CN102809240A - 用于减小低温恒温器热负荷的穿透管组件 - Google Patents

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CN102809240A CN2012101757081A CN201210175708A CN102809240A CN 102809240 A CN102809240 A CN 102809240A CN 2012101757081 A CN2012101757081 A CN 2012101757081A CN 201210175708 A CN201210175708 A CN 201210175708A CN 102809240 A CN102809240 A CN 102809240A
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Abstract

本发明涉及用于减小低温恒温器热负荷的穿透管组件。介绍了一种用于低温恒温器的穿透管组件。该穿透管组件包括壁部件，其具有第一端和第二端并构造成改变壁部件的有效热长度，其中壁部件的第一端连通地联接至高温区域，并且壁部件的第二端连通地联接至设置在低温恒温器的致冷剂容器内的致冷剂。

Description

用于减小低温恒温器热负荷的穿透管组件
技术领域
本发明的实施例涉及低温恒温器(cryostat)，并且更特定而言涉及用于低温恒温器中的穿透管组件的设计，其中，穿透管组件构造成减小由穿透管组件引起的对低温恒温器的热负荷。
背景技术
已知的低温恒温器包含液体致冷剂，例如用于容纳用于磁共振成像(MRI)系统或核磁共振(NMR)成像系统的超导磁体。通常，低温恒温器包括内低温恒温器容器和包围磁管(magnetic cartridge)的氦容器，其中，磁管包括多个超导线圈。而且，包围磁管的氦容器通常填充有用于冷却磁体的液氦。另外，热辐射屏蔽件包围氦容器。此外，外低温恒温器容器、真空容器包围高温热辐射屏蔽件。另外，外低温恒温器容器通常被抽空。
低温恒温器大体上还包括穿过容器壁的至少一个穿透件，其中，穿透件构造成便于到氦容器的各种连接。可以注意到，这些穿透件被设计成减小在真空容器与氦容器之间的热传导，同时维持真空容器与氦容器之间的真空。此外，期望穿透件还补偿真空容器和氦容器的有差别的热膨胀和缩小。另外，在磁体急冷(quench)的情况下，穿透件还为氦气提供流动路径。
任何穿透件均有可能增加从室温到致冷剂温度的对低温恒温器的热负荷。热负荷机制通常包括热传导、宏观和微观热对流、热辐射以及热微对流。另外，热负荷机制还包括材料的热传导、到冷头的热联系、氦柱的热传导、从低温恒温器的一侧到顶部的热辐射和到低温恒温器的热接触联系。不同于对大气开放且由逸出的氦气流冷却的低温恒温器穿透件，低温恒温器上的封闭或气密密封的穿透件是低温恒温器的热输入的主要源头。另外，穿透件通常装备有安全装置，以在能量突然切断或磁体急冷或真空失效或冰封的情况下确保低温气体的快速且安全的释放。
传统上，早期的NMR和MRI系统已经使用了来自低温恒温器的氦浴的汽化并路由汽化气体围绕或通过穿透件，用于热交换。穿透件内的热交换气体的存在可用于高效的冷却。特别地，如果恰当地设计，热交换气体的存在显著地减小对致冷系统的热负荷。然而，由于成本原因，NMR和MRI磁体系统以及其它致冷应用不再允许气体通过穿透件释放到大气。另外，由于氦的成本的相当大的增加，致冷系统完全再凝结汽化气体。
不幸的是，因为气体流的冷却不再是可行的，所以穿透件对整体热负荷预算添加了相当大的一部分。此外，穿透件的寄生热负荷可以高达对低温恒温器的总热负荷的20％至40％。该热负荷不利地导致了低温冷却器的不方便且昂贵的过早替换和整修。低温冷却器替换继而增加了例如MRI磁体的寿命周期成本。
另外，用于减小由穿透管组件引起的低温恒温器热负荷的某些其它当前可用技术需要使用热站(heat station)来冷却穿透管组件，该热站联接至充当散热器的冷头冷却级。不幸的是，这些技术的使用减小了冷头的冷却功率。此外，其它技术致力于通过减小穿透管组件的物理尺寸而减小由穿透管组件引起的低温恒温器热负荷的问题。然而，减小穿透管组件的尺寸可能通过导致显著高于设计压力的内部压力的增加而不利地影响处于高急冷率的低温恒温器。此外，传统上已使用波纹管(bellow)作为穿透管，其中，波纹管的卷绕提供了额外的热长度。然而，即时带有额外的热长度，从波纹管到氦容器的热传导负荷也可以是非常大的。
因此，可能期望开发一种有利地减小由穿透管组件引起的对低温恒温器的热负荷同时增加低温冷却器的寿命范围的穿透管组件的鲁棒性设计。
发明内容
根据本技术的方面，介绍了用于低温恒温器的穿透管组件。该穿透管组件包括壁部件，其具有第一端和第二端并构造成改变壁部件的有效热长度，其中，壁部件的第一端连通地联接至高温区域，并且壁部件的第二端连通地联接至设置在低温恒温器的致冷剂容器内的致冷剂。
根据本技术的方面，介绍了用于低温恒温器的穿透管组件的另一实施例。该穿透管组件包括壁部件，其具有第一端和第二端并构造成改变壁部件的有效热长度，其中，壁部件包括彼此相套的多个管，其中，多个管中的每个管以串联的方式操作地联接到至少一个其它管，并且其中，多个管构造成在不使用波形管的情况下改变壁部件的有效热长度。
根据本技术的又一方面，介绍了用于磁共振成像的系统。该系统包括构造成获取图像数据样本的获取系统，其中，该获取系统包括构造成在其中接收患者的超导磁体和低温恒温器，低温恒温器包括致冷剂容器，超导磁体包含在该致冷剂容器中，其中，低温恒温器包括热负荷优化穿透管组件，该穿透管组件包括壁部件，其具有第一端和第二端并构造成改变壁部件的有效热长度，其中，壁部件的第一端连通地联接至高温区域，并且壁部件的第二端连通地联接至设置在低温恒温器的致冷剂容器内的致冷剂。此外，该系统包括处理系统，其与获取系统操作相关，并且构造成处理所获取的图像数据。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它的特征、方面及优点将变得更好理解，在所有图中相同的符号表示相同的部分，其中：
图1是低温恒温器结构的局部截面图；
图2是根据本技术的方面的用于图1的低温恒温器中的穿透管组件的壁部件的一个实施例的轴向截面图的一部分的示意图；
图3是根据本技术的方面的用于图1的低温恒温器中的穿透管组件的壁部件的另一实施例的轴向截面图的一部分的示意图；
图4是根据本技术的方面的用于图1的低温恒温器中的穿透管组件的壁部件的又一实施例的轴向截面图的一部分的示意图；
图5是根据本技术的方面的用于图1的低温恒温器中的穿透管组件的壁部件的另一实施例的轴向截面图的一部分的示意图；
图6是根据本技术的方面的用于图1的低温恒温器中的穿透管组件的壁部件的另一实施例的轴向截面图的一部分的示意图；
图7是根据本技术的方面的用于图1的低温恒温器中的穿透管组件的壁部件的另一实施例的轴向截面图的一部分的示意图；和
图8是根据本技术的方面的用于图1的低温恒温器中的穿透管组件的壁部件的又一实施例的轴向截面图的一部分的示意图。
附图标记：
100    MRI系统
101    低温恒温器
102    超导磁体
104    致冷剂容器
106    热屏蔽件
108    外真空腔室
110    穿透管组件
112    盖板
114    壁部件
116    套筒
118    致冷剂
120    低温冷却器
122    患者腔
124    患者
126    穿透管组件中的开口
200    穿透管组件
202    穿透管的对称轴线
204    壁部件
206    壁部件的第一端
208    壁部件的第二端
210    凸缘
212    凸缘
214    第一管
216    第二管
218    第三管
220    第一接头
222    第二接头
224    间隔元件
300    穿透管组件
302    壁部件
304    穿透管的对称轴线
306    壁部件的第一端
308    壁部件的第二端
310    不锈钢带
312    热站
314    凸缘
316    波形管部件
318    凸缘
400    穿透管组件
402    壁部件
404    壁部件的第一端
406    壁部件的第二端
408    穿透管的对称轴线
410    薄壁环氧树脂管
412    箔片
414    间隔元件
416    凸缘
418    圆形凸缘
500    穿透管组件
502    壁部件
504    壁部件的第一端
506    壁部件的第二端
508    凸缘
510    凸缘
512    波形管部件
514    加强元件
516    穿透管的对称轴线
600    穿透管组件
602    壁部件
604    柔性管
606    螺旋管
608    穿透管的对称轴线
612    凸缘
614    凸缘
700    穿透管组件
702    壁部件
704    薄壁管
706    壁部件的第一端
708    壁部件的第二端
710    编织套管
712    波纹部件
714    波纹部件
716    穿透管的对称轴线
718    凸缘
720    凸缘
722    开口
800    穿透管组件
802    壁部件
804    柔性螺旋管
806    第一端
808    第二端
810    第一凸缘
812    第二凸缘
814    开口
816    开口。
具体实施方式
如将在下文中详细描述地，介绍了用于低温恒温器且构造成增加穿透管组件的有效热长度的穿透管组件的各种实施例。特别地，穿透管组件的各种实施例通过增加穿透管组件的有效热长度而减小由穿透管组件引起的对低温恒温器的热负荷。通过采用下文描述的穿透管组件，可以可观地减小由穿透件引起的低温恒温器热负荷。
参照图1，描绘了包括低温恒温器101的磁共振成像(MRI)系统的截面图的示意图100。低温恒温器101包括超导磁体102。此外，低温恒温器101包括环面致冷剂容器104，其包围磁筒102并填充有用于冷却磁体的致冷剂118。致冷剂容器104也可称为低温恒温器101的内壁。低温恒温器101还包括环面热辐射屏蔽件106，其包围致冷剂容器104。另外，低温恒温器101包括环面真空容器或外真空腔室(OVC)108，其包围热辐射屏蔽件106并且通常被抽空。OVC也可称为低温恒温器101的外壁。此外，低温恒温器101包括穿透管组件110，其穿透致冷剂容器104和外真空腔室108及热辐射屏蔽件106，从而提供用于电导线的通路。在图1所描绘的实施例中，穿透管组件110是封闭的穿透组件，在某些实施例中，其具有盖板112。而且，附图标记126大体上表示穿透管组件110中的开口。
而且，附图标记114大体上表示穿透管组件110的壁部件。可以注意到，壁部件114的第一端可以操作地联接至OVC 108，而壁部件114的第二端可以操作地联接至致冷剂容器104。因此，壁部件114的第一端可处于大约300开氏度(K)的第一温度，而壁部件114的第二端可处于大约4 K的温度。
此外，在某些实施例中，致冷剂容器104中的致冷剂118可包括氦。然而，在某些其它实施例中，致冷剂118可包括液氢、液氖、液氮或者其组合。可以注意到，在当前应用中，参照氦作为致冷剂118描述了各种实施例。因此，可以可互换地使用术语致冷剂容器和氦容器。
而且，如图1中描绘地，MRI系统100包括套筒116。在某些实施例中，低温冷却器120可设置在套筒116中。采用低温冷却器120以冷却及液化致冷剂容器104中的致冷剂118。此外，附图标记122大体上表示患者腔。在扫描过程期间，患者124通常定位于患者腔122中。
如上所述，任何穿透件均有可能导致从室温到致冷剂温度的对低温恒温器的热负荷的增加。根据本技术的方面，介绍了用于低温恒温器(例如图1的低温恒温器101)中且构造成减小对低温恒温器101的热负荷的穿透管组件的各种实施例。特别地，下文介绍的穿透管组件构造成通过增加穿透管组件的有效热长度而减小对低温恒温器的热负荷。
图2显示了用于低温恒温器(例如图1的低温恒温器101)中的示例性穿透管组件200的一个实施例。特别地，图2是用于低温恒温器101中的穿透管组件的壁部件204(例如图1的壁部件114)的一个实施例的轴向截面图的一部分的示意图。更具体而言，图2显示了设置在穿透管组件200的对称轴线202的一侧的穿透管组件的一部分。在一个实施例中，穿透管组件可包括具有薄壁圆形截面的柱形管。根据本技术的方面，示例性穿透管组件200包括壁部件204，其构造成增加有效热长度，从而帮助减小由穿透管组件引起的对低温恒温器的热负荷。术语有效热长度通常用于指壁部件204的热传导路径的长度。在一个实施例中，穿透管组件200可构造成在从大约50 mm到大约300 mm的范围中增加热传导路径的长度。
特别地，在图2所描绘的实施例中，穿透管组件200包括具有第一端206和第二端208的壁部件204。在一个实施例中，壁部件204的第一端206可使用第一凸缘210联接至OVC 108(见图1)。此外，壁部件204的第二端208可联接至低温恒温器101的致冷剂容器104(见图1)。在一个实施例中，壁部件204的第二端208可使用第二凸缘212联接至致冷剂容器104。在一个实施例中，第一凸缘210和第二凸缘212可包括不锈钢凸缘。然而，铜或铝可用于形成第一凸缘210和第二凸缘212。
如上所述，壁部件204的第一端206联接至OVC 108。因此，壁部件204的第一端206连通地联接至高温区域。类似地，由于壁部件204的第二端208连通地联接至设置在低温恒温器101的致冷剂容器104内的致冷剂118(见图1)，因而壁部件204的第二端208连通地联接至低温区域。而且，高温区域可具有范围从大约80开氏度(K)到大约300  K的温度。因此，连通地联接至高温区域的壁部件204的第一端206可处于范围从大约80 K到大约300 K的温度。
可以注意到，致冷剂可包括液氦、液氢、液氖、液氮或者其组合。而且，由于壁部件204的第二端208与设置在低温恒温器101的致冷剂容器104内的致冷剂操作相关，因而第二端208可联接至低温区域。在某些应用中，低温区域可处于范围从大约4 K到大约77 K的温度。举例而言，如果致冷剂118是液氢，那么低温区域可处于范围从大约4 K到大约20 K的温度。而且，如果致冷剂118是液氖，那么低温区域可处于范围从大约4 K到大约27 K的温度。另外，对于其它致冷剂，低温区域可处于范围从大约4 K到大约77 K的温度。
根据本技术的方面，穿透管组件200的壁部件204构造成改变并且更特定地增加穿透管组件200的有效热长度，从而减小由穿透管组件引起的对低温恒温器101的热负荷。具体而言，壁部件204构造成在从大约50 mm到大约300 mm的范围中改变穿透管组件200的有效热长度。为此，在图2的实施例中，壁部件204包括彼此相套的多个管。在当前考虑的构型中，壁部件204包括彼此相套的第一管214、第二管216和第三管218。特别地，每个管以串联的方式操作地联接至至少一个其它管。举例而言，第一管214的第二端在第一接头220处操作地联接至第二管216的第一端。以类似的方式，第二管216的第二端在第二接头222处操作地联接至第三管218的第一端。这种第一管214到第二管216的联接和第二管216到第三管218的联接形成了串行连接。因此，三个管214、216、218以串联的方式彼此相套，代替一个长管。
继续参照图2，在某些实施例中，第一管214和第三管218可使用不锈钢形成，而玻璃纤维强化环氧树脂可用于形成第二管216。而且，在某些其它实施例中，可采用TiAl6V4或类似的Ti合金或铝以形成管214、216、218。
此外，根据另一实施例，第一凸缘210可联接至OVC 108，以允许第一接头220联接至热屏蔽件106。举例而言，可采用中间联接件(图2中未显示)，以将第一接头220联接至热屏蔽件106。可以注意到，热屏蔽件106处于大约45 K的温度。中间联接件可包括联接至铜环的铜线或柔性编织物，铜环继而联接至热屏蔽件106。中间联接件的使用帮助减小热负荷，从300 K到4 K，因为中间联接件联接至处于大约45 K的温度的热屏蔽件106。
另外，穿透管组件200包括一个或多个间隔元件224。这些间隔元件224构造成在壁部件204中的三个管214、216、218的每一个之间维持确定的间隔。间隔元件224的使用帮助确保管214、216、218不挠曲并且不与另一管接触，接触可能导致热短路。此外，间隔元件224可使用不导热材料形成。在一个实施例中，间隔元件224可包括尼龙间隔元件。可以注意到，在某些实施例中，间隔元件224可包括不连续的环，以允许急冷期间的压力平衡。而且，在某些实施例中，间隔元件224可包括孔，其允许管214、216、218处于致冷剂容器104的压力。此外，在某些其它实施例中，多层绝缘体(MLI)(在图2中未显示)可设置在管214、216、218上。MLI充当热外壳并减小致冷剂的对流，这继而减小对低温恒温器101的热负荷。
如参照图2描述的那样实行穿透组件提供了穿透组件的紧凑设计。特别地，图2的穿透组件提供了具有增加的长度的有效热传导路径，同时维持了穿透管组件的较短的总的整体路径长度，从300 K到4 K。结果，在没有额外的热负荷恶化的情况下，在磁体急冷期间，穿透管组件200的可用截面积增加。穿透管组件200的可用截面积的这种增加继而便于增加的热耗散，从而减小了由穿透管组件200引起的对低温恒温器101的热负荷。而且，在没有使用传统上已用于增加有效热长度的任何波纹管和/或波形管的情况下，图2的壁部件204有利地增加了穿透管组件200的有效热长度。
此外，可以优化这些相套的管214、216、218，用于穿透管在磁体急冷期间的收缩和/或膨胀。举例而言，第一管214可沿向上方向收缩，第二管216可沿向下方向收缩，而第三管218也可沿向上方向收缩。如上文所述的那样使管214、216、218相套允许大约33％的总收缩的补偿。另外，也可以对低温恒温器101的运输而优化相套的管214、216、218。举例而言，壁部件204的设计并且更特定地管214、216、218的设计可以使用合适的材料组合来优化，以减小管的收缩。在一个示例中，可以采用当冷却低至4 K时膨胀的称为“Dyneema”的材料，从而能够进一步减小整体穿透管组件的总收缩。
而且，在一个实施例中，管214、216、218可包括直径不同的不锈钢管。然而，其它材料，例如但不限于钛合金、铬镍铁合金、非金属环氧树脂和碳基管，可以用于形成管。可以注意到，在某些实施例中，第一接头220和第二接头222可以是环形的。此外，在一个示例中，环形的第二接头222可由铝形成，如果致冷剂容器104是铝容器的话。而且，第一接头220可摩擦焊接至不锈钢管。另外，第一接头220和第二接头222，如果用作热联接到热屏蔽件106的位置，可由摩擦焊接的铜形成。然而，如果管214、216、218包括非金属的管，则接合环可以粘合在金属环上。
现在参照图3，描绘了构造成用于低温恒温器的穿透管组件的示例性壁部件302的另一实施例。特别地，图3是用于低温恒温器101(见图1)的穿透管组件的壁部件302的另一实施例的轴向截面图的一部分的示意图。而且，附图标记304大体上表示穿透管的对称轴线。壁部件302具有第一固定端306和第二固定端308。此外，可以采用非传导复合材料来形成壁部件302。在图3的实施例中，壁部件302包括玻璃纤维强化塑料(GRP)管。作为备选，在某些实施例中，壁部件302可包括碳纤维复合材料(CFC)管。
此外，薄的不锈钢带310缠绕在外GRP管表面上而形成壁部件302。将不锈钢带310缠绕在外管表面上帮助减小通过GRP或CFC型穿透管的氦气渗透。不锈钢带310因而充当高效的渗透障碍。另外，还采用不锈钢带310以加强GRP管。此外，不锈钢带310还帮助防止GRP管由于在急冷期间累积的内部压力而膨胀。不锈钢带310还通过围绕管施加编织层网状物而增加薄壁管的压力承受能力。而且，在一个实施例中，不锈钢带310可具有范围从大约1 mil到大约5 mil的厚度。
此外，在某些实施例中，壁部件302还可包括热站环312。在一个实施例中，热站环312可使用铜形成。而且，热站环312提供到低温冷却器(例如图1的低温冷却器120)的热联接。特别地，热站环312构造并定位成以便帮助防止GRP管由于在磁体的急冷期间累积的内部管压力而弯曲。热站环312还可操作地联接至图1的低温恒温器101的热屏蔽件106(见图1)。可以采用一个或多个柔性编织物(在图3中未显示)，以将热站环312操作地联接至热屏蔽件106并且使得热能够传递出穿透管组件。在某些实施例中，柔性编织物可包括铜编织物。而且，可以使用铜环(在图3中未显示)，以便于壁部件302到热屏蔽件106的联接。在一个实施例中，铜环可嵌入壁部件302中。另外，低温冷却器，例如图1的低温冷却器120，可以联接至热屏蔽件106，在那里，低温冷却器用于将热屏蔽件维持在大约45 K的温度。
壁部件302的第二端308经由第一凸缘314联接至致冷剂容器104(见图1)。另外，在当前考虑的图3的构型中，壁部件302的第一端306可操作地联接至波形管部件316。波形管部件316继而经由第二凸缘318联接至低温恒温器101的致冷剂容器104。在某些实施例中，第一凸缘314和第二凸缘318可以使用不锈钢、铝或者铜形成。
如将意识到的，在低温恒温器的正常操作期间，存在横跨穿透管组件的长度的从大约300 K到大约4 K的温度梯度。然而，在急冷期间，该温度梯度衰退，并且因而在穿透管组件的整体长度上有基本均匀的温度，从而将管温度减小到从大约5 K到大约10 K的范围。这种温度梯度的缺乏不利地增加了穿透管组件中的应力和应变，并且可能在磁体的急冷期间导致壁部件302的GRP管的收缩。在图3的实施例中，波形管部件316构造成帮助增加壁部件302的有效热长度。特别地，采用波形管部件316以补偿GRP管在急冷期间的收缩，这继而显著地减小了穿透管组件内的轴向应力集中。波形管部件316还帮助补偿穿透管组件的热膨胀，并且在传输期间。如图3所描绘的那样实行穿透管组件显著地减小了由穿透管组件引起的对低温恒温器101的热负荷。
图4描绘了用于低温恒温器(例如图1的低温恒温器)中的穿透管组件的壁部件402的又一实施例400。特别地，图4是用于低温恒温器中的穿透管组件的壁部件402的另一实施例的轴向截面图的一部分的示意图。而且，附图标记408大体上表示穿透管的对称轴线。壁部件402具有第一端404和第二端406，并且构造成增加壁部件402的有效热长度。在图4的图示实施例中，壁部件402包括波形管。该波形管帮助增加壁部件402的有效热长度。
另外，穿透管组件400包括设置成邻近壁部件402的薄壁管410。在某些实施例中，薄壁管410可包括环氧树脂管。作为备选，在某些其它实施例中，薄壁管410可包括不锈钢管。而且，在某些实施例中，薄壁管410可以是平滑的管，从而帮助增加急冷气流。在某些实施例中，薄壁管410还可以是波形管。
此外，根据本技术的方面，箔片412可设置在薄壁环氧树脂管410与壁部件402之间的环形空间中。可以注意到，箔片412可包括Mylar箔片、尼龙箔片、聚乙烯型箔片等。箔片412可构造成减小由管402与410之间的由对流和传导引起的热交换。举例而言，箔片412可构造成减小由伯纳德型气态微对流引起的热交换。这种类型的对流通常出现在维持在不同温度的两个平行的水平表面之间。波形管内的微对流有可能使热路径长度“短路”，并且从而将热负荷从室温增加到大约4 K。
此外，在一个实施例中，一个或多个间隔元件414可设置在波形管壁部件402和薄壁环氧树脂管410之间。这些间隔元件414帮助维持波形壁部件402与薄壁的不锈钢或环氧树脂管410之间的均匀间隔。在某些实施例中，间隔元件414可包括带有通孔的尼龙间隔元件。而且，间隔元件414的位置允许形成到热屏蔽件106的热联接件。特别地，热联接件可以是散热站。在一个实施例中，热联接件可以是将间隔元件414联接至热屏蔽件106的环形凸缘。作为备选，热联接件可包括柔性铜编织物。附图标记416大体上表示帮助将波形管壁部件402的第一端404联接至OVC 108(见图1)的凸缘。
而且，波形壁部件402的第二端406使用圆形进入凸缘418而操作地联接至致冷剂容器104(见图1)。在某些实施例中，圆形进入凸缘418被焊接至致冷剂容器104中的开口。圆形进入凸缘418构造成减小进入流动阻力，从而增加急冷气体流动并减小在氦容器中累积的压力。在一个实施例中，如图4所描绘的那样实行穿透管组件在结构上稳定了管402、410，因为波形管壁部件402经由间隔元件414而操作地联接至热屏蔽件106。
现在转到图5，用于低温恒温器(例如图1的低温恒温器)中的穿透管组件的壁部件502的另一实施例500。特别地，图5是用于低温恒温器中的穿透管组件的壁部件502的另一实施例的轴向截面图的一部分的示意图。在一个实施例中，壁部件502可表示图4的薄壁管410。而且，附图标记516大体上表示穿透管的对称轴线。在图5描绘的实施例中，薄壁环氧树脂管可以大体上由附图标记502表示。而且，薄壁环氧树脂管502具有第一端504和第二端506。薄壁环氧树脂管502的第一端504经由第一凸缘508联接至OVC 108(见图1)，而薄壁环氧树脂管502的第二端506经由第二凸缘510联接至低温恒温器101的致冷剂容器104(见图1)。在某些实施例中，第一凸缘508和第二凸缘510可以使用不锈钢、铜或者铝形成。
此外，根据本技术的方面，薄壁环氧树脂管502包括波形管部件512。波形管部件512帮助在磁体的急冷期间增加壁部件502的有效热长度。特别地，波形管部件512构造成补偿壁部件502在急冷期间的突然收缩。而且，在一个实施例中，薄壁管502可以使用TiAl6V4形成。使用TiAl6V4形成薄壁管512显著地增加了薄壁管512的压力承受能力。
另外，根据本技术的方面，薄壁管502包括一个或多个加强件或加强元件514，其操作地联接至薄壁管502。在某些实施例中，这些加强元件514可由不锈钢形成。然而，在某些其它实施例中，加强元件514可以使用TiAl6V4形成。此外，加强元件514构造成增加薄壁管502的压力承受能力。特别地，加强元件514以基本类似的方式作用于薄壁管502内部的压力和薄壁管502外部的压力。而且，加强元件514的使用不会显著地影响对低温恒温器101的热负荷。实行包括加强元件514的薄壁管502允许厚度减小的薄壁管的使用。
现在参照图6，描绘了构造成用于图1中的低温恒温器101的穿透管组件中的壁部件602的另一实施例600。具体而言，图6是用于低温恒温器中的穿透管组件的壁部件602的另一个实施例的轴向截面图的一部分的示意图。而且，附图标记608大体上表示穿透管的对称轴线。在图6图示的实施例中，壁部件602包括柔性管604。柔性管604可以使用聚乙烯基氯乙烯(Polyethylenvinylchloride)PVC、尼龙、聚酰胺、聚苯乙烯、聚乙烯、碳或环氧树脂复合材料结构或者其组合。另外，壁部件602包括设置在柔性管604上或周围的柔性螺旋管部件606。在某些实施例中，柔性螺旋管部件606可包括不锈钢线。柔性管604构造成在压力下膨胀并且被围绕复合材料柔性管604缠绕的螺旋管部件606支撑。图6的实施例的设计允许在急冷期间使用相对薄壁的柔性管604，其由设置成围绕柔性管604的螺旋管606强化。此外，图6的壁部件602允许壁部件602由于设置成围绕柔性管部件604的螺旋柔性管606而在急冷之后快速地减小开口直径。
此外，壁部件602的第一端经由第一凸缘612联接至OVC 108(见图1)，而壁部件602的第二端经由第二凸缘614联接至致冷剂容器104(见图1)。第一凸缘612和第二凸缘614可以使用不锈钢、铜或者铝形成。
图7描绘了构造成用于低温恒温器的穿透管组件中的壁部件702的又一实施例700。特别地，图7是用于低温恒温器中的穿透管组件的壁部件702的另一实施例的轴向截面图的一部分的示意图。而且，附图标记716大体上表示穿透管的对称轴线。在该实施例中，壁部件702包括具有第一端706和第二端708的薄壁管704。薄壁管702的第一端704经由第一凸缘718联接至OVC 108，并且薄壁管702的第二端706经由第二凸缘720联接至低温恒温器101的致冷剂容器104(见图1)。在某些实施例中，第一凸缘718和第二凸缘720可以使用不锈钢形成。
薄壁管704可使用具有低热导率的材料形成。举例而言，低热导率材料可包括镍铁合金、铬镍铁合金、钛合金或者复合型材料，例如但不限于玻璃纤维强化环氧树脂或碳纤维复合材料结构。
另外，根据本技术的方面，壁部件702包括设置在薄壁管704的外壁表面上的编织套筒710。编织套筒710构造成强化薄壁管704。而且，编织套筒710可以使用具有低热导率的材料形成。举例而言，可以采用聚乙烯、尼龙、聚酰胺、GRP、CFC等来形成编织套筒710。由于在急冷期间压力在低温恒温器101中累积，因而薄壁管704倾向于弯曲。编织套筒710在薄壁管704上的使用帮助减小急冷期间的薄壁管704上的内部压力。
此外，第一波形部件712可联接至薄壁管704的第一端706，而第二波形部件714可联接至薄壁管704的第二端708。这些波形部件712、714也帮助增加壁部件702的有效热长度，并且同时减小在急冷期间累积在管内的轴向应力。而且，在急冷期间，致冷剂118(见图1)从致冷剂容器104通过薄壁管704中的开口722流至OVC 108。图7所描绘的实施例没有热站环。然而，在某些实施例中，设想了热站环的使用。实行如图7描绘的穿透管组件增加了壁部件704的有效热长度，从而减小了由穿透管组件引起的对低温恒温器101的热负荷。而且，编织套筒710的使用增加了薄壁管704的压力承受能力。
现在转到图8，描绘了构造成用于图1的低温恒温器101的穿透管组件中的壁部件802的另一实施例800。在当前考虑的构型中，壁部件802包括盘绕在一起的一对波形柔性管804。特别地，选定波形柔性管804，使得所有管的截面积能够实现急冷气体的释放。此外，柔性管804形成为螺旋形式，以增加壁部件802的整体有效热长度。另外，柔性盘绕管804构造成膨胀及收缩，以帮助急冷气体的释放。可以注意到，在某些实施例中，壁部件802可包括非柱状管。
另外，图1的穿透管组件110的相对宽的开口分段成一个或多个相对较小的开口，从而减小由穿透管组件引起的对低温恒温器101的热负荷。特别地，在图8所描绘的实施例中，穿透管组件800具有封闭的第一端和封闭的第二端。另外，管部件802并且特别地波形柔性管804具有第一端806和第二端808。管部件802的第一端806经由第一凸缘810联接至OVC 108(见图1)，而管部件802的第二端808经由第二凸缘812联接至致冷剂容器104(见图1)。如上所述，第一凸缘810和第二凸缘812可以使用不锈钢、铜或者铝形成。
根据本技术的方面，波形柔性管804的第一端806经由开口814向OVC 108打开，而波形柔性管804的第二端808经由开口816向致冷剂容器104打开。特别地，穿透管组件的封闭的第二端808分段成一个或多个相对较小的开口816。更具体而言，封闭的第二端808具有开口816，其允许致冷剂(见图1)通过波形柔性管804而从致冷剂容器104(见图1)行进至OVC 108(见图1)。举例而言，在急冷期间，来自致冷剂容器104的致冷剂118(例如氦)可以通过开口816进入柔性管804并且通过开口814向OVC 108流过管804。实行如图8描绘的穿透管组件由于壁部件802的盘绕几何结构而呈现出在低温恒温器101上的非常低的热负担。
上文所述的构造成用于低温恒温器中的穿透管组件的示例性壁部件的各种实施例通过增加穿透管组件的壁部件的有效热长度而可观地减小了由穿透管组件引起的对低温恒温器的热负荷。低温恒温器上的更低的热负担有利地导致了增加穿越时间、延长冷头工作时间和成本节省。举例而言，穿透管组件的简化设计减小了整体系统的成本。另外，在某些情形中，示例性穿透管组件的使用规避了对于到冷头的热联接件的需求。此外，如上所述，穿透件解决了系统的热负荷的至少30％至40％。由上文描述的示例性穿透管组件的使用导致的对低温恒温器的低的热负荷有可能帮助减小在低温恒温器中所要求的总氦存量。上文描述的穿透管组件的各种实施例因而介绍了热负荷优化穿透件，这是对于成功的低温恒温器设计的关键因素。
另外，在某些实施例中，在不使用波纹管的情况下，可增加壁部件的有效热长度。而且，示例性穿透管组件通过使自由通道能够实现而增加了磁体急冷期间的气体流动的容易性。
虽然已经在本文中显示并描述了本发明的仅仅某些特征，但是本领域技术人员将会想到许多修改和变化。因此，应当理解，所附权利要求意图覆盖落在本发明的真实精神内的所有这种修改和变化。

Claims (23)

1. 一种用于低温恒温器的穿透管组件，所述穿透管组件包括：
壁部件，其具有第一端和第二端，并且构造成改变所述壁部件的有效热长度，其中，所述壁部件的第一端连通地联接至高温区域，并且所述壁部件的第二端连通地联接至设置在所述低温恒温器的致冷剂容器内的致冷剂。
2. 根据权利要求1所述的穿透管组件，其特征在于，所述高温区域具有范围从大约80 K到大约300 K的温度。
3. 根据权利要求1所述的穿透管组件，其特征在于，所述致冷剂包括液氦、液氢、液氖、液氮或者其组合。
4. 根据权利要求1所述的穿透管组件，其特征在于，所述壁部件构造成在从大约50 mm到大约300 mm的范围中改变所述壁部件的有效热长度。
5. 根据权利要求1所述的穿透管组件，其特征在于，所述壁部件包括彼此相套的多个管，并且其中，所述多个管中的每个管以串联的方式操作地联接到至少一个其它管。
6. 根据权利要求5所述的穿透管组件，其特征在于，所述多个管构造成在不使用波形管的情况下改变所述壁部件的有效热长度。
7. 根据权利要求5所述的穿透管组件，其特征在于，所述多个管包括不锈钢管、玻璃纤维强化环氧树脂管、TiAl6V4管、铝管或者其组合。
8. 根据权利要求5所述的穿透管组件，其特征在于，还包括一个或多个间隔元件，其构造成维持所述多个管中的每个管之间的确定间隔。
9. 根据权利要求1所述的穿透管组件，其特征在于，所述壁部件包括：
玻璃纤维强化塑料管；和
设置在所述玻璃纤维强化塑料管的外壁表面上的不锈钢带。
10. 根据权利要求9所述的穿透管组件，其特征在于，还包括热联接件，其联接至所述玻璃强化塑料管并构造成减小对所述低温恒温器的热负荷。
11. 根据权利要求9所述的穿透管组件，其特征在于，还包括波形区段，其操作地联接至所述玻璃强化塑料管的第一端并构造成改变所述玻璃强化塑料管的有效热长度。
12. 根据权利要求1所述的穿透管组件，其特征在于，所述壁部件包括波形管。
13. 根据权利要求12所述的穿透管组件，其特征在于，还包括：
设置成邻近所述壁部件的薄壁管；和
箔片，其设置在所述薄壁管与所述壁部件之间的环形空间中，并且构造成减小所述致冷剂与所述壁部件之间的热交换。
14. 根据权利要求13所述的穿透管组件，其特征在于，还包括一个或多个间隔元件，其设置在所述壁部件与所述薄壁管之间并构造成维持所述壁部件与所述薄壁管之间的确定间隔。
15. 根据权利要求1所述的穿透管组件，其特征在于，还包括一个或多个加强元件，其沿着所述壁部件设置，并且构造成增加所述壁部件的压力承受能力，并且构造成强化所述壁部件以减小所述壁部件的弯曲。
16. 根据权利要求15所述的穿透管组件，其特征在于，所述一个或多个加强元件包括不锈钢加强元件、TiAl6V4加强元件或者其组合。
17. 根据权利要求1所述的穿透管组件，其特征在于，所述壁部件包括：
薄壁管；和
设置在其上的螺旋柔性管。
18. 根据权利要求1所述的穿透管组件，其特征在于，所述壁部件包括复合管，其中，所述复合管包括：
薄壁管；和
设置在所述薄壁管的外表面上的编织软管。
19. 根据权利要求18所述的穿透管组件，其特征在于，还包括波形区段，其操作地联接至所述壁部件的第一端、第二端或者第一端和第二端两者。
20. 根据权利要求1所述的穿透管组件，其特征在于，所述壁部件包括样式为螺旋形式的多个柔性管。
21. 根据权利要求20所述的穿透管组件，其特征在于，所述多个柔性管中的每一个包括第一端和第二端，其中，所述第一端通向所述低温恒温器的外真空腔室中，并且所述第二端通向所述低温恒温器的致冷剂容器中，并且其中，所述第二端允许致冷剂从所述致冷剂容器通过所述柔性管通过所述第一端流到所述外真空腔室。
22. 一种用于低温恒温器的穿透管组件，所述穿透管组件包括：
壁部件，其具有第一端和第二端，并且构造成改变所述壁部件的有效热长度，其中，所述壁部件包括彼此相套的多个管，其中，所述多个管中的每个管以串联的方式操作地联接到至少一个其它管，并且其中，所述多个管构造成在不使用波形管的情况下改变所述壁部件的有效热长度。
23. 一种用于磁共振成像的系统，包括：
获取系统，其构造成获取代表患者的特征的图像数据，其中，所述获取系统包括：
    超导磁体，其构造成在其中接收所述患者；
    低温恒温器，包括致冷剂容器，所述超导磁体包含在所述致冷剂容器中，其中，所述低温恒温器包括热负荷优化穿透管组件，其包括：
       壁部件，其具有第一端和第二端，并且构造成改变所述壁部件的有效热长度，其中，所述壁部件的第一端连通地联接至高温区域，并且所述壁部件的第二端连通地联接至设置在所述低温恒温器的致冷剂容器内的致冷剂；和
处理系统，其与所述获取系统操作相关，并且构造成处理所获取的图像数据。
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