[發(fā)明專利]具有至少在下區(qū)域中液體密封地相互分開的第一和第二氦容器的低溫恒溫器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580074056.4
• 申請日: 2015-12-02
• 公開（公告）號: CN107614990B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M·施特羅貝爾;P·維庫斯;G·羅特
• 申請（專利權(quán)）人: 布魯克碧奧斯平有限公司
• 主分類號: F25D19/00
• 分類號: F25D19/00;H01F6/04
• 代理公司: 中國貿(mào)促會專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 11038
• 代理人: 俄旨淳

概括而言，本發(fā)明建議，在通常用于冷卻超導(dǎo)電磁線圈(6)的用于過冷(2.5K)的液態(tài)氦的低溫恒溫器(20)中，設(shè)有兩個氦容器(24、5)，這兩個氦容器關(guān)于分別包含的液態(tài)氦不是相互連通的。帶有在第一氦容器(24)下部(1)中的熱交換器(38)的焦耳?湯姆孫冷卻單元(2)利用存儲在第二氦容器(5)中的液態(tài)氦(4K)，以冷卻第一氦容器(24)下部(1)中的過冷的液態(tài)氦。焦耳?湯姆孫冷卻單元(2)為此或者直接從第二氦容器(5)中抽吸液態(tài)氦，或者焦耳?湯姆孫冷卻單元從第一氦容器(24)中抽吸液態(tài)氦，通常由具有液態(tài)氦(4K)的上部(4)抽吸，并將液態(tài)氦從第二氦容器(5)經(jīng)由氣相轉(zhuǎn)移到第一氦容器(5)中。由此通過低溫恒溫器(20)中的氦儲備來冷卻第一氦容器(24)的過冷液態(tài)氦的持續(xù)時長可以非常長。第二氦容器(5)可以至少部分地設(shè)置在第一氦容器(24)的旁邊，特別是也可以圍繞第一氦容器(24)設(shè)置，以便實(shí)現(xiàn)低溫恒溫器(20)較低的結(jié)構(gòu)高度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低溫恒溫器，具有

-第一氦容器，所述第一氦容器在下部中用溫度2.5K的液態(tài)氦、特別是超流體氦填充，而在上部至少部分地用溫度4K的液態(tài)氦、特別是正常液態(tài)氦填充，使得第一氦容器具有從所述下部的下端部直到所述上部中的第一液體表面連貫地填充液態(tài)氦的第一區(qū)域，

-并且具有焦耳-湯姆孫冷卻單元，利用所述焦耳-湯姆孫冷卻單元能夠通過經(jīng)由熱交換器膨脹的氦冷卻所述下部中的液態(tài)氦。

背景技術(shù)

這種低溫恒溫器由DE 10 2010 028 750B4已知。

核磁共振(＝NMR)設(shè)備，特別是NMR波譜儀和NMR層析儀需要很強(qiáng)的磁場，這種磁場通常通過超導(dǎo)電磁線圈產(chǎn)生。所述超導(dǎo)電磁線圈必須在低溫下運(yùn)行。為此，通常將所述電磁線圈設(shè)置在低溫恒溫器的低溫貯罐中，所述低溫貯罐填充有低溫液體。

在低溫恒溫器中可以利用液態(tài)氦實(shí)現(xiàn)特別低的溫度。氦在正常壓力下在約4.2K的溫度下沸騰。

為了達(dá)到低于4.2K的溫度，可以在液氦浴上進(jìn)行泵吸。蒸汽壓力的降低會導(dǎo)致液氦浴被冷卻。這種處理方式有這樣的缺點(diǎn)，即，在氦容器中存在低壓。在誤操作或系統(tǒng)中存在小的泄漏時這會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果(吸入空氣、空氣在系統(tǒng)內(nèi)部凍結(jié)、流出管道堵塞)。

同樣可以利用焦耳-湯姆孫冷器單元以低于2.5K的溫度產(chǎn)生液態(tài)氦，特別是以超流體狀態(tài)產(chǎn)生液態(tài)氦。在實(shí)踐中，例如在DE 10 2010 028 750 B4中記載，為此通常設(shè)有氦容器，所述氦容器在下面的第一腔(下部)中用溫度約為2K的液態(tài)氦填充，而在上面的第二腔(上部)中用溫度約為4.2K的液態(tài)氦填充。在第一腔和第二腔之間設(shè)置隔熱的屏障。焦耳-湯姆孫冷卻單元從上面的腔或下面的腔中抽吸液態(tài)氦，所述液態(tài)氦發(fā)生膨脹并由此冷卻氦容器下面的腔。膨脹的氦被泵出。這個系統(tǒng)避免了，在整個氦容器中產(chǎn)生低壓；低壓僅存在于較小的焦耳-湯姆孫冷卻單元中。為此，需要熱障，所述熱障盡管是隔熱的，但能將上部容器的壓力傳遞到下部容器上(例如當(dāng)所述屏障對于液態(tài)氦可透過或者設(shè)計成熱絕緣的膜時，就存在這種情況)。在熱動力學(xué)上看，下部容器中的氦是“冷卻不足的”，就是說實(shí)際存在的壓力大于與溫度相對應(yīng)的蒸汽壓力。

焦耳-湯姆孫冷卻單元為了冷卻氦容器的下部而消耗液態(tài)氦，由此氦容器上部中的液位降低。在DE 10 2010 028 750 B4中建議，通過將一部分泵吸的氦回輸?shù)缴喜恐校梢越档偷蜏睾銣仄鞯暮は摹５藭r必須還以規(guī)則的間隔向氦容器中補(bǔ)充裝填液態(tài)氦。補(bǔ)充裝填液態(tài)氦對于使用者而言是麻煩的；此外，高分辨率的NMR系統(tǒng)在補(bǔ)充裝填之后在幾天內(nèi)只能有限制地使用。因此，應(yīng)盡可能少地進(jìn)行補(bǔ)充裝填。

原則上可以這樣來延長必須補(bǔ)充裝填液態(tài)氦的間隔，即，加大氦容器的上部，以便保存較大量的溫度為4.2K的液態(tài)氦，并且由此能更長時間地冷卻氦容器的下部。但由此加大了低溫恒溫器的結(jié)構(gòu)高度。但在常規(guī)實(shí)驗(yàn)室中，低溫恒溫器的最大結(jié)構(gòu)高度受到頂棚高度的限制，或者說較高的頂棚高度會造成實(shí)驗(yàn)室建筑物較高的改建成本，如果能夠改建的話。