高溫超導磁懸浮裝置及高溫超導磁懸浮列車的制作方法

本發明涉及高溫超導磁懸浮技術領域，特別涉及一種高溫超導磁懸浮裝置及高溫超導磁懸浮列車。

背景技術：

高溫超導體得益于其自身獨特的超導特性，當溫度低于轉變溫度93k時，超導體能夠在無控制的情況下穩定懸浮于永磁體之上，相比于低溫超導體需要液氦冷卻且需要復雜的低溫保溫系統而言，高溫超導體轉變溫度高于液氮溫區(77k)，大大降低了技術難度，相關應用領域迅猛發展，其中，高溫超導磁懸浮車就是一個重要應用領域。目前，國內外高溫超導磁懸浮實驗線均采用敞口型低溫保持器作為固定超導體的容器，通過向其內部灌注液氮來冷卻超導體。根據超導材料自身溫度特性，超導體的超導特性在77k溫度以下能夠得到進一步提升。為此，研究人員從超導體特性與溫度的關系這一角度出發，采用制冷機將超導體冷卻至77k溫度以下，進而研究超導體懸浮性能隨溫度的變化情況。研究結果顯示，當溫度處于63k-77k這一溫度區間時，超導體的懸浮性能提升效果十分顯著，下降單位溫度對應懸浮性能的提升效率較高；但是當溫度繼續降低至63k以下后，懸浮性能的增長開始出現飽和趨勢，雖然進一步降低溫度仍然能夠使得懸浮性能有所提升，但提升幅度較小，下降單位溫度對應懸浮性能的提升效率較低。因此，從實現難度、制冷成本、效率比等多個角度綜合考慮，63k是最為理想的懸浮性能提升溫度下臨界值。為了充分發揮高溫超導體的超導特性、提升高溫超導磁懸浮車的懸浮能力，滿足目前工程應用中日益增長的載重需求，建議將車載超導塊材的工作溫度控制在63k以上且盡可能地接近63k。

目前，現有的液氮冷卻方式只能提供并維持77k的溫度環境；相比之下，制冷機雖然可以將超導體冷卻至63k溫區附近，但是受限于制冷劑自身的體積以及功率，僅僅適用于實驗中冷卻體積相對較小的單個超導塊材，難以滿足對大量車載塊材的制冷及低溫維持要求。所以，在利用車載超導塊材過冷的途徑研究層面上，目前尚未有較好的方案來實現磁懸浮系統懸浮性能的進一步提升。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的上述技術問題，本發明的實施例提供了一種高溫超導磁懸浮裝置。

為了解決上述問題，本發明實施例提供了如下的技術方案：

一種高溫超導磁懸浮裝置，包括：冷卻裝置以及高溫超導塊；

所述冷卻裝置包括低溫保持器、抽真空減壓器；所述低溫保持器內具有封閉的收容腔，所述高溫超導塊固定于所述收容腔內，所述收容腔用于收納液氮；所述抽真空減壓器用于抽取所述低溫保持器內的氣體以降低所述低溫保持器內的壓力。

優選地，所述低溫保持器上開設有與所述收容腔連通的進氣口和出氣口，所述進氣口處設置有溢流閥，所述出氣口與所述抽真空減壓器通過波紋管連通。

優選地，所述出氣口與所述波紋管之間安裝有接頭。

優選地，所述溢流閥的工作壓力為0.12atm。

優選地，所述抽真空減壓器為真空泵。

本發明還公開了一種高溫超導磁懸浮列車，包括列車本體，還包括設置于所述列車本體的底部的上述的高溫超導磁懸浮裝置。

優選地，所述列車本體的底部設置有多對低溫保持器，每對低溫保持器在列車的寬度方向并排設置；所述抽真空減壓器設置于每對低溫保持器之間的所述列車本體上。

優選地，所述低溫保持器通過連接板固定在列車本體的底部。

與現有技術相比，本發明的高溫超導磁懸浮裝置及高溫超導磁懸浮列車具備的有益效果是：本發明通過抽空減壓的方式來使得液氮進入過冷狀態(77k以下溫度)，從而代替制冷機來實現對高溫超導塊的過冷目的，提升懸浮系統的懸浮性能。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的高溫超導磁懸浮裝置的結構示意圖；

圖2為圖1的左視圖；

圖3為本發明實施例提供的高溫超導磁懸浮裝置安裝于列車的狀態示意圖。

圖中：

1-高溫超導塊；2-低溫保持器；3-進氣口；4-溢流閥；5-連接板；6-出氣口；7-接頭；8-波紋管；9-抽真空減壓器；10-列車本體。

具體實施方式

下面，結合附圖對本發明的具體實施例進行詳細的說明，但不作為本發明的限定。

如圖1至3所示，本發明的實施例提供了一種高溫超導磁懸浮裝置，該高溫超導磁懸浮裝置用于裝設在列車上以形成磁懸浮列車，該高溫超導磁懸浮裝包括：冷卻裝置以及高溫超導塊1。冷卻裝置包括低溫保持器2、抽真空減壓器9；低溫保持器2內具有封閉的收容腔，高溫超導塊1固定于收容腔內，收容腔用于收納液氮；抽真空減壓器9用于抽取低溫保持器2內的氣體以降低低溫保持器2內的壓力。具體地，低溫保持器2上開設有與收容腔連通的進氣口3和出氣口6，進氣口3處設置有溢流閥4，出氣口6與抽真空減壓器9通過波紋管8連通。出氣口6與波紋管8之間安裝有接頭7。溢流閥4的工作壓力為0.12atm。抽真空減壓器9為真空泵。

上述的高溫超導磁懸浮裝置的使用步驟為：首先，在常壓環境下，通過進氣口3向低溫保持器2內充液氮，液氮對低溫冷卻器內的高溫超導塊1進行冷卻；待溫度冷卻至77k后，開啟抽真空減壓器9對低溫保持器2進行抽空減壓，使其內部氣壓維持于一定負壓狀態，液氮隨著氣壓的降低進入過冷狀態，從而實現高溫超導塊1的過冷目的。

本發明根據液氮溫度與外界氣壓的關系，通過抽空減壓的方式來使得液氮進入過冷狀態(77k以下溫度)，從而代替制冷機來實現對高溫超導塊1的過冷目的，提升懸浮系統的懸浮性能。本發明的冷卻裝置采用抽真空的方式冷卻較易實現并維持懸浮裝置內部的負壓狀態，具有實施難度小、能耗低等優點。本發明增設了溢流閥4，用以控制低溫保持器2內部的氣壓穩定值。由于氣壓降低至0.12atm時(液氮溫度變為63k左右)，液氮會大面積固化為固態氮；而固態氮呈雪花狀，質地較松，氣隙較大，流動性較差，會導致高溫超導塊1的溫度分布不均，或將會導致高溫超導塊1局部失超，危害磁懸浮車的運行。所以，增設溢流閥4并將閾值設定在0.12atm以上附近，一方面能夠保證低溫保持器2內部穩定維持于這一氣壓狀態，保證高溫超導塊1的溫度接近懸浮力飽和溫度，另一方面又可以避免氣壓過度下降而引起的液氮固化，保證行車安全。

本發明在不改變軌道結構以及高溫超導塊1的數量的基礎上，通過抽真空減壓器9對低溫保持器2內部進行抽空減壓以達到液氮過冷的目的，從而使高溫超導塊1在過冷狀態下發揮出更好的超導性能，提升懸浮系統的性能。從實用角度考慮，本發明具有實用性較強、結構簡單、實施難度小、懸浮性能提升效率高等優點；從成本角度考慮，既沒有增加超導體-軌道這一基本懸浮單元的成本，也沒有增加超導體制冷方面的成本，而抽真空減壓器9和溢流閥4等作為技術十分成熟的裝置，成本也較低。所以，本發明的超導磁懸浮裝置是提升列車懸浮性能的理想選擇，是解決實際應用中大載重要求的有效方案。

如圖2和圖3所示，本發明還公開了一種高溫超導磁懸浮列車，包括列車本體10，還包括設置于列車本體10的底部的上述的高溫超導磁懸浮裝置優選地，列車本體10的底部設置有多對低溫保持器2，每對低溫保持器2在列車的寬度方向并排設置；抽真空減壓器9設置于每對低溫保持器2之間的列車本體10上。優選地，低溫保持器2通過連接板5固定在列車本體10的底部。

以上實施例僅為本發明的示例性實施例，不用于限制本發明，本發明的保護范圍由權利要求書限定。本領域技術人員可以在本發明的實質和保護范圍內，對本發明做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應視為落在本發明的保護范圍內。