高溫超導(dǎo)磁懸浮裝置及高溫超導(dǎo)磁懸浮列車的制作方法

本發(fā)明涉及高溫超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高溫超導(dǎo)磁懸浮裝置及高溫超導(dǎo)磁懸浮列車。

背景技術(shù)：

高溫超導(dǎo)體得益于其自身獨(dú)特的超導(dǎo)特性，當(dāng)溫度低于轉(zhuǎn)變溫度93k時，超導(dǎo)體能夠在無控制的情況下穩(wěn)定懸浮于永磁體之上，相比于低溫超導(dǎo)體需要液氦冷卻且需要復(fù)雜的低溫保溫系統(tǒng)而言，高溫超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變溫度高于液氮溫區(qū)(77k)，大大降低了技術(shù)難度，相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域迅猛發(fā)展，其中，高溫超導(dǎo)磁懸浮車就是一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。目前，國內(nèi)外高溫超導(dǎo)磁懸浮實驗線均采用敞口型低溫保持器作為固定超導(dǎo)體的容器，通過向其內(nèi)部灌注液氮來冷卻超導(dǎo)體。根據(jù)超導(dǎo)材料自身溫度特性，超導(dǎo)體的超導(dǎo)特性在77k溫度以下能夠得到進(jìn)一步提升。為此，研究人員從超導(dǎo)體特性與溫度的關(guān)系這一角度出發(fā)，采用制冷機(jī)將超導(dǎo)體冷卻至77k溫度以下，進(jìn)而研究超導(dǎo)體懸浮性能隨溫度的變化情況。研究結(jié)果顯示，當(dāng)溫度處于63k-77k這一溫度區(qū)間時，超導(dǎo)體的懸浮性能提升效果十分顯著，下降單位溫度對應(yīng)懸浮性能的提升效率較高；但是當(dāng)溫度繼續(xù)降低至63k以下后，懸浮性能的增長開始出現(xiàn)飽和趨勢，雖然進(jìn)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(yīng)懸浮性能的提升效率較低。因此，從實現(xiàn)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(fā)揮高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)特性、提升高溫超導(dǎo)磁懸浮車的懸浮能力，滿足目前工程應(yīng)用中日益增長的載重需求，建議將車載超導(dǎo)塊材的工作溫度控制在63k以上且盡可能地接近63k。

目前，現(xiàn)有的液氮冷卻方式只能提供并維持77k的溫度環(huán)境；相比之下，制冷機(jī)雖然可以將超導(dǎo)體冷卻至63k溫區(qū)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(dǎo)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(dǎo)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(xiàn)磁懸浮系統(tǒng)懸浮性能的進(jìn)一步提升。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施例提供了一種高溫超導(dǎo)磁懸浮裝置。

為了解決上述問題，本發(fā)明實施例提供了如下的技術(shù)方案：

一種高溫超導(dǎo)磁懸浮裝置，包括：冷卻裝置以及高溫超導(dǎo)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(nèi)具有封閉的收容腔，所述高溫超導(dǎo)塊固定于所述收容腔內(nèi)，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(nèi)的氣體以降低所述低溫保持器內(nèi)的壓力。

優(yōu)選地，所述低溫保持器上開設(shè)有與所述收容腔連通的進(jìn)氣口和出氣口，所述進(jìn)氣口處設(shè)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(yōu)選地，所述出氣口與所述波紋管之間安裝有接頭。

優(yōu)選地，所述溢流閥的工作壓力為0.12atm。

優(yōu)選地，所述抽真空減壓器為真空泵。

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

優(yōu)選地，所述列車本體的底部設(shè)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(shè)置；所述抽真空減壓器設(shè)置于每對低溫保持器之間的所述列車本體上。

優(yōu)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(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的高溫超導(dǎo)磁懸浮裝置及高溫超導(dǎo)磁懸浮列車具備的有益效果是：本發(fā)明通過抽空減壓的方式來使得液氮進(jìn)入過冷狀態(tài)(77k以下溫度)，從而代替制冷機(jī)來實現(xiàn)對高溫超導(dǎo)塊的過冷目的，提升懸浮系統(tǒng)的懸浮性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的高溫超導(dǎo)磁懸浮裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的左視圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的高溫超導(dǎo)磁懸浮裝置安裝于列車的狀態(tài)示意圖。

圖中：

1-高溫超導(dǎo)塊；2-低溫保持器；3-進(jìn)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(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行詳細(xì)的說明，但不作為本發(fā)明的限定。

如圖1至3所示，本發(fā)明的實施例提供了一種高溫超導(dǎo)磁懸浮裝置，該高溫超導(dǎo)磁懸浮裝置用于裝設(shè)在列車上以形成磁懸浮列車，該高溫超導(dǎo)磁懸浮裝包括：冷卻裝置以及高溫超導(dǎo)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(nèi)具有封閉的收容腔，高溫超導(dǎo)塊1固定于收容腔內(nèi)，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(nèi)的氣體以降低低溫保持器2內(nèi)的壓力。具體地，低溫保持器2上開設(shè)有與收容腔連通的進(jìn)氣口3和出氣口6，進(jìn)氣口3處設(shè)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(dǎo)磁懸浮裝置的使用步驟為：首先，在常壓環(huán)境下，通過進(jìn)氣口3向低溫保持器2內(nèi)充液氮，液氮對低溫冷卻器內(nèi)的高溫超導(dǎo)塊1進(jìn)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(jìn)行抽空減壓，使其內(nèi)部氣壓維持于一定負(fù)壓狀態(tài)，液氮隨著氣壓的降低進(jìn)入過冷狀態(tài)，從而實現(xiàn)高溫超導(dǎo)塊1的過冷目的。

本發(fā)明根據(jù)液氮溫度與外界氣壓的關(guān)系，通過抽空減壓的方式來使得液氮進(jìn)入過冷狀態(tài)(77k以下溫度)，從而代替制冷機(jī)來實現(xiàn)對高溫超導(dǎo)塊1的過冷目的，提升懸浮系統(tǒng)的懸浮性能。本發(fā)明的冷卻裝置采用抽真空的方式冷卻較易實現(xiàn)并維持懸浮裝置內(nèi)部的負(fù)壓狀態(tài)，具有實施難度小、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明增設(shè)了溢流閥4，用以控制低溫保持器2內(nèi)部的氣壓穩(wěn)定值。由于氣壓降低至0.12atm時(液氮溫度變?yōu)?3k左右)，液氮會大面積固化為固態(tài)氮；而固態(tài)氮呈雪花狀，質(zhì)地較松，氣隙較大，流動性較差，會導(dǎo)致高溫超導(dǎo)塊1的溫度分布不均，或?qū)?dǎo)致高溫超導(dǎo)塊1局部失超，危害磁懸浮車的運(yùn)行。所以，增設(shè)溢流閥4并將閾值設(shè)定在0.12atm以上附近，一方面能夠保證低溫保持器2內(nèi)部穩(wěn)定維持于這一氣壓狀態(tài)，保證高溫超導(dǎo)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(fā)明在不改變軌道結(jié)構(gòu)以及高溫超導(dǎo)塊1的數(shù)量的基礎(chǔ)上，通過抽真空減壓器9對低溫保持器2內(nèi)部進(jìn)行抽空減壓以達(dá)到液氮過冷的目的，從而使高溫超導(dǎo)塊1在過冷狀態(tài)下發(fā)揮出更好的超導(dǎo)性能，提升懸浮系統(tǒng)的性能。從實用角度考慮，本發(fā)明具有實用性較強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、實施難度小、懸浮性能提升效率高等優(yōu)點(diǎn)；從成本角度考慮，既沒有增加超導(dǎo)體-軌道這一基本懸浮單元的成本，也沒有增加超導(dǎo)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(shù)十分成熟的裝置，成本也較低。所以，本發(fā)明的超導(dǎo)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(yīng)用中大載重要求的有效方案。

如圖2和圖3所示，本發(fā)明還公開了一種高溫超導(dǎo)磁懸浮列車，包括列車本體10，還包括設(shè)置于列車本體10的底部的上述的高溫超導(dǎo)磁懸浮裝置優(yōu)選地，列車本體10的底部設(shè)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(shè)置；抽真空減壓器9設(shè)置于每對低溫保持器2之間的列車本體10上。優(yōu)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(fā)明的示例性實施例，不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的實質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。