[发明专利]用于以少量冷却剂进行低温恒温器的过冷运行的装置和方法

说明书

带有真空容器和布置在真空容器内的冷却物体的低温恒温器组件，该真空容器具有引导至冷却物体的颈管，冷头的围绕其构造有封闭的空腔的冷却臂(10)布置在所述颈管中，该颈管相对于冷却物体流体密封地被密封并且在正常运行中填充有低温流体，并且设有热耦合器件(15)，其适合用于在空腔中的低温流体与冷却物体的热耦合，其特征在于，低温恒温器组件包括泵装置(14)，空腔经由阀(13)联接到泵装置上并且空腔在冷头的冷却功能下降时可利用泵装置被泵吸，并且存在监控设备(17)，其监控冷头的冷却功能并且构造用于在冷头的冷却功能下降的情形中自动地如此激活泵装置，使得空腔被泵吸。因此，冷却物体在桥接时间段期间被自动保持在运行温度附近。

技术领域

本发明涉及一种带有真空容器和待冷却的物体、尤其是超导磁线圈系统或低温容器的低温恒温器组件，其中，待冷却的物体布置在真空容器内，其中，真空容器具有引导至待冷却的物体的颈管，其中，冷头的冷却臂至少部分布置在颈管中，其中，围绕冷却臂构造有封闭的空腔，其相对于待冷却的物体流体密封地被密封，其中，空腔在正常运行中至少部分填充有低温流体，并且设有热耦合器件，其适合用于在空腔中的低温流体与待冷却的物体的热耦合。

由DE 10 2014 218 773 A1(＝参考文献[1])已知一种这样的低温恒温器组件。

背景技术

核磁共振(＝NMR)器械、尤其是NMR谱仪和NMR断层成像装置需要较强磁场，强磁场经常借助于超导磁线圈来产生。超导磁线圈必须在低温温度下运行。为此，磁线圈典型地布置在低温恒温器中。低温恒温器具有抽成真空的容器(“真空容器”)，在该容器中布置有待冷却的物体，经常还被辐射屏蔽包围。待冷却的物体可以是磁线圈本身(“无液氦”-系统)，或也可以是低温容器，在其中布置有低温液体(例如液氦)和磁线圈。

在低温技术中，为了冷却物体(例如超导磁线圈)大多使用冷却机，其借助于冷却头将热量从带有待冷却的物体的器械中排出。待冷却的物体一般而言以激活的(大多包括脉冲管冷却器或Gifford-MacMahon冷却器的)冷却系统来冷却。激活的冷却系统降低了昂贵的液氦的消耗，提高了NMR器械的可使用性并且同样可有助于降低结构高度。激活的冷却系统可单级或同样可多级地构造。在多级系统的情形中，大多数时候较热的冷级冷却热辐射屏蔽部，而较冷的冷级冷却待冷却的物体。已知的冷却机通常以氦气作为冷却剂来工作，其在压缩机中被压缩并且在低温恒温器的冷却头中被降低压力，如例如在脉冲管冷却器的情形中那样。冷却头和压缩机一般而言通过两个压力管路彼此相连接。冷却头与待冷却的构件直接机械地或通过接触介质(例如低温气体或低温液体)或通过两者相连接，以便于确保良好的热传递。

然而如果压缩机(例如由于技术缺陷或电力故障)完全或部分失效，先前冷却的构件被加热。低温恒温器的冷却头在该情况中于是构成在待冷却的构件与外界之间的重要的热量桥。在超导磁体的情形中，在其持续的运行模式中超导电流可在极其长的时间段上实际无电阻地流动。与之相反，磁体的加热在一定的时间之后导致持续的运行模式的所谓的“失超”：磁体在任何时候达到通过超导材料被预定的临界的跳跃温度，变成正常传导的并且在此一般而言突然失去其高的磁场。

当激活的冷却系统发生这样的失效时，超导的磁线圈系统应可至少一直保持在跳跃温度下方，直至可进行激活的冷却系统的温度或电力故障/水故障被克服。超导状态的失去使得超导磁线圈系统的重新冷却变得必要，这与可观的成本相联系。

在带有激活的冷却装置的最常见结构形式的低温恒温器的情形中，如例如在US2007/089432A中所描述的那样，冷却头的冷却臂伸入到真空容器的颈管中。颈管朝向低温容器敞开，在其中布置有在液氦中的超导磁线圈。在冷却臂的最下面的冷却级处，氦再液化并且滴回到低温容器中。类似的低温恒温器由US2010/298148A、US2007/022761A、DE102004012416B4或US2007/051115A已知。