CN101923148B - 一种结构紧凑的超导磁体用冷头容器 - Google Patents

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Abstract

一种结构紧凑的超导磁体用冷头容器，其特征是它主要由一级不锈钢薄壁管(7)、一级传热块(8)、二级不锈钢薄壁管(9)、二级传热块(10)、底部连接波纹管(11)、冷头容器上法兰(12)、冷头容器下法兰(13)和减振波纹管(14)组成，本发明结构紧凑的超导磁体用冷头容器将冷头容器中的减振机构与冷头容器独立开来。采用分体式设计，使冷头容器的300K套筒可以更加靠近冷却屏，从而使冷头容器机构上更加紧凑。同时优化了装配和焊接顺序，便于冷头容器整体的打气压和真空检漏测试。分开的冷头容器的减震机构可以不座在磁体容器上，而是设计独立的支撑结构。这样可以进一步减小冷头的振动对磁体成像的影响。

Description

一种结构紧凑的超导磁体用冷头容器
技术领域
本发明涉及超导磁体用冷头容器，具体是一种结构紧凑的超导磁体用冷头容器，特别适用于液氦零挥发和小挥发的超导磁共振设备。
背景技术
目前，核磁共振整体成像系统根据细胞原子核带微磁性的特点，可以对人体的某一部位施加特殊的可变磁场，然后观测某种原子在磁场中的状况变化，辅以计算机图象分析技术，便可以获得人体组织的信息，帮助确定病变部位。超导磁体在医学的应用已取得重大成果，超导磁体与我们熟知的永磁体、电磁体相比，具有体积小、重量轻、耗能极少、磁场强度高的特点。在医学磁共振领域，为了获得稳定高质量的图像，必须使用一定高的场强超导磁体。
超导核磁共振一般使用液氦作为制冷介质，为超导线圈建立和保持超导环境，因此磁体采用多层真空绝热结构，但由于结构支撑等多种因素，不可能完全阻止热传导，所以液氦会以蒸发的形式带出导入的热量，以维持4.2K的温度。为减少液氦的蒸发，超导核磁共振上一般都配有制冷系统以提供冷量，减少液氦蒸发。制冷系统包括冷头、压缩机、水冷机组三个部分。冷头是制冷部件，为超导磁体提供4K和50K两级低温。零挥发超导磁体杜瓦容器主要由4.2K，50K和300K三个双壁筒式容器以及颈管，冷头容器及其它配套的零部件组成。其中40K容器为冷屏，4.2K，300K容器用304无磁不锈钢制成。40k冷屏用以减小液氦温度与室温之间的辐射传热的。
冷头容器提供磁体冷屏冷量及挥发氦气再液化的冷量，在低温容器中安装小型低温制冷机冷头，将挥发的氦气再液化补充所需要的液氦，有了这种闭环运行制冷系统后，原则上不消耗液氦，这给超导磁体运行带来极大的方便和降低了运行费用。
由于制冷机冷头，特别是GM冷头，会给磁共振系统的超导磁体带来很大的振动能量，由此产生的扫描图像质量较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构紧凑的超导磁体用冷头容器，以克服现有冷头容器体积庞大、整体装配难以检测、振动较大的弊端。
本发明的技术方案是：
一种结构紧凑的超导磁体用冷头容器，它主要由一级不锈钢薄壁管、一级传热块、二级不锈钢薄壁管、二级传热块、底部连接波纹管、冷头容器上法兰、冷头容器下法兰和减振波纹管组成，所述一级不锈钢薄壁管上部设有减振波纹管，减振波纹管上下两端分别设有冷头容器上法兰和冷头容器下法兰，一级不锈钢薄壁管下端通过一级传热块连接二级不锈钢薄壁管，二级不锈钢薄壁管下端设有二级传热块，二级传热块底部设有底部连接波纹管，冷头容器下法兰连接真空套筒，二级不锈钢薄壁管与真空套筒之间设有冷屏。
冷头与冷头容器上法兰连接，冷头的一级冷头套设在一级不锈钢薄壁管内，冷头的二级冷头和过冷换热器套设在二级不锈钢薄壁管内。
所述冷头容器上法兰和冷头容器下法兰之间设有减振调节装置。
所述减振调节装置包括减振调节弹簧、减振调节弹簧上法兰、减振调节弹簧下法兰和调节螺栓，所述减振调节弹簧上法兰与冷头容器上法兰连接，减振调节弹簧下法兰与冷头容器下法兰连接，减振调节弹簧上法兰与减振调节弹簧下法兰间设有减振调节弹簧，减振调节弹簧上法兰上设有与减振调节弹簧连接的调节螺栓。
所述二级不锈钢薄壁管外部设有磁屏蔽。
所述真空套筒下部设有磁体支架。
所述减振调节弹簧下法兰连接冷头容器支撑架。
所述冷头容器的外部、冷头容器上法兰和冷头容器下法兰之间的减振波纹管内部、真空套筒内部的空间为同一个真空。
本发明的有益效果是：
本发明结构紧凑的超导磁体用冷头容器将冷头容器中的减振机构与冷头容器独立开来。采用分体式设计，使冷头容器的300K套筒可以更加靠近冷却屏，从而使冷头容器机构上更加紧凑。同时优化了装配和焊接顺序，便于冷头容器整体的打气压和真空检漏测试。分开的冷头容器的减震机构可以不座在磁体容器上，而是设计独立的支撑结构。这样可以进一步减小冷头的振动对磁体成像的影响。
附图说明
图1是现有的磁共振成像系统的超导磁体的结构示意图。
图2是安装冷头后本发明的结构示意图。
图3是本发明的整体结构示意图。
图4是图3中I的局部放大示意图。
图5是本发明安装在冷头容器支撑架上的结构示意图。
图中：1为冷头容器、2为颈管容器、3为真空套筒、30为真空容器、4为冷屏、5为磁体容器、6为冷头、60为一级冷头、61为二级冷头、62为过冷换热器、7为一级不锈钢薄壁管、8为一级传热块、9为二级不锈钢薄壁管、10为二级传热块、11为底部连接波纹管、12为冷头容器上法兰、13为冷头容器下法兰、14为减振波纹管、15为减振调节弹簧、16为减振调节弹簧上法兰、17为减振调节弹簧下法兰、18为调节螺栓、19为磁屏蔽、20为冷头容器支撑架、21为磁体支架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
一种结构紧凑的超导磁体用冷头容器，它主要由一级不锈钢薄壁管7、一级传热块8、二级不锈钢薄壁管9、二级传热块10、底部连接波纹管11、冷头容器上法兰12、冷头容器下法兰13和减振波纹管14组成，所述一级不锈钢薄壁管7上部设有减振波纹管14，减振波纹管14上下两端分别设有冷头容器上法兰12和冷头容器下法兰13，一级不锈钢薄壁管7下端通过一级传热块8连接二级不锈钢薄壁管9，二级不锈钢薄壁管9下端设有二级传热块10，二级传热块10底部设有底部连接波纹管11，冷头容器下法兰13连接真空套筒3，二级不锈钢薄壁管9与真空套筒3之间设有冷屏4。
冷头6与冷头容器上法兰12连接，冷头6的一级冷头60套设在一级不锈钢薄壁管7内，冷头6的二级冷头61和过冷换热器62套设在二级不锈钢薄壁管9内。
冷头容器上法兰12和冷头容器下法兰13之间设有减振调节装置。
减振调节装置包括减振调节弹簧15、减振调节弹簧上法兰16、减振调节弹簧下法兰17和调节螺栓18，所述减振调节弹簧上法兰16与冷头容器上法兰12连接，减振调节弹簧下法兰17与冷头容器下法兰13连接，减振调节弹簧上法兰16与减振调节弹簧下法兰17间设有减振调节弹簧15，减振调节弹簧上法兰16上设有与减振调节弹簧15连接的调节螺栓18。
二级不锈钢薄壁管9外部设有磁屏蔽19。
真空套筒3下部设有磁体支架21。
减振调节弹簧下法兰17连接冷头容器支撑架20。
图1是现有的磁共振成像系统的超导磁体的结构示意图。，该磁体由4K磁体容器5，50K冷屏4，300K真空容器30以及颈管容器2和冷头容器1等组成。
如图2所示，冷头容器1包括一级不锈钢薄壁管7、一级传热块8、二级不锈钢薄壁管9、二级传热块10、底部连接波纹管11、冷头容器上法兰12、冷头容器下法兰13、冷头容器上法兰12和冷头容器下法兰13之间的减振波纹管14、减振调节弹簧上法兰16与减振调节弹簧下法兰17之间的减振调节弹簧15。底部连接波纹管11连通冷头容器1和4K磁体容器5。所述冷头容器的外部、冷头容器上法兰12和冷头容器下法兰13之间的减振波纹管14内部、300K真空套筒3内部的空间为同一个真空。
如图3、图4所示，将冷头容器上法兰12和冷头容器下法兰13做成分体结构。如将冷头容器上法兰12包括容器上法兰，冷头容器上法兰12连接减振弹簧上法兰16，而将冷头容器下法兰13包括容器下法兰，冷头容器下法兰13连接减振弹簧下法兰17。冷头容器上法兰12和减振弹簧上法兰16之间通过螺钉相连，或通过焊接。这样做的目的是在产品组装的过程中，将冷头容器1通过波纹管焊接到4K磁体容器5上后，安装好冷头磁屏蔽19，并将冷屏4通过柔性热连接连到冷头容器的一级传热块8上。在铝屏套筒的外面包扎绝热层。然后至上而下装上300K真空套筒3。真空套筒3的上端与冷头容器下法兰13焊接，而真空套筒3的下端与300K真空容器3外筒焊接。
最后装上减振弹簧上法兰16，减振弹簧下法兰1，以及周向均布的多个减振调节弹簧15和调节螺栓18。这种设计将冷头容器1和其减振调节装置分开，减小了300K真空套筒3的直径，使整个冷头容器1更加紧凑。同时减小了在磁体的300K真空外筒上开孔直径，避免了300K真空外筒强度的降低。
如图5所示，如果冷头容器下法兰13和减振弹簧下法兰17不机械固定在一起，而是将减振弹簧的下法兰17和一冷头容器支撑架20相连，而冷头容器支撑架20可以选择座在地面上。这样冷头6的振动直接传递到冷头容器支撑架20上而不是磁体容器上，进一步减小了冷头容器1振动对成像质量的影响。这是对本发明的进一步发展，改种支撑结构对磁体本身体积比较小，而放置磁体房间比较大的系统比较适合。可根据场地情况有选择的使用。
本发明针对4K湿式冷头容器做阐述，但4K干式冷头容器和20K干式冷屏冷头容器也包括在本发明之内。干式容器定义为冷头容器为独立的真空，和液氦容器不贯通。而湿式容器的定义为冷头容器和液氦容器导通，冷头能直接液化挥发的氦气。

Claims (5)

1.一种结构紧凑的超导磁体用冷头容器，其特征是主要由一级不锈钢薄壁管(7)、一级传热块(8)、二级不锈钢薄壁管(9)、二级传热块(10)、底部连接波纹管(11)、冷头容器上法兰(12)、冷头容器下法兰(13)和减振波纹管(14)组成，所述一级不锈钢薄壁管(7)上部设有减振波纹管(14)，减振波纹管(14)上下两端分别设有冷头容器上法兰(12)和冷头容器下法兰(13)，一级不锈钢薄壁管(7)下端通过一级传热块(8)连接二级不锈钢薄壁管(9)，二级不锈钢薄壁管(9)下端设有二级传热块(10)，二级传热块(10)底部设有底部连接波纹管(11)，冷头容器下法兰(13)连接真空套筒(3)，二级不锈钢薄壁管(9)与真空套筒(3)之间设有冷屏(4)；所述冷头容器上法兰(12)和冷头容器下法兰(13)之间设有减振调节装置；所述减振调节装置包括减振调节弹簧(15)、减振调节弹簧上法兰(16)、减振调节弹簧下法兰(17)和调节螺栓(18)，所述减振调节弹簧上法兰(16)与冷头容器上法兰(12)连接，减振调节弹簧下法兰(17)与冷头容器下法兰(13)连接，减振调节弹簧上法兰(16)与减振调节弹簧下法兰(17)间设有减振调节弹簧(15)，减振调节弹簧上法兰(16)上设有与减振调节弹簧(15)连接的调节螺栓(18)。
2.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的超导磁体用冷头容器，其特征是所述二级不锈钢薄壁管(9)外部设有磁屏蔽(19)。
3.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的超导磁体用冷头容器，其特征是所述真空套筒(3)下部设有磁体支架(21)。
4.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的超导磁体用冷头容器，其特征是所述减振调节弹簧下法兰(17)连接冷头容器支撑架(20)。
5.根据权利要求1所述的一种结构紧凑的超导磁体用冷头容器，其特征是所述冷头容器的外部、冷头容器上法兰(12)和冷头容器下法兰(13)之间的减振波纹管(14)内部、真空套筒(3)内部的空间为同一个真空。
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