用于MRI系统的超导磁体结构的冷却装置制造方法及图纸

一种超导磁体结构，包括构成内部磁体结构(30)的多个轴向对准的超导内部磁体线圈(34)，以及多个超导外部线圈(32)，每个超导外部线圈具有比每个内部磁体线圈(34)的外直径更大的内直径。内部磁体结构封装在冷冻剂容器(12)内，并且外部线圈位于冷冻剂容器外部，与用于冷却外部线圈的冷却装置(36，38)热接触。

Cooling device for superconducting magnet structure for MRI system

A superconducting magnet structure includes internal magnet structure (30) superconducting magnet coils inside a plurality of axially aligned (34), and a plurality of superconducting external coil (32), each superconducting coil has a ratio of each internal external magnet coil (34) of the outer diameter larger inner diameter. The internal structure of magnet encapsulated in the refrigerant container (12), and the external refrigerant coil is located outside of the container, and a cooling device for cooling the outer coil (36, 38) thermal contact.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】为了能够充分冷却用于MRI系统的超导磁体结构，超导线圈通常在其沸点处至少部分地浸没在液体冷冻剂中。这需要足够大的冷冻剂容器来保持磁体结构和液体冷冻剂。已知的冷冻剂容器的体积超过2000升，安装有磁体结构后具有1700升的自由空间。由于冷冻剂容器必须在压力下含有冷冻剂蒸气，所以它被归类为压力容器，并且需要编码批准。该容器必须由选择较少的昂贵等级的材料制造。因此，如果冷冻剂容器可以制造得更小，则是有利的，因为冷冻剂容器的生产可以更便宜。图1示出了包括冷冻剂容器12的低温恒温器的常规布置。冷却的超导磁体结构10设置在冷冻剂容器12内，其本身保持在外部真空室(OVC)14内。所示的布置示出了柱形磁体，其中多个超导线圈沿着轴线布置。在本文中，术语“轴向”将用于表示平行于该轴线的方向或轴线本身的方向，而术语“径向”将用于表示垂直于该轴线、在包含该轴线的平面中延伸的方向。在冷冻剂容器12与外部真空室14之间的真空空间中设置一个或多个热辐射屏蔽件16。在一些已知的布置中，低温制冷器17安装在制冷器筒(sock)15中，该制冷器筒位于为此目的而设置的转台18中，朝向低温恒温器的一侧。保持通路颈部(通气管)20的通路转台19安装在低温恒温器的顶部。还设置有较大孔径的骤冷路径(未示出)。该路径由骤冷阀(quenchvalve)或爆破隔膜(burstdisc)封闭，当冷冻剂容器内的压力超过预定义极限时，该骤冷阀或爆破隔膜打开以允许冷冻剂流出。制冷器17提供主动制冷以冷却冷冻剂容器12内的冷冻剂气体，在一些布置中，通过将其再冷凝成液体来冷却冷冻剂气体。制冷器17还可以用于冷却辐射屏蔽件16。如图1所示，制冷器17可以是两阶段冰箱。第一冷却阶段热连接到辐射屏蔽件16，并且提供冷却到第一温度，通常在80-100K的范围内。第二冷却阶段将冷冻剂气体冷却到低得多的温度，通常在4-10K的范围内。再冷凝的液体冷冻剂通过管道23滴回到冷冻剂容器12中，该管道23连接制冷器筒15和冷冻剂容器12。通常通过低温恒温器的主体向磁体10提供负电连接21a。正电连接21通常由穿过通风管20的导体提供。超导磁体结构的典型设计具有不同直径的超导线圈。线圈布置成使得它们都与液体冷冻剂接触，以在操作期间提供有效的冷却。在上述冷冻剂容器中，典型的冷冻剂填充需要1200升液体冷冻剂的区域。诸如氦之类的冷冻剂昂贵，并且在MRI系统的安装区域中的局部供应可能是不可靠的。氦是有限的资源，并且在诸如用于MRI设备的超导磁体的冷却之类的应用中的消耗意味着未来供应将变得更为稀缺和更昂贵。由于这些考虑，至少，将期望减少填充典型MRI系统的冷冻剂容器所需的冷冻剂的质量。已经提出了用于冷却超导磁体的线圈的可替代布置，其涉及结合到磁体结构的一系列热交换器，但是不需要提供包围式冷冻剂容器。在这种布置中，通过在与线圈热连接的一个或多个管中的冷冻剂的循环，从超导线圈传递热量。该布置通常被称为冷却回路。生产相对复杂，并且需要大量的部件和压力保持接头。在这种布置中去除包围式冷冻剂容器导致其他问题，诸如在线圈上的梯度线圈感应的热负载，其通常已被冷冻剂容器拦截。本专利技术提供了一种用于MRI系统的超导磁体结构的冷却装置，其解决了上述问题。它提供了更小的冷冻剂容器，降低了所需的冷冻剂的质量以及对梯度线圈感应的热负载的拦截。避免了常规冷却回路装置的复杂性。因此，本专利技术提供如所附权利要求中限定的结构。从下面结合附图的某些实施例的描述中，本专利技术的上述和进一步的目的、特征和优点将更加明显，其中：图1示出了适用于MRI系统的常规超导磁体结构的示意图；图2-5示出了根据本专利技术实施例的相应超导磁体结构的示意性轴向半剖面；图6-8示出了根据本专利技术的各个实施例的超导磁体结构的示意性横截面。在用于MRI磁体的典型超导磁体结构和本专利技术所述的结构中，“内部磁体”包括具有相似内径的多个轴向对准的线圈。这些线圈作为整体产生超导磁体结构的大部分磁场。这些线圈的内径整体上限定了磁体结构的内径，从而限定了完整的MRI系统中的患者孔的直径。通常还设置有一个或多个较大直径的外部线圈。这些通常具有约束MRI系统外部的杂散场的任务，并且通常称为屏蔽线圈。在典型的常规磁体系统中，包围式冷冻剂容器12包围屏蔽线圈和内部磁体两者。这需要大的冷冻剂容器，具有上述的伴随的缺点。根据本专利技术，并且如图2所示，为内部磁体30和外部线圈32设置不同的冷却布置。由一组具有相似直径的线圈34组成的内部磁体30包含在冷冻剂容器12内。由于该冷冻剂容器12不需要容纳外部(屏蔽)线圈，因此冷冻剂容器12可以比常规的更小，意味着制造比传统的冷冻剂容器更便宜，并且需要较小质量的冷冻剂以将其填充到足以接触所有线圈的深度。本专利技术特别涉及柱形磁体结构，并且冷冻剂容器优选地包括柱形外壳，其包括通过环形端壁连接的内部柱形壁和外部柱形壁。环形端壁可以具有平坦表面。根据本专利技术的特征，为外部(屏蔽)线圈32设置不同的冷却布置。该冷却装置不依赖于外部线圈32在冷冻剂浴中的部分浸入。在一个实施例中，如图2所示，外部(屏蔽)线圈由结合的热交换器36冷却。在所示的实施例中，这些热交换器包括冷冻剂路径38，其是用于承载液体或气体冷冻剂的循环以冷却外部线圈32的管。在所示的实施例中，热交换器36也是结构构件，其通过机械支撑结构40保持就位，该机械支撑结构40优选地安装在冷冻剂容器12上。冷冻剂容器12和机械支撑结构40由此将外部(屏蔽)线圈32保持在OVC内的适当位置。由于冷冻剂容器12本身相对较小，诸如复合杆或带之类的支撑结构42可以比常规的更长，从而提高了冷冻剂容器12与外部真空容器14之间的支撑结构的热阻。事实上，专利技术人已经发现，考虑到杆的长度增加以及在低温温度下不锈钢的低热导率，不锈钢杆可以用作支撑结构42以将冷冻剂容器12保持在OVC14内的适当位置，该低温温度诸如在使用氦冷冻剂的情况下为4K。可以通过将它们的上端和下端连接到冷冻剂容器12上的相应位置来提供通过冷冻剂路径38的冷冻剂的循环，从而允许液体冷冻剂从冷冻剂容器的底部进入或接近冷冻剂容器的底部，并且允许冷冻剂蒸汽离开冷冻剂路径38并且在其上端处或附近返回到冷冻剂容器12。冷冻剂蒸汽将通过常规手段(诸如再冷凝制冷器17)在冷冻剂容器中冷却。用于外部线圈的热交换器36可以由挤压铝制品或不锈钢结构形成。冷冻剂路径38可以设置为例如铝或不锈钢的挤压件(extrusion)的特征(feature)，或者可以由结合到可由铝或不锈钢的焊接件形成的支撑结构上的单独的管设置。外部线圈32可以通过相应的热交换器在一侧或多侧上通过对其本身常规的布置(诸如通过螺栓连接或粘合)而保持在适当位置。类似地，内部磁体30可以通过任何常规手段组装。在有利的实施例中，线圈34可以在其径向内表面上结合到冷冻剂容器的孔管46，因为这将允许对于给定冷冻剂容器孔直径的超导线的最小消耗；或对于给定消耗的超导线材的最大可能的冷冻剂容器孔管直径。然而，可以使用其他组装方法和结构，诸如将线圈缠绕到保持在冷冻剂容器内的固体成型器中的凹部中。内部磁体的构造不构成本专利技术的一部分，并且可以使用任何合适的常规方法和布置。参考图2描述的这种布置仅需要很少的压力保持接头，以便将外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超导磁体结构，包括构成内部磁体结构(30)的多个轴向对准的超导内部磁体线圈(34)，以及多个超导外部线圈(32)，每个超导外部线圈具有比所述内部磁体线圈(34)中的每个内部磁体线圈的外直径更大的内直径，其特征在于‑所述内部磁体结构被包围在冷冻剂容器(12)内，并且所述外部线圈位于所述冷冻剂容器外部，与用于冷却所述外部线圈的冷却装置(36，38)热接触，其中用于所述外部线圈的所述冷却装置包括与相应的外部线圈热接触和机械接触的相应的热交换器(36)，每个热交换器设置有冷冻剂管(38)，每个冷冻剂管的上端和下端与冷冻剂容器(12)分别在所述冷冻剂容器的上端和下端处或附近连通。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.15 GB 1414516.31.一种超导磁体结构，包括构成内部磁体结构(30)的多个轴向对准的超导内部磁体线圈(34)，以及多个超导外部线圈(32)，每个超导外部线圈具有比所述内部磁体线圈(34)中的每个内部磁体线圈的外直径更大的内直径，其特征在于-所述内部磁体结构被包围在冷冻剂容器(12)内，并且所述外部线圈位于所述冷冻剂容器外部，与用于冷却所述外部线圈的冷却装置(36，38)热接触，其中用于所述外部线圈的所述冷却装置包括与相应的外部线圈热接触和机械接触的相应的热交换器(36)，每个热交换器设置有冷冻剂管(38)，每个冷冻剂管的上端和下端与冷冻剂容器(12)分别在所述冷冻剂容器的上端和下端处或附近连通。2.根据权利要求1所述的超导磁体结构，其中所述冷冻剂管(38)被形成为挤压件的特征。3.根据前述权利要求中任一项所述的超导磁体结构，其中所述热交换器(36)是通过安装在所述冷冻剂容器(12)上的机械支撑结构(40)保持就位的结构构件，并且其中所述热交换器将所述外部线圈(32)保持就位。4.一种超导磁体结构，包括构成内部磁体结构(30)的多个轴向对准的超导内部磁体线圈(34)，以及多个超导外部线圈(32)，每个超导外部线圈具有比所述内部磁体线圈(34)中的每个内部磁体线圈的外直径更大的内直径，其特征在于-所述内部磁体结构被包围在冷冻剂容器(12)内，并且所述外部线圈位于所述冷冻剂容器外部，与用于冷却所述外部线圈的冷却装置(36，38)热接触，其中用于所述外部线圈的所述冷却装置包括到所述冷冻剂容器(12)的热链路。5.根据权利要求5所述的超导磁体结构，其中所述热链路包括热汇流条、层压体或编织物(64)。6.根据权利要求4或5所述的超导磁体结构，其中所述外部线圈(32)附接到导热机械支撑结构(62)...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·辛普金斯，
申请(专利权)人：西门子医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB