[发明专利]用于低温再凝结制冷的水平翅片式热交换器

说明书

技术领域

本发明涉及磁制冷技术。它发现了与采用超导磁体的磁共振系统结合的特别应用，以下将特别参考加以描述。但其在涉及氦蒸汽再凝结的其它应用中也有使用。

背景技术

许多磁共振系统采用超导磁体以有效获得例如1.5特斯拉、3特斯拉、7特斯拉等强磁场。将超导磁体保持在一定温度下，该一定温度低于用于驱动超导磁体绕组运转电流的超导临界温度。因为超导温度典型地低于氮液化的77K温度，液态氦通常用于冷却超导磁体。

在闭环氦冷却系统中，真空护套氦真空腔包含浸入液态氦的超导磁体。随液态氦缓慢汽化，其再凝结为液态氦以形成闭合系统。使氦蒸汽与冷头(亦称作氦蒸汽再冷凝器)接触，所述冷头具有冷却至氦再凝结温度的再冷凝器表面。

在某些再冷凝器中，再凝结表面包括例如圆柱体等竖直布置的平滑金属结构，氦在其平滑金属表面上再凝结。再凝结的液态氦向下流到再冷凝器表面底部并回流进入真空腔内的液态氦储液器。尽管冷冻表面上再凝结可能呈现膜或逐滴凝结的形式，主导形式为膜凝结，其中液态膜覆盖全部冷凝表面。在重力作用下，膜从所述表面连续流动。但是，液态氦具有足够高的表面张力，在竖直表面上可支承相对较厚的氦膜。

在某些再冷凝器中，再冷凝表面具有平滑的纵向(竖直)翅片，所述翅片沿表面在流动方向延伸。尽管这种翅片增加表面积，所述翅片导致沿翅片形成厚膜，并限制在再冷凝器表面的端部形成液滴。

虽然这种低温再冷凝器是有效的，本发明人认识到再冷凝器表面上的液态氦膜起到再凝结表面与氦蒸汽之间绝热层的作用，将降低再生低温制冷器系统的效率。

本发明提供克服上述和其它问题的改进系统和方法。

发明内容

根据一个方面，提供低温系统。液态氦容器容纳液态氦。超导磁体绕组被浸入液态氦中。氦蒸汽再冷凝器具有将氦蒸汽在其上再凝结的平滑再冷凝器表面，所述再冷凝器表面由一个或多个结构间歇地中断，所述结构导致凝结的液态氦离开再冷凝器表面而不必行进再冷凝器的全长和/或使再冷凝器表面上形成的一定厚度的液态氦膜断裂。

根据另一方面，提供保持超导磁体浸入液态氦的方法。由液态氦汽化的氦蒸汽在平滑再冷凝器表面上再凝结，在所述再冷凝器表面上形成液态氦膜。液态氦膜沿平滑再冷凝器表面间歇地被断裂。

根据所述方法另一方面，导致液态氦离开平滑再冷凝器表面，而不必行进再冷凝器表面的全部竖直长度。

根据另一方面，再冷凝器包括具有平滑表面的被冷却物体，所述被冷却物体被构置成沿竖直轴线安装，使得所述表面上的液体因重力向下流到所述表面的下端部。多个翅片绕平滑表面沿周向延伸，每一翅片的顶部边缘与上方紧挨的平滑表面部分平齐，每一翅片的底部边缘的周长大于顶部边缘的周长。在每一翅片的顶部边缘与底部边缘之间形成平滑倾斜表面。

一个优点在于再冷凝器效率提高。

另一优点在于再冷凝系统更小、耗能更少。

通过阅读和理解以下详细描述，其它更多优点和益处对本领域普通技术人员将是明显的。

附图说明

本发明可采用不同组件和组件布置、不同步骤和步骤布置的形式。附图仅用于说明示例实施例目的，不应视为限制本发明。

图1为概略说明磁共振系统的侧剖视图，所述磁共振系统包括具有再生低温制冷器的氦容器；

图2为具有水平翅片的再冷凝器的侧视图；

图3为具有螺旋凹槽的再冷凝器的第二实施例的侧视图；且

图4为具有相反倾斜方向的螺旋凹槽的再冷凝器的侧视图。

具体实施方式

参见图1，所示磁共振系统10为水平孔腔类型的系统，其包括具有内圆柱壁14的环形壳体12，所述内圆柱壁环绕并限定是大体圆柱形的水平定向的孔腔16。尽管所示为水平孔腔类型系统，应理解本概念也适用于超导开放式磁共振系统、C型磁体等等。

所示磁共振系统10包括超导磁体绕组20，超导磁体绕组20布置成产生静态(B₀)磁场，所述磁场至少在通常位于或靠近孔腔16的等中心的检测区域与孔腔16同轴定向。在所示系统中，超导磁体绕组20通常为螺线管式配置，其中它们绕孔腔16同轴缠绕。但也可设想为其它配置。此外，也可提供有源垫片绕组、无源钢垫片、以及附加组件(未示出)。

为使超导磁体绕组20保持低于超导临界温度，同时保持电流足以产生所需静态磁场幅度，超导磁体被浸入液态氦LH，所述液态氦布置在由外壁22、内环形壁24与侧壁26所限定的通常为环形的液态氦容器或真空腔内。为提供绝热，外壁22由真空护套28环绕。