專利名稱：低溫致冷機雜質清除的制作方法
技術領域：
本發明涉及低溫致冷機，尤其涉及脈沖管致冷機、GiffordMcMahon(GM)致冷機和蘇威(Solvay)致冷機，其使用空氣調節型用油潤滑的壓縮機。
背景技術：
這些致冷機包括蒸發器，有時被稱為冷頭(coldhead)，其通過氣體供給和返回管道與遠處的壓縮機相連。這些系統廣泛用于冷卻MRI磁體和低溫泵。這些致冷機具有相對于壓縮機以低速運行的蒸發器，因此能夠在4K到20K的溫度范圍內有效的產生致冷。壓縮機中的油通常在油分離器中從氦操作液中除去，油分離器將油返回到壓縮機，油分離器之后是吸附器，大概每18個月更換吸附器。
雖然制造過程已經發展到確定氦足夠干凈，使得新致冷機可以在穩定的溫度運行很長時間，但是發現在維修期間有時引入雜質。這可以導致操作溫度升高。當這種情況發生時，發現在現有技術中去除這些雜質是很困難的，并且通常更換壓縮機以恢復可接受的操作。
本發明揭示了一種在致冷機變臟之后將其返回到可接受的操作的方法，這是本發明的目的。
發明內容
在維修4K GM型致冷機之后，由于在蒸發器中雜質的積累，有時使得溫度慢慢的升高。維修蒸發器包括卸下氣體管道，當蒸發器變暖時排出氦，取下驅動裝置，更換封口，重新組裝，用干凈氦清洗，重新連接氣體管道，以及重啟致冷機。連接蒸發器和壓縮機的氣體管道通常具有自封閉接合器，當它們連接時通常僅允許極少量的空氣與氦混合。有時，磨損的接合器允許過量的空氣與氦混合。最終在蒸發器中將雜質排除在外(freeze out)。可以通過在蒸發器冷卻時斷開氣體管道、連接排氣閥、然后使蒸發器變熱并在氣體膨脹時排出收集的氣體來去除蒸發器中的雜質。用干凈氦清洗去除了來自蒸發器的殘留雜質。壓縮機也可以用干凈氦清洗，但是這不能總是完全去除殘留的雜質，以阻止再次在蒸發器中具有雜質積累的重復，并且導致冷卻溫度慢慢升高。
比通過更換壓縮機來解決這個問題更好的方法是，發現可以通過首先隔離蒸發器、使其加熱并用高純度氦對其清洗，然后用干凈油更換壓縮機中的油來解決這問題。這在消費者處就可以完成，因此節省了可觀的費用。
附圖簡述
圖1為廣泛用于冷卻MRI磁體的GM致冷機的示意圖，示出了用于填充油或從壓縮機排出油的端口。
發明詳述GM循環致冷機通過使用油潤空氣調節型壓縮機，能夠在很低的溫度產生致冷，并且可靠性高、壽命長和價錢低。通過使用具有很低蒸汽氣壓的油(比如Union Carbide LB 100X)、真空烘焙以去除雜質、以及知道如何去除當離開壓縮機時進入到氦中的油，使得這成為可能。
圖1為GM致冷機10的示意圖，其包括蒸發器70、供給氣體管道48、返回氣體管道49和壓縮機系統15。在用于冷卻MRI磁體的當前4K GM致冷機中的蒸發器的描述包含在美國專利5481879中。氣體管道通常是彈性SS波紋管型管道，其末端具有Aeroquip自封閉接合器44。這里描述的壓縮機系統是Sumitomo重工(SumitomoHeavy Industries)制造的CSW-71型。美國專利6488120描述了具有許多相似特征的壓縮機。
在壓縮機系統15中主要部件是壓縮機20、油分離器30、吸附器40、油/氦冷卻器50和緩沖罐60。氦以低壓(比如0.7Mpa)通過氣體管道49從蒸發器70返回，該氣體管道49在返回端口45與壓縮機系統10相連。然后氦通過緩沖罐60流向壓縮機20的入口。緩沖罐60在系統中用于消除由在大約1Hz操作的蒸發器70和在大約50或60Hz操作的壓縮機20所產生的壓力脈沖。一些壓縮機具有用作緩沖罐的在低壓下的殼體，但是示出的壓縮機是蝸管型壓縮機，其使低壓氦直接進入蝸管21。蝸管21由電動機22驅動。
管道26中已經在50中冷卻的油也被注入蝸管，其中它和氦混合，結果氦和油都被壓縮。混合物從蝸管的中心排出，并且大部分的油從氦分離出來并集中在壓縮機的底部23中。
高壓氦(比如2.1Mpa)流過管道27和冷卻器50，然后進入油分離器30。在分離器30中從氦分離出來的油通過管道31、過濾器32和管口43返回到壓縮機入口。離開分離器30的氦流進包括通氣壓安全閥43、壓力傳感器41和電磁閥42的集合管。當傳感器41指示達到壓力上限時，控制器(未示出)打開閥42，應該正常的流過吸附器40、供給端口45和氣體管道48到達蒸發器70的氣體迂回回到緩沖罐60。通過經由管道51流入和經由管道52流出的水在50中冷卻氦和油。氦經由填充端口47加入到系統。油可以經由填充端口24加入到系統，并通過端口25排出。
油分離器30十分高效，但是它確實允許大約100mL/yr的油進入到吸附器40。吸附器可以容納最少800mL，但是因為油進入蒸發器70的嚴重性，建議每兩年更換吸附器40。在吸附器的入口和出口處的自封閉接合器44使得可實現在用戶處更換吸附器。還將油加入到壓縮機20以補償在吸附器40中除去的油。每兩年的例行維修還包括停止蒸發器70，將蒸發器70加熱到室溫，卸下蒸發器處的氣體管道48和49，從蒸發器排出氣體，拆開蒸發器來維修活塞環和閥碟，重新裝配蒸發器，連接氦供給瓶，從蒸發器清洗空氣，然后用氣體管道48和49更換維修氣體配件。
在正常情況下，執行維修不會引入雜質到氦循環中。但是，如果空氣確實進入到系統并與氦混合，已經發現除了水之外空氣中的所有成分相對容易除去。潤滑油具有很強的吸水性，并且只有當其被加熱到大約300℃時才快速釋放水。接近室溫時，水經過幾個月的周期從油中散發。在蒸發器中水的聚集是在其它雜質已被除去之后蒸發器溫度升高的首要原因。
本發明基于將壓縮機20中的油更換從而將被水污染的系統回到其原始操作條件的觀測結果。
雖然以下不打算作為關于該過程的工作的說明，但是要求系統功能如下。
CSW-71壓縮機系統承載大約3.8L已被真空烘焙的油。這些油中的大約1L充滿油分離器。剩余的主要分布在壓縮機20的底部23和油冷卻器50中。油冷卻器50被構造成使得油從冷卻器50排出并返回到壓縮機的底部23。因此可能通過排出閥25從壓縮機排出差不多3L油。如果假設將油真空烘焙可以在油中剩下大約30ppm的水，并且蒸發器可以承受油中約50ppm的水，那么為了在混合之后系統中的油具有平均50ppm，計算得到在分離器中不可能去除的油可以具有約125ppm的水。當然，當干凈的油具有30ppm以下的水含量時，將可以排出更少的油，或是可以容納更高的污染等級，或是二者都可以。
因為維修系統的問題引入這么高程度的污染是不可能的，并且對于不能與CSW-71一樣更換大部分的油的系統，為了將污染程度減小到可接受的程度而更換油的過程對系統起作用也是不可能的。
在本發明的第二實施例中，部分油排出和再填充過程可以被重復執行一次或多次，以逐漸的減少在油中包含的污染。這種多次排出-再填充過程在一些系統中是實用的，在這些系統中以單次排出-再填充操作去除所需量的油是不可能或不切實際的。當盡可能多的油被更換，之后壓縮機可以在氣體管道斷開的情況下運行，直到雜質均勻地與油混合。然后再將一部分油更換。
盡管這個過程直接應用于由Sumitomo重工制造的當前的4KGM致冷機，但是這個過程也可以用于具有被污染的用油潤滑的壓縮機的任何GM致冷機。大多數系統具有油填充端口，使得可以在更換吸附器之后加入油。這可以用于通過將壓縮機翻轉到其一側而排出油。
沒有發現當前的系統具有油排出閥。根據本發明設計的新系統具有油排出端口，其便于油的去除和更換。盡管發現可能通過油填充端口從系統排出大約40％的油，但當安裝了油排出端口時，能夠被去除的量幾乎加倍。
以上描述的CSW-71壓縮機代表了本發明的優選實施例，因為a)它具有油冷卻器，當系統關閉時排回到壓縮機，b)它具有用于添加油的油填充端口，c)它具有在壓縮機底部用于去除油的油排出閥，及d)大約79％的大部分油可以被排出和更換。其它類似的壓縮機可以用于替換本優選實施例的CSW-71壓縮機，只要它們具有油填充端口和油排出端口中的至少一個。
權利要求
1.一種從GM、脈沖管或蘇威型低溫致冷機中去除雜質的方法，該低溫制冷機包括油潤滑的壓縮機，該方法包括用干凈油更換該壓縮機中的至少一部分油。
2.一種從GM、脈沖管或蘇威型低溫致冷機中去除雜質的方法，該低溫制冷機包括油潤滑的壓縮機，其中該雜質在維修該致冷機的過程中被引入，該方法包括用干凈油更換至少一部分所述油。
3.如權利要求1所述的方法，其中在所述維修期間將蒸發器從所述壓縮機斷開。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述雜質是水。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述更換步驟被重復多次。
6.如權利要求4所述的方法，其中用含水少于50ppm的充足的干凈油更換所述系統中充足的油，以使得在所述系統中油的平均水含量不大于50ppm。
7.如權利要求6所述的方法，其中所述干凈油具有大約30ppm的水含量。
8.如權利要求6所述的方法，其中所述干凈油具有低于30ppm的水含量。
9.如權利要求4所述的方法，其中更換所述系統中至少25％的油。
10.一種GM、脈沖管或蘇威型低溫致冷機系統，包括油潤滑的壓縮機，其特征在于，所述壓縮機包含加油口，該加油口的位置使得至少可以排出25％的油。
11.如權利要求10所述的低溫致冷系統，進一步包括排油口，該排油口的位置使得至少可以排出50％的油。
12.如權利要求10所述的系統，進一步包括油冷卻器，其中當所述系統關閉時，在所述油冷卻器中的油排回到所述壓縮機中。
13.如權利要求1所述的低溫致冷機，其為GM型低溫致冷機。
14.如權利要求1所述的低溫致冷機，其為蘇威型致冷機。
15.如權利要求1所述的低溫致冷機，其為脈沖管致冷機。
全文摘要
本發明揭示了一種從GM型低溫致冷機去除雜質的方法，該GM型低溫致冷機結合有用油潤滑的壓縮機，其中這種雜質是在維修該致冷機的過程中被引入的，其中用于凈油更換至少一部分油。
文檔編號F25J3/00GK1707200SQ200510075520
公開日2005年12月14日 申請日期2005年6月2日 優先權日2004年6月2日
發明者勇·德克雅 申請人:美國蘇米托默低溫學公司