• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Einsupraleitendes Magnetsystem mit einer Betriebstemperatur T1 < 3K,das in einem ersten Helium-Tank (4) eines Kryostaten (1) angeordnetist, wobei ein zweiter Helium-Tank (2) vorgesehen ist, der mit dem erstenHelium-Tank (4) in Verbindung steht und flüssiges Helium bei einer BetriebstemperaturT2 > 3Kenthält,wobei im ersten Helium-Tank (4) eine Kühleinrichtung (6) vorgesehenist, die im ersten Helium-Tank (4) eine Betriebstemperatur T1 < 3Kerzeugt, und wobei die Kühleinrichtung(6) als Joule-Thomson-Ventil mit nachgeschaltetem Wärmetauscherausgeführtist, aus welchem abgepumptes Helium in einen Raumtemperatur-Bereichaußerhalbdes Kryostaten (1) gefördertwird, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Pulsrohr-Kühler (11)vorgesehen ist, dessen kaltes Ende (19) in den zweiten Helium-Tank(2) ragt, und dass das geförderteHelium in einem geschlossenen Kreislauf entlang dem Pulsrohr-Kühler (11)in den zweiten Helium-Tank (2) zurück geführt, dabei vorgekühlt undam kalten Ende (19) des Pulsrohr-Kühlers (11) verflüssigt wird.Das erfindungsgemäße Magnetsystemermöglichteine Minimierung des Heliumverbrauchs und somit einen kontinuierlichenMessbetrieb.
    公开号:DE102004012416A1
    申请号:DE200410012416
    申请日:2004-03-13
    公开日:2005-09-29
    发明作者:Gerhard Dr. Roth
    申请人:Bruker BioSpin GmbH；
    IPC主号:F17C3-08
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein supraleitendes Magnetsystem mit einer BetriebstemperaturT1 < 3K, dasin einem ersten Helium-Tank eines Kryostaten angeordnet ist, wobeiein zweiter Helium-Tank vorgesehen ist, der mit dem ersten Helium-Tankin Verbindung steht und flüssigesHelium bei einer Betriebstemperatur T2 > 3K enthält, wobeiim ersten Helium-Tank eine Kühleinrichtungvorgesehen ist, die im ersten Helium-Tank eine BetriebstemperaturT1 < 3K erzeugt,und wobei die Kühleinrichtungals Joule-Thomson-Ventil mit nachgeschaltetem Wärmetauscher ausgeführt ist,aus welchem abgepumptes Helium in einen Raumtemperaturbereich außerhalbdes Kryostaten gefördertwird.
    [0002] Einsolches Magnetsystem ist aus der US 5,220,800 ansich bekannt.
    [0003] Derartigesupraleitende Magnetsysteme umfassen im Allgemeinen einen Kryostatenmit zwei Kammern, wobei in der ersten Kammer eine supraleitendeMagnetspule angeordnet ist und die zweite Kammer als Helium-Vorratdient, welcher sich unter Atmosphärendruck oder leichtem Überdruckauf einer Temperatur von ca. 4,2K befindet. Die beiden Kammern kommunizierenmiteinander, so dass Helium von der oberen in die untere Kammerströmen kann,wo es mit Hilfe einer in die erste Kammer ragenden Unterkühleinheitauf eine Temperatur deutlich unter 4,2K abgekühlt wird. Ein Strahlungsschild reduziertdie einfallende Strahlungsenergie und ist von einem mit einer kryogenenFlüssigkeitgefüllten Tankumgeben, der den Strahlungsschild kühlt.
    [0004] ZurUnterkühlungdes Heliums in der ersten Kammer sind Unterkühleinheiten bekannt, bei denen dasHelium durch ein Nadelventil auf niedrigen Druck entspannt und ausder ersten Kammer abgepumpt wird. Nachteilig daran ist, dass dasHelium aus der ersten Kammer abgepumpt wird und so dem System entzogenwird, so dass sich die zweite Kammer, die mit der ersten in Verbindungsteht, langsam entleert, so dass in regelmäßigen Abständen das Helium in der zweitenKammer wieder ersetzt werden muss.
    [0005] ZurKühlungdes Heliums in Kryostaten mit einer Kammer oder auch von Strahlungsschildern sindRefrigeratoren bekannt, bei denen die Expansion bzw. Kompressioneines Arbeitsgases mittels einer Kolbenbewegung erfolgt (Kolbenrefrigerator). Nachteiligdaran ist die ständigeKolbenbewegung, die einerseits Erschütterungen erzeugt und zum anderenaufgrund des metallischen Kolbens magnetische Störungen im Hauptmagnetfeld derSpule verursacht. Zudem macht die Bewegung des Kolbens am kaltenEnde des Refrigerators Probleme, da eine Schmierung aufgrund derniedrigen Temperatur nicht möglichist, was zu kurzen Wartungsintervallen führt.
    [0006] Pulsrohr-Kühler dagegenrealisieren die Expansion bzw. Kompression des Arbeitsgases mitHilfe einer Stoßwellenfrontin einem Pulsrohr. Die Stoßwellenfrontwird hierbei von einem rotierenden Ventilgesteuert. Das Pulsrohrist mit einem Regenerator verbunden, in dem ein Wärmeaustauschzwischen dem Arbeitsgas und dem Regeneratormaterial stattfindet.Nach einer Verdichtung des Arbeitsgases durchströmt das Gas den Regenerator,um dann im Expansionsraum einer Entspannung unterzogen zu werden.Das sich dabei abkühlendeGas nimmt Wärmeaus der Umgebung des Expansionsraums auf, was zu einer Kühlung derUmgebung führt.Da das rotierende Ventil nicht in unmittelbarer Nähe des Magnetsystemsangebracht sein muss, stellt ein Pulsrohr-Kühlereine laufruhige, verschleißarmeKühleinrichtungdar, die auf bewegliche Teile im Bereich tiefer Temperaturen verzichtet.
    [0007] Beidem Magnetsystem nach der US 5,220,800 pumptdie in die erste Kammer ragende Unterkühleinheit flüssiges Heliumaus der ersten Kammer ab, welches durch Expansion eine Unterkühlung desHeliumbades in der ersten Kammer bewirkt. Nachteilig an dieser Anordnungist, dass durch den Refrigerator ständig Helium verbraucht wird. Diesist insbesondere störend,da zum Nachfüllen desHeliums der Messbetrieb unterbrochen werden muss und somit mit einemerheblichen Aufwand verbunden ist. Zudem ist Helium nicht überall inbeliebigen Mengen verfügbar.Es ist daher wünschenswert, denHeliumverbrauch einer derartigen Magnetanordnung zu reduzieren.
    [0008] Aufgabeder Erfindung ist es daher, ein supraleitendes Magnetsystem vorzuschlagen,bei dem der Heliumverbrauch minimiert wird und somit der Messbetriebdurch häufigesHelium Nachfüllennicht unnötigunterbrochen werden muss.
    [0009] DieseAufgabe wird erfindungsgemäß dadurchgelöst,dass ein Pulsrohr-Kühlervorgesehen ist, dessen kaltes Ende in den zweiten Helium-Tank ragt,und dass das geförderteHelium in einem geschlossenen Kreislauf entlang dem Pulsrohr- Kühler in den zweiten Helium-Tankzurückgeführt, dabeivorgekühltund am kalten Ende des Pulsrohr-Kühlers verflüssigt wird.
    [0010] Wiebei der bekannten Einrichtung kann flüssiges Helium aus dem erstenTank in eine Kühleinrichtunggepumpt werden. Durch die Expansion des Heliums mittels eines Joule-Thomson-Ventilsund eines Wärmeaustauschsim nachgeschalteten Wärmetauscherwird eine Unterkühlungdes Heliums im ersten Tank erzeugt. Im Gegensatz zu bekannten Anordnungenströmtdas expandierte Helium bei dem erfindungsgemäßen Magnetsystem jedoch nichtnach außenab, sondern kann in einem geschlossenen Kreislauf dem zweiten Helium-Tankwieder zugeführtwerden. Mit Hilfe des im zweiten Helium-Tank angeordneten Pulsrohr-Kühlers wirddas expandierte Helium verflüssigtund auf die Temperatur des im zweiten Helium-Tank befindlichen Heliums gebracht.Durch die Verwendung eines Pulsrohr-Kühlersim zweiten Helium-Tank werden Störungendes Hauptmagnetfelds gering gehalten. Vor allem aber wird der Heliumverbrauchdurch das erfindungsgemäße System starkminimiert, so dass ein kontinuierlicher Messbetrieb realisiert werdenkann.
    [0011] DieErfindung realisiert ein verdampfungsfreies oder zumindest verdampfungsarmessupraleitendes Magnetsystem, wobei eine Rückführung des dem ersten Tank zuKühlzweckenentnommenen Heliums in den zweiten Tank innerhalb eines geschlossenenSystems erfolgt. Es findet daher kein unnötiger Verbrauch von Heliumstatt. Dadurch wird fürden Betrieb des Magnetsystems weniger, im optimalen Fall gar keinHelium, zusätzlichzum bereits im Tank befindlichen Helium, benötigt. Das erfindungsgemäße Systemerlaubt daher einen kontinuierlichen Messbetrieb und erspart dieOrganisation der Heliumbeschaffung sowie des Nachfüllens. Darüber hinaus kanndurch den verringerten Heliumverbrauch der zweite Helium-Tank imVergleich zu bekannten Magnetsystemen kleiner dimensioniert werden,was eine Reduzierung der Größe der Gesamtapparaturermöglicht.
    [0012] Ineiner bevorzugten Ausführungsformdes Magnetsystems ist der Pulsrohr-Kühler mehrstufig, vorzugsweisezweistufig ausgeführt.Mit Hilfe von mehrstufigen Pulsrohr-Kühlern kann das Helium im zweitenTank auf seine Siedetemperatur von 4,2K heruntergekühlt undsomit verflüssigtwerden.
    [0013] Ineiner besonders bevorzugten Ausführungsformder Erfindung ist eine Stufe des Pulsrohr-Kühlers vor dem kalten Ende miteinem im Kryostaten angeordneten Strahlungsschild thermisch leitendverbunden. Der Strahlungsschild kann somit mit der mit ihm verbundenenStufe des Pulsrohr-Kühlersgekühltwerden.
    [0014] Besondersvorteilhaft ist es, wenn der mit der Stufe des Pulsrohr-Kühlers verbundeneStrahlungsschild die Helium-Tanks umgibt und wenn der Pulsrohrkühler einenTank mit flüssigemStickstoff ersetzt. In diesem Fall entfällt die Bestückung derAnordnung mit flüssigemStickstoff. Zudem kann durch den Verzicht auf einen Stickstofftankdie Bauweise der Anordnung kompakter gestaltet werden.
    [0015] Vorzugsweiseenthältder Pulsrohr-Kühlerin der Tieftemperaturstufe als Regeneratormaterial eine Substanzmit einem Phasenübergangbei tiefer Temperatur im Bereich um 4 K oder darunter, insbesondereeinem magnetischen Phasenübergang.Der Phasenübergangbewirkt eine Steigerung der spezifischen Wärme des Regeneratormaterials,so dass auch bei sehr kleinen Temperaturen (T < 4K) eine Wärmeabgabe des Arbeitsgasesan das Regeneratormaterial möglichist.
    [0016] Besondersbei Regeneratormaterialien mit einem magnetischen Phasenübergangist es vorteilhaft, wenn das Regeneratormaterial im Kryostaten magnetischabgeschirmt ist. Somit kann eine Störung des Hauptfelds durch denmagnetischen Phasenübergangvermieden werden.
    [0017] Ineiner weiteren Ausführungsformenthält derPulsrohr-Kühlerin der Tieftemperaturstufe zusätzlichoder ausschließlichstationäresHelium als Regeneratormaterial. Da Helium keinen magnetischen Phasenübergangaufweist, wirkt es im Zusammenhang mit magnetischen Anwendungennicht störendund ist im Gegensatz zu sonst üblichenRegeneratormaterialien vergleichsweise günstig. Die Verwendung von Heliumunter hohem Druck als Regeneratormaterial ist aus der DE 199 24 184 A1 bereits bekannt.
    [0018] Ineiner besonders bevorzugten Ausführungsformder Erfindung ist der den Regenerator enthaltene Abschnitt des Pulsrohr-Kühlers aneiner Stelle im Kryostaten angeordnet, an der im Betrieb ein minimalesMagnetfeld herrscht, z.B. im radialen Zwischenraum zwischen einerHaupt- und einer Abschirmspule der Magnetanordnung oder auch nurradial außerhalbder Magnetspule etwa im Bereich ihrer Mittelebene. Eine Wechselwirkungdes Regeneratormaterials mit dem Hauptmagnetfeld wird dadurch minimiert.
    [0019] Vorzugsweisesind der Kryostat und der Pulsrohr-Kühler so ausgelegt und dimensioniert, dassim Betrieb kein Helium in den Kryostaten nachgefüllt werden muss. Dies erhöht die Benutzerfreundlichkeitdes Magnetsystems und ermöglichteinen kontinuierlichen Betrieb der Magnetanordnung.
    [0020] Ineiner bevorzugten Ausführungsformist der zweite Helium-Tank oberhalb des ersten Helium-Tanks angeordnet.Der zweite Helium-Tank hat dabei eine hydrostatische Funktion inne,um den ersten Helium-Tank auf Atmosphärendruck zu halten.
    [0021] Ineiner besonders bevorzugten Ausführungsformder Erfindung umfasst der geschlossene Heliumkreislauf eine Rückleitungzur Rückführung desgefördertenHeliums, in der, vorzugsweise außerhalb des Kryostaten, einDruckausgleichsbehälter angeordnetist. Mit Hilfe des Druckausgleichsbehälters können Betriebsschwankungen imSystem ausgeglichen werden, beispielsweise falls aus dem erstenHelium-Tank mehr Helium abgepumpt wird als vom Pulsrohr-Kühler momentanverflüssigtwerden kann oder umgekehrt. Der Druckausgleichsbehälter hatdabei die Funktion eines Puffers.
    [0022] Eineweitere vorteilhafte Ausführungsform derErfindung sieht im zweiten Helium-Tank eine Heizvorrichtung zur Erwärmung desHeliums vor. Dies ist insbesondere vorteilhaft für den Fall, dass der Pulsrohr-Kühler mehrHelium verflüssigtals aus dem ersten Helium-Tank abgepumpt wird. Durch die Heizvorrichtungkann die Menge des verflüssigten Heliumsreguliert und somit ein stabiler Betriebszustand realisiert werden.Gleichzeitig ermöglichtdie geregelte Heizvorrichtung die Konstanthaltung der Drucks inder zweiten Kammer und damit auch des Drucks in der ersten Kammer.
    [0023] Desweiteren ist es vorteilhaft, wenn am Kryostaten ein Ventil zum Einfüllen vonHelium vorgesehen ist, das zumindest mit einem Helium-Tank verbundenist. Somit kann, falls beispielsweise über ein Überdruckventil Helium aus demKreislauf entwichen ist, ein Nachfüllen von Helium erfolgen.
    [0024] Bevorzugtist das Magnetsystem Teil einer Apparatur der magnetischen Resonanzwie eines NMR-Spektrometers, eines Kernspintomographen oder einesICR-Massenspektrometers.Diese Apparaturen sind besonders auf ein homogenes, stabiles undungestörtesMagnetfeld in einem Untersuchungsvolumen angewiesen, so dass siein erheblichem Maßevon den Vorteilen des erfindungsgemäßen Magnetsystems profitieren.
    [0025] WeitereVorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und derZeichnung. Ebenso könnendie vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmaleje fürsich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Diegezeigten und beschriebenen Ausführungsformensind nicht als abschließendeAufzählungzu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderungder Erfindung.
    [0026] Eszeigen:
    [0027] 1 eineschematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Magnetsystems mit eingebautenPulsrohr-Kühler,und
    [0028] 2 einedetaillierte schematische Darstellung des in dem erfindungsgemäßen Magnetsystem eingebautenPulsrohr-Kühlers.
    [0029] 1 zeigtein erfindungsgemäßes Magnetsystemmit einem in einem Kryostaten 1 angeordneten ersten Helium-Tank 4,in dem sich eine Magnetspule 3 zur Erzeugung eines hochhomogenenMagnetfelds befindet. Oberhalb des ersten Helium-Tanks 4 istein zweiter Helium-Tank 2 angeordnet, der durch eine thermischeBarriere 5 vom ersten Helium-Tank 4 getrennt ist.Im zweiten Helium-Tankbefindet sich flüssigesHelium 14 unter Atmosphärendruckauf einer Temperatur von über3K, vorzugsweise 4,2K. Die beiden Helium-Tanks kommunizieren miteinander,so dass Helium von der oberen in die untere Kammer strömen kann,wo das Helium mit Hilfe einer Kühleinrichtung 6 aufeine Temperatur deutlich unter 3K, vorzugsweise auf 1,8K, abgekühlt (unterkühlt) wird. Dazuwird Helium aus dem ersten Helium-Tank 4 durch eine Pumpe 7 abgepumptund mittels eines Joule-Thomson-Ventils expandiert. Ein Wärmetauscher,der in Form der Oberfläche 8 derKühleinrichtung 6 ausgebildetsein kann, bewirkt eine Unterkühlungdes Heliums im ersten Helium-Tank 4. Aus dem zweiten Helium-Tank 2 strömt flüssiges Heliumin den ersten Helium-Tank nach und sorgt dafür, dass sich das unterkühlte Heliumim ersten Helium-Tank 4 stets auf Atmosphärendruckbefindet. Das aus dem ersten Helium-Tank 2 abgepumpte undexpandierte Helium wird übereine Rückleitung 9 ineinen Druckausgleichsbehälter 10 geführt, vondem aus das Helium in den zweiten Helium-Tank 2 geleitetwird. Die Rückführung desexpandierten Heliums erfolgt dabei entlang eines Pulsrohr-Kühlers 11,der das expandierte Helium auf 4,2K abkühlt und wieder verflüssigt. Das ausdem ersten Helium-Tank 4 entnommene Helium wird daher über einengeschlossenen Kreislauf dem zweiten Helium-Tank 2 wiederzugeführt,so dass ein Nachfüllendes zweiten Helium-Tanks 2 im Normalbetrieb nicht notwendigist. Aus sicherheitstechnischen Gründen kann das erfindungsgemäße Magnetsystemmit einem Überdruckventilausgestattet sein, durch das bei Erhitzung des Heliums, beispielsweisedurch einen Quench der Magnetspule 3, Helium in die Atmosphäre entweichenkann. In diesem Fall kann ein Nachfüllen von Helium in den zweiten Helium-Tank 2 notwendigsein, was überein Einfüllventil 12 erfolgenkann. Das Magnetsystem der 1 ist Teileines hochauflösendenNMR-Spektrometers mit hoher Magnetfeldstärke im Bereich um oder über 20 Tesla.
    [0030] Mitdem erfindungsgemäßen Magnetsystem istein verbesserter Messbetrieb möglich,da die Anzahl der Heliumnachfüllvorgänge erheblichreduziert werden kann. Der zweite Helium-Tank 2, der beibekannten Magnetsystemen einen relativ großen Vorrat an Helium beinhaltet,um den ersten Helium-Tank 2 über einen längeren Zeitraum mit Heliumversorgen zu können,kann bei dem erfindungsgemäßen Magnetsystemdaher wesentlich kleiner ausgestaltet werden. Der zweite Helium-Tank 2 erfüllt hierhauptsächlicheine hydrostatische Funktion, nämlichdie Beibehaltung des Atmosphärendrucksim ersten Helium-Tank 4.
    [0031] DerDruckausgleichsbehälter 10 dientzum Ausgleich von Druckschwankungen innerhalb der Rückleitung 9.Wird beispielsweise mehr Helium von der Pumpe 7 aus demersten Helium-Tank 4 abgepumpt als durch den Pulsrohr-Kühler 11 inden zweiten Helium-Tank 2 verflüssigt, so wird das überschüssige Heliumim Druckausgleichsbehälter 10 gespeichert.Für denumgekehrten Fall, nämlichdass der Pulsrohr-Kühler 11 mehrHelium verflüssigtals aus dem ersten Helium-Tank 4 abgepumpt wird, ist bei demMagnetsystem vorteilhafterweise eine Heizvorrichtung vorgesehen,mit deren Hilfe die Verflüssigungsmengedes Pulsrohr-Kühlers 11 geregeltwerden kann. Das erfindungsgemäße Systemsoll dabei so eingestellt sein, dass der Pulsrohr-Kühler 11 bei abgeschalteterHeizvorrichtung mehr Helium verflüssigt als durch die Pumpe 7 ausdem ersten Helium-Tank 4 abgepumpt wird. Somit kann mittelsder Heizvorrichtung auf einfache Weise ein Gleichgewicht innerhalbder Rückleitung 9 erzeugtwerden. Prinzipiell ist es jedoch auch denkbar, die Regelung desGleichgewichts innerhalb der Rückleitung 9 über dieLeistung der Pumpe 7 oder durch Änderung der Betriebsfrequenzdes Pulsrohrkühlersbzw. seiner kalten Stufe zu realisieren.
    [0032] DerPulsrohr-Kühler 11 aus 1 istzweistufig ausgebildet, um das Helium auf seine Siedetemperaturabzukühlen.Die erste Stufe 13 des Pulsrohr-Kühlers 11 kann dabeimit einem im Kryostaten 1 angeordneten Strahlungsschild 15 thermischleitend verbunden sein. Der Strahlungsschild 15 dient zurReduktion einfallender Strahlungsenergie und ist üblicherweisevon einem Stickstofftank 16 umgeben, der den Strahlungsschild 15 aufetwa 40K hält.Durch eine thermische Verbindung des Strahlungsschilds 15 zumPulsrohrkühlerkann die Kühlungdes Strahlungsschilds 15 über den Pulsrohr-Kühler 11 erfolgen,so dass auf einen Stickstofftank 16 verzichtet werden kann.Hierdurch und durch die Reduzierung der Größe des zweiten Helium-Tanks 2 kannim Vergleich zu bekannten Magnetsystemen ein kompakter Aufbau deserfindungsgemäßen Magnetsystems realisiertwerden. Das kalte Ende der zweiten Stufe 14 des Pulksrohr-Kühlers 11 ragtin den zweiten Helium-Tank 2 hinein, um das im zweitenTank befindliche Helium zu kühlenund das rückgeführte Helium aufseine Siedetemperatur zu bringen und zu verflüssigen.
    [0033] Einedetaillierte Darstellung des in das Magnetsystem eingebauten Pulsrohr-Kühlers 11 ist in 2 dargestellt.Vom zweiten Helium-Tank ragt eine Vakuumsicherung 17 durchden Strahlungsschild 15. Der Pulsrohr-Kühler 11 befindet sichinnerhalb der Vakuumsicherung 17 und ist mittels einer Flanschverbindung 18 andieser druckdicht befestigt. Das aus dem ersten Helium-Tank 2 abgepumpteHelium wird überdie Rückleitung 9 entlangdem Pulsrohrkühler 11 (nichtsichtbar) in das kalte Ende 19 des Pulsrohr-Kühlers 11 geführt, woes sich verflüssigtund durch den Auslass 20 in den zweiten Helium-Tank 4 zurückgeführt wird.
    [0034] ZurErzeugung der fürdie Verflüssigungdes Heliums benötigtentiefen Temperaturen umfasst der Pulsrohr-Kühler 11 ein Regeneratormaterialmit einem Phasenübergang.Der Phasenübergangbewirkt eine Steigerung der volumetrischen spezifischen Wärme desRegeneratormaterials und ermöglicht eineAbkühlungdes Heliums auf unter 3K. Als geeignete Regeneratormaterialien sindPb und seltene Erdverbindungen, wie zum Beispiel HoCo, Er3Ni, ErNi, GdAlO3 undErNi0,9Co0,1 bekannt.Diese Materialien weisen jedoch einen magnetischen Phasenübergangauf, der im Zusammenhang mit magnetischen Applikationen störend seinkann. Das erfindungsgemäße Magnetsystemsieht daher vor, das Regeneratormaterial im Kryostaten 1 magnetischabzuschirmen. Dies kann beispielsweise mittels einer den Pulsrohr-Kühler 11 odernur das Regeneratorgehäuseumgebende hochpermeable Folie oder mittels eines elektrisch hochleitfähigen Gehäuses erfolgen, dasdie schwankende Magnetisierung eliminiert. Es ist auch denkbar,ein supraleitendes Gehäuseum den Pulsrohr-Kühler 11 vorzusehen.Wie aus 1 ersichtlich, ist der Pulsrohr-Kühler 11 relativ weitvon der Magnetspule 3 entfernt angeordnet, so dass bereitsdadurch der Einfluss der oben genannten aus dem magnetischen Phasenübergangdes Regeneratormaterials resultierenden Störeffekte minimiert wird.
    [0035] Insgesamtergibt sich ein kompaktes Magnetsystem, das einen kontinuierlichenMessbetrieb erlaubt und dem Personal die Beschaffung und ein unkomfortablesNachfüllendes Heliums weitgehend erspart.
    1 Kryostat 2 zweiterHelium-Tank 3 Magnetspule 4 ersterHelium-Tank 5 thermischeBarriere 6 Kühleinrichtung 7 Pumpe 8 Oberfläche derKühleinrichtung 9 Rückleitung 10 Druckausgleichsbehälter 11 Pulsrohr-Kühler 12 Einfüllventil 13 1.Stufe des Pulsrohrkühlers14 2.Stufe des Pulsrohrkühlers 15 Strahlungsschild 16 Stickstofftank 17 Vakuumsicherung 18 Flanschverbindung 19 kaltesEnde des Pulsrohrkühlers 20 AuslassverflüssigtesHelium
    权利要求:
    Claims (13)
    [1] Supraleitendes Magnetsystem, insbesondere einerApparatur der magnetischen Resonanz, mit einer BetriebstemperaturT1 < 3K,das in einem ersten Helium-Tank (4) eines Kryostaten (1)angeordnet ist, wobei ein zweiter Helium-Tank (2) vorgesehenist, der mit dem ersten Helium-Tank(4) in Verbindung steht und flüssiges Helium bei einer BetriebstemperaturT2 > 3Kenthält,wobei im ersten Helium-Tank (4) eine Kühleinrichtung (6)vorgesehen ist, die im ersten Helium-Tank (4) eine BetriebstemperaturT1 < 3Kerzeugt, und wobei die Kühleinrichtung(6) als Joule-Thomson-Ventil mit nachgeschaltetem Wärmetauscherausgeführtist, aus welchem abgepumptes Helium in einen Raumtemperatur-Bereichaußerhalbdes Kryostaten (1) gefördertwird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pulsrohr-Kühler (11)vorgesehen ist, dessen kaltes Ende (19) in den zweiten Helium-Tank(2) ragt, und dass das geförderte Helium in einem geschlossenenKreislauf entlang dem Pulsrohr-Kühler(11) in den zweiten Helium-Tank (2) zurück geführt, dabeivorgekühltund am kalten Ende (19) des Pulsrohr-Kühlers (11) verflüssigt wird.
    [2] Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Pulsrohr-Kühler(11) mehrstufig, vorzugsweise zweistufig ausgeführt ist.
    [3] Magnetsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass eine Stufe des Pulsrohr-Kühlers (11)vor dem kalten Ende (19) mit einem im Kryostaten (1)angeordneten Strahlungsschild (15) thermisch leitend verbundenist.
    [4] Magnetsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass der mit der Stufe des Pulsrohr-Kühlers (11) verbundeneStrahlungsschild (15) die Helium-Tanks (2, 4)umgibt, und dass der Pulsrohr-Kühler(11) einen Tank (16) mit flüssigem Stickstoff ersetzt.
    [5] Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Pulsrohr-Kühler (11) als Regenerator-Materialeine Substanz mit einem Phasenübergang,insbesondere einem magnetischen Phasenübergang enthält.
    [6] Magnetsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass das Regenerator-Material im Kryostaten (1) magnetischabgeschirmt ist.
    [7] Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Pulsrohr-Kühler (11) Helium alsRegenerator-Materialenthält.
    [8] Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der den Regenerator enthaltende Abschnitt desPulsrohr-Kühlers(11) an einer Stelle im Kryostaten (1) angeordnetist, an der im Betrieb ein minimales Magnetfeld herrscht.
    [9] Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Kryostat (1) und der Pulsrohr-Kühler (11)so ausgelegt und dimensioniert sind, dass im Betrieb kein Heliumin den Kryostaten (1) nachgefüllt werden muss.
    [10] Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der zweite Helium-Tank (2) oberhalbdes ersten Helium-Tanks (4) angeordnet ist.
    [11] Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der geschlossene Heliumkreislauf eine Rückleitung(9) zur Rückführung desgefördertenHeliums umfasst, in der, vorzugsweise außerhalb des Kryostaten (1),ein Druckausgleichsbehälter(10) angeordnet ist.
    [12] Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass im zweiten Helium-Tank (2) eine Heizvorrichtungzur Erwärmungdes Heliums vorgesehen ist.
    [13] Magnetsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass am Kryostaten (1) ein Ventil (12)zum Einfüllenvon Helium vorgesehen ist, das zumindest mit einem der Helium-Tanks(2, 4) verbunden ist.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    JP6074367B2|2017-02-01|超伝導マグネットデバイスを冷却するための冷却システム及び方法
    US5809801A|1998-09-22|Cryogenic accumulator for spin-polarized xenon-129
    CN101106006B|2011-10-05|低温冷却的设备的闭环预冷
    JPH0629635Y2|1994-08-10|低温保持装置
    US8418479B2|2013-04-16|Co-axial multi-stage pulse tube for helium recondensation
    JP4494027B2|2010-06-30|Cryogenic equipment
    KR960002573B1|1996-02-22|액화 냉장 장치를 갖는 저온 유지 장치
    DE10033410C1|2002-05-23|Kreislaufkryostat
    JP6181127B2|2017-08-16|無冷媒型磁石のための管状の熱スイッチ
    JP5711498B2|2015-04-30|超伝導マグネット向けの冷却システム及び方法
    JP2580026B2|1997-02-12|遠隔低温箱付極低温再凝縮器
    JP4417247B2|2010-02-17|超伝導磁石と冷凍ユニットとを備えたｍｒｉ装置
    CN100467934C|2009-03-11|减小传输过程中冷却剂损失的低温恒温器
    US7222490B2|2007-05-29|NMR spectrometer with refrigerator cooling
    JP3347870B2|2002-11-20|超電導マグネット並びに該マグネット用の蓄冷型冷凍機
    US5711157A|1998-01-27|Cooling system having a plurality of cooling stages in which refrigerant-filled chamber type refrigerators are used
    US5485730A|1996-01-23|Remote cooling system for a superconducting magnet
    EP0780698B1|2002-07-31|NMR-Einrichtung mit Pulsrohrkühler
    DE4310138C2|1998-09-17|Supraleitender Magnet
    JP2005521852A|2005-07-21|冷却を供給するための熱サイホン法
    DE10137552C1|2003-01-30|Einrichtung mit einem Kryogenerator zur Rekondensation von tiefsiedenden Gasen des aus einem Flüssiggas-Behälter verdampfenden Gases
    US7430872B2|2008-10-07|NMR spectrometer with common refrigerator for cooling an NMR probe head and cryostat
    US6804968B2|2004-10-19|Cryostat configuration with improved properties
    US4223540A|1980-09-23|Dewar and removable refrigerator for maintaining liquefied gas inventory
    GB2397654A|2004-07-28|Conduction Cooled Passively Shielded MRI Magnet
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004012416B4|2006-04-20|
    EP1574777A3|2010-12-01|
    EP1574777B1|2012-02-29|
    EP1574777A2|2005-09-14|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    US5220800A|1990-12-10|1993-06-22|Bruker Analytische Messtechnik Gmbh|Nmr magnet system with superconducting coil in a helium bath|
    DE19914778A1|1998-03-31|1999-10-07|Toshiba Kawasaki Kk|Supraleitende Magnetvorrichtung|
    DE10226498A1|2002-06-14|2004-01-08|Bruker Biospin Gmbh|Kryostatenanordnung mit verbesserten Eigenschaften|DE102010038713A1|2010-07-30|2012-02-02|Bruker Biospin Gmbh|Hochfeld-NMR-Apparatur mit Überschuss-Kühlleistung und integrierter Helium-Rückverflüssigung|
    CN105489356A|2015-12-28|2016-04-13|芜湖国睿兆伏电子有限公司|一种超高压脉冲变压器|
    US10101420B2|2016-09-20|2018-10-16|Bruker Biospin Gmbh|Cryostat arrangement with a vacuum container and an object to be cooled, with evacuable cavity|JPH07105529B2|1984-07-11|1995-11-13|株式会社東芝|超流動ヘリウム発生装置|
    JP2821241B2|1990-06-08|1998-11-05|株式会社日立製作所|液化冷凍機付きクライオスタツト|
    JP2002124410A|2000-10-17|2002-04-26|Japan Magnet Technol Kk|超電導磁石装置の冷却装置|DE102004037172B4|2004-07-30|2006-08-24|Bruker Biospin Ag|Kryostatanordnung|
    JP4763656B2|2007-06-08|2011-08-31|株式会社日立製作所|極低温格納容器冷却システム及びその運用方法|
    DE102013213020A1|2013-07-03|2015-01-08|Bruker Biospin Ag|Verfahren zum Umrüsten einer Kryostatanordnung auf Umlaufkühlung|
    CN104237817B|2014-09-26|2016-11-30|苏州露宇电子科技有限公司|核磁共振磁体恒温装置|
    法律状态:
    2005-09-29| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2006-10-12| 8364| No opposition during term of opposition|
    2014-01-09| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20131001 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410012416|DE102004012416B4|2004-03-13|2004-03-13|Supraleitendes Magnetsystem mit Pulsrohr-Kühler|DE200410012416| DE102004012416B4|2004-03-13|2004-03-13|Supraleitendes Magnetsystem mit Pulsrohr-Kühler|
    EP20040024133| EP1574777B1|2004-03-13|2004-10-09|Kryostat für ein supraleitendes Magnetsystem|
    US11/055,069| US7318318B2|2004-03-13|2005-02-11|Superconducting magnet system with refrigerator|
    [返回顶部]