專利名稱：超導(dǎo)磁體的制冷系統(tǒng)、制冷方法以及核磁共振成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種超導(dǎo)磁體的制冷系統(tǒng)和制冷方法，以及一種包括超導(dǎo)磁體及其制 冷系統(tǒng)的核磁共振成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
當(dāng)超導(dǎo)磁體被冷卻到合適的低溫時(shí)，將其作為導(dǎo)體傳輸電流，其上的電阻為零，該 合適的低溫被稱為超導(dǎo)磁體的“超導(dǎo)溫度”。因此，需要為超導(dǎo)磁體提供冷卻系統(tǒng)，以確保超 導(dǎo)磁體工作在其超導(dǎo)溫度之下。一種傳統(tǒng)的超導(dǎo)磁體制冷系統(tǒng)是把制冷頭安裝在超導(dǎo)磁體上。這種方法有若干缺 陷，包括制冷頭可能將震動(dòng)傳遞到超導(dǎo)磁體，以及可能在制冷頭和超導(dǎo)磁體之間熱傳導(dǎo)通 道形成溫度梯度等等。另一種傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)是在一個(gè)制冷池中裝有大量的冷卻液來制冷超導(dǎo)磁體。超導(dǎo) 磁體的熱量通過將冷卻液從液態(tài)氣化成氣態(tài)的過程中被帶走。在這一過程中，氣化產(chǎn)生的 氣體通常散發(fā)到空氣中，需要定期補(bǔ)充冷卻液。一些超導(dǎo)磁體的制冷系統(tǒng)使用制冷機(jī)將氣 化的氣體重新冷凝成為液態(tài)。然而，當(dāng)制冷機(jī)因斷電或處于系統(tǒng)維護(hù)期間而不能為制冷系 統(tǒng)制冷時(shí)，或者當(dāng)超導(dǎo)磁體發(fā)生意外短暫的失超時(shí)，超導(dǎo)磁體上儲(chǔ)存的電磁能轉(zhuǎn)化成熱量， 就有大量的制冷氣體揮發(fā)到大氣中流失掉。一旦制冷機(jī)重新開啟，需要重新向制冷系統(tǒng)中 添加冷卻劑。因液氦等冷卻劑價(jià)格昂貴，這種傳統(tǒng)的制冷方法的制冷和維護(hù)成本都很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面在于提供一種超導(dǎo)磁體的制冷系統(tǒng)，該制冷系統(tǒng)包括一閉環(huán)冷 卻路徑。該閉環(huán)冷卻路徑包括一與超導(dǎo)磁體熱耦合的冷卻管、與冷卻管通過連接管連通的 冷凝器、與冷卻管及冷凝器均連通的冷卻液容器、以及至少一個(gè)與冷卻管通過連通管連通 的氣體容器。本發(fā)明的另一個(gè)方面在于提供一種核磁共振成像系統(tǒng)，該核磁共振成像系統(tǒng)包括 一超導(dǎo)磁體、一收容所述超導(dǎo)磁體的冷屏、以及一閉環(huán)冷卻路徑。該閉環(huán)冷卻路徑包括一與 超導(dǎo)磁體熱耦合的冷卻管、一與冷卻管通過連接管連通的冷凝器、一與冷卻管及冷凝器均 連通的冷卻液容器、以及至少一個(gè)與冷卻管通過連通管連通的氣體容器。其中所述冷卻管 內(nèi)有冷卻劑通道，冷凝器與一制冷機(jī)相連，而所述氣體容器與冷屏熱耦合。本發(fā)明的又一個(gè)方面在于提供一種超導(dǎo)磁體的制冷方法，該制冷方法包括將一冷 卻管與超導(dǎo)磁體熱耦合；液體冷卻劑流經(jīng)至少所述冷卻管的一部分；通過將液體冷卻劑氣 化成氣體冷卻劑的氣化過程吸收超導(dǎo)磁體的熱量，氣化的氣體冷卻劑的一部分與一冷凝器 接觸進(jìn)行熱交換，而將該氣體冷卻劑冷凝成液體冷卻劑，并使該液體冷卻劑流回冷卻管；以 及將氣化的氣體冷卻劑一部分儲(chǔ)存在一與冷卻管連通的氣體容器內(nèi)。


通過結(jié)合附圖對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖 中圖1所示為依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的超導(dǎo)磁體冷卻系統(tǒng)的示意圖；圖2所示為依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式一個(gè)核磁共振成像系統(tǒng)的示意圖，該核磁共 振成像系統(tǒng)包括圖1所示的冷卻系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的若干個(gè)實(shí)施方式有關(guān)一種超導(dǎo)磁體的制冷系統(tǒng)。該制冷系統(tǒng)包含至少一 個(gè)閉環(huán)冷卻路徑，該閉環(huán)冷卻路徑包含至少一個(gè)與超導(dǎo)磁體熱耦合的冷卻管、一個(gè)通過連 接管與冷卻管相連通且與一制冷機(jī)熱耦合的冷凝器、至少一個(gè)位于冷凝器和冷卻管之間且 與冷凝器和冷卻管均連通的冷卻液容器、以及至少一個(gè)與冷卻管通過連通管連通的氣體容 器。冷卻劑在該閉環(huán)的冷卻路徑內(nèi)流動(dòng)，該冷卻劑包括至少流經(jīng)冷卻管一部分的液體冷卻 劑，以及由液體冷卻劑吸收熱量氣化而成的氣體冷卻劑。圖1所示為本發(fā)明超導(dǎo)磁體111的冷卻系統(tǒng)110，該圖示僅為輔助說明本
發(fā)明內(nèi)容
的示意圖，而非按照實(shí)際冷卻系統(tǒng)的真實(shí)比例繪制。圖示的冷卻系統(tǒng)110包括一個(gè)閉環(huán)的 冷卻路徑，液體冷卻劑和氣體冷卻劑(統(tǒng)稱“冷卻劑”)在該閉環(huán)的冷卻路徑中流動(dòng)。圖示實(shí) 施方式中的閉環(huán)的冷卻路徑包括與超導(dǎo)磁體111熱耦合的冷卻管112、一個(gè)在正常冷卻工 作中存儲(chǔ)液體冷卻劑并向冷卻管傳輸液體冷卻劑的冷卻液容器114、一個(gè)將冷卻管112中 氣體的氣體冷卻劑冷凝成液體冷卻劑并流至冷卻液容器114中的冷凝器116、以及至少一 個(gè)氣體容器118。在冷卻系統(tǒng)110的正常冷卻過程短暫中止(以下簡稱“ride-through”情 形)，比如當(dāng)制冷機(jī)1 停止制冷或者當(dāng)超導(dǎo)磁體111發(fā)生意外失超情況，該氣體容器118 容納氣體冷卻劑。在圖示的實(shí)施方式中，冷卻管112大致呈環(huán)形，包括一個(gè)冷卻劑通道113以及第 一、第二開口。在正常冷卻工作中，冷卻系統(tǒng)110通過冷卻管112中液體冷卻劑吸收熱量而 氣化成氣體冷卻劑，從而帶走超導(dǎo)磁體111的熱量，使得超導(dǎo)磁體111被保持在其超導(dǎo)溫度 以下。在一些實(shí)施方式中，在閉環(huán)冷卻路徑中流通的冷卻劑可以是氮、氖、氫、氦或者任意兩 種或者多種混合的氣體、液體或氣、液混合體，以及其他能夠從超導(dǎo)磁體帶走足夠熱量的冷 卻劑。、在圖示的實(shí)施方式中，冷凝器116與一制冷機(jī)1 熱耦合，該制冷機(jī)1 將冷凝器 116冷卻到足夠的溫度，比如大約2開(開氏溫度)到大約4開，從而該冷凝器116可以將 氣體冷卻劑冷卻成液體冷卻劑。該冷凝器116有一個(gè)與氣體冷卻劑接觸的熱交換表面，以 將氣體冷卻劑冷卻成液態(tài)(液體冷卻劑)。在一些實(shí)施方式中，該冷凝器116由熱傳導(dǎo)性好 的銅、鋁等材料制成。在圖示的實(shí)施方式中，冷凝器116與冷卻管112上的第一開口 120通過一位于冷 凝器116和冷卻液容器114之間的第一連接管122，和一位于冷卻液容器114與冷卻管112 之間的第二連接管124。從而，氣體冷卻劑從冷卻管112的第一開口 120，經(jīng)第二連接管124， 流至冷卻液容器114，再進(jìn)一步經(jīng)第一連接管122流至冷凝器116。作為另一種可供選擇的 實(shí)施方式，冷凝器116直接通過一連接管與冷卻管112連接而不經(jīng)過冷卻液容器114。
在圖示的實(shí)施方式中，冷凝器116與冷卻液容器114經(jīng)一第三連接管1 連通，以 將液體冷卻劑從冷凝器116傳送至冷卻液容器114。在圖示的實(shí)施方式中，冷凝器116位于 冷卻液容器114上方，從而，液體冷卻劑在重力作用下流到冷卻液容器114。在一些實(shí)施方 式中，氣體冷卻劑也可以經(jīng)第三連接管1 流到冷凝器116，而液體冷卻劑也可以流經(jīng)第二 連接管。從而在冷卻管112內(nèi)流通的冷卻劑是液體冷卻劑和氣體冷卻劑的混合。在所示的實(shí)施方式中，冷卻液容器114位于冷卻管112上方，且冷卻液容器114通 過一第四連接管1 與冷卻管112的第二開口 121連通。從而，液體冷卻劑在重力作用下， 從冷卻液容器114經(jīng)第二開口 121流進(jìn)冷卻管112。在一些實(shí)施方式中，冷卻液容器114是 由不銹鋼、鋁或復(fù)合材料制成的。在一些實(shí)施方式中，制冷系統(tǒng)110包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的冷 卻液容器114，用以容納冷凝器116冷凝的液體冷卻劑，并將液體冷卻劑向冷卻管112傳送。在一些實(shí)施方式，冷卻管112沿超導(dǎo)磁體111的圓周方設(shè)置于超導(dǎo)磁體111表面 上。在其他的實(shí)施方式中，冷卻管112可以沿超導(dǎo)磁體111的縱長方向設(shè)置于超導(dǎo)磁體111 的表面。在一些實(shí)施方式中，冷卻系統(tǒng)110包括設(shè)置于超導(dǎo)磁體表面上的兩個(gè)或兩個(gè)以上 的冷卻管112。作為一種實(shí)施方式，冷卻管112與超導(dǎo)磁體111的超導(dǎo)線圈通過一電絕緣 層熱耦合，從而該冷卻管112透過該電絕緣層直接冷卻超導(dǎo)線圈。在其他實(shí)施方式中，冷卻 管112與超導(dǎo)磁體111上超導(dǎo)線圈之外的其他結(jié)構(gòu)，如支撐結(jié)構(gòu)或冷卻元件熱耦合，從而， 超導(dǎo)線圈上的熱經(jīng)過該超導(dǎo)磁體111上的其他結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)至冷卻管112，并被冷卻管112內(nèi) 液體冷卻劑氣化成氣體冷卻劑的相變過程帶走。在一些實(shí)施方式中，冷卻管112由不銹鋼、 鋁、銅或黃銅等材料制成。在圖示的實(shí)施方式中，至少一個(gè)氣體容器118通過一個(gè)連通管130與冷卻管112 的冷卻劑通道113連通。在一些實(shí)施方式中，氣體容器118由不銹鋼、鋁、銅、黃銅或復(fù)合材 料制成。在圖示的實(shí)施方式中，冷卻系統(tǒng)110包括若干個(gè)氣體容器118，該若干個(gè)氣體容器 118經(jīng)過連接管133連通。該若干個(gè)氣體容器118與冷卻管112經(jīng)過一連通管130連通，用 以容納氣化的氣體冷卻劑。在圖示的實(shí)施方式中，連通管130的上部與冷凝器116和冷卻 管112之間的第一連接管IM連通。在另一個(gè)可供選擇的實(shí)施方式中，氣體容器118可以 直接與冷卻管112連通而不經(jīng)過冷卻液容器114。在其他實(shí)施方式中，冷卻系統(tǒng)110包括干 個(gè)連通管，每一個(gè)連通管將相應(yīng)的氣體容器118與冷卻管112相連通。在圖示的實(shí)施方式 中，氣體容器118低于冷卻管112。在其他實(shí)施方式中，氣體容器118可以在冷卻管112上 部。在一些實(shí)施方式中，冷卻系統(tǒng)110包括一個(gè)冷屏132，用以將超導(dǎo)磁體111與周圍 環(huán)境溫度隔離開來。冷屏132可以由導(dǎo)熱材料比如銅、鋁等制成。在圖示的實(shí)施方式中，氣 體容器118分布在冷屏132的內(nèi)表面，并與冷屏132熱耦合。在一些實(shí)施方式中，冷屏132 形成一個(gè)可將超導(dǎo)磁體111保持在大約40開到大約80開的溫度范圍的熱輻射屏蔽。在其 他實(shí)施方式中，氣體容器118可以被設(shè)置在冷屏132的外表面上。在一些實(shí)施方式中，冷卻系統(tǒng)110包括一防止液體冷卻劑流入氣體容器118的阻 隔裝置。在圖示的實(shí)施方式中，該阻隔裝置為一位于連通管130上部的“η”形連接管。在圖示的實(shí)施方式中，制冷系統(tǒng)110進(jìn)一步包括一入口部134，在正常冷卻過程開 始之前，制冷系統(tǒng)110首先將超導(dǎo)磁體111從一較高溫度例如室溫冷卻至超導(dǎo)溫度，即初始 冷卻過程，氣體冷卻劑或液體冷卻劑被從該入口部134引入制冷系統(tǒng)110的閉環(huán)冷卻路徑。在一些實(shí)施方式中，該入口部134也被用于在正常冷卻過程中向該閉環(huán)冷卻路徑補(bǔ)充冷卻 劑。在一些實(shí)施方式中，在所述初始冷卻過程中，氣體冷卻劑持續(xù)的從入口部134注 入該閉環(huán)冷卻路徑中，被冷凝器116冷凝成液體冷卻劑，液體冷卻劑流入并流經(jīng)冷卻管 112，從而將超導(dǎo)磁體111的熱帶走。在一些實(shí)施方式中，從入口部134注入的氣體冷卻劑 是高壓氣體冷卻劑，該高壓氣體冷卻劑可以由高壓儲(chǔ)氣罐注入或通過壓力泵注入該閉環(huán)冷 卻路徑中。冷卻劑的氣壓隨著超導(dǎo)磁體111的溫度降低而降低，當(dāng)超導(dǎo)磁體111達(dá)到超導(dǎo) 溫度(比如4開)，冷卻系統(tǒng)110開始正常冷卻過程。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)冷卻系統(tǒng)110在ride-through過程中，比如當(dāng)制冷機(jī)1 停止制冷或者當(dāng)超導(dǎo)磁體111發(fā)生意外失超情況，導(dǎo)致冷凝機(jī)116不能提供有效的冷卻，不 能將足夠的氣體冷卻劑冷凝成液體冷卻劑，從而不能保證正常的制冷過程的進(jìn)行，閉環(huán)冷 卻路徑中的溫度升高，氣體冷卻劑存儲(chǔ)在氣體容器118中。在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)所有的 液體冷卻劑都?xì)饣蓺怏w冷卻劑時(shí)，該若干個(gè)氣體容器118的容積足夠容納所有氣體冷卻 劑，且其中的氣壓低于該冷卻劑的“超臨界氣壓”。所謂冷卻劑的超臨界氣壓即，當(dāng)氣壓高于 該超臨界氣壓時(shí)，不再發(fā)生冷卻劑的氣化，即冷卻劑不再存在液態(tài)到氣態(tài)的相變，從而不能 通過氣化熱吸收超導(dǎo)磁體的熱量，超導(dǎo)磁體將不能保持在穩(wěn)定的超導(dǎo)溫度。該超臨界氣壓 大小取決于所選擇的冷卻劑。在一個(gè)實(shí)施方式中，在ride-through過程中，在閉環(huán)冷卻路 徑中的氣壓達(dá)到超臨界氣壓之前，所有的液體冷卻劑都已氣化成氣體冷卻劑，從而所有的 液體冷卻劑都被充分用于制冷。對(duì)于閉環(huán)冷卻路徑中的一定數(shù)量的冷卻劑，該閉環(huán)冷卻路 徑的容量取決于熱動(dòng)態(tài)狀態(tài)，比如在所有液體冷卻劑都?xì)饣蓺怏w冷卻劑時(shí)的氣壓和溫度寸。在一些實(shí)施方式中，該閉環(huán)冷卻路徑在其中溫度達(dá)到室溫時(shí)仍保持封閉。為承受 其中的氣壓，該制冷系統(tǒng)的機(jī)械強(qiáng)度需要足夠大，根據(jù)理想氣體方程PV = nRT其中“P”是冷卻劑的超臨界氣壓；“V”是氣體冷卻劑的容積，即該閉環(huán)冷卻路徑的 容積；“η”是該閉環(huán)冷卻路徑中冷卻劑的量；“R”是氣體常數(shù)，即8. 314472摩爾熱容標(biāo)準(zhǔn)值 (jrimoF1) ；“Τ”是該制冷系統(tǒng)升溫到室溫時(shí)的絕對(duì)溫度。在圖示的實(shí)施方式中，該制冷系統(tǒng)還包括一出口部，當(dāng)該閉環(huán)冷卻路徑內(nèi)的氣壓 達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，制冷系統(tǒng)通過該出口部釋放氣體。在圖示的實(shí)施方式中，所述入口部 Π4也是該閉環(huán)冷卻路徑的出口部。在一些實(shí)施方式中，制冷系統(tǒng)110包括位于一個(gè)控制出 口部開關(guān)的壓力閥以確保制冷系統(tǒng)110的安全運(yùn)行。在一些實(shí)施方式中，制冷系統(tǒng)110包 括一控制器，用來控制制冷系統(tǒng)110的氣壓、溫度等。參照?qǐng)D2所示，制冷系統(tǒng)110被應(yīng)用于一核磁共振成像系統(tǒng)10( "MR系統(tǒng)10”) 中。在圖示的實(shí)施方式中，該MR系統(tǒng)的操作由操作員控制臺(tái)12進(jìn)行控制，該控制臺(tái)包括鍵 盤或者其他輸入設(shè)備13、控制面板14和顯示屏16。該控制臺(tái)12通過鏈路18與單獨(dú)的計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)20進(jìn)行通信，使操作員能夠控制顯示屏16上圖像的生成和顯示。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 20包括多個(gè)模塊，它們之間通過底板20a進(jìn)行通信。這些包括圖像處理器模塊22、CPU模 塊M和本領(lǐng)域已知的作為用來存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)陣列的楨緩沖器的存儲(chǔ)模塊26。該計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)20與磁盤存儲(chǔ)器觀和磁帶驅(qū)動(dòng)器30相連，用于存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)和程序，并通過高速串行 鏈路34與單獨(dú)的系統(tǒng)控制32進(jìn)行通信。該輸入設(shè)備13可包括鼠標(biāo)、操縱桿、鍵盤、跟蹤球、觸摸屏、光棒、聲控，或者任何類似或等效的輸入設(shè)備，并可用于交互式結(jié)構(gòu)指令。該系統(tǒng)控制32包括一組與背板3 連接在一起的模塊。這些包括CPU模塊36和 脈沖發(fā)生器模塊38，該脈沖發(fā)生器模塊通過串行鏈路40與該操作員控制臺(tái)12相連。通過 鏈路40，該系統(tǒng)控制32接受來自操作員的命令，并指示要執(zhí)行的掃描序列。該脈沖發(fā)生器 模塊38操作該系統(tǒng)部件執(zhí)行所希望的掃描序列，并生成數(shù)據(jù)，其表示生成的射頻脈沖的時(shí) 刻、強(qiáng)度和形狀、以及數(shù)據(jù)采集窗口的時(shí)刻和長度。該脈沖發(fā)生器模塊38與一組梯度放大器42相連，以指示在掃描過程中生成的梯 度脈沖的時(shí)刻和形狀。該脈沖發(fā)生器模塊38還能夠接收來自生理采集控制器44的病人數(shù) 據(jù)，該生理采集控制器接收來自與病人相連的多個(gè)不同的傳感器的信號(hào)，比如來自與病人 接觸的電極的ECG信號(hào)。最后，該脈沖發(fā)生器模塊38連接至掃描室接口電路46，其接收與 病人狀況以及該磁體系統(tǒng)相關(guān)的不同傳感器的信號(hào)。還通過掃描室接口電路46，病人定位 系統(tǒng)48接收命令，將病人移到所希望的掃描位置。由該脈沖發(fā)生器模塊38生成的梯度波形提供給具有Gx，Gy和( 放大器的梯度 放大器系統(tǒng)42。每個(gè)梯度放大器激勵(lì)相應(yīng)的通常設(shè)計(jì)成梯度線圈組件52內(nèi)的物理梯度線 圈，以生成磁場(chǎng)梯度，用于對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行局部編碼。該梯度線圈組件52構(gòu)成磁體組件 50的一部分，該磁體組件50包括極化磁體M和整體射頻線圈56。系統(tǒng)控制32中的收發(fā) 模塊58產(chǎn)生脈沖，該脈沖由射頻放大器60放大，并通過發(fā)射/接收開關(guān)62連接至射頻線 圈56。由病人體內(nèi)受激發(fā)的核發(fā)出的結(jié)果信號(hào)可被同一個(gè)射頻線圈56檢測(cè)到，并通過該發(fā) 射/接收開關(guān)62連接至前置放大器64。經(jīng)過放大的MR信號(hào)在收發(fā)機(jī)58的接收機(jī)部分被 解調(diào)，濾波和數(shù)字化。該發(fā)射/接收開關(guān)62由來自脈沖發(fā)生器模塊38的信號(hào)控制，以在發(fā) 射模式期間將射頻放大器60電連接至線圈56，以及在接收模式期間將該前置放大器64連 接至線圈56。該發(fā)射/接收開關(guān)62還能使單獨(dú)的射頻線圈(比如表面線圈)用于該發(fā)射 或者接收模式。由該射頻線圈56獲取的MR信號(hào)通過收發(fā)模塊58進(jìn)行數(shù)字化，并傳送給系統(tǒng)控制 32中的存儲(chǔ)器模塊66。當(dāng)在存儲(chǔ)器模塊66中采集了一個(gè)原始K空間(Space)數(shù)據(jù)矩陣時(shí)， 掃描結(jié)束。這個(gè)原始K空間數(shù)據(jù)為每個(gè)要重構(gòu)的圖像重新排列成各自的K空間數(shù)據(jù)陣列， 這些陣列的每個(gè)都被輸入到陣列處理器68中，其對(duì)這些數(shù)據(jù)執(zhí)行傅立葉交換，成為圖像數(shù) 據(jù)陣列。這個(gè)圖像數(shù)據(jù)通過串行鏈路34傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)20，在那里它被保存在存儲(chǔ)器 中，比如磁盤存儲(chǔ)器觀中。作為對(duì)來自操作員控制臺(tái)12的命令的響應(yīng)，這個(gè)圖像數(shù)據(jù)可能 被存檔在長期存儲(chǔ)器中，比如存儲(chǔ)在磁帶驅(qū)動(dòng)器30中，或者它可進(jìn)一步被圖像處理器22處 理并傳送給操作員控制臺(tái)12，顯示在顯示器16上。在圖示的實(shí)施方式中，磁體組件50還包括一個(gè)真空容器72，該真空容器72有一容 納病人或者受檢測(cè)體的孔74。在圖示的實(shí)施方式中冷屏132位于真空容器72內(nèi)。超導(dǎo)磁體111由機(jī)械結(jié)構(gòu)(未 圖示)未撐而置于冷屏132內(nèi)。作為一個(gè)實(shí)施方式，超導(dǎo)磁體111包括一個(gè)圓筒形的軸76、 以及若干個(gè)繞在該軸76外表面的若干個(gè)超導(dǎo)線圈78。在一些實(shí)施方式中，軸76可能是由 電絕緣材料，如塑料等制成。超導(dǎo)線圈78可以由超導(dǎo)線如以鈮鈦(NbTi)、釩三錫(Nb3Sn) 等超導(dǎo)線制成。在圖示的實(shí)施方式中的，制冷系統(tǒng)110的入口部134通過低溫真空容器的72和冷屏132，用以將冷卻劑從該入口部134填充進(jìn)制冷路徑。作為一個(gè)實(shí)施方式，入口部134同 時(shí)也是在冷卻路徑內(nèi)氣壓過高時(shí)釋放氣體冷卻劑出口部。制冷機(jī)126被放置于低溫真空容 器72外表面的上部，冷凝器116自該制冷機(jī)1 延伸到冷屏132內(nèi)。為簡略視圖，圖2中 省略了冷路路徑中的冷卻液容器114和連接管等結(jié)構(gòu)。氣體容器118與冷屏132的內(nèi)表面 熱接觸，若干個(gè)氣體容器118彼此連通，并通過連通管130與冷卻管112連通。在氣體容器 118的容積被設(shè)計(jì)成足夠大，在冷卻路徑內(nèi)所有的液體冷卻劑都?xì)饣蓺怏w冷卻劑時(shí)，其中 的氣壓不超過該冷卻劑的超臨界壓力，氣體容器118可以容納所有氣化成的氣體冷卻劑。 從而，在ride-through發(fā)生時(shí)，所有液體冷卻劑都被充分利用于冷卻，使超導(dǎo)磁體111和可 以承受更長的ride-through時(shí)間。在其他的實(shí)施方式中，所述制冷系統(tǒng)還可以用于很多其他應(yīng)用領(lǐng)域中超導(dǎo)磁體的 制冷，比如發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子所用超導(dǎo)磁體、以及磁懸浮交通設(shè)備內(nèi)的超導(dǎo)磁體等。雖然結(jié)合特定的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，對(duì) 本發(fā)明可以作出許多修改和變型。因此，要認(rèn)識(shí)到，權(quán)利要求書的意圖在于覆蓋在本發(fā)明真 正構(gòu)思和范圍內(nèi)的所有這些修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)磁體的制冷系統(tǒng)包括一閉環(huán)冷卻路徑，該閉環(huán)冷卻路徑包括 一與超導(dǎo)磁體熱耦合的冷卻管，該冷卻管內(nèi)設(shè)有一冷卻劑通道；一與冷卻管通過連接管連通的冷凝器； 一與冷卻管及冷凝器均連通的冷卻液容器；以及 至少一個(gè)與冷卻管經(jīng)連通管連通的氣體容器。
2.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體的制冷系統(tǒng)，其中冷卻液容器位于冷凝器之下。
3.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體的制冷系統(tǒng)，其中冷卻液容器位于冷卻管之上。
4.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體的制冷系統(tǒng)，其中冷卻管位于超導(dǎo)磁體的表面。
5.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體的制冷系統(tǒng)，其中冷卻管的材料為不銹鋼、銅、黃銅或ο
6.如權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體的制冷系統(tǒng)，其中所述閉環(huán)冷卻路徑包括若干個(gè)相互 連通的氣體容器。
7.如權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的超導(dǎo)磁體的制冷系統(tǒng)，其中該制冷系統(tǒng)進(jìn)一步 包括一冷屏，且所述氣體容器與該冷屏熱耦合。
8.一種核磁共振成像系統(tǒng)，包括 一超導(dǎo)磁體；一收容所述超導(dǎo)磁體的冷屏；以及 一閉環(huán)冷卻路徑，該閉環(huán)冷卻路徑包括 一與超導(dǎo)磁體熱耦合的冷卻管，該冷卻管內(nèi)設(shè)有一冷卻劑通道； 一與冷卻管通過連接管連通的冷凝器，該冷凝器與一制冷機(jī)熱耦合； 一與冷卻管及冷凝器均連通的冷卻液容器；以及至少一個(gè)與冷卻管通過連通管連通的氣體容器，該氣體容器與冷屏熱耦合。
9.如權(quán)利要求8所述的核磁共振成像系統(tǒng)，其中該核磁共振成像系統(tǒng)進(jìn)一步包括一收 容所述冷屏的真容容器。
10.如權(quán)利要求8所述的核磁共振成像系統(tǒng)，其中該核磁共振成像系統(tǒng)進(jìn)一步包括磁 體組件，該磁體組件包括梯度線圈組件、極化磁體和整體射頻線圈。
11.如權(quán)利要求8至10中任何一項(xiàng)所述的核磁共振成像系統(tǒng)，其中氣體容器設(shè)置于冷 屏的內(nèi)表面或者外表面。
12.一種超導(dǎo)磁體的制冷方法，包括 將一冷卻管與超導(dǎo)磁體熱耦合；使一液體冷卻劑流經(jīng)至少所述冷卻管的一部分； 通過將液體冷卻劑氣化成氣體冷卻劑的氣化過程吸收超導(dǎo)磁體的熱量； 氣化的氣體冷卻劑的一部分與一冷凝器接觸進(jìn)行熱交換，而將該氣體冷卻劑冷凝成液 體冷卻劑，并使該液體冷卻劑流回冷卻管；以及將氣化的氣體冷卻劑的一部分儲(chǔ)存在一與冷卻管連通的氣體容器內(nèi)。
13.如權(quán)利要求12所述的制冷方法，其中，在所有液體冷卻劑都?xì)饣蓺怏w冷卻劑，氣 體容器能免容納氣體冷卻劑，且其中的氣壓不高于該冷卻劑的超臨界氣壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及超導(dǎo)磁體的制冷系統(tǒng)、制冷方法以及核磁共振成像系統(tǒng)。本發(fā)明揭示一種超導(dǎo)磁體的制冷系統(tǒng)，該制冷系統(tǒng)包括一閉環(huán)冷卻路徑。該閉環(huán)冷卻路徑包括一與超導(dǎo)磁體熱耦合的冷卻管、與冷卻管通過連接管連通的冷凝器、與冷卻管及冷凝器均連通的冷卻液容器、以及至少一個(gè)與冷卻管通過連通管連通的氣體容器。
文檔編號(hào)G01R33/3815GK102054555SQ20091020970
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者伊萬格拉斯·T·拉斯卡里斯, 保爾·S·拖馬斯, 張濤, 武安波, 趙燕, 黃先銳 申請(qǐng)人:通用電氣公司