[发明专利]具有真空容器和待冷却的物体的低温恒温器

说明书

本发明涉及一种低温恒温器装置，包括真空容器和待冷却的物体、特别是超导磁性线圈系统或低温容器，待冷却的物体设置在真空容器的内部，该真空容器具有颈管，该颈管通向待冷却的物体，冷却头的冷却臂至少部分设置在颈管中，围绕冷却臂构成封闭的空腔，该空腔相对于待冷却的物体以对流体密封的方式密封，空腔在正常运行中至少部分填充有第一低温流体，并且设置第一热耦合器件，该第一热耦合器件适合于将空腔中的第一低温流体与待冷却的物体热耦合。此外，本发明涉及一种相应的方法。

技术领域

本发明涉及一种低温恒温器装置，包括真空容器和待冷却的物体、特别是超导磁性线圈系统或低温容器，待冷却的物体设置在真空容器的内部，该真空容器具有颈管，该颈管通向待冷却的物体，冷却头的冷却臂至少部分设置在颈管中，围绕冷却臂构成封闭的空腔，该空腔相对于待冷却的物体以对流体密封的方式密封，空腔在正常运行中至少部分填充有第一低温流体，并且设置第一热耦合器件，该第一热耦合器件适合于将空腔中的第一低温流体与待冷却的物体热耦合。

背景技术

这样的冷却装置有DE102014218773A1已知。

核旋共振(NRM)装置特别是NRM光谱仪和NRM断层扫描需要强磁场，其通常借助于超导磁性线圈产生。超导磁性线圈必须在低温温度上运行。磁性线圈为此通常设置在低温恒温器中。低温恒温器具有抽成真空的容器(真空容器)，在其中设置待冷却的物体，通常仍然被辐射屏蔽体包围。待冷却的物体可以是磁性线圈本身(“cryofree”－system)或也可以是低温容器，在低温容器中设置低温液体(例如液态氦气)和磁性线圈。

待冷却的物体通常利用主动冷却系统(大多包括脉冲管冷却器或Gifford-MacMahon冷却器)冷却。主动冷却系统减小了昂贵的液态氦气的消耗、提高NRM装置的实用性并且也有助于减小结构高度。主动冷却系统可以构成为单级的或多级的。在多级的系统中大多较热的冷级冷却热辐射屏蔽体并且较冷的冷级冷却待冷却的物体。

在主动冷却系统发生故障时，例如由于技术缺陷，一个超导磁性线圈或多个超导磁性线圈(超导磁性线圈系统)应当如此长地保留在转变温度之下，直至可以实现主动冷却系统的修复。由于加热导致的超导状态丧失可能导致破坏超导磁性线圈系统；至少然而重新冷却超导磁性线圈系统与可观的耗费相关联。

在具有主动冷却的低温恒温器的最常见的结构形式中，例如见US2007/089432A，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，在低温容器中超导磁性线圈设置在液态的氦气中。在冷却臂的最下部的冷级上氦气重新冷凝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。

为了在主动冷却系统的故障和服务干涉之间提供尽可能长的时间，可以将在低温恒温器中的热质量(即质量乘以比热容)、例如辐射屏蔽体或低温容器连同低温液体在内选择成较大的，这然而加大了低温恒温器的结构高度和总体重量。同样在具有低温容器的低温恒温器中可以后续填充在外部提供的液体氦气，以便替代蒸发掉的氦气；这然而是非常昂贵的。

由US8950194B2中已知，在冷却器断开的情况下(例如在传送过程中)将由低温容器中蒸发的气体的一部分沿着冷却器引导，并且如此降低冷却臂的热负载。

由DE102014218773A1已知，在低温恒温器中在颈管的内侧和冷却头的冷却臂之间的空体积利用气体例如氦气填充。在正常运行中冷却臂的最下部的冷级靠近待冷却的物体；例如经由待冷却的物体和最下部的冷级的接触，建立与空体积中的少量液态氦气的良好热耦合。在冷却失效时空体积中的气体压力由于加热而上升；在空体积中的少许液态氦气蒸发。可移动地安装的冷却头通过空体积中的上升的气体压力远离待冷却的物体运动，由此从冷却臂到待冷却的物体的热耦合减小。