專利名稱：一種ecr離子源的蒸發(fā)冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及重離子加速器領(lǐng)域的冷卻技術(shù)，尤其涉及一種ECR離子源的蒸發(fā) 冷卻裝置。
背景技術(shù)：
HIRFL-CSR是我國自行設(shè)計(jì)建造的目前亞洲規(guī)模最大、加速離子種類最多、能量最 高、束流品質(zhì)最好的重離子加速器系統(tǒng).ECR離子源是整個系統(tǒng)的源頭，為HIRFL-CSR提供 所需的各種離子，是整個加速系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，它的可靠穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。離子源是通過電勵磁的方式來產(chǎn)生其所需的磁場，故勵磁消耗的電能全部轉(zhuǎn)化成 了熱能，使得線圈溫度升高。為了對線圈實(shí)現(xiàn)高效的冷卻，目前裝置中采用了兩種形式的離 子源，一種稱為普通源，一種稱為超導(dǎo)源。普通源所使用的勵磁線圈是普通外方內(nèi)圓的空心 銅導(dǎo)線制成的，內(nèi)圓孔中通入冷卻水對線包進(jìn)行冷卻。超導(dǎo)源則是采用液氦來冷卻超導(dǎo)線 材。對于水內(nèi)冷的普通源，考慮到電氣絕緣的問題，通入圓孔內(nèi)的冷卻水必須是純水，所以 需要一套純水處理系統(tǒng)，其體積龐大、控制系統(tǒng)復(fù)雜，誤信幾率大。而且由于導(dǎo)線匝數(shù)多，冷 卻通道長，所以需要數(shù)十公斤的高壓強(qiáng)迫水循環(huán)，對結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度要求高，接頭等薄弱環(huán)節(jié) 的水泄漏可能性大。等離子體的弧腔是處于數(shù)萬伏的高壓下，它的冷卻還需要考慮復(fù)雜的 電氣絕緣問題。超導(dǎo)源需要配置液氦儲存和冷卻處理設(shè)備，同時超導(dǎo)線圈的制造工藝非常 復(fù)雜，致使超導(dǎo)源的制造成本高，維護(hù)復(fù)雜性高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種ECR離子源的蒸發(fā)冷卻裝 置，該裝置能夠突破水冷離子源線包電密的限制，在一定程度上提高線包電密，大幅度提高 場強(qiáng)，從而提高離子源性能，并能夠提高高電壓設(shè)備的冷卻可靠性。冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、簡 單易維護(hù)，其在制造成本和維護(hù)性上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于超導(dǎo)源。而且蒸發(fā)冷卻裝置中使用的冷卻介 質(zhì)絕緣性能好，特別適合在高壓端的設(shè)備冷卻。本實(shí)用新型可擴(kuò)大應(yīng)用于加速器系統(tǒng)中各種用途磁鐵線圈的冷卻，可以提高電 密，增大場強(qiáng)，從而整體提高加速器系統(tǒng)的性能指標(biāo)。本實(shí)用新型ECR離子源的蒸發(fā)冷卻裝置主要包括注入線包、引出線包、等離子體 弧腔、冷凝器、下液管、出汽管、集液總管和集汽總管。注入線包密封在一個環(huán)形腔體中，構(gòu) 成注入線包冷卻空間。引出線包也密封在一個環(huán)形腔體中，構(gòu)成引出線包冷卻空間。注入 線包和引出線包冷卻空間的下部分別通過絕緣引流管與位于所述的ECR離子源的蒸發(fā)冷 卻裝置底部的集液總管連通。注入線包和引出線包冷卻空間的上部分別通過絕緣引流管與 位于所述的ECR離子源的蒸發(fā)冷卻裝置上部的集汽總管連通。注入線包和引出線包冷卻空 間中注入蒸發(fā)冷卻介質(zhì)，介質(zhì)灌入高度以沒過線包為限。等離子體弧腔的內(nèi)外壁之間留有 一個通液夾層，形成一個微小密封腔體，在腔體中灌入冷卻介質(zhì)構(gòu)成弧腔夾層冷卻空間。該 弧腔夾層冷卻空間采用端部下進(jìn)液，上出汽的連接形式，通過絕緣引流管與集液總管和集汽總管連通。注入線包冷卻空間、引出線包冷卻空間以及弧腔夾層冷卻空間在冷卻回路上 是相互并聯(lián)的，共同使用一個冷凝器。集液總管通過下液管與裝置頂部的冷凝器相連通，集 汽總管通過出汽管與冷凝器相連通。線包的勵磁損耗熱量以及等離子體弧腔的輻射熱量被 冷卻空間中的冷卻介質(zhì)吸收，達(dá)到壓力對應(yīng)的飽和溫度時就沸騰汽化，產(chǎn)生的蒸汽在浮升 力作用下通過集汽總管和出汽管進(jìn)入到冷凝器當(dāng)中，蒸汽通過與冷凝管中的冷卻水進(jìn)行二 次熱交換被冷凝成液體又通過下液管回到冷卻空間中去，如此周而復(fù)始的進(jìn)行自循環(huán)。本實(shí)用新型的ECR離子源的蒸發(fā)冷卻裝置，與現(xiàn)有水冷的普通源和液氦冷卻的超 導(dǎo)源相比，具有下列顯著的特點(diǎn)和效果(1)相變換熱冷卻效率高，線包電密可提高，場強(qiáng)顯著提高，且線包溫度分布均勻， 溫升低。(2)冷卻系統(tǒng)的工作壓力低，所以冷卻液泄漏的可能性大為減小，提高了設(shè)備運(yùn)行 的安全可靠性。(3)冷卻介質(zhì)絕緣性能好，特別適合用于像等離子體弧腔這樣的高壓端設(shè)備冷卻。(4)冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、簡單、易維護(hù)。

圖IECR離子源的蒸發(fā)冷卻裝置系統(tǒng)圖，圖中1注入線包冷卻空間，2引出線包冷 卻空間，3弧腔夾層冷卻空間，11集液總管，12集汽總管，13出汽管，14下液管，15冷凝器， 17絕緣引流管；圖2ECR離子源的蒸發(fā)冷卻裝置線包冷卻空間裝配示意圖；圖中110注入線包， 120引出線包，330等離子體弧腔，1注入線包冷卻空間，2引出線包冷卻空間，11集液總管， 12集汽總管，13出汽管，14下液管，15冷凝器；圖3ECR離子源的蒸發(fā)冷卻裝置的弧腔夾層冷卻空間裝配示意圖。圖中3弧腔夾 層冷卻空間，17絕緣引流管。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明包括注入線包110、引出線包120、等離子體弧腔330、冷凝器15、下液管14、 出汽管13、集液總管11和集汽總管12。本發(fā)明ECR離子源的蒸發(fā)冷卻裝置如圖1所示。注入線包110、引出線包120和等 離子體弧腔330是被冷卻對象。注入線包110密封在一個環(huán)形腔體中，環(huán)形腔體與注入線 包110構(gòu)成注入線包冷卻空間1。引出線包120也密封在一個環(huán)形腔體中，引出線包120和 其所在的環(huán)形腔體構(gòu)成引出線包冷卻空間2?；∏粖A層冷卻空間3位于等離子體弧腔330 的內(nèi)外壁之間。注入線包冷卻空間1和引出線包冷卻空間2的下部分別通過絕緣引流管17 與位于裝置底部的集液總管11連通。注入線包冷卻空間1和引出線包冷卻空間2的上部 分別通過絕緣引流管17與位于裝置上部的集汽總管12連通。注入線包冷卻空間1和和引 出線包冷卻空間2中注入蒸發(fā)冷卻介質(zhì)，介質(zhì)灌入高度以沒過冷卻空間內(nèi)的線包為限。弧 腔夾層冷卻空間3位于整個裝置的中部，與注入線包冷卻空間1和引出線包冷卻空間2同 軸?；∏粖A層冷卻空間3的下部通過位于其下端部的絕緣引流管17與位于裝置底部的集 液總管11連通，弧腔夾層冷卻空間3的上部通過位于其上端部的絕緣引流管17與位于裝置上部的集汽總管12連通。所述的注入線包冷卻空間1和引出線包冷卻空間2中，線包的線匝間設(shè)有軸向和 徑向冷卻通道。注入線包110和引出線包120采用實(shí)心矩形導(dǎo)線繞制。如圖2所示，等離子體弧腔330的內(nèi)外壁之間留有一個通液夾層，形成一個微小密 封腔體，在腔體中灌入冷卻介質(zhì)構(gòu)成弧腔夾層冷卻空間3。該弧腔夾層冷卻空間3采用端部 下進(jìn)液，上出汽的連接形式，通過絕緣引流管17與集液總管11和集汽總管12連通。注入 線包冷卻空間1、引出線包冷卻空間2以及弧腔夾層冷卻空間3在冷卻回路上是相互并聯(lián) 的，共同使用一個冷凝器15。集液總管11通過下液管14與裝置頂部的冷凝器15相連通， 集汽總管12通過出汽管13與冷凝器15相連通。如圖3所示，所述的弧腔夾層冷卻空間3采用端部下進(jìn)液，上出汽的連接形式，通 過絕緣引流管17與集液總管11和集汽總管12連通。
權(quán)利要求1.一種ECR離子源的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征在于，所述的裝置包括注入線包(110)，引 出線包(120)，等離子體弧腔(330)，冷凝器(15)，下液管(14)，出汽管(13)，集液總管(11) 和集汽總管(12)；注入線包(110)密封在一個環(huán)形腔體中，構(gòu)成注入線包冷卻空間⑴；引 出線包(120)密封在一個環(huán)形腔體中，構(gòu)成引出線包冷卻空間O)；弧腔夾層冷卻空間3位 于等離子體弧腔330的內(nèi)外壁之間；注入線包冷卻空間(1)和引出線包冷卻空間(2)的下 部分別通過絕緣引流管(17)與位于裝置底部的集液總管(11)連通；注入線包冷卻空間 (1)和引出線包冷卻空間(2)的上部分別通過絕緣引流管(17)與位于所述的蒸發(fā)冷卻裝 置上部的集汽總管(12)連通；注入線包冷卻空間⑴和引出線包冷卻空間⑵中注入蒸發(fā) 冷卻介質(zhì)，蒸發(fā)冷卻介質(zhì)灌入高度以沒過線包為限；等離子體弧腔(330)的內(nèi)外壁之間留 有一個通液夾層，形成一個微小密封腔體，在此腔體中灌入冷卻介質(zhì)，構(gòu)成弧腔夾層冷卻空 間(3)，弧腔夾層冷卻空間(3)通過絕緣引流管(17)與集液總管(11)和集汽總管(12)連 通；注入線包冷卻空間(1)、引出線包冷卻空間(2)和弧腔夾層冷卻空間(3)在冷卻回路上 相互并聯(lián)，共同使用一個冷凝器(1 ；集液總管(11)通過下液管(14)與裝置頂部的冷凝 器(1 相連通，集汽總管(1 通過出汽管(1 與冷凝器(1 相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ECR離子源的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征是所述的注入線包 (110)和引出線包(120)采用實(shí)心矩形導(dǎo)線繞制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ECR離子源的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征是所述的注入線包冷卻 空間(1)和引出線包冷卻空間⑵中，線包的線匝間設(shè)有軸向和徑向冷卻通道。
專利摘要一種ECR離子源的蒸發(fā)冷卻裝置，其注入線包(110)和引出線包(120)分別密封在兩個環(huán)形腔體中，構(gòu)成注入線包冷卻空間(1)和引出線包冷卻空間(2)。此兩個冷卻空間的下部與集液總管(11)連通，此兩個冷卻空間的上部與集汽總管(12)連通。此兩個冷卻空間中注入蒸發(fā)冷卻介質(zhì)。等離子體弧腔(330)的內(nèi)外壁之間的通液夾層中灌入冷卻介質(zhì)，構(gòu)成弧腔夾層冷卻空間(3)?；∏粖A層冷卻空間(3)與集液總管(11)和集汽總管(12)連通。注入線包冷卻空間(1)、引出線包冷卻空間(2)和弧腔夾層冷卻空間(3)在冷卻回路上相互并聯(lián)，共同使用一個冷凝器(15)。集液總管(11)和集汽總管(12)與冷凝器(15)相連通。
文檔編號H01J29/00GK201846521SQ20102024432
公開日2011年5月25日 申請日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者余順周, 劉斐輝, 盧旺, 宋福川, 張雪珍, 熊斌, 袁佳毅, 謝祖棋, 趙紅衛(wèi), 郭卉, 阮琳, 顧國彪 申請人:中國科學(xué)院電工研究所, 中國科學(xué)院近代物理研究所