描述了在设计为用于大约0.2MPa的最大压力的低温保持器中冷却MRI磁体的器件和方法，其使用来自Brayton循环致冷器的处于大约0.8MPa压力的冷氦输出在耦联热交换器中与MRI低温保持器中的氦交换热量，耦联热交换器可去除地位于MRI低温保持器的颈管中，或者位于MRI低温保持器的颈管附近。循环器驱动来自MRI低温保持器的氦通过耦联热交换器。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】MRI冷却设备
本专利技术涉及通过使处于较高的压力的流体循环的致冷器来冷却处于低压的流体围绕的超导磁体。
技术介绍
用于MRI低温保持器中且在液氦池中运行的超导磁体在运送前会在工厂中被冷却以及测试。标准实践是在磁体中留下足够的氦，使得其在从工厂到其将被使用的场所通常所需要花费的三到五周期间保持较冷。许多氦在运输过程中汽化，且需要在最终场所处被替换。氦越来越短缺促使制造者使用不同的策略来保存氦。一种策略是在磁体被测试之后从磁体回收氦，以及容许磁体变热以及在热的情况下运输。磁体然后在现场被致冷器冷却，致冷器包括致冷器低温保持器外部的压缩机，其中，氦被冷却，之后通过真空夹套式传送管线循环通过磁体低温保持器。已经开发了以Brayton(布雷顿)循环运行的致冷器来在现场冷却磁体。其包括压缩机，该压缩机将处于大约2MPa的排气压力的气体供应至逆流热交换器，该气体从逆流热交换器通过入口阀进入膨胀空间，使气体绝热地膨胀到大约0.8MPa，通过出口阀排出膨胀的气体(其更冷)，通过真空夹套式传送管线将冷气循环到磁体低温保持器，之后通过逆流热交换器使气体返回到压缩机。最近已开发了可由处于高达1MPa压力的氦冷却的MRI低温保持器。但是目前为止所构建的大多数MRI磁体已设计为以处于大气压力0.1MPa的氦运行，以及承受大约0.2MPa的最大压力。本专利技术的目的是提供一种利用来自Brayton循环致冷器的大约0.8MPa的输出来冷却仅仅可容忍小于0.2MPa的压力的磁体的器件。R.C.Longsworth于2011年3月3日提交的专利申请的公开US2011/0219810描述了以Brayton循环运行的往复式膨胀式发动机，其中，活塞在热端具有驱动杆，其由机械驱动器或者在高压与低压之间交替的气体压力驱动，且在活塞运动时，在驱动杆周围的区域中的活塞热端处的压力与活塞冷端处的压力基本相同。R.C.Longsworth于2011年10月4日提交的专利申请的公开US2012/0085121描述了之前的申请中所述的以Brayton循环运行的往复式膨胀式发动机的控制，该控制使得其能够最小化将MRI磁体冷却到低温温度的时间。S.Dunn等人于2011年5月12日提交的专利申请的公开US2012/0285181描述了控制通往在2011/0219810申请中所描述的Brayton循环发动机的热端的气体流动的器件。这些发动机以Brayton循环运行，Brayton循环在2MPa高压以及0.8MPa低压处合理地高效的运行，但是如果低压是0.1MPa将不是很高效。使用这种类型的发动机的最佳方式是使氦以大约0.1MPa在第二冷却回路中循环，第二冷却回路将热量从磁体传递到由Brayton循环致冷器冷却的热交换器。在Kudaravalli的US6,923,009中描述了一种使用处于大约0.1MPa的氦冷却MRI磁体的方案。该系统包括处于室温的循环器，利用返回气体预冷却供应气体的逆流热交换器，由液氮冷却的热交换器，以及使得冷气能够流过磁体的管线。J.F.Maguire等人的US6,347,522描述了一种用于冷却远程热负载的系统，包括：冷却一个或多个冷热交换器的一个或多个致冷器，在冷热交换器中被冷却的处于大约0.1MPa的氦的第二回路，在致冷器低温保持器中的第二回路中的循环器，以及使得冷气能够流过远程热负载－例如磁体－的管线。J.F.Maguire等人的US6,625,992是去除了循环器处于致冷器低温保持器中的限制的之前专利的继续。E.Astra于2007年3月16日提交的专利申请的公开US2007/0214821描述了一种MRI磁体，其具有安装在MRI低温保持器的颈管中的致冷器，使得冷端与对磁体进行冷却的氦气接触，冷却的氦通过自然对流或者若干种类型的风扇其中之一而被循环。R.C.Longsworth的US5,461,873描述了一种致冷器，其安装在MRI低温保持器的顶部处的颈管中，MRI低温保持器具有布置成使得磁体通过自然对流而被冷却的管道。R.C.Longsworth的US4,484,458描述了一种致冷器，其安装在MRI低温保持器的顶部处的颈管中，并且在冷端处具有翅片式管道热交换器，其通过冷凝氦来使氦循环，并且使得其滴下。使用处于大气压力附近的气态氦来冷却超导MRI磁体或者其它物体的冷却系统可提供4.3K或者更高的温度。现在大多数MRI磁体在它们被冷却之后都通过颈管中的或者平行于颈管的致冷器保持冷却，该致冷器提供大约40K处的大约40W加上4.2K处的大约1W的冷却。相反，已经设计为用来使用专利申请公开US2012/0285181中所述的Brayton循环发动机冷却MRI磁体的致冷器在250K产生超过1500W的制冷，以及在100K产生超过500W的制冷。该致冷器太大而不能装配在MRI低温保持器的颈管中，然而，代替将0.8MPa的冷氦输送到磁体，冷氦可循环通过颈管中的热交换器，热交换器则可用于冷却磁体中的处于大约0.1MPa的氦。热交换器在冷却之前插入颈管中，且在MRI磁体已被冷却到大约50K之后移除。如果颈管太小而不能容纳热交换器，则其可容纳在可去除地插入于较小的颈管中的单独的热交换器低温保持器中。
技术实现思路
本专利技术结合了以大约2/0.8MPa运行的Brayton循环致冷器的大容量与耦联热交换器和循环器来利用大约0.1MPa的氦将磁体从室温冷却到大约50K。耦联热交换器是套筒中的翅片式管道的线圈，套筒布置成用于使MRI低温保持器中的氦关于来自致冷器的氦以逆流热传递关系流动。氦通过可变流量循环器被迫使通过热交换器，可变流量循环器在来自Brayton循环致冷器的氦与对磁体进行冷却的氦之间保持接近恒定的温度差。致冷器的冷构件容纳在通过真空夹套式传送管线与MRI低温保持器分开的致冷器低温保持器中。热交换器和循环器以关于MRI低温保持器可去除的关系位于传送管线的MRI低温保持器端处。附图说明图1显示了通过真空夹套式传送管线将冷氦从发动机循环到MRI低温保持器的Brayton循环致冷器的现有技术，在MRI低温保持器处，冷氦以大约0.8MPa流过管道，以便冷却磁体。图2显示了通过真空夹套式传送管线将冷氦以大约0.8MPa从发动机循环到MRI低温保持器的颈管中的耦联热交换器的Brayton循环致冷器。也在MRI低温保持器中的循环器驱动处于大约0.1MPa压力的氦通过热交换器和MRI低温保持器，在MRI低温保持器中，氦冷却磁体。图3显示了颈管热交换器的优选实施例，该颈管热交换器是翅片式管的两层线圈。图4显示了将冷氦从发动机以大约0.8MPa通过真空夹套式传送管线循环到低温保持器中的热交换器的Brayton循环致冷器，低温保持器具有装配在MRI低温保持器的颈管中的延伸部。也在热交换器低温保持器中的循环器驱动处于大约0.1MPa的压力的氦通过热交换器和MRI低温保持器，在MRI低温保持器中，氦冷却磁体。具体实施方式图1-4中所示的构件使用相同的标号以及相同的图示来标识相等的部件。因为冷气比热气密度更大，构件中的大部分都显示为冷端在下方。处于<125K的低温温度的构件在壳体内通过<0.1Pa的真空与周围的环境热绝缘，该组件被称为低温保持器。当前系统具有用本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于将物体冷却到低温温度的设备，包括： 输出处于第一压力的第一冷氦流的Brayton循环致冷器， 容纳所述致冷器的冷构件的致冷器低温保持器， 将热量从处于第二压力的第二氦流传递到所述第一流的耦联热交换器， 使所述第二流循环通过包含被冷却的所述物体的物体低温保持器的循环器； 所述热交换器和循环器与所述物体低温保持器相邻。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.01.11 US 61/7514571.一种用于将物体冷却到低温温度的设备，包括：输出处于第一压力的第一冷氦流的Brayton循环致冷器，容纳所述致冷器的冷构件的致冷器低温保持器，将热量从处于第二压力的第二氦流传递到所述第一冷氦流的耦联热交换器，使所述第二氦流循环通过包含被冷却的所述物体的物体低温保持器的循环器；所述耦联热交换器和循环器与所述物体低温保持器相邻。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中，所述耦联热交换器可去除地位于所述物体低温保持器的颈管中。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，其中，所述物体低温保持器是MRI低温保持器。4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，其中，所述耦联热交换器位于可去除地插入于所述物体低...
【专利技术属性】
技术研发人员：R隆斯沃尔思，
申请(专利权)人：住友SHI美国低温研究有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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