[發(fā)明專利]用于氦的再凝集的同軸多級脈沖管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010220840.0
• 申請日: 2006-01-04
• 公開（公告）號: CN101865558A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許名堯;拉爾夫·朗斯沃思
• 申請（專利權(quán)）人: 住友重機械工業(yè)株式會社
• 主分類號: F25B23/00
• 分類號: F25B23/00
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 蔡勝利

本申請是申請日為2006年1月4日、申請?zhí)枮?00610051381.1、發(fā)明名稱為“用于氦的再凝集的同軸多級脈沖管”的發(fā)明專利申請的分案申請。

相關(guān)申請

本申請要求2005年1月4日提交的美國臨時申請60/461,199的優(yōu)先權(quán)，其整體結(jié)合在此作為參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多級Gifford-McMahon(GM)型脈沖管制冷機，其用于在MRI(核磁共振成像)磁體中再凝集氦。

背景技術(shù)

GM型制冷機使用壓縮機，壓縮機在幾乎恒定高壓下向膨脹器(expander)供應(yīng)氣體和在幾乎恒定的低壓下從膨脹器接收氣體。所述膨脹器依靠一個閥機構(gòu)相對于壓縮機低速運轉(zhuǎn)，所述閥機構(gòu)可有選擇地使氣體進、出膨脹器。Gifford在美國專利3,119,237中描述了一種具有氣動驅(qū)動器的GM膨脹器。GM循環(huán)已經(jīng)被證明是產(chǎn)生大約20K以下的小量制冷作用的最佳方法，因為膨脹器可以在1到2Hz運轉(zhuǎn)。

一種脈沖管制冷機首次由Gifford在美國專利3,237,421中描述。其示出了一對閥，類似于早期的GM制冷機，所述閥連接到再生器的熱端，再生器的冷端又被連接到脈沖管上。十九世紀(jì)六十年代中期進行的對脈沖管制冷機的早期研究工作在R.C.Longsworth的論文“Early?pulse?tube?refrigerator?developments”，Cryocoolers，9，1997，p.261-268中被描述。單級、兩級、內(nèi)部相位調(diào)整式四級、以及同軸式的結(jié)構(gòu)曾被研究。所有這些設(shè)計都是使脈沖管的熱端靠近再生器，并且除同軸設(shè)計之外所有的設(shè)計都是使脈沖管與再生器分開。盡管利用這些早期的脈沖管可達到低溫，但其效率不能與GM型制冷機相比。Longsworth?在美國專利4,606,201中描述了一種不同類型的用于GM型膨脹器的氣動驅(qū)動器，其利用使氣體流經(jīng)孔口(orifice)到達或離開緩沖腔來控制置換器(displacer)。

顯著的改進由E.I.Mikulin，A.A.Tarasow和M.P.Shkrebyonock?在1984年報導(dǎo)于“Low?temperature?expansion(orifice?type)pulse?tube”，Advances?in?Cryogenic?Engineering，Vol.29，1984，p.629-637，并且許多研究跟著尋求進一步的改進。這種最初的改進是使用孔口和連接到脈沖管熱端的緩沖腔來控制“氣體活塞”在脈沖管內(nèi)的運動，以在每個循環(huán)產(chǎn)生較多的制冷量。實際上，在美國專利4,606,201中，氣體活塞取代了通常被稱作置換器的固體活塞。接下來的工作集中在改進氣體活塞的控制和改進脈沖管膨脹器的結(jié)構(gòu)兩方面的途徑。S.Zhu和P.Wu?在“Double?inlet?pulse?tube?refrigerators：an?important?improvement”，Cryogenics，vol.30，1990，p.514中描述了控制氣體活塞的雙孔口裝置。

Gao的美國專利6,256,998中描述了在兩級脈沖管中控制氣體活塞的裝置，其在4K時工作良好。Chen等在美國專利5,107,683中描述了脈沖管的第二級從第二級熱站延伸至外界溫度。這個概念是J.L.Gao和Y.Matsubara研究的幾種構(gòu)造之一，參看“Experimental?investigation?of?4K?pulse?tube?refrigerator”，Cryogenics，1994，Vol.34，p.25，該構(gòu)造已被證實對于兩級4K脈沖管工作良好。前面探討過的所有結(jié)構(gòu)都使脈沖管與再生器分離開。

一種利用單孔口控制的同軸式脈沖管在1986年由R.N.Richardson報導(dǎo)于“pulse?tube?refrigerator-an?alternative?cryocooler？”Cryogenics，1986，26(6)：p.331-340。Inoue等在日本特開平7-260269中描述了一種兩級脈沖管，其中再生器和脈沖管同軸。這種設(shè)計在中央具有第二級脈沖管，其從第二級熱站延伸至外界溫度，其并被第一和第二級再生器包圍。第一級脈沖管是在第一級再生器外部的同軸環(huán)形腔。這個專利的主要特征是在脈沖管內(nèi)設(shè)置熱交換器，以有助于利用再生器內(nèi)的溫度分布補償脈沖管內(nèi)的溫度分布。在脈沖管和再生器分離開并且脈沖管被真空包圍的情況下，脈沖管和再生器之間的溫度差不會成為難題。但是當(dāng)傳統(tǒng)的脈沖管安裝在MRI低溫恒溫器(cryostat)的頸管內(nèi)的氦氣中時，這種溫差會導(dǎo)致對流熱損失。