一种用于高温超导系统的小型化液氮制冷装置 |
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| 申请号 | CN201710707774.1 | 申请日 | 2017-08-17 | 公开(公告)号 | CN107514849A | 公开(公告)日 | 2017-12-26 |
| 申请人 | 综艺超导科技有限公司; | 发明人 | 郑天宁; 贾胜伟; 李博; 陈毅东; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于高温超导系统的小型化液氮制冷装置，采用了 真空 腔以及置于其内的液氮腔，超导器件置于真空腔与液氮腔的间隙中，能够使超导降温系统小型化；并且液氮腔具有降温迅速、工作稳定、噪声小等效果；超导器件放置于液氮腔四周，紧密贴靠，同制冷机放置于底部相比，有更大的安置面，可以放置更多的超导器件，降温速度更快；同时，采用安装平台安置超导器件，降低安装难度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于高温超导系统的液氮制冷装置，其特征在于，包括液氮腔(1)、真空腔(2)和抽气机(5)；所述液氮腔(1)置于真空腔(2)的内部；抽气机(5)通过气体管道(3)对液氮腔(1)进行抽气。 |
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| 说明书全文 | 一种用于高温超导系统的小型化液氮制冷装置技术领域背景技术[0002] 射频接收前端子系统在各种军用和民用通信系统中都起着至关重要的作用。其技术指标和特性是整个通信系统性能的关键。高温超导材料因其表面电阻几乎为0，极高的品质因数(Q值)。自发现以来，已经被广泛用于微波器件的制作，尤其是滤波器的设计。这种高温超导滤波器能极大提高整个系统的抗干扰能力。对于高温超导器件，为达到工作温度。目前使用制冷机与真空杜瓦结合的方式进行降温。其优点是能长时间工作，并保持稳定状态；但缺点也很显著：降温时间过长，从常温降至70K需40分钟左右；体积重量大，较笨重，不能够灵活应用；噪音大，人在四周能明显感觉有刺耳感，造成噪音污染。 [0003] 在飞机、导弹等空间有限系统中，对系统大小及重量提出了较苛刻的要求。并且面对突发情况，快速降温也是极其重要的因素。由此，常规制冷系统不适用于机载、弹载，制约着超导器件的应用。研发一种快速降温、小型轻量化的系统越来越受到各方面的关注。 发明内容[0004] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于高温超导系统的小型化液氮制冷装置，解决制冷系统小型化问题，同时具有降温迅速、工作稳定、噪声小的效果。 [0005] 一种用于高温超导系统的液氮制冷装置，包括液氮腔(1)、真空腔(2)和抽气机(5)；所述液氮腔(1)置于真空腔(2)的内部；抽气机(5)通过气体管道(3)对液氮腔(1)进行抽气。 [0007] 较佳的，液氮腔(1)的外侧圆周面上设置有与液氮腔(1)紧密连接的安装平台(6)，用于安装有降温需求的超导器件。 [0008] 较佳的，所述气体管道(3)在液氮腔(1)的端口与抽气机(5)之间呈迂回状。 [0009] 较佳的，所述气体管道(3)呈成多次折叠形状。 [0010] 较佳的，所述气体管道(3)呈螺旋状。 [0011] 较佳的，所述真空腔(2)的真空度在10-5帕以下。 [0013] 较佳的，液氮腔(2)上设置一个用于分时向液氮腔(1)加注液氮或供抽气机(5)抽气的端口。 [0014] 本发明具有如下有益效果： [0015] 本发明的液氮制冷装置，对比已有技术，由于主要采用了真空腔以及置于其内的液氮腔，超导器件置于真空腔与液氮腔的间隙中，能够使超导降温系统小型化；并且液氮腔具有降温迅速、工作稳定、噪声小等效果。 [0017] 图1是本发明小型化液氮降温系统结构示意图； [0018] 图2是应用了本发明的制冷装置后的滤波器测试结果。 [0019] 其中，1-液氮腔、2-真空腔、3-气体管道、4-稳压阀门、5-抽气机、6-安装平台、7-放大器、8-滤波器。 具体实施方式[0020] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。 [0021] 本发明的一种用于高温超导系统的液氮制冷装置，如图1所示，主要包括液氮腔1、真空腔2和抽气机5；液氮腔1置于真空腔2的内部，用于提供滤波器8和放大器7等超导器件的低温环境；真空腔2自身配置有真空接口，以便与真空泵相连；抽气机5通过气体管道3与液氮腔1联通；其中，抽气机5与气体管道3之间设置有稳压阀门4；调节阀门4控制着气体管道3通断，从而调节着液氮腔1上方气压，气压的改变影响着液氮蒸发速度，从而调节真空腔2内的温度。 [0022] 超导器件放置区有别于制冷机系统，本发明中放置于液氮腔1四周，紧密贴靠，同制冷机放置于底部相比，有更大的安置面，可以放置更多的超导器件。 [0023] 为了方便安装，本发明在液氮腔1的外侧圆周面上设置有与液氮腔1紧密连接的安装平台6，超导器件通过安装平台6放置在液氮腔2四周。 [0024] 本发明各部分功能及具体实施方案分别说明如下： [0025] 1、真空腔2：密闭性良好，维持真空度在10-5帕以下。为高温超导滤波器8提供了所需的低温环境。真空腔2上设计多个气密性接口，目的是将内部超导器件的引线引出真空腔2外部。气密接口要求气密性良好，插入损耗低。 [0026] 2、液氮腔1：外径大小应小于真空腔2，安置于真空腔2中心处，与真空腔2之间存在很大的空间，用于放置放大器7与滤波器8。液氮腔2上要设计一个端口，一是用于加注液氮，二是与气体管道3连接后，用于抽气机5抽气。要求端口可反复拆卸，使用寿命长。 [0027] 3、气体管道3：由于管道内气压小于大气压，且从液氮腔1导出的气体为低温氮气，为使气体充分升温，且不被空气压扁，所以选用有良好散热性与硬度的波纹管，并在端口与抽气机5之间呈迂回状，以延长气体管道3中低温氮气与空气接触的时间，使气体充分升温。气体管道3设置成多次折返形状，也可以设计成螺旋状，都可以增加其长度。 [0028] 4、稳压阀门4：稳压阀门4采用应用于负压的背压阀，能保持阀前气压在5KPa-10KPa之间稳定。背压阀通过内置弹簧的弹力来实现动作：当系统压力比设定压力小时，膜片在弹簧弹力的作用下堵塞管路；当系统压力比设定压力大时，膜片压缩弹簧，管路接通，气体通过背压阀。本系统稳压阀门4采用美国controlAir公司的710-BA阀门。 [0029] 5、抽气机5：选用小体积抽气泵，要求能够使用氮气作为介质，能够使气室压强降至10KPA左右。 [0030] 本装置的具体工作过程如下：工作前，打开液氮腔1的加注液氮端口，并向内部添加液氮，迅速用气体管道3道封住端口，防止液氮蒸发过多；然后打开抽气机5，并预设稳压阀门4的截止压力，抽气达到超导器件的工作温区。 [0031] 如图2所示，对采用本发明制冷装置的滤波器进行了测试，证明超导器件在本液氮降温系统中可稳定工作。 |
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