[发明专利]用于控制所传递到致冷剂容器的冷却功率的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及低温致冷器，尤其涉及用于控制低温致冷器传递到致冷剂容器的冷却功率的方法和设备。

背景技术

MRI(磁共振成像)系统用于医学诊断。MRI磁体的要求是其提供稳定匀质的磁场。为了实现稳定性，通常使用在非常低的温度下操作的超导磁体系统，通常通过浸入一低温流体(例如液氦、液氖、液氢或液氮)中冷却超导体来维持所述温度。

图1展示如英国专利GB2414538中论述的配备有一致冷器4的已知MRI磁体系统的示意横截面。在说明的实施例中，圆柱形低温恒温器包括一个含有圆柱形超导体磁体(未图示)和液化致冷剂16的致冷剂容器1，所述致冷剂容器1由一个或一个以上热屏蔽层2围绕，所述热屏蔽层2又由一真空夹套3完全围绕。致冷器4可移除地配合到磁体系统，其通过界面套管5热连接到一致冷剂再冷凝腔室11以便冷却热屏蔽层，并再冷凝致冷剂气体且通过管子6将液体致冷剂传递回到致冷剂容器1。

图2更详细展示此布置中的热界面。界面套管5的底部以防泄漏的方式终止于热传导基底10，所述基底密封套管并使其与致冷剂容器1中的致冷剂液体和气体隔离。基底10因此形成致冷剂容器1的壁的一部分，并且形成套管5的壁的一部分。基底10也是再冷凝腔室11的壁的一部分。再冷凝腔室11包围一个与基底10热接触的再冷凝器11a，且通过气体致冷剂入口/液体致冷剂出口管子6与致冷剂容器1连通。一个两级致冷器4放置在致冷器界面套管5内。致冷器4的第一级热交换器12a与屏蔽层2热接触。此接触可为如图示的直接接触或通过例如柔性铜编织物等已知中间物来接触。致冷器4的第二级7位于致冷器界面套管5的下部8中。第二级7终止于冷却级9中，所述冷却级9由致冷器冷却到例如大约4K的低温。

套管5填充有致冷剂气体。冷却级9不与基底10机械接触。冷却级9操作以将致冷剂气体冷却到其液化温度。冷却级9优选带有鳍片，以改进再冷凝热传递。套管5的下部8布置为二级再冷凝腔室。

冷却级9液化套管5内的气体，且更特定来说，液化二级再冷凝腔室8内的气体。所得的液体致冷剂12因此部分填充套管5的底部，且提供用于传递热的热传递媒介，这里的传递热是指：通过在基底10处沸腾并在冷却级9处再冷凝，从再冷凝腔室11中的气态致冷剂经由再冷凝器11a和基底10向二级再冷凝器9传递热。

基底10优选由高度热传导材料(通常为铜)制成，且提供从与液体12接触的(基底的)上表面10a到(基底的)下表面并到达再冷凝器11a的良好热传导。致冷剂液体12的上表面应优选不接触冷却级9，因为这将减小可用于再冷凝的表面积，还减小热传递的速率。液体致冷剂12及其气态对应物提供位于冷却级9与基底10之间的非接触(“再冷凝器”)热界面。

致冷器与套管之间的第一级热交换器12a具备至少一个气体路径13，使得在适当时气体可在界面套管5的上部与下部之间通过，从而抽空套管、用致冷剂气体再填充、以及释放致冷剂气体。

在将磁体系统和致冷器冷却到操作温度期间，或当磁体系统和致冷器已被冷却到操作温度时，可准许更多致冷剂气体缓慢通过端口14进入界面套管5中。缓慢地准许气体进入以使得致冷器4能够适当冷却和液化气体。测量准许的气体的量，以使得适当量的液体12冷凝于二级再冷凝腔室8中。

当关闭致冷器进行维护时，或如果致冷器应被关闭或无意中停止时，液体致冷剂12将沸腾并蒸发。压力释放阀15配合到界面套管5，以防止在这些情况下在套管中形成过高压力。

界面提供致冷器4与再冷凝器11a之间的热连接。尽管任何合适的气体12可用于二级再冷凝腔室8中，但二级再冷凝腔室8中气体12的沸点不应大于再冷凝腔室11中气体的沸点。两个再冷凝腔室中可使用相同气体。如果使用具有不同沸点的气体，那么可在热路径10中放置热阻，以改进再冷凝器11a的效率。腔室11内气体的再冷凝将仅在二级再冷凝腔室8中液体致冷剂12的沸点低于再冷凝腔室11中致冷剂的沸点的情况下发生。如果在两个再冷凝腔室中使用相同致冷剂，那么这是通过确保二级再冷凝腔室8中气态致冷剂的压力低于再冷凝腔室11中气态致冷剂的压力来确保的。

图3展示采用双再冷凝热界面的另一布置。美国专利申请2006207265和英国专利GB2431462中描述了此布置。