具有热传递不同的区域的超导电磁线圈制造技术

本发明专利技术涉及一种超导电磁线圈。该电磁线圈为了进行冷却而位于低温恒温器中，该低温恒温器只用液氦填充到一定填充水平。在液氦池上方形成具有温度分层的气相氦，该温度分层中的部分温度会导致超导性被破坏。因此，电磁线圈被划分为至少两个局部区域内，线圈与周围冷却介质之间的热传递在这些区域中不同。在此，在线圈的第一局部区域中热传递较大，该第一局部区域的冷却介质温度低到足以进行冷却，而电磁线圈在第二局部区域中具有绝热层，在该第二局部区域中冷却介质的温度高于临界值。因此，在第二局部区域中在线圈与周围冷却介质之间不进行热交换，而在第一局部区域中对线圈进行冷却。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有热传递不同的区域的超导电磁线圈本专利技术涉及一种超导电磁线圈和一种具有按本专利技术的超导电磁线圈的磁共振断层成像设备。在磁共振断层成像设备(MRT)中，为了产生数量级为多个特斯拉(例如3T)的主磁场，通常使用带有超导线圈绕组的电磁线圈，其中，线圈绕组定位于线圈架之中和/或之上。电磁线圈为了进行冷却而布置于通常利用液氦运行的低温恒温器中。低温恒温器通常至少部分填充有液氦。但这一方面出于成本原因以及另一方面由于长期情况下会耗尽氦的储备而是不利的。按照冷却超导电磁线圈的另一种方式，液氦在适当的管道中循环。但这种冷却系统很耗费并且因此同样成本昂贵。因此，本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种成本低廉并且节约资源的可能性来冷却MRT设备的超导电磁线圈。该技术问题通过独立权利要求所述的专利技术解决。有利的设计方案在从属权利要求中给出。空间上的用语如下部、之下(下方)、上部、之上(上方)等在以下是参照垂直线 (即通过重力预先规定的方向)而言的。本专利技术所基于的认知由CFD(计算流体动力学或数字流体动力学)研究得出，其中对在低温恒温器中不同预先规定的氦填充高度或填充水平N下的氦气流体性能进行了研究，该低温恒温器例如使用在MRT设备中。在此认为，只用液氦将低温恒温器填充至填充水平N，在液氦彻㈣之上形成气相氦Hegas。在气相氦中附加地形成温度分层。气相氦Hegas的温度高于液态氦Helitl，因此例如对于安装在低温恒温器中的电磁线圈来说，不能排除超导性消除即受到破坏的危险。这项研究带来这样的认知，即为了充分冷却布置在低温恒温器中的、具有超导线圈绕组和线圈架的超导电磁线圈，低温恒温器实际上不必完全用液氦填充。电磁线圈的温度也可以通过减少的液氦储备，即在较低的氦填充水平N时保持在超导性的临界阈值之下。CFD研究具体表明，在低温恒温器中的填充水平N较低时，在气相氦中(即在液氦上方)，尽管存在对流循环，但还形成对于电磁线圈的冷却产生影响的、具有不同温度的区域。图1以简化图示出剖切低温恒温器20和电磁线圈10的横截面以及在低温恒温器20 中形成的具有不同温度的区域A-D，该电磁线圈10带有线圈绕组11和线圈架12。在此处所示的横截面中，线圈绕组11嵌入线圈架12中-在低温恒温器20的区域A中具有液氦Helitl,也就是说在此线圈绕组得到理想的冷却。线圈绕组和线圈架的温度在氦的沸点范围内G.2-4.3K)。由于重力原因区域A当然位于低温恒温器20的“下部”。-在低温恒温器20紧邻区域A上方的区域B中，氦呈气态(Hegas)。氦的气态温度 Tlfe低于电磁线圈10的线圈绕组和线圈架的温度Trail,即Tlfe(B) < TraiJB)，因此在这里也还能进行有效冷却。-在低温恒温器20直接位于区域B上方的区域C中，氦也呈气态Hegas。氦的气态温度Tlte和线圈绕组与线圈架的温度Trail相等，即Tae(C) = Tc0il(C)o-在低温恒温器20直接位于区域C上方的区域D中，氦也呈气态Hegas。气体温度 THe大于线圈绕组与线圈架的温度Trail,即ΤΗε⑶> Trail⑶，因为热尤其通过低温恒温器20 的壁21进入。这样的结果是，线圈绕组在区域D中直接通过氦气并且间接通过线圈架被加热，因此在该区域中更可能发生超导性中断。区域A-D沿垂直方向的尺寸取决于低温恒温器中液氦Helitl的填充水平N以及可能取决于从低温恒温器外部进入的热。从这些认知出发建议，使电磁线圈与周围冷却介质间的热传递分别与不同区域 A-D中局部存在的条件相匹配处于对电磁线圈进行冷却(因为周围冷却介质的温度低于电磁线圈的温度)的区域内的电磁线圈局部区域设计成，使得可在电磁线圈和冷却介质之间进行大量的热传递。在此可在电磁线圈与周围介质之间交换大量的热量，使得可从电磁线圈导出大量热量给氦。在上面的术语中这涉及低温恒温器的区域A和B。附加地或可选地，处于周围介质温度高于电磁线圈温度的区域内的电磁线圈局部区域设计成，使得电磁线圈与周围介质之间的热量传递变得困难，从而理想地不将热量从冷却介质传递给电磁线圈。因此，电磁线圈在该区域中不被或者仅最少地被周围介质加热。 在上面的术语中这尤其涉及区域D。因此，按本专利技术建议了一种带有至少一个第一和第二局部区域的超导电磁线圈， 其中，这些局部区域在空间上彼此分开，并且与冷却介质热接触。在此，第一局部区域与冷却介质之间的热传递大于第二局部区域与冷却介质之间的热传递。这以有利的方式由此实现，S卩，将电磁线圈局部区域内的热传递系数设计得不同。 第一局部区域中的热传递系数大于第二局部区域中的热传递系数。通过电磁线圈与周围冷却介质这样相互匹配的性能使得在第一局部区域内能够交换比在第二局部区域内更多的热量。在有利的设计方案中，电磁线圈的局部区域具有不同的导热系数，其中，第一局部区域的导热系数大于第二局部区域的导热系数。这样优化的电磁线圈性能使得电磁线圈的第一局部区域适合于将大量热量排放给冷却介质，而第二局部区域设计用于只从周围冷却介质吸收较少的热量。电磁线圈有利地在第一局部区域内具有用于扩大电磁线圈表面的表面结构，尤其是凹槽、肋条和/或纹理。由此在第一局部区域与冷却介质之间的分界面处实现了增大的热传递。电磁线圈有利地在第二局部区域内具有使该电磁线圈与冷却介质热绝缘的绝热层。由此减少了第二局部区域与冷却介质之间的热传递。电磁线圈为了进行热绝缘在第二局部区域内配有涂层，尤其是人造树脂涂层，或者被绝热的材料包绕。由此减少了第二局部区域与冷却介质之间的热传递。在一种特殊的设计方案中，电磁线圈除了真正导电的线圈绕组外还具有线圈架。 线圈架在电磁线圈的第一局部区域中的热传递系数大于该线圈架在电磁线圈的第二局部区域中的热传递系数。在另一种设计方案中，线圈架在电磁线圈的第一局部区域中的导热系数大于该线4圈架在电磁线圈的第二局部区域中的导热系数。电磁线圈有利地具有绝缘层，尤其是电绝缘层，其中，绝缘层在电磁线圈的第一局部区域中所具有的导热系数高于该绝缘层在电磁线圈的第二局部区域中所具有的导热系数。按本专利技术的磁共振断层成像设备具有按本专利技术的超导电磁线圈和低温恒温器，在低温恒温器中具有冷却介质。电磁线圈在此布置在低温恒温器内。低温恒温器内的冷却介质有利地处于至少两种聚集状态中，尤其是处于气态和液态中。在一种有利的设计方案中，电磁线圈这样布置在低温恒温器中，使得该电磁线圈的第一局部区域至少部分被液态冷却介质包围，并且该电磁线圈的第二局部区域至少部分被气态冷却介质包围。本专利技术的优点、特征和细节由以下参照附图说明的实施例得出。在附图中图1是剖切低温恒温器和位于其中的电磁线圈的横截面，并且示出了形成的温度区域；图2是低温恒温器和电磁线圈的3维立体视图；图3是剖切低温恒温器和位于其中的电磁线圈的横截面，并且示出了形成的温度区域和电磁线圈的两个局部区域；图4是剖切低温恒温器和位于其中的电磁线圈的横截面，并且示出了形成的温度区域和在两个不同时间点时电磁线圈的三个局部区域。附图中相同或相应的区域、构件、组件或方法步骤用相同的附图标记表示。管道中的流动方向用箭头表示。图2示例性示出了待冷却的超导电磁线圈10的简化直观图以及低温恒温器20。 在图2中电磁线圈10和低温恒温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：E阿斯特拉，N休伯，MP乌门，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：