用于在第一模式和第二模式之间交替切换持续电流开关的系统和方法技术方案

本发明专利技术名称为“用于在第一模式和第二模式之间交替切换持续电流开关的系统和方法”。呈现持续电流开关。该持续电流开关的一个实施例包括真空室。该持续电流开关还包括冷却单元，其设置在该真空室内并且配置成使冷却剂在冷却单元的第一层和第二层之间循环。此外，该持续电流开关包括绕组单元，其设置在冷却单元的该第一层和该第二层中的至少一个上并且配置成当与绕组单元关联的温度在阈值温度以下时使持续电流开关从第一模式切换到第二模式。另外，该持续电流开关包括加热单元，其热耦合于绕组单元并且配置成使绕组单元的温度提高到阈值温度以上来将持续电流开关从第二模式转变到第一模式。

【技术实现步骤摘要】
用于在第一模式和第二模式之间交替切换持续电流开关的系统和方法
本公开大体上涉及超导系统，并且更具体地涉及用于在磁共振成像(MRI)系统中使持续电流开关在电阻模式和超导模式之间交替切换的系统和方法。
技术介绍
超导磁体用于在MRI系统中产生磁场。在一些方法中，来自电源的电流不断地施加到超导磁体来产生磁场。然而，这样的强磁场的产生需要几百安培范围的恒定电流供应。到超导磁体的该恒定电流供应使MRI系统的运行成本增加。此外，在某些其他技术中，超导磁体被激励以采用持续电流模式操作，其中电流持续地在超导回路中流动而没有来自电源的任何电流供应。特别地，持续电流开关并联耦合于超导磁体和电源。此外，该持续电流开关交替地从正常态切换到超导态以采用持续电流模式操作超导磁体。这些技术广泛地在例如MRI系统等磁性装置中使用。然而，尽管采用正常态操作，但由持续电流开关产生大量的热量。最佳地耗散来自持续电流开关的热量以将开关从正常态转变到超导态而在MRI系统中没有高的冷却剂汽化，这是期望的。在常规的系统中，超导磁体容置在包含大约2000升液氦(He)的氦容器中。此外，持续电流开关装配在超导磁体周围，其中持续电流开关浸在该氦容器中。因为该设置采用具有数千升液He的大容器，所以该设置不仅制造昂贵，而且对于运输和安装在期望位置(例如，诊断中心)是笨重的。另外，在完成行程直到客户后重新注满几千升液He对于到远程位置的输送可能是不便利的。此外，这些系统中的液He有时可以在淬火事件期间汽化。汽化的氦从冷却剂池逃逸，磁性线圈浸入该冷却剂池中。从而，每个淬火事件之后是液He的重新注满和磁体的重新斜升斜降(re-ramp)，这是昂贵且耗时的事件。另外，在常规的磁性装置中，需要复杂的外部排放系统以在磁体和/或开关淬火之后通过排放管栈(pipestack)而排放例如汽化氦的气体。然而，难以安装这些排放管。而且，在一些情形下，氦的排放可能具有环境或监管关注。从而，常规的MRI磁体设计和它们的冷却设置可能需要特定安装要求、在某些区域中不能安装这些系统、和高的维护成本。
技术实现思路
简短地根据本技术的一个方面，呈现用于在第一模式和第二模式之间交替切换的持续电流开关。该持续电流开关包括真空室。该持续电流开关还包括冷却单元，其设置在该真空室内并且配置成使冷却剂在冷却单元的第一层和第二层之间循环。此外，该持续电流开关包括绕组单元，其设置在冷却单元的该第一层和该第二层中的至少一个上并且配置成当与绕组单元关联的温度在阈值温度以下时使持续电流开关从第一模式切换到第二模式。另外，该持续电流开关包括加热单元，其热耦合于绕组单元并且配置成使绕组单元的温度提高到阈值温度以上来将持续电流开关从第二模式转变到第一模式。根据本技术的另外的方面，呈现用于在第一模式和第二模式之间交替切换持续电流开关的方法。该方法包括至少将冷却单元和绕组单元设置在真空室内。该方法进一步包括通过使绕组单元的温度降到阈值温度以下而使持续电流开关从第一模式切换到第二模式，其中通过使冷却剂在冷却单元的第一层和第二层之间循环而将温度降到阈值温度以下。该方法还包括通过使绕组单元的温度提高到阈值温度以上而使持续电流开关从第二模式转变到第一模式。根据本技术的另一个方面，呈现切换系统。该切换系统包括持续电流开关，其设置在低磁场区域中并且配置成在第一模式和第二模式之间交替切换。该持续电流开关包括真空室和冷却单元，该冷却单元设置在该真空室内并且配置成将冷却剂至少存储在冷却单元的第一层和第二层之间。该持续电流开关还包括绕组单元，其设置在冷却单元的该第一层和该第二层中的至少一个上并且配置成当与绕组单元关联的温度在阈值温度以下时使持续电流开关从第一模式切换到第二模式。另外，该持续电流开关包括加热单元，其热耦合于绕组单元并且配置成使绕组单元的温度提高到阈值温度以上来将持续电流开关从第二模式转变到第一模式。此外，该切换系统包括超导磁体，其耦合于持续电流开关，其中该超导磁体配置成基于持续电流开关在第一模式和第二模式之间的切换而产生磁场。附图说明当下列详细描述参照附图(其中所有图中相似的符号代表相似的部件)阅读时，本专利技术的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中：图1是根据本技术的方面的持续电流开关的截面侧视图；图2是根据本技术的其他方面的持续电流开关的截面侧视图；图3是根据本技术的又一个方面的持续电流开关的截面侧视图；图4是根据本技术的方面的持续电流开关的截面侧视图；图5是图示根据本技术的方面的用于在第一模式和第二模式之间交替切换持续电流开关的方法的流程图；以及图6是包括图1的持续电流开关的MRI磁体系统的侧面示意图。具体实施方式如将在下文详细描述的，呈现用于在第一模式和第二模式之间交替切换的示范性持续电流开关和方法的多种实施例。通过采用在下文描述的方法和持续电流开关的多种实施例，磁性装置的大小、制造成本、安装成本、和运行磁性装置(例如MRI系统)的成本可极大减少。现在转向图，并且参考图1，描绘根据本技术的方面的持续电流开关100的截面侧视图。该持续电流开关100可配置成在第一模式和第二模式之间交替切换。该第一模式可代表持续电流开关100提供高的电阻的正常态。相似地，该第二模式可代表持续电流开关100提供零电阻的超导态。可注意术语“正常态”和“第一模式”可互换地使用并且术语“超导态”和“第二模式”可互换地使用。典型地采用持续电流开关100以采用持续电流模式操作超导磁体。在目前预想的配置中，持续电流开关100包括真空室102、冷却单元104、绕组单元106、加热单元108、和贮存器110。该真空室102可设置为例如MRI系统(在图6中示出)的磁性装置中的单元。可注意持续电流开关100的实现不限于MRI系统，并且可在例如超导电机、超导磁体能量存储等的其他装置中实现。在一个实施例中，真空室/环境可已经在MRI系统中存在并且磁体和持续电流开关可在现有的真空环境中实现。例如，持续电流开关可共享图6的MRI系统的真空。此外，冷却单元104设置在真空室102内并且配置成使持续电流开关100冷却。更具体地，冷却单元104配置成使冷却剂107在冷却单元104的第一层112和第二层114之间循环。冷却剂107可包括液氦LHe、液氢(LH2)、液氖(LNe)、液氮(LN2)或其组合。在一个实施例中，持续电流开关100可以是低温超导体、中温超导体、或高温超导体。而且，可基于用于持续电流开关100的超导体的类型选择冷却剂。例如，具有低温超导体的持续电流开关可采用液氦(LHe)作为冷却剂。相似地，对于中温超导体，LHe、液氖(LNe)、或液氢(LH2)可用作冷却剂。此外，对于高温超导体，LNe或液氮(LN2)可用作系统中的冷却剂。此外，在示范性实施例中，冷却单元104配置成使绕组单元106的温度降到阈值温度以下。如在图1中描绘的，冷却单元104可通过将一个金属管插入另一个金属管中而形成。例如，第一金属管112可形成冷却单元104的第一层112，而第二金属可形成冷却单元104的第二层114。第二层114可以是例如黄铜、铝、和/或铜的厚层。在一个实施例中，第一金属管112可配置成环绕和/或包围第二金属管114使得在第一金属管112和第二金属管114之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在第一模式和第二模式之间交替切换的持续电流开关，包括：真空室；冷却单元，其设置在所述真空室内并且配置成使冷却剂在所述冷却单元的第一层和第二层之间循环；绕组单元，其设置在所述冷却单元的所述第一层和所述第二层中的至少一个上并且配置成当与所述绕组单元关联的温度在阈值温度以下时使所述持续电流开关从所述第一模式切换到所述第二模式；以及加热单元，其热耦合于所述绕组单元并且配置成使所述绕组单元的所述温度提高到所述阈值温度以上来将所述持续电流开关从所述第二模式转变到所述第一模式。

【技术特征摘要】
2011.10.31 US 13/285,0381.一种用于在第一模式和第二模式之间交替切换的持续电流开关，包括：真空室；冷却单元，其设置在所述真空室内并且配置成使冷却剂在所述冷却单元的第一层和第二层之间循环；绕组单元，其设置在所述冷却单元的所述第一层和所述第二层中的至少一个上并且配置成当与所述绕组单元关联的温度在阈值温度以下时使所述持续电流开关从所述第一模式切换到所述第二模式；以及加热单元，其热耦合于所述绕组单元并且配置成使所述绕组单元的所述温度提高到所述阈值温度以上来将所述持续电流开关从所述第二模式转变到所述第一模式；进一步包括填充物材料，其设置在所述冷却单元的所述第二层的内周边内，其中所述填充物材料配置成稳定所述绕组单元的所述温度。2.如权利要求1所述的持续电流开关，其中，所述冷却单元使所述冷却剂在所述冷却单元的所述第一层和所述第二层之间循环来吸收由所述绕组单元产生的热量。3.如权利要求2所述的持续电流开关，其中，所述冷却单元配置成使所述绕组单元的所述温度降到所述阈值温度以下。4.如权利要求3所述的持续电流开关，其中，所述冷却单元包括：入口，其耦合于冷却剂贮存器并且配置成从所述冷却剂贮存器接收所述冷却剂；以及出口，其耦合于所述冷却剂贮存器并且配置成将蒸发的冷却剂从所述冷却单元运送到所述冷却剂贮存器。5.如权利要求4所述的持续电流开关，其中，所述入口配置成当将所述加热单元断电并且所述冷却剂中的至少一部分被蒸发时从所述冷却剂贮存器接收所述冷却剂，并且其中所述出口配置成当将所述加热单元通电时将所蒸发的冷却剂运送到所述冷却剂贮存器。6.如权利要求1所述的持续电流开关，其中，所述加热单元设置在所述冷却单元的所述第一层上并且所述绕组单元设置在所述加热单元上。7.如权利要求1所述的持续电流开关，其中，所述绕组单元设置在所述冷却单元的所述第二层与所述加热单元之间。8.如权利要求1所述的持续电流开关，其中，所述加热单元的至少一部分设置在所述冷却单元的所述第一层内。9.如权利要求1所述的持续电流开关，其中，所述的冷却单元替换为单个金属管，所述冷却剂在所述金属管内部的中空空间中循环。10.如权利要求1所述的持续电流开关，其中，所述冷却剂包括液氦(LHe)、液氢(LH2)、液氖(LNe)、和液氮(LN2)中的至少一个。11.一种用于在第一模式和第二模式之...

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