CN104900370B - 一种包含真空腔的超导磁体液氦容器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种包含真空腔的超导磁体液氦容器，包括液氦储存罐、外层冷屏，所述液氦储存罐设置在外层冷屏内部，所述液氦储存罐与外层冷屏之间设有真空层，所述液氦储存罐内部设有主线圈骨架、屏蔽线圈骨架和真空腔。本发明可保证磁体安全及稳定运行，减少液氦使用量，降低成本，有效控制液氦蒸发。

Description

一种包含真空腔的超导磁体液氦容器

技术领域

本发明涉及一种超导磁体冷却剂容器，尤其涉及一种包含真空腔的超导磁体液氦容器。

背景技术

自上世纪八十年代以来，超导技术已经在医疗影像科学中得到了广泛的应用，其中最为成功的是超导磁共振成像技术及其设备，简称超导MR。超导磁体是这一医疗设备系统中最基础和重要的组成部分之一，它可以在扫描区域内产生轴向的均匀磁场。产生这一磁场的线圈是由超导线材绕制而成，通常数个超导线圈按一定的尺寸和位置布置在一个封闭的低温容器中，线圈之间通过特定的支撑方式来抵消彼此之间的电磁力，保持相对位置的稳定性。金属制成的低温容器通过绝热层、真空层、冷屏设置为与外界绝热，容器内注满低温冷却剂，使得线圈温度冷却至超导线材的临界温度以下，达到超导状态，再利用空压机向容器内输入冷量使超导状态得到长期保持。低温冷却剂通常为液氦，它起到“冷媒介”及“冷保持”的作用，是磁体能够长期稳定的在超导状态下运行的关键。但由于氦气是稀有气体，不容易获得，而且氦气的沸点低至4.2k，难以液化，所以液氦的价格也十分昂贵，且国内除了价格，还受到生产地域和技术的限制，液氦资源越来越成为我国低温超导技术发展的“短板“。在此情况下，如何在保证磁体稳定运行的同时减少液氦的用量，降低成本，成为超导磁体厂家和客户越来越关心的问题。

由于超导MR磁体在实际应用中受到轴向长度和线圈直径大小的限制，及成像范围和磁场分布的约束，低温容器通常尺寸较大，有效容积可达2000L以上，在超导磁体可以满场稳定运行并控制液氦蒸发率的情况下，完全用液氦填充这一空间往往造成较大的浪费。

发明内容

本发明旨在提供一种包含真空腔的超导磁体液氦容器，可在保证磁体安全及稳定运行的情况下，减少液氦使用量，降低成本，有效控制液氦蒸发。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明公开的一种包含真空腔的超导磁体液氦容器，包括液氦储存罐、外层冷屏，所述液氦储存罐设置在外层冷屏内部，所述液氦储存罐与外层冷屏之间设有真空层，所述液氦储存罐内部设有主线圈骨架、屏蔽线圈骨架和真空腔。

进一步的，所述液氦储存罐两端设有端板，所述端板为平法兰或封头。

进一步的，所述主线圈骨架上设有主线槽，供主线圈绕线，所述屏蔽线圈骨架上设有屏蔽线槽，供屏蔽线圈绕线。

进一步的，本发明还包括液氦蒸发控制装置，所述液氦蒸发控制装置设置在外层冷屏外壁上,并连接液氦储存罐内部。

进一步的，所述真空腔包括第一类真空腔和第二类真空腔，所述第一类真空腔横截面为梯形、矩形或三角形，第二类真空腔横截面为环形、条形或块形，所述真空腔内部抽真空或者填充氦气、氮气、空气或其他气体。

进一步的，所述第一类真空腔上设有抽气口，所述抽气口连通第一类真空腔腔体和真空层。

进一步的，所述第一类真空腔为非独立的密封腔体，焊接在液氦储存罐内壁，所述第二类真空腔为独立的密封腔体，通过机械连接固定在液氦储存罐内，第一类真空腔和第二类真空腔至少一部分浸入液氦中。

优选的，所述-第二类真空腔腔壁为金属加强板、无缝管或波纹管,其结构设置为可以抵御液氦储存罐内的最高气压与真空的气压差。

优选的，所述第一类真空腔是由端板、屏蔽线圈骨架和金属板焊接成的密封腔体，其结构设置为可以抵御液氦储存罐内的最高气压与真空的气压差,且被设置为允许与真空层通过抽气口相连通。

进一步的，所述第一类真空腔和第二类真空腔至少有一种设置在液氦储存罐内部，所述第一类真空腔或第二类真空腔至少有一个。

本发明具有以下有益效果：

本发明结构简单，设计合理，减小了液氦储存空间，减少了液氦使用量，并且能有效控制液氦蒸发率，大大降低了成本。

附图说明

图1为本发明剖视图；

图中：1-液氦储存罐、2-真空层、3-外层冷屏、4-主线圈骨架、5-主线槽、6-屏蔽线圈骨架、7-屏蔽线槽、8-第一类真空腔、9-抽气口、10-第二类真空腔、11-端板、12-储存罐外筒、13-液氦蒸发控制装置、14-金属板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明公开的一种包含真空腔的超导磁体液氦容器，包括液氦储存罐1、外层冷屏3，液氦储存罐1设置在外层冷屏3内部，液氦储存罐1与外层冷屏3之间设有真空层2，真空层2具有隔热作用，阻止外界热量通过外层冷屏3向液氦储存罐1内部传递；液氦储存罐1内部设有主线圈骨架4、屏蔽线圈骨架6和真空腔，主线圈骨架4上设有供主线圈绕线的主线槽5，屏蔽线圈骨架6上设有供屏蔽线圈绕线的屏蔽线槽7，储存罐外筒12两端焊接端板11，端板11为平法兰或封头，屏蔽线圈骨架6焊接在端板11内侧，主线圈骨架4位于液氦储存罐1内壁，真空腔设置在液氦储存罐1内部，填充液氦储存罐1内部空间，从而减少液氦用量，并且通过合理设置容积而不影响超导磁体的安全稳定运行；外层冷屏3外壁上还设有液氦蒸发控制装置13，液氦蒸发控制装置13连接液氦储存罐1，通过实时监控液氦储存罐1内部气压大小，将信号传递至外部电路，经过判断和指令，对冷量输入大小进行调节：当气压增大时，增大冷量的输入，使蒸发的氦气冷凝成液态；气压偏小时，减小冷量的输入，使部分液氦蒸发以维持气压的平衡。这样使得液氦储存罐1内部的液氦在气态和液态两者转换而不损失，接近“零”蒸发，提高液氦利用率。

所述真空腔包括第一类真空腔8和第二类真空腔10，第一类真空腔8是由端板11、屏蔽线圈骨架6和金属板14焊接成的非独立密封腔体，腔壁材料为无磁性金属或合金，腔壁上焊接有抽气口9，一般情况下，抽气口9被设置为允许连通真空层2和第一类真空腔8腔体，在真空层2抽真空时同时把第一类真空腔8内部也抽真空，当然，也可以预先把第一类真空腔8抽真空，或者填充氦气、氮气、空气或其他气体，然后封闭抽气口9。第一类真空腔8可按需要制成合适的形状，其结构设置为可以抵御液氦储存罐1内的最高气压与真空的气压差，横截面可以是梯形、矩形或三角形。第二类真空腔10为独立的密封腔体，使用标准的无缝管、方管、波纹管或者金属板材焊接而成，材料为无磁性金属或合金，内部可以抽真空，也可以填充氦气、氮气、空气或其他气体然后密封，横截面可以是环形、条形或块形，通过机械连接固定在液氦储存罐1内。第一类真空腔8和第二类真空腔10至少有一种设置在液氦储存罐1内部，并且至少有一个，其所占用的液氦空间不影响超导磁体的安全稳定运行。

当然，第一类真空腔8和第二类真空腔10既可以是连续的腔体，也可以是数个不连续的腔体。尤其是第二类真空腔10，优选的形式为与液氦储存罐1轴向平行放置的一个或数个管状金属件，内部可以抽真空，也可以填充氦气、氮气、空气或其他气体。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种包含真空腔的超导磁体液氦容器，其特征在于：包括液氦储存罐、外层冷屏，所述液氦储存罐设置在外层冷屏内部，所述液氦储存罐与外层冷屏之间设有真空层，所述液氦储存罐内部设有主线圈骨架、屏蔽线圈骨架和真空腔；所述真空腔包括第一类真空腔和第二类真空腔，所述第一类真空腔横截面为梯形、矩形或三角形，第二类真空腔横截面为环形、条形或块形，所述真空腔内部抽真空或者填充氦气或氮气；所述第一类真空腔为非独立的密封腔体，焊接在液氦储存罐内壁，所述第二类真空腔为独立的密封腔体，通过机械连接固定在液氦储存罐内；所述第二类真空腔腔壁为金属加强板、无缝管或波纹管；所述第一类真空腔是由端板、屏蔽线圈骨架和金属板焊接成的密封腔体。

2.根据权利要求1所述的一种包含真空腔的超导磁体液氦容器，其特征在于：所述液氦储存罐两端设有端板，所述端板为平法兰或封头。

3.根据权利要求1所述的一种包含真空腔的超导磁体液氦容器，其特征在于：所述主线圈骨架上设有主线槽，所述屏蔽线圈骨架上设有屏蔽线槽。

4.根据权利要求1所述的一种包含真空腔的超导磁体液氦容器，其特征在于：还包括液氦蒸发控制装置，所述液氦蒸发控制装置设置在外层冷屏外壁上,并连接液氦储存罐内部。

5.根据权利要求1所述的一种包含真空腔的超导磁体液氦容器，其特征在于：所述第一类真空腔上设有抽气口，所述抽气口连通第一类真空腔腔体和真空层。