CN103917833B

CN103917833B - 用于控制低温冷却系统的装置和方法

Info

Publication number: CN103917833B
Application number: CN201280055467.5A
Authority: CN
Inventors: 约翰·加赛德; 马蒂亚斯·比勒; 达尼埃莱·托尔托雷拉; 袁兴
Original assignee: Oxford Instruments Nanotechnology Tools Ltd
Current assignee: Oxford Instruments Nanotechnology Tools Ltd
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: JP6254943B2; GB201116639D0; GB2496573B; CN103917833A; JP2014528055A; GB2496573A; WO2013045929A2; EP2761236B1; US10473375B2; WO2013045929A3; US20140245757A1; EP2761236A2

Abstract

本发明公开了一种用于控制低温冷却系统的装置。该装置设置有经由连接元件(4)与压缩机(1)和机械制冷机(2)连接的供气管路(3A)和回气管路(3B)。连接元件(4)与供气管路(3A)和回气管路(3B)气体连通并且将气体供给至机械制冷机(2)。连接元件以循环方式调节所供给的气体的压力。压力感测装置(6)监测供气管路和回气管路中的至少一者的压力。控制系统(5)用于根据由压力感测装置监测到的压力来调节由连接元件供给的循环气体压力的频率。本发明还公开了一种控制低温冷却系统的相关方法。

Description

用于控制低温冷却系统的装置和方法

技术领域

本发明涉及用于控制低温冷却系统的装置和方法，特别是使用某些类型的气体压缩机驱动机械制冷机的装置和方法。

背景技术

当今例如超导性和超流性等低温特性在一系列不同的应用(包括磁共振成像(MRI)、超导磁体、传感器和基础研究)中被广泛地使用。过去为了达到此类应用所需的低温，使用例如氮或氦等低温液体的蒸发作为冷却机制。低温液体相关的缺点在于：由于它们容易在例如“原位”液化器或储存容器内泄露，因此它们往往是“消耗品”。此外，用于储存或以其他方式处理低温液体的这种装置往往比较笨重并且需要特殊的搬运过程。

近来，闭循环制冷机(CCR)被用于替代低温液体，以提供可选的制冷机制。与低温液体的蒸发相反，闭循环制冷机不依赖于冷却剂内的相变。事实上，闭循环制冷机根据使用与工作气体冷却剂的收缩和膨胀相关联的冷却的原理进行工作。在本文中，术语“机械制冷机”用于描述这种装置，但本领域的普通技术人员将会认识到，术语“低温冷却机”与该术语是同义的。

机械制冷机使用例如氦气等工作气体以相对适中的冷却能力提供2K至3K(开尔文)的冷却。由于机械制冷机是封闭的系统，使得它们具有很少的活动部件并且对于工作气体而言几乎没有损失，因此机械制冷机特别有利。出于这些原因，机械制冷机在技术上和商业上都具有非常大的吸引力，因此存在持续提高此类机械制冷机的性能的需求。

尽管迄今为止已经在与机械制冷机相关的技术上取得了进步，但此类机械制冷机的热力性能系数(COP)和相关的冷却效率仍然不是特别理想。作为实例，为了在4K的液氦温度下提供约1瓦的冷却能力，需要几千瓦的输入电功率。存在例如对超导磁体的冷却或对较高热质量的冷却等许多应用，在这些应用中，从室温冷却到低温区域所需的冷却时间是重要的参数。应认识到，优选的是尽量缩短这种冷却时间的周期。正是在这样的背景下，本发明获得了应用并且提供了新的优点。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制低温冷却系统的装置，该装置包括：供气管路和回气管路，它们适于在使用时与压缩机连接；压力感测装置，其适于监测所述供气管路和所述回气管路中的至少一者的压力；连接元件，其与所述供气管路和所述回气管路气体连通，所述连接元件适于在使用时将气体供给至机械制冷机，所述连接元件以循环方式调节所供给的气体的压力；以及控制系统，其适于根据由所述压力感测装置监测到的压力来调节由所述连接元件供给的循环气体压力的频率。

本申请的发明人认识到，通过精心控制用于操作机械制冷机的循环气体压力的频率，能够提高机械制冷机的冷却效率。本申请的发明人还认识到，当供气管路和回气管路与工作的压缩机连接时，供气管路和回气管路中的一者或两者中的压力可以用于提供关于机械制冷机(其发生改变，因为该制冷机经历了冷却循环)的工作状态的反馈。在知晓了机械制冷机的压力响应如何提供关于冷却循环的阶段信息(例如，机械制冷机的特定阶段内达到的温度)的情况下，关于压力的信息可以用于调节施加循环气体压力的频率。由于最佳频率随着机械制冷机的冷却而变化，因此能够在冷却循环期间将频率调节为接近或获得最佳频率(作为温度的函数)。

使用气体管路中的一者内的监测压力提供关于冷却循环的信息特别有利，因为这样无需直接感测机械制冷机的冷却部分内的环境。

本发明并不受用于将机械制冷机与压缩机连接的特定连接元件的限制。这种连接元件通常可以包括一个或多个阀。尽管在本发明中回转阀特别有利，但也可以使用各种类型的阀。连接元件通常由例如步进电动机、三相异步电动机或直线直流电动机(其由可变直流电源驱动)驱动。这种电动机驱动器的转速通常由控制系统控制。

压力感测装置可以包括用于监测供气管路或回气管路中的至少一者的压力的压力传感器(例如压力换能器)。通过在这些管路中的一个中使用单个传感器可以很容易地实现本发明，然而也可以设想在一个或两个管路中使用一个或多个传感器。为了对气体供给频率提供足够的控制，优选的是：在压力感测装置中将所述应用所需的最小装置设置为提供关于机械制冷机的状态的足够信息。

除关于压力的信息之外，装置还可以包括用于监测机械制冷机的冷却区域内的温度的温度感测装置。在这种情况下，控制系统适于根据由除压力感测装置之外的温度感测装置监测到的温度来控制气体压力的频率。

虽然本发明主要涉及用于控制低温冷却系统的装置，但应认识到，本发明还可以包括一种低温冷却系统，该系统包括该装置以及压缩机和机械制冷机中的一者或两者，其中，该压缩机与供气管路和回气管路气体连通。

根据应用可以使用众多不同类型的压缩机，这些压缩机包括涡旋式压缩机、回转螺杆式压缩机、回转叶片式压缩机、回转润滑式压缩机和膜式压缩机。这些压缩机中的每一种均共享用于压缩机气体的供给管路和回气管路的共同特征。对于本发明的使用而言，供给管路可以被视为相对高压管路，而回气管路可以被视为相对低压管路。

本发明可以使用众多不同类型的机械制冷机，这些机械制冷机包括脉冲管制冷机、吉福德-麦克马洪制冷机和斯特林制冷机。为了使这些机械制冷机能够被压缩机驱动，这些机械制冷机中的每一个均使用供气管路和回气管路。本申请的发明人注意到，用于控制低温冷却系统的装置可以与同装置一起使用的压缩机或机械制冷机中的每一者分开。然而，有益的是包括这种装置作为机械制冷机或(有可能是)压缩机的组成部分。

根据本发明的第二方面，提供了一种控制低温冷却系统的方法，其中，该系统包括用于与压缩机连接的供气管路和回气管路以及与供气管路和回气管路气体连通并且适于在使用时将气体供给至机械制冷机的连接元件，该连接元件以循环方式调节所供给的气体的压力，该方法包括监测供气管路和回气管路中的至少一者的压力以及根据所监测的压力来调节由连接元件供给的循环气体压力的频率。

因此，该方法通常可以由适当的控制系统的操作来实现。该方法通常被根据本发明的第一方面的装置使用。应理解的是，可以使用适当的控制器提供控制系统的功能，并且功能可以包括硬件和软件的适当组合，以使控制系统能够被校准、编程和操作。通常，循环气体压力的调节的频率被设定为按照预定关系。这种关系可以包括例如线性函数或多项式函数等函数。还可以根据所提供的压力和频率之间的分段关系提供频率。还可以通过使用查找表而非直接计算来实现。

一般来说，连接元件能够以回转方式运动，并且在这种情况下，通过使连接元件以相应转速运动来实现所述频率。在实践中，在连接元件由电动机驱动的情况下，可以通过所需电动机电流或电动机转速来实现提供所需频率。

优选地，根据预定关系来调节频率。这种关系可以以数据(例如表示查找表)体现或者通过使用数学关系体现。在每种情况下，可以通过循环分阶段过程实现方法实施过程中的关系应用，例如这种关系应用体现在由适当软件执行的算法中。可以采样和处理压力数据，以便算法的每次循环都可以对相应频率进行评估，这样允许立即、“实时”地响应压力的变化。

优选的是，调节频率以便将所监测的压力保持在预定压力范围内。在机械制冷机的工作期间，这种范围可以变窄为预期压力变化的一小部分。在实践中，这种范围可以趋向于单个压力值。范围的大小可能取决于装置的许多参数，这些参数包括随机械制冷机的冷却在压力方面可以实现的控制程度。通常根据装置的最大工作压力设定预定压力范围。例如，机械制冷机或压缩机可以确定这种最大压力。可以将预定压力范围设定为接近于安全参数内实用的最大压力。

通常还控制工作频率范围以便给预定关系提供边界条件。例如，如果根据预定关系频率低于最小阈值频率，则将频率设定为最小阈值频率。在实践中，这通常发生在如下情况下：当机械制冷机高于基准温度时，发现根据预定关系可以实现用于在基准温度操作机械制冷机的最佳频率。作为实例，即使基准温度是约4K，也可以在约60K的温度实现最小阈值频率。

类似地，如果根据预定关系频率高于最大阈值频率，则将频率设定为最大阈值频率。

优选地，方法中所使用的工作频率在1Hz-5Hz的范围内。通常，工作压力在1MPa-40MPa的范围内。

尽管气体冷却剂优选为氦气，但本发明并不限于任何特定类型的气体冷却剂。对于通过机械制冷机获得大约2K-4K的极低温的低温应用而言，氦气是优选的冷却剂。

虽然该方法的主要效用是在机械制冷机的冷却循环期间，但还应认识到，通常可以在从基准温度开始加热工作的机械制冷机的同时应用该方法。

附图说明

现在，参考附图对根据本发明的控制系统和方法的实例进行描述，其中：

图1示出常规的低温冷却系统；

图2示出根据本发明的示例性低温冷却系统；以及

图3示出根据本发明的实例的流程图。

具体实施方式

为了实现对本发明的充分理解，我们首先参照图1对已知的闭循环制冷机(CCR)系统进行描述。

系统100包括涡旋式压缩机1和脉冲管制冷机(PTR)2。两个气体管路3A和3B将涡旋式压缩机1与脉冲管制冷机2连接。气体管路3A和3B实质上是能够承受高压的气体管路。气体管路3A是使用时包含高压的气体冷却剂的供给管路。管路3B是呈低压管路形式的回气管路。呈回转阀4形式的连接元件示出为脉冲管制冷机2的组成部分。回转阀4由电动机控制器5驱动，并且电动机的工作转速固定以确保回转阀具有由F_optimum给定的恒定回转频率。当脉冲管制冷机处于“冷”态或稳态工作温度时，将该频率设计为脉冲管制冷机使用的最佳频率。

可选地，可以将压力传感器6设置在压缩机内，以便检测高压管路3A内的异常压力。涡旋式压缩机1还设置有旁路系统7，当检测到高压管路内的压力的临界值时旁路系统7受驱使而工作。在已知系统中，总是在冷却降温过程开始时达到高压管路3A内的临界压力，并且在冷却降温过程中保持较长的时间。根据机械制冷机的类型，该时间可以是达到低温区域所需的完全冷却时间的至少三分之一直到二分之一。

虽然存在压力的临界值，但旁路系统7可以保持打开并且允许气体冷却剂在高压供给管路和低压回气管路之间通过。在这种情况下，气体冷却剂是氦气，并且旁路系统7的操作确保没有氦气散失到外界大气中。由于氦气是一种昂贵的气体，因此上述这点比较重要。

上述实例给出了现有技术的标准闭循环制冷机系统，在该系统中，机械制冷机(低温冷却机)由压缩机驱动。机械制冷机可以采取各种形式，这些形式包括GM(吉福德-麦克马洪)冷却机、斯特林冷却机、脉冲管制冷机、冷头和低温泵。在这些类型的每个CCR中，回转阀或其他连接元件调节在压缩机和机械制冷机之间传送的气体冷却剂的质量流量。为了最大限度地利用低温时的冷却能力，机械制冷机设计为：当处于稳态或冷态时，脉冲管制冷机(或等同物)的氦气质量流量与压缩机的最佳工作点匹配。因此，在每个机械制冷机中，存在用于回转阀或其他类型的连接元件的最佳频率值F_optimum，以使冷却能力最大化。

然而，应注意的是，氦气和其他气体的重要物理特性在于气体的密度随着温度的下降而增大。在具有机械制冷机的低温系统中，室温和工作温度之间的温度差是约290K，这是非常大的温度差。在约2K-4K的工作温度下，氦气气体冷却剂的密度显著高于室温下的密度。当工作压力为几巴时，4K温度下的氦气的密度值比氦气在室温(300K)下的等效密度高100倍。

在上述常规闭循环制冷机系统中，在冷却降温过程开始时，由压缩机输送的气体冷却剂的质量流量不能经由回转阀完全传送到脉冲管制冷机。这是因为压缩机的工作频率太低(几赫兹)。结果，压力集聚在压缩机的高压侧。根据系统的初始充气压力值，这时的压力可能会超过临界极限值。通常会设置安全阀，安全阀在这种压力的临界值下工作并且被定位在高压管路中。已知的是，将过剩压力排放到外界大气中，或者如图1所示将安全阀设置为旁路形式以使旁路有效地将氦气排放到压缩机的低压侧。

来自压缩机的电动机8的动力提供高压供给管路3A和低压回气管路3B中的气体冷却剂的压力。因此，旁路可以采取过压阀的形式，并且与将氦气排放到大气中的阀相比过压阀是优选的，这是因为如果压力达到临界值，氦气不会从系统中散失。尽管如此，在最初的冷却降温期间，总是在冷却降温过程开始时达到临界值。

之后，随着低温稳态区域的临近，压力降低并且旁路关闭。当低压达到稳态下的工作压力，回转阀的频率和由频率控制的压力(具有F_optimum的频率)获得最佳的工作温度。

现在，参考图2对根据本发明的闭循环制冷机系统的实例进行描述。在图2中，具有与图1所示装置相似特征的装置以类似的带撇号的附图标记表示。

在图2中，根据本发明的闭循环制冷机(CCR)系统示出为系统200。涡旋式压缩机1’经由高压管路(3A’)和低压管路(3B’)与脉冲管制冷机2’连接。呈回转阀4’形式的连接元件同样控制脉冲管制冷机2’。在这个实例中，回转阀4’能够以可变频率F进行工作。在这种情况下，改型的电动机控制器5’接收来自压力换能器6’的信号。该换能器是提供监测信号的压力传感器，该监测信号与由换能器感测到的压力大小相关。该信号被提供至电动机控制器5’。电动机控制器5’包括处理器和相关的可编程存储器。处理器对来自压力换能器6’的信号进行采样，并且使用适当的算法或查找表将信号转换为输出到回转阀4’的适当控制信号。这在图2中通过将压力换能器6’与电动机控制器5’连接的线条和将电动机控制器5’与回转阀4’连接的线条示出。因此，电动机控制器5’提供用于操作闭循环制冷机200的控制机制。应认识到，图2所示的部件为示意性示出的部件，然而还可以存在例如安全阀、油分离器、过滤器、热交换器、传感器等未具体示出的其他常用部件。

因此，在呈脉冲管制冷机2’形式的机械制冷机的稳态低温工作期间，图2所示的示例性装置具有与图1所示装置相同的优点。然而，在冷却降温过程中，图2所示示例性装置还能够实现更高的效率。这是通过改变回转阀机构的频率以便动态地适应在脉冲管制冷机2’和压缩机1’之间交换的氦气质量流量来实现的。在例如接近室温等高温下，回转阀4’在相应的频率区域F内进行工作，频率区域F显著高于与稳态低温下的脉冲管制冷机2’相关的最佳设计频率F_optimum。由于存在高频区域F，因此与现有技术的系统相比，降低了压缩机的高压侧内的压力，因而机械制冷机能够在初始高温下以不损失效率的方式进行工作。之后，当脉冲管制冷机冷却时，可以减小频率区域，以便在达到稳态温度时接近然后获得F_optimum。

因此，与例如图1中的系统100等已知系统的整体效率相比，显著提高了闭循环制冷机200的整体效率。在该具体实例中，根据由电动机控制器5’调节的自动反馈机制，按照来自压力换能器的信号来对频率F进行电子控制。应注意的是，没有使用压力传感器，或者在该具体实例中，没有使用多于一个的压力换能器6’。关键参数是系统所允许的最大压力，因为最大压力通常是压缩机的设计限制并且最大压力会决定机械制冷机的可能的冷却效率。

因此，使脉冲管制冷机2’的效率最大化。应认识到，通过计算或者通过实验测量可以得到用于优化频率F以及所经历的压力的函数的算法。在推导出这个算法(或等同物)时需要考虑的另一个变量是考虑确保减少整体振动。

示例性装置的实际好处在于：闭循环制冷机系统200能够比图1所示的等效闭循环制冷机100更迅速地达到低温区域。还显著增强了高温时可用的冷却能力，从而可以观察到系统的关键参数整体上提高了至少35％。

现在参考图3，图3对图2所示系统的操作进行了更详细的描述。在步骤300中，启动压缩机1’并且启动压缩机的电动机8’。在步骤301中，电动机控制器5’使回转阀4’以所述脉冲管制冷机2’的最大转速(“SL”)转动。在图3中该值被表示为“Qmax”。在步骤302中，对来自压力换能器6’的信号进行采样并且通过表示为“例程1”的算法取平均值，以几毫秒的采样率来进行采样。在步骤303中，通过将若干计数值的平均压力信号转换成压力读数来求出第一压力读数(标示为“Pactual”)。在步骤304中，将Pactual与预定的设定点值(标示为“SPMax”)进行比较。如果压力Pactual大于SPmax(其通常可能为410psi或2.83MPa)，则在步骤305中压缩机自动停止并且显示故障代码。当高压管路未与回转阀4’连接或堵塞时，这种故障通常会发生。

然而，如果压力低于410psi(2.83MPa)的设定点压力，则在步骤306中使用第二算法(“例程2”)，在第二算法中，电动机控制器5’开始以预定采样率获取监测的压力读数。例程2转换来自压力换能器6’的压力值的滚动平均数并且将该求出的值赋予Pactual。

在步骤307中，将Pactual与设定点压力SP1进行比较。SP1是略微低于压缩机设计所允许的最大压力(SPmax)的压力(SP1例如是400psi、2.76MPa)。在可能的情况下，优选的是：以可以被视为SP1的最高安全压力操作脉冲管制冷机，从而实现脉冲管制冷机2’的最大冷却能力。随着脉冲管制冷机2’的冷却，保持接近于SP1的高压所需的回转阀4’的转速逐渐降低。出于这个原因，需要使回转阀4’逐渐减慢。这通过监测压力Pactual来实现。

如果平均压力Pactual小于设定点压力(SP1)，则需要进行步骤308，即优选地降低回转阀4’的转速。在步骤308中，计算评估转速Ev。转速Ev被计算为使当前转速(SL)改变了量“f”(其表示转速的递减变化)。在步骤309中，将该评估转速与转速Qmin进行比较。Qmin是脉冲管制冷机2’在“冷态”下的最佳转速(即在基准温度下所使用的转速)。如果评估转速Ev不小于Qmin，则在步骤310中，将降低的转速指定为新转速SL。转速降低后，算法返回到步骤303并且重复步骤303。

如果在步骤308中计算出的评估转速Ev小于Qmin，则在步骤311中将转速SL设定为Qmin并且算法返回到步骤303。

步骤307中的另一种选择是：压力Pactual不小于SP1。在这种情况下，优选的是增大回转阀4’的转速。然后，在步骤312中进行与在步骤308中进行的计算相似的计算，即计算评估转速Ev。然后在步骤313中，将该评估转速与转速Qmax进行比较。Qmax是回转阀4’的最大工作转速，而Qmax又由脉冲管制冷机2’的最大工作转速设定。

在步骤314中，如果评估转速Ev不大于Qmax，则将转速(SL)增大至Ev。然后算法返回到步骤303。

如果评估转速Ev大于Qmax，则在步骤315中将转速SL设定为Qmax并且算法同样返回到步骤303。

在脉冲管制冷机2’的整个工作中特别是在冷却循环期间重复该过程。

该过程的全局效果在于：通过将转速一直降低到Qmin来将实际压力Pactual保持为接近于SP1。在脉冲管制冷机2’达到基准温度之前达到Qmin是系统的工作性质。当实际达到Qmin时，在实践中Pactual因进一步冷却而降低，但转速SL在Qmin值处保持不变。

虽然本实例的重点在于例如脉冲管制冷机2’等闭循环制冷机的冷却循环，但还应注意的是，上述过程同样可以在从基准温度开始升温的过程中实施。

存在许多不同的实践手段，通过该手段可以实现决定图3的过程的算法。在图3中，可以通过等式f＝c(Pactual–SP1)(c是常量)计算“f”值。这确保在每个过程循环期间可以实现的转速的变化幅度与实际压力(Pactual)和所需压力(SP1)之间的差值成正比。

应认识到，可以借助于查找表容易地实现图3的示例性实例。当然可以设想出有效地具有温度-压力区域的连续性的更高级系统，并且借助于查找表中相应数量的表格条目或者借助于根据例如线性逼近或多项式逼近的计算来实现该系统。这可能包括用于优化系统的性能(例如减少振动)的额外考虑因素的使用。

Claims

1.一种用于控制低温冷却系统的装置，包括：

供气管路和回气管路，它们适于在使用时与压缩机连接；

压力感测装置，其适于监测所述供气管路和所述回气管路中的至少一者的压力；

连接元件，其与所述供气管路和所述回气管路气体连通，所述连接元件适于在使用时将气体供给至机械制冷机，并且所述连接元件以循环方式调节所供给的气体的压力；以及

控制系统，其适于通过在所述低温冷却系统的冷却降温过程期间根据由所述压力感测装置监测到的压力调节由所述连接元件供给的循环气体压力的频率，来控制所述低温冷却系统的所述冷却降温过程。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述连接元件包括回转阀。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述压力感测装置还包括用于监测所述供气管路和所述回气管路中的至少一者的压力的压力传感器。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置还包括用于监测所述机械制冷机的冷却区域内的温度的温度感测装置，并且所述控制系统适于根据由所述温度感测装置监测到的温度来控制所述循环气体压力的频率。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述连接元件由电动机驱动，并且所述控制系统适于控制所述电动机的转速。

6.一种低温冷却系统，包括：

根据前述权利要求中任一项所述的装置；以及

压缩机和机械制冷机，其中，所述压缩机与所述供气管路和所述回气管路气体连通。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述压缩机选自由下述压缩机组成的群组：涡旋式压缩机、回转螺杆式压缩机、回转叶片式压缩机、回转润滑式压缩机和膜式压缩机。

8.根据权利要求6或7所述的系统，其中，所述机械制冷机选自由下述制冷机组成的群组：脉冲管制冷机、吉福德-麦克马洪制冷机和斯特林制冷机。

9.一种控制低温冷却系统的冷却降温过程的方法，其中，所述系统包括用于与压缩机连接的供气管路和回气管路以及连接元件，所述连接元件与所述供气管路和所述回气管路气体连通并且适于在使用时将气体供给至机械制冷机，并且所述连接元件以循环方式调节所供给的气体的压力，所述方法包括：

监测所述供气管路和所述回气管路中的至少一者的压力；以及

在所述冷却降温过程期间根据所监测到的压力来调节由所述连接元件供给的循环气体压力的频率。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述连接元件能够以回转方式运动，并且通过使所述连接元件以相应转速运动来实现所述频率。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，根据预定关系来调节所述频率。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，调节所述频率，以便将所监测到的压力保持在预定压力范围内。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，根据装置的最大工作压力来设定所述预定压力范围。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，如果根据所述预定关系所述频率低于最小阈值频率，则将所述频率设定为所述最小阈值频率。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，当所述机械制冷机冷却到约60K时，实现所述最小阈值频率。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，如果根据所述预定关系所述频率高于最大阈值频率，则将所述频率设定为所述最大阈值频率。

17.根据权利要求9至16中任一项所述的方法，其中，所述频率在1Hz-5Hz的范围内。

18.根据权利要求9至16中任一项所述的方法，其中，所监测到的压力在1MPa-40MPa的范围内。

19.根据权利要求9至16中任一项所述的方法，其中，所述连接元件由电动机驱动，并且所述方法包括控制所述电动机的转速以便控制所述频率。

20.根据权利要求9至16中任一项所述的方法，其中，所述气体是氦气。