CN108692187B - 低温恒温器布置系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低温恒温器布置系统(1)，包括真空容器(2)和在其中设置的低温容器(3)，真空容器具有引导到低温容器的颈管(4)，该颈管包括支承结构(4a)和包围该支承结构的外管(4b)，低温容器与真空容器外部的区域的连接通过颈管建立，从而低温流体从低温容器流动向真空容器外部的区域中或反之，其中，颈管的用于将低温容器机械地悬挂在真空容器上的部分和颈管的用于建立在低温容器的内部空间和真空容器的内部空间之间的扩散屏障的部分在空间上彼此分开地设置并且分别由不同地优化的材料制成。

Description

低温恒温器布置系统
技术领域
本发明涉及一种低温恒温器布置系统，所述低温恒温器布置系统具有真空容器和设置在所述真空容器内部的低温容器，其中，所述真空容器具有至少一个颈管，所述颈管具有支承结构和包围所述支承结构的外管，其中，所述颈管引导到所述低温容器并且所述低温容器的内部体积与所述真空容器外部的区域的空间连接可以通过颈管建立，从而所述低温流体可以从低温容器流动向所述真空容器外部的区域中或者反之。
背景技术
这样的低温恒温器布置系统例如由US-A5,220,800已知。
本发明普遍涉及冷却技术系统的领域，所述系统在运行中应该/必须保持到非常低的(＝低温的)温度。这样的系统例如可以包括超导的磁体布置系统，如其例如在磁共振的领域上、例如在MRI-X光断层照相装置或NMR-光谱仪中使用。这样的超导的磁体布置系统通常利用液氦作为低温流体进行冷却。
超导的NMR磁体系统的一个重要特征在于运行中的氦消耗。氦消耗一方面具有对用于运行系统必须花费的运行成本的影响；另一方面再填充间隔决定性地与氦消耗有关。再填充间隔越小，则所述系统可以无干扰地运行越长时间。在再填充间隔恒定的情况下，具有较少氦消耗的系统也可以较紧凑地构造，因为氦箱可以较小地设计。这导致，所述系统在生产方面较便宜，并且对安装地点(例如空间高度)的要求较少。因此，用于超导的磁体系统的开发目的是降低液氦的消耗，这在经池冷却的系统中与降低对氦箱的热负荷是相同的。
在典型的池低温恒温器中，氦箱的整个热负荷的大部分通过向所谓的“颈管”中的热传导而引起。所述颈管连接储存有液态低温物(Kryogen)的箱和外界。通过颈管可以再填充低温液体，并且低温液体可以流出(也以大的流动率，例如在磁体失超(Quench)或真空隔离的突然损耗期间)。颈管也是必需的，以便获得对处于箱中的部件(例如电磁线圈的电接头)的接近。在很多低温恒温器中，颈管也支承箱的重量。用于对氦箱的总热负荷的最大贡献来自颈管，其中，管中的热传导是主要机理。
通常颈管特别薄壁地构造；在几十分之一毫米的范围内的壁厚不是少有的。颈管典型地由具有低热导率的材料制成。颈管的壁应是不透气的，以便低温恒温器的真空隔离不被污染并且引起变得不能用。此外，颈管材料必须出于连接技术的角度是很适当的(可熔焊性、可钎焊性)。在很多情况下使用不锈钢。
文首引用的US-A5,220,800公开一种所述类型的低温恒温器布置系统，其用于具有超导的电磁线圈的NMR磁体系统。所述低温恒温器布置系统具有双壁的颈管，通过所述颈管的环状间隙可以进行氦的流动(参看例如那里的附图4)。
对于机械的构造以及外管和内管的固定，US-A5,220,800给出以下说明：
“将室1和2、辐射屏障21和22以及冷却箱23悬挂在悬挂管30上的低温恒温器4中的方式仅在图1中示意性地示出。所使用的连接元件是薄壁管或每三个对中杆26的束(直径为几毫米)，其具有极低的导热性和高的抗拉强度”。
因此，颈管的机械悬挂和流体技术的扩散屏障的提供在这里强制地物质上共同地、特别是借助于同一材料构造。因此，一方面悬挂的纯机械功能以及另一方面扩散屏障的流体技术功能的分开优化、例如在按照类型和厚度的材料选择方面按照US-A5,220,800的教导既不可能也不考虑。
发明内容
相对于上面讨论的现有技术，本发明的(详细观察相对要求很高的且复杂的)任务在于，在文首描述类型的低温恒温器布置系统中，以尽可能不耗费的技术手段明显降低来自颈管的向低温容器、通常氦箱中的热输入。
该任务通过本发明以与极为有效的方式同样意想不到地简单的方式通过以下方式解决，即，在文首确定类型的低温恒温器布置系统中，所述颈管这样设计，使得一方面所述低温容器的机械固定的功能和另一方面所述颈管的壁的密封性的功能彼此分开，其方式是，一方面所述颈管的用于将所述低温容器机械地悬挂在所述真空容器上的部分和另一方面所述颈管的用于建立在所述低温容器的内部空间和所述真空容器的内部空间之间的扩散屏障的部分在空间上彼此分开地设置并且分别由不同地优化的材料制成，所述支承结构在其两个端部上分别具有金属突起，所述支承结构支承所述低温容器的重量并且由以下材料制成，在该材料中，对于最大允许的机械应力σ与热导率λ在300K与4K之间的温度范围ΔT上的积分θ的比例σ/θ适用：σ/θ>1/3(MPa·m)/W，其中σ>100MPa、θ<300W/m，并且所述外管由以下材料制成，通过该材料，低温流体不能或只能以实际上不可测量的量扩散，并且该材料与所述低温恒温器布置系统的其他部件流体密封地连接，从而从所述低温容器向所述真空容器中产生的总泄漏率小于10-6mbar·l/s。
本发明的基本思想在于，将通常构造成双壁的颈管这样设计，使得一方面箱的机械固定的功能和另一方面密封性(低温物通过颈管壁的最小渗透)的制造的功能彼此分开。这种操作方式首先能实现分开优化。
然而，热负荷的能利用本发明获得的降低不仅仅对于超导的磁体系统具有高的关联性。出于这个原因，本发明也有益地能在低温技术的其他领域(例如低温物、如氦或氢的储存)上应用。
利用本发明特别是获得以下优点：
对低温箱的热负荷可以通过颈管的在低温箱的热特性方面较有效率的设计而明显降低。
在主动冷却的系统中，这能实现具有较小冷却功率的冷却器的使用，这例如有利地作用于流消耗和系统成本。
在池冷却的系统中，这导致低温流体的蒸发率的降低。一方面这导致运行成本的明显降低，另一方面必须再填充低温流体(典型地氦)的时间间隔也增大，这降低在持久的核磁共振测量时的干扰并且总体上提高用于NMR测量的系统的可用性。
蒸发的低温物与颈管的部分处于热接触中。这能实现，将冷气体的焓用于“拦截”通过颈管中的热传导从热端流动向冷端的热。对应的非流体密封的支承结构在现有技术中总是处于真空中，由此，所述支承结构缺乏热力学上有利的排气冷却的特征。
完全特别优选的是按照本发明的低温恒温器布置系统的一种实施方式，其中，所述支承结构以内管的形式构造，并且所述低温容器的内部体积与所述真空容器外部的区域的空间连接可以通过所述内管建立，从而低温流体可以从所述低温容器向所述真空容器外部的区域中流动或者反之。于是，通过内管可以实现与低温箱的相对大的入口，通过该入口例如可以建立与超导的电磁线圈的电连接。此外，这样提供大的横截面，以使低温物以大的流动率从氦箱中漏出，而没有来自低温箱的不允许地大的压力上升(例如在超导的电磁线圈的失超的情况下或在真空击穿的情况下)。
该实施方式的一种可特别简单地实现的改进方案规定，所述外管与所述内管处于直接的、优选导热良好的接触中。扩散屏障可以直接施加在支承的管上。因此，内管和外管相互处于良好的热接触中。通过内管流出的低温物剂首先冷却内管，但(因为管处于良好的热接触中)也能够吸收来自外管的热。该实施方式的最大优点在于结构和热力学效应的简单性。
在一种备选的改进方案中，所述外管可以相对于所述支承结构隔开间距并且在所述内管和所述外管之间保持敞开间隙。该间隙可以以各种方式使用。因此例如可能的是，使低温物流动通过在支承结构和外管之间的间隙，这能实现两个管壁的特别有效的冷却。此外可能的是，将所述间隙用作用于运行焦耳-汤姆逊(Joule-Thompson)-冷却器的泵管道。
如果支承结构在该实施方式中作为在正常运行中封闭的内管实现，则可以实现已经在上面提及的优点(例如用于电连接和失超情况/真空击穿的大横截面)，而同时颈管的“排气冷却”可以通过对应地选择间隙几何结构来优化(例如用于大导热系数的小间隙尺寸)。
特别优选的是该改进方案的变型方案，其中，所述外管和所述支承结构通过多个轴向设置的、径向延伸的热桥相互连接。由此，也能在支承结构与外管隔开间距时保证，在两个管和在内管或间隙中流动的流体之间存在良好的热接触。这样的热桥例如可以是铜铍弹簧，其导热地固定在支承结构上。如果支承结构然后在系统装配时插入到外管中，则铜铍弹簧压到外管的内侧上，由此可以获得良好的热过渡。
在其他有利的变型方案中，在所述内管和所述外管之间的间隙在所述颈管的较靠近所述低温容器的端部处具有节流阀。如果间隙的输入端通过节流阀保护，并且间隙的室温侧的排出口足够大地确定尺寸，则在确定外管的尺寸时不必考虑失超压力，因为在间隙中不能形成大的压力。这使得可能的是，对于制造而言足够的密封性倾向必须由具有较高热导率的材料(例如不锈钢)制成的外管特别薄壁地构造，这又最小化外管中的轴向热传导。
内管典型地具有在0.5mm与3mm之间的壁厚。为了最小化向低温容器中的热输入，壁厚应尽可能薄(恰好与机械强度的要求允许的一样薄)。对于在如申请人目前建立的数量级中的电磁线圈而言，由此对于典型的颈管直径和其他在下面阐述的材料得出用于壁厚的上面给出的区间。
在本发明的其他优选的实施方式中，所述支承结构由塑料、优选由纤维增强的塑料、特别是玻纤增强塑料(GFK)、特别优选由纤维复合材料G10制成。在玻纤增强塑料中，最小可达到的壁厚由于制造技术的限制而被制约。亦即玻纤增强塑料不能任意薄。G10是在低温技术中广为流行的材料，其特征在于热导率与强度的特别低的比例。因此，G10理想地适用于具有低热导率的固定结构。此外，G10相对便宜，并且可以获得很多形状。金属的连接件可以通过粘接简单地与G10构件连接，或者还更好的是直接在制造G10部件时被一起层压。在使用纤维复合材料时开启以下可能性，纤维在基质内部这样取向，使得最优地使用纤维的各向异性的特性，并且例如最大化支承管沿轴向的抗拉强度。
在本发明的其他有利的实施方式中，由塑料制成的所述支承结构在其两个端部上分别具有金属突起，所述金属突起优选由不锈钢制成。典型地，内管与低温恒温器(例如与真空容器或低温容器)的金属部分连接。当塑料管在其端部上装备已经有金属套筒时，低温恒温器的装配特别简单地设计。于是，在低温恒温器的装配期间不必建立金属塑料连接。这是有利的，因为可靠的金属塑料连接在装配过程期间在技术上难以建立，当然可以容易地直接整合到由塑料制成的支承结构的制造中(例如通过以塑料直接浇注金属套筒)，或者可以无问题地在装配低温恒温器之前的单独工作流程中制造(例如通过粘接)。利用管端部处的金属套筒可以简单地焊接。焊接是可以容易地整合到低温恒温器的装配过程中的过程。
特别优选的是这些实施方式的改进方案，其中，所述金属突起分别具有在20mm与100mm之间、优选大约50mm的长度并且具有在50mm2与500mm2之间的应力横断面积。如上面已经阐述的那样，金属套筒典型地与低温恒温器中的其他金属部分(例如与真空容器或低温容器)通过焊接连接。在焊接时必需的热输入可能损坏塑料管，如果在塑料管和焊缝之间没有足够的间距的话。利用上面给出的尺寸确保，塑料管在焊入金属套筒期间没有不允许地升温。
按照本发明的低温恒温器布置系统的另一种有利的实施方式的特征在于，所述外管由金属、优选由不锈钢制成。金属的特征在于，它可以用作用于低温物的特别有效的扩散屏障。此外非常简单的是，建立金属之间的可靠的且流体密封的连接(例如通过熔焊、硬焊或软焊)。不锈钢是在低温恒温器结构中的最普遍的材料之一。不锈钢的低热导率和良好的可焊接性使得它适用于在这里描述的应用。此外，具有几十分之一毫米的壁厚的非常薄壁的不锈钢管可容易在商业上获得，并且也能够便宜地通过滚轧并且纵向焊接来制造。此外，对于NMR磁体系统的低温恒温器，有利的磁性特性以及低导电性是有利的。因此，可以(附加于有利的材料选择)进一步降低扩散屏障内部的热传导。
在本发明的一种优选的类的实施方式中，在所述颈管内部、特别是在所述内管内部和/或在所述支承结构和所述外管之间安装有所谓的挡板，所述挡板拦截热辐射并且抑制对流。对于运行磁体系统在各个方面有利的是，内管具有大的直径。这使例如部件、如供流装置、信号线、阀杆等向低温容器中的导入变得容易。随着内管直径的增大，当然对低温容器的热负荷也提高(一方面通过供运输热辐射和气柱中的热传导使用的较大的横断面，并且另一方面通过用于构成对流旋涡和热声振荡(Takonis振荡)的较有利的几何结构)。如果挡板安装在颈管中，则热辐射被尽可能隔离(挡板作为经气冷的辐射屏障起作用)，并且在内管内部的大的对流旋涡和热声振荡的构成被抑制。在此，挡板阻止物质流。气柱中的热传导降低，因为在每个挡板上出现热过渡阻力。
该类实施方式的特别优选的变型方案的特征在于，所述挡板构造成可折叠的。大的内管直径的显著优点在于，在对低温物的热负荷大的情况下(例如通过隔离真空的中断，在超导的磁体系统中例如通过失超)在低温容器中可以没有大的压力形成，因为提供足够大的流出横截面。然而，如果内管的自由的横截面利用挡板缩小，则所述优点缺失。因此特别有利的是，所述挡板构造成可折叠的，从而如果在低温容器内部中产生大的压力上升并且因此产生从低温容器向真空容器外部的区域中的大的物质流，则所述挡板被流出的气体向上翻开并且释放内管的横截面。
有利的也是按照本发明的具有管形支承结构的低温恒温器布置系统的实施方式，其中，所述内管的上端部在正常运行中流体密封地封闭，特别是通过过压阀或破裂保险片封闭，从而在正常运行中流出的低温物必须流动通过在所述内管和所述外管之间的间隙。通过低温容器中的液态低温物的蒸发而产生的冷气体可以在低温物的沸点和真空容器的温度之间的温度范围内还提供显著的冷却功率。冷气体在流出时沿着管壁掠过并且在此吸收热，所述热通过管壁内部的热传导从真空容器向低温容器中流动(“逆流式冷却”)。如果冷气体引导穿过在内管和外管之间的间隙，则它不仅与内管而且与外管处于热接触中，由此能够建立特别有效率的逆流式冷却。通过匹配地选择间隙几何结构，可以实现在流体与间隙的壁的良好热过渡和流动流体中的压力损耗之间的良好平衡。
本发明的其他有利的实施方式的特征在于，所述低温恒温器包含焦耳-汤姆逊-冷却器，在所述焦耳-汤姆逊-冷却器中，低温物借助于处于所述真空容器外部的泵卸压，并且在所述支承结构和所述外管之间的间隙是在所述焦耳-汤姆逊-冷却器和所述泵之间的连接管道的部分。由此，能够再次利用上面已经描述的优点，即，从低温恒温器流出的冷气体有效地用于通过热传导来降低热负荷。焦耳-汤姆逊-冷却器能够这样特别简单地整合到低温恒温器中，因为不必设置单独的泵管道。泵管道(环状间隙)和低温箱(或内部的颈管中的体积)之间的绝对密封性是不必需的。小的泄漏流量可以被接受，如果该泄漏流量与由制冷机抽出的流量相比较小的话。
此外，在按照本发明的低温恒温器布置系统的实施方式中，在所述外管中可以设置有至少一个波纹管区段，从而所述外管不承受轴向力。当内管和外管由不同材料制成时，非常可能的是，这两种材料具有不同的热膨胀系数。如果低温恒温器冷却，则因此在颈管布置系统中产生大的机械应力。当在外管中安装有波纹管时，这些应力可以被抑制。该波纹管保证，所述管保持尽可能无应力。
完全特别优选的是本发明的变型方案，其中，所述低温恒温器布置系统用于核磁共振、特别是用于磁共振成像(＝MRI)或用于磁共振波谱(＝NMR)的设备的部分，所述设备优选具有超导的磁体布置系统。用于MRI或NMR的超导的磁体通常以液氦冷却。然而，氦的可用性和其价格是使氦损耗保持小的主要因素。
本发明的其他优点由说明书和附图得出。同样，上述的和还进一步阐述的特征可以按照本发明分别单独本身或多个以任意组合地使用。所示出的和所描述的实施方式不应理解为最后列举，而更确切地说具有用于描述本发明的示例性特性。
附图说明
在附图中示出本发明并且借助实施例详细阐述本发明。附图中：
图1示出按照本发明的低温恒温器布置系统的第一实施方式的示意性纵剖视图；
图2示出按照本发明的低温恒温器布置系统的第二实施方式的示意性纵剖视图，该低温恒温器布置系统在颈管中具有挡板；
图3示出按照本发明的低温恒温器布置系统的第三实施方式的示意性纵剖视图，该低温恒温器布置系统具有焦耳-汤姆逊-冷却器和低温容器中的热障；
图4示出按照本发明的低温恒温器布置系统的第四实施方式的示意性纵剖视图，该低温恒温器布置系统在颈管中具有波纹管区段；
图5a示出按照现有技术的不锈钢的热导率积分关于温度的曲线图；并且
图5b示出按照现有技术的G10的热导率积分关于温度的曲线图。
具体实施方式
在附图的图1至4中分别示出按照本发明的低温恒温器布置系统的优选实施方式的示意性视图，所述低温恒温器布置系统用于保存流体的低温物，特别是用于冷却超导的磁体布置系统。
这样的低温恒温器布置系统1具有真空容器2和在真空容器2内部设置的低温容器3，其中，真空容器2具有至少一个颈管4，所述颈管具有支承结构4a和包围该支承结构4a的外管4b，其中，颈管4引导到低温容器3并且低温容器3的内部体积与真空容器2外部的区域的空间连接可以通过颈管4建立，从而低温流体可以从低温容器3向真空容器2外部的区域中流动或者反之。
按照本发明的低温恒温器布置系统1相对于现有技术的已知的设备的特征在于，一方面颈管4的用于将低温容器3机械地悬挂在真空容器2上的部分和另一方面颈管4的用于建立在低温容器3的内部空间和真空容器2的内部空间之间的扩散屏障的部分在空间上彼此分开地设置并且分别由不同地优化的材料制成，支承结构4a支承低温容器3的重量并且由以下材料制成，在该材料中，对于最大允许的机械应力σ与热导率λ在300K与4K之间的温度范围ΔT上的积分θ的比例σ/θ适用：σ/θ>1/3MPa·m/W，其中，σ>100MPa、θ<300W/m，并且外管4b由以下材料制成，低温流体不能或只能以实际上不可测量的量扩散通过该材料，并且该材料可以与低温恒温器布置系统1的其他部件流体密封地连接，从而从低温容器3向真空容器2中产生的总泄漏率小于10-6mbar·l/s。
在本发明的在附图的图1至4中示出的实施方式中，支承结构4a以内管的形式构造，并且低温容器3的内部体积与真空容器2外部的区域的空间连接可以通过内管建立，从而低温流体可以从低温容器3向真空容器2外部的区域中流动或者反之。在此，外管4b可以与内管处于直接的、优选导热良好的接触中，这在附图中当然未示出。备选地，如图1至4示出的那样，外管4b可以相对于内管隔开间距，并且在内管和外管4b之间保持敞开间隙4c。在这种情况下，外管4b和内管优选通过多个轴向设置的、径向延伸的热桥相互连接。
如在图1、2和4中可看出的那样，流出的低温物引导穿过在内管4a和外管4b之间的环状间隙4c，以便将冷气体的焓尽可能好地用于拦截热，所述热从外容器(亦即真空容器2)沿着颈管4向低温箱3中流动。
外管4b建立用于隔离真空的密封性。所述壁厚这样设计，使得可以承受在环状间隙4c和隔离真空之间的最大压差，并且不发生低温物向隔离真空中的明显扩散。所述材料这样选择，使得与低温恒温器的其他部分(例如低温箱3的盖板)的密封连接可以可靠且便宜地建立。外管4b例如可以由不锈钢制成，所述外管具有突出的焊接特性。该管的壁厚可以非常薄地选择，因为所述管不必承受低温箱3(和处于其中的部件)的整个重量。
内管4a支承低温箱3的重量。低温箱当然不必密封地封闭，因此可以选择以下材料，该材料的特征首要在于机械强度和热导率的大比例。在这里，例如考虑纤维增强的塑料。因此，支承结构4a例如可以特别是由玻纤增强塑料、特别优选由纤维复合材料G10制成。
玻纤增强塑料管在两个端部上与不锈钢套筒连接。在玻纤增强塑料和不锈钢套筒之间的连接可能性对于本领域技术人员是已知的。不锈钢套筒必须具有一定的最小长度(典型地50mm)。
图5a和5b的图示示出用于不锈钢(图5a)和用于纤维复合材料G10(图5b；来源：分别J.W.Kooi、Caltech)的热导率积分。如可看出的那样，不锈钢的热导率积分比G10的热导率积分大大约30倍。当然，不锈钢也比G10硬得多，因此，作为特征值必须考虑强度与热导率的比例。不锈钢的考虑用于设计的0.2％的屈服极限典型地为360MPa(用于1.4301)；G10的抗拉强度处于大约270MPa。
即使在保守的假设下，即，在G10中相对于抗拉强度应用安全系数3并且不锈钢可以被加载直至屈服极限，经由不锈钢管的热导率是经由具有相同承载能力的玻纤增强塑料管的热导率[(270/3Mpa)/(1W/cm)]/[(360Mpa)/30W/cm)]＝7.5倍大。
优选由塑料制成的支承结构4a在其两个端部上分别支承优选由不锈钢制成的金属突起5a‘、5a“。金属突起5a‘、5a“分别具有在20mm与100mm之间、优选大约50mm的长度并且具有在50mm2与500mm2之间的应力横断面积。
如在图1中示出的那样，在本发明的简单的实施方式中，内管4a的上端部可以在正常运行中流体密封地封闭，特别是通过过压阀或破裂保险片9封闭，从而在正常运行中流出的低温流体必须流动通过在内管4a和外管4b之间的间隙4c。在内管4a和外管4b之间的间隙4c在颈管4的较靠近低温容器3的端部处具有节流阀7。
在图2中示出本发明的备选于此的实施方式，其中，在颈管4内部、特别是在内管内部和/或在支承结构4a和外管4b之间安装有所谓的挡板6，所述挡板拦截热辐射并抑制对流。挡板6优选构造成可折叠的，以便所述挡板在低温物快速流出的情况下(例如在失超情况下)释放内管4a的横截面，并且以这种方式限制低温箱3中的压力上升。
在本发明的其他实施方式中，环状间隙4c也可以用作用于过冷系统的泵管道。当泵管道的输入端由节流阀保护时，则在确定外管4b的尺寸时不必考虑失超压力。在泵管道(环状间隙4c)和低温箱3(或内管4a中的体积)之间的绝对密封性是不必需的。小的泄漏流量可以被接受，如果该泄漏流量与由制冷机抽出的流量相比较小的话。
图3说明这样设计的实施方式，其中，低温恒温器包含焦耳-汤姆逊-冷却器JT，在该焦耳-汤姆逊-冷却器中，低温流体借助于处于真空容器2外部的(在附图中未示出的)泵卸压，其中，在支承结构4a和外管4b之间的间隙4c是在焦耳-汤姆逊-冷却器JT和泵之间的连接管道的部分。在图3中示出低温箱，该低温箱借助于热障20分成两个区域。热障20是热绝缘的，但能实现在两个区域(例如由热绝缘材料制成的柔性膜)之间的压力补偿。在热障的上方，例如低温物在大气压时处于饱和状态下。在热障的下方，低温物处于过冷状态下(亦即大气压，但处于平衡温度以下的温度)。为此，必须从焦耳-汤姆逊-冷却器JT导出热。这样的布置系统理想地适合用于在4.2K以下的温度时运行超导的电磁线圈。
为了避免系统的机械冗余，在外管4b中可以设置有波纹管区段8。因此，外管4b不可以承受轴向力并且因此也可以不由于轴向力而过度地过于疲劳。本发明的这样改进的实施方式在图4中示出。
也可设想的是本发明的以下实施方式，在所述实施方式中，在省去环状间隙4c中的排气冷却的情况下或在作为泵管道的可用性的情况下实现没有环状间隙的变型方案，或者在所述实施方式中，支承结构(不同于在图中示出的那样)不是构造为管、而是构造为单个杆或多个杆。
本发明的所有上述实施方式的特征(绝大部分)也可以相互组合。

Claims (20)

1.低温恒温器布置系统(1)，所述低温恒温器布置系统具有真空容器(2)和设置在所述真空容器(2)内部的低温容器(3)，其中，所述真空容器(2)具有至少一个颈管(4)，所述颈管具有支承结构(4a)和包围所述支承结构(4a)的外管(4b)，其中，所述支承结构(4a)构造为所述颈管(4)的用于将所述低温容器(3)机械地悬挂在所述真空容器(2)上的部分并且所述外管(4b)构造为所述颈管(4)的用于建立在所述低温容器(3)的内部空间和所述真空容器(2)的内部空间之间的扩散屏障的部分，其中，所述颈管(4)引导到所述低温容器(3)并且所述低温容器(3)的内部体积与所述真空容器(2)外部的区域的空间连接能够通过所述颈管(4)建立，从而低温流体能够从所述低温容器(3)向所述真空容器(2)外部的区域中流动或者反之，
其特征在于，
所述颈管(4)设计成，使得一方面所述低温容器(3)的机械固定的功能和另一方面所述颈管(4)的壁的密封性的功能彼此分开，其方式是，一方面所述颈管(4)的用于将所述低温容器(3)机械地悬挂在所述真空容器(2)上的部分和另一方面所述颈管(4)的用于建立在所述低温容器(3)的内部空间和所述真空容器(2)的内部空间之间的扩散屏障的部分在空间上彼此分开地设置并且分别由不同地优化的材料制成，
所述支承结构(4a)在其两个端部上分别具有金属突起(5a‘、5a“)，
所述支承结构(4a)支承所述低温容器(3)的重量并且由以下材料制成，在该材料中，对于最大允许的机械应力σ与热导率λ在300K与4K之间的温度范围ΔT上的积分θ的比例σ/θ适用：
σ/θ>1/3(MPa·m)/W，其中σ>100MPa、θ<300W/m，
所述外管(4b)由以下材料制成，低温流体不能或只能以实际上不可测量的量扩散通过该材料，并且该材料与所述低温恒温器布置系统(1)的其他部件流体密封地连接，从而从所述低温容器(3)向所述真空容器(2)中产生的总泄漏率小于10-6mbar·l/s，
所述支承结构(4a)以内管的形式构造，并且所述低温容器(3)的内部体积与所述真空容器(2)外部的区域的空间连接能够通过所述内管建立，从而低温流体能够从所述低温容器(3)向所述真空容器(2)外部的区域中流动或者反之，
所述外管(4b)相对于所述内管隔开间距，并且在所述内管和所述外管(4b)之间保持敞开间隙(4c)，
所述低温恒温器布置系统包含焦耳-汤姆逊-冷却器(JT)，在所述焦耳-汤姆逊-冷却器中，低温流体借助处于所述真空容器(2)外部的泵卸压，并且在所述支承结构(4a)和所述外管(4b)之间的间隙(4c)是在所述焦耳-汤姆逊-冷却器(JT)和所述泵之间的连接管道的部分。
2.按照权利要求1所述的低温恒温器布置系统，其特征在于，所述外管(4b)与所述内管处于直接的接触中。
3.按照权利要求1所述的低温恒温器布置系统，其特征在于，所述外管(4b)与所述内管处于直接的导热良好的接触中。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的低温恒温器布置系统，其特征在于，所述外管(4b)和所述内管通过多个轴向设置的、径向延伸的热桥相互连接。
5.按照权利要求1至3中任一项所述的低温恒温器布置系统，其特征在于，所述支承结构(4a)由塑料制成。
6.按照权利要求1至3中任一项所述的低温恒温器布置系统，其特征在于，所述支承结构(4a)由纤维增强的塑料制成。
7.按照权利要求1至3中任一项所述的低温恒温器布置系统，其特征在于，所述支承结构(4a)由玻纤增强塑料制成。
8.按照权利要求1至3中任一项所述的低温恒温器布置系统，其特征在于，所述支承结构(4a)由纤维复合材料G10制成。
9.按照权利要求1至3中任一项所述的低温恒温器布置系统，其特征在于，所述支承结构(4a)由塑料制成并且所述金属突起(5a‘、5a“)分别由不锈钢制成。
10.按照权利要求9所述的低温恒温器布置系统，其特征在于，所述金属突起(5a‘、5a“)分别具有在20mm与100mm之间的长度并且具有在50mm2与500mm2之间的应力横断面积。
11.按照权利要求9所述的低温恒温器布置系统，其特征在于，所述金属突起(5a‘、5a“)分别具有大约50mm的长度并且具有在50mm2与500mm2之间的应力横断面积。
12.按照权利要求1至3中任一项所述的低温恒温器布置系统，其特征在于，所述外管(4b)由金属制成。
13.按照权利要求1至3中任一项所述的低温恒温器布置系统，其特征在于，所述外管(4b)由不锈钢制成。
14.按照权利要求1至3中任一项所述的低温恒温器布置系统，其特征在于，在所述颈管(4)内部安装有挡板(6)，所述挡板拦截热辐射并且抑制对流。
15.按照权利要求1至3中任一项所述的低温恒温器布置系统，其特征在于，在所述内管(4a)内部和/或在所述支承结构(4a)和所述外管(4b)之间安装有挡板(6)，所述挡板拦截热辐射并且抑制对流。
16.按照权利要求14所述的低温恒温器布置系统，其特征在于，所述挡板(6)构造成可折叠的。
17.按照权利要求1至3中任一项所述的低温恒温器布置系统，其特征在于，所述内管(4a)的上端部在正常运行中流体密封地封闭，从而在正常运行中流出的低温流体必须流动通过在所述内管(4a)和所述外管(4b)之间的间隙(4c)。
18.按照权利要求1至3中任一项所述的低温恒温器布置系统，其特征在于，所述内管(4a)的上端部在正常运行中通过过压阀或破裂保险片(9)流体密封地封闭，从而在正常运行中流出的低温流体必须流动通过在所述内管(4a)和所述外管(4b)之间的间隙(4c)。
19.按照权利要求1至3中任一项所述的低温恒温器布置系统，其特征在于，在所述内管(4a)和所述外管(4b)之间的间隙(4c)在所述颈管(4)的较靠近所述低温容器(3)的端部处具有节流阀(7)。
20.按照权利要求1至3中任一项所述的低温恒温器布置系统，其特征在于，在所述外管(4b)中设有至少一个波纹管区段(8)，从而所述外管(4b)不承受轴向力。
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