DE4020593A1 - Kryogene kuehlvorrichtung - Google Patents
Kryogene kuehlvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine kryogene Kühlvorrichtung, mit einer
Wärmeabschirmung, einem Vakuumbehälter und einer magnetischen
Abschirmung, die in dieser Reihenfolge außerhalb eines kryoge
nen Behälters angeordnet sind, in welchem eine supraleitende
Spule untergebracht ist. Ferner umfaßt die Vorrichtung eine
Kühleinrichtung zur Kühlung der Wärmeabschirmung.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt eines Beispiels einer herkömm
lichen kryogenen Kühlvorrichtung von der Bauart, die in einem
Diagnosesystem mit magnetischer Resonanz verwendet wird. In
der dargestellten Weise ist ein Behälter 1 für flüssiges He
lium vorgesehen, in welchem eine supraleitende Spule 13 un
tergebracht ist und der mit flüssigem Helium 1a gefüllt ist,
das als kryogenes Kühlmittel dient, um den Behälter 1 für flüs
siges Helium auf einer Temperatur von 4,2 K zu halten. Eine er
ste Wärmeabschirmung 2 ist außerhalb des Behälters 1 für flüssi
ges Helium angeordnet und umgibt diesen.
Die erste Wärmeabschirmung 2 dient dazu, die Intensität von
Strahlungswärme zu reduzieren, welche zum Behälter 1 für flüs
siges Helium vordringen kann. Eine zweite Wärmeabschirmung 3
ist außerhalb von der ersten Wärmeabschirmung 2 vorgesehen und
umgibt diese; sie dient dazu, die Intensität von Strahlungs
wärme zu reduzieren, die zur ersten Wärmeabschirmung 2 vor
dringen kann.
Der Behälter 1 für flüssiges Helium, die erste Wärmeabschir
mung 2 und die zweite Wärmeabschirmung 3 sind in einem Vakuum
behälter 4 untergebracht, dessen Innenraum zur Wärmeisolierung
evakuiert ist. Eine magnetische Abschirmung 14 ist außerhalb
von dem Vakuumbehälter 4 vorgesehen und umgibt diesen, wobei
die magnetische Abschirmung 14 verhindert, daß ein von der
supraleitenden Spule 13 erzeugter magnetischer Fluß nach außen
dringt.
Eine Kühlvorrichtung 5 kühlt die erste Wärmeabschirmung 2 und
die Wärmeabschirmung 3 durch eine Kühlleitung 5a. Die Kühllei
tung 5a hat einen Kühlbereich 6 der ersten Stufe und einen
Kühlbereich 7 der zweiten Stufe. Ein zweites wärmeleitendes
Element 8 ist zwischen die zweite Wärmeabschirmung 3 und den
Kühlbereich 6 der ersten Stufe geschaltet, um Wärme von der
zweiten Wärmeabschirmung 3 zu dem Kühlbereich 6 der ersten
Stufe abzuführen.
Ein erstes wärmeleitendes Element 9 ist in gleicher Weise zwi
schen die zweite Wärmeabschirmung 2 und den Kühlbereich 7 der
zweiten Stufe geschaltet, um Wärme von der ersten Wärmeab
schirmung 2 zu dem Kühlbereich 7 der zweiten Stufe abzuführen.
Die Kühlleitung 5a erstreckt sich durch Öffnungen 4a und 3a,
die in dem Vakuumbehälter 4 bzw. der Wärmeabschirmung 3 ausge
bildet sind und stellt eine Verbindung zwischen der Kühlvor
richtung 5 sowie den Wärmeabschirmungen 2 und 3 dar.
Die Kühlleitung 5a, der Kühlbereich 6 der ersten Stufe, der
Kühlbereich 7 der zweiten Stufe sowie die ersten und zweiten
wärmeleitenden Elemente 8 und 9 wirken miteinander zusammen
und bilden eine wärmeleitende und wärmeabführende Einrichtung.
Ein Balg 10, der eine schwingungsdämpfende Einrichtung dar
stellt, ist zwischen dem Vakuumbehälter 4 und einem Flansch 11
angeordnet, auf dem die Kühlvorrichtung 5 montiert ist. Der
Balg 10 hält das Vakuum des Vakuumbehälters 4 und trägt ela
stisch die Kühlvorrichtung 5 auf dem Vakuumbehälter 4 gegen
über Kräften, die aus dem Unterdruck resultieren, um Schwin
gungen der Kühlvorrichtung 5 im Betrieb zu absorbieren oder zu
dämpfen.
Der Balg 10 kann mit einer Vielzahl von nicht dargestellten Fe
dern kombiniert sein, die zwischen dem Flansch 11 und dem Va
kuumbehälter 4 angeordnet sind. Eine Kompressoreinheit 12 lie
fert der Kühlvorrichtung 5 komprimiertes Heliumgas sowie elek
trische Energie für einen nicht dargestellten Ventilbetäti
gungsmotor, der in der Kühlvorrichtung 5 vorgesehen ist.
Ein Rohr 100a bildet in seinem Innenraum einen elektromagneti
schen Hohlraum 100, in welchem ein Magnetfeld von der supralei
tenden Spule 13 erzeugt wird. Das Rohr 100a ist so angeordnet,
daß es sich durch Öffnungen 14b, 4b und 3b erstreckt, die in
der magnetischen Abschirmung 14, dem Vakuumbehälter 4 bzw. der
zweiten Wärmeabschirmung 3 ausgebildet sind. Der Bereich des
Rohres 100a, der den elektromagnetischen Hohlraum 100 bildet
und der sich durch die Öffnung 4b des Vakuumbehälters 4 er
streckt, ist von einem Flansch 4c luftdicht gelagert. Diese
Bauteile bilden eine Zugangseinrichtung, um von außen einen Zu
gang zum Magnetfeld zu ermöglichen, das von der supraleitenden
Spule 13 erzeugt wird.
Die Wirkungsweise der herkömmlichen kryogenen Kühlvorrichtung
wird nachstehend erläutert. Die Wärmemenge, welche in den Be
hälter 1 für flüssiges Helium eindringt, schwankt mit der Ände
rung der Temperaturen der Wärmeabschirmungen. Wenn die Tempera
turen der Wärmeabschirmungen niedriger werden, so wird auch
die Wärmemenge klein, welche zu dem Behälter 1 für flüssiges
Helium vordringt, und der Verbrauch an flüssigem Helium in dem
Behälter 1 für flüssiges Helium 1a kann reduziert werden.
Genauer gesagt, während des Betriebes der Kühlvorrichtung 5
werden der Kühlbereich 6 der ersten Stufe und der Kühlbereich
7 der zweiten Stufe auf ungefähr 80 K bzw. 20 K gekühlt. In
folgedessen wird die zweite Wärmeabschirmung 3 durch das zweite
wärmeleitende Element 8 gekühlt, während die erste Wärmeab
schirmung 2 durch das erste wärmeleitende Element 9 gekühlt
wird. Daher wird der Verbrauch an flüssigem Helium reduziert.
Bei der herkömmlichen kryogenen Kühlvorrichtung mit dem oben
beschriebenen Aufbau tritt jedoch das Problem auf, daß die Vi
brationen der Kühlvorrichtung 5 im Betrieb auf den dünnwandi
gen Vakuumbehälter 4 übertragen werden und Geräusche sowie
Störungen durch die Schwingungen des Vakuumbehälters 4 hervor
gerufen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kryogene Kühlvorrich
tung anzugeben, mit der es möglich ist, Geräusche und Störun
gen wirksam zu unterdrücken, die während des Betriebes der
Kühlvorrichtung erzeugt werden.
Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung in zufriedenstellender
Weise erreicht. Die erfindungsgemäße kryogene Kühlvorrichtung
weist folgendes auf:
einen kryogenen Behälter, in welchem eine supraleitende Spule untergebracht ist, die in ein kryogenes Kühlmittel eingetaucht ist, und der einen elektromagnetischen Hohlraum umgebend angeordnet ist, in welchem ein Magnetfeld von der supraleitenden Spule erzeugt wird;
einen Vakuumbehäl ter, der außerhalb des kryogenen Behälters angeordnet ist, wo bei ein Vakuumbereich zwischen ihnen vorhanden und mit einer Einrichtung versehen ist, die eine Öffnung bildet;
eine Wärme abschirmung, welche mindestens eine Schicht oder Wand aufweist, die zwischen dem Vakuumbehälter und dem kryogenen Behälter an geordnet ist;
eine magnetische Abschirmung, die außerhalb des Vakuumbehälters angeordnet ist, um zu verhindern, daß ein von der supraleitenden Spule erzeugter magnetischer Fluß nach außen dringt, wobei die magnetische Abschirmung eine größere Wandstär ke besitzt als der Vakuumbehälter;
eine Kühleinrichtung, die fest von der magnetischen Abschirmung gelagert und getragen ist, um die Wärmeabschirmung zu kühlen;
eine wärmeleitende bzw. wärmeabführende Einrichtung, die zwischen die Kühleinrichtung und die Wärmeabschirmung geschaltet ist und durch die Öffnung in dem Vakuumbehälter hindurchgeht, um von der Kühleinrichtung aus eine Kühlwirkung auf die Wärmeabschirmung auszuüben;
eine Schwingungen absorbierende Einrichtung, die zwischen die magne tische Abschirmung und den Vakuumbehälter geschaltet ist, um einen Vakuumbereich zu bilden, in welchem der kryogene Behäl ter untergebracht ist, wobei die Schwingungen absorbierende Einrichtung eine Elastizität besitzt, die im wesentlichen ver hindert, daß von der Kühleinrichtung erzeugte Schwingungen von der magnetischen Abschirmung zum Vakuumbehälter übertragen wer den; und
eine Zugangseinrichtung, um einen Zugang von außen zu einem Magnetfeld zu bieten, das in dem elektromagnetischen Hohlraum von der supraleitenden Spule erzeugt wird.
einen kryogenen Behälter, in welchem eine supraleitende Spule untergebracht ist, die in ein kryogenes Kühlmittel eingetaucht ist, und der einen elektromagnetischen Hohlraum umgebend angeordnet ist, in welchem ein Magnetfeld von der supraleitenden Spule erzeugt wird;
einen Vakuumbehäl ter, der außerhalb des kryogenen Behälters angeordnet ist, wo bei ein Vakuumbereich zwischen ihnen vorhanden und mit einer Einrichtung versehen ist, die eine Öffnung bildet;
eine Wärme abschirmung, welche mindestens eine Schicht oder Wand aufweist, die zwischen dem Vakuumbehälter und dem kryogenen Behälter an geordnet ist;
eine magnetische Abschirmung, die außerhalb des Vakuumbehälters angeordnet ist, um zu verhindern, daß ein von der supraleitenden Spule erzeugter magnetischer Fluß nach außen dringt, wobei die magnetische Abschirmung eine größere Wandstär ke besitzt als der Vakuumbehälter;
eine Kühleinrichtung, die fest von der magnetischen Abschirmung gelagert und getragen ist, um die Wärmeabschirmung zu kühlen;
eine wärmeleitende bzw. wärmeabführende Einrichtung, die zwischen die Kühleinrichtung und die Wärmeabschirmung geschaltet ist und durch die Öffnung in dem Vakuumbehälter hindurchgeht, um von der Kühleinrichtung aus eine Kühlwirkung auf die Wärmeabschirmung auszuüben;
eine Schwingungen absorbierende Einrichtung, die zwischen die magne tische Abschirmung und den Vakuumbehälter geschaltet ist, um einen Vakuumbereich zu bilden, in welchem der kryogene Behäl ter untergebracht ist, wobei die Schwingungen absorbierende Einrichtung eine Elastizität besitzt, die im wesentlichen ver hindert, daß von der Kühleinrichtung erzeugte Schwingungen von der magnetischen Abschirmung zum Vakuumbehälter übertragen wer den; und
eine Zugangseinrichtung, um einen Zugang von außen zu einem Magnetfeld zu bieten, das in dem elektromagnetischen Hohlraum von der supraleitenden Spule erzeugt wird.
In der kryogenen Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung ist die
Kühleinrichtung, beispielsweise die Kühlvorrichtung, auf der
magnetischen Abschirmung gelagert, so daß während des Betrie
bes der Kühlvorrichtung auftretende Vibrationen oder Schwin
gungen durch die dickwandige magnetische Abschirmung unter
drückt werden, so daß praktisch keine Schwingungen oder Vibra
tionen zum Vakuumbehälter übertragen werden.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer
Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung eines Ausfüh
rungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine Seitenansicht im Querschnitt einer herkömmlichen
kryogenen Kühlvorrichtung der oben beschriebenen Art;
und in
Fig. 2 eine Seitenansicht im Querschnitt einer bevorzugten
Ausführungsform einer kryogenen Kühlvorrichtung gemäß
der Erfindung.
Nachstehend wird zur Beschreibung eines bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiels auf Fig. 2 Bezug genommen, die einen Querschnitt
zeigt. In Fig. 2 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder
entsprechende Teile wie bei der vorstehend anhand von Fig. 1
erläuterten Ausführungsform, so daß zur Vermeidung von Wieder
holungen auf die obigen Darlegungen verwiesen wird.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist eine Kühlvorrichtung
5 luftdicht auf einer magnetischen Abschirmung 20 gelagert und
abgestützt, und zwar mit einem dazwischenliegenden Flansch 21.
Dieser Flansch 21 ist zweckmäßigerweise ringförmig ausgebildet
und an der magnetischen Abschirmung 20 im Bereich ihrer Öff
nung 20a befestigt, durch die die Kühlleitung 5a hindurchgeht.
Dabei ist der Flansch 21, wie in Fig. 2 dargestellt, fest und
luftdicht mit der magnetischen Abschirmung 20 verbunden, z. B.
durch Schweißung, und bildet eine massive Abstützung und Hal
terung. Gegebenenfalls kann die Kühlvorrichtung 5 auch luft
dicht in direktem Kontakt mit der magnetischen Abschirmung 20
angebracht sein.
Bei der kryogenen Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung mit
einem solchen Aufbau wird somit die Kühlvorrichtung 5 von der
dickwandigen magnetischen Abschirmung 20 hoher Festigkeit und
Steifigkeit getragen. Dadurch werden während des Betriebes
von der Kühlvorrichtung 5 erzeugte Vibrationen und Schwingun
gen durch die magnetische Abschirmung 20 unterdrückt. Der Balg
10, der sich von dem Vakuumbehälter 4 entweder durch eine Öff
nung 20a zum Flansch 21 oder zu der magnetischen Abschirmung
20 selbst erstreckt, nimmt etwaige restliche Vibrationen oder
Schwingungen auf.
Auf diese Weise wird zuverlässig vermieden, daß Vibrationen
oder Schwingungen von der Kühlvorrichtung 5 zum Vakuumbehälter
4 übertragen werden, so daß sich verhindern läßt, daß Geräu
sche und Störungen durch Vibrationen bzw. Schwingungen des
Vakuumbehälters 4 auftreten.
Claims (5)
1. Kryogene Kühlvorrichtung, umfassend
- - einen kryogenen Behälter (1), in welchem eine supraleitende Spule (13) untergebracht ist, die in ein kryogenes Kühlmit tel (1a) eintaucht, und der einen elektromagnetischen Hohl raum (100) umgibt, in welchem ein Magnetfeld von der supra leitenden Spule (13) erzeugt wird;
- - einen Vakuumbehälter (4), der außerhalb des kryogenen Be hälters (1) mit einem Vakuumbereich zwischen ihnen angeord net ist und der mit einer Öffnung (4a, 4b) versehen ist;
- - eine Wärmeabschirmung (2, 3), die mindestens eine Schicht oder Wand zwischen dem Vakuumbehälter (4) und dem kryogenen Behälter (1) aufweist;
- - eine magnetische Abschirmung (20), die außerhalb des Vakuum behälters (4) angeordnet ist und verhindert, daß ein von der supraleitenden Spule (13) erzeugter magnetischer Fluß nach außen dringt, wobei die magnetische Abschirmung (20) eine größere Wandstärke hat als der Vakuumbehälter (4);
- - eine Kühleinrichtung (5, 12), die fest von der magnetischen Abschirmung (20, 21) gelagert und getragen ist und die Wärmeabschirmung (2, 3) kühlt;
- - eine wärmeleitende Einrichtung (5a, 8, 9), die zwischen die Kühleinrichtung (5, 12) und die Wärmeabschirmung (2, 3) geschaltet ist und sich durch die Öffnung (4a) des Vakuum behälters (4) erstreckt, um von der Kühleinrichtung (5, 12) aus der Wärmeabschirmung (2, 3) Kühlmittel zuzuführen und eine Kühlwirkung auszuüben;
- - eine Vibrationen absorbierende Einrichtung (10), die zwi schen die magnetische Abschirmung (20) und den Vakuumbe hälter (4) geschaltet ist und einen Vakuumbereich bildet, in welchem der kryogene Behälter (1) und die Wärmeabschir mung (2, 3) untergebracht sind, wobei die Vibrationen ab sorbierende Einrichtung (10) eine Elastizität besitzt, die im wesentlichen verhindert, daß von der Kühleinrichtung (5, 12) erzeugte Schwingungen und Vibrationen von der magne tischen Abschirmung (20) aus zum Vakuumbehälter (4) über tragen werden; und
- - eine Zugangseinrichtung (4c), die einen Zugang von außen zu einem Magnetfeld bietet, das in dem elektromagnetischen Hohlraum (100) von der supraleitenden Spule (13) erzeugt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die magnetische Abschirmung (20) eine Öffnung (20a) be
sitzt, durch die sich die wärmeleitende Einrichtung (5a, 8, 9)
zu der magnetischen Abschirmung (20) erstreckt, wobei die
Kühleinrichtung (5, 12) luftdicht in direktem Kontakt mit dem
äußeren Bereich der magnetischen Abschirmung (20) befestigt
ist, in welcher die Öffnung (20a) ausgebildet ist, und wobei
die wärmeleitende Einrichtung (5a, 8, 9) zwischen die Kühlein
richtung (5, 12) und die Wärmeabschirmung (2, 3) geschaltet
ist und durch die Öffnungen (4a, 20a) in dem Vakuumbehälter
(4) bzw. in der magnetischen Abschirmung (20) hindurchgeht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die magnetische Abschirmung (20) eine Öffnung (20a) sowie einen Flansch (21) aufweist, der zur Befestigung und Lagerung der Kühleinrichtung (5, 12) dient,
daß die Kühleinrichtung (5, 12) mit dem dazwischengeschalteten Flansch (21) luftdicht am äußeren Bereich der magnetischen Ab schirmung (20) befestigt ist, in der die Öffnung (20a) vorge sehen ist, und
daß die wärmeleitende Einrichtung (5a, 8, 9) zwischen die Kühleinrichtung (5, 12) und die Wärmeabschirmung (2, 3) ge schaltet ist und durch die Öffnungen (4a, 20a) in dem Vakuum behälter (4) bzw. in der magnetischen Abschirmung (20) hin durchgeht, wobei die Vibrationen absorbierende Einrichtung (10) zwischen den Flansch (21) und den Vakuumbehälter (4) ge schaltet ist.
daß die magnetische Abschirmung (20) eine Öffnung (20a) sowie einen Flansch (21) aufweist, der zur Befestigung und Lagerung der Kühleinrichtung (5, 12) dient,
daß die Kühleinrichtung (5, 12) mit dem dazwischengeschalteten Flansch (21) luftdicht am äußeren Bereich der magnetischen Ab schirmung (20) befestigt ist, in der die Öffnung (20a) vorge sehen ist, und
daß die wärmeleitende Einrichtung (5a, 8, 9) zwischen die Kühleinrichtung (5, 12) und die Wärmeabschirmung (2, 3) ge schaltet ist und durch die Öffnungen (4a, 20a) in dem Vakuum behälter (4) bzw. in der magnetischen Abschirmung (20) hin durchgeht, wobei die Vibrationen absorbierende Einrichtung (10) zwischen den Flansch (21) und den Vakuumbehälter (4) ge schaltet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vibrationen absorbierende Einrichtung (10) aus einem
Balg besteht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühleinrichtung (5, 12) aus einer Kühlvorrichtung (5)
und einer Kompressoreinheit (12) besteht, die die Kühlvorrich
tung (5) mit elektrischer Energie und mit Kühlgas versorgt.
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