热虹吸冷却系统和方法技术方案

本发明专利技术的名称为：“热虹吸冷却系统和方法”。提出一种热虹吸冷却系统。该热虹吸冷却系统的一个实施例包括贮存器，该贮存器具有配置成存储液态冷却剂的第一部分。该热虹吸冷却系统还包括管道单元，该管道单元耦合到贮存器且设置成与要冷却的至少一个超导单元相邻，并且配置成从贮存器的第一部分接收液态冷却剂，并使接收的液态冷却剂在管道单元内循环以消散至少一个超导单元产生的热。通过改变管道单元的不同部分处的接收液态冷却剂的密度来使接收的液态冷却剂在管道单元内循环。

Thermal siphon cooling system and method

The present invention is entitled: a thermosyphon cooling system and method\. A thermosyphon cooling system is proposed. An embodiment of the thermosyphon cooling system includes a reservoir having a first portion configured to store liquid coolant. The thermosiphon cooling system also includes a pipe unit, the pipeline unit coupled to the storage device and set with at least one cooling unit and a superconducting adjacent configuration from the first part of the receiving liquid coolant reservoir, and to receive the liquid coolant in the pipe unit generates at least one superconducting unit to dissipate heat. The received liquid coolant is recycled in the pipe unit by varying the density of the received liquid coolant at the different parts of the pipe unit.

【技术实现步骤摘要】
热虹吸冷却系统和方法
技术介绍
该专利技术公开一般涉及磁共振成像（MRI）系统，并且更确切地来说涉及用于将MRI系统中的超导磁体冷却的热虹吸（thermosiphon）冷却系统和方法。超导磁体用于在MRI系统中产生磁场。在一些方法中，恒定地将来自电源的电流应用到超导磁体以产生磁场。但是，产生此类强磁场需要恒定地提供数百安培范围的电流。这种向超导磁体恒定地提供电流增加了MRI系统的运行成本。再者，在某些其他技术中，超导磁体可能承受MRI系统中的不同热负荷。期望将这些热负荷从超导单元转移走以便将超导磁体保持在制冷温度处并使超导磁体在超导状态中工作。再者，还期望以最优方式将热从超导磁体消散以将超导磁体从常态过渡到超导状态而不会有MRI系统中制冷剂的高蒸发。在常规系统中，超导磁体/线圈被封装在氦容器中，此氦容器包含约1500至约2000升液氦（He）以提供超导磁体/线圈的沉浸冷却。因为此布置采用具有数千升液态He的大容器，所以此布置不仅制造昂贵，而且对于运输和安装在期望位置处（如诊断中心）也显得笨重。此外，输送至远距离位置的数千升液态He的再填充可能是不方便的。而且，这些系统中的液态He有时可能在猝熄（quench）事件期间蒸发。蒸发的氦从沉浸磁体线圈的制冷剂缸中逃逸。因此，每次猝熄事件之后，要再填充液态He并进行磁体的重新斜变（re-ramp），这是成本高昂且耗时的情况。此外，在常规磁装置中，需要复杂的外部排气系统以在磁体和/或开关猝熄之后经由排气管组将如蒸发的He的气体排出。但是，这些排气管难以安装。而且，在一些情况中，He的排气可能存在环境或管理问题。因此，常规MRI磁体设计及其冷却布置可能造成特殊安装要求、某些区域中无法安装这些系统以及高维护成本。
技术实现思路
简要来说，根据本技术的一个方面，提出一种热虹吸冷却系统。该热虹吸冷却系统包括贮存器，该贮存器具有配置成存储液态冷却剂的第一部分。该热虹吸冷却系统还包括管道单元，该管道单元耦合到贮存器且设置成与要冷却的至少一个超导单元相邻，并且配置成从贮存器的第一部分接收液态冷却剂，并使接收的液态冷却剂在管道单元内循环以消散至少一个超导单元产生的热。通过改变管道单元的不同部分处的接收的液态冷却剂的密度来使接收的液态冷却剂在管道单元内循环。根据本技术的又一些方面，提出一种用于将超导单元冷却的方法。该方法包括将液态冷却剂存储在贮存器的第一部分中。该方法还包括将管道单元的一端耦合到至少一个超导单元并将管道的另一端耦合到贮存器。该方法还包括由管道单元从贮存器的第一部分接收液态冷却剂。此外，该方法包括使得接收的液态冷却剂在管道单元内循环以消散至少一个超导单元产生的热。通过改变管道单元的不同部分处的接收的液态冷却剂的密度来使接收的液态冷却剂在管道单元内循环。根据本技术的另一个方面，提出一种系统。该系统包括配置成产生磁场的至少一个超导单元。该系统还包括热虹吸冷却子系统，该热虹吸冷却子系统耦合到超导单元且配置成消散在超导单元产生磁场的同时产生的热。该热虹吸冷却子系统包括贮存器，该贮存器具有配置成存储液态冷却剂的第一部分。该热虹吸冷却子系统还包括管道单元，该管道单元耦合到贮存器且设置成与要冷却的至少一个超导单元相邻，并且配置成从贮存器的第一部分接收液态冷却剂，并使接收的液态冷却剂在管道单元内循环以消散至少一个超导单元产生的热。通过改变管道单元的不同部分处的接收的液态冷却剂的密度来使接收的液态冷却剂在管道单元内循环。根据本技术的又一个方面，提出一种用于对至少一个超导单元冷却的热虹吸冷却套件。该套件包括贮存器，该贮存器具有配置成存储液态冷却剂的第一部分。该套件还包括管道单元，该管道单元耦合到贮存器且设置成与要冷却的至少一个超导单元相邻，并且配置成从贮存器的第一部分接收液态冷却剂，并使接收的液态冷却剂在管道单元内循环以消散至少一个超导单元产生的热。通过改变管道单元的不同部分处的接收的液态冷却剂的密度来使接收的液态冷却剂在管道单元内循环。附图说明当参考附图阅读下文详细描述时，将更好地理解本专利技术的这些和其他特征、方面和优点，在所有附图中，相似的符号表示相似部件，其中：图1是根据本技术的多个方面的热虹吸冷却系统的剖面图；图2是根据本技术的其他多个方面的热虹吸冷却系统的另一个实施例的剖面图；图3是根据本技术的多个方面的、具有歧管和热交换器的图2的热虹吸冷却系统的剖面图；图4是根据本技术的多个方面的、图1的热虹吸冷却系统的一部分的一个实施例的剖面图；图5是根据本技术的多个方面的、图1的热虹吸冷却系统的一部分的另一个实施例的剖面图；图6是说明根据本技术的多个方面的、使用热虹吸冷却系统将超导单元冷却的方法的流程图；以及图7是示出包括图1的热虹吸冷却系统的MRI成像系统的侧视图。具体实施方式正如下文将详细描述的，提出用于将超导磁体/线圈冷却的示范热虹吸冷却系统和方法的多种实施例。通过采用下文描述热虹吸冷却系统的多种实施例和方法，可以实质性地减小液态冷却剂的容积、磁装置的尺寸、磁装置（诸如磁共振成像（MRI）系统）的制造成本、安装成本和运行成本。现在转到附图，参考图1，图示根据本技术的多个方面的热虹吸冷却系统100的剖面图。热虹吸冷却系统100可以配置成将超导单元102的温度保持在制冷温度处或以下。超导单元102可以包括超导磁铁和/或线圈、梯度系统及保持在MRI系统内的它们的支承结构。具体来说，热虹吸冷却系统100配置成将超导单元102冷却或消散来自超导单元102的热，以使与超导单元102关联的温度保持在制冷温度处或以下。术语制冷温度用于指代这样的温度，在该温度处或以下，超导单元102设计成在超导状态中工作。在一个实施例中，制冷温度可以是在约4.2K至约4.8K的范围中。在目前设想的配置中，热虹吸冷却系统100可以包括贮存器104、管道单元106和冷凝单元108。贮存器104配置成存储液态冷却剂，而管道单元106配置成吸收超导单元102产生的热。冷凝单元108配置成将从贮存器104接收的已蒸发冷却剂冷凝。在一个实施例中，可以将热虹吸冷却系统100设置在MRI系统的真空室中（参见图7）。可以注意，热虹吸冷却系统100的实现不限于MRI系统，并且可以在如超导电机器、超导磁体储能系统（SMES）、SC加速器等的其他装置中实现。再者，在一个实施例中，贮存器104耦合到管道单元106和冷凝单元108。贮存器104可以配置成从冷凝单元108接收液态冷却剂并将接收的液态的一部分提供到管道单元106。液态冷却剂可以包括液态氦（LHe）、液态氢（LH2）、液态氖（LNe）、液态氮（LN2）或其组合。在一个实施例中，超导单元102可以是低温超导体、中温超导体或高温超导体。而且，液态冷却剂可以基于超导单元102中使用的超导体的类型来选择。例如，具有低温超导体的超导单元102可以采用LHe作为冷却剂。相似地，对于中温超导体，可以使用LHe、LNe或LH2作为冷却剂。再者，对于高温超导体，可以使用LHe、LH2、LNe或LN2作为冷却剂。而且，在一个示例中，贮存器104包括第一部分110和第二部分112。而且，在一个实施例中，第一部分110可以位于贮存器104的底部，而第二部分112可以设在贮存器104的第一部分112的上方。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热虹吸冷却系统，其包括：贮存器，其具有配置成存储液态冷却剂的第一部分以及配置成存储从所述贮存器的所述第一部分蒸发的液态冷却剂的第二部分；管道单元，其耦合到所述贮存器并设置成与要冷却的至少一个超导单元相邻，并且配置成：从所述贮存器的所述第一部分接收液态冷却剂；以及使得接收的液态冷却剂在所述管道单元内循环以消散所述至少一个超导单元产生的热，其中通过改变所述管道单元的不同部分处的所接收的液态冷却剂的密度来使所接收的液态冷却剂在所述管道单元内循环；还包括冷凝单元，其耦合到所述贮存器并且配置成将从所述贮存器蒸发的液态冷却剂凝结；其中所述冷凝单元包括：入口，其经由第一通道耦合到所述贮存器并且配置成从所述贮存器接收蒸发的冷却剂；冷凝器，其配置成将接收的蒸发的冷却剂凝结以形成液态冷却剂；以及出口，其经由第二通道耦合到所述贮存器并且配置成将所述液态冷却剂输送到所述贮存器。

【技术特征摘要】
2011.12.22 US 13/3340861.一种热虹吸冷却系统，其包括：贮存器，其具有配置成存储液态冷却剂的第一部分以及配置成存储从所述贮存器的所述第一部分蒸发的液态冷却剂的第二部分；管道单元，其耦合到所述贮存器并设置成与要冷却的至少一个超导单元相邻，并且配置成：从所述贮存器的所述第一部分接收液态冷却剂；以及使得接收的液态冷却剂在所述管道单元内循环以消散所述至少一个超导单元产生的热，其中通过改变所述管道单元的不同部分处的所接收的液态冷却剂的密度来使所接收的液态冷却剂在所述管道单元内循环；还包括冷凝单元，其耦合到所述贮存器并且配置成将从所述贮存器蒸发的液态冷却剂凝结；其中所述冷凝单元包括：入口，其经由第一通道耦合到所述贮存器并且配置成从所述贮存器接收蒸发的冷却剂；冷凝器，其配置成将接收的蒸发的冷却剂凝结以形成液态冷却剂；以及出口，其经由第二通道耦合到所述贮存器并且配置成将所述液态冷却剂输送到所述贮存器。2.如权利要求1所述的热虹吸冷却系统，其中所述管道单元配置成通过在所述管道单元一端处吸收所述至少一个超导单元产生的热并在所述管道单元另一端处将所吸收的热传递到所述贮存器的所述第一部分中来改变所接收的液态冷却剂的密度。3.如权利要求1所述的热虹吸冷却系统，其中所述管道单元配置成：当所接收的液态冷却剂吸收所述至少一个超导单元产生的热时减小所接收的液态冷却剂的密度；以及当所吸收的热从所述管道单元内的所接收的液态冷却剂传递到所述贮存器的所述第一部分中的液态冷却剂时，增加所接收的液态冷却剂的密度。4.如权利要求1所述的热虹吸冷却系统，其中所述管道单元配置成使得所接收的液态冷却剂在所述管道单元内循环而不使用泵送装置。5.如权利要求1所述的热虹吸冷却系统，其中所述管道单元包括入口，所述入口配置成经由第三通道从所述贮存器的所述第一部分接收液态冷却剂。6.如权利要求1所述的热虹吸冷却系统，其中所述管道单元包括穿孔管，所述穿孔管配置成将所述液态冷却剂中的气泡输送到所述管道单元外。7.如权利要求1所述的热虹吸冷却系统，其中所述管道单元包括至少一个歧管，所述至少一个歧管配置成将所述液态冷却剂流分散在所述管道单元中。8.如权利要求1所述的热虹吸冷却系统，其中所述管道单元包括：第一支管，其耦合到所述贮存器的所述第一部分并且配置成从所述贮存器的所述第一部分接收液态冷却剂；至少一个循环回路，其设置在所述至少一个超导单元上方并且配置成：从所述管道单元的所述第一支管接收液态冷却剂；通过吸收所述至少一个超导单元产生的热，减小所述液态冷却剂的密度；以及在减小所述液态冷却剂的密度之后将所述液态冷却剂输送到所述贮存器的所述第一部分。9.如权利要求1所述的热虹吸冷却系统，还包括热交换器，其热耦合到所述管道单元并且配置成减少在所述管道单元中循环的接收的液态冷却剂中的气泡。10.如权利要求1所述的热虹吸冷却系统，还包括释放阀，其耦合到所述贮存器并且配置成释放所述贮存器的内生压力。11.一种热虹吸冷却方法，其包括：将液态冷却剂存储在贮存...

【专利技术属性】
技术研发人员：EW施陶特纳，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US