專利名稱：超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超導(dǎo)磁體用冷頭容器，特別適用于液氦零揮發(fā)超導(dǎo)磁共振成像和磁共振譜儀超導(dǎo)磁體的超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器。
背景技術(shù)：
目前，核磁共振整體成像系統(tǒng)根據(jù)細(xì)胞原子核帶微磁性的特點，可以對人體的某一部位施加特殊的可變磁場，然后觀測某種原子在磁場中的狀況變化，輔以計算機圖象分析技術(shù)，便可以獲得人體組織的信息，幫助確定病變部位。超導(dǎo)磁體在醫(yī)學(xué)的應(yīng)用已取得重大成果，超導(dǎo)磁體與我們熟知的永磁體、電磁體相比，具有體積小、重量輕、耗能極少、磁場強度高的特點。在醫(yī)學(xué)磁共振領(lǐng)域，為了獲得穩(wěn)定高質(zhì)量的圖像，必須使用一定高的場強超導(dǎo)磁體。超導(dǎo)核磁共振一般使用液氦作為制冷介質(zhì)，為超導(dǎo)線圈建立和保持超導(dǎo)環(huán)境， 因此磁體采用多層真空絕熱結(jié)構(gòu)，但由于結(jié)構(gòu)支撐等多種因素，不可能完全阻止熱傳導(dǎo)，所以液氦會以蒸發(fā)的形式帶出導(dǎo)入的熱量，以維持4. 2K的溫度。為減少液氦的蒸發(fā)，超導(dǎo)核磁共振上一般都配有制冷系統(tǒng)以提供冷量，減少液氦蒸發(fā)。制冷系統(tǒng)包括冷頭、壓縮機、水冷機組三個部分。冷頭是制冷部件，為超導(dǎo)磁體提供4K和50K兩級低溫。 零揮發(fā)超導(dǎo)磁體杜瓦容器主要由4.1，50K和300K三個雙壁筒式容器以及頸管，冷頭容器及其它配套的零部件組成。其中50K容器為冷屏，4.2K，300K容器用304無磁不銹鋼制成。50Κ冷屏用以減小液氦溫度與室溫之間的輻射傳熱的。磁共振成像要求超導(dǎo)磁體具有高均勻度的磁場。制冷機安裝于冷頭容器內(nèi)用于冷卻磁體低溫系統(tǒng)。Gifford-Mcmahon制冷機(簡稱GM制冷機)是一種回?zé)崾叫⌒偷蜏刂评錂C，它利用絕熱放氣膨脹(又稱為西蒙膨脹)原理獲得低溫，具有結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)可靠、 性能穩(wěn)定、使用壽命長等許多優(yōu)點。與其他制冷機相比GM制冷機具有制冷量大的特點，被廣泛用于磁共振成像超導(dǎo)磁體中。但GM制冷機內(nèi)活塞運動會產(chǎn)生振動，振動通過各連接裝置傳至整個磁體，將影響磁場的均勻性。從而對掃描圖像質(zhì)量產(chǎn)生影響。為防止振動對磁共振成像系統(tǒng)產(chǎn)生影響，在冷頭容器的設(shè)計中可以通過截斷振動的傳播路徑來避免振動的傳播。減小振動傳遞的方法有避免使用硬的熱連接，以及使用波紋管等減振裝置。脈沖管制冷機由于沒有運動活塞，因而與GM制冷機相比幾乎沒有振動。使用脈沖管制冷機也是減小振動提高成像質(zhì)量的方法。隨著脈沖管制冷機制冷量的不斷增大已可替代GM制冷機用于冷卻磁體低溫系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可同時適用于GM制冷機和脈沖管制冷機的超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器，包括冷頭容器上法蘭、冷頭容器下法蘭、波紋管、一級不銹鋼薄壁管、冷頭容器一級傳熱法蘭、二級不銹鋼薄壁管、磁屏蔽筒、底部連接波紋管等幾部分組成。所述冷頭容器上法蘭和冷頭容器下法蘭之間設(shè)有減振波紋管，一級不銹鋼薄壁管上部與冷頭容器上法蘭通過氬弧焊連接，下部與冷頭容器一級傳熱法蘭通過真空釬焊連接，冷頭容器一級傳熱法蘭下部連接有二級不銹鋼薄壁管，二級不銹鋼薄壁管底部設(shè)有波紋管，二級不銹鋼薄壁管外套設(shè)有磁屏蔽筒；所述冷頭容器內(nèi)設(shè)置GM制冷機或脈沖管制冷機。如圖2所示，GM制冷機一級冷頭與冷頭容器一級傳熱法蘭不接觸，GM制冷機的GM 制冷機一級冷頭與冷頭容器一級傳熱法蘭之間間距為0. 5毫米至1. 5毫米。GM制冷機二級冷頭位于二級不銹鋼薄壁管內(nèi)，其底部裝有翅片式冷凝器。如圖3所示，所述脈沖管制冷機的脈沖管制冷機一級傳熱法蘭壓接在冷頭容器一級傳熱法蘭上，其高度由調(diào)整密封環(huán)調(diào)整。同時脈沖管制冷機的脈沖管制冷機翅片式冷凝器換熱面積大于GM制冷機翅片式冷凝器，從而彌補脈沖管制冷機制冷量小的缺點。如圖4，所述特征在于冷頭容器上法蘭固定在制冷機支撐支架上。支架高度可通過螺栓調(diào)節(jié)。冷頭容器下部連接有室溫真空容器。若使用脈沖管制冷機，上法蘭通過固定螺栓固定在下法蘭上，對脈沖管制冷機提供支撐。這時可不使用支撐支架，從而簡化了安裝過程，使整個磁體更加緊湊。所述特征磁屏蔽筒材料通常為高純度的無氧銅或鋁。為提高其屏蔽效果內(nèi)外表面上可附著一層伍德合金。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明提出的冷頭容器，能有效避免制冷機振動傳遞至整個磁體。并且該冷頭容器能同時適用于GM制冷機和脈沖管制冷機。通過更換制冷機上部調(diào)整密封環(huán)對不同制冷機在長度方向進(jìn)行補償。若使用GM制冷機時，制冷機置于冷頭容器內(nèi)，但不與冷頭容器傳熱法蘭直接接觸。制冷機通過獨立的支撐結(jié)構(gòu)，將振動傳至地面。本發(fā)明的超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器同時適用于GM制冷機和脈沖管制冷機，客戶可根據(jù)使用條件自由選擇制冷機類型，因而互換性更強。


圖1是磁共振成像系統(tǒng)的超導(dǎo)磁體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的冷頭容器與GM制冷機安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的冷頭容器與脈沖管制冷機安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明安裝在冷頭容器支撐架上的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中1為冷頭容器、2為室溫真空容器、3為50K防輻射冷屏、4為液氦容器、5為
頸管組件；
圖2、圖3中6為GM制冷機、7為脈沖管制冷機、8為調(diào)節(jié)螺栓、11為制冷機一級冷頭、 12為制冷機二級冷頭、13為減振波紋管、14為一級不銹鋼薄壁管、15為冷頭容器一級傳熱法蘭、16為磁屏蔽筒、17為GM制冷機冷凝器、18為二級不銹鋼薄壁管、19為冷頭容器底部法蘭、20為波紋管、21為冷頭容器上法蘭、22為冷頭容器下法蘭、23為脈沖管制冷機冷凝器、24為脈沖管制冷機一級冷頭、25為調(diào)整密封環(huán)；圖4中1為冷頭容器、8為固定螺栓、20為室溫外筒、30為室溫孔、40為底座、50為磁體支架、51為調(diào)節(jié)螺栓。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述
如圖2所示，一種超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器，包括冷頭容器上法蘭21、冷頭容器下法蘭22、波紋管13、一級不銹鋼薄壁管14、冷頭容器一級傳熱法蘭15、二級不銹鋼薄壁管18、 磁屏蔽筒16、底部連接波紋管20等幾部分組成。所述冷頭容器上法蘭21和冷頭容器下法蘭22之間設(shè)有減振波紋管13，一級不銹鋼薄壁管14上部與冷頭容器上法蘭21通過氬弧焊連接，下部與冷頭容器一級傳熱法蘭15通過真空釬焊連接，冷頭容器一級傳熱法蘭15下部連接有二級不銹鋼薄壁管18，二級不銹鋼薄壁管18底部設(shè)有波紋管20，二級不銹鋼薄壁管 18外套設(shè)有磁屏蔽筒16 ；所述冷頭容器1內(nèi)設(shè)置GM制冷機6或脈沖管制冷機7。GM制冷機一級冷頭11與冷頭容器一級傳熱法蘭15不接觸，GM制冷機6的GM制冷機一級冷頭11與冷頭容器一級傳熱法蘭15之間間距為0. 5毫米至1. 5毫米。由于氦氣導(dǎo)熱系數(shù)大，同時GM制冷機內(nèi)活塞的運動所產(chǎn)生的振動使接觸面上氦氣分子運動加劇進(jìn)一步提高傳熱效果，從而保證了制冷機的制冷量能夠有效的傳至冷頭容器傳熱法蘭上。GM 制冷機二級冷頭12位于二級不銹鋼薄壁管18內(nèi)，其底部裝有翅片式冷凝器17。如圖3所示，脈沖管制冷機7的脈沖管制冷機一級傳熱法蘭M壓接在冷頭容器一級傳熱法蘭15上，其高度由調(diào)整密封環(huán)25調(diào)整。為保證兩個傳熱面間有良好的接觸，接觸面間壓有一層薄薄的銦片。直接接觸而不使用氦氣導(dǎo)熱彌補了脈沖管制冷機制冷量小的缺點。同時脈沖管制冷機7的脈沖管制冷機翅片式冷凝器23換熱面積大于GM制冷機翅片式冷凝器17，強化了換熱效果。如圖4所示，冷頭容器上法蘭21固定在制冷機支撐支架50上。支架50高度可通過螺栓51調(diào)節(jié)。冷頭容器1下部連接有室溫真空容器20。若使用脈沖管制冷機7，由于制冷機沒有振動，上法蘭通過固定螺栓8固定在下法蘭22上，對脈沖管制冷機提供支撐。這時可不使用支撐支架50，從而簡化了安裝過程，縮小了安裝尺寸使整個磁體更加緊湊。4K GM制冷機6活塞內(nèi)裝有磁性填料。為減小活塞運動對磁體中心磁場產(chǎn)生干擾， 因而在二級不銹鋼薄壁管18外裝有磁屏蔽筒16。磁屏蔽筒16通常為高純鋁(RRR>1000) 或無氧銅。為保證其屏蔽效果可在磁屏蔽筒16內(nèi)外表面上附著一層伍德合金。由于伍德合金臨界轉(zhuǎn)變溫度為8K左右(B=0)，因而當(dāng)溫度為4K時電阻為零。因而使屏蔽效果更加有效。上面所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計構(gòu)思前提下，本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器，其特征是包括冷頭容器上法蘭(21)、冷頭容器下法蘭(22)、波紋管(13)、一級不銹鋼薄壁管(14)、冷頭容器一級傳熱法蘭(15)、二級不銹鋼薄壁管(18)、磁屏蔽筒(16)和底部連接波紋管(20)，所述冷頭容器上法蘭(21)和冷頭容器下法蘭(22)之間設(shè)有減振波紋管(13)，一級不銹鋼薄壁管(14)上部與冷頭容器上法蘭 (21)通過氬弧焊連接，下部與冷頭容器一級傳熱法蘭(15)通過真空釬焊連接，冷頭容器一級傳熱法蘭(15)下部連接有二級不銹鋼薄壁管(18)，二級不銹鋼薄壁管(18)底部設(shè)有波紋管(20)，二級不銹鋼薄壁管(18)外套設(shè)有磁屏蔽筒(16);所述冷頭容器(1)內(nèi)設(shè)置GM 制冷機(6)或脈沖管制冷機(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器，其特征在于所述GM制冷機(6) 的GM制冷機一級冷頭(11)與冷頭容器一級傳熱法蘭(15)不接觸，GM制冷機(6)的GM制冷機一級冷頭(11)與冷頭容器一級傳熱法蘭(15)之間間距為0. 5毫米至1. 5毫米，GM制冷機(6)的GM制冷機二級冷頭(12)位于二級不銹鋼薄壁管(18)內(nèi)，其底部裝有翅片式冷凝器(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器，其特征在于所述脈沖管制冷機 (7)的脈沖管制冷機一級傳熱法蘭(24)壓接在冷頭容器一級傳熱法蘭(15)上，其高度由調(diào)整密封環(huán)(25)調(diào)整，同時脈沖管制冷機(7)的脈沖管制冷機翅片式冷凝器(23)換熱面積大于GM制冷機翅片式冷凝器(17)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器，其特征在于所述冷頭容器上法蘭(21)固定在制冷機支撐支架(50)上，支架(50)高度可通過調(diào)節(jié)螺栓(51)調(diào)節(jié)， 冷頭容器(1)下部連接有室溫真空容器(20 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器，其特征在于所述若使用脈沖管制冷機(7)，冷頭容器上法蘭(21)通過固定螺栓(8)固定在下法蘭(22)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器，特征在于所述磁屏蔽筒(16)內(nèi)外表面上附著一層伍德合金。
全文摘要
一種超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器，其特征是包括冷頭容器上法蘭(21)、冷頭容器下法蘭(22)、波紋管(13)、一級不銹鋼薄壁管(14)、冷頭容器一級傳熱法蘭(15)、二級不銹鋼薄壁管(18)、磁屏蔽筒(16)、底部連接波紋管(20)等幾部分組成。所述冷頭容器上法蘭(21)和冷頭容器下法蘭(22)之間設(shè)有減振波紋管(13)，一級不銹鋼薄壁管(14)上部與冷頭容器上法蘭(21)通過氬弧焊連接，下部與冷頭容器一級傳熱法蘭(15)通過真空釬焊連接，冷頭容器一級傳熱法蘭(15)下部連接有二級不銹鋼薄壁管(18)，二級不銹鋼薄壁管(18)底部設(shè)有波紋管(20)，二級不銹鋼薄壁管(18)外套設(shè)有磁屏蔽筒(16)；所述冷頭容器(1)內(nèi)設(shè)置GM制冷機(6)或脈沖管制冷機(7)。
文檔編號G01R33/38GK102323557SQ201110233058
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者成渝, 湯洪明, 郭如勇, 陳芳星 申請人:南京豐盛超導(dǎo)技術(shù)有限公司