[发明专利]用于减少致冷剂消耗的低温恒温器

说明书

技术领域

本发明涉及一种低温恒温器，其包括用于保持诸如超导磁体线圈的冷却设备的致冷剂容器。特定来说，本发明涉及经提供以用于减少到达致冷剂容器的热量的真空腔室，以及涉及允许致冷剂气体逸出致冷剂容器的排放配置。

背景技术

图1展示包括致冷剂容器12的低温恒温器的常规配置。在致冷剂容器12内提供冷却超导磁体10，致冷剂容器12自身保持在一个外部真空腔室(OVC)14中。在致冷剂容器12与外部真空腔室14之间的真空空间中提供一个或多于一个热辐射屏蔽件16。在一些已知配置中，一个致冷器17朝向低温恒温器的侧面安装在位于为此目的提供的一个塔18中的一个致冷器套管15中。或者，致冷器17可位于接入塔19内，接入塔19保持住安装在低温恒温器顶部的接入颈(排气管)20。致冷器17提供有效致冷以使致冷剂容器12内的致冷剂气体冷却，在一些配置中是通过使所述致冷剂气体重冷凝成液体。致冷器17还可用以冷却辐射屏蔽件16。如图1所说明，致冷器17可以是两级致冷器。第一冷却级热链接至辐射屏蔽件16，且提供达到第一温度的冷却。在具有单个屏蔽件的低温恒温器中，第一级通常将屏蔽件冷却至约50K。在具有两个屏蔽件的低温恒温器中，它们通常被冷却至约80K及20K的温度。第二冷却级提供对致冷剂气体的向更低温度的冷却，通常在4至10K的范围内。

通常通过低温恒温器的主体向磁体10提供负电连接21a。通常由一穿过排气管20的导体来提供正电连接21。

针对固定电流引线(FCL)的设计，提供单独的排气路径(辅助排气口)(图1中未图示)以作为在排气管堵塞情况下的防故障排气口。

发明内容

本发明解决了低温恒温器运输期间或致冷器17不运作的任何时候的致冷剂消耗。当致冷器17不运作时，来自约处于环境温度(250至315K)下的OVC14的热量将通过任何可用机制流向致冷剂容器12。这可能是通过将致冷剂容器与辐射屏蔽件16固定在OVC内适当位置上的支撑结构(未说明)的传导作用；通过气体(通常为氢气，其可存在于致冷剂容器12与OVC 14之间的容积内)的对流使用；或通过来自OVC的内表面的辐射。通常十分关注减少所有这些关于热流入的可能机制。支撑结构在机械上可行的程度内做的尽可能长而薄，且使用具有低热传导性的材料来构造，以减少通过传导发生的热流入。注意尽可能多的去除来自致冷剂容器与OVC之间的容积内的气体，虽然在使用诸如氦的极低温致冷剂的情况下许多气体将会在致冷剂容器表面上冻结成霜。也存在一些对制成低温恒温器的钢所释放的氢气进行的测量。任何此类被释放的氢气将使OVC真空度降级。然而，在氦致冷剂的情形中，氢气在正常运作期间为固态，且仅在致冷剂容器加热至约20K以上的情况下以气体形式释放。

提供一个或多于一个热辐射屏蔽件16以拦截来自OVC的热辐射。通过致冷器17去除任何由此产生的对热辐射屏蔽件的加热。此外可提供隔热，诸如众所周知的“超绝热”：镀铝聚酯片(常用为镀铝聚对苯二甲酸乙二醇酯片)的多层隔热，其置放在致冷剂容器与热屏蔽件16之间的层中；或在热屏蔽件16与OVC之间的层中；或两者兼有。

操作中，致冷剂容器12中的致冷剂液体蒸发，以将冷却设备10保持在恒定温度，即为致冷剂的沸点。致冷器17去除来自致冷剂气体及热屏蔽件16的热量。只要致冷器的冷却功率足以去除冷却设备所产生的任何热量以及到达致冷剂容器的任何热流入，冷却设备10便将保持处于其稳定温度，且不会消耗致冷剂。

在低温恒温器运输过程中，当致冷器关闭时或致冷器17不运作的任何其它时候，会出现问题。当致冷器不运作时，到达致冷剂容器的任何热量流入以及在致冷剂容器内产生的任何热量将导致致冷剂液体蒸发。当致冷器不运作时，蒸发的致冷剂不能重冷凝成液体，而将通过排气管20或辅助排气口排放至大气中。在超导磁体的情形中，例如，如在磁体共振成像(MRI)系统中所使用那样，通常使用液态氦作为致冷剂。液态氦非常昂贵，且在世界上一些地区很难获得。其也是一种有限的资源。出于这些原因，希望在运输期间或在致冷器17未运作的其它时候，减少对氦致冷剂的消耗。

当然可能在环境温度且没有致冷剂的情况下运输低温恒温器及设备10。这将避免运输期间的致冷剂消耗问题。然而，设备10及(确实)低温恒温器本身会需要在其抵达目的地时进行冷却。此冷却是一个需要技术的过程，且已发现现场冷却极为昂贵。此外，已发现，在到达安装现场时从环境温度冷却上述设备及低温恒温器所需的致冷剂数量远远超过目前在合理运输时间内的消耗率。典型的现有系统能够在无致冷器运作且液体致冷剂未沸腾变干的情况下移动至少30天。