CN103106995A

CN103106995A - 可拆卸电流引线单元及其操作方法和超导磁体设备

Info

Publication number: CN103106995A
Application number: CN2012104581955A
Authority: CN
Inventors: 斯蒂芬·M·哈里森
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2013-05-15
Also published as: US20130123109A1; EP2592430A1; KR101247263B1; US8583200B2

Abstract

本发明提供一种可拆卸电流引线单元及其操作方法和超导磁体设备。一种可拆卸电流引线单元和采用该可拆卸电流引线单元的超导磁体设备包括：插入模块，可拆卸地插入到超导磁体设备中，并且包括电连接到超导线圈的电流引线和设置在相应的电流引线中的冷却管；服务模块，包括用于向电流引线供应电流的电源、用于向冷却管供应制冷剂的制冷剂储罐和用于控制制冷剂到冷却管的流动的控制器；传输管道，用于连接插入模块和服务模块。

Description

可拆卸电流引线单元及其操作方法和超导磁体设备

本申请要求于2011年11月14日提交到韩国知识产权局的第10-2011-0118516号韩国专利申请的早期申请日的优先权和权益，该申请公开的全部内容通过引用被包含于此。

技术领域

本发明涉及一种电流引线单元和采用该电流引线单元的超导磁体设备，更具体的说，涉及一种可拆卸电流引线单元以及采用该可拆卸电流引线单元的超导磁体设备。

背景技术

磁共振成像(MRI)设备包括超导磁体。当MRI设备处于充电操作模式时，电流经由电流引线从处于环境温度的电源传递到处于由低温冷却剂维持的4.2K的超低温度的超导磁体。由于超导磁体通常以像这样非常高的电流(500A是MRI设备的典型)进行操作，因此电流引线通常用作将热传递到低温冷却剂的重要热源。

传统上，电流引线中的低温损耗通过在从液态氦源(用于冷却超导磁体)气化的氦气流中冷却电流引线来解决。另外，在MRI设备中，可通过拆卸电流引线部分来降低电流引线中的低温损耗。

同时，即使当MRI设备设置在持续操作模式时，在超导磁体中循环的电流仍以非常缓慢的指数比率衰减，因此，需要不时地将电流增加到预定的最大水平。由于电流引线通过来自用于冷却超导磁体的液态氦源的氦气进行冷却，因此用于再供应电流的过程还会涉及利用液态氦再填充MRI设备。然而，用于再填充液态氦的过程成本高且相对复杂。

发明内容

本发明提供一种可拆卸电流引线单元以及采用该可拆卸电流引线单元的超导磁体设备，所述可拆卸电流引线单元具有用于向超导磁体供应和再供应电流并从超导磁体排放电流的有效结构。

根据本发明的一方面，提供一种可拆卸电流引线单元，所述可拆卸电流引线单元包括：插入模块，可拆卸地插入到超导磁体设备中，并且包括电连接到超导磁体设备的超导线圈的电流引线和设置在电流引线中的冷却管；服务模块，包括用于向电流引线供应电流的电源、用于向冷却管供应制冷剂的制冷剂储罐和用于控制制冷剂到冷却管的流动的控制器；传输管道，用于连接插入模块和服务模块。

制冷剂可以是液态氮、液态氦或者液态氖。

电流引线的一端可以是与超导线圈的固定端子接触的接触端。冷却管的制冷剂入口可以靠近所述接触端设置。冷却管的制冷剂出口可以靠近电流引线的另一端设置。

传输管道可以是柔性的。因此，插入模块可相对于服务模块作相对运动，因此，当服务模块被固定时，仅有插入模块可被插入到超导磁体设备的插入单元中。

所述可拆卸电流引线单元还可包括阀，所述阀设置在用于连接制冷剂储罐和冷却管的注射管上，或者设置在用于连接冷却管和服务模块的制冷剂出口的排放管上，以控制制冷剂的流动。

所述可拆卸电流引线单元还可包括：温度传感器，用于感测连接冷却管和服务模块的制冷剂出口的排放管的温度；加热器，用于控制排放管的温度。

根据本发明的另一方面，提供一种超导磁体设备，所述超导磁体设备包括：电流引线单元；超导磁体低温恒温器，包括插入部分；超导线圈，设置在超导磁体低温恒温器的内部空间中；固定端子，电连接到超导线圈，固定端子的一侧通过插入部分而暴露，其中，所述电流引线单元包括：插入模块，包括可拆卸地插入到超导磁体设备的插入部分中并与固定端子电接触的电流引线和设置在电流引线中的冷却管；服务模块，包括用于向电流引线供应电流的电源、用于向冷却管供应制冷剂的制冷剂储罐和用于控制制冷剂到冷却管的流动的控制器；传输管道，用于连接插入模块和服务模块。

可拆卸电流引线单元和采用该可拆卸电流引线单元的超导磁体设备提供一种向超导磁体供应和再供应电流并从超导磁体排放电流的有效方法。例如，由于使用单独供应的低温流体代替容纳在用于超导磁体的低温恒温器中的超低温制冷剂来冷却电流引线，因此，用于超导磁体的超低温制冷剂不受电流变化和磁场变化的影响，并且电流和磁场可在不引起超低温制冷剂严重损耗的情况下改变。

超导磁体设备可以是MRI设备、用于磁悬浮式汽车的超导磁体设备、超导能量储存设备或者超导磁性分离器。

附图说明

通过参照附图对本发明的示例性实施例进行的详细描述，本发明的上述和其他特点及优点将变得更加明显，在附图中：

图1是根据本发明示例性实施例的可拆卸电流引线单元的示意图；

图2是采用了图1中示出的可拆卸电流引线单元的超导磁体设备的示意图；

图3是用于描述图1中示出的可拆卸电流引线单元的操作的流程图。

具体实施方式

在下文中，将通过参照附图说明本发明的优选实施例来详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的示例性实施例。在附图中，相同的标号指示相同的元件。在附图中，为了清晰起见，层和区域的厚度被夸大。在下面的描述中，为了避免不必要地模糊本发明的主题，对公知的相关功能和结构的详细说明可被省略。另外，在此描述的术语是考虑到本发明的功能而限定的，所述术语可根据用户和操作者的意图和经验被不同地实现。因此，所述术语应该基于说明书公开的全部内容而被理解。在不脱离本发明的范围的情况下，本发明的原理和特征可应用于许多变化的实施例。

此外，虽然附图表示本发明的示例性实施例，但是附图未必按比例绘制，并且某些特征可能会被夸大或省略，以更加清楚地示出和说明本发明。

图1是根据本发明示例性实施例的可拆卸电流引线单元100的示意图。如这里定义的，术语“可拆卸”表示可移除或者能够从放置状态或安装状态拆下或解除安装。

参照图1，电流引线单元100包括：服务模块110；插入模块120，包括电流引线121；传输管道130，用于连接服务模块110和插入模块120。

服务模块110包括电源111、制冷剂储罐113和控制器119。电源111用于经由电连接器112(诸如，电线)给电流引线121供电，以改变图2中所示的超导线圈250的电流和磁场。制冷剂储罐113储存制冷剂114。制冷剂114可以是诸如液态氮、液态氦或者液态氖的低温流体。如图2所示，容纳在制冷剂储罐113中的制冷剂114与用于冷却超导线圈250的制冷剂分开并且独立于用于冷却超导线圈250的制冷剂。控制器119控制用于冷却电流引线121的制冷剂114的流动。

插入模块120包括：电流引线121；冷却管123，用于冷却电流引线121；温度传感器126，附着到电流引线121。

每个电流引线121包括用于接触超导线圈250和/或接触电连接到超导线圈250的固定端子240的接触端121a，以将电能传递到超导线圈250。电流引线121及其接触端121a可由在超低温度下具有高电导率的金属(例如，铜)形成。在可选实施例中，电流引线121可由本领域公知的高温氧化超导材料形成。如图1中的示例性实施例所示，接触端121a设置在相应的电流引线121的下端，从而多个接触端121a能够可拆卸地结合到超导线圈250的固定端子240，如图2中所示。在图1中，仅出于说明性目的，仅示出了多个电流引线121中的单个电流引线121和多个接触端121a中的单个接触端121a，以便于理解本发明。应该理解的是，可包括多个电流引线121及其相应的多个接触端121a。

冷却管123被形成为穿透每个电流引线121，从而制冷剂114可流入到电流引线121中。冷却管123的注入制冷剂114的入口123a基本上靠近电流引线121的接触端121a设置，冷却管123的排放制冷剂114的出口123b可基本上靠近电流引线121的上端121b设置。因此，电流引线121的接触端121a相对而言可被更加有效地冷却。

传输管道130在服务模块110和插入模块120之间提供电连接、制冷剂114的通道和机械连接。传输管道130包括布线131，布线131用于连接电源111和电流引线121，以提供电连接，传输管道130还包括注入制冷剂114的注射管132和排放制冷剂114的排放管133，以给制冷剂114的流动提供通道。传输管道130可以是柔性的，并因此可允许插入模块120相对于服务模块110运动。

用于控制排放的制冷剂114的流动的阀115可靠近制冷剂114流过的排放管133设置。作为另一示例，阀115可靠近制冷剂出口118设置。另外，另一阀(未示出)可连接到冷却管123，以控制制冷剂到入口123a的流动。另外，用于监测排放管133的温度的温度传感器116和用于加热流出的排放的制冷剂114的加热器117可靠近排放管133设置，以减小排放的制冷剂114和诸如制冷剂出口118的任何周围结构的温度差，从而避免由于结构上严重的温度差而造成的损坏。

图2是采用了图1中示出的电流引线单元100的超导磁体设备200和图1中示出的插入模块120的示意图。

参照图2，超导磁体设备200可包括超导磁体低温恒温器210和设置在超导磁体低温恒温器210的内部空间220中的超导线圈250。用于将超导线圈250冷却到低于4.2K的温度的超低温制冷剂(例如，氦)被填充在超导磁体低温恒温器210的内部空间220中。超导磁体设备200还可包括用于使超低温制冷剂冷却的冷却器、用于补充将被蒸发的超低温制冷剂的超低温制冷剂供应器等。在本发明的示例性实施例中，超导磁体低温恒温器210采用使用诸如氦的超低温制冷剂的低温恒温器，但是应该理解的是，在可选实施例中，超导磁体低温恒温器210可采用不使用制冷剂的低温恒温器。

超导磁体设备200还可包括用于提供外部电连接的固定端子240，固定端子240可设置在超导线圈250的两端。插入模块120可被插入的插入部分230可形成在超导磁体低温恒温器210中，固定端子240的一侧可经由插入部分230暴露到外部。图1中所示的插入模块120的电流引线121可插入到插入部分230中，以被电连接到固定端子240的暴露的一侧。如图2中的箭头所指示的插入模块120从插入部分230的插入和移除可通过使用机械驱动构件自动地或手动地执行。

超导磁体设备200是一种使用超导磁体的设备，例如，MRI设备、用于磁悬浮式汽车的超导磁体设备、超导能量储存设备或者超导磁性分离器。例如，当超导磁体设备200是MRI设备时，超导磁体设备200还可包括用于执行MRI功能的梯度线圈或射频(RF)线圈等。

本发明示例性实施例的超导磁体设备200使用单独供应的制冷剂代替容纳在超导磁体低温恒温器210中的超低温制冷剂来冷却电流引线121，因此，容纳在超导磁体低温恒温器210中的超低温制冷剂不受电流变化和磁场变化的影响。因此，示例性实施例的超导磁体设备200可允许超导磁体的电流和磁场在不引起超低温制冷剂严重损耗的情况下改变。

然而，不同于本发明，在本领域公知的传统的电流引线冷却器中，用于超导磁体的超低温制冷剂(例如，液态氦)的一部分在电流被供应到超导磁体的同时被消耗以冷却电流引线。因此，图2中所示的超导磁体低温恒温器210需要被再充填或者在超导磁体低温恒温器210的内部空间220中流动的超低温制冷剂需要被再供应。相反，由于本发明的电流引线121和接触端121a通过制冷剂114分别被独立地冷却，因此，本发明不利用在内部空间220中流动的超导磁体的超低温制冷剂来冷却电流引线121和接触端121a，并且本发明不消耗超导磁体的这种超低温制冷剂。因此，利用本发明，几乎不需要进行干扰超导磁体操作的再供应超导磁体的超低温制冷剂的操作。

接下来，将参照图1至图3描述可拆卸电流引线单元100的操作。图3是用于描述本发明示例性实施例的电流引线单元100的操作的流程图。

在步骤S10中，通过公知的注射方法(例如，通过在服务模块110的制冷剂储罐113内施加压力或者通过压迫制冷剂储罐113)经由冷却管123将制冷剂114注入到电流引线121中。在这点上，制冷剂114被注入到基本上靠近接触端121a(电流引线121的下端)的入口123a中，并且经过设置在电流引线121中的冷却管123，然后通过基本上靠近电流引线121的上端121b的出口123b被排放，以冷却电流引线121(步骤S20)。用于冷却电流引线121的制冷剂114返回到服务模块110，以从服务模块110的制冷剂出口118被排放。在这点上，控制器119基于由设置在电流引线121中的温度传感器126检测的电流引线121的温度控制制冷剂114的流体速度和流体流动。制冷剂114的流体速度可通过设置在排放管133上的阀115进行控制。此外，用于管的温度传感器116和加热器117还可设置在排放管133上或者基本上靠近排放管133设置。在这种情况下，控制器119基于由用于管的温度传感器116检测的温度通过利用加热器117控制排放管133的温度，并且允许从服务模块110排放的气态或液态制冷剂114处于或接近周围或环境温度。

接下来，如果在步骤S30中确定在电流引线121中检测的温度等于或小于预定的合适的低温(诸如，4.2K)，则在步骤S40中将插入模块120插入到超导磁体设备200的插入部分230中。否则，该方法返回到步骤S20，以继续冷却电流引线121，直到在步骤S30中检测的温度下降到等于或低于预定温度的温度为止。如果插入模块120的电流引线121与超导磁体设备200的固定端子240接触，则在步骤S50中，电源111向超导线圈250供应电流，以改变已被供应到超导线圈250的电流，从而改变由超导线圈250产生的磁场。然后，当向超导线圈250的电流供应完成时，在步骤S60中将插入模块120从超导磁体设备200的插入部分230分离并移除。当电流和磁场被最终改变时，通过控制器119控制制冷剂114的注射，使得制冷剂114停止流向注射管132、排放管133和电流引线121。

已经作为示例描述了上述控制操作，因此，另外的控制操作是可行的。例如，当超导磁体设备200停止时，电流引线121可与超导磁体设备200的固定端子240接触，以经由图3中示出的步骤S10至S40排放供应到超导线圈250的电流。

为了便于理解本发明，已经参照附图中示出的示例性实施例描述了可拆卸电流引线单元及采用该可拆卸电流引线单元的超导磁体设备，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims

1.一种可拆卸电流引线单元，包括：

插入模块，可拆卸地插入到超导磁体设备中，并且插入模块包括：

电流引线，电连接到超导磁体设备的超导线圈，

冷却管，设置在电流引线中；

服务模块，包括：

电源，用于向电流引线供应电流，

制冷剂储罐，用于向冷却管供应制冷剂，

控制器，用于控制制冷剂到冷却管的流动；

传输管道，用于连接插入模块和服务模块。

2.如权利要求1所述的可拆卸电流引线单元，其中，制冷剂是液态氮、液态氦或者液态氖。

3.如权利要求1所述的可拆卸电流引线单元，其中，电流引线的一端是与超导线圈的固定端子接触的接触端。

4.如权利要求3所述的可拆卸电流引线单元，其中，冷却管的制冷剂入口靠近所述接触端设置。

5.如权利要求4所述的可拆卸电流引线单元，其中，冷却管的制冷剂出口靠近电流引线的另一端设置。

6.如权利要求1所述的可拆卸电流引线单元，其中，传输管道是柔性的。

7.如权利要求1所述的可拆卸电流引线单元，所述可拆卸电流引线单元还包括阀，所述阀设置在用于连接冷却管和服务模块的制冷剂出口的排放管上，以控制制冷剂的流动。

8.如权利要求1所述的可拆卸电流引线单元，所述可拆卸电流引线单元还包括：

温度传感器，用于感测连接冷却管和服务模块的制冷剂出口的排放管的温度；

加热器，用于控制排放管的温度。

9.一种超导磁体设备，包括：

如权利要求1至8中任一项所述的电流引线单元；

超导磁体低温恒温器，包括插入部分，电流引线单元的电流引线可拆卸地插入到所述插入部分中；

超导线圈，设置在超导磁体低温恒温器的内部空间中；

固定端子，电连接到超导线圈，固定端子的一侧通过插入部分而暴露并与电流引线电接触。

10.如权利要求9所述的超导磁体设备，其中，超导磁体设备是磁共振成像设备、用于磁悬浮式汽车的超导磁体设备、超导能量储存设备或者超导磁性分离器。

11.一种可拆卸电流引线单元的操作方法，所述方法包括：

将制冷剂注入到如权利要求1至8中任一项所述的电流引线单元中，以冷却所述电流引线单元；

将插入模块安装到超导磁体设备中；

将电流施加到超导磁体设备的超导线圈。

12.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括：

在施加电流之后，将插入模块与超导磁体设备分离。

13.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括：

检查电流引线单元的温度；

继续所述注入步骤，直到电流引线单元的温度低于或等于预定温度为止。