用于减少致冷剂消耗的低温恒温器制造技术

一种低温恒温器，其包括一个保持在一外部真空容器（ＯＶＣ）（１４）内的致冷剂容器（１２），其进一步包括一个围绕所述ＯＶＣ且使其与环境温度隔绝的隔热封套。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低温恒温器，其包括用于保持诸如超导磁体线圏的冷却 设备的致冷剂容器。特定来说，本专利技术涉及经提供以用于减少到达致冷剂容 器的热量的真空腔室，以及涉及允许致冷剂气体逸出致冷剂容器的排放配 置。
技术介绍
图1展示包括致冷剂容器12的低温恒温器的常规配置。在致冷剂容器 12内提供冷却超导磁体10，致冷剂容器12自身保持在一个外部真空腔室 (0VC)14中。在致冷剂容器12与外部真空腔室14之间的真空空间中提供一 个或多于一个热辐射屏蔽件16。在一些已知配置中， 一个致冷器17朝向低 温恒温器的侧面安装在位于为此目的提供的一个塔18中的一个致冷器套管 15中。或者，致冷器17可位于接入塔19内，接入塔19保持住安装在低温 恒温器顶部的接入颈(排气管)20。致冷器17提供有效致冷以使致冷剂容 器12内的致冷剂气体冷却，在一些配置中是通过使所述致冷剂气体重冷凝 成液体。致冷器17还可用以冷却辐射屏蔽件16。如图1所说明，致冷器17 可以是两级致冷器。第一冷却级热链接至辐射屏蔽件16，且提供达到第一温 度的冷却。在具有单个屏蔽件的低温恒温器中，第一级通常将屏蔽件冷却至 约50K。在具有两个屏蔽件的低温恒温器中，它们通常^C冷却至约80K及20K 的温度。第二冷却级提供对致冷剂气体的向更低温度的冷却，通常在4至10K 的范围内。提供负电连接21a。通常由一穿过 排气管20的导体来提供正电连接21。针对固定电流引线(FCL)的设计，提供单独的排气路径(辅助排气口 ) (图1中未图示)以作为在排气管堵塞情况下的防故障排气口。
技术实现思路
本专利技术解决了低温恒温器运输期间或致冷器17不运作的任何时候的致 冷剂消耗。当致冷器17不运作时，来自约处于环境温度(250至315K)下 的0VC 14的热量将通过任何可用机制流向致冷剂容器12。这可能是通过将 致冷剂容器与辐射屏蔽件16固定在0VC内适当位置上的支撑结构(未说明) 的传导作用；通过气体(通常为氢气，其可存在于致冷剂容器12与0VC 14 之间的容积内)的对流使用；或通过来自OVC的内表面的辐射。通常十分关 注减少所有这些关于热流入的可能机制。支撑结构在机械上可行的程度内做 的尽可能长而薄，且使用具有低热传导性的材料来构造，以减少通过传导发 生的热流入。注意尽可能多的去除来自致冷剂容器与OVC之间的容积内的气 体，虽然在使用诸如氦的极低温致冷剂的情况下许多气体将会在致冷剂容器 表面上冻结成霜。也存在一些对制成低温恒温器的钢所释放的氢气进行的测 量。任何此类被释放的氩气将使OVC真空度降级。然而，在氦致冷剂的情形 中，氢气在正常运作期间为固态，且仅在致冷剂容器加热至约20K以上的情 况下以气体形式释放。提供一个或多于一个热辐射屏蔽件16以拦截来自0VC的热辐射。通过 致冷器17去除任何由此产生的对热辐射屏蔽件的加热。此外可提供隔热， 诸如众所周知的超绝热镀铝聚酯片(常用为镀铝聚对苯二曱酸乙二醇 酯片)的多层隔热，其置放在致冷剂容器与热屏蔽件16之间的层中；或在 热屏蔽件16与0VC之间的层中；或两者兼有。操作中，致冷剂容器12中的致冷剂液体蒸发，以将冷却设备10保持在恒定温度，即为致冷剂的沸点。致冷器17去除来自致冷剂气体及热屏蔽件 16的热量。只要致冷器的冷却功率足以去除冷却设备所产生的任何热量以及 到达致冷剂容器的任何热流入，冷却设备10便将保持处于其稳定温度，且 不会消耗致冷剂。在低温恒温器运输过程中，当致冷器关闭时或致冷器17不运作的任何 其它时候，会出现问题。当致冷器不运作时，到达致冷剂容器的任何热量流 入以及在致冷剂容器内产生的任何热量将导致致冷剂液体蒸发。当致冷器不 运作时，蒸发的致冷剂不能重冷凝成液体，而将通过排气管20或辅助排气 口排放至大气中。在超导磁体的情形中，例如，如在磁体共振成像(MRI ) 系统中所使用那样，通常使用液态氦作为致冷剂。液态氦非常昂贵，且在世 界上一些地区很难获得。其也是一种有限的资源。出于这些原因，希望在运 输期间或在致冷器17未运作的其它时候，减少对氦致冷剂的消^^。当然可能在环境温度且没有致冷剂的情况下运输低温恒温器及设备IO。 这将避免运输期间的致冷剂消耗问题。然而，设备10及(确实)低温恒温 器本身会需要在其抵达目的地时进行冷却。此冷却是一个需要技术的过程， 且已发现现场冷却极为昂贵。此外，已发现，在到达安装现场时从环境温度 冷却上述设备及低温恒温器所需的致冷剂数量远远超过目前在合理运输时 间内的消耗率。典型的现有系统能够在无致冷器运作且液体致冷剂未沸腾变 干的情况下移动至少30天。目前已知的解决方案在运输时间的每一天内消耗大约2. 5至1 0%的致 冷剂库存。按照目前的系统，这可能等同于每天消耗50升的液态氦。本发 明旨在于降低此消耗水平，并由此增加最大运输时间，简化将冷却设备交付 至目的地的物流和/或减少致冷剂消耗。对解决此问题的已知尝试已遇到一些困难。将简要论述对解决此问题的 已知尝试中的一些。可提供与第一热屏蔽件16同心的第二热辐射屏蔽件。已发现此法在一定程度上有效地减少了到达致冷剂容器的热流入，但需要增加OVC的大小，且导致制造成本增加。热传导管已布及热屏蔽件周围，其输送逸出的致冷剂气体。当气体正处在略高于其沸点(大约是4K)的温度时，此类配置用以冷却热屏蔽件。此法 在一定程度上有效减少了到达致冷剂容器的热流入。此配置描述于(例如) 美国专利7， 170， 377及英国专利申请GB 2 414 536，但也必须需要增加0VC 的大小以适应传导管的厚度。额外的组装工作以及增加0VC大小的材料和劳 力成本也会导致制造成本增加。因此本专利技术的目的在于提供一种改进的低温恒温器，其降低了运输期间 或不存在有效致冷的任何时候的致冷剂消耗，且不会遭受现有技术中存在的 问题。本专利技术提供所附权利要求书中提出的设备。 附图说明本专利技术的以上及其他目的、优势及特征将通过结合附图考虑对其特定实 施例的以下描述而变得更显而易见，其仅以非限定性实例的方式给出，其中 图l展示含有一超导磁体的低温恒温器的常规配置； 图2至图4各自展示适合应用于本专利技术的装载于托盘上的低温恒温器；且图5展示根据本专利技术一实施例的用于冷却低温恒温器的0VC的配置。 具体实施例方式本专利技术通过冷却0VC来提供在运输期间或在有效致冷未运作的任何时候 减少的致冷剂消耗。到致冷剂容器12的热流入通过多种机制发生，且这些 机制中的大多数的运行依赖于外部真空腔室的温度。举例而言，到致冷剂容器的热量传导取决于支撑结构以及机械连接在0VC与致冷剂容器之间的诸如排气管20、电连接2K 21a的其他设备的热传 导性。然而，沿这些导体中的每一者传入的热量取决于低温恒温器与0VC之 间的温度差。通过降低OVC的温度，将减少通过热传导而到达致冷剂容器的 热量的量。热量还通过热辐射传输到致冷剂容器。来自ovc的热辐射通常被热屏蔽件16拦截且在运作时由致冷器从系统中除去。当致冷器不操作时，热屏蔽 件的温度将升高，且将向致冷剂容器发射热辐射。如果OVC的温度降低，则 对屏蔽件的辐射将减少；屏蔽件的温度将降低；从屏蔽件到致冷剂容器的辐 射将减少，从而致冷剂消耗将减少。在当前低温恒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温恒温器，包括一个保持在一外部真空容器（ＯＶＣ）（１４）内的致冷剂容器（１２），还包括：提供有效致冷以经配置来冷却所述ＯＶＣ的装置，以及一个围绕所述ＯＶＣ且使所述ＯＶＣ与环境温度隔绝的隔热封套。

【技术特征摘要】
GB 2007-11-2 0721572.6;GB 2007-12-5 0723788.61. 一种低温恒温器，包括一个保持在一外部真空容器(OVC)(14)内的致冷剂容器(12)，还包括提供有效致冷以经配置来冷却所述OVC的装置，以及一个围绕所述OVC且使所述OVC与环境温度隔绝的隔热封套。2. —种低温恒温器，其包括一个保持在一外部真空容器(0VC ) (14 )内 的致冷剂容器(12 )以及一个围绕所述0VC且《吏所述0VC与环境温度隔绝的 隔热封套，所述致冷剂容器设有一允许致冷剂气体逸出所述致冷剂容器的排 放路径，其特征在于， 一冷却管(32)经布置以与所述OVC热接触，以便引 导通过所述排放路径逸出的致冷剂气体通过所述冷却管，藉此冷却所述0VC。3. 根据权利要求2所述的低温恒温器，其中所述冷却管(32 )插入于所 述隔热封套与所述0VC之间。4. 根据权利要求3所述的低温恒温器，其中所述冷却管(32 )可从所述 0VC上拆除。5. 根据权利要求2至4中任一权利要求所述的低温恒温器，其中所述冷 却管(32)环绕OVC至少一周。6. 根据权利要求2至5中任一权利要求所述的低温恒温器，其中所述冷 却管在所述0VC的表面上采取盘旋式路径。7. 根据权利要求2至6中任一权利要求所述的低温恒温器，其中所述冷 却管具有柔性，且被布置在柔性包装材料内，所述柔性包装材...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉塞尔P戈尔，埃德加CM雷纳，斯蒂芬P特罗韦尔，
申请(专利权)人：西门子磁体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]