DE102010028750B4 - Low-loss cryostat arrangement - Google Patents
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Abstract
Eine Kryostatenanordnung (10), mit mindestens einem Kryostaten (11), welcher mindestens eine erste Kammer (1) mit unterkühltem Helium mit einer Temperatur von weniger als 4 K sowie mindestens eine weitere Kammer (2) aufweist, die flüssiges Helium mit einer Temperatur von etwa 4,2 K enthält, wobei in der ersten Kammer ein Joule-Thomson-Ventil (3) angeordnet ist, wobei die erste von der weiteren Kammer durch eine wärmeisolierende Barriere (4) getrennt ist, wobei Helium aus der ersten oder der weiteren Kammer über das Joule-Thomson-Ventil in eine Abpumpleitung (13) expandiert, die mit dem Helium der ersten Kammer in thermischem Kontakt steht und dieses unterkühlt, und wobei die Abpumpleitung in ihrem weiteren Verlauf direkt oder indirekt in thermischem Kontakt mit der weiteren Kammer steht und anschließend mit dem Eingang einer Pumpe (14) verbunden ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Pumpe und/oder ein Ausgang für abdampfendes Helium mindestens eines der Kryostaten über eine Kältemittelleitung (15) strömungstechnisch mit der weiteren Kammer verbunden ist, und dass die Kältemittelleitung eine Abzweigvorrichtung (16) aufweist, die einen Teilstrom des in der Kältemittelleitung befindlichen Heliums in die weitere Kammer zurückleitet. Dadurch werden der Heliumverbrauch und somit auch die Betriebskosten gesenkt, wobei der Druck in der ersten Kammer konstant bleibt.A cryostat arrangement (10) with at least one cryostat (11) which has at least one first chamber (1) with supercooled helium at a temperature of less than 4 K and at least one further chamber (2) with liquid helium at a temperature of contains about 4.2 K, a Joule-Thomson valve (3) being arranged in the first chamber, the first being separated from the further chamber by a heat-insulating barrier (4), with helium from the first or further chamber expands via the Joule-Thomson valve into a pump-out line (13) which is in thermal contact with the helium of the first chamber and subcooled it, and wherein the pump-out line is in direct or indirect thermal contact with the further chamber in its further course and is then connected to the input of a pump (14), is characterized in that the output of the pump and / or an output for evaporating helium via at least one of the cryostats a refrigerant line (15) is fluidically connected to the further chamber, and that the refrigerant line has a branching device (16) which guides a partial flow of the helium in the refrigerant line back into the further chamber. This reduces the helium consumption and thus also the operating costs, with the pressure in the first chamber remaining constant.
Description
Die Erfindung betrifft eine Kryostatenanordnung, mit mindestens einem Kryostaten, welche mindestens eine erste Kammer, die mit unterkühltem flüssigen Helium mit einer Temperatur von weniger als 4 K gefüllt ist, sowie mindestens eine oberhalb der ersten Kammer angeordnete weitere Kammer aufweist, die i. W. auf Atmosphärendruck befindliches flüssiges Helium mit einer Temperatur von etwa 4,2 K enthält, wobei das Druckniveau in der ersten Kammer dem Druckniveau in der weiteren Kammer angeglichen ist, wobei in der ersten Kammer ein Joule-Thomson-Ventil angeordnet ist, wobei die erste von der weiteren Kammer durch eine wärmeisolierende Barriere getrennt ist, wobei Helium aus der ersten oder der weiteren Kammer über das Joule-Thomson-Ventil in eine Abpumpleitung expandiert, die mit dem Helium der ersten Kammer in thermischem Kontakt steht und dieses unterkühlt, und wobei die Abpumpleitung in ihrem weiteren Verlauf direkt oder indirekt in thermischem Kontakt mit der weiteren Kammer steht und anschließend mit dem Eingang einer Pumpe verbunden ist.The invention relates to a cryostat arrangement having at least one cryostat which has at least one first chamber filled with supercooled liquid helium at a temperature of less than 4 K, and at least one further chamber located above the first chamber, which i. W. At atmospheric pressure contained liquid helium having a temperature of about 4.2 K, wherein the pressure level in the first chamber is equalized to the pressure level in the other chamber, wherein in the first chamber, a Joule-Thomson valve is arranged, wherein the first from the further chamber is separated by a heat-insulating barrier, wherein helium from the first or the other chamber via the Joule-Thomson valve expands into a Abpumpleitung which is in thermal contact with the helium of the first chamber and this undercooled, and wherein the Abpumpleitung in its further course is directly or indirectly in thermal contact with the other chamber and is then connected to the input of a pump.
Eine derartige Kryostatenanordnung ist etwa bekannt aus
Eine ähnliche Kryostatenanordnung mit den eingangs genannten Merkmalen ist auch in der
Im Gegensatz dazu offenbart die
An die Magnetsysteme für Kernspinresonanzapparaturen werden höchste Anforderungen hinsichtlich der erreichbaren Magnetfeldstärken sowie deren Homogenität gestellt.Magnetic systems for nuclear magnetic resonance apparatus are subject to the highest demands with regard to the achievable magnetic field strengths and their homogeneity.
Bei einer Resonanzfrequenz von 600 MHz muss eine Feldstärke von 14,1 T erreicht werden. Diese hohen Magnetfeldstärken können technisch am besten durch supraleitende Magnetspulen erzeugt werden, die einen supraleitenden Kurzschlussschalter besitzen.At a resonance frequency of 600 MHz, a field strength of 14.1 T must be achieved. These high magnetic field intensities can technically best be achieved by superconducting magnet coils having a superconducting short-circuit switch.
Die supraleitenden Magnetspulen benötigen nur während der Aufladephase Energie und können nach Abziehen der Stromzuleitung über lange Zeit im Kurzschlussbetrieb ohne weitere Energiezufuhr ein hohes Magnetfeld erzeugen. Die Abklingzeiten bis zum Erreichen der halben ursprünglichen Feldstärke liegen bei modernen supraleitenden Magneten in der Größenordnung von 5000 Jahren. Dies bedeutet, dass im Kurzschlussbetrieb über die Größenordnung von Stunden und Tagen so gut wie keine Veränderung der Magnetfeldstärke auftritt.The superconducting magnetic coils require energy only during the charging phase and can generate a high magnetic field for a long time in short-circuit operation after removal of the power supply line without further energy input. The cooldowns to reach half the original field strength are in the order of 5000 years for modern superconducting magnets. This means that virtually no change in the magnetic field strength occurs in short-circuit operation over the order of hours and days.
Eine hohe zeitliche Stabilität ist vor allem bei Langzeitmessungen erforderlich, insbesondere bei sogenannten 2D- und 3D-Messungen. Dies lässt sich nur im supraleitenden Kurzschlussbetrieb realisieren. Im Allgemeinen werden die Magnetspulen einmal geladen und erzeugen dann jahrelang bei abgezogenen Zuleitungen ein homogenes Magnetfeld. Im Routinebetrieb liegen typische Helium-Standzeiten der Magnetanlage bei mehreren Monaten, falls es sich um einen ”low-loss” Kryostaten handelt.A high temporal stability is required especially for long-term measurements, especially in so-called 2D and 3D measurements. This can only be realized in superconducting short-circuit operation. In general, the magnetic coils are charged once and then produce a homogenous magnetic field for years with the supply lines disconnected. In routine operation typical helium service lives of the magnet system are several months, if it is a "low-loss" cryostat.
Um höhere homogene Magnetfelder und eine stabilere Supraleitung zu erhalten, wird in einer Veröffentlichung von Williams et al. in ”Rev. Sci. Instrum.” 52 (5), Mai 1981, American Institute of Physics, 649–656, vorgeschlagen, die supraleitende Magnetspule bei einer niedrigeren Betriebstemperatur als der normalen Temperatur von flüssigem Helium (T = 4,2 K) zu betreiben. Diese niedrigere Temperatur wird in der Regel durch Abpumpen des flüssigen Heliums erzeugt.In order to obtain higher homogeneous magnetic fields and more stable superconductivity, a publication by Williams et al. in "Rev. Sci. Instrum. "52 (5), May 1981, American Institute of Physics, 649-656, proposed operating the superconducting magnet coil at a lower operating temperature than the normal temperature of liquid helium (T = 4.2K). This lower temperature is usually generated by pumping off the liquid helium.
In der genannten Druckschrift wird ein Kryostat vorgeschlagen, der zwei ineinander geschachtelte, konzentrische Heliumtanks besitzt. Im äußeren Tank befindet sich flüssiges Helium bei T = 4,2 K unter Normaldruck (1 bar).In the cited document, a cryostat is proposed, which has two nested, concentric helium tanks. The outer tank contains liquid helium at T = 4.2 K under normal pressure (1 bar).
Von diesem äußeren Tank führt eine Einfüllleitung für flüssiges Helium zum inneren Tank, so dass das flüssige Helium vom äußeren in den inneren Tank übergefüllt werden kann. Im inneren Tank, in dem sich die supraleitende Spule befindet, wird das Helium auf einen Druck von 40 mbar abgepumpt und so auf eine Temperatur von 2.3 K abgekühlt.From this outer tank, a liquid helium filling line leads to the inner tank so that the liquid helium can be overfilled from the outer to the inner tank. In the inner tank, in which the superconducting coil is located, the helium is pumped off to a pressure of 40 mbar and cooled down to a temperature of 2.3 K.
Ein großer Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass das unterkühlte Helium im inneren Tank unter Unterdruck steht und daher die elektrischen Zuleitungen, insbesondere für die Aufladung der supraleitenden Magnetspule durch das kalte Unterdrucksystem hindurchgeführt werden müssen. Dabei treten vor allem Dichtungsprobleme, aber auch Isolierprobleme durch den Wärmeeintrag in das kalte Unterdruckreservoir über die aus einer Umgebung mit Zimmertemperatur und Normaldruck eingeführten Zuleitungen auf, die zwangsläufig zu stark reduzierten Heliumstandzeiten führen.A major disadvantage of this arrangement is that the supercooled helium in the inner tank is under negative pressure and therefore the electrical leads, in particular for the charging of the superconducting magnet coil must be passed through the cold vacuum system. In particular, sealing problems, but also insulation problems due to the heat input into the cold vacuum reservoir via the feed lines introduced from an environment with room temperature and atmospheric pressure, inevitably lead to greatly reduced helium service lives.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass keinerlei Maßnahmen vorgesehen sind, die den hohen, für den Betrieb dieser Apparaturen erforderlichen Heliumverbrauch senken könnten, so dass einerseits enorme Betriebskosten entstehen, andererseits nur relativ kurze Standzeiten zwischen den Intervallen zum Nachfüllen flüssigen Heliums erreicht werden, wenn die bekannten Apparaturen nicht ohnehin im Betrieb permanent mit frischem Helium befüllt werden müssen.Another disadvantage is that no measures are provided which require the high, for the operation of these apparatuses Helium consumption could be reduced, so that on the one hand enormous operating costs incurred, on the other hand only relatively short service life between the intervals for refilling liquid helium can be achieved if the known equipment does not have to be permanently filled with fresh helium anyway in operation.
Dabei ist aber das Druckniveau in der ersten Kammer dem Druckniveau in der weiteren Kammer angeglichen. Da in der ersten Kammer mit dem unterkühlten flüssigen Helium im wesentlichen Atmosphärendruck herrscht, tritt das Problem einer Unterdruckdurchführung für die elektrischen Zuleitungen zur supraleitenden Magnetspule nicht auf.However, the pressure level in the first chamber is equalized to the pressure level in the other chamber. Since in the first chamber with the supercooled liquid helium prevails substantially atmospheric pressure, the problem of a vacuum feedthrough for the electrical leads to the superconducting solenoid does not occur.
Durch die vertikale Anordnung der ersten Kammer unter der weiteren Kammer wirkt die Gravitation einer Rückströmung des dichteren und daher schwereren unterkühlten Heliums aus dem unteren kalten Reservoir in das obere wärmere Reservoir entgegen. Auf diese Weise sind definierte Strömungsverhältnisse gewährleistet und es findet keine unerwünschte Durchmischung von kaltem mit warmem Helium im oberen Reservoir statt.Due to the vertical arrangement of the first chamber under the other chamber, the gravitation counteracts a backflow of denser and therefore heavier undercooled helium from the lower cold reservoir into the upper warmer reservoir. In this way, defined flow conditions are ensured and there is no undesirable mixing of cold with warm helium in the upper reservoir instead.
Eine wärmeisolierende Barriere verhindert nicht nur eine Konvektion zwischen den beiden Kammern, sondern auch weitgehend eine Wärmeübertragung von der einen in die andere Kammer über Wärmeleitung.A heat-insulating barrier not only prevents convection between the two chambers, but also largely heat transfer from one chamber to the other via heat conduction.
Die Barriere besteht aus zwei durch ein Vakuum getrennte Platten aus einem schlecht wärmeleitenden Material wie z. B. Edelstahl oder Kunststoff. Durch die Vakuumisolation wird ein Wärmeaustausch zwischen oberem und unterem Reservoir verhindert.The barrier consists of two separated by a vacuum plates made of a poor thermal conductivity material such. As stainless steel or plastic. The vacuum insulation prevents heat exchange between the upper and lower reservoirs.
Um eine ungewünschte Abkühlung des Heliums in der weiteren Kammer zu vermeiden, wird meist zusätzlich zur Wärmeisolation ein elektrisches Heizelement in der weiteren Kammer angeordnet.In order to avoid unwanted cooling of the helium in the other chamber, an electric heating element is usually arranged in addition to the heat insulation in the other chamber.
Das Vakuum ist Teil des einheitlichen Vakuumteils des Kryostaten sein, so dass die Barriere nicht gesondert evakuiert werden muss. Die Maßnahmen bewirken im Gegensatz zu durchgehenden Tanksystemen eine drastische Reduktion der von außen eindringenden Wärme und sind die Vorrausetzung für einen Kryostat mit niedrigen Betriebsverlusten (”low loss”).The vacuum is part of the unitary vacuum part of the cryostat, so the barrier does not have to be evacuated separately. In contrast to continuous tank systems, the measures bring about a drastic reduction of the heat entering from outside and are the prerequisite for a cryostat with low operating losses ("low loss").
In dem jeweils innen durch den oder die Türme geführten Rohr werden die elektrischen Zuleitungen zum Magnetsystem sowie die Zuleitungen für flüssiges Helium durchgeführt. Durch diese Hohlrohrkonstruktion entsteht ein dualer Kryostat, der sowohl bei 4,2 K unter Normaldruck als auch im Unterdruckbetrieb im Bereich von z. B. 1,8 K bis 2,3 K eingesetzt werden kann.The electrical leads to the magnet system as well as the supply lines for liquid helium are carried out in the pipe which is in each case guided through the tower or towers. Through this hollow tube construction creates a dual cryostat, both at 4.2 K under atmospheric pressure and in the vacuum operation in the range of z. B. 1.8 K to 2.3 K can be used.
In beiden Betriebsarten besitzt der Kryostat Low-Loss-Eigenschaften, da unabhängig vom jeweiligen Anteil des abgepumpten bzw. abdampfenden Heliumstromes die gesamte, in beiden Gasströmen zusammen vorhandene Enthalpie an das Schildsystem des Kryostaten weitgehend abgegeben wird.In both modes of operation of the cryostat has low-loss properties, since regardless of the respective proportion of the pumped or evaporating helium stream, the total, in both gas streams together existing enthalpy is largely released to the shield system of the cryostat.
Da der Kryostat zwei Kammern mit Helium auf zwei verschiedenen Temperaturniveaus enthält, gibt es zwei Abgasströme auf unterschiedlichem Druckniveau. Ein Abgasstrom entsteht durch das aus der weiteren Kammer bei Atmosphärendruck abdampfende Helium, der zweite Abgasstrom wird durch das über den Refrigerator bei einem Druck von ca. 40 mbar abgepumpte Helium gebildet.Since the cryostat contains two chambers of helium at two different temperature levels, there are two exhaust streams at different pressure levels. An exhaust gas flow is formed by the helium evaporating from the further chamber at atmospheric pressure, the second exhaust gas flow is formed by the helium pumped off via the refrigerator at a pressure of about 40 mbar.
Je nach Betriebszustand des Kryostaten, sind die beiden Abgasströme verschieden stark, wobei der Abgasstrom aus der weiteren Kammer unter Umständen völlig zum Erliegen kommen kann. Für einen Low-loss Kryostaten ist es wesentlich, dass die im Abgas enthaltene Enthalpie möglichst vollständig ausgenutzt wird. Dazu ist es notwendig, die beiden Abgasströme unabhängig von ihrer Stärke, gleichmäßig auf die verschiedenen Türme und die daran angekoppelten Schilde zu verteilen.Depending on the operating state of the cryostat, the two exhaust gas streams are different in strength, wherein the exhaust gas flow from the other chamber may possibly come to a complete standstill. For a low-loss cryostat, it is essential that the enthalpy contained in the exhaust gas is utilized as completely as possible. For this purpose, it is necessary to distribute the two exhaust gas streams, regardless of their strength, evenly on the various towers and the associated shields.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, den Heliumverbrauch und somit auch die Betriebskosten noch weiter zu senken, wobei der Druck in der ersten Kammer möglichst konstant bleiben soll.In contrast, the object of the present invention is to further reduce helium consumption and thus also the operating costs, wherein the pressure in the first chamber should remain as constant as possible.
Lösung der Aufgabe:Solution of the task:
Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The object of the invention is achieved with the features of patent claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen dazu sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.Advantageous embodiments thereof are specified in the further claims.
Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Ausgang der Pumpe und/oder ein Ausgang für abdampfendes Helium des oder mindestens eines der Kryostaten über eine Kältemittelleitung strömungstechnisch mit der weiteren Kammer verbunden ist, und dass die Kältemittelleitung eine Abzweigvorrichtung aufweist, die einen Teilstrom des in der Kältemittelleitung befindlichen Heliums in die weitere Kammer zurückleitet.This object is achieved in that the output of the pump and / or an outlet for evaporating helium of or at least one of the cryostat via a refrigerant line is fluidly connected to the other chamber, and that the refrigerant line has a branch device, which returns a partial flow of the helium located in the refrigerant line in the further chamber.
Statt wie bisher das gesamte abgepumpte Helium in die Atmosphäre zu entlassen, wird bei der erfindungsgemäßen Kryostatenanordnung ein Teil des Heliums in die erste Kammer geleitet. Das Helium wird dabei in der innerhalb des Kryostaten zunehmend kälter werdenden Kältemittelleitung rückverflüssigt. Die Wärmeenergie des Heliums wird dabei der weiteren Kammer zugeführt, wodurch ein Heizelement überflüssig wird.Instead of releasing the entire pumped helium into the atmosphere as before, some of the helium is conducted into the first chamber in the cryostat arrangement according to the invention. The helium is thereby reliquefied into the refrigerant line, which is becoming increasingly colder within the cryostat. The heat energy of helium is supplied to the other chamber, whereby a heating element is unnecessary.
Das Helium für die Rückverflüssigung kann dabei aus demselben Kryostaten stammen, in den der Teilstrom zurückgeführt werden soll. Dies wäre etwa bei nur einem vorhandenen Kryostaten der Fall. Bei einer Anordnung von mehreren Kryostaten ist es aber auch denkbar, dass das abgedampfte oder abgepumpte Helium eines oder mehrerer weiterer Kryostaten in einen der Kryostaten zur Rückverflüssigung eingeleitet wird.The helium for the re-liquefaction can come from the same cryostat, in which the partial flow is to be returned. This would be the case with only one existing cryostat. In an arrangement of a plurality of cryostat but it is also conceivable that the evaporated or pumped helium of one or more other cryostat is introduced into one of the cryostats for re-liquefaction.
Bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungPreferred embodiments of the invention
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckregeleinrichtung vorgesehen ist, die den Druck in der weiteren Kammer konstant hält. Dies könnte etwa durch ein aktiv oder passiv geregeltes Ventil an der Kühlmittelleitung verwirklicht werden. Ein konstanter Druck ist für eine gleichmäßige Temperaturverteilung unerlässlich und besonders wichtig bei hochsensiblen NMR-Messungen.A particularly preferred embodiment is characterized in that a pressure regulating device is provided which keeps the pressure in the other chamber constant. This could be achieved by an active or passive regulated valve on the coolant line. Constant pressure is essential for a uniform temperature distribution and is especially important for highly sensitive NMR measurements.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist in der weiteren Kammer eine Heizvorrichtung vorgesehen. Obwohl die nötige Wärmezufuhr in der weiteren Kammer allein durch das dem Kryostaten zugeführte Helium erfolgen kann, sind Ausführungen denkbar, bei denen die Druckregelung über die Abdampfrate des Heliums aus der weiteren Kammer erfolgt.In a further embodiment, a heating device is provided in the further chamber. Although the necessary heat supply in the other chamber can be done solely by the helium supplied to the cryostat, embodiments are conceivable in which the pressure is controlled by the evaporation rate of the helium from the other chamber.
Vorteilhaft ist es, wenn bei den oben genannten Ausführungsformen die Druckregeleinrichtung den Druck in der weiteren Kammer auf einen einstellbaren Soll-Druck einstellt, der größer oder gleich dem Umgebungsdruck der Kryostatenanordnung ist.It is advantageous if, in the abovementioned embodiments, the pressure regulating device adjusts the pressure in the further chamber to an adjustable desired pressure which is greater than or equal to the ambient pressure of the cryostat arrangement.
Alternativ stellt die Druckregeleinrichtung den Druck in der weiteren Kammer auf einen vorgegebenen Überdruck oberhalb des Atmosphärendrucks ein.Alternatively, the pressure regulating device adjusts the pressure in the further chamber to a predetermined overpressure above the atmospheric pressure.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Kühlmittelleitung mindestens ein Überdruckventil und/oder mindestens eine Berstscheibe auf. Im Falle eines unerwarteten starken Druckanstiegs wird dadurch eine kontrollierte Druckverminderung gewährleistet.In a further embodiment, the coolant line has at least one pressure relief valve and / or at least one rupture disk. In the case of an unexpected sharp rise in pressure, this ensures a controlled reduction in pressure.
Ebenfalls vorteilhaft ist eine Ausführungsform, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kühlmittelleitung einen Pufferbehälter zur Bereitstellung eines zusätzlichen Volumens für das strömende Helium enthält. Auf diese Weise steht ein Reservevolumen zur Verfügung, wenn mehr Helium dem Kryostaten zugeführt werden muss. Zusätzlich stellt das Puffervolumen eine weitere Maßnahme zur konstant Haltung des Drucks dar.Also advantageous is an embodiment, which is characterized in that the coolant line contains a buffer tank for providing an additional volume for the flowing helium. In this way, a reserve volume is available when more helium must be supplied to the cryostat. In addition, the buffer volume represents another measure for keeping the pressure constant.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Kühlmittelleitung mindestens eine Filtereinrichtung zur Abscheidung von Verunreinigungen im Helium aufweist. Verunreinigungen, die in die erste Kammer gelangen, können einen bedeutenden Wärmeeintrag darstellen. Zudem können sich Feststoffe oder gefrorene Stoffe absetzen und Leitungen und Ventile verengen oder gar verstopfen. Daher muss das verwendete Helium hochrein sein.Particularly preferred is an embodiment in which the coolant line has at least one filter device for the separation of impurities in helium. Impurities entering the first chamber can be a significant heat input. In addition, solids or frozen substances can settle and constrict lines and valves or even clogged. Therefore, the helium used must be highly pure.
Zu bevorzugen ist es, wenn der in die weitere Kammer zurückgeleitete Teilstrom zwischen 20% und 80%, vorzugsweise zwischen 25% und 60% des über die Pumpe geförderten Gesamtstroms an Helium umfasst.It is preferable if the partial flow led back into the further chamber comprises between 20% and 80%, preferably between 25% and 60%, of the total flow of helium conveyed via the pump.
Bei einer weiteren denkbaren Ausführungsform wird Helium aus mindestens einem weiteren, räumlich getrennten Kryostaten in die Kühlmittelleitung eingeleitet. Diese Ausführungsform ist besonders dann vorteilhaft, wenn in einer Betriebsstätte, wie etwa einer Forschungseinrichtung, mehrere Kryostaten aufgestellt sind. Dann lässt sich etwa das abdampfende Helium aus dem einen Kryostaten in einen anderen Kryostaten leiten und auf die beschriebene Weise abkühlen.In another conceivable embodiment, helium is introduced from at least one further, spatially separated cryostat into the coolant line. This embodiment is particularly advantageous when a plurality of cryostats are set up in a plant, such as a research facility. Then, for example, the evaporating helium can be passed from one cryostat into another cryostat and cooled in the manner described.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Kammer eine supraleitende Magnetspule angeordnet ist.A preferred embodiment is characterized in that a superconducting magnet coil is arranged in the first chamber.
Eine Weiterbildung dieser Ausführungsform sieht vor, dass die Kryostatenanordnung Teil einer NMR-, MRI- oder FTMS-Apparatur ist.A development of this embodiment provides that the cryostat arrangement is part of an NMR, MRI or FTMS apparatus.
Bei einer weiteren Weiterbildung der Ausführungsform umfasst die Apparatur ein höchstauflösendes Hochfeld-NMR-Spektrometer mit einer Protonen-Resonanzfrequenz ≥ 800 MHz.In a further development of the embodiment, the apparatus comprises a high-resolution high-field NMR spectrometer with a proton resonance frequency ≥ 800 MHz.
Die erste Kammer und die weitere Kammer können sowohl über- als auch nebeneinander angeordnet sein.The first chamber and the further chamber can be arranged both above and next to each other.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Further advantages of the invention will become apparent from the description and the drawings. Likewise, the features mentioned above and those listed further can be used individually or in any combination. The embodiments shown and described are not to be understood as exhaustive enumeration, but rather have exemplary character for the description of the invention.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung und ZeichnungDetailed description of the invention and drawing
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated in the drawing and will be explained in more detail with reference to embodiments. Show it:
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BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Erste Kammer (2 K He)First Chamber (2 K He)
- 22
- Weitere Kammer (4,2 K He)Further chamber (4.2 K he)
- 33
- Joule-Thomson-VentilJoule-Thomson valve
- 44
- Wärmeisolierende BarriereHeat insulating barrier
- 55
- Filterfilter
- 66
- ÜberdruckventilPressure relief valve
- 77
- Berstscheiberupture disc
- 1010
- Kryostatenanordnungcryostat
- 1111
- Kryostat (2 K Helium)Cryostat (2K helium)
- 1313
- Abpumpleitungevacuation line
- 1414
- Pumpepump
- 1515
- KältemittelleitungRefrigerant line
- 1616
- Abzweigvorrichtungbranching device
- 1717
- DruckregelvorrichtungPressure control device
- 1818
- Pufferbehälterbuffer tank
- 2020
- Kryostatenanordnungcryostat
- 2121
- Erster Kryostat (2 K Helium)First cryostat (2 K helium)
- 2222
- Weiterer KryostatAnother cryostat
- 2323
- Abpumpleitungevacuation line
- 2424
- Pumpepump
- 2525
- KältemittelleitungRefrigerant line
- 2626
- Abzweigvorrichtungbranching device
- 2727
- DruckregelvorrichtungPressure control device
- 2828
- Pufferbehälterbuffer tank
- 3030
- Kryostatenanordnungcryostat
- 3131
- Kryostat (2 K Helium)Cryostat (2K helium)
- 3232
- Kryostat (4,2 K Helium)Cryostat (4.2 K helium)
- 3333
- Abpumpleitungevacuation line
- 3434
- Pumpepump
- 3535
- KältemittelleitungRefrigerant line
- 3636
- Abzweigvorrichtungbranching device
- 3737
- DruckregelvorrichtungPressure control device
- 3838
- Pufferbehälterbuffer tank
- 3939
- Verflüssigercondenser
- 4040
- Kryostatenanordnungcryostat
- 4141
- Erster Kryostat (2 K Helium)First cryostat (2 K helium)
- 4242
- Weiterer KryostatAnother cryostat
- 4343
- Abpumpleitungevacuation line
- 4444
- Pumpepump
- 4545
- KältemittelleitungRefrigerant line
- 4646
- Abzweigvorrichtungbranching device
- 4747
- DruckregelvorrichtungPressure control device
- 5050
- Kryostatenanordnungcryostat
- 5151
- Erster Kryostat (2 K Helium)First cryostat (2 K helium)
- 51'51 '
- Weiterer Kryostat (2 k Helium)Another cryostat (2 k helium)
- 5252
- Weiterer KryostatAnother cryostat
- 5353
- Abpumpleitungevacuation line
- 5454
- Pumpepump
- 5555
- KältemittelleitungRefrigerant line
- 5656
- Abzweigvorrichtungbranching device
- 5757
- DruckregelvorrichtungPressure control device
Claims (13)
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-
2011
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- 2011-05-05 GB GB1107479.6A patent/GB2480154B/en active Active
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Effective date: 20150408 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: BRUKER BIOSPIN GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: BRUKER BIOSPIN GMBH, 76287 RHEINSTETTEN, DE |