低制冷剂系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开低制冷剂系统，其包括低制冷剂磁体、包括再冷凝器的低温制冷机、用于热屏蔽低制冷剂磁体的防热护罩、液体存储装置、气体存储装置及悬架装置，其中，液体存储装置位于防热护罩内并与再冷凝器流体连通用于冷却低制冷剂磁体，气体存储装置位于防热护罩内并与再冷凝器流体连通，悬架装置具有用于连接防热护罩与气体存储装置的多个支架，每一个支架为具有低导热性的硬性构件。本发明的悬架装置能够较好地连接气体存储装置和防热护罩，并且当低制冷剂磁体快速冷却时，本发明的悬架装置能够适应防热护罩与气体存储装置之间的较大差热收缩，而且能够将差热应力降到最低。
【专利说明】
低制冷剂系统
技术领域
[0001]本发明大体涉及冷却系统，尤其涉及一种用于冷却低制冷剂磁体的低制冷剂系统。
【背景技术】
[0002]冷却系统用于将低制冷剂磁体冷却到低温温度。一种现有的用于低制冷剂磁体的冷却系统包括低温制冷机、用于将该低制冷剂磁体与外界温度热隔离的防热护罩以及储气罐，该储气罐位于防热护罩内并且用于存储供应低温制冷机的再冷凝器的氦气。在该现有的冷却系统中，储气罐通常直接焊接到防热护罩，用于热耦接储气罐与防热护罩。然而，由于储气罐通常由不锈钢制成，而防热护罩通常由铝材料制成，由于材料的不同而导致储气罐不易焊接到防热护罩上。
[0003]因此，有必要提供一种改进的系统以解决如上所述的至少一个问题。
【发明内容】
[0004]本发明的一个方面在于提供一种低制冷剂系统，其包括低制冷剂磁体、包括再冷凝器的低温制冷机、用于热屏蔽所述低制冷剂磁体的防热护罩、液体存储装置、气体存储装置及悬架装置，其中，所述液体存储装置位于所述防热护罩内并与所述再冷凝器流体连通用于冷却所述低制冷剂磁体，所述气体存储装置位于所述防热护罩内并与所述再冷凝器流体连通，所述悬架装置具有用于连接所述防热护罩与所述气体存储装置的多个支架，每一个所述支架为具有低导热性的硬性构件。
[0005]根据本发明的【具体实施方式】的低制冷剂系统能够较好地连接气体存储装置和防热护罩，并且当低制冷剂磁体快速冷却时，本发明的【具体实施方式】的低制冷剂系统能够适应防热护罩与气体存储装置之间的较大差热收缩，而且能够将差热应力降到最低。
【附图说明】
[0006]当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中:
[0007]图1是根据本发明的一个【具体实施方式】的低制冷剂系统的示意性框图；
[0008]图2是防热护罩和气体存储装置的部分立体组装图，并且示意性示出根据本发明的第一【具体实施方式】的用于连接气体存储装置与防热护罩的支架；
[0009]图3是图2的防热护罩的法兰和带有支架的气体存储装置的立体分解图；
[0010]图4示意性示出通过根据本发明的第一【具体实施方式】的支架将防热护罩的法兰与气体存储装置相连接的部分剖视图；
[0011]图5示出通过根据本发明的第二【具体实施方式】的支架将防热护罩的法兰与气体存储装置相连接的简化示意图；及
[0012]图6和图7示意性示出图5中的支架的安装步骤。
【具体实施方式】
[0013]为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的【具体实施方式】。在以下对这些【具体实施方式】的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明的披露。
[0014]除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
[0015]图1示出根据本发明的一个【具体实施方式】的低制冷剂系统的示意性框图。如图1所示，根据本发明的一个【具体实施方式】的低制冷剂系统100包括低制冷剂磁体1、包括再冷凝器20的低温制冷机2、用于热屏蔽低制冷剂磁体I的防热护罩3、液体存储装置4、气体存储装置5及悬架装置6，其中，液体存储装置4位于防热护罩3内并与再冷凝器20流体连通用于冷却低制冷剂磁体1，气体存储装置5位于防热护罩3内并与再冷凝器20流体连通，悬架装置6用于连接防热护罩3与气体存储装置5。
[0016]通过本发明的悬架装置6，防护热罩3和气体存储装置5彼此热耦接。本发明的悬架装置6可以使防热护罩3在从室温冷却的过程中冷却气体存储装置5。通过提供悬架装置6，气体存储装置5在断电的情况下将不会快速升温，以便于维持在低压并且延长低制冷剂磁体I的运行。
[0017]继续参照图1所示，低制冷剂磁体I包括至少一个线圈支撑壳12以及多个磁体线圈14。多个磁体线圈14由至少一个线圈支撑壳12所支撑和定位。线圈支撑壳12由导热材料(例如，铝)形成。多个冷却管10热耦接到至少一个线圈支持壳12上并且与液体存储装置4流体连通，多个冷却管10可以由任何合适的金属(例如，铜、不锈钢、铝等)形成。
[0018]在一个【具体实施方式】中，液体存储装置4例如可以是液氦存储装置，液氦存储装置可以由一个或多个液氦存储罐构成。再冷凝器20和液体存储装置4之间可以经由一个或多个通路91实现流体连通。液体存储装置4具有用于提供液态制冷剂，例如液氦(He)的制冷剂入口 42。制冷剂入口 42设有气密地密封配置，从而形成闭环冷却系统。液体存储装置4包含用于闭环冷却系统的液He，用以冷却磁体线圈14。在多个冷却管10与液体存储装置4之间，可以经由一个或多个流体通路92实现流体连通。因此，液体存储装置4提供的液He流过冷却管10，以冷却磁体线圈14。
[0019]参照图1，在本发明的一个【具体实施方式】中，低制冷剂系统100以两级冷却布置示出。低温制冷机2具有不同温度的两级。
[0020]在一个【具体实施方式】中，气体存储装置5例如可以是氦气存储装置，氦气存储装置可以由一个或多个氦气罐构成。在再冷凝器20和氦气存储装置5之间，可以经由一个或多个通路94实现流体连通。多个冷却管10还与蒸汽回流歧管93流体连通，蒸汽回流歧管93通过再冷凝器20与气体存储装置5流体连通。气体存储装置5包含从冷却管10接收作为He蒸汽的He气，从而用以将热量从磁体线圈14移除并且形成闭环冷却系统的一部分。[0021 ] 再冷凝器20连接到低温制冷机2的第二级。再冷凝器20从气体存储装置5抽取He气，从而运行以形成自由对流循环环路，以将磁体线圈14和线圈支撑壳12冷却到低温温度，同时经由一个或多个通路91用液He填充液体存储装置4。在液体存储装置4中的液He可以用来在低温制冷机2断电或关机期间，如在保修期间(例如，在10至12小时内)，冷却磁体线圈14。
[0022]防热护罩3连接到低温制冷机2的第一级。防热护罩3可以通过悬架装置6与气体存储装置5热接触。防热护罩3热耦合到多个冷却管30 (例如，预冷却管)，冷却管30不同于冷却管10并且与冷却管10并不流体连通。例如，冷却管10使用He实现冷却，而冷却管30可以使用液氮(LN2)实现冷却或预冷却。
[0023]在本发明的具有两级冷却布置的低制冷剂系统100中，通过防热护罩3进行冷却可以通过与低温制冷机2的第一级接触以在约40-50K的温度实现第一级冷却，并且也可以例如使用LN2以在约77K与80K之间的温度提供预冷却。第二级冷却使用He冷却实现，从而来达到约4.2K的运行温度。但是，本发明的低制冷剂系统100并不应局限于此。在一个方面，本发明的低制冷剂系统100可以适用于任何多级冷却布置。
[0024]本发明的低制冷剂系统100定位在真空容器8内。低温制冷机2包括冷头(未图示)、用于驱动冷头工作的电动机22以及冷头套管(未图示)。低温制冷机2的冷头可以定位在冷头套管内，从而不会影响真空容器8内的真空。此外，低温制冷机2的电动机22设在真空容器8的外部。
[0025]图2-4示出根据本发明的第一【具体实施方式】的防热护罩3和气体存储装置5之间连接的示意图。图2示出防热护罩3和气体存储装置5的部分立体组装图。在图2中，为了清楚地显示各个元件，防热护罩3和气体存储装置5的部分被切除。如图2所示，防热护罩3包括一对法兰31、外筒32和内筒34。外筒32定位在一对法兰31之间。内筒34在防热护罩3中间并延伸穿过该对法兰31。外筒32围绕内筒34设置。在本【具体实施方式】中，作为一个具体实例，气体存储装置5被显示为包括一对氦气罐。但是，本发明的气体存储装置5并不应局限于此。在本发明的一个【具体实施方式】中，防热护罩3由铝制成，气体存储装置5由不锈钢制成。
[0026]图3是图2的防热护罩3的法兰31和气体存储装置5的立体分解图。参照图2和图3，本发明的悬架装置6包括用于连接防热护罩3与气体存储装置5的多个支架61。每一个支架61为具有低导热性的硬性构件。在一个【具体实施方式】中，每一个支架61具有薄壁结构。例如，该对支架61通常由薄壁不锈钢制成。
[0027]在本【具体实施方式】中，气体存储装置5是环形气体存储装置，并且气体存储装置5围绕防热护罩3的内筒34设置。多个支架61沿着气体存储装置5的周向方向设置，并且连接到防热护罩3的法兰31。在本发明的附图中，作为一个具体实例，多个支架61被显示为六个，并且六个支架61沿环形气体存储装置5的周向方向等距离地设置在气体存储装置5上。但是，本发明的支架61的数量和分布并不应局限于此，本发明的支架61的数量和分布可以根据实际应用而相应地调整。
[0028]多个支架61在气体存储装置5所在平面的径向上是柔性的，因此，当低制冷剂磁体I快速冷却时，多个支架61可以适应防热护罩3和气体存储装置5之间的较大差热收缩，并且能够将差热应力降到最低。多个支架61在气体存储装置5所在平面的轴向及横向上是硬性的，因此，固有振动频率较高并且不会不利地影响低制冷剂系统100的成像质量。而且，多个支架61也可以在合理的时间内通过热防护罩3提供充分的热传导，以冷却气体存储装置5。
[0029]图4示出通过根据本发明的第一【具体实施方式】的多个支架61将防热护罩3的法兰31与气体存储装置5相连接的部分剖视图。如图3和4所示并结合参照图2，每一个支架61包括连接到气体存储装置5的第一支架611以及连接到防热护罩3的法兰31的第二支架612。
[0030]在本发明的第一【具体实施方式】中，每个支架61的第一支架611和第二支架612是两个独立的构件，并且第一支架611和第二支架612呈一定角度彼此连接。第二支架612连接到防热护罩3的法兰31的内表面。
[0031]在一个【具体实施方式】中，第一支架611和第二支架612是由相同的材料制成，并且，第一支架611焊接到第二支架612。例如，第一支架611和第二支架612是由不锈钢制成。
[0032]参照图3和图4，在法兰31上设有用于方便第一支架611和第二支架612之间的连接的开口 310。通过开口 310，可以将第一支架611和第二支架612焊接在一起。
[0033]在本【具体实施方式】中，第一支架611和第二支架612具有与气体存储装置5相同的材料，所以，第一支架611可以通过焊接连接到气体存储装置5。
[0034]因为第一支架611和第二支架612具有与防热护罩3不同的材料，所以第二支架612不能直接焊接到防热护罩3。在这种情况下，如图3和图4所示，在法兰31上设有多个孔312，并且，在第二支架612上也设有多个孔6122。在一个【具体实施方式】中，可以从法兰31的里面或者外面将多个铆钉(未图示)分别铆接到法兰31上的多个孔312和第二支架612上的多个孔6122，从而将第二支架612连接到法兰31。在另一可选择的【具体实施方式】中，可以从法兰31的里面或者外面将多个螺栓(未图示)分别螺接到法兰31上的多个孔312和第二支架612上的多个孔6122，从而将第二支架612连接到法兰31。
[0035]在组装时，首先，可以将每一个支架61的第一支架611焊接到气体存储装置5，并且，第二支架612可以通过铆接或者通过螺栓连接到防热护罩3的法兰31上。然后，通过法兰31的开口 310，将第一支架611和第二支架612焊接在一起，从而完成悬架装置6的所有支架61的组装。因此，气体存储装置5通过悬架装置6的支架61连接到防热护罩3。
[0036]本发明的包括多个支架61的悬架装置6可以使得低制冷剂磁体I快速冷却，并且，包括多个支架61的悬架装置6可以维持几乎恒定的气压，从而，低制冷剂磁体I在断电的情况下仍然可以运行较长时间，并且包括多个支架61的悬架装置6可以在合理的时间内通过至防热护罩3的热传导提供足够的热传递，用以冷却气体存储装置5。
[0037]图5示出通过根据本发明的第二【具体实施方式】的支架62将防热护罩3的法兰31与气体存储装置5相连接的简化示意图。如图5所示，不同于第一【具体实施方式】中的支架61，在第二【具体实施方式】中，支架62的第一支架621和第二支架622 —体形成为单件支架，并且，通过预弯曲支架62而彼此呈一定角度。
[0038]与第一【具体实施方式】的支架61类似，在第二【具体实施方式】的支架62中，第一支架621和第二支架622也具有与气体存储装置5相同的材料，例如，第一支架621和第二支架622由不锈钢制成。所以第一支架621也可以通过焊接连接到气体存储装置5。
[0039]与第一【具体实施方式】的支架61类似，在第二【具体实施方式】的支架62中，在防热护罩3的法兰31上也设有开口 310。但与第一【具体实施方式】的支架61不同的是，在第二【具体实施方式】的支架62中，第二支架622延伸穿过法兰31的开口 310以连接到法兰31的外表面。
[0040]此外，与第一【具体实施方式】的支架61不同的是，在第二【具体实施方式】中，每一个支架62还包括块状物623，并且第二支架622通过块状物623连接到法兰31。在一个【具体实施方式】中，第二支架622连接到块状物623，并且，块状物623连接到法兰31。块状物623具有与第一支架621和第二支架622不同的材料，所以块状物623不能直接焊接到第二支架622。在一个【具体实施方式】中，在第二支架622和块状物623上均设有多个孔(未图示)。第二支架622可以通过铆接或通过螺栓连接到块状物623。
[0041]块状物623具有与防热护罩3相同的材料，例如，块状物623可由铝制成。因为块状物623具有与防热护罩3相同的材料，所以块状物623可以通过焊接连接到防热护罩3的法兰31。
[0042]此外，为了提高第二支架622和块状物623之间导热性的均匀性，在第二支架622和块状物623之间设有导热界面(未图示)。
[0043]在组装时，参照图6，将每一个支架62的第一支架621先分别焊接到气体存储装置5，并且通过法兰31的开口 310滑动每一个支架62。参照图7，然后，将块状物623螺接到每一个支架62的第二支架622。接着，参照图5，轴向滑动防热护罩3的法兰31，然后将块状物623焊接到法兰31上。接下来，将每一个支架62的第二支架622与块状物623分离，并用导热界面涂覆第二支架622。最后，用导热界面的粘结将第二支架622螺死。因此，完成所有支架62的组装，并且通过包括多个支架62的悬架装置6将气体存储装置5连接到防热护罩3的法兰31。
[0044]根据第二【具体实施方式】的包括多个支架62的悬架装置6具有与第一【具体实施方式】的多个支架61相似的有益技术效果，故在此不再赘述。
[0045]虽然结合特定的【具体实施方式】对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。
【主权项】
1.一种低制冷剂系统，其包括: 低制冷剂磁体； 低温制冷机，其包括再冷凝器； 防热护罩，其用于热屏蔽所述低制冷剂磁体； 液体存储装置，其位于所述防热护罩内并与所述再冷凝器流体连通用于冷却所述低制冷剂磁体； 气体存储装置，其位于所述防热护罩内并与所述再冷凝器流体连通；及悬架装置，其具有用于连接所述防热护罩与所述气体存储装置的多个支架，其中，每一个所述支架为具有低导热性的硬性构件。2.如权利要求1所述的低制冷剂系统，其中，每一个所述支架具有薄壁结构。3.如权利要求1所述的低制冷剂系统，其中，所述气体存储装置为环形气体存储装置，所述多个支架沿所述环形气体存储装置的周向方向设置。4.如权利要求1所述的低制冷剂系统，其中，所述防热护罩包括法兰，所述多个支架连接到所述防热护罩的所述法兰，每一个所述支架包括连接到所述气体存储装置的第一支架以及连接到所述防热护罩的所述法兰的第二支架。5.如权利要求4所述的低制冷剂系统，其中，所述第一支架和所述第二支架是两个独立的构件，并且，所述第一支架和所述第二支架呈一定角度彼此连接。6.如权利要求5所述的低制冷剂系统，其中，所述第二支架连接到所述防热护罩的所述法兰的内表面，在所述法兰上设有用于方便所述第一支架和所述第二支架之间的连接的开口。7.如权利要求6所述的低制冷剂系统，其中，所述第一支架和所述第二支架是由相同的材料制成，并且，所述第一支架焊接到所述第二支架，所述第一支架通过焊接连接到所述气体存储装置，在所述法兰和所述第二支架上均设有多个孔，所述第二支架通过铆接或通过螺栓连接到所述法兰。8.如权利要求4所述的低制冷剂系统，其中，所述第一支架和所述第二支架一体形成为单件支架，并且，所述第一支架和所述第二支架通过预弯曲所述支架而彼此呈一定角度。9.如权利要求8所述的低制冷剂系统，其中，在所述法兰上设有开口，所述第二支架延伸穿过所述开口以连接到所述法兰的外表面。10.如权利要求9所述的低制冷剂系统，其中，每一个所述支架还包括块状物，所述第二支架通过所述块状物连接到所述法兰，所述第二支架连接所述块状物，所述块状物连接到所述法兰。11.如权利要求10所述的低制冷剂系统，其中，所述块状物具有与所述第一和所述第二支架不同的材料，所述第一和所述第二支架具有与所述气体存储装置相同的材料，所述块状物具有与所述防热护罩相同的材料，所述第一支架通过焊接连接到所述气体存储装置，所述第二支架通过铆接或通过螺栓连接到所述块状物，所述块状物通过焊接连接到所述法兰。12.如权利要求10所述的低制冷剂系统，其中，在所述第二支架和所述块状物之间设有导热界面。
【文档编号】F25B9/10GK105987530SQ201510080075
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月13日
【发明人】埃万盖洛斯·特里丰·拉斯卡里斯, 李军, 江隆植, 李安峰, 亚历山大·卡根, 傅立军
【申请人】通用电气公司