[發明專利]容錯低溫冷卻系統

有效

• 申請號: 201880056638.3
• 申請日: 2018-07-31
• 公開（公告）號: CN111094870B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: S·喬利;A·P·約翰斯通;M·辛普金斯
• 申請（專利權）人: 西門子醫療有限公司
• 主分類號: F25B9/10
• 分類號: F25B9/10;F25D19/00;H01F6/04;F17C13/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 趙林琳

一種容錯低溫冷卻系統包括：?外真空腔室(14)，在其內部體積中限定真空區域；?低溫制冷機(17)；?要被冷卻的設備，要被冷卻的設備被容納在真空區域內；?自由體積，自由體積被界定在真空區域內并且包含冷凍劑(46)；?冷板(40)，冷板(40)暴露于自由體積并且熱鏈接到要被冷卻的設備；?熱交換器，熱交換器熱鏈接到制冷機的最冷級(26)并且暴露于自由體積；?冷凍劑緩沖容器(30)，冷凍劑緩沖容器(30)界定緩沖體積(34)；以及?通道(32)，通道(32)將緩沖體積(34)與自由體積鏈接。

技術領域

本發明涉及一種被處于其沸點的冷凍劑冷卻的冷卻設備。

特別地，本發明涉及通過主動被冷卻的少量冷凍劑而維持在低溫溫度的冷卻設備。在優選的實施例中，冷卻設備是用于MRI系統的超導磁體。

背景技術

本文檔中的以下術語可以被解釋如下：

運行時間：對最終用戶而言，冷卻設備處于操作狀態的時間段。

停機時間：對最終用戶而言，冷卻設備未處于運行狀態的時間段。

穿越(ride-through)：主動冷卻故障但冷卻系統維持其冷卻狀態的時段。在超導磁體的上下文中，電流在穿越期間繼續在超導線圈中流動。可以通過液體冷凍劑的沸騰將磁體維持在冷卻狀態。

在已經在超導磁體中維持了磁體電流的情況下，在恢復主動冷卻時，停機時間結束，并且運行時間開始。優選地保持停機時間盡可能短，優選少于一小時。

當磁體電流停止或磁體淬火或顯著升溫時，穿越結束。在淬火或顯著升溫的情況下，所導致的停機時間將遠大于一小時。需要避免停機時間，因為它最終會影響客戶的財務績效。

圖1示出了包括冷凍劑容器12的低溫恒溫器的常規布置。用于MRI系統的冷卻超導磁體10被提供在冷凍劑容器12內，冷凍劑容器12自身被保持在外真空腔室(OVC)14內，該外真空腔室14在其外部體積中限定真空區域。在冷凍劑容器12與外真空腔室14之間的真空空間中提供一個或多個熱輻射屏蔽件16。在一些已知的布置中，制冷機17被安裝在制冷機套15中，制冷機套15位于為此目的而提供的轉臺(turret)18中，朝向低溫恒溫器的側面。備選地，制冷機17可以位于入口轉臺19內，入口轉臺19保持被安裝在低溫恒溫器的頂部上的入口頸部(排氣管)20。在一些布置中，通過將冷凍劑氣體再冷凝成液體，制冷機17提供主動制冷以冷卻冷凍劑容器12內的冷凍劑氣體。制冷機17還可以用于冷卻輻射屏蔽件16。如圖1中所圖示的，制冷機17可以是兩級制冷機。第一冷卻級熱鏈接到輻射屏蔽件16，并且提供到第一溫度的冷卻，該第一溫度通常在25K-100K的范圍內。第二冷卻級提供對冷凍劑氣體的到更低溫度的冷卻，該更低溫度通常在2.5K-10K的范圍內。

在通風管20阻塞的情況下，可以提供單獨的通風路徑(“輔助通風口”，圖1中未示出)作為故障保護通風口。

近來，在減少這種低溫恒溫器中所需的冷凍劑的數量上已經取得了進展。對于氦冷凍劑來說尤其如此，因為氦稀缺并且昂貴。已經提出了一些低溫恒溫器，其在冷凍劑容器12中包含相對少量的冷凍劑，同時已經提出了其他的一些低溫恒溫器，其完全省去了冷凍劑容器，并且不依賴于冷凍劑與冷卻設備之間的直接接觸。這種布置可以被稱為“干式”低溫恒溫器或“干式”磁體，盡管在相關聯的冷卻布置中可能涉及一些冷凍劑液體。

減少低溫恒溫器中的冷凍劑材料的量(稱為“冷凍劑庫存”)的結果是降低了冷卻設備的熱慣性。例如，在冷凍劑容器中提供大量的液體冷凍劑并且向冷卻設備提供冷卻的情況下，即使在主動冷卻布置(諸如制冷機17)例如由于制冷機本身中的故障、電源的故障或其他服務(諸如由制冷機所需的到壓縮機的冷卻水)的故障而已經發生故障的情況下，冷卻設備也將保持在冷凍劑的沸點的溫度，直到所有的冷凍劑沸騰過為止。另一方面，在僅提供少量的液體冷凍劑的情況下，冷卻設備將僅在短時間內保持在冷凍劑的沸點的溫度，直到所有的冷凍劑已經沸騰過為止。