用于響應(yīng)于磁場(chǎng)控制超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的冷卻回路的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說(shuō)明】用于響應(yīng)于磁場(chǎng)控制超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的冷卻回路的方法和設(shè)備
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求享有于2013年7月26日遞交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/858785的權(quán)益，此處通過引用將其并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明總體而言涉及用于與低溫環(huán)境中的超導(dǎo)永磁體一起使用的對(duì)流冷卻回路。
【背景技術(shù)】
[0004]超導(dǎo)磁體被用在各種背景下，包括核磁共振(NMR)分析，以及磁共振成像(MRI)。為了實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)性，磁體被保持在接近絕對(duì)零度的溫度的低溫環(huán)境中。通常，磁體包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電線圈，所述一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電線圈被設(shè)置在低溫恒溫器中并且電流通過所述一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電線圈進(jìn)行循環(huán)以創(chuàng)建磁場(chǎng)。
[0005]存在許多方式來(lái)將(一個(gè)或多個(gè))導(dǎo)電線圈維持在低溫環(huán)境中，使得它們?cè)谡２僮髌陂g為超導(dǎo)的。
[0006]—種方法是采用冷卻回路中的一個(gè)或多個(gè)冷卻管來(lái)將氣體在(一個(gè)或多個(gè))導(dǎo)電線圈與冷站之間進(jìn)行循環(huán)，從而從(一個(gè)或多個(gè))導(dǎo)電線圈和冷站傳遞熱量。冷站通常為具有相對(duì)大的熱質(zhì)的一些結(jié)構(gòu)，并且能夠被用于在制冷系統(tǒng)被關(guān)斷或不操作時(shí)短時(shí)段地將導(dǎo)電線圈保持為冷。每當(dāng)冷站處于比(一個(gè)或多個(gè))導(dǎo)電線圈更低的溫度處時(shí)，(一個(gè)或多個(gè))這樣的冷卻管都可以有效地將熱量從導(dǎo)電線圈傳遞到冷站。
[0007]然而，在一些情況下，低溫恒溫器內(nèi)的狀況有可能退化，并且磁體(即，(一個(gè)或多個(gè))導(dǎo)電線圈)的溫度可能開始升高。例如，如果針對(duì)低溫環(huán)境的制冷能力喪失時(shí)，例如由于針對(duì)壓縮器的電源的損失(即，斷電)，這能夠發(fā)生。在特定點(diǎn)處，如果對(duì)低溫恒溫器內(nèi)磁體的環(huán)境的冷卻未恢復(fù)，則磁體的溫度將升高，以達(dá)到所謂的臨界溫度，其中，磁場(chǎng)將“淬滅”并且磁體會(huì)將其磁能轉(zhuǎn)換為熱能。在這種情況下，(一個(gè)或多個(gè))導(dǎo)電線圈的溫度能夠升高到遠(yuǎn)高于冷站的溫度，并且冷站的熱沉容量能夠被浪費(fèi)。此外，如果冷站由(一個(gè)或多個(gè))導(dǎo)電線圈加熱，則其能夠需要由低溫恒溫器的制冷系統(tǒng)再次冷卻，以便將超導(dǎo)磁體系統(tǒng)帶回到正常操作。這能夠使得從淬滅恢復(fù)的時(shí)間被延長(zhǎng)。
[0008]額外地，在一些超導(dǎo)磁體系統(tǒng)(例如，所謂的“無(wú)液氦(cryofree)系統(tǒng)”)中，磁體被維持在真空環(huán)境中并且通過被填充有低溫流體(例如液氦)的密封系統(tǒng)(例如，冷板)被冷卻。在這樣的系統(tǒng)中，有益地，在真空環(huán)境內(nèi)的冷站上或附近提供吸氣器，從而吸收可以被釋放到真空中的雜散分子，因?yàn)檫@樣的雜散分子能夠成為用于熱傳遞的機(jī)構(gòu)。在這種情況下，如果允許冷站加熱，則已經(jīng)由吸氣器捕獲的雜散分子可以被釋放到腔中。如果發(fā)生這種情況，則能夠需要低溫恒溫器的昂貴且耗時(shí)的真空抽氣以移除所釋放的分子。
[0009]因此，在其中導(dǎo)電線圈溫度升高的情況下，如磁場(chǎng)被淬滅，期望將導(dǎo)電線圈與冷站熱斷開或隔離，使得來(lái)自導(dǎo)電線圈的熱量不加熱冷站。更具體地，在其中磁場(chǎng)被淬滅并且導(dǎo)電線圈溫度升高的情況下，期望斷開冷卻回路，所述冷卻回路否則會(huì)將熱量從導(dǎo)電線圈傳遞到冷站。
[0010]然而，因?yàn)槔鋮s回路通常在內(nèi)部具有高氣體(例如，氦氣)，被設(shè)置在高真空環(huán)境中，并且在非常低的低溫溫度處操作，因此人工閥或電磁操縱閥(其也具有大的熱耗散)并不非常適于控制冷卻回路內(nèi)的流，例如以當(dāng)導(dǎo)電線圈由于淬滅而被加熱時(shí)阻止冷卻回路內(nèi)的循環(huán)。
[0011]因此，將期望提供一種用于當(dāng)導(dǎo)電線圈由于淬滅而被加熱時(shí)，自動(dòng)阻止冷卻回路內(nèi)的循環(huán)，而無(wú)需外部控制的方法和設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的一個(gè)方面能夠提供一種方法，包括:經(jīng)由由被設(shè)置在低溫恒溫器內(nèi)的至少一個(gè)導(dǎo)電線圈生成的磁場(chǎng)來(lái)在關(guān)閉位置與打開位置之間致動(dòng)對(duì)流冷卻回路的閥，其中，對(duì)所述閥的致動(dòng)控制被設(shè)置在所述對(duì)流冷卻回路內(nèi)的氣體的流動(dòng)。
[0013]在一些實(shí)施例中，所述方法還能夠包括還包括經(jīng)由具有被設(shè)置在其中的液氦的密封系統(tǒng)來(lái)冷卻導(dǎo)電線圈。
[0014]在一些實(shí)施例中，打開所述對(duì)流冷卻回路中的所述閥能夠包括響應(yīng)于具有至少閾值磁場(chǎng)梯度的所述磁場(chǎng)，將所述閥的磁反應(yīng)密封元件關(guān)于所述閥的密封表面位移，從而打開所述閥。
[0015]在一些實(shí)施例中，致動(dòng)所述對(duì)流冷卻回路中的所述閥能夠包括響應(yīng)于具有至少閾值磁場(chǎng)梯度的所述磁場(chǎng)將所述閥的磁反應(yīng)元件位移，其中，將所述磁反應(yīng)元件位移使得所述閥的非磁性密封元件關(guān)于所述閥的密封表面被位移，以打開所述閥。
[0016]在一些實(shí)施例中，致動(dòng)所述對(duì)流冷卻回路中的所述閥能夠包括采用重力和由所述氣體的壓力產(chǎn)生的力中的至少一個(gè)，以使得所述閥的密封元件被設(shè)置為抵靠所述閥的密封表面，以關(guān)閉所述閥。
[0017]在一些實(shí)施例中，致動(dòng)所述對(duì)流冷卻回路中的所述閥能夠包括采用由所述閥中的彈簧產(chǎn)生的力，以使得所述閥的密封元件被設(shè)置為抵靠所述閥的密封表面，以關(guān)閉所述閥。
[0018]在一些實(shí)施例中，響應(yīng)于所述磁場(chǎng)致動(dòng)所述對(duì)流冷卻回路中的所述閥能夠包括施加被取向在與從所述閥的入口到所述閥的出口的所述氣體的流動(dòng)的方向垂直的方向上的所述磁場(chǎng)，以打開所述閥。
[0019]在一些實(shí)施例中，響應(yīng)于所述磁場(chǎng)致動(dòng)所述對(duì)流冷卻回路中的所述閥能夠包括施加被取向在與從所述閥的入口到所述閥的出口的所述氣體的流動(dòng)的方向平行的方向上的所述磁場(chǎng)，以打開所述閥。
[0020]本發(fā)明的另一方面能夠提供一種裝置，包括:對(duì)流冷卻回路；以及閥，其被配置為控制被設(shè)置在所述對(duì)流冷卻回路內(nèi)的氣體的流動(dòng)，其中，所述閥被配置為經(jīng)由由被設(shè)置在低溫恒溫器內(nèi)的至少一個(gè)導(dǎo)電線圈生成的磁場(chǎng)來(lái)被致動(dòng)在打開位置與關(guān)閉位置之間。
[0021 ]在一些實(shí)施例中，所述閥能夠包括:密封元件和密封表面，所述密封元件和密封表面被配置為使得當(dāng)所述導(dǎo)電線圈未被激勵(lì)時(shí)，所述密封元件被配合到所述密封表面，使得所述閥被關(guān)閉，從而阻止在所述冷卻回路內(nèi)的所述氣體的流動(dòng)；以及磁反應(yīng)元件，其中，響應(yīng)于所述導(dǎo)電線圈的所述磁場(chǎng)，所述磁反應(yīng)元件被配置為使得所述密封元件關(guān)于所述密封表面被位移，使得所述閥被打開并且實(shí)現(xiàn)所述冷卻回路內(nèi)的所述氣體的所述流動(dòng)。
[0022]在一些實(shí)施例中，所述磁反應(yīng)元件能夠包括鐵磁性材料。
[0023]在一些實(shí)施例中，所述密封元件能夠包括所述磁反應(yīng)元件。
[0024]在一些實(shí)施例中，所述密封元件能夠?yàn)榉谴判缘?，并且所述磁反?yīng)元件能夠被附接到所述密封元件，使得當(dāng)所述磁反應(yīng)元件由所述導(dǎo)電線圈的所述磁場(chǎng)來(lái)位移時(shí)，所述磁反應(yīng)元件繼而能夠?qū)⑺雒芊庠P(guān)于所述密封表面位移，使得所述閥被打開。
[0025]在一些實(shí)施例中，當(dāng)所述導(dǎo)電線圈未被激勵(lì)時(shí)，所述密封元件能夠至少部分地由重力被保持抵靠所述密封表面，以關(guān)閉所述閥。
[0026]在一些實(shí)施例中，所述閥還能夠包括彈簧，其中，當(dāng)所述導(dǎo)電線圈未被激勵(lì)時(shí)，所述密封元件能夠至少部分地通過由所述彈簧產(chǎn)生的力被保持為抵靠所述密封表面，以關(guān)閉所述閥。
[0027]在一些實(shí)施例中，所述閥還包括具有梁和支點(diǎn)的杠桿，其中，所述磁反應(yīng)元件能夠被設(shè)置在所述支點(diǎn)的第一側(cè)處的所述杠桿的第一端部處，并且所述密封元件能夠被設(shè)置在所述支點(diǎn)的第二側(cè)處的所述杠桿的第二端部處，其中，當(dāng)所述磁反應(yīng)元件由所述導(dǎo)電線圈的所述磁場(chǎng)來(lái)位移時(shí)，所述磁反應(yīng)元件能夠操作所述杠桿，從而將所述密封元件關(guān)于所述密封表面位移，使得所述閥能夠被打開。
[0028]本發(fā)明的又另一方面能夠提供一種裝置，包括:冷卻管，其被配置為通過其使氣體循環(huán)，以允許熱能從第一設(shè)備被傳遞到第二設(shè)備；閥，其被設(shè)置在所述冷卻管的氣體流動(dòng)路徑中。所述閥能夠包括:閥殼體，其具有入口和出口 ；以及密封元件和密封表面，其被設(shè)置在所述殼體內(nèi)，其中，所述密封元件被配置為經(jīng)由磁場(chǎng)關(guān)于所述密封表面被位移，以在打開位置與關(guān)閉位置之間切換所述閥。
[0029]在一些實(shí)施例中，所述密封元件能夠被配置為在所述磁場(chǎng)不存在時(shí)被配合到所述密封表面，以關(guān)閉所述閥并且阻止在所述入口與所述出口之間的所述氣體的流動(dòng)，并且還被配置為在所述磁場(chǎng)存在時(shí)關(guān)于所述密封表面被位移，以打開所述閥并且允許在所述入口與所述出口之間的所述氣體的流動(dòng)。
[0030]在一些實(shí)施例中，所述密封元件能夠包括磁反應(yīng)材料。
【附圖說(shuō)明】
[0031]通過結(jié)合附圖考慮下文提供的對(duì)示范性實(shí)施例的詳細(xì)描述，將更容易理解本發(fā)明。
[0032]圖1圖示了磁共振成像(MRI)裝置的示范性實(shí)施例。
[0033]圖2圖示了可以被用在MRI裝置中的超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的示范性實(shí)施例。
[0034]圖3是用于超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的重力饋送對(duì)流冷卻布置的原理圖。