[發明專利]加速冷卻的方法

有效

• 申請號: 201611151815.5
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106969567B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 尼爾·克拉克
• 申請（專利權）人: 牛津儀器納米技術工具有限公司
• 主分類號: F25D3/10
• 分類號: F25D3/10
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 顧紅霞;張蕓

本發明提供了將低溫系統的目標部件加速冷卻至低溫工作溫度的方法。該方法包括如下步驟：利用第一冷卻裝置來冷卻低溫系統的目標區域，所述第一冷卻裝置適于借助其與目標部件之間的熱傳導來將目標區域冷卻至第一溫度，并且在第一溫度具有第一冷卻功率；以及利用低溫冷卻器將低溫系統的目標部件從第一溫度冷卻至工作溫度，其中第一冷卻裝置在第一溫度的第一冷卻功率大于低溫冷卻器在第一溫度的冷卻功率。這允許比使用常規方法時更快地冷卻低溫系統的目標部件。

技術領域

本發明涉及冷卻低溫系統的方法。特別地，本發明涉及利用多級冷卻來冷卻低溫系統的方法。

背景技術

低溫系統，如MRI(磁共振成像)系統，要求低溫系統所包含的超導磁體被冷卻而使得低溫系統能運行。為使得超導磁體起作用，需要將這些超導磁體冷卻至極低的溫度。例如，該溫度可能是小于20開爾文(K)。

可以利用諸如液態氮或液態氦等冷卻劑冷卻低溫系統。然而，在一些情形下，不能使用或者不期望使用冷卻劑。在這些情況下，可以使用更少使用冷卻劑材料或者根本不使用冷卻劑的其它方法或設備。例如，這可以通過使用如脈沖管制冷機(PTR)、GM制冷機、斯特林制冷機(sterling refrigerator)或其它類型的低溫冷卻器等低溫冷卻器來完成。

低溫冷卻器通過借助熱傳導直接冷卻目標(例如超導磁體)來工作。為了冷卻至要求溫度，經常需要使用兩級低溫冷卻器。這是因為，單級低溫冷卻器經常不能冷卻至要求溫度。

然而，因為低溫冷卻器(包括兩級低溫冷卻器在內)僅能夠進行“點冷卻(spotcooling)”，所以可能會花費兩天到三天來冷卻目標部件，并且對于更大的目標系統，可能花費兩周以上來將目標冷卻至工作溫度。這因此表明了有相當長的時間段低溫系統不能運行。這意味著，為冷卻至運行溫度，必須在低溫系統的測試或安裝期間留出相當長的時間段。這既低效又成本高，因為在低溫系統達到其運行溫度之前不能使用低溫系統且不能進行測試。因此，需要減少將低溫系統冷卻至運行溫度而更快達到運行狀態所花費的時間量。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供一種將低溫系統的目標部件加速冷卻至低溫工作溫度的方法，包括如下步驟：利用第一冷卻裝置來冷卻低溫系統的目標區域，第一冷卻裝置適于通過其與目標部件之間的熱傳導而將目標區域冷卻至第一溫度，并且所述第一冷卻裝置在第一溫度具有第一冷卻功率；利用低溫冷卻器將低溫系統的目標部件從第一溫度冷卻至工作溫度，其中第一冷卻裝置在第一溫度的第一冷卻功率大于低溫冷卻器在第一溫度的冷卻功率。第一溫度可以高于第一冷卻裝置所能達到的平衡或可持續溫度(即，基準溫度)。在該情況下，隨著溫度接近基準溫度，向基準溫度的冷卻放緩。

第一溫度的確切溫度將取決于所使用的冷卻裝置。例如，示例的第一冷卻裝置在30K可以具有大約65W的冷卻功率，而在20K為0W，因此由于隨著目標區域接近20K，冷卻放緩，因此更高效的是在高于20K的溫度開始利用低溫冷卻器冷卻。開始冷卻的最佳點可以是當目標區域已經冷卻至下述的溫度的時候：低溫冷卻器的冷卻功率至少如第一冷卻裝置在該溫度的冷卻功率一樣高(例如大于或等于)。

實際的考慮是，如果嘗試第一冷卻裝置和低溫冷卻器的交換，則低于大約80K，空氣將凝結在表面上。因此，有益的是在略高溫度執行這樣的交換從而降低污染的風險。

因為第一冷卻裝置在第一溫度具有比低溫冷卻器大的冷卻功率，所以這使得與僅使用低溫冷卻器相比初始冷卻更快速。一旦初始冷卻完成且目標部件達到第一溫度，則低溫冷卻器隨后用于從第一溫度冷卻至工作溫度，在該工作溫度，例如低溫冷卻器可以具有比第一冷卻裝置大的冷卻功率或者第一冷卻裝置可能不能達到工作溫度。已經發現，以此方式冷卻極大地提高了冷卻低溫系統尤其是目標部件的速率。利用該方法，在很多情況下冷卻低溫系統所花費的時間能夠至少減半。例如，如果系統使用常規方法冷卻花費兩周，則使用本發明的方法將(取決于確切的情形)花費大約一周。實質上，該方法允許低溫系統的目標部件比使用常規方法時更快速地冷卻。