CN102155607A - 氦填注方法 - Google Patents

Abstract

披露了填注磁体、冷却磁体并对磁体通电的方法。这些方法在氦转填注设施中执行，并且氦用于填注磁体、将磁体冷却至合适的温度并对磁体通电以使其能应用于需要超导磁体的操作中。

Description

氦填注方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年1月27日提交的美国临时专利申请61/298,687的优先权。

本发明提供在氦转填注设施中将用于使磁体超导的氦冷却过程和后继的磁体通电过程与氦回收过程整合到一起的方法。更具体地，本发明旨在：使用低温氦气来使磁体的超导线圈冷却；用液态氦对磁体氦低温恒温器(储液器)的后继填注；从这些活动中回收相关的氦气；当磁体升流(ramping)时在正常汽化过程中回收氦以及回收因磁体通电(升流)过程中可能发生的急冷所释放的氦气。

背景技术

采用超导性或其它类型磁体的磁共振成像(MRI)和核磁共振(NMR)系统应用在例如医疗诊断的领域内。超导磁体包括一线圈组件，该线圈组件具有至少部分地浸没在容纳于氦储液器的液态氦中的主线圈。储液器通常由双隔热装置围绕，所述双隔热装置又由真空外壳围绕。Nb-Ti超导线圈通常工作在将近4开氏温度下，而Nb-Sn超导线圈通常工作在将近10开氏温度下。当线圈组件被冷却至这一温度时，线圈组件变得超导并且磁场强度得以维持而不需要明显进一步的能量输入。超导磁体操作的必要条件是存在冷却剂。这种冷却剂通常是能获得使磁体线圈的材料达到超导状态所需的低温的液态氦。这种对低温的需求使磁体中的储液器必须在足够冷的温度下填注以足量的液态氦以使磁体线圈变得超导。

常见地，磁体组件通过氦的冷却和后继填注首先在磁体生产设施中完成，之后有时在用户场所重复，例如在医疗诊断设施中。氦在向材料提供冷却的过程中升温并且一些氦将进入气相。结果，磁体需要在最初冷却操作中规则地并在正在进行的操作中周期地再填注以氦。填注或再填注操作必须小心地执行，因为与氦接触是危险的并且不正确的处理氦可能形成浪费。磁体必须在能够对超导线圈通电前填充以液态氦。

这些填注和再填注操作具有其缺陷，因为当填注超导线圈周围的空间时必须将氦运送至制造或消费场所，增加了操作的成本。另外，氦由于挥发造成的损失是在长距离运输氦时要考虑的一个因素。另外，可能需要在消费地点制造和安装特别设计的设备以提供必要的氦运输、填注和再填注。为了降低氦成本，经常将液液态氮用作最初的冷却剂以冷却至将近80K。然后必须将氮从低温恒温器中除去以防止其在引入液态氦时冻结。

本发明尝试通过在已有的氦转填注设施中提供低温氦气冷却、液态氦填注和氦气回收系统来克服这些困难。降低的资金成本、大为提高的氦回收以及省去氮作为冷却剂是本发明所实现的优点。

在冷却和测试期间从MRT单元排出的氦可回收而不是简单地损失掉。特殊的填注设备，一旦制造完成，在转填注设施中具有持久的用途。本发明进一步旨在将现场氦ISO容器用作低温氦气的来源，以用来将磁体超导线圈从环境温度开始冷却。

发明内容

本发明提供一种在氦转填注设施中用低温氦气冷却磁体的超导线圈的方法，该方法包括：将低温气态氦从ISO(国际标准组织)容器引至磁体并使其流过单元的低温恒温器。一旦氦气已向低温恒温器(储液器)和磁体线圈提供冷却，则氦被回收以供再次处理。

气态氦的温度是4-80K。氦从现场氦ISO容器送出直到磁体温度稳定为止。替代地，从所述现场氦ISO容器填注磁体，直到低温恒温器被填注至其指定的设计最大值为止。低温氦气也可从磁体回收。

本发明还提供在用液态氦填注磁体过程中回收源自填注过程的汽化氦产物使其回到氦转填注设施的方法。

回收的氦是已从用来填注磁体的液态氦汽化的气态氦。汽化的氦首先被回收在气体回收袋中，该气体回收袋与氦气收集系统流体连通。汽化的氦被压缩和馈送至氦回收系统，该氦回收系统可包含氦气提纯和/或氦气液化。经提纯和回收的液化氦可馈送至存储装置或用来使磁体的超导线圈冷却。

本发明进一步提供在氦转填注设施中从经受通电的磁体回收汽化氦的方法。

本发明还提供在氦转填注设施中在磁体经受的通电(升流)过程中以及在该过程中可能发生的任何作为其结果的的急冷期间回收释放的气态氦的方法。

磁体组件中的液态氦因选自下列组的过程而汽化，该组包括超导线圈产生的热进入液态氦中以及能量从超导线圈散发入液态氦。

回收的氦在前述每个过程中被处理并被存储或再循环以作相应的使用。

被冷却、填注以液态氦并通电的磁体可稍后用于例如MRI或NMR的设备，在这些设备中采用超导磁体。

附图说明

附图是在氦转填注设施中发生的氦填注操作及其与磁体冷却相结合的示意图。

具体实施方式

本发明是将磁体通过氦的冷却、填注和通电与氦填注设施整合到一起的方法。

附图描述了一种氦转填注设施10，其中氦转填注是与磁体通过氦的填注和冷却整合在一起的。液态氦到达移动ISO供给容器A中的氦转填注位置，该容器A通常具有36.00升或更小的标称容量。为了将液态氦供给容器A的压力降低至实现最佳的液体排出的压力，通过液态氦供给容器A的气态氦排气阀将气态氦排出。管线11和12如管线15那样离开ISO供给容器A。

冷气态氦可通过管线13馈送至废气预热器H，至纯净气态氦压力缓冲器I和纯净氦压缩机J，该纯净氦压缩机J将加压的纯净氦气提供至纯净氦气填注区K，在那里纯净氦被填注入气缸和/或多气缸组(MCP)和/或管尾(trailer)。离开压缩机J的纯净氦气通过管线14流至气缸填充站K或未示出的管尾或管束(bundle)。替代地，冷却氦气从液态氦供给容器A通过管线11被引至超导磁体冷却区U，并用来将磁体M1从环境温度预冷至一低温，该低温是由磁体的生产者定义的。

当供给容器A中已达到通常低于5psi(g)的最佳压力时，液态氦可通过管线12倾泻入永久安装的存储器皿B。替代地，液态氦从供给容器A馈送至包括超导磁体冷却区U的磁体仓(magnet booth)，在那里液态氦用来最后冷却磁体和/或填注磁体M3和/或在磁体已通电和测试后再填注磁体M2。

在标示为U、V和X的工作区和相关的磁体M1、M2和M3中执行的操作全都可在一个相同的工作区中完成。

如前面针对磁体所描述的，最终的冷却、填注和再填注操作也可使用通过杜瓦瓶提供并在杜瓦瓶填注站D、E中填注的液态氦来执行。杜瓦瓶填注站D通过管线15、阀15A和管线16接收氦并通过管线17释放氦，在管线17中氦通过三通阀18A被引至管线18并流入管线13或继续通过管线24，在管线24中管线22、23各自馈送杜瓦瓶存储容器F和G。杜瓦瓶填注站E通过管线13、管线20接收氦并通过管线21分配氦，在管线21中氦将通过三通阀18A加入管线24或通过管线18进入管线13以最终引至气缸填注站K。来自杜瓦瓶填注站E的氦也可引导通过管线21、管线24，在管线24中氦能分别通过管线22和23进入杜瓦瓶存储容器F和G。

来自杜瓦瓶填注站D、E的冷却汽化的气态氦可引至超导磁体冷却区U并用来将磁体M1从环境温度预冷至由磁体生产者定义的低温(通常低于80K)。氦通过管线24和废气加热器Z馈送以加入回收氦的管线34。替代地，来自杜瓦瓶填注站D、E的冷却汽化的气态氦经由管线24通过不纯废气预热器Z馈送至汽化回收袋Q并随后通过管线25至不纯氦压缩机P，从管线26向该压缩机P提供不纯气态氦压力缓冲器0。

回收的不纯氦可从不纯氦压缩机P和气态氦压力缓冲器Q馈送至不纯气缸填注站L，用于以不纯“气囊级”气态氦填注汽缸和/或MCP和/或管尾(未示出)。替代地，经回收的不纯氦可通过氦提纯器M提纯并且经提纯的氦可通过管线29和30馈送至纯净气态氦压力缓冲器I。来自压力缓冲器I的氦可通过管线32和管线13馈送至压缩机J以通过管线14至气缸填注站K。替代地，经回收的不纯氦可经过氦液化器N、经过管线28和管线20，并且经液化的氦可通过管线28至管线15C并通过管线11至磁体仓V和X来再次用于杜瓦瓶填注D和E和/或超导磁体M2、M3的填注和再填注。

在磁体仓U和磁体M1预冷、磁体仓X内超导磁体M3的冷却和再填注以及磁体M2的磁体仓V中的通电和测试过程中，来自超导磁体的冷流出气体可分别通过管线35、38和39引至急冷气回收气袋R、S和T，或通过管线36直接至不纯气袋Q。从该过程中的这一时点开始，不纯气袋Q内的气体如前所述地被回收。

替代地，来自超导磁体的该冷流出气体可通过分别从超导磁体M1、M2和M3通过阀35A、38A、39A引出而从管线45馈送通过纯净冷却气体预热器C，并通过阀12B至管线13，并通过管线13馈送通过废气预热器H至纯净氦压缩机J并通过管线30至纯净气态氦压力缓冲器I得以回收。

冷氦气流从ISO供给容器A通过管线11被引至磁体仓U、V和X。磁体仓U内的磁体M1通过管线33馈送冷氦气并且该冷氦气通过阀35B、管线35至急冷气体回收袋R而得以回收。一些氦可通过阀35A转向管线45，在管线45中氦将经过冷却气预热器C和阀12B至管线13和废气预热器H并通过压缩机J至管线14，此时氦在气缸填注站K中被再捕获。

管线11也通过管线11和管线43将氦馈送至磁体仓V内的磁体M2。M2通过使用磁体测试单元W通电，并用氦来进行测试。管线38通过阀38B将回收的氦引至急冷气体回收袋S。如同从磁体仓U回收氦，一些氦通过阀38A被引至管线45，在管线45中回收的氦被馈送至气缸填注站K。

来自管线11的氦也可通过管线42引至磁体仓X和填注氦的磁体M3。替代地，磁体M3通过管线41从液态氦杜瓦瓶Y填注。氦也可通过管线39和阀39B离开去往急冷气体回收袋T。氦也可从阀39A通过管线45以与磁体仓U、V相同的方式引导，以使回收的氦可引导回到气缸填注站K。

当在磁体仓V内对磁体进行通电和测试时，急冷的液态氦非常快地从磁体汽化可能发生。这种急冷气体或其一部分可通过使用一个或多个急冷气体回收袋R、S和T回收。可处理这种回收的急冷气体以如前面参照从急冷气体回收袋R、S和T回收的氦气描述的那样供进一步使用。

尽管本发明已参照其特定实施例进行了说明，然而显然本发明的众多其它形式和修正对本领域内技术人员来说是明显的。本发明所附的权利要求书总体应解释成覆盖落在本发明真实精神和范围内的所有这些显著的形式和改型。

Claims (18)

1.一种在氦转填注设施中用低温氦气对磁体的超导线圈提供冷却的方法，所述方法包括将低温气态氦从现场氦容器馈送至所述磁体并使所述气态氦流过所述磁体的低温恒温器。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器是ISO容器。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气态氦的温度低于80K。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氦从所述现场氦容器馈送出，直到所述磁体温度稳定为止。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述填注以液态氦的磁体应用于从磁共振成像和核磁共振构成的组中选择的设备中。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括从所述现场氦容器填注所述磁体，直到所述低温恒温器被填注至其指定的设计最大值。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括从所述磁体回收所述低温氦气。

8.一种在氦转填注设施中从利用液态氦填注磁体中回收汽化的氦的方法。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述回收的氦是气态氦。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述汽化的氦首先回收到急冷气体回收袋内。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述急冷气体恢复袋与氦气收集系统流体连通。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述氦气收集系统是氦气袋。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述汽化的氦被压缩并馈送至氦提纯器。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述提纯和压缩的氦被馈送至氦液化器。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述液化的氦从所述液化器排出并馈送至储藏装置。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述液化的氦用来使磁体的超导线圈冷却。

17.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括当所述磁体在所述氦转填注设施中经历通电时从所述磁体回收挥发的氦。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述挥发的氦是在所述磁体急冷期间释放的。