导冷通路结构

技术领域

本发明涉及超导磁悬浮的磁冷技术领域，更具体地说，涉及一种导冷通路结构。

背景技术

现有传热方式分为冷媒浸泡式和干式两种，冷媒浸泡式传热结构通常要求被冷件完全置于冷媒中，为了降低冷媒挥发耗散，通常冷媒容器均设计成密闭结构，并配备一套“零蒸发”系统，该种传热方式的结构设计复杂、设备维修维护性相对较差，且这种方式并无明确导冷通路，被冷件各处温度基本无温度梯度；干式传热结构通常指无冷媒、仅靠被冷件内部结构之间的接触进行热量传导，该种传热方式结构简单、传热路径可设计性强。

目前，低温装置中干式传热结构均为被冷件内部结构接触式导冷，而没有针对干式传热结构明确导冷通路的研究，无法满足根据实际需求进行合理温度梯度设计。以超导磁体系统为例，超导线圈通常是由一个或多个线饼堆叠而成，同时，对于超导线圈来讲无论在轴向还是在绕制平面上，均对其温度的均匀性具有非常严格的要求，需要对超导线圈的作业温度进行一定的温度设计。

因此，如何对干式传热结构进行合理的导冷通路设计，以为被冷件提供需求的冷却温度，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种导冷通路结构，以对干式传热结构进行合理的导冷通路设计，为被冷件提供需求的冷却温度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种导冷通路结构，包括：

冷源装置，所述冷源装置的输出端设置有制冷板；

导冷盖板，为层叠布置的多个，且任意相邻两块所述导冷盖板之间，以及所述导冷盖板和所述制冷板之间形成用于设置被冷件的冷却空间；

紧固装置，用于固定所述制冷板和所述导冷盖板，以使得所述被冷件与所述冷却空间的导冷面贴合。

优选地，在上述的导冷通路结构中，任意相邻两块所述导冷盖板之间，以及所述制冷板和所述导冷盖板之间设置有导冷块，所述导冷块与所述冷却空间的导冷面贴合，用于在相邻所述导冷盖板之间传递冷能，且所述导冷块避开所述被冷件布置。

优选地，在上述的导冷通路结构中，所述导冷块多个，且布置于所述导冷盖板的边缘；或，

所述导冷块为环绕布置在所述导冷盖板边缘的一个。

优选地，在上述的导冷通路结构中，所述导冷块与所述导冷盖板为分体式结构或一体式结构。

优选地，在上述的导冷通路结构中，所述制冷板包括制冷板本体和设置于所述制冷板本体的导冷面上的传冷板，所述传冷板与所述导冷盖板的材质相同或者不同，所述传冷板与所述导冷盖板的厚度相同或者不同。

优选地，在上述的导冷通路结构中，各个所述导冷盖板的材质相同或者不同，各个所述导冷盖板的厚度相同或者不同。

优选地，在上述的导冷通路结构中，所述制冷板至少具有第一导冷面和第二导冷面，所述第一导冷面和第二导冷面为所述制冷板相对的两个表面，所述制冷板的第一导冷面和第二导冷面所在的一侧均布置有所述导冷盖板。

优选地，在上述的导冷通路结构中，所述制冷板和所述导冷盖板通过所述紧固装置设置于支撑装置，所述制冷板与所述支撑装置之间设置有隔热装置。

优选地，在上述的导冷通路结构中，所述导冷盖板和所述制冷板均为设有腰型孔的环形板，以形成环形的冷却空间，所述被冷件为具有支撑骨架的超导线圈，所述支撑骨架设置于环形的所述冷却空间内。

优选地，在上述的导冷通路结构中，所述紧固装置包括沿所述腰型孔的周向设置的第一紧固组件和沿所述导冷盖板的周向布置的第二紧固组件，所述第一紧固组件较所述第二紧固组件靠近所述腰型孔布置；

所述支撑装置上设置有与所述第一紧固组件和所述第二紧固组件螺纹配合的螺纹孔。

优选地，在上述的导冷通路结构中，所述导冷盖板为铝合金材质或不锈钢材质，所述制冷板和所述导冷块为纯铜或纯铝材质，所述隔热装置为G10材质。

优选地，在上述的导冷通路结构中，所述支撑装置包括承载框架和设置于所述承载框架的第一侧的承载支撑，所述隔热装置设置于所述承载框架的第二侧。

本发明提供的导冷通路结构包括冷源装置、导冷盖板和紧固装置。冷源装置的输出端设置有制冷板，用于作为冷源为被冷件提供冷能，制冷板可将冷源装置的单一冷源延伸扩展至横向，以适用于被冷件不同的尺寸大小和结构。导冷盖板为层叠布置的多个，且任意相邻两块导冷盖板之间，以及导冷盖板和制冷板之间形成用于设置被冷件的冷却空间，被冷件用于设置于冷却空间内进行冷却。紧固装置用于固定制冷板和导冷盖板，以使得被冷件与冷却空间的导冷面贴合，提高导冷效率。相较于现有技术仅通过被冷件接触式导冷的干式传热结构，本发明通过合理的导冷通路设计，对单一冷源进行了扩展，可根据需求设置扩展的数量，为被冷件提供了需求的冷却温度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的导冷通路结构的于第一角度的轴测图；

图2为本发明实施例公开的导冷通路结构的主视图；

图3为本发明实施例公开的导冷通路结构的侧视图；

图4为本发明实施例公开的导冷通路结构的俯视图；

图5为图4中A-A处的局部剖视图。

其中，100为支撑装置，101为承载支撑，102为承载框架，110为导冷盖板，111为导冷块，120为制冷板，121为制冷板本体，122为传冷板，130为紧固装置，131为第一紧固组件，132为第二紧固组件，140为隔热装置，150为被冷件。

具体实施方式

本发明的核心在于公开一种导冷通路结构，以对干式传热结构进行合理的导冷通路设计，为被冷件提供需求的冷却温度。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

结合图1，本发明实施例公开的导冷通路结构包括冷源装置、导冷盖板110和紧固装置130。

冷源装置的输出端设置有制冷板120，用于作为冷源为被冷件150提供冷能，制冷板120可将冷源装置的单一冷源延伸扩展至横向，以适用于被冷件150不同的尺寸大小和结构。制冷板120为高热导率材料，如高纯铝和高纯铜等。被冷件150自身可为冷能的直接使用者或为冷能的直接使用者提供平台。

导冷盖板110为层叠布置的多个，且任意相邻两块导冷盖板110之间，以及导冷盖板110和制冷板120之间形成用于设置被冷件150的冷却空间，被冷件150用于设置于冷却空间内进行冷却。且导冷盖板110可根据实际传热需要进行选材和表面处理设计。

紧固装置130用于固定制冷板120和导冷盖板110，以使得被冷件150与冷却空间的导冷面贴合，提高导冷效率。任意相邻两块导冷盖板110之间，以及导冷盖板110和制冷板120之间相靠近的表面为冷却空间用于与被冷件150贴合的导冷面。

相较于现有技术仅通过被冷件内部结构接触式导冷的干式传热结构，本发明实施例对干式传热结构进行了合理的导冷通路设计，为被冷件提供了需求的冷却温度。

为了提高导冷盖板110的导冷效率，任意相邻两块导冷盖板110之间，以及制冷板120和导冷盖板110之间设置有导冷块111，且导冷块111与冷却空间的导冷面贴合，用于在制冷板120和导冷盖板110之间，以及任意相邻导冷盖板110之间传递冷能，导冷块111可根据实际需要在相应位置进行设置。通过设置导冷块111，可以提高冷能在与制冷板110具有不同距离的导冷盖板110之间的传递效率，以减少位于不同冷却空间的被冷件150之间的温度差异。导冷块111为高热导率材料，以增强导冷盖板110之间以及制冷板120和导冷盖板110之间的导冷效率，保证导冷通路整体结构温度的均匀性。

结合图2和图3，为了避免导冷块111与被冷件150干涉，影响被冷件150的安装，应令导冷块111的安装位置对被冷件150进行避让，即导冷块111应布置在能够避开被冷件150的位置。

进一步地，导冷块111为多个，且布置于导冷盖板110的边缘，此时，被冷件150设置于导冷盖板110的中间位置，导冷块111设置于导冷盖板110的边缘，以对被冷件150进行避让；或者区别于上述实施例公开的多个导冷块111的方案，导冷块111也可设计为一个环绕导冷盖板110布置的整体结构，即将导冷块111设计为环形结构，被冷件150可布置在环形结构的导冷块111的中间。。

本领域技术人员可以理解的是，导冷块111的数量和位置可以根据实际需求进行设计，只需对被冷件150的位置进行避让，不对被冷件150的冷却造成影响即可。还可以针对导冷块111的形状进行设置，以用于对被冷件150进行避让。

导冷块111与导冷盖板110为分体式结构或一体式结构。分体式结构可以用于在冷却不同形态的被冷件150时使用，对应不同的被冷件150，导冷块111的数量、位置以及形状都可以根据需求搭配，进行适配。一体式结构可以用于冷却部分具有固定形态的被冷件150，例如被冷件150为超导线圈，导冷块111与导冷盖板110可以形成超导线圈的安装座，用于专门适配这部分被冷件150，导冷块111与导冷盖板110为一体式结构，有助于提高安装效率。需要说明的是，导冷块111与导冷盖板110为分体式结构的技术方案，同样适用于超导线圈的冷却。

制冷板120包括制冷板本体121和设置于制冷板本体121的导冷面上的传冷板122，传冷板122可以避免制冷板本体121与导冷盖板110之间直接形成冷却空间。制冷板本体121与导冷盖板110之间直接形成的冷却空间，温度相较于相邻两层导冷盖板110之间形成的冷却空间，温度更低，不利于温度梯度的设计，也不利于满足被冷件150对的温度均匀性的要求。

传冷板122与导冷盖板110的材质可以相同或者不同，传冷板122与导冷盖板的厚度可以相同或者不同。当传冷板122的厚度和材质均与导冷盖板110都相同时，传冷板122与导冷盖板110可以统一制造，以降低配件的制造成本和维护成本。

根据实际的被冷件150的冷却需求，各个导冷盖板110的材质相同或者不同，各个导冷盖板110的厚度相同或者不同。

制冷板120至少具有第一导冷面和第二导冷面，第一导冷面和第二导冷面为制冷板120相对的两个表面，为了减少不同冷却空间之间的温度差，制冷板120的第一导冷面和第二导冷面所在的一侧均布置有导冷盖板110，以使第一导冷面和第二导冷面均作为冷量传输起始位置进行导冷。相较于导冷盖板110均设置于制冷板120的一侧，在导冷盖板110的数目相同时，导冷盖板110设置于制冷板120的两侧，整体冷却效果更好。导冷盖板110均设置于制冷板120的一侧的布置方案可根据实际需求进行选用。

为了便于将导冷通路结构进行固定，制冷板120和导冷盖板110通过紧固装置130固定于支撑装置100上，支撑装置100用于与其他设备进行连接。同时为了减少冷源装置的制冷功耗，尽量降低制冷板120至常温端的漏热，以防止制冷板120的冷能向非必要的结构处流失，制冷板120与支撑装置100之间设置有隔热装置140，隔热装置140为低热导率材料，以将制冷板120或导冷盖板110与支撑装置100进行隔离。

在本发明公开的一个实施例中，导冷盖板110和制冷板120均为设有腰型孔的环形板，以形成环形的冷却空间，被冷件150设置于环形的冷却空间之内，且被冷件150为具有支撑骨架的超导线圈，支撑骨架设置于环形的冷却空间内，对超导线圈进行支撑。

为了对超导线圈进行固定，结合图5，紧固装置130包括沿腰型孔的周向设置的第一紧固组件131和沿导冷盖板110的周向布置的第二紧固组件132，以使超导线圈紧固设置于冷却空间之内。且为了防止在制冷板120和导冷盖板110立式放置时被冷件150发生滑落，可对制冷板120、导冷盖板110以及导冷块111的贴合表面进行粗糙度设计。例如使表面粗糙度值小于Ra1.6。

如图4所示，第一紧固组件131较第二紧固组件132靠近腰型孔布置，支撑装置100上设置有与第一紧固组件131和第二紧固组件132螺纹配合的螺纹孔。导冷盖板110和制冷板120分别具有与螺纹孔位置相对应的通孔，第一紧固组件131和第二紧固组件132穿过通孔，并与支撑装置100的螺纹孔螺纹配合。

需要说明的是，紧固装置130的连接方式可以为螺栓连接，卡扣连接，销连接等多种，而不只局限于上述一种。

在本发明公开的一个实施例中，导冷盖板110为具有一定支撑性能且传热性能较强的铝合金材质或不锈钢材质，制冷板120和导冷块111均为传热性能较强的纯铜或纯铝材质，隔热装置140为隔热性能较强的G10材质，G10材质的隔热装置140可有效隔绝热量从常温端的支撑装置100至低温端的冷却空间的传输。同时还可根据实际需要对隔热装置140进行厚度及与常温端的支撑装置100或低温端的制冷板120(或导冷盖板110)的接触面积的大小设计，进一步增加热阻。

本发明实施例公开的导冷通路结构可通过对导冷盖板110、制冷板120和导冷块111的材质、厚度以及接触面积结合仿真分析进行设计，以达到对热量的有效控制，实现被冷件150所需低温环境的功能需求。具体地可以使不同的冷却空间具有一定的温度梯度(其温差可以根据结合仿真分析进行设计)，或使不同的冷却空间的温差在一定的范围内。

同时，通过合理的选材、结构匹配及仿真计算，可以使导冷通路结构的功能设计更加灵活，被冷件150的温度更加可控。以超低温试验测试系统为例，本发明实施例还可通过设计不同冷却空间具有不同的冷却温度，或使不同的冷却空间具有一定的温度梯度，以针对不同温度下材料的力学特性、热特性等进行测试。可以通过一次测试，得到相同产品在多种温度条件下的力学特性、热特性等参数，也可得到不同产品，在对应温度条件下的力学特性、热特性等参数，提高了测试效率。

在本发明公开的一个实施例中，支撑装置包括承载框架102和设置于承载框架102的第一侧的承载支撑101。承载框架102为主体承载结构，主要起承载作用，并可通过承载支撑101将力传递至常温端。承载支撑101用于与其他装置连接，隔热装置140设置于承载框架102的第二侧，制冷板120和导冷盖板110均位于隔热装置140远离承载框架102的一端。承载框架102和承载支撑101可根据实际承载需求进行材料选择及结构设计。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。