[發明專利]用于減少致冷劑消耗的低溫恒溫器

無效

• 申請號: 201210028775.0
• 申請日: 2008-10-23
• 公開（公告）號: CN102538280A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 拉塞爾.P.戈爾;埃德加.C.M.雷納;斯蒂芬.P.特羅韋爾
• 申請（專利權）人: 英國西門子公司
• 主分類號: F25B19/00
• 分類號: F25B19/00;H01F6/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 侯宇

本申請是申請日為2008年10月23日、申請號為200810171377.8、名稱為“用于減少致冷劑消耗的低溫恒溫器”的申請之分案申請。

技術領域

本發明涉及一種低溫恒溫器，其包括用于保持諸如超導磁體線圈的冷卻設備的致冷劑容器。特定來說，本發明涉及經提供以用于減少到達致冷劑容器的熱量的真空腔室，以及涉及允許致冷劑氣體逸出致冷劑容器的排放配置。

背景技術

圖1展示包括致冷劑容器12的低溫恒溫器的常規配置。在致冷劑容器12內提供冷卻超導磁體10，致冷劑容器12自身保持在一個外部真空腔室(OVC)14中。在致冷劑容器12與外部真空腔室14之間的真空空間中提供一個或多于一個熱輻射屏蔽件16。在一些已知配置中，一個致冷器17朝向低溫恒溫器的側面安裝在位于為此目的提供的一個塔18中的一個致冷器套管15中。或者，致冷器17可位于接入塔19內，接入塔19保持住安裝在低溫恒溫器頂部的接入頸(排氣管)20。致冷器17提供有效致冷以使致冷劑容器12內的致冷劑氣體冷卻，在一些配置中是通過使所述致冷劑氣體重冷凝成液體。致冷器17還可用以冷卻輻射屏蔽件16。如圖1所說明，致冷器17可以是兩級致冷器。第一冷卻級熱鏈接至輻射屏蔽件16，且提供達到第一溫度的冷卻。在具有單個屏蔽件的低溫恒溫器中，第一級通常將屏蔽件冷卻至約50K。在具有兩個屏蔽件的低溫恒溫器中，它們通常被冷卻至約80K及20K的溫度。第二冷卻級提供對致冷劑氣體的向更低溫度的冷卻，通常在4至10K的范圍內。

通常通過低溫恒溫器的主體向磁體10提供負電連接21a。通常由一穿過排氣管20的導體來提供正電連接21。

針對固定電流引線(FCL)的設計，提供單獨的排氣路徑(輔助排氣口)(圖1中未圖示)以作為在排氣管堵塞情況下的防故障排氣口。

發明內容

本發明解決了低溫恒溫器運輸期間或致冷器17不運作的任何時候的致冷劑消耗。當致冷器17不運作時，來自約處于環境溫度(250至315K)下的OVC?14的熱量將通過任何可用機制流向致冷劑容器12。這可能是通過將致冷劑容器與輻射屏蔽件16固定在OVC內適當位置上的支撐結構(未說明)的傳導作用；通過氣體(通常為氫氣，其可存在于致冷劑容器12與OVC?14之間的容積內)的對流使用；或通過來自OVC的內表面的輻射。通常十分關注減少所有這些關于熱流入的可能機制。支撐結構在機械上可行的程度內做的盡可能長而薄，且使用具有低熱傳導性的材料來構造，以減少通過傳導發生的熱流入。注意盡可能多的去除來自致冷劑容器與OVC之間的容積內的氣體，雖然在使用諸如氦的極低溫致冷劑的情況下許多氣體將會在致冷劑容器表面上凍結成霜。也存在一些對制成低溫恒溫器的鋼所釋放的氫氣進行的測量。任何此類被釋放的氫氣將使OVC真空度降級。然而，在氦致冷劑的情形中，氫氣在正常運作期間為固態，且僅在致冷劑容器加熱至約20K以上的情況下以氣體形式釋放。

提供一個或多于一個熱輻射屏蔽件16以攔截來自OVC的熱輻射。通過致冷器17去除任何由此產生的對熱輻射屏蔽件的加熱。此外可提供隔熱，諸如眾所周知的“超絕熱”：鍍鋁聚酯片(常用為鍍鋁聚對苯二甲酸乙二醇酯片)的多層隔熱，其置放在致冷劑容器與熱屏蔽件16之間的層中；或在熱屏蔽件16與OVC之間的層中；或兩者兼有。

操作中，致冷劑容器12中的致冷劑液體蒸發，以將冷卻設備10保持在恒定溫度，即為致冷劑的沸點。致冷器17去除來自致冷劑氣體及熱屏蔽件16的熱量。只要致冷器的冷卻功率足以去除冷卻設備所產生的任何熱量以及到達致冷劑容器的任何熱流入，冷卻設備10便將保持處于其穩定溫度，且不會消耗致冷劑。

在低溫恒溫器運輸過程中，當致冷器關閉時或致冷器17不運作的任何其它時候，會出現問題。當致冷器不運作時，到達致冷劑容器的任何熱量流入以及在致冷劑容器內產生的任何熱量將導致致冷劑液體蒸發。當致冷器不運作時，蒸發的致冷劑不能重冷凝成液體，而將通過排氣管20或輔助排氣口排放至大氣中。在超導磁體的情形中，例如，如在磁體共振成像(MRI)系統中所使用那樣，通常使用液態氦作為致冷劑。液態氦非常昂貴，且在世界上一些地區很難獲得。其也是一種有限的資源。出于這些原因，希望在運輸期間或在致冷器17未運作的其它時候，減少對氦致冷劑的消耗。