CN107763432A - 包括连接到低温冷却器的吸热器的无制冷剂磁体*** - Google Patents

包括连接到低温冷却器的吸热器的无制冷剂磁体*** Download PDF

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Abstract

一种低温恒温器布置(1)，其包括：包括超导磁体线圈***(3)的真空箱(2)和主动低温冷却器，其特征在于，体积容器通过被引导穿过真空箱的耐压管线(9)连接到冷却剂回路，流体部件(10)布置在管线中，可以借助于流体部件以限定的方式影响通过管线的流率，并且流体部件影响由体积容器和冷却剂回路之间的压力差引起的体积流动的流率使得体积容器以至少15分钟的时间常数被填充来自冷却剂回路的低温流体或低温流体以至少15分钟的时间常数从体积容器流出进入所述冷却剂回路。以这种方式，可以避免已知的普通布置的缺点。低温恒温器布置可以以“无制冷剂”方式***作并且在操作故障的情况中允许足够长的失超时间。

Description

包括连接到低温冷却器的吸热器的无制冷剂磁体***
技术领域
本发明涉及一种低温恒温器布置，所述低温恒温器布置包括真空箱，在所述真空箱中布置有待冷却的超导磁体线圈***，设置有低温冷却器，所述低温冷却器主动地冷却低温恒温器布置并且包括冷却剂回路，所述冷却剂回路包括压缩机和冷头，所述冷头具有至少单级、具体地双级的冷却臂，所述冷却臂与超导磁体线圈***热接触，包含低温介质(具体地包含氦)的体积容器被布置成使得其热传导地连接到超导磁体线圈***和/或到低温恒温器布置的部分，周围的热量经由低温恒温器布置的部分可以流动到超导磁体线圈***。
这种类型的低温恒温器布置(然而，其有时还包含少量液体制冷剂)本身是已知的，例如，来自于EP 0 937 953 A1，DE199 14 778 B4、DE 10 2014 218 773 A1、US 7,263,839 B2、或者还来自于US-A 5410286(见参考文献[1]到[5])的低温恒温器布置。
背景技术
本发明涉及的应用领域为一种低温***，所述低温***用于冷却如例如在磁共振程序(具体地用于磁共振波谱分析(＝NMR)或磁共振成像(＝MRI))中的应用中所使用的超导磁体线圈***。然而，本发明的适用范围不限制于此领域。
核磁共振(＝NMR)设备(具体地NMR光谱仪和NMR断层摄影装置)需要强磁场，所述强磁场通常借助于超导磁体线圈而产生。超导磁体线圈必须在低温温度下进行操作以便起作用。
由于这个原因，磁体线圈通常被布置在常规的“非干式”低温恒温器的低温箱中，所述低温箱填充有低温液体(具体地液态氦)。为了长期维持操作温度并且同时最小化低温液体的消耗，冷头的指型冷冻器突出到低温箱中，并且热量可以由此被回收。所述低温箱被真空箱包围以用于隔热。
然而，许多用户偏好“无制冷剂”的磁体，所述“无制冷剂”的磁体大部分放弃了使用低温液体(例如，液态氦和/或液态氮)，并且仅通过“低温冷却器”(即，以“干式”的方式)来维持所述操作温度。脉冲管、Stirling或Gifford-McMahon冷却器通常用于该情况中。
这种类型的无制冷剂的磁体***的不利之处在于，失超时间(缩写成“TTQ”)有时是非常短的。如果低温冷却器发生故障(通常由于断电、冷却水供应中断、或压缩机或冷头中的机械缺陷)，所述磁体***非常迅速地升温至超过可容许的操作温度，超导失效并且所述***失超。随后，由于磁体***必须被冷却下来并且再次充填(recharged)，所述磁体***将长时间不能使用。
为了这个目的，需要提供分离的***以用于在主动冷却器故障之后自动地填充所述储藏器。当前，已知使用通常填充有氦的气缸的解决方案。但是，在一定次数的冷却器故障之后，气缸变空，并且需要被更换。
另一选择是将所述储藏器连接到存储体积，制冷剂可以流出进入到所述存储体积中(所述存储体积通常处于室温下)。所述存储体积通常必须很大以便防止压力的不允许的急剧增加。
最后，另一选择是将氦储藏器和存储体积(如果设置有)设计成气密密封的并且在机械上非常稳定，使得其经受得住当氦在小的封闭空间中被蒸发且加热时逐渐形成的极高的压力。这种类型的储藏器是紧凑的，但是非常重并且也相对昂贵。特别不利的是，所述压力在温热(warm)条件中处于其最高值并且在操作期间降低，即，对于在正常操作中普遍的压力来说，所述储藏器性能富余(oversize)。
具体的现有技术
根据开始所提及的文献EP 0 937 953 A1(参考文献[1])，通过将少量的制冷剂存储在为延长TTQ而设置的储藏器中来延长TTQ。然而，所描述的装置的不利之处在于，存储体积必须非常大(在参考文献[1]中的实际示例中是1200升)。
在根据文献DE 199 14 778 B4(参考文献[2])的低温恒温器布置中，也通过将少量的制冷剂存储在为延长TTQ而设置的储藏器中来延长TTQ。
这里，储藏器也连接到分离的存储体积，所述分离的存储体积必须非常大。
DE 10 2014 218 773 A1(参考文献[3])：这种布置的目的也是延长TTQ。然而，在该文献中采用了完全不同的方法：并非增加热容量和可用热容量，而是如果主动冷却器故障，则减少线圈和冷却器之间的热联接。
US 7,263,839 B2(参考文献[4])：该文献描述了在无制冷剂***中提供一些液态氦以便延长TTQ。然而，主动冷却器的气体回路在这里不用于延长TTQ，并且在描述的一个实施例中，这需要分离的压缩机并且因此增加所述***的复杂性。
US-A 5,410,286(参考文献[5])：该文献中也一样，少量的液态氦也被用于另外的“干式”***中。主动冷却器的气体回路在这里也不用于延长TTQ。在描述的实施例中，制冷剂代替地逸出到大气中。
WO-2016/038093 A1(参考文献[6])：在该现有技术文献中，通过提供包含制冷剂的储藏器来延长TTQ。然而，在这里，所述储藏器被设计成完全气密密封的。当所述储藏器被加热时，极高的压力在内部中逐渐形成。因此，所述储藏器必须是稳固的，并且因此必须是大的、重的且昂贵的。
本发明解决的问题
相反，本发明所解决的问题是使用最简单的可能技术手段改进开始所提及类型的“干式”、至少“半干式”低温恒温器布置的问题，以便避免已知的普通低温恒温器布置的前述缺点，所述低温恒温器布置包括超导磁体线圈***。具体地，在可能的操作故障的情况下，低温恒温器布置旨在允许足够长的失超时间，并且同时旨在在构造上是简单且可靠的，以便很大程度上免于保修(不需要再次填充氦)并且成本低廉。
发明内容
根据本发明，这个问题以惊人的简单但有效的方式并且使用容易且低廉可用的技术手段被解决，其中，体积容器借助于耐压管线连接到低温冷却器的冷却剂回路，所述耐压管线至少部分地被引导穿过真空箱，其中，可以包括节流元件、二位阀或调节阀的至少一个流体部件布置在耐压管线中，可以借助于所述流体部件以限定的方式影响低温介质通过耐压管线的流率，并且其中，所述流体部件被设计成使得其影响由体积容器和低温冷却器的冷却剂回路之间的压力差引起的体积流动的流率，使得体积容器以至少15分钟的时间常数被填充来自低温冷却器的冷却剂回路的低温介质、或者低温介质以至少15分钟的时间常数从体积容器流出进入低温冷却器的冷却剂回路。
本发明的准确操作模式和胜过现有技术的其他优点
本发明因此提出一种低温恒温器布置，所述低温恒温器布置允许超导磁体布置实际上以“干式”方式***作，即，在不供应低温流体的状态下将所述布置保持在低温操作温度，并且将该操作温度维持相当长的一段时间(延长失超时间)，甚至在主动冷却失败的情况中。
为了有效地延长TTQ，本发明通过借助于耐压管线将体积容器连接到低温冷却器的冷却剂回路来利用低温冷却器的冷却剂回路，所述耐压管线至少部分地被引导穿过真空箱，所述冷却剂回路被布置在低温恒温器的真空箱外部并且在这种类型的***中通常总是可容易地获得的。流体流动经过耐压管线的快慢由流体部件确定。
本发明的优选实施例
本发明的如下实施例是具体的最优选的：流体部件构造和布置成使得用于填充或排空体积容器的时间常数是至少1小时，优选地超过3小时。因此，所述***在断电和失超之间的自主时间足够长以渡过大部分断电(例如在欧洲、北美或远东)。
其它实施例的特征在于，低温恒温器布置包括温度传感器和/或压力传感器。
在一类实施例中，流体部件包括被动节流元件。这是最简单的实施例，并且具有最低的技术风险，是非常可靠的且非常低廉的。
替代的一类实施例的特征在于，流体部件包括二位阀和用于该二位阀的电子控制设备，来自温度传感器和/或压力传感器的输出信号用于调节所述二位阀。与仅使用节流阀相比，由于制冷剂现在在正确的时间以“受控制的”方式“被牺牲”，这进一步延长了TTQ。因此当且仅当实际需要时才提供冷却，并且氦消耗速率由此降低并且因此节省了大量成本。
在替代的另一类实施例中，流体部件包括调节阀和用于该调节阀的电子控制设备，来自温度传感器和/或压力传感器的输出信号用于调节所述调节阀。这导致与二位阀相比的效率的额外增加。
最后提及的两类实施例的有利改进型的特征在于，电子控制设备连接到不间断电源。本发明实际上涉及的用于渡过断电的装置仅在如果该装置也“幸免于”断电的情况下才是真正实用的(除了不受调节的被动节流阀外)。在这个意义上，这种类型的不间断电源是断电期间安全调节的必要条件。
在根据本发明的低温恒温器布置的其它有利的实施例中，可以设置至少一个装置以用于测量穿过通向体积容器的耐压管线的当前质量流率，所述装置的输出信号用于调节流体部件中的阀设备。来自流量传感器的数据允许所述阀以更有效的且更适合的方式被调节，并且这导致效率的进一步增加。
根据本发明的低温恒温器布置的一类实施例是特别优选的，在该类实施例中，耐压管线构造和布置成使得其允许从体积容器流出进入低温冷却器的冷却剂回路的低温介质与低温恒温器的部分交换热量，热量经由所述低温恒温器的部分被输入超导磁体线圈***中，具体地经由低温冷却器的冷头被输入超导磁体线圈***中。流出的氦在向上的通路上在所有温度下吸收热量。如果氦仅“正好在底部”被联接，则当氦离开所述***时，氦将是非常冷的，并且氦的热吸收能力将仅被非常差地利用。来自底部的氦旨在尽可能绝热地吸收从室温流入的热量(类似于逆流热交换器)以便实现特别高的效率。
这类实施例的有利改进型的特征在于，耐压管线包括盘管，所述盘管至少围绕指型冷冻器的部分布置。所述指型冷冻器是重要的“关口”，热量通过所述关口从室温环境流动到磁体***。“以逆流”的方式热化该臂对本发明的实际实施来说是必要的。所述盘管以简单但高效的方式使得这是可能的。
其它有利的变型的特征在于，待冷却的超导磁体线圈***被真空箱内的辐射屏蔽层包围，并且耐压管线包括至少一个热交换器，所述至少一个热交换器与辐射屏蔽层和/或与指型冷冻器的级热接触。根据前面的部分可知，辐射屏蔽层也是待冷却的特别重要的***部分中的一个。这是因为，除了热辐射外，电流棒也非常经常地与该辐射屏蔽层热接触，所述棒同样是热量的“主要关口”。
在根据本发明的低温恒温器布置的特别简单的实施例中，旁路节流阀也与压缩机并联地流体连接。该节流阀允许流出的氦气从冷却剂回路的高压侧移动到低压侧，在所述低压侧上存在缓冲体积，所述缓冲体积在下个部分之后进行描述。在没有旁路节流阀的情况下，高压侧将快速地被填充一些气体，背压将逐渐形成，并且氦气将不再能够流出体积容器。
其中体积容器保持在0.5升和5升之间，优选地近似1升到2升的本发明的实施例也已经在实践中证明了自己。这些尺寸是方便且容易实施的，但还使得能够实现将通过本发明来实现的TTQ的延长。
其它有利的实施例的特征在于，优选地具有近似100升的大小的缓冲体积布置在低温冷却器的冷却剂回路中，具体地布置在冷头和压缩机之间的抽吸管线中。所述优点类似于上面在变型“节流阀加上体积容器的尺寸设计”下讨论的那些优点。在每一种情况下，在室温下与在4K以及高压(超临界)下的氦的密度指示近似100的密度比。因此，近似100升的箱等于1升的体积容器。
根据本发明的低温恒温器布置的如下实施例也是优选的：其特征在于超导磁体布置包含HTS元件。使用HTS材料的优点最重要的是可以实现特别强的场，或者磁体可以在同等高的温度下进行操作，这简化冷却***。
根据本发明的低温恒温器布置的如下实施例也是最特别的优选的：低温恒温器布置是一件磁共振设备的一部分。根据本发明的低温恒温器布置与超导磁体线圈一起可以是磁体***的一部分，具体地作为一件NMR、MRI或FTMS设备的一部分，所述磁体***能够产生2和20特斯拉之间的场强度。
本发明的范围还涵盖一种用于操作根据本发明的上述类型的低温恒温器布置的方法，其中，设置有至少一个装置以用于测量压缩机的当前操作状态和/或超导磁体线圈***的当前温度和/或通向体积容器的耐压管线中的当前压力，流体部件连接到电子控制设备。这个操作方法的特征在于，在具体地由断电引起的冷却剂回路的压缩机的操作故障的情况中、和/或在超导磁体线圈***的当前温度在操作期间增加到设定的最大温度之上的情况中、和/或在通向体积容器的耐压管线中的当前压力增加到设定的最大压力之上的情况中，所述电子控制设备致动流体部件使得低温流体从体积容器流出进入低温冷却器的冷却剂回路。在简单的实施例中，这通过简单的单点调节来实现，在所述单点调节中，根据测量的调节参数是否危急来打开或关闭所述阀。然而，还可以想到并且使用其它调节算法。本说明书中，对于二位阀来说，还应当提及例如二点调节和脉冲宽度调节，并且对于调节阀来说，还应当提及比例调节或PID调节。
本发明的其他优点可以在说明书和附图中见到。同样，上面和下面提及的特征可以单独地或以任何期望的组合共同使用。示出的且描述的实施例不被理解为详尽的列表，相反，而是为用于描述本发明的示例性本质。
附图说明
本发明在附图中被示出并且参考实施例被更详细地说明。在附图中：
图1是根据本发明的低温恒温器布置的第一实施例的示意性功能图，所述低温恒温器布置被保持为尽可能得简单，并且为TCF(真正无制冷剂)变型的形式，所述TCF变型的冷头的指型冷冻器由耐压管线的热交换器包围；
图2与图1相同，但是，其具有被专门设计为节流元件的流体部件；
图3与图2相同，但是，其还具有温度传感器和压力传感器、作为附加流体部件的二位阀和用于致动所述阀的电子控制设备；
图4与图3相同，但是，其具有被设计为调节阀的流体部件，并且此外具有流量传感器和电子控制设备的不间断电源；并且
图5与图4相同，但是，其具有根据本发明的低温恒温器布置的GCT(气体联接技术)变型，其中，真空箱中的低温冷却器的接收管被盘管包围。
具体实施方式
主动冷却的超导磁体***的常规构造由被低温冷却器的第二级冷却的位于绝缘真空中的超导磁体(或磁体线圈)组成。第一级用于冷却辐射屏蔽层(这里未示出)。这个冷头连接到压缩机，所述压缩机在操作期间将氦从近似5-10巴压缩到20-25巴。随后，该氦驱动冷头。
如图1中示出的，在这种类型的低温恒温器布置1中，待冷却的超导磁体线圈***3布置在真空箱2中，设置有低温冷却器，所述低温冷却器主动地冷却低温恒温器布置1并且包括冷却剂回路5，所述冷却剂回路5包括压缩机6和冷头4，所述冷头4具有指型冷冻器7，所述指型冷冻器7是至少单级的，并且在示出的实施例中是双级的，并且与超导磁体线圈***3热接触，包含低温介质(具体地包含氦)的体积容器8被布置成使得其热传导地连接到超导磁体线圈***3和/或到低温恒温器布置1的部分，周围的热量经由低温恒温器布置1的部分可以流动到超导磁体线圈***。
本发明使用对本发明来说必要的以下元件来对本身已知的这种布置进行扩展：
-体积容器8借助于耐压管线9(所述耐压管线9至少部分地被引导穿过真空箱2)连接到低温冷却器的冷却剂回路5，并且大体保持在0.5升和5升之间，优选地近似1升到2升。
-至少一个流体部件10被布置在耐压管线9中，所述流体部件10可以包括节流元件12(参见图2)、二位阀13(参见图3)或调节阀14(参见图4)，可以借助于所述流体部件以限定的方式来影响低温介质通过耐压管线9的流率。
-所述流体部件10被设计成使得其影响由体积容器8和低温冷却器的冷却剂回路5之间的压力差引起的体积流动的流率，从而使得体积容器8在至少15分钟的时间常数内被填充来自低温冷却器的冷却剂回路5的低温介质，或者低温介质在至少15分钟的时间常数内从体积容器8流出进入低温冷却器的冷却剂回路5。
通常，流体部件10构造且布置成使得用于填充或排空体积容器8的时间常数是至少1小时，优选地超过3小时。
耐压管线9继而构造且布置成使得其允许从体积容器8流出进入低温冷却器的冷却剂回路5的低温介质与低温恒温器的部分交换热量，热量借助于所述低温恒温器的部分(具体地通过低温冷却器的冷头4)被输入到超导磁体线圈***3中。
旁路节流阀24通常与压缩机6并联地流体连接。重要的是，该旁路节流阀24具有足够高的阻抗而不会“短路”压缩机6，但具有足够低的阻抗以在压缩机故障的情况下允许氦流回到缓冲体积中。
在替代实施例中，旁路节流阀由可切换的阀替换。该可切换的阀可以例如为“NO”(正常情况下打开)，并且可以连接到电源使得其仅与压缩机并联。在断电的情况下，可切换的阀打开，并且氦可以流回到缓冲体积中。替代地，控制阀也可以连接到压缩机的控制输出或者甚至连接到电子调节单元15的控制输出，并且这意味着调节可以被进一步优化。由于在操作状态下防止了在节流阀处发生的“漏流”，因而以可切换的阀替代旁路节流阀的实施例还用于增加效率。
此外，优选地具有近似100升的大小的缓冲体积25可以布置在低温冷却器的冷却剂回路5中，具体地布置在冷头4和压缩机6之间的抽吸管线26中。
待冷却的超导磁体线圈***3通常由真空箱2内的辐射屏蔽层22包围。如示出了根据本发明的低温恒温器布置1的TCF变型的图1到图4中所示，耐压管线9可以包括一个或多个热交换器21，所述一个或多个热交换器21与辐射屏蔽层22和/或与指型冷冻器7的级热接触。
图5示出根据本发明的低温恒温器布置1的GCT变型，其中，耐压管线9包括盘管20，所述盘管20至少围绕指型冷冻器7的部分布置，并且在示出的实施例中，围绕低温冷却器的接收管29布置。
如图3到图5中示出的，根据本发明的低温恒温器布置1可以包括温度传感器18和/或压力传感器19，所述温度传感器18和/或压力传感器19的输出信号被馈送到电子控制设备15以便致动所述阀，如图4和图5中所示，所述控制设备可以连接到不间断电源16。还能够使用流量传感器17。为了防止压力的过度积聚(build up)，安全阀28也可以安装在耐压管线9中。
在本发明的最简单的实施例中，如图2中所示，进一步沿所述回路，耐压管线9借助于节流元件12连接到冷头的氦压缩机6的高压侧。所述节流阀需要被设计成使得当填充高压体积以及当排空高压体积时，当所述阀打开时，所述氦均以适当的限定的速度流动(例如流动几个小时)。这在填充期间防止热气体过快地朝向磁体流动(失超危险)，并且此外这在排空期间限定了TTQ延长的时间尺度或冷却能力。此外，缓冲体积25(如上面已经提及的，具有近似100升的大小)设置在压缩机6的抽吸管线26中。
下面将描述上面阐述的低温恒温器布置的各个操作状态：
1、未使用(例如，当所述***被运输时)：所有体积均处于室温并且处于近似15巴的静态(平均)压力下，所述体积包括缓冲体积25和低温压力储藏器(体积容器8)。
2、冷却：压缩机6启动并且使低压侧达到例如5巴，并且超压侧达到例如25巴。在冷却器冷却所述磁体的同时，来自高压侧的一些气体被连续冷却并且通过所述节流阀进入所述体积，直到所述一些气体最终在冷却过程的最后在超临界状态下以4.2K、近似25巴、近似160g/l的密度达到暂时平衡。这里，气体已经在从300K到低至4K的整个温度范围上持续地输出热量到冷头，并且比热总是位于Cp＝5/2R的范围中，即，近似20J/mol K。随着温度升高300K，对于近似40摩尔每升(1mol＝4g)和1升的体积容器8来说，由此形成了超过200kJ的热吸收能力。缓冲体积5提供冷凝到体积容器8中的气体。
3、正常操作：高压侧的压力波动(由于冷头4的工作循环)在体积容器8中延续并且导致额外的热负载；然而，节流阀充分地缓解体积容器8中的压力波动。
4、断电：压缩机6停止，冷头4不再冷却，热量沿各种路径(例如，通过支架、电流棒、冷头自身)流动到所述***中。体积容器8中的制冷剂通过线圈和节流阀流出并且在所述过程中吸收热量，即，因此延长了失超的时间。在向上的通路中，氦还吸收流入到所述线圈中的更多的热量使得其理想地以近似室温的温度离开所述塔。在断电期间，在节流阀后方相伴随地通常保持近似15巴的静态压力。这由与压缩机并联布置的旁路节流阀24或由位于同一位置中的电控阀来保证。
5、恢复：电力恢复，压缩机6再次启动，冷头4再次冷却。气体压力差在压缩机6上再次逐渐形成，并且因此节流阀上的压力体积再次被氦气缓慢地填充。
另一可能的实施例提供了电子阀(二位阀13)，所述电子阀可以用于主动控制。所述电子阀可以串联连接到节流阀以便实现更平稳的响应：
所述电子阀自身由电子控制设备15致动，所述电子控制设备15根据存储的逻辑以及根据测量的连接的传感器和逻辑输入来确定切换状态(打开的/关闭的)。由于在断电的情况下所述控制尤其重要，该单元还旨在由UPS等辅助。
在正常操作中，一旦所述***是冷的就关闭所述电子阀。这防止氦气不断地被迫进入体积容器8，并且由于高压侧上的压力波动而从体积容器被再次吸出，并且因此防止了上面已经提及的额外的热负载出现。当电子阀被关闭时，冷却器***(冷头4和压缩机6)与被包封的氦体积完全分离地操作。
在断电的情况下，电子控制设备检测压缩机6的故障并且打开所述阀，使得氦可以以通常近似3-5K流出所述腔室。电子控制设备测量温度T1并且如果需要就以“以计量的方式”打开电子阀，使得仅产生与实际所需要的冷却能力一样大的冷却能力。这延长了自主时间。因此，流出速度取决于储藏器中的气体的剩余量(即，所述气体在开始时比在结束时更快速地流出)的效果可以被补偿。实际上已知所需的冷却能力反而随着时间推移表现为相反的方式。这种反差可以例如通过二位阀上的脉冲宽度调制来补偿。
在恢复期间，即，当电力恢复时(压缩机6再次启动，冷头4再次冷却)，电子阀可以用于根据需要选择冷凝速度。
在如图4中示出的根据本发明的低温恒温器布置的实施例中，根据图3的实施例中的二位阀13由调节阀14替代。节流元件12随后可以被省略。
在其它实施例中，不仅压力和温度，而且通过管线9流动到体积容器8的质量也被测量并且用于调节所述阀。
根据本发明的低温恒温器布置的一个主要应用领域是用于磁共振设备。在这种情况中，低温恒温器布置1与超导磁体线圈3一起为磁体***的一部分(所述磁体***可以产生2和20特斯拉之间的场强度)，具体地作为一件NMR、MRI或FTMS设备的一部分。
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附图标记清单：
1 低温恒温器布置
2 真空箱
3 超导磁体***
4 冷头
5 冷却剂回路
6 压缩机
7 指型冷冻器
8 体积容器
9 耐压管线
10 流体部件
12 节流元件
13 二位阀
14 调节阀
15 电子控制设备
16 不间断电源
17 流量传感器
18 温度传感器
19 压力传感器
20 盘管
21 热交换器
22 辐射屏蔽层
24 旁路节流阀
25 缓冲体积
26 抽吸管线
28 安全阀
29 低温冷却器的接收管

Claims (15)

1.低温恒温器布置(1)，所述低温恒温器布置包括真空箱(2)，在所述真空箱中布置有待冷却的超导磁体线圈***(3)，设置有低温冷却器，所述低温冷却器主动地冷却所述低温恒温器布置(1)并且包括冷却剂回路(5)，所述冷却剂回路包括压缩机(6)和冷头(4)，所述冷头具有至少单级、具体地双级的指型冷冻器(7)，所述指型冷冻器与所述超导磁体线圈***(3)热接触，包含低温流体、具体地包含氦的体积容器(8)布置成使得所述体积容器热传导地连接到所述超导磁体线圈***(3)和/或所述低温恒温器布置(1)的部分，周围的热量可以经由所述低温恒温器布置的部分流动到所述超导磁体线圈***，
其特征在于，
所述体积容器(8)借助于耐压管线(9)连接到所述低温冷却器的冷却剂回路(5)，所述耐压管线至少部分地被引导穿过所述真空箱(2)，
至少一个流体部件(10)布置在所述耐压管线(9)中，所述流体部件能够包括节流元件(12)、二位阀(13)或调节阀(14)，能够借助于所述流体部件以限定的方式影响低温流体通过所述耐压管线(9)的流率，
并且所述流体部件(10)被设计成使得所述流体部件影响由所述体积容器(8)和所述低温冷却器的冷却剂回路(5)之间的压力差引起的体积流动的流率，使得所述体积容器(8)以至少15分钟的时间常数被填充来自所述低温冷却器的冷却剂回路(5)的低温流体，或者所述低温流体以至少15分钟的时间常数从所述体积容器(8)流出进入所述低温冷却器的冷却剂回路(5)。
2.根据权利要求1所述的低温恒温器布置，其特征在于，所述流体部件(10)构造和布置成使得用于填充或排空所述体积容器(8)的所述时间常数为至少1小时，优选地超过3小时。
3.根据权利要求1或2所述的低温恒温器布置，其特征在于，所述低温恒温器布置(1)包括温度传感器(18)和/或压力传感器(19)。
4.根据前述任何权利要求中的任一项所述的低温恒温器布置，其特征在于，所述流体部件(10)包括被动节流元件(12)。
5.根据权利要求3所述的低温恒温器布置，其特征在于，所述流体部件(10)包括二位阀(13)和用于所述二位阀(13)的电子控制设备(15)，来自所述温度传感器(18)和/或压力传感器(19)的输出信号用于调节所述二位阀(13)。
6.根据权利要求3所述的低温恒温器布置，其特征在于，所述流体部件(10)包括调节阀(14)和用于所述调节阀(14)的电子控制设备(15)，来自所述温度传感器(18)和/或压力传感器(19)的输出信号用于调节所述调节阀(14)。
7.根据权利要求5或6所述的低温恒温器布置，其特征在于，所述电子控制设备(15)连接到不间断电源(16)。
8.根据前述任何权利要求中的任一项所述的低温恒温器布置，其特征在于，所述耐压管线(9)构造和布置成使得所述耐压管线允许从所述体积容器(8)流出进入所述低温冷却器的所述冷却剂回路(5)的所述低温流体与所述低温恒温器的部分交换热量，具体地与所述低温冷却器的冷头(4)交换热量，热量经由所述低温恒温器的所述部分流入所述超导磁体线圈***(3)。
9.根据权利要求8所述的低温恒温器布置，其特征在于，所述耐压管线(9)包括盘管(20)，所述盘管至少围绕所述指型冷冻器(7)的部分布置。
10.根据权利要求8或9所述的低温恒温器布置，其特征在于，待冷却的所述超导磁体线圈***(3)被所述真空箱(2)内的辐射屏蔽层(22)包围，并且所述耐压管线(9)包括至少一个热交换器(21)，所述热交换器与所述辐射屏蔽层(22)和/或与所述冷却臂(7)的级热接触。
11.根据前述任何权利要求中的任一项所述的低温恒温器布置，其特征在于，旁路节流阀(24)与所述压缩机(6)并联地流体连接。
12.根据前述任何权利要求中的任一项所述的低温恒温器布置，其特征在于，所述体积容器(8)保持在0.5升和5升之间，优选地近似1升到2升。
13.根据前述任何权利要求中的任一项所述的低温恒温器布置，其特征在于，缓冲体积(25)布置在所述低温冷却器的冷却剂回路(5)中，具体地布置在所述冷头(4)和所述压缩机(6)之间的抽吸管线(26)中，所述缓冲体积优选地具有近似100升的大小。
14.根据前述任何权利要求中的任一项所述的低温恒温器布置，其特征在于，所述低温恒温器布置(1)与所述超导磁体线圈(3)一起作为磁体***的一部分，具体地作为一件NMR、MRI或FTMS设备的一部分，所述磁体***能够产生2特斯拉和20特斯拉之间的场强。
15.用于操作根据前述任何权利要求所述的低温恒温器布置(1)的方法，其中，至少一个装置被设置以用于测量压缩机(6)的当前操作状态和/或超导磁体线圈***(3)的当前温度(18)和/或通向体积容器(8)的耐压管线(9)中的当前压力(19)，流体部件(10)连接到电子控制设备(15)，
其特征在于，
在具体地由断电引起的冷却剂回路(5)的压缩机(6)的操作故障的情况中、和/或在超导磁体线圈***(3)的当前温度在操作期间增加到位于设定的最大温度之上的情况中、和/或在通向所述体积容器(8)的所述耐压管线(9)中的当前压力增加到位于设定的最大压力之上的情况中，所述电子控制设备(15)致动所述流体部件(10)使得低温流体从所述体积容器(8)流出进入所述低温冷却器的冷却剂回路(9)。
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