0021]所述在丙管外再嵌套一層外管甲，該外管甲有封底，該封底包在所述丙管封底之夕卜，且與之不接觸，在所述甲管的頂端處，外管甲與丙管間的間隙收口成真空抽口甲。通過真空抽口甲對外管甲和丙管之間的間隙抽真空形成真空絕熱層，該真空絕熱層用于隔離丙管對外界環(huán)境的影響，這對于低溫口徑的超導(dǎo)磁體非常重要，低溫口徑的超導(dǎo)磁體是浸泡在液氦中的，液氦的溫度是非常低的(4.2K)，此真空絕熱層可以大大降低冷卻介質(zhì)和液氦之間的熱傳導(dǎo)，既能防止液氦將冷卻介質(zhì)(一般為液氮，溫度為77K)凍結(jié)，也能減少液氦的損耗。
[0022]所述在戊管外再嵌套一層外管乙，該外管乙有封底，該封底包在所述戊管封底之夕卜，且與之不接觸，在所述甲管的頂端處，外管乙與戊管之間的間隙收口成真空抽口乙。通過真空抽口甲乙對外管乙和戊管之間的間隙抽真空形成真空絕熱層，該真空絕熱層用于隔離戊管對外界環(huán)境的影響，這對于低溫口徑的超導(dǎo)磁體非常重要，低溫口徑的超導(dǎo)磁體是浸泡在液氦中的，液氦的溫度是非常低的(4.2K)，此真空絕熱層可以大大降低冷卻介質(zhì)和液氦之間的熱傳導(dǎo)，既能防止液氦將冷卻介質(zhì)(一般為液氮，溫度為77K)凍結(jié)，也能減少液氦的損耗。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明一種多管嵌套夾層流阻串聯(lián)的窄空間強(qiáng)效冷卻裝置基本結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2是本發(fā)明在丙管外再共軸地嵌套兩層管子的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3是本發(fā)明在丙管外共軸地嵌套一層管子的結(jié)構(gòu)示意圖
[0026]圖4是本發(fā)明在戊管外共軸地嵌套一層管子的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖中標(biāo)號: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