包括连接到低温冷却器的吸热器的无制冷剂磁体系统技术方案

一种低温恒温器布置(1)，其包括：包括超导磁体线圈系统(3)的真空箱(2)和主动低温冷却器，其特征在于，体积容器通过被引导穿过真空箱的耐压管线(9)连接到冷却剂回路，流体部件(10)布置在管线中，可以借助于流体部件以限定的方式影响通过管线的流率，并且流体部件影响由体积容器和冷却剂回路之间的压力差引起的体积流动的流率使得体积容器以至少15分钟的时间常数被填充来自冷却剂回路的低温流体或低温流体以至少15分钟的时间常数从体积容器流出进入所述冷却剂回路。以这种方式，可以避免已知的普通布置的缺点。低温恒温器布置可以以“无制冷剂”方式被操作并且在操作故障的情况中允许足够长的失超时间。

A non refrigerant magnet system consisting of a heat exchanger connected to a cryogenic cooler

A cryostat layout (1), which comprises a superconducting magnet coil system (3) of the vacuum chamber (2) and active low temperature cooler, which is characterized in that the volume of the container through the pressure pipeline is directed through the chamber (9) connected to the coolant circuit, fluid component (10) arranged in the pipeline. Can be used to define the effects of fluid components through the pipeline flow, and fluid components affected by the volume between the container and the coolant pressure difference caused by the volume flow rate makes the volume of the container to the time constant for at least 15 minutes filled from the coolant circuit of cryogenic fluid or cryogenic fluid outflow into the coolant from the volume the container with the time constant for at least 15 minutes. In this way, the shortcomings of the known general layout can be avoided. The cryogenic thermostat arrangement can be operated in a \non refrigerant\ manner and allow enough loss of time in the case of operation failure.

【技术实现步骤摘要】
包括连接到低温冷却器的吸热器的无制冷剂磁体系统
本专利技术涉及一种低温恒温器布置，所述低温恒温器布置包括真空箱，在所述真空箱中布置有待冷却的超导磁体线圈系统，设置有低温冷却器，所述低温冷却器主动地冷却低温恒温器布置并且包括冷却剂回路，所述冷却剂回路包括压缩机和冷头，所述冷头具有至少单级、具体地双级的冷却臂，所述冷却臂与超导磁体线圈系统热接触，包含低温介质(具体地包含氦)的体积容器被布置成使得其热传导地连接到超导磁体线圈系统和/或到低温恒温器布置的部分，周围的热量经由低温恒温器布置的部分可以流动到超导磁体线圈系统。这种类型的低温恒温器布置(然而，其有时还包含少量液体制冷剂)本身是已知的，例如，来自于EP0937953A1，DE19914778B4、DE102014218773A1、US7,263,839B2、或者还来自于US-A5410286(见参考文献[1]到[5])的低温恒温器布置。
技术介绍
本专利技术涉及的应用领域为一种低温系统，所述低温系统用于冷却如例如在磁共振程序(具体地用于磁共振波谱分析(＝NMR)或磁共振成像(＝MRI))中的应用中所使用的超导磁体线圈系统。然而，本专利技术的适用范围不限制于此领域。核磁共振(＝NMR)设备(具体地NMR光谱仪和NMR断层摄影装置)需要强磁场，所述强磁场通常借助于超导磁体线圈而产生。超导磁体线圈必须在低温温度下进行操作以便起作用。由于这个原因，磁体线圈通常被布置在常规的“非干式”低温恒温器的低温箱中，所述低温箱填充有低温液体(具体地液态氦)。为了长期维持操作温度并且同时最小化低温液体的消耗，冷头的指型冷冻器突出到低温箱中，并且热量可以由此被回收。所述低温箱被真空箱包围以用于隔热。然而，许多用户偏好“无制冷剂”的磁体，所述“无制冷剂”的磁体大部分放弃了使用低温液体(例如，液态氦和/或液态氮)，并且仅通过“低温冷却器”(即，以“干式”的方式)来维持所述操作温度。脉冲管、Stirling或Gifford-McMahon冷却器通常用于该情况中。这种类型的无制冷剂的磁体系统的不利之处在于，失超时间(缩写成“TTQ”)有时是非常短的。如果低温冷却器发生故障(通常由于断电、冷却水供应中断、或压缩机或冷头中的机械缺陷)，所述磁体系统非常迅速地升温至超过可容许的操作温度，超导失效并且所述系统失超。随后，由于磁体系统必须被冷却下来并且再次充填(recharged)，所述磁体系统将长时间不能使用。为了这个目的，需要提供分离的系统以用于在主动冷却器故障之后自动地填充所述储藏器。当前，已知使用通常填充有氦的气缸的解决方案。但是，在一定次数的冷却器故障之后，气缸变空，并且需要被更换。另一选择是将所述储藏器连接到存储体积，制冷剂可以流出进入到所述存储体积中(所述存储体积通常处于室温下)。所述存储体积通常必须很大以便防止压力的不允许的急剧增加。最后，另一选择是将氦储藏器和存储体积(如果设置有)设计成气密密封的并且在机械上非常稳定，使得其经受得住当氦在小的封闭空间中被蒸发且加热时逐渐形成的极高的压力。这种类型的储藏器是紧凑的，但是非常重并且也相对昂贵。特别不利的是，所述压力在温热(warm)条件中处于其最高值并且在操作期间降低，即，对于在正常操作中普遍的压力来说，所述储藏器性能富余(oversize)。具体的现有技术根据开始所提及的文献EP0937953A1(参考文献[1])，通过将少量的制冷剂存储在为延长TTQ而设置的储藏器中来延长TTQ。然而，所描述的装置的不利之处在于，存储体积必须非常大(在参考文献[1]中的实际示例中是1200升)。在根据文献DE19914778B4(参考文献[2])的低温恒温器布置中，也通过将少量的制冷剂存储在为延长TTQ而设置的储藏器中来延长TTQ。这里，储藏器也连接到分离的存储体积，所述分离的存储体积必须非常大。DE102014218773A1(参考文献[3])：这种布置的目的也是延长TTQ。然而，在该文献中采用了完全不同的方法：并非增加热容量和可用热容量，而是如果主动冷却器故障，则减少线圈和冷却器之间的热联接。US7,263,839B2(参考文献[4])：该文献描述了在无制冷剂系统中提供一些液态氦以便延长TTQ。然而，主动冷却器的气体回路在这里不用于延长TTQ，并且在描述的一个实施例中，这需要分离的压缩机并且因此增加所述系统的复杂性。US-A5,410,286(参考文献[5])：该文献中也一样，少量的液态氦也被用于另外的“干式”系统中。主动冷却器的气体回路在这里也不用于延长TTQ。在描述的实施例中，制冷剂代替地逸出到大气中。WO-2016/038093A1(参考文献[6])：在该现有技术文献中，通过提供包含制冷剂的储藏器来延长TTQ。然而，在这里，所述储藏器被设计成完全气密密封的。当所述储藏器被加热时，极高的压力在内部中逐渐形成。因此，所述储藏器必须是稳固的，并且因此必须是大的、重的且昂贵的。本专利技术解决的问题相反，本专利技术所解决的问题是使用最简单的可能技术手段改进开始所提及类型的“干式”、至少“半干式”低温恒温器布置的问题，以便避免已知的普通低温恒温器布置的前述缺点，所述低温恒温器布置包括超导磁体线圈系统。具体地，在可能的操作故障的情况下，低温恒温器布置旨在允许足够长的失超时间，并且同时旨在在构造上是简单且可靠的，以便很大程度上免于保修(不需要再次填充氦)并且成本低廉。
技术实现思路
根据本专利技术，这个问题以惊人的简单但有效的方式并且使用容易且低廉可用的技术手段被解决，其中，体积容器借助于耐压管线连接到低温冷却器的冷却剂回路，所述耐压管线至少部分地被引导穿过真空箱，其中，可以包括节流元件、二位阀或调节阀的至少一个流体部件布置在耐压管线中，可以借助于所述流体部件以限定的方式影响低温介质通过耐压管线的流率，并且其中，所述流体部件被设计成使得其影响由体积容器和低温冷却器的冷却剂回路之间的压力差引起的体积流动的流率，使得体积容器以至少15分钟的时间常数被填充来自低温冷却器的冷却剂回路的低温介质、或者低温介质以至少15分钟的时间常数从体积容器流出进入低温冷却器的冷却剂回路。本专利技术的准确操作模式和胜过现有技术的其他优点本专利技术因此提出一种低温恒温器布置，所述低温恒温器布置允许超导磁体布置实际上以“干式”方式被操作，即，在不供应低温流体的状态下将所述布置保持在低温操作温度，并且将该操作温度维持相当长的一段时间(延长失超时间)，甚至在主动冷却失败的情况中。为了有效地延长TTQ，本专利技术通过借助于耐压管线将体积容器连接到低温冷却器的冷却剂回路来利用低温冷却器的冷却剂回路，所述耐压管线至少部分地被引导穿过真空箱，所述冷却剂回路被布置在低温恒温器的真空箱外部并且在这种类型的系统中通常总是可容易地获得的。流体流动经过耐压管线的快慢由流体部件确定。本专利技术的优选实施例本专利技术的如下实施例是具体的最优选的：流体部件构造和布置成使得用于填充或排空体积容器的时间常数是至少1小时，优选地超过3小时。因此，所述系统在断电和失超之间的自主时间足够长以渡过大部分断电(例如在欧洲、北美或远东)。其它实施例的特征在于，低温恒温器布置包括温度传感器和/或压力传感器。在一类实施例中，流体部件包括被动节流元件。这是最简单本文档来自技高网...

【技术保护点】
低温恒温器布置(1)，所述低温恒温器布置包括真空箱(2)，在所述真空箱中布置有待冷却的超导磁体线圈系统(3)，设置有低温冷却器，所述低温冷却器主动地冷却所述低温恒温器布置(1)并且包括冷却剂回路(5)，所述冷却剂回路包括压缩机(6)和冷头(4)，所述冷头具有至少单级、具体地双级的指型冷冻器(7)，所述指型冷冻器与所述超导磁体线圈系统(3)热接触，包含低温流体、具体地包含氦的体积容器(8)布置成使得所述体积容器热传导地连接到所述超导磁体线圈系统(3)和/或所述低温恒温器布置(1)的部分，周围的热量可以经由所述低温恒温器布置的部分流动到所述超导磁体线圈系统，其特征在于，所述体积容器(8)借助于耐压管线(9)连接到所述低温冷却器的冷却剂回路(5)，所述耐压管线至少部分地被引导穿过所述真空箱(2)，至少一个流体部件(10)布置在所述耐压管线(9)中，所述流体部件能够包括节流元件(12)、二位阀(13)或调节阀(14)，能够借助于所述流体部件以限定的方式影响低温流体通过所述耐压管线(9)的流率，并且所述流体部件(10)被设计成使得所述流体部件影响由所述体积容器(8)和所述低温冷却器的冷却剂回路(5)之间的压力差引起的体积流动的流率，使得所述体积容器(8)以至少15分钟的时间常数被填充来自所述低温冷却器的冷却剂回路(5)的低温流体，或者所述低温流体以至少15分钟的时间常数从所述体积容器(8)流出进入所述低温冷却器的冷却剂回路(5)。...

【技术特征摘要】
2016.08.18 DE 102016215518.01.低温恒温器布置(1)，所述低温恒温器布置包括真空箱(2)，在所述真空箱中布置有待冷却的超导磁体线圈系统(3)，设置有低温冷却器，所述低温冷却器主动地冷却所述低温恒温器布置(1)并且包括冷却剂回路(5)，所述冷却剂回路包括压缩机(6)和冷头(4)，所述冷头具有至少单级、具体地双级的指型冷冻器(7)，所述指型冷冻器与所述超导磁体线圈系统(3)热接触，包含低温流体、具体地包含氦的体积容器(8)布置成使得所述体积容器热传导地连接到所述超导磁体线圈系统(3)和/或所述低温恒温器布置(1)的部分，周围的热量可以经由所述低温恒温器布置的部分流动到所述超导磁体线圈系统，其特征在于，所述体积容器(8)借助于耐压管线(9)连接到所述低温冷却器的冷却剂回路(5)，所述耐压管线至少部分地被引导穿过所述真空箱(2)，至少一个流体部件(10)布置在所述耐压管线(9)中，所述流体部件能够包括节流元件(12)、二位阀(13)或调节阀(14)，能够借助于所述流体部件以限定的方式影响低温流体通过所述耐压管线(9)的流率，并且所述流体部件(10)被设计成使得所述流体部件影响由所述体积容器(8)和所述低温冷却器的冷却剂回路(5)之间的压力差引起的体积流动的流率，使得所述体积容器(8)以至少15分钟的时间常数被填充来自所述低温冷却器的冷却剂回路(5)的低温流体，或者所述低温流体以至少15分钟的时间常数从所述体积容器(8)流出进入所述低温冷却器的冷却剂回路(5)。2.根据权利要求1所述的低温恒温器布置，其特征在于，所述流体部件(10)构造和布置成使得用于填充或排空所述体积容器(8)的所述时间常数为至少1小时，优选地超过3小时。3.根据权利要求1或2所述的低温恒温器布置，其特征在于，所述低温恒温器布置(1)包括温度传感器(18)和/或压力传感器(19)。4.根据前述任何权利要求中的任一项所述的低温恒温器布置，其特征在于，所述流体部件(10)包括被动节流元件(12)。5.根据权利要求3所述的低温恒温器布置，其特征在于，所述流体部件(10)包括二位阀(13)和用于所述二位阀(13)的电子控制设备(15)，来自所述温度传感器(18)和/或压力传感器(19)的输出信号用于调节所述二位阀(13)。6.根据权利要求3所述的低温恒温器布置，其特征在于，所述流体部件(10)包括调节阀(14)和用于所述调节阀(14)的电子控制设备(15)，来自所述温度传感器(18)和/或压力传感器(19)的输出信号用于调节所述调节阀(14)。7.根据权利要求5或...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·维库斯，J·欣德尔，
申请(专利权)人：布鲁克碧奥斯平股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH