具有低温热缓冲的超导磁体制造技术

一种超导磁体设备(14；46)，包括：超导导线的至少一个线圈绕组(16

Superconducting magnet with low temperature thermal buffering

A superconducting magnet device (14; 46) includes: at least one coil winding (16) of a superconducting wire

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有低温热缓冲的超导磁体
本专利技术涉及一种超导磁体设备，以及一种包括这样的超导磁体设备的磁共振成像系统。
技术介绍
在超导磁体领域中，已知采用具有少量甚至没有低温液体(例如液氦)的冷却技术。这种类型的超导磁体通常被称作“无制冷剂磁体”，并且具有几乎不包含或消耗氦的明显优势。但是，由于缺少低温液体库，无制冷剂磁体的热缓冲能力有限。美国专利US5410286公开了一种低温制冷机冷却的超导磁体，其具有与包括超导导线的磁体盒接触的热缓冲组件。该已知的热缓冲组件经由通气充/放系统耦合到He源以及环境空气。
技术实现思路
希望提供一种具有在低温温度的经改进的热缓冲能力的无制冷剂超导磁体。在本专利技术的一个方面中，通过一种超导磁体设备实现该目的，所述超导磁体设备包括：-具有临界温度的超导导线的至少一个线圈绕组，所述至少一个线圈绕组被配置用于生成静态磁场；其中，所述至少一个线圈绕组适于建立与低温制冷机的冷头的热传导接触，所述低温制冷机的所述冷头被配置用于将所述至少一个线圈绕组带到并保持在低于所述临界温度的温度处；以及-至少一个气密容器，其以流体隔离的方式永久地含有一定量的氦，其中，所述至少一个气密容器与所述至少一个线圈绕组热传导地接触，以用于从处于至少一个操作状态中的所述至少一个线圈绕组中拾取热能量。如在本申请中使用的短语“永久地含有”应该被具体理解为所述至少一个气密容器不包括任何种类的任何通风供应，使得在填充之后所述一定量的氦在所述气密容器的寿命期间永远不变。亦即，所述一定量的氦在所述气密容器中与用于将所述超导导线冷却到所述临界温度之下的冷却液(如果有的话)流体隔离。在低温温度处(例如低于10K)，氦气的比热容(即每单位质量的热容量)超过大多数金属的比热容许多数量级(例如，对于铝，该因子在4K处大约是30000)。当被加热到室温时，所述一定量的氦将建立所述气密容器需要采取的超压。例如：填充1kg/m3氦得到在300K处的6bar的气体压力，并且从4K到5K得到5kJ/m3的焓变化。在4K处，填充是气态的，达到100％。填充10kg/m3氦得到在300K处的64bar的气体压力，并且从4K到5K得到50kJ/m3的焓变化。在4K处，填充是气态的，达到100％。填充100kg/m3氦得到在300K处的866bar的气体压力，并且从4K到5K得到500kJ/m3的焓变化。在4K处，填充是超临界的。因此，在适合的实施例中，通过由所述至少一个气密容器提供的额外的热容量，能够针对诸如断电、低温制冷机的冷却液缺乏、低温制冷机维护或低温制冷机的可恢复故障的事件而实现基本量的不间断运行(ride-through)时间。由此，在任何这样的事件发生时作为安全预防措施的静态磁场的斜降以及后续消时的、由所述超导磁体设备生成的所述静态磁场的斜升能够被省略。优选地，所述至少一个气密容器含有一定量的氦，所述一定量的氦等价于在室温处利用50bar到500bar的加压氦气的填充。此外，由所述至少一个气密容器提供的所述额外的热容量能够允许暂时超过所述低温制冷机的所述冷头的冷却能力。结果，能够不针对例如由部件的暂时操作生成的峰值热负荷来设计所述低温制冷机的所述冷头的所述冷却能力，而是针对在时间常数上进行平均的热负荷来进行设计。通过所述至少一个气密容器的所述额外的热容量以及从热生成的源头到所述至少一个气密容器的路径上的热传导性来确定所述时间常数。由此，与不具有所述至少一个气体类型容器相比，能够将具有更低的冷却能力的低温制冷机用于相同的目的。在优选实施例中，所述超导磁体设备还包括至少一个超导部件，所述至少一个超导部件不同于所述至少一个线圈绕组并具有临界温度，其中，所述至少一个气密容器是流体隔离的并且与所述至少一个超导部件热传导地接触，以用于在至少一个操作状态中从所述至少一个超导部件拾取热能量。如在本申请中使用的短语“超导部件”具体包括其它超导线圈绕组、超导接头和超导开关。由此，既能够为所述至少一个线圈绕组也能够为所述超导磁体设备的严重依赖冷却的另一超导部件提供额外的热容量。在发生诸如断电、低温制冷机的冷却液缺乏、低温制冷机维护、低温制冷机的可恢复故障的事件、或者危害所述至少一个线圈绕组和另一超导部件的超导功能的任何其他事件时，能够由此实现进一步的安全余裕，用于对在发生任何这样的事件时作为安全预防措施的静态磁场的斜降的省略。在另一优选实施例中，所述超导磁体设备包括至少两个气密容器，所述至少两个气密容器以流体隔离方式永久地含有一定量的氦，其中，所述两个气密容器中的一个气密容器与所述至少一个线圈绕组热传导地接触，以用于从处于至少一个操作状态中的所述至少一个线圈绕组中拾取热能量；并且所述两个气密容器中的另一个气密容器与所述至少一个超导部件热传导地接触，以用于从处于至少一个操作状态中的所述至少一个超导部件中拾取热能量。由此，能够通过改变含在具有独立尺寸的所述至少两个气密容器中所述一定量的氦，分别根据所述超导部件中的所述超导线圈绕组的独立的冷却要求来特别地设计所提供的额外的热容量。在另一优选实施例中，含在所述至少一个气密容器中的所述一定量的氦(即填充)的范围在25kg/m3与35kg/m3之间。在该范围的填充中，在室温(大约300K)处的气体压力大约是200bar。在4.2K的温度处，气体压力大约是1bar，并且所述气密容器含有液态氦和气态氦的混合物。由此，由于采用一定量的液态氦的蒸发的潜热，所以能够提供更大量的热容量。在又一优选实施例中，所述超导磁体设备包括多个气密容器，所述多个气密容器中的每个气密容器含有独立的量的氦，其中，所述气密容器与所述至少一个线圈绕组和不同于所述至少一个线圈绕组的所述至少一个超导部件中的至少一个热传导地接触。由此，基于独立的冷却要求，所述超导磁体设备的所有超导部件都能够被提供有在低于其临界温度的低温温度处的额外的热容量。能够实现进一步的安全余裕，以省略在发生诸如断电、低温制冷机的冷却液缺乏、低温制冷机维护、低温制冷机可恢复故障等防护时作为安全预防措施的所述静电场的斜降。优选地，所述至少一个气密容器或所述多个气密容器中的所述气密容器基本由轻量金属制成。如在本申请中使用的短语“基本”应该被具体理解为多于50％。这还具体包括所述气密容器完全(100％)由轻量金属制成的情况。如在本申请中使用的短语“轻量金属”应该被具体理解为包括具有小于或等于5.0g/cm3、更优选地小于或等于3.0g/cm3的特定质量密度的金属。轻量金属的范例是钛及其合金，以及纯铝和包括镁、锂和铍中至少一种的铝合金。原则上，本领域技术人员认为适合的其它轻量金属也可以被用作用于所述气密容器的材料。在另一实施例中，所述多个气密容器是利用固体基质来保持的。在一个实施例中，含在所述至少一个气密容器中的所述一定量的氦可以在所述多个气密容器之间分配，同时所述一定量的氦的质量与所述多个气密容器的总质量的比率独立于气密容器的尺寸。因此，可以获得具有在低温温度(例如小于10K)处的非常高的热容量的复合材料。此外，当热传播通过较小厚度的材料时，通过这样的复合材料能够实现较快的热扩散。这样的复合材料的另一优势在于所述超导磁体设备可能落入关于压力容器规则的较低类别中(按照气体的压力和体积的乘积)，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超导磁体设备(14；46)，包括：‑具有临界温度的超导导线的至少一个线圈绕组(16

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.09 EP 14184035.51.一种超导磁体设备(14；46)，包括：-具有临界温度的超导导线的至少一个线圈绕组(161-164)，所述至少一个线圈绕组被配置用于生成静态磁场B0；其中，所述至少一个线圈绕组(161-164)适于建立与低温制冷机的冷头(38)的热传导接触，所述低温制冷机的所述冷头被配置用于将所述至少一个线圈绕组(161-164)带到并保持在低于所述临界温度的温度处；以及-至少一个气密容器(40；48)，其永久地含有一定量的氦，其中，所述至少一个气密容器(40；48)与所述至少一个线圈绕组(161-164)热传导地接触，以用于从处于至少一个操作状态中的所述至少一个线圈绕组(161-164)中拾取热能量。2.根据权利要求1所述的超导磁体设备(14；46)，还包括至少一个超导部件(42、44)，所述至少一个超导部件不同于所述至少一个线圈绕组(161-164)并具有临界温度，其中，所述至少一个气密容器(40；48)与所述至少一个超导部件(42、44)热传导地接触，以用于在至少一个操作状态中拾取热能量。3.根据权利要求1所述的超导磁体设备(14；46)，包括至少两个气密容器(40；48)，所述至少两个气密容器永久地含有一定量的氦，其中，所述两个气密容器(40；48)中的一个气密容器(40；48)与所述至少一个线圈绕组(161-164)热传导地接触，以用于从处于至少一个操作状态中的所述至少一个线圈绕组(161-164)中拾取热能量；并且所述两个气密容器(40；48)中的另一个气密容器(40；48)与所述至少一个超导部件(42、44)热传导地接触，以用于从处于至少一个操作状态中的所述至少一个超导部件(42、44)中拾取热能量。4.根据前述权利要求中的任一项所述的超导磁体设备(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·B·J·米尔德，P·A·约纳斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL