CN103743147A - 超导mri低温制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及低温超导设备领域，尤其是一种超导MRI低温制冷系统。所要解决的技术问题是提供一种在保证探温效果的前提下，能有效降低设备能耗的超导MRI低温制冷系统。超导MRI低温制冷系统，包括压力传感器、压缩机、制冷机和内设有空腔的液氦容器、第一外层容器、第二外层容器，所述制冷机的低温冷头设置于液氦容器的空腔内，压力传感器和制冷机均与压缩机相连通。本发明大大简化了温度探测回路的数量，又有较好的控温效果，也可以有效的降低能耗，可以用于降低超导MRI低温制冷系统中从而降低系统能耗。
Description
技术领域
本发明涉及低温超导设备领域，尤其是一种超导MRI低温制冷系统。
背景技术
目前，超导MRI用低温容器系统已广泛使用了4K（绝对温度）低温制冷技术，以达到零液氦消耗的目的。其原理是：通过温差传热到内容器里的热负荷，首先被内容器中的液氦吸收，吸收了热量的液氦蒸发成氦气，蒸发的氦气流动到冷头的二级传热块的4K温区表面冷凝成液氦回流至4K容器液氦中，从而实现零液氦消耗。但是，目前的相关设备由于探温反射回路较多，且每一次探问回路都需要消耗较多的能源，故在实际使用时会产生大量的能源消耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在保证低温效果的前提下，能有效降低设备能耗的超导MRI低温制冷系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：超导MRI低温制冷系统，包括压力传感器、压缩机、制冷机和内设有空腔的液氦容器，液氦容器外设置有第一外层容器且液氦容器被密封在第一外层容器内，第一外层容器外设置有第二外层容器且第一外层容器被密封在第二外层容器内，所述压力传感器的气体管路从液氦容器的空腔依次沿液氦容器壁面、第一外层容器壁面、第二外层容器壁面延伸到压力传感器处，所述制冷机的低温冷头设置于液氦容器的空腔内，压力传感器和制冷机均与压缩机相连通。
进一步的是，所述第一外层容器的壁面温度恒定于绝对温度50K。
进一步的是，所述第二外层容器的壁面温度恒定于绝对温度300K。
进一步的是，所述压缩机为变频压缩机。
进一步的是，制冷机上的氦气进气管和氦气排气管之间的设置有截留阀。
本发明的有益效果是：在实际使用时，首先在液氦容器内充入液氦，且将超导磁体放置于液氦容器内，并通过第一外层容器和第二外层容器实现密封和绝热。由于会有少量的热量会通过第二外层容器和第一外层容器最终传递到液氦容器内的液氦处，则吸收了热量的液氦会气化。此时，液氦容器内气体压力会沿气体管路传递到压力传感器处，当达到设定值时，压力传感器会将信号传递到压缩机处，然后，压缩机启动制冷机，且制冷机的低温冷头开始释放冷量从而降低液氦容器内的温度。随着温度的降低，气态的氦气会逐渐液化为液态，气压随即降低，待气压降低到设定值，压缩机随即关闭制冷机，至此，制冷机的低温冷头不再提供冷量，则冷热量达到平衡。本发明大大简化了温度探测回路的数量，又有较好的控温效果，也可以有效的降低能耗，可以用于降低超导MRI低温制冷系统中从而降低系统能耗。
附图说明
图1是本发明的示意图。
图中标记为：压缩机1、截留阀11、制冷机2、低温冷头21、第一外层容器冷头22、氦气进气管23、氦气排气管24、压力传感器3、气体管路31、液氦容器4、第一外层容器5、第二外层容器6、超导磁体7、空腔8。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1所示的超导MRI低温制冷系统，包括压力传感器3、压缩机1、制冷机2和内设有空腔8的液氦容器4，液氦容器4外设置有第一外层容器5且液氦容器4被密封在第一外层容器5内，第一外层容器5外设置有第二外层容器6且第一外层容器5被密封在第二外层容器6内，所述压力传感器3的气体管路31从液氦容器4的空腔8依次沿液氦容器4壁面、第一外层容器5壁面、第二外层容器6壁面延伸到压力传感器3处，所述制冷机2的低温冷头21设置于液氦容器4的空腔8内，压力传感器3和制冷机2均与压缩机1相连通。
如图1所示的，在实际使用时，所述第一外层容器5与第二外层容器6之间会存在有温度级差，且第一外层容器5的温度低于第二外层容器6的温度。在液氦容器4的空腔8内充入液氦后，将超导磁体7也放置到上述空腔8内，并由此获得出现超导现象的外界温度条件。目前对于超导磁体的低温测试试验，可以选择将所述第一外层容器5的壁面温度恒定于绝对温度50K，将所述第二外层容器6的壁面温度恒定于绝对温度300K。本发明的设计不再需要传统设备中的内部加热增压系统，从而也大大降低了能耗，让温度的控制更温度更精准。另外，在压力传感器3或压缩机1内设置压力处理单元，用于处理氦气压力信号，保证信号反馈迅速准确。
在开始测试时，一般会保证液氦容器4内温度稳定在绝对温度4K的水平。当外界热量依次通过第二外层容器6壁面、第一外层容器5壁面传递到液氦时，随着液氦吸收热量会气化成氦气。而压力传感器3的气体管路31会随时监控上述氦气的压力，一旦压力大于设定值，即认为液氦容器4内的热量过多，则压力传感器3会发生信号到压缩机1处，压缩机1随即启动制冷机2开始运转，所述制冷机2所产生的冷量通过设置于液氦容器4内的低温冷头21传递。随着低温冷头21释放的冷量的增加，气化的氦气会逐渐液化为液氦，此时压力传感器3会收到压力降低的信号，随即将此信号传递与压缩机1，压缩机随即停止运转，则所述低温冷头21不再释放冷量，至此，冷热量达到平衡。特别的，为了简化相应的结构，对于第一外层容器5的低温保持，也可以专门设置第一外层容器冷头22，来保证第一外层容器5的低温状态。这样可以让结构更紧凑，实用。本发明的探温回路在保证探温效果的前提下得到了大大的简化，由此就可以很大程度的降低能耗，实现清洁高效的低温测试。同时，由于所有的氦气都是以气态或液态在液氦容器4内循环，从而也实现了氦气的零消耗。
为了防止压缩机1频繁的启停，从而进一步的降低能耗，可以将压缩机1选择为变频压缩机。如图1所示的，在使用变频压缩机后，所述变频压缩机可以实时根据压力传感器3所传输的氦气压力信号，来调节自身输出的功率，从而实现制冷机2的多级制冷。在使用变频压缩机后，不仅可以有效降低能耗，也可以让低温冷头21所释放的冷量更精准，从而大大提高了温度控制的准确度。
基于同样的构思，为了增加对温度控制的准确性和灵活性，可以在制冷机2上的氦气进气管22和氦气排气管23之间的设置截留阀11。在实际使用时，制冷机2上会有用于输入氦气的氦气进气管22和用于排出多余氦气的氦气排气管23，在上述的氦气进气管22和氦气排气管23之间的设置截留阀11后，在压缩机1功率保持不变的前提下，通过调节截留阀11，首先调节出入制冷机2的氦气量，从而可以有效的控制输入到液氦容器4内的冷量总和，从而也实现对温度的调节。
Claims (5)
1.超导MRI低温制冷系统，其特征在于：包括压力传感器（3）、压缩机（1）、制冷机（2）和内设有空腔（8）的液氦容器（4），液氦容器（4）外设置有第一外层容器（5）且液氦容器（4）被密封在第一外层容器（5）内，第一外层容器（5）外设置有第二外层容器（6）且第一外层容器（5）被密封在第二外层容器（6）内，所述压力传感器（3）的气体管路（31）从液氦容器（4）的空腔（8）依次沿液氦容器（4）壁面、第一外层容器（5）壁面、第二外层容器（6）壁面延伸到压力传感器（3）处，所述制冷机（2）的低温冷头（21）设置于液氦容器（4）的空腔（8）内，压力传感器（3）和制冷机（2）均与压缩机（1）相连通。
2.如权利要求1所述的超导MRI低温制冷系统，其特征在于：所述第一外层容器（5）的壁面温度恒定于绝对温度50K。
3.如权利要求2所述的超导MRI低温制冷系统，其特征在于：所述第二外层容器（6）的壁面温度恒定于绝对温度300K。
4.如权利要求1、2或3所述的超导MRI低温制冷系统，其特征在于：所述压缩机（1）为变频压缩机。
5.如权利要求1、2或3所述的超导MRI低温制冷系统，其特征在于：制冷机（2）上的氦气进气管（23）和氦气排气管（24）之间的设置有截流阀（11）。
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