CN102997036B - 用于有液氦消耗低温容器的升级结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温容器的升级结构，尤其是一种用于有液氦消耗低温容器的升级结构。本发明提供了一种将有液氦消耗低温容器改造为零液氦消耗低温容器的用于有液氦消耗低温容器的升级结构，包括液氦容器，液氦容器上设置有服务台和注入孔，还包括4K冷头、冷头容器以及冷头延长器，冷头容器设置在液氦容器上，4K冷头设置在冷头容器内，冷头延长器连接在4K冷头上并通过注入孔伸入至液氦容器内。由于采用了冷头延长器的，这使得4K冷头能够作用于液氦容器内，且无需必须将4K冷头直接安装在液氦容器内，冷头延长器可以利用液氦容器本身具有的注入孔作为插入口，因此这样的升级改造无需破坏液氦容器，这样的升级结构对原有的液氦容器没有破坏。

Description

用于有液氦消耗低温容器的升级结构

技术领域

本发明涉及一种低温容器的升级结构，尤其是一种用于有液氦消耗低温容器的升级结构。

背景技术

自核磁共振系统兴起以来，超导核磁共振系统由于其独特的超强功能已被广泛使用，超导核磁共振系统中的使用液氦冷却的低温超导磁体的低温容器系统也已从开始的有液氦蒸发消耗,指标要求100cc/小时的10K系统向已广泛使用了4K制冷技术的液氦蒸发-再冷凝的零液氦消耗冷却系统过渡。

目前仍在用的10K有液氦消耗的核磁共振系统在全球大约有万台之多，这些系统仍在医疗临床应用等领域发挥着巨大的作用。但这些液氦消耗系统的液氦消耗的维护每年需800多升。液氦是稀有的资源需从国外进口，主要是从美国进口，供应不足且价格昂贵。因此用零液氦消耗的系统替代有液氦蒸发消耗的系统是大势所趋。虽然4K系统在日后的维护中花费较低，但是若将10K系统直接更换成4K系统会花费巨大的资金，造成用户停机，损失巨大。而且原有的10K系统尚可继续使用，直接淘汰必然造成较大的浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种将有液氦消耗低温容器改造为零液氦消耗低温容器的用于有液氦消耗低温容器的升级结构。

本发明解决其技术问题所采用的用于有液氦消耗低温容器的升级结构，包括液氦容器，液氦容器上设置有服务台和注入孔，所述液氦容器内设置有加热器和颈管，还包括4K冷头、冷头容器以及冷头延长器，所述冷头容器设置在所述液氦容器上，所述4K冷头设置在所述冷头容器内，所述冷头延长器连接在所述4K冷头上并通过注入孔伸入至所述液氦容器内。

进一步的是，所述注入孔位于所述服务台上，所述冷头延长器穿过注入孔经颈管伸入至所述液氦容器内，所述冷头延长器外套设有一层与之无接触的真空绝热环套。

进一步的是，所述冷头延长器是由OFHC无氧铜、纯铝和银中的一种或多种合金制成。

进一步的是，还包括控制器和低温状态传感器，所述低温状态传感器设置在所述液氦容器内部的顶部，所述4K冷头和低温状态传感器分别与控制器相连接，所述控制器通过低温状态传感器的数据控制所述4K冷头和\或加热器。

进一步的是，所述4K冷头由一级冷头和二级冷头组成，所述冷头延长器连接在所述二级冷头上。

进一步的是，所述冷头容器包括一级容器、二级容器、40K屏以及300K支架，所述一级冷头设置在所述一级容器内，所述二级冷头和位于液氦容器外的冷头延长器部分均设置在二级容器内；所述40K屏呈筒状，所述40K屏套设在所述二级容器外，所述40K屏与所述二级容器之间为真空层；所述300K支架呈筒状，所述300K支架套设在所述40K屏外，所述300K支架与所述40K屏之间为真空层，所述300K支架安装在所述注入孔上。

进一步的是，所述40K屏的外壁设置有绝热层。

本发明的有益效果是：由于采用了冷头延长器的，这使得4K冷头能够作用于液氦容器内，4K二级冷头的安装可以有二种选择，A：如果插入孔足够大，二级冷头可以直接安装在液氦容器颈管内，可不用或用短的冷头延长器；B：4K二级冷头可以无须直接安装在液氦容器内，冷头延长器的直径较小，可以利用液氦容器本身具有的注入孔作为插入口，因此这样的升级改造无需破坏液氦容器，这样的升级结构对原有的液氦容器没有破坏，其结构简单，总体改造成本较低。在升级结构中还可以加入控制器和低温状态传感器，这样就可以根据液氦容器内的低温状况情况自动启动4K冷头来液化氦气。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图中零部件、部位及编号：液氦容器1、服务台2、注入孔3、4K冷头4、冷头容器5、冷头延长器6、一级冷头7、二级冷头8、一级容器9、二级容器10、40K屏11、300K支架12、传感器安装位13。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括液氦容器1，液氦容器1上设置有服务台2和注入孔3，所述液氦容器1内设置有加热器和颈管，还包括4K冷头4、冷头容器5以及冷头延长器6，所述冷头容器5设置在所述液氦容器1上，所述4K冷头4设置在所述冷头容器5内，所述冷头延长器6连接在所述4K冷头4上并通过注入孔3伸入至所述液氦容器1内。针对10K有液氦消耗低温容器的改造，由于10K冷头与4K冷头4的规格参数、安装要求均有较大的差别，因此并不能简单的将10K冷头替换为4K冷头4来完成改造。而且整个液氦容器1早已安装固定，简单的将10K冷头替换为4K冷头4必然需要改造液氦容器1，这样整个改造成本将会很高。本升级结构并不替换原有的10K冷头，而是在原有的服务台2上安装4K冷头4，再通过冷头延长器6通过注入孔3进入到液氦容器1中，从而实现对氦气的液化回收。服务台2和注入孔3均为液氦容器1原有的结构，注入孔3位于所述服务台2上，注入孔3内设置有颈管，冷头延长器6穿过颈管伸入至所述液氦容器1内，原有注入孔3主要用于磁体服务维护用。在改造升级时，将冷头延长器6通过注入孔3伸入至液氦容器1中但不接触液氦，冷头延长器6位于液氦容器1的顶尖处即可，然后将冷头容器5安装在服务台2上，冷头容器5需将注入孔3包裹在内。冷头延长器6采用导热性良好的材料制成。原有的10K冷头并不需要变动，可以在日后辅助冷却，也可以不再使用。在实际的使用中，当液氦容器1中的压力超过预定值，则说明液氦蒸发超余的，此时启动4K冷头4，通过冷头延长器6对热量的传递，在液氦容器1顶尖处的制冷量就可以将已经蒸发的氦气重新冷凝成液体，坠落到液氦容器1中。这样就保证了液氦容器1中的液氦零蒸发。本发明的4K冷头4可以并不直接安装在液氦容器1内，而是通过冷头延长器6来传递热量，这样在改造升级中就不会对原有的液氦容器1造成影响，产出的成本也仅仅是4K冷头4、冷头延长器6以及安装成本的费用，有效的控制的成本。

具体的，所述冷头延长器6是由导热性极好的金属制成，例如：OFHC无氧铜、纯铝、银和金中的一种或多种合金制成。冷头延长器6的材料选择应更具其长径比而定，对于长径比较大的情况下，应选用导热性更好的金属。导热性极好的金属可以提高冷却效率，降低功耗，更加节能。而且冷头延长器6外有一绝热的真空绝热环套来减少冷量的损耗。

为了自动控制4K冷头4的运行，还包括控制器和低温状态传感器，所述低温状态传感器设置在所述液氦容器1内部的顶部，所述4K冷头4和低温状态传感器分别与控制器相连接，所述控制器通过低温状态传感器的数据控制所述4K冷头4和\或加热器。低温状态传感器可安装在图1中的传感器安装位13。控制器用于控制4K冷头的运行。低温状态传感器通过读取表征液氦容器1中的低温状态的参数例如压力或温度，然后根据参数情况在系统中自动调整4k冷头4的运行，来自动保持整个系统的蒸发再冷凝的平衡状态，达到零液氦消耗的目的；系统的状态参数表能够表征低温容器内的液氦蒸发情况，例如：液氦容器1的压力增加时表明蒸发大于冷凝，需开启附加4K冷头4工作，来冷凝已蒸发的气体使气压下降；反之，如压力下降超过设定值，则表明冷凝量大于蒸发量，这时则需要降低制冷量，或将4K冷头4关闭或容器内的开启加热器。具体来讲：低温状态传感器将低温容器状态表的读数反馈给新增4k制冷系统，来根据状态参数自动调节4k冷头的工作状态，以使低温容器中的液氦蒸发量与新加4k冷头延长器的所冷凝的蒸发量几乎等同，达到零液氦消耗的目的。低温状态传感器采用压力传感器或者温度传感器。通过控制器和低温状态传感器的加入，使得本升级结构具备自动控制的能力，有效实现系统零蒸发。

具体的，如图1所示，所述4K冷头4由一级冷头7和二级冷头8组成，所述冷头延长器6连接在所述二级冷头8上。采用两级冷头可以提高冷却效率。

为了保证整个升级系统的绝热效果，提高能源利用率，如图1所示，所述冷头容器5包括一级容器9、二级容器10、40K屏11以及300K支架12，所述一级冷头7设置在所述一级容器9内，所述二级冷头8和位于液氦容器1外的冷头延长器6部分均设置在二级容器10内；所述40K屏11呈筒状，所述40K屏11套设在所述二级容器10外，所述40K屏11与所述二级容器10之间为真空层；所述300K支架12呈筒状，所述300K支架12套设在所述40K屏11外，所述300K支架12与所述40K屏11之间为真空层，所述300K支架12安装在所述注入孔3上，上述真空层中可加有多层绝热材料。所述40K屏11的外壁设置有绝热层，40K屏可以是多孔结构，在封装抽真空时，可以同时对上述的两个真空层抽真空。所述300K支架12安装在所述注入孔3上。在上述结构中，二级冷头8和位于液氦容器1外的冷头延长器6部分受到两层真空层的绝热保护，这使得二级冷头8和冷头延长器6与外界有着极好的热绝缘，避免了外界的热量进入，这样就提高了能源利用率。

Claims (7)

1.用于有液氦消耗低温容器的升级结构，包括液氦容器（1），液氦容器（1）上设置有服务台（2）和注入孔（3），所述液氦容器（1）内设置有加热器和颈管，其特征在于：还包括4K冷头（4）、冷头容器（5）以及冷头延长器（6），所述冷头容器（5）设置在所述液氦容器（1）上，所述4K冷头（4）设置在所述冷头容器（5）内，所述冷头延长器（6）连接在所述4K冷头（4）上并通过注入孔（3）伸入至所述液氦容器（1）内。

2.如权利要求1所述的用于有液氦消耗低温容器的升级结构，其特征在于：所述注入孔（3）位于所述服务台（2）上，所述冷头延长器（6）穿过注入孔（3）经颈管伸入至所述液氦容器（1）内，所述冷头延长器（6）外套设有一层与之无接触的真空绝热环套。

3.如权利要求1所述的用于有液氦消耗低温容器的升级结构，其特征在于：所述冷头延长器（6）是由OFHC无氧铜、纯铝和银中的一种或多种合金制成。

4.如权利要求1所述的用于有液氦消耗低温容器的升级结构，其特征在于：还包括控制器和低温状态传感器，所述低温状态传感器设置在所述液氦容器（1）内部的顶部，所述4K冷头（4）和低温状态传感器分别与控制器相连接，所述控制器通过低温状态传感器的数据控制所述4K冷头（4）和\或加热器。

5.如权利要求1至4任一权利要求所述的用于有液氦消耗低温容器的升级结构，其特征在于：所述4K冷头（4）由一级冷头（7）和二级冷头（8）组成，所述冷头延长器（6）连接在所述二级冷头（8）上。

6.如权利要求5所述的用于有液氦消耗低温容器的升级结构，其特征在于：所述冷头容器（5）包括一级容器（9）、二级容器（10）、40K屏（11）以及300K支架（12），所述一级冷头（7）设置在所述一级容器（9）内，所述二级冷头（8）和位于液氦容器（1）外的冷头延长器（6）部分均设置在二级容器（10）内；所述40K屏（11）呈筒状，所述40K屏（11）套设在所述二级容器（10）外，所述40K屏（11）与所述二级容器（10）之间为真空层；所述300K支架（12）呈筒状，所述300K支架（12）套设在所述40K屏（11）外，所述300K支架（12）与所述40K屏（11）之间为真空层，所述300K支架（12）安装在所述注入孔（3）上。

7.如权利要求6所述的用于有液氦消耗低温容器的升级结构，其特征在于：所述40K屏（11）的外壁设置有绝热层。