用于超导磁体的热总线热交换器制造技术

一种超导磁体包括：液氦储存器(14)；超导磁体绕组(12)，其被设置在所述液氦储存器中；真空夹套壁(20、22、26)，其容纳包围所述液氦储存器的真空体积(24)；以及热屏蔽罩(30)，其被设置在所述真空体积中并且包围所述液氦储存器。热总线(50)被紧固到所述热屏蔽罩。所述热总线包括整体式热交换器，所述整体式热交换器包括穿过所述热总线的流体通道(60)。入口流体管道(62)将所述液氦储存器与所述流体通道的入口相连接，并且出口流体管道(64)将所述流体通道的出口与环境空气相连接。所述热总线(50)通过导热连接件(46)被连接到冷头(40)的第一级冷站。

Heat bus heat exchanger for superconducting magnet

A superconducting magnet includes: a liquid helium storage (14); a superconducting magnet winding (12), which is arranged in the liquid helium storage; a vacuum jacket wall (20, 22, 26), which holds a vacuum volume (24) surrounding the liquid helium storage; and a heat shield cover (30), which is arranged in the vacuum volume and surrounds the liquid helium storage. The thermal bus (50) is fastened to the thermal shield. The heat bus includes an integral heat exchanger including a fluid channel (60) through the heat bus. The inlet fluid pipe (62) connects the liquid helium reservoir with the inlet of the fluid channel, and the outlet fluid pipe (64) connects the outlet of the fluid channel with the ambient air. The hot bus (50) is connected to the first stage cold station of the cold head (40) through a heat conducting connector (46).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于超导磁体的热总线热交换器
下面总体上涉及超导磁体领域、磁共振成像(MRI)领域、热管理领域以及相关领域。
技术介绍
在用于磁共振成像(MRI)系统的典型超导磁体中，超导绕组浸没在容纳在由真空夹套包围的液氦(LHe)储存器中的LHe中。高传导性热屏蔽罩片材被设置在真空夹套中以包围LHe储存器。制造后，抽真空，将LHe储存器充满LHe。为了将LHe维持低温(即，低于4K)，冷头用于为LHe容器提供制冷。冷头的第一级穿透到真空体积中，并且第一级冷站通过高导热链被连接到热屏蔽罩，高导热链与被附接到热屏蔽罩的热总线相连接。冷头的第二级继续进入LHe体积，以置于LHe储存器中的LHe面以上的气态He超压中。下面公开了一种新的且改进的系统和方法。
技术实现思路
在一个公开的方面中，一种超导磁体包括：超导磁体绕组，其被设置在所述液氦储存器中；真空夹套壁，其容纳包围所述液氦储存器的真空体积；以及热屏蔽罩，其被设置在所述真空体积中并且包围所述液氦储存器。热交换器被紧固到所述热屏蔽罩，并且流体通道具有与所述液氦储存器流体连通的入口和与环境空气流体连通的出口。所述热交换器可以是热总线。冷头可以被焊接到具有第一级冷站和第二级冷站的所述真空夹套壁，所述第一级冷站被设置在所述真空体积中，所述第二级冷站被设置在所述液氦储存器中，并且所述热总线通过导热连接件被适当连接到所述第一级冷站。在另一个公开的方面中，一种磁共振成像(MRI)设备包括：如前一段中所阐述的超导磁体，其通常是圆柱形的并且限定水平膛；一组磁场梯度线圈，其被布置为将磁场梯度叠加在由所述超导磁体在所述水平膛中生成的静态磁场上。在另一个公开的方面中，一种与如前一段中所阐述的超导磁体结合执行的方法包括：关闭所述冷头；并且当关闭所述冷头时，经由穿过所述热总线的流体通道使气氦从所述液氦储存器流动到环境空气。然后，在关闭所述冷头时可以运输所述超导磁体，由此经由穿过所述热总线的所述流体通道使气氦从所述液氦储存器到环境空气的流动减少了在运输期间的氦蒸发。在另一个公开的方面中，公开了一种用于对超导磁体的液氦储存器进行热屏蔽的热屏蔽装置，所述超导磁体包括被设置在所述液氦储存器中的超导绕组。所述热屏蔽装置包括：热屏蔽罩，其包括一个或多个铝合金片材热屏蔽罩层，所述一个或多个铝合金片材热屏蔽罩层的尺寸和形状被设计为包围所述液氦储存器；以及热总线，其被紧固到所述热屏蔽罩并且包括整体式热交换器，所述整体式热交换器包括穿过所述热总线的流体通道。一个优点在于提供了具有减少的液氦(LHe)蒸发的超导磁体。另一个优点在于提供了在冷头被关闭的长间隔期间具有降低的淬火可能性的超导磁体。另一个优点在于提供了具有低的热泄漏的气氦排放的超导磁体。另一个优点在于提供了能够利用LHe电荷运输更长距离的超导磁体。另一个优点在于提供了能够使其冷头关闭更长时间间隔以便于更长距离运输和延长维护等的超导磁体。另一个优点在于提供了在冷头被关闭或未操作的间隔期间因通过具有如本文所公开的整体式热交换器的热总线的方式冷却热屏蔽罩而具有减少的液氦蒸发的超导磁体。另一个优点在于提供了因通过具有如本文所公开的整体式热交换器的热总线的方式对热屏蔽罩进行额外冷却而具有更小和/或更高能效的冷头的超导磁体。给定的实施例可以提供前述优点中的零个、一个、两个、更多个或所有优点，并且/或者可以提供本领域普通技术人员在阅读和理解了本公开内容后变得明显的其他优点。附图说明本专利技术可以采用各种部件和各种部件的布置，以及各个步骤和各个步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，并且不应被解释为对本专利技术的限制。图1示意性地图示了包括具有整体式热交换器的热总线的磁共振成像(MRI)系统的侧剖视图。图2示意性地图示了图1的描绘具有整体式热交换器的热总线的侧剖视图的部分的放大视图。图3示意性地图示了具有整体式热交换器的热总线的说明性实施例的俯视图。图4示意性地图示了具有整体式热交换器的热总线的另一说明性实施例的侧视图、俯视图和端视图，并且仅在俯视图中示出了连接的气氦入口和出口歧管。图5示意性地图示了利用液氦(LHe)对图1的超导磁体充电并将超导磁体从工厂运输到目的地的过程。具体实施方式在填充LHe储存器之后，关闭冷头，加载LHe电荷，抽真空，将MR磁体运输到目的地。如果空运MR磁体，则冷头在整个运输时间间隔期间保持关闭状态。如果船运MR磁体，则可以对MR磁体进行制冷；然而，即使在这种情况下，在装载和卸载冷头以及卡车为运输冷头而往返于造船厂期间(在此期间关闭冷头)也存在长的时间间隔。当没有主动制冷时，LHe缓慢蒸发。通常提供排放路径(例如，氦气排放波纹管)作为用于因蒸发产生的任何气He超压的压力释放路径。入口流动路径和出口流动路径(例如，LHe填充管线和压力释放排放路径)是热泄漏路径。这些考虑因素会限制运输距离或限制运输选择。每当超导磁体的冷头关闭长的时间段时(例如，在维护期间，长时间停电，在MRI系统的重新定位期间等)，都可能出现类似的问题。由于超导线圈连续地承载超导电流，因此LHe损失有可能导致超导状态的转变，这被称为MR磁体的“淬火”。在本文公开的改进方案中，热屏蔽罩的汇流条被修改为包括整体的热交换器，其入口被管线或其他流体管道连接到LHe储存器中的气氦超压，并且其出口排放到环境中。因此，气He(其在LHe储存器内处于接近LHe沸点的低温，即，～4K)在被排放到大气之前流过热总线的热交换器。这具有以下优点：提供了气氦超压排放路径，从而利用了冷气He的显热冷却能力而在冷头关闭的时间间隔内提供对热屏蔽罩的连续冷却。参考图1，示出了采用超导磁体的磁共振成像(MRI)设备10的侧剖视图。该磁体包括被设置在液氦(LHe)储存器14中的超导绕组12，LHe储存器14大部分填充有LHe；然而，存在LHe面16上方的气态氦(气He)超压。说明性设备10采用水平膛磁体，在水平膛磁体中，超导磁体通常是圆柱形的并且包围(即，限定)水平膛18；然而，也可以预想到其他磁体几何形状。为了对LHe储存器14提供热隔离，包围其的真空夹套具有内部真空夹套壁20和外部真空夹套壁22，在这两个真空夹套壁之间是抽空的真空体积24。换句话说，真空夹套壁(例如，内部真空夹套壁20、外部真空夹套壁22以及任选的额外壁，例如，侧面真空夹套壁26)包含真空体积24。内部真空夹套壁20将真空体积24与LHe储存器14分开。外部真空夹套壁22将真空体积24与环境空气分开。(在未示出的变型实施例中，预想到具有外部低温夹套，其例如包含液氮，包围外部真空壁22)。在图1中用阴影线指示真空体积24。由诸如铝合金金属片(或铜合金金属片或一些其他高导热金属片)之类的坚固导热材料制成的热屏蔽罩30被设置在真空体积24中并且包围LHe储存器14。热屏蔽罩30与内部真空夹套壁20隔开以避免从热屏蔽罩30向LHe储存器14的热传导。在一些实施例中，热屏蔽罩30可以包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超导磁体，包括：/n液氦储存器(14)；/n超导磁体绕组(12)，其被设置在所述液氦储存器中；/n真空夹套壁(20、22、26)，其容纳包围所述液氦储存器的真空体积(24)；/n热屏蔽罩(30)，其被设置在所述真空体积中并且包围所述液氦储存器；以及/n热交换器(50)，其被紧固到所述热屏蔽罩并且包括流体通道(60)，所述流体通道具有与所述液氦储存器流体连通的入口并且具有与环境空气流体连通的出口。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170323 US 62/4752871.一种超导磁体，包括：
液氦储存器(14)；
超导磁体绕组(12)，其被设置在所述液氦储存器中；
真空夹套壁(20、22、26)，其容纳包围所述液氦储存器的真空体积(24)；
热屏蔽罩(30)，其被设置在所述真空体积中并且包围所述液氦储存器；以及
热交换器(50)，其被紧固到所述热屏蔽罩并且包括流体通道(60)，所述流体通道具有与所述液氦储存器流体连通的入口并且具有与环境空气流体连通的出口。


2.根据权利要求1所述的超导磁体，还包括：
入口流体管道(62)，其穿过所述真空夹套壁(20、22、26)的内部真空夹套壁(20)，所述内部真空夹套壁将所述真空体积(24)与所述液氦储存器(14)分开，所述入口流体管道将所述液氦储存器与所述热交换器(50)的所述流体通道(60)的所述入口相连接。


3.根据权利要求1-2中的任一项所述的超导磁体，还包括：
出口流体导管(64)，其穿过所述真空夹套壁(20、22、26)的外部真空夹套壁(20)并且将所述热交换器(50)的所述流体通道(60)的所述出口与环境空气相连接。


4.根据权利要求1-3中的任一项所述的超导磁体，其中，所述热交换器是热总线(50)，并且穿过所述热总线(50)的所述流体通道(60)是穿过所述热总线的开口，使得所述热总线的材料限定穿过所述热总线的所述流体通道的壁。


5.根据权利要求1-3中的任一项所述的超导磁体，其中，所述热交换器是热总线(50)，并且穿过所述热总线(50)的所述流体通道(60)包括与所述热总线分开的管道，所述导管被嵌入在所述热总线中以形成所述流体通道的壁。


6.根据权利要求1-5中的任一项所述的超导磁体，其中，所述热交换器(50)的所述流体通道(60)包括蛇形流体通道(601)。


7.根据权利要求1-6中的任一项所述的超导磁体，其中，所述热交换器(50)的所述流体通道(60)包括多个流体通道(602)。


8.根据权利要求7所述的超导磁体，还包括：
入口歧管(72)，其连接所述多个流体通道(602)的入口；以及
出口歧管(74)，其连接所述多个流体通道的出口。


9.根据权利要求1-8中的任一项所述的超导磁体，还包括：
冷头(40)，其被焊接到所述真空夹套壁并且具有被设置在所述真空体积中的第一级冷站(44)和被设置在所述液氦储存器中的第二级冷站(54)；
其中，所述热交换器是通过导热连接件(46)连接到所述第一级冷站的热总线(50)。


10.根据权利要求1-9中的任一项所述的超导磁体，其中，所述热屏蔽罩(30)包括彼此隔开的一个或多个热屏蔽罩层，其中，每个热屏蔽罩层都包括高导热片，并且所述热交换器(50)包括高导热材料。


11.根据权利要求1-10中的任一项所述的超导磁体，其中，所述热交换器(50)被焊接或铜焊到所述热屏蔽罩(30)。


12....

【专利技术属性】
技术研发人员：H·胡，J·K·希尔德布兰德，G·G·皮尔莱德雷尔，
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