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HEPS-TF低温波荡器样机选用镨铁硼作为磁铁材料，磁铁材料工作在液氮温区，从而获得更高的峰值场强和抗辐射退磁能力。稳定可靠的低温系统是完成低温波荡器研制目标的先行条件。目前国际上常用的冷却方式有两种，一种是液氮循环方式，如ESRF，SOLEIL等，另一种是采用小型低温制冷机形式，如SPring-8。小型低温制冷机的设计方案中依靠制冷机冷头和磁结构之间的热传导来获得低温，然而小型低温制冷机的运转往往会引起一定的振动，对光源质量产生影响。鉴于镨铁硼磁性材料随温度降低持续变优的性质，这里选择过冷液氮闭循环的冷却方案。
低温流程设计
（1）低温方案流程
低温波荡器的核心部件是成阵列安装在内大梁上的磁铁磁极。低温系统必须保证低温波荡器内大梁温度在85 K以下，同时控制内大梁的轴向温度梯度小于1.5 K/m。
低温波荡器的热负荷主要包括静态热负荷和动态热负荷两部分，经过严格的理论计算，低温波荡器整体热负荷约660 W。根据传热平衡并考虑到一定的余量，设计过冷液氮循环流量必须12 L/min。过冷液氮循环的换热器采用紫铜盘管形式。过冷液氮循环的动力来自一台离心式的液氮泵。整个循环在设计参数运行时的流程点参数如表1所示。
图3表示根据流程点参数绘制的热力学循环图，其中虚线表示饱和液氮的状态点。
（2）内大梁冷却
内大梁磁结构与过冷液氮之间的热交换依靠内大梁轴向的通孔，有单孔和双孔两种设计方案。单孔方案成本较低，技术挑战性较小，双孔方案技术难度较高，尤其是管道与内大梁之间的焊接问题。
实际情况中，单孔设计会使得温度梯度在本质上比双孔情况增大一倍以上，相应内大梁支撑结构的变形差异也会增大，这里选择双孔冷却通道的设计方案。
监控系统设计
本控制系统主要包括3个层面，纯手动模式、单部件自动模式和整机自动模式。这里主要介绍一下单设备的自动控制逻辑。详细的控制逻辑可以参考表2。
机械结构设计
过冷器冷箱的机械结构设计如图6所示，主体尺寸高约1.6 m，直径约1.1 m，可以分为筒体结构和吊装法兰两大部分。
主要结论
本文主要介绍了高能同步辐射光源验证装置中低温波荡器过冷液氮循环迫流冷却系统的设计。低温波荡器内大梁磁结构要稳定工作在液氮温区，同时温度差异不能太大。首先讨论了过冷液氮循环冷却方案的基本概念并在此基础之上完成了详细的流程设计和理论计算。并对低温波荡器内大梁内部冷却通道的布置进行了模拟，选定双通道的冷却方式。然后在流程设计的基础之上完成了整个过冷器冷箱的机械结构设计。
by《低温工程》
