用于从制冷机热断开低温容器的方法和装置与流程

本发明涉及一种例如在运输低温恒温器期间从制冷机热断开低温容器的方法。此外，本发明涉及一种低温恒温器。

背景技术：

在MRI(磁共振成像)系统中，可以使用低温恒温器，所述低温恒温器包括保持液体制冷剂(例如液氦)的低温容器，用于冷却超导磁体线圈。制冷机提供主动制冷以冷却低温容器中的制冷剂。

然而，在运输超导磁体系统的情况下，例如，从制造场地运输至操作场所，制冷机是不活动的，且不能够从低温容器转移热负荷。相反，制冷机本身提供周围环境热能到达低温容器的热路径，且运输的热负载比当制冷机运行时的正常操作的热负载大的多。

如果关掉制冷机且不通风，由热传导通过制冷机，通常5W的热负荷被传递至低温容器，导致每天蒸发掉约10％的制冷剂，且加热磁体线圈至失超风险水平。可见，在运输期间的热输入显著增了制冷剂损失，并因此大大降低了干燥时间和再填充时间，这两者都是确定运输低温恒温器的最大可能持续时间的关键磁参量。

以前，已经考虑移除制冷剂以便运输。然而，已经发现这不实际，因为这产生了冰侵入的风险(a risk of ice ingress)，物流问题及安装工程师的额外工作负荷。

此外，建议通过从制冷机移除制冷剂来从低温容器热断开制冷机。然而，这种方法费用高，不可靠且热效低。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种简单可靠的技术，用于从低温容器热断开制冷机。

利用本发明，提供了一种简单可靠的技术，用于从低温容器热断开制冷机。延长了干燥时间和再填充时间。对于相同运输的时间，减少了制冷剂的损失。

本发明的这些和其他方面将在独立权利要求中限定的以下实施例的基础上进一步详细阐述。

附图说明

以下将参考以下实施例和附图通过举例的方式详细描述本发明的这些和其他方面；其中：

图1示出低温恒温器的示意图，

图2示出正常操作期间制冷机的细节示意图，

图3示出运输期间制冷机的细节示意图。

具体实施方式

本发明提供一种从制冷机热断开低温容器的方法，所述低温容器含有制冷剂，所述制冷机被适配用于冷却所述制冷剂，其中该低温容器与制冷机通过输入通道和输出通道连接，其中，该输入通道和该输出通道被适配用于提供回路系统，用于制冷剂通过循环路径的对流循环，包括通过停止制冷剂循环来防止制冷剂回路系统的任何对流循环的步骤，由此从低温容器热断开制冷机。

本发明还提供一种低温恒温器，包括用于容纳制冷剂的低温容器，用于冷却制冷剂的制冷机，以及输入通道和输出通道，该输入通道和输出通道连接制冷机和低温容器，其中输入通道和输出通道被适配用于提供回路系统，用于制冷剂通过循环路径的对流循环，还包括用于通过停止制冷剂循环来防止制冷剂通过制冷机的任何对流循环的部件，由此从低温容器热断开制冷机。

在本发明的实施例中，对流路径由连接制冷机与低温容器的两个独立通道提供。这种回路系统确保制冷机比现有技术设计所提供的通过单一连接通道逆流具有更优的运行条件。由于本发明提出的装置创建优化的对流循环，因此在正常运行期间，本发明所提出的装置比现有设计高效得多。

本发明还提供一种方法，包括通过停止回路系统中的气体循环来从制冷机热断开低温容器。

在本发明优选实施例中，冷却回路中的气体循环被停止。对流循环被热循环回路两侧的热平衡中断，确保制冷机关闭时，输入和输出通道两侧的气压相等。为此目的，本发明利用分层的制冷剂气体，特别地是氦气，以从低温容器热断开制冷机。根据本发明，制冷机未运行时，这种分层在输入通道和输出通道内自动产生，如同在运输过程中的情况。已知地，这种分层创建足够的热阻以从制冷机热断开低温容器中。因此，可以在不从制冷机移除制冷剂的情况下实现热断开。由于使用两个独立的连接通道，可以以非常可靠的方式进行热断开，特别是，如果在两个通道内创建相同的制冷剂气体分层柱。

根据本发明的优选实施例，输入通道和输出通道被布置成如下方式，当制冷机不运行时其允许自动创建分层柱。为此目的，输入通道和输出通道垂直或基本垂直地布置。优选地，通道被布置为使得水平面和通道纵轴之间的夹角“alpha”在70°和110°之间(alpha＝90°+/-20°)。更优选地，角“alpha”在80°和100°之间(alpha＝90°+/-10°)。甚至更优选地，角“alpha”在85°和95°之间(alpha＝90°+/-5°)。

根据本发明的优选实施例，所述制冷机是两级制冷机，其中，第一级热连接至低温容器的辐射罩，第二级提供对制冷剂气体的冷却，例如，通过在容纳再冷凝器的相关联的再冷凝室中将制冷剂气体再冷凝为液体，且第二级通过输入通道和输出通道两者连接至低温容器。

输入通道优选地在制冷机的第二级上方的位置通向再冷凝室，而输出通道在制冷机的第二级下方的位置通向再冷凝室。通过这种方式创建一种非常有效的对流回路并确保正常操作期间有效的冷交换。

由于压力由沿输入通道和输出通道的气体密度分布的积分定义，并且密度由通道的温度分布定义，因此在再冷凝室处回路两侧的相等气压要求不等长度的通道。因此，根据本发明的优选实施例，输入通道和输出通道都适配为这种方式，使得在再冷凝室处通道(17，18)两侧的气压相等或基本相等。在本发明的优选实施例中，输入通道被设计为长于输出通道且/或输入通道是隔热的，以创建温度分布使得如果制冷机在非操作中(例如在运输期间)，则两端的压力平衡并且气体循环自动停止。换句话说，连接回路两侧的输入和输出通道适配为这种方式，其允许通道内具有不同热长度的气体，确保制冷机不运行时无压差和无气体循环。

图1示出低温恒温器1，例如可用于保持MRI(磁共振成像)系统的磁性线圈。低温容器2装有液态制冷剂3，如液态氦。低温容器2中液态制冷剂3的平面上方的空间4可填充蒸发的制冷剂。低温容器2被包含于真空夹套5中。在低温容器2和真空夹套5间的真空空间中可提供一个或多个隔热罩6。制冷机7安装在位于转台8中的制冷机套中，被设置为朝向低温恒温器1侧的目的。另一个具有通道管颈9的转台设置于低温恒温器1的顶部，允许从外部进入低温容器2。这用于填充低温容器2，以提供对容纳在低温容器2中的电流引线和向超导线圈的其他连接的访问。

制冷机7是两级制冷机。第一冷却级11适于经由热耦合12冷却低温容器2的辐射罩6至第一温度，通常在80至100K范围内，以提供低温容器2和周围真空容器间的热绝缘。第二冷却级13适于冷却制冷剂气体至低得多的温度，通常在4至10K范围内，例如通过冷却再冷凝器15的传热板14，还参见图2和图3。在常规的低温恒温器设计中，如图1所描述的，制冷机7通过单一倾斜管16与低温容器2连接。在该管16中，制冷剂气体从容器2流入制冷机7，并且同时液态制冷剂从再冷凝器15回流至容器2中。

根据本发明的一个方面，不同于单一连接管16，设置输入通道17和输出通道18用于连接制冷机7和低温容器2，如图2-3所示。优选地，通道17和通道18都是薄壁、绝缘管或管道。通道17和通道18被以这种方式设计和定位，以提供制冷剂以回路系统形式的对流循环。

在磁体系统的冷却过程中，通过沸腾液态制冷剂而在液态制冷剂平面上方创建制冷剂气体。制冷剂气体穿过输入通道17至再冷凝室20中的体积19，位于再冷凝器15上方。为了此目的，输入通道17连接低温容器2中在液态制冷剂平面上方的空间6与再冷凝室20中在再冷凝器15上方的体积19。

制冷剂气体经过再冷凝器15的换热板14再冷凝为液态制冷剂。所得的液化制冷剂然后通过重力流经输出通道18回到低温容器2。出于此目的，输出通道18连接再冷凝室20体积19的底部区域21与低温容器2内的空间6。在图2中，箭头22表示流经输入通道17的制冷剂气体，箭头23表示回流经过输出通道18的液态制冷剂。采用两个独立的连接通道17和18的图示设计导致低温恒温器1较大的低温边缘。

此外，对本发明来说显著地，通道17和通道18垂直或基本垂直地布置，使得当制冷机7在非运行状态时，每个通道17和通道18中自动创建分层的制冷剂气体24的柱，如图3中示出。在此图示的实施例中，水平面与通道17和通道18的纵轴间的角“alpha”为90°。因此，如果关闭制冷机7，并停止冷却再冷凝器15(例如在运输低温恒温器1至操作现场期间)，冷冻剂气体的分层自动产生。因此，通道17和通道18都含有分层的制冷剂气体24。分层柱24，在图3中由阴影部分表示，防止制冷剂通过再冷凝室20穿过再冷凝器15的任何进一步的对流循环，由此从低温容器2热断开再冷凝器15。

例如，通过分层氦柱24的热流可能小于3mW，假定柱24高为10cm，直径为1cm。

输入通道17和输出通道18优选地适于以这种方式热平衡气体循环回路的两侧，使得在再冷凝室20处通道17和通道18两侧的气压相等。

如上所述的低温恒温器设计确保在正常运行期间提高冷交换，并允许运输期间从低温容器2自动热断开制冷机7，从而降低冷却剂损失。

在一些实施例中，用于中断循环路径的更进一步地部件通过可选的阀25提供，其可以被设置为关闭输入通道17和/或输出通道18。优选地，阀25被以这种方式控制，每当制冷机7的压缩机停止时，阀25自动关闭。

对本领域技术人员来说明显的是，本发明并不限于上述实施例的细节，并且，本发明可以以其它具体形式实现，而不脱离如所附权利要求所限定的本发明的范围。

附图标记

1 低温恒温器

2 低温容器

3 液态制冷剂

4 液体平面方上方的空间

5 真空夹套

6 隔热罩

7 制冷机

8 转台

9 通道管颈

10 (空)

11 第一冷却级

12 耦合

13 第二冷却级

14 换热板

15 再冷凝器

16 连接管

17 输入通道

18 输出通道

19 再冷凝室内的体积

20 再冷凝室

21 再冷凝器底部区域

22 气流

23 液体回流

24 分层的制冷剂气体柱

25 阀

26 入口

27 出口