[發明專利]具有真空容器和待冷卻的物體的低溫恒溫器

有效

• 申請號: 201710848722.6
• 申請日: 2017-09-20
• 公開（公告）號: CN107845475B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: P·維庫斯;S·博恩
• 申請（專利權）人: 布魯克碧奧斯平有限公司
• 主分類號: H01F6/04
• 分類號: H01F6/04;F25D19/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 俞海舟

本發明涉及一種低溫恒溫器裝置，包括真空容器和待冷卻的物體、特別是超導磁性線圈系統或低溫容器，待冷卻的物體設置在真空容器的內部，該真空容器具有頸管，該頸管通向待冷卻的物體，冷卻頭的冷卻臂至少部分設置在頸管中，圍繞冷卻臂構成封閉的空腔，該空腔相對于待冷卻的物體以對流體密封的方式密封，空腔在正常運行中至少部分填充有第一低溫流體，并且設置第一熱耦合器件，該第一熱耦合器件適合于將空腔中的第一低溫流體與待冷卻的物體熱耦合。此外，本發明涉及一種相應的方法。

技術領域

本發明涉及一種低溫恒溫器裝置，包括真空容器和待冷卻的物體、特別是超導磁性線圈系統或低溫容器，待冷卻的物體設置在真空容器的內部，該真空容器具有頸管，該頸管通向待冷卻的物體，冷卻頭的冷卻臂至少部分設置在頸管中，圍繞冷卻臂構成封閉的空腔，該空腔相對于待冷卻的物體以對流體密封的方式密封，空腔在正常運行中至少部分填充有第一低溫流體，并且設置第一熱耦合器件，該第一熱耦合器件適合于將空腔中的第一低溫流體與待冷卻的物體熱耦合。

背景技術

這樣的冷卻裝置有DE102014218773A1已知。

核旋共振(NRM)裝置特別是NRM光譜儀和NRM斷層掃描需要強磁場，其通常借助于超導磁性線圈產生。超導磁性線圈必須在低溫溫度上運行。磁性線圈為此通常設置在低溫恒溫器中。低溫恒溫器具有抽成真空的容器(真空容器)，在其中設置待冷卻的物體，通常仍然被輻射屏蔽體包圍。待冷卻的物體可以是磁性線圈本身(“cryofree”－system)或也可以是低溫容器，在低溫容器中設置低溫液體(例如液態氦氣)和磁性線圈。

待冷卻的物體通常利用主動冷卻系統(大多包括脈沖管冷卻器或Gifford-MacMahon冷卻器)冷卻。主動冷卻系統減小了昂貴的液態氦氣的消耗、提高NRM裝置的實用性并且也有助于減小結構高度。主動冷卻系統可以構成為單級的或多級的。在多級的系統中大多較熱的冷級冷卻熱輻射屏蔽體并且較冷的冷級冷卻待冷卻的物體。

在主動冷卻系統發生故障時，例如由于技術缺陷，一個超導磁性線圈或多個超導磁性線圈(超導磁性線圈系統)應當如此長地保留在轉變溫度之下，直至可以實現主動冷卻系統的修復。由于加熱導致的超導狀態喪失可能導致破壞超導磁性線圈系統；至少然而重新冷卻超導磁性線圈系統與可觀的耗費相關聯。

在具有主動冷卻的低溫恒溫器的最常見的結構形式中，例如見US2007/089432A，冷卻頭的冷卻臂伸入到真空容器的頸管中。頸管朝向低溫容器敞開，在低溫容器中超導磁性線圈設置在液態的氦氣中。在冷卻臂的最下部的冷級上氦氣重新冷凝并且滴回到低溫容器中。類似的低溫恒溫器由US2010/298148A、US2007/022761A、DE102004012416B4或US2007/051115A已知。

為了在主動冷卻系統的故障和服務干涉之間提供盡可能長的時間，可以將在低溫恒溫器中的熱質量(即質量乘以比熱容)、例如輻射屏蔽體或低溫容器連同低溫液體在內選擇成較大的，這然而加大了低溫恒溫器的結構高度和總體重量。同樣在具有低溫容器的低溫恒溫器中可以后續填充在外部提供的液體氦氣，以便替代蒸發掉的氦氣；這然而是非常昂貴的。

由US8950194B2中已知，在冷卻器斷開的情況下(例如在傳送過程中)將由低溫容器中蒸發的氣體的一部分沿著冷卻器引導，并且如此降低冷卻臂的熱負載。

由DE102014218773A1已知，在低溫恒溫器中在頸管的內側和冷卻頭的冷卻臂之間的空體積利用氣體例如氦氣填充。在正常運行中冷卻臂的最下部的冷級靠近待冷卻的物體；例如經由待冷卻的物體和最下部的冷級的接觸，建立與空體積中的少量液態氦氣的良好熱耦合。在冷卻失效時空體積中的氣體壓力由于加熱而上升；在空體積中的少許液態氦氣蒸發?？梢苿拥匕惭b的冷卻頭通過空體積中的上升的氣體壓力遠離待冷卻的物體運動，由此從冷卻臂到待冷卻的物體的熱耦合減小。