用于如磁共振成像系统的脉管制冷器的减振装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种包括基座头和回热器管组件的脉管制冷器(PTR)，所述PTR在冷却磁共振成像系统方面具有特定的应用性。PTR包括基座头和至少一个冷台，至少一个冷台安装在相关联的回热器管和相关联的脉管中的每一个的相对于基座头而言的远端，相关联的回热器管和相关联的脉管一起向至少一个冷台提供加压的冷却剂气体，其中，相关联的回热器管和相关联的脉管均沿着大致平行的轴线延伸；并且还设置为：当脉管制冷器工作时，响应于冷却剂压力的循环变化，相关联的回热器管和相关联的脉管中的每一个的远端的位移大致相同。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及脉管制冷器的减振装置。当在磁共振成像(MRI)系统的冷却系统中实施本专利技术时，本专利技术具有特别的优点。
技术介绍
诸如超导等低温特性现在被广泛用于包括磁共振成像(MRI)、超导磁体、传感器在内的各种不同的应用和基础研究。历史上，诸如氮或氦等低温液体的蒸发被用作冷却机制，以达到此类应用所需的低温。低温液体(特别是氦)的相关缺点在于：由于气化气体的不完全复原而使得它们通常为“可耗尽的”。此外，用于存储或以其他方式处置低温液体的这种装置通常是庞大的，并且需要特殊的处置步骤。这种装置和步骤与患者护理环境在一定程度上相冲突。最近，脉管制冷器(PTR)被用于代替低温液体，以提供替代的低温制冷机制。与低温液体的蒸发相反，PTR不依赖于冷却剂内的相变。相反，PTR基于使用与诸如氦等工作气体冷却剂的压缩和膨胀的工作相关联的冷却的原理运行。因此，对于用于诸如MRI系统等医疗应用的冷却装置而言，PTR系统的使用具有特别的意义。PTR能够以相对适中的几瓦的冷却功率将冷台冷却到4K以下的温度。这些低温是通过在热力循环中膨胀和压缩工作气体而产生的。为了运行该循环，典型的PTR系统包括三个主要部件：压缩机、阀组件和基座部分。压缩机经由高压管路向低温制冷机(cryocooler)供应诸如氦等高压压缩气体，并且在低压管路中接收从低温制冷机返回的气体。基座部分包括：一个或多个脉管；一个或多个回热器管，>其包括提供冷却能力且用于与输入和输出的气体进行热交换的不同回热器材料；以及一个或多个冷台，其与待冷却的对象热连接。阀组件将压缩机的高压侧和低压侧连接至基座部分内的脉管和回热器，并且对压缩机和基座部分之间的气体流动的定时和分配进行控制，以便实现热力循环和后续的冷却。PTR的主要优点在于：与诸如吉福德麦克马洪(Gifford McMahon)冷却器等可选的制冷器不同，PTR具有很少的运动部件，这使得它们在需要低水平振动噪声的应用场合下特别有益。此类应用的实例包括MRI成像，其中除了期望提高图像分辨率之外，还期望减少振动和可闻噪声的需求，这是因为众所周知，在许多MRI手术期间患者变紧张而中止此类手术。此外，与低温恒温器紧密接触的PTR冷头的振动可能会导致MRI磁场内的周期性振动。这可能会对MRI数据的质量产生不利的影响。PTR的其它应用包括：降至非常低的温度的制冷器，在该制冷器中，振动是发热源；以及灵敏的光学、磁性或电子实验，在这些实验中，振动会干扰测量，并且需要额外的工作来降低振动水平。然而，PTR的基座内的气体的循环流动会在基座的管内产生在大的范围内的压力，通常范围为从约5巴到28巴。由于结构材料的弹性，这些压力变化引起基座管的膨胀和收缩，并且膨胀和收缩作为振动传递至冷台，膨胀和收缩通常可在10微米-50微米的范围内。降低冷台的振动的尝试都集中于增加基座中的管的刚度。例如，JP-A-2003329323公开了一种两级PTR，在该PTR中，第二(冷却器)级脉管的壁厚设置为大于第一级脉管的壁厚，以增大管的刚度。刚度的这种增大降低了第二冷台的振动幅度。US-A-2008/0173026在基座部分的管中使用可变壁厚，使得在高温端部处管比较厚，以增大管的刚度，并由此减少振动，并且使得在低温端部处管比较薄，以便使冷却性能的降低达到最小。壁呈阶梯状地或连续地从较厚的高温部分向较薄的低温部分倾斜。然而，由于脉管制冷器的重要性和广泛使用，因此持续地需要减少此类制冷器中存在的振动。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种脉管制冷器，其包括基座头和至少一个冷台，所述至少一个冷台安装在相关联的回热器管和相关联的脉管中的每一个的相对于所述基座头而言的远端，所述相关联的回热器管和所述相关联的脉管一起向所述至少一个冷台提供加压的冷却剂气体，其中，所述相关联的回热器管和所述相关联的脉管均沿着大致平行的轴线延伸；并且还设置为：当所述脉管制冷器工作时，响应于冷却剂压力的循环变化，所述相关联的回热器管和所述相关联的脉管中的每一个的所述远端的位移大致相同。在此，“位移”是矢量，从而回热器管和脉管中的每一个的远端的位移在大小和方向上都相同。优选地，所述位移沿着所述相关联的脉管和所述相关联的回热器管的延伸轴线。如上所述，现有技术试图通过增大基座管(特别是较长的第二级脉管)的壁厚以使管变硬来减少PTR中的振动。与此相反，我们发现造成PTR中的冷台的振动的关键参数是不同的膨胀，特别是相关联的脉管和相关联的回热器管的轴向伸长量。如果脉管和回热器管沿着z轴延伸，那么即使管的z轴位移的微小差异也可能转化为沿x轴方向和y轴方向上的相对较大的运动，从而导致冷台中的大幅度的振动。本专利技术对该问题提供了一种解决方案：通过“平衡”造成各个冷台运动的管的z轴伸长量，使得振动仅限于z轴。z轴振动的幅度显著小于由脉管和回热器管的不同伸长量造成的x轴和y轴振动的幅度，因此将振动限于z轴有益地减少了冷台中的振动的幅度。使用本专利技术的振动幅度已经从18微米显著降低至小于5微米。事实上，如果回热器管和脉管的位移被平衡为振动仅沿着z轴方向，则与现有技术不同，管的平均壁厚对x轴和y轴振动幅度影响非常小。因此，优选地，对于特定冷台而言，至少在使用时在PTR的工作压力范围之内，相关联的回热器管和相关联的脉管的轴向伸长量响应与内部压力的函数大致相同。通常，对于各个冷台而言，所述相关联的回热器管和所述相关联的脉管由具有类似机械特性的材料形成，并且优选地由相同材料形成。这意味着各管具有相同的弹性，因此更易于平衡管的远端的位移。脉管制冷器可以包括串联设置的第一冷台和第二冷台，使得相对于所述基座头而言所述第二冷台位于比所述第一冷台更远的位置，其中，响应于冷却剂压力的循环变化，与所述第二冷台相关联的回热器管的所述远端的位移包括与所述第一冷台和所述第二冷台相关联的回热器管的各个伸长量的总和。包括第一冷台和第二冷台的PTR(两级PTR)优选地需要以上述方式“平衡”第一冷台和第二冷台这两者。通常，与第二冷台相关联的回热器管和与第一冷台相关联的回热器管刚性连接(直接或间接)，这意味着第二级回热器管的远端的总位移是第一回热器管的各个伸长量以及第二回热器管本身的各个伸长量的函数。与使第二级回热器管平衡的第二冷台相关联的脉管通常不与第一冷台的任何部件刚性连接。因此，为了平衡第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉管制冷器，包括基座头和至少一个冷台，所述至少一个冷台安装在相关联的回热器管和相关联的脉管中的每一个的相对于所述基座头而言的远端，所述相关联的回热器管和所述相关联的脉管一起向所述至少一个冷台提供加压的冷却剂气体，其中，所述相关联的回热器管和所述相关联的脉管均沿着大致平行的轴线延伸；并且还设置为：当所述脉管制冷器工作时，响应于冷却剂压力的循环变化，所述相关联的回热器管和所述相关联的脉管中的每一个的所述远端的位移大致相同。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.25 GB 1209243.31.一种脉管制冷器，包括基座头和至少一个冷台，所述至少一
个冷台安装在相关联的回热器管和相关联的脉管中的每一个的相对
于所述基座头而言的远端，所述相关联的回热器管和所述相关联的脉
管一起向所述至少一个冷台提供加压的冷却剂气体，其中，所述相关
联的回热器管和所述相关联的脉管均沿着大致平行的轴线延伸；
并且还设置为：当所述脉管制冷器工作时，响应于冷却剂压力
的循环变化，所述相关联的回热器管和所述相关联的脉管中的每一个
的所述远端的位移大致相同。
2.根据权利要求1所述的脉管制冷器，其中，所述位移沿着所
述相关联的脉管和所述相关联的回热器管的延伸轴线。
3.根据权利要求1或2所述的脉管制冷器，其中，对于所述至
少一个冷台而言，所述相关联的回热器管和所述相关联的脉管由具有
类似机械特性的材料形成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的脉管制冷器，其中，对于
所述至少一个冷台而言，所述相关联的回热器管和所述相关联的脉管
由相同材料形成。
5.根据前述权利要求中任一项所述的脉管制冷器，包括串联设
置的第一冷台和第二冷台，使得相对于所述基座头而言所述第二冷台
位于比所述第一冷台更远的位置，
其中，响应于冷却剂压力的循环变化，与所述第二冷台相关联
的回热器管的所述远端的位移包括与所述第一冷台和所述第二冷台
相关联的回热器管的各个伸长量的总和。
6.根据权利要求5所述的脉管制冷器，其中，与所述第二冷台

\t相关联的所述回热器管的所述远端的位移还包括所述第一冷台自己
的伸长量。
7.根据权利要求5或6所述的脉管制冷器，其中，与所述第二
冷台相关联的所述回热器管的相对于所述基座头而言的近端安装在
所述第一冷台上。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的脉管制冷器，其中，与
所述第一冷台相关联的所述回热器管和与所述第二冷台相关联的所
述回热器管彼此流体连通。
9.根据权利要求5至8...

【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂亚斯·比勒，特奥·赫特里希，约翰·加赛德，迪特尔·杰达姆齐科，
申请(专利权)人：牛津仪器纳米技术工具有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB