[发明专利]在例如用于磁共振成像系统的低温制冷器系统中减少堵塞

说明书

技术领域

本发明涉及在低温制冷系统中减少堵塞，具体地但非排它地涉及闭式循环制冷系统。当在磁共振成像(MRI)系统的冷却系统中实施本发明时，本发明具有特别的优点。

背景技术

在闭式循环制冷系统(其常见实例为Joule-Thomson冷却器)中，例如氦-3或氦-4等工作流体连续地流动通过设置用于形成无泄漏闭环回路的管道。室温泵、压缩机或它们的组合通常会产生环绕回路的流动。

由泵或压缩机供应的室温工作流体通过回路供给到低温恒温器中，在低温恒温器处，室温工作流体通过与冷却级的连续热交换而被冷却。冷却级可以由例如脉管制冷器或Gifford McMahon冷却器等低温制冷机提供，或者作为选择，可以由容纳液体冷却剂的储存器提供。然后，工作流体通过回路内的流动阻抗经由等焓膨胀被进一步冷却。通过使用这种闭式循环制冷系统可以获得1.5K(使用氦-4)或0.3K(使用氦-3)以下的温度。在膨胀过程中存在与待冷却样本的热交换，并且工作流体以室温返回到泵或压缩机以重新开始循环。因此，可以在例如MRI系统等医用冷却装置中使用闭式循环制冷系统。

闭式循环制冷器的另一实例是稀释制冷器，稀释制冷器在流动回路内包括附加的低温冷却级，并且可选地，稀释制冷器可以在闭式回路内包括附加的支路以允许预冷却。稀释制冷器通常还包括用作冷却级的阻抗。

由于工作流体从泵或压缩机处的室温逐渐冷却至低温恒温器内的低温，所以会出现问题。当冷却发生时，工作流体内的不需要的污染物在它们各自的液化点或凝固点液化或冻结。这会导致系统内的管道、热交换器和流动阻抗的逐渐堵塞。这种堵塞降低了传递至待冷却样本的冷却能力，并且还由于系统必须定期清洗以去除堵塞而降低了效率。Joule Thomson冷却器因其相对较窄的管道和自身的流动阻抗而特别容易堵塞，这通常会使流体路径显著变窄。在有大量的患者需要扫描并且长时间停机也不符合要求的例如医用MRI系统等应用中，这样的堵塞和频繁的清洗是不可接受的。

此外，在制冷系统的热循环(升温和冷却)期间，会出现更快速的堵塞机制。工作流体中的污染物水平通常随时间逐渐增加，这意味着在长操作时间结束时回路内的污染物水平高于操作开始时的污染物水平。在系统的后续冷却期间，由于工作气体的初始流率不同且整个回路的初始温度分布不同，所以工作流体中的污染物可能冻结在不同位置或冻结在更集中的位置。这会导致低温制冷系统的反复热循环的特殊问题。

US-A-4717406提供了一种用于从工作流体去除固体微粒的前置过滤器、用于进一步去除杂质的吸附床、以及用于从吸附床去除吸附材料的附带颗粒的后置过滤器。然而，一般来说，仍然存在这样的持续需求：降低在闭式循环制冷系统和低温制冷系统内积累的堵塞率。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种低温制冷系统，所述低温制冷系统包括管道，所述管道设置作为流体冷却剂被抽吸而流经的冷却回路并且与用于将所述流体冷却剂冷却到第一温度的至少一个冷却级热连通，其中，所述管道包括低温冷阱，所述低温冷阱与所述流体冷却剂连通并且通过低温抽吸有效地从所述流体冷却剂去除污染物，并且所述管道还包括流动阻抗和氢过滤器，所述流动阻抗用于将所述流体冷却剂冷却到比所述第一温度低的第二温度，所述氢过滤器位于所述阻抗的上游并且与所述流体冷却剂连通，所述氢过滤器被冷却到低于所述流体冷却剂中的氢的凝固点的温度并且有效地从所述流体冷却剂去除氢污染物。

在使用时，回路内的流体冷却剂被至少一个冷却级冷却到基准温度。然后，流体冷却剂通过流动阻抗经由膨胀被进一步冷却。至少一个冷却级可以是例如脉管制冷器(PTR)或Gifford McMahon(GM)冷却器等低温制冷机的冷却级，或者作为选择，可以是容纳例如液氮等低温冷却流体的储存器。使用低温制冷机特别有利，因为它允许制冷系统“无冷却剂”，从而显著减少冷却剂的泄漏。通常，流体冷却剂在到达基准温度之前会进行两级或多级冷却。例如，流体冷却剂可以首先与两级PTR的第一冷却级热连通，而随后与PTR的第二冷却级热连通。