加速冷却的方法技术

本发明专利技术提供了将低温系统的目标部件加速冷却至低温工作温度的方法。该方法包括如下步骤：利用第一冷却装置来冷却低温系统的目标区域，所述第一冷却装置适于借助其与目标部件之间的热传导来将目标区域冷却至第一温度，并且在第一温度具有第一冷却功率；以及利用低温冷却器将低温系统的目标部件从第一温度冷却至工作温度，其中第一冷却装置在第一温度的第一冷却功率大于低温冷却器在第一温度的冷却功率。这允许比使用常规方法时更快地冷却低温系统的目标部件。

【技术实现步骤摘要】
加速冷却的方法
本专利技术涉及冷却低温系统的方法。特别地，本专利技术涉及利用多级冷却来冷却低温系统的方法。
技术介绍
低温系统，如MRI(磁共振成像)系统，要求低温系统所包含的超导磁体被冷却而使得低温系统能运行。为使得超导磁体起作用，需要将这些超导磁体冷却至极低的温度。例如，该温度可能是小于20开尔文(K)。可以利用诸如液态氮或液态氦等冷却剂冷却低温系统。然而，在一些情形下，不能使用或者不期望使用冷却剂。在这些情况下，可以使用更少使用冷却剂材料或者根本不使用冷却剂的其它方法或设备。例如，这可以通过使用如脉冲管制冷机(PTR)、GM制冷机、斯特林制冷机(sterlingrefrigerator)或其它类型的低温冷却器等低温冷却器来完成。低温冷却器通过借助热传导直接冷却目标(例如超导磁体)来工作。为了冷却至要求温度，经常需要使用两级低温冷却器。这是因为，单级低温冷却器经常不能冷却至要求温度。然而，因为低温冷却器(包括两级低温冷却器在内)仅能够进行“点冷却(spotcooling)”，所以可能会花费两天到三天来冷却目标部件，并且对于更大的目标系统，可能花费两周以上来将目标冷却至工作温度。这因此表明了有相当长的时间段低温系统不能运行。这意味着，为冷却至运行温度，必须在低温系统的测试或安装期间留出相当长的时间段。这既低效又成本高，因为在低温系统达到其运行温度之前不能使用低温系统且不能进行测试。因此，需要减少将低温系统冷却至运行温度而更快达到运行状态所花费的时间量。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种将低温系统的目标部件加速冷却至低温工作温度的方法，包括如下步骤：利用第一冷却装置来冷却低温系统的目标区域，第一冷却装置适于通过其与目标部件之间的热传导而将目标区域冷却至第一温度，并且所述第一冷却装置在第一温度具有第一冷却功率；利用低温冷却器将低温系统的目标部件从第一温度冷却至工作温度，其中第一冷却装置在第一温度的第一冷却功率大于低温冷却器在第一温度的冷却功率。第一温度可以高于第一冷却装置所能达到的平衡或可持续温度(即，基准温度)。在该情况下，随着温度接近基准温度，向基准温度的冷却放缓。第一温度的确切温度将取决于所使用的冷却装置。例如，示例的第一冷却装置在30K可以具有大约65W的冷却功率，而在20K为0W，因此由于随着目标区域接近20K，冷却放缓，因此更高效的是在高于20K的温度开始利用低温冷却器冷却。开始冷却的最佳点可以是当目标区域已经冷却至下述的温度的时候：低温冷却器的冷却功率至少如第一冷却装置在该温度的冷却功率一样高(例如大于或等于)。实际的考虑是，如果尝试第一冷却装置和低温冷却器的交换，则低于大约80K，空气将凝结在表面上。因此，有益的是在略高温度执行这样的交换从而降低污染的风险。因为第一冷却装置在第一温度具有比低温冷却器大的冷却功率，所以这使得与仅使用低温冷却器相比初始冷却更快速。一旦初始冷却完成且目标部件达到第一温度，则低温冷却器随后用于从第一温度冷却至工作温度，在该工作温度，例如低温冷却器可以具有比第一冷却装置大的冷却功率或者第一冷却装置可能不能达到工作温度。已经发现，以此方式冷却极大地提高了冷却低温系统尤其是目标部件的速率。利用该方法，在很多情况下冷却低温系统所花费的时间能够至少减半。例如，如果系统使用常规方法冷却花费两周，则使用本专利技术的方法将(取决于确切的情形)花费大约一周。实质上，该方法允许低温系统的目标部件比使用常规方法时更快速地冷却。低温系统的目标部件通常由一个或多个辐射屏蔽件封闭，一个或多个辐射屏蔽件又收容在低温系统的低温恒温器的主体内。因此，为使诸如低温冷却器等设备能够通过热传导来冷却目标部件，有必要使低温系统具有提供端口的接口，低温冷却器的冷却元件可以放置到该端口中。低温系统可以具有两个这样的接口，使得第一冷却装置和低温冷却器同时在单独的接口处附接到低温系统。这将允许无需移除一个冷却设备且用第二冷却设备取代该一个冷却设备就能进行全部冷却。然而，该方法包括当目标区域处于第一温度时用低温冷却器替换第一冷却装置的步骤。这意味着，低温系统无需专门进行适应处理来允许执行该方法，这意味着其可以与能够借助低温冷却器冷却的任何常规的低温系统一起使用。常规地，低温系统可以具有至少一个辐射屏蔽件。每个辐射屏蔽件通过有效地拦截从可能处于室温的低温系统外部传递的一些热量来提供对其所保护的目标部件的绝缘。这放慢了低温系统所在的环境加热冷却目标的速率。为了使得辐射屏蔽件(一个或多个)有效，每个辐射屏蔽件需要被冷却从而将目标部件置于低热辐射环境中。每个辐射屏蔽件的冷却可独立于目标部件的冷却。实际上，当冷却目标部件时，优选的是，第一冷却装置也通过热传导来冷却至少一个辐射屏蔽件，至少一个辐射屏蔽件位于目标部件与低温系统外部之间。此外，第一冷却装置也通过热传导来冷却至少一个辐射屏蔽件。利用相同的装备同时冷却任何辐射屏蔽件，实现了更大的冷却效率并且减少了冷却整个系统以及目标部件所需的装备的数量。低温冷却器可以是单级低温冷却器，但是典型地，低温冷却器是两级低温冷却器。这允许低温冷却器达到较低温度，并且允许在低温进行更高效的冷却。这是因为，低温冷却器的第二级将被优化而在诸如4K或4.2K的低温最高效地运转，这样允许在这种温度更快速冷却。第一冷却装置可以是能够通过热传导而冷却至低温温度的任何设备，如通过该装置泵送液态氦的管道或换热器。典型地，第一冷却装置是单级低温冷却器。单级低温冷却器允许目标部件进行可预期冷却，并且是不需要大量低温流体的单个设备。使用单级低温冷却器且然后使用两级低温冷却器与仅使用两级低温冷却器相比的优点在于，两级低温冷却器的第二级在中间温度(例如在高于大约25K至40K的温度)具有有限的冷却功率，并且因此两级低温冷却器将目标部件从室温冷却至4K的低运行温度的能力非常有限。单级低温冷却器在冷却至该中间温度方面有效得多。这是因为，单级低温冷却器可经优化而在例如77K冷却。因此，这通过提高初始冷却(即，从环境温度到中间温度，中间温度充当“第一温度”)速率而提高了冷却目标部件的速度。将单级低温冷却器与目标部件耦合而允许单级低温冷却器与目标部件之间的热传导。这可以通过例如铜条或另一种导热材料实现。低温冷却器的冷却功率通常受其尺寸以及多种其它因素影响。“现成的”单级低温冷却器典型地短于两级低温冷却器。这意味着，为了尽可能高效地冷却目标区域，使用某种形式的热耦合来桥接单级低温冷却器与目标区域之间的间隙。可能存在正在被冷却的两个部位，目标区域和目标区域周围的辐射屏蔽件。为冷却这两个部位，单级低温冷却器可放置成与辐射屏蔽件直接接触，而单级低温冷却器的底部与目标区域热耦合。因此，单级和两级低温冷却器的长度差意味着，当两级低温冷却器替换单级低温冷却器使用时，第一级可以放置成与辐射屏蔽件直接接触，而第二级放置成与目标区域直接接触。可替代地，第一冷却装置包括导管和换热器，并且通过导管从外部冷却装置向换热器提供冷却流体。换热器和外部冷却装置提供了单级低温冷却器的替代选择，同时还提供了单级低温冷却器在第一温度的较大冷却功率方面的益处。附图说明下面参考附图详细说明实施例，在附图中：图1示出了实施例的过程的流程图；图2示出了与目标部件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将低温系统的目标部件加速冷却至低温工作温度的方法，包括如下步骤：利用第一冷却装置来冷却低温系统的目标区域，所述第一冷却装置适于通过其与所述目标部件之间的热传导而将所述目标区域冷却至第一温度，并且所述第一冷却装置在所述第一温度具有第一冷却功率；当所述目标区域处于所述第一温度时，利用低温冷却器来替换所述第一冷却装置；以及利用所述低温冷却器将所述低温系统的目标部件从所述第一温度冷却至工作温度，其中所述第一冷却装置在所述第一温度的所述第一冷却功率大于所述低温冷却器在所述第一温度的冷却功率。

【技术特征摘要】
2015.12.14 GB 1521946.21.一种将低温系统的目标部件加速冷却至低温工作温度的方法，包括如下步骤：利用第一冷却装置来冷却低温系统的目标区域，所述第一冷却装置适于通过其与所述目标部件之间的热传导而将所述目标区域冷却至第一温度，并且所述第一冷却装置在所述第一温度具有第一冷却功率；当所述目标区域处于所述第一温度时，利用低温冷却器来替换所述第一冷却装置；以及利用所述低温冷却器将所述低温系统的目标部件从所述第一温度冷却至工作温度，其中所述第一冷却装置在所述第一温度的所述第一冷却功率大于所述低温冷却器在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼尔·克拉克，
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