杜瓦制冷技术详解

杜瓦是一类用于储存低温物质的容器的总称，它们通常包括一个或多个储存器用来储存低温物质。杜瓦最常见的用途是储存液态的氮和氦，有时也用于提供一个低温环境。通常采用制冷机干式制冷磁体，杜瓦被用来为磁体提供一个30K的低温环境。下面简要分析低温杜瓦所面临的漏热问题和解决方法。

空气的对流传热是杜瓦漏热的一个主要热源，但通过抽真空的方式可以将这部分漏热控制在一个可以接受的范围内。事实上，空气的对流传热由两个因素决定：一是空气分子间的碰撞，二是空气分子与容器壁之间的碰撞。在不同状态下，不同的因素主导着传热的大小。容易理解，当气体分子间距离很短，或两个容器壁的间距足够大时，空气分子在从一个壁反弹回来并向另一个壁运动的时候，途中会与足够多的其他空气分子发生碰撞。这也正是通常情况下空气传热的过程。但是，在真空条件下，分子间距离足够长，其长度可与容器壁间的距离比拟时，大部分的空气分子会在两个壁间来回碰撞，从而直接将高温壁的热量传给低温壁。因此，空气传热由空气分子的平均自由程所决定。

辐射传热是杜瓦漏热的第二个主要热源。辐射传热遵循玻尔兹曼公式。杜瓦漏热的最后一条途径是传导。传导的途径主要包括电流引线和支撑结构。传导漏热遵循傅里叶定律，在温差一定的情况下，要控制传导传热大小，可以通过选用具有合适导热系数的材料，并优化其截面积来实现。在杜瓦中，有的地方需要良好的导热，如制冷机冷头的导热途径，这里就需要使用热导率高的材料，例如铜、Al₂O₃等。有的地方需要尽量减小导热，如杜瓦的支撑结构，这里就需要使用热导率低的材料，如不锈钢、大部分的高分子材料等。(www.xing528.com)

冷却超导磁体有多种方式，如制冷剂直接接触磁体制冷，或由制冷机干式制冷等。使用制冷机干式制冷的方式冷却磁体，即由制冷机的冷头通过导热途径间接冷却磁体，导热途径一般是铜等金属而不是液氮等液态制冷剂。