CN105190343B - 用于超导磁体系统的气体流量减少的电引线 - Google Patents

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Abstract

一种设备被用于这样的装置，所述装置包括导电线圈(230)，所述导电线圈被设置在低温恒温器(210)之内，并且被配置为当电流通过所述导电线圈时，产生磁场。所述设备从被设置在低温恒温器之内的电接触部消散热量，并且被配置为向所述导电线圈供应电功率，所述设备包括：冷却气体线路(326)，其被配置为将冷却气体供应到被设置在所述低温恒温器之内的所述电接触部，并且被配置为向所述导电线圈供应电功率；以及热交换器(308)，其被设置在所述低温恒温器之内，并且被配置为将来自所述电接触部的热量转移给所述冷却气体以提高所述冷却气体的温度。

Description

用于超导磁体系统的气体流量减少的电引线
技术领域
本发明总体上涉及用于在低温环境中与超导磁体一起使用的电引线。
背景技术
超导磁体被使用在各种情境中，包括核磁共振(NMR)分析和磁共振成像(MRI)。为了实现超导性，磁体被保持在接近绝对零度的温度的低温环境中。通常，磁体包括一个或多个导电线圈，所述一个或多个导电线圈被设置在低温恒温器中并且由诸如液氦的低温流体冷却。
许多超导磁体以“持续模式”操作。在持续模式中，形成超导磁体的一个(或多个)超导导电线圈最初利用来自外部电源的电流激励以启动其磁场。一旦获得期望的磁场，电源就与磁体断开连接，并且磁体归因于其超导性而保持电流和磁场。
高电流电引线提供在外部电源与(一个或多个)超导导电线圈之间的低电阻路径，同时将热的热传导限制到(一个或多个)那些超导导电线圈中。这些高电流电引线具有在它们的端部与对应的从(一个或多个)超导导电线圈延伸的一对磁体引线的端部之间进行的电气连接。当传导高电流时，在高电流电引线与连接到(一个或多个)超导导电线圈的引线之间的(一个或多个)电气连接可以是热源。这些电气连接常常可以被进行在低温恒温器中的低温区域中，并且大量冷却或气体(例如，诸如低温氦的低温气体)通常用于冷却这些电气连接以阻止热量被传导到超导线圈区域中。如果太多的热量被传导到(一个或多个)超导导电线圈的附近，则(一个或多个)超导导电线圈可以变热并且变得不可操作。将大量冷却气体用于冷却电引线是昂贵的，并且可以要求系统具有过多的制冷剂库存。在一些设施或环境中，获得这样的制冷剂可以是困难的和/或昂贵的。
发明内容
本发明的示范性实施例能够提供这样的装置，所述装置包括：低温恒温器；导电线圈，其被设置在所述低温恒温器之内并且被配置为当电流通过所述导电线圈时产生磁场；以及电气互连设备，其被设置在所述低温恒温器之内。所述电气互连设备能够包括：贮存器，其具有被设置在其下端处的进气口和被设置在其上端处的出气口；第一导电引线，其被配置为能选择性缩回和延伸，在缩回位置中所述第一导电引线大体全部地被设置在所述贮存器之外，并且在延伸位置中所述第一导电引线至少部分地延伸到所述贮存器中；第二导电引线，其至少部分地被设置在所述贮存器之内并且连接到所述导电线圈；电接触部，其被设置在所述贮存器之内，并且被配置为当所述第一导电引线在所述延伸位置中时将所述第一导电引线与所述第二导电引线连接在一起；以及热交换器，其被设置为邻近在所述贮存器之内的所述电接触部，并且具有被设置在所述热交换器的下端处的进气口和被设置在所述热交换器的上端处的出气口，其中，所述热交换器被配置为在所述热交换器的所述进气口处接收来自所述第二导电引线的气体，并且在所述热交换器的所述出气口处输出所述气体。
在一些实施例中，当所述第一导电引线在所述延伸位置中时，所述第一导电引线能够延伸通过所述贮存器的所述出气口。
在这些实施例的一些版本中，所述低温恒温器能够具有外部真空容器，并且所述贮存器的所述上端邻近所述外部真空容器。
在这些实施例的一些版本中，散热片能够被设置在所述外部真空容器上，在所述贮存器之外。
在一些实施例中，所述电气互连设备还能够包括：第三导电引线，其被配置为能选择性缩回和延伸，在缩回位置中所述第三导电引线大体全部地被设置在所述贮存器之外，并且在延伸位置中所述第三导电引线至少部分地延伸到所述贮存器中；第四导电引线，其至少部分地被设置在所述贮存器之内并且连接到所述导电线圈；以及第二电接触部，其被设置在所述贮存器之内，并且被配置为当所述第三导电引线在所述延伸位置中时，将所述第三导电引线与所述第四导电引线连接在一起。
在这些实施例的一些版本中，所述热交换器能够被设置为邻近所述第二电接触部，并且具有被设置在所述热交换器的下端处的第二进气口，其中，所述热交换器被配置为在所述热交换器的所述第二进气口处接收来自所述第四导电引线的所述气体。
在这些实施例的一些版本中，所述装置还能够包括：第二热交换器，其被设置为邻近在所述贮存器之内的所述第二电接触部，并且具有被设置在所述第二热交换器的下端处的进气口和被设置在所述第二热交换器的上端处的出气口，其中，所述第二热交换器被配置为在所述第二热交换器的所述进气口处接收来自所述第四导电引线的气体，并且在所述第二热交换器的所述出气口处输出所述气体。
在一些实施例中，所述第一导电引线能够包括通道，所述通道被配置为使所述气体通过所述通道。
在一些实施例中，所述第二导电引线能够包括通道，所述通道被配置为使所述气体通过所述通道。
在一些实施例中，借助于在所述出气口处的阀门能够手动调节气体流量。
在一些实施例中，经由在所述出气口处的计算机控制的阀门能够自动调节气体流量，经由来自一个或多个温度传感器的反馈回路能够调节所述计算机控制的阀门。
本发明的另一示范性实施例能够提供这样的方法，所述方法包括：将第一导电引线延伸到被设置在低温恒温器中的贮存器中，以便与第二导电引线进行电气连接，所述第二导电引线被至少部分地设置在所述贮存器之内并且能够连接到被设置在所述低温恒温器之内的导电线圈，其中，所述导电线圈被配置为：当电流通过所述导电线圈时，产生磁场；将冷却气体提供到所述贮存器的被设置在所述贮存器的下部处的进气口；使所述冷却气体通过被设置在所述贮存器之内的热交换器，以便将来自在所述第一导电引线与所述第二导电引线之间的电气连接的热量转移给所述冷却气体，以将所述冷却气体转变成加热的气体；并且从所述贮存器的被设置在所述贮存器的上部处的出气口分送经加热的气体。
在一些实施例中，所述方法还能够包括当所述磁场具有选定的场强时，断开所述电气连接。
在这些实施例的一些版本中，所述方法还能够包括从所述贮存器缩回所述第一导电引线。
在一些实施例中，所述导电线圈能够具有小于10°K的温度，而所述第一导电引线能够具有至少20°K的温度。
在一些实施例中，所述导电线圈能够具有小于5°K的温度，而所述第一导电引线能够具有至少40°K的温度。
在一些实施例中，从所述贮存器的被设置在所述贮存器的上部处的出气口分送经加热的气体能够包括经由被提供在所述第一导电引线中的孔分送经加热的气体，其中，经加热的气体流过所述第一导电引线。
在本发明的又另一方面中，能够为装置提供设备，所述装置包括：导电线圈，其被设置在低温恒温器之内，并且能够被配置为当电流通过所述导电线圈时，产生磁场；设备，其用于从被设置在所述低温恒温器之内的电接触部消散热量，并且能够被配置为向所述导电线圈供应电功率。所述设备能够包括：冷却气体导管，其被配置为将冷却气体供应到被设置在所述低温恒温器之内的所述电接触部，并且被配置为向所述导电线圈供应电功率；以及热交换器，其被设置在所述低温恒温器之内，并且被配置为将来自所述电接触部的热量转移给所述冷却气体以提高所述冷却气体的温度。
在一些实施例中，所述设备还能够包括贮存器，所述贮存器被设置在所述低温恒温器之内，所述贮存器具有被设置在所述贮存器的下端处的进气口和被设置在所述贮存器的上端处的出气口，其中，所述电接触部和所述热交换器被设置在所述贮存器之内。
在这些实施例的一些版本中，所述热交换器能够被设置为邻近在所述贮存器之内的所述电接触部，并且具有被设置在所述热交换器的下端处的进气口和被设置在所述热交换器的上端处的出气口，其中，所述热交换器被配置为在所述热交换器的所述进气口处接收来自所述第二导电引线的所述冷却气体，并且在所述热交换器的所述出气口处输出所述冷却气体。
在这些实施例的一些版本中，第一导电引线能够被配置为能选择性缩回和延伸，在缩回位置中所述第一导电引线大体全部地被设置在所述贮存器之外，并且在延伸位置中所述第一导电引线至少部分地延伸到所述贮存器中。
附图说明
结合附图考虑从下面提出的示范性实施例的详细描述中将更加容易地理解本发明，其中：
图1图示了磁共振成像(MRI)装置的示范性实施例；
图2图示了可以被采用在MRI装置中的超导磁体系统的一个范例实施例。
图3图示了用于超导磁体系统的低气体流量电引线的布置的一个示范性实施例；并且
图4是图示借助于低气体流量电引线激励具有超导磁体的磁体系统的示范性方法的图解。
具体实施方式
现在将参考示出本发明的实施例的附图在下文中更加详尽地描述本发明。然而，本发明可以以不同的形式来实施，并且不应被解释为被限制于在本文中阐述的实施例。确切地说，这些实施例作为本发明的范例而被提供。在本公开内容和权利要求之内，当某物被说成具有近似某个值时，则意味着它在该值的10％之内，而当某物被说成具有大约某个值时，则意味着它在该值的25％之内。
图1图示了磁共振成像(MRI)装置100的示范性实施例。如图1所示，MRI装置100能够包括：磁体102；患者检查台104，其被配置为承载患者10；梯度线圈106，其被配置为至少部分地包围患者10的至少部分，MRI装置100生成针对所述患者10的至少部分的图像；以及射频线圈108，其被配置为将射频信号应用于正被成像的患者10的至少部分。MRI装置的一般操作是公知的，并且因此这里将不进行重复。
图2图示了可以被采用在诸如MRI装置100的MRI装置中的超导磁体系统200的一个示范性实施例。具体地，超导磁体系统200可以是在MRI装置100中的磁体102的一个实施例。应当理解，一般地，超导磁体系统200可以包括未在图2中图示的许多其他部件。为了图示的清晰，图2中已经省略了一些部件，并不是为了掩盖下面讨论的本发明的各方面。
超导磁体系统200能够包括：低温恒温器210，其具有外壳或外部真空容器211；热屏蔽213，其被设置在外壳211之内；以及氦贮存器212。
超导磁体系统200能够包括：一个或多个导电线圈230；持续电流开关240，其被设置在低温恒温器210的氦贮存器212之内；以及电源250，其被设置在低温恒温器210之外(外部)。超导磁体系统200还能够包括冷头260，所述冷头260由压缩机270驱动以再浓缩来自氦贮存器212的氦气。超导磁体系统200还能够包括磁体控制器280，所述磁体控制器280可以控制超导磁体系统200的各个操作。
超导磁体系统200还能够包括第一导电引线201和第二导电引线202以及第三导电引线203和第四导电引线204。第一导电引线201和第二导电引线202能够在电接触部205处连接到彼此，并且第三导电引线203和第四导电引线204能够在电接触部206处连接到彼此。第一导电引线201能够经由开关连接到电源250。第三导电引线203也能够连接到电源250。第二导电引线202和第四导电引线204能够连接到(一个或多个)导电线圈230的相反的两端。
有益地，超导磁体系统200是氦浴类型的系统。在一些实施例中，与在典型的氦浴类型的系统中的氦体积相比较，氦贮存器212可以含有相对少量的低温流体，例如，50到100升(或更少)的液氦。
持续电流开关240能够被设置在氦贮存器212之内，并且可以包括经由第二导电引线202和第四导电引线204在(一个或多个)导电线圈230的相反的两端连接的一根超导线，所述超导线被附接到小的加热器。
超导磁体系统200可以具有一个或多个传感器(在图2中未示出)，所述一个或多个传感器用于测量各种操作参数，例如，在各个位置处的温度、低温流体(例如，液氦)的水平、诸如压缩机270的部件是否适当操作、是否已经失去功率(例如，归因于电功率中断)等。每个传感器可以连接到磁体控制器280，并且将对应的传感器信号供应到磁体控制器280。
磁体控制器280可以包括处理器和存储器，所述存储器包括非易失性存储器和易失性存储器。如下面更加详细地描述的，非易失性存储器可以存储编程代码或指令(软件)，所述编程代码或指令(软件)用于令处理器运行用于控制超导磁体系统280的操作的一个或多个处理。在一些实施例中，第一导电引线201和第三导电引线203可以是能缩回的。
在超导磁体系统200的启动操作期间，可缩回引线201和203能够被插入到氦贮存器212中，并且在持续电流开关240中的线能够被在其转换温度以上进行加热，使得其变成电阻式的。在一些实施例中，第一导电引线201和第三导电引线203每个在其端部处可以具有凸出销，所述凸出销可以被接入并耦合到被提供在电接触部205和206的每个中的套接口中。
使电流通过(一个或多个)导电线圈230的外部电源250能够初始激励(一个或多个)导电线圈230。由于在持续电流开关240中的线在启动操作期间被加热，其电阻大体大于(一个或多个)导电线圈230的电阻，因此来自外部电源的电流通过导电线圈230。
为了转换到以持续模式进行操作，调节通过(一个或多个)导电线圈230的电流，直到获得期望的磁场，然后关闭在持续电流开关240中的加热器。在关闭加热器之后，在持续电流开关240中的超导线冷却到其超导温度，使(一个或多个)导电线圈230短路，如以上所提到的，所述(一个或多个)导电线圈230也是超导的。使在电源中的电流斜坡下降，并且从氦贮存器212缩回引线201和203。
分别在第一导电引线201与电接触部205之间的连接以及第三导电引线203与电接触部206之间的连接常常具有比螺栓连接和焊接连接大得多的电阻，并且当正在激励(一个或多个)导电线圈230的同时传导高电流时，所述连接能够是加热源。在诸如氦贮存器212的低温区域中进行这些连接，可以要求大量冷却气体(例如，冷氦气)来阻止热量被传导到(一个或多个)超导线圈230的附近。如以上所解释的，如果太多热量被传导到超导线圈230的附近，则(一个或多个)导电线圈230可以变热并且变得不可操作。此外，将大量氦气用于冷却第一导电引线201和第三导电引线203以及电接触部205和206能够是昂贵的，并且可以要求系统具有过多的制冷剂库存，在一些设施中这可以是难以供应的。
图3图示了用于诸如超导磁体系统200的超导磁体系统的低气体流量电引线的布置300的一个示范性实施例，其可以至少部分地缓和对大量冷却气体(例如，冷氦气)的需要。布置300能够包括：管器或贮存器307(下文中被称为“电引线贮存器307”)、第一导电引线301、第二导电引线302、电接触部305以及热交换器308。在布置300中，电引线贮存器307连接(例如，热连接)到外部真空容器311和散热片340。有益地，热交换器308热耦合到电接触部305。
当布置300应用于超导磁体系统200时，第一导电引线301可以是第一导电引线201的实施例，第二导电引线302可以是第二导电引线202的实施例，电接触部305可以是电接触部205的实施例，并且外部真空容器311可以是外壳211的实施例。电引线贮存器307可以被设置在低温恒温器210的氦贮存器212中。
有益地，第一导电引线301被配置为能选择性缩回和延伸，在缩回位置中第一导电引线301大体全部地被设置在电引线贮存器307之外，并且在延伸位置中第一导电引线301至少部分地延伸到电引线贮存器307中。当布置300应用于超导磁体系统200时，第一导电引线301可以被配置在缩回位置中以全部地或大体全部地被设置在氦贮存器212之外。在一些实施例中，第一导电引线301可以被配置在缩回位置中以全部地或大体全部地被设置在低温恒温器210之外。此外，第一导电引线301可以经由中间导电线334连接到电源250。
有益地，第二导电引线302被至少部分地设置在电引线贮存器307之内。当布置300应用于超导磁体系统200时，第二导电引线302经由中间低温超导导电线324连接到(一个或多个)导电线圈230。
当第一导电引线301在延伸位置中时，其经由电接触部305与第二导电引线302进行电气连接。在一些实施例中，第一导电引线301在其端部处可以具有凸出销，所述凸出销可以被接入并耦合到被提供在电接触部305中的套接口中。如以上所解释的，在第一导电引线301与电接触部305之间的连接可以具有显著大于螺栓连接和焊接连接的电阻的电阻，并且当正在激励(一个或多个)导电线圈230来产生磁场的同时传导高电流时，所述连接能够是加热源。在一些实施例中，可以对第一导电引线301进行加热以具有至少20°K的温度，而将(一个或多个)导电线圈230冷却到小于10°K的温度。在一些实施例中，可以对第一导电引线301进行加热以具有至少50°K的温度，而将(一个或多个)导电线圈冷却到小于5°K的温度。相应地，为了阻止或减少热量从第一导电引线301转移到(一个或多个)导电线圈230，布置300可以操作以将热量从第一导电引线301与电接触部305的互连部转移到冷却气体(例如，冷氦气)。
朝着这个目标，电引线贮存器307能够具有在其下端处的进气口320和在其上端处的出气口330。电引线贮存器307可以是封闭的管器，除了进气口320和出气口330以及第一导电引线301和第二导电引线302所要求的任何通路等。冷却气体可以经由在进气口320处的冷却气体供应线326被供应到电引线贮存器307，并且可以经由排气线336从电引线贮存器307分送。有益地，第一导电引线301和第二导电引线302每个包括通道，冷却气体可以流过所述通道。在一些实施例中，第一导电引线301和第二导电引线302每个可以包括具有空心区域的柱状结构，所述空心区域形成用于冷却气体通过的通道。第一导电引线301和第二导电引线302每个可以具有在其下部处或下端处的第一孔洞或孔作为用于接收冷却气体的入口，并且第一导电引线301和第二导电引线302每个可以具有在其上部处或上端处的第二孔洞或孔作为用于从所述第二孔洞或孔分送冷却气体的出口。
在操作上，当期望激励(一个或多个)导电线圈230时，第一导电引线301可以被延伸到电引线贮存器307中以与电接触部305接触，并且建立与第二导电引线302的电气连接。然后可以从电源250供应电流，并且使电流通过(一个或多个)导电线圈230以激励(一个或多个)导电线圈230，并且形成期望的磁场。在一些实施例中，在磁体控制器280的控制下可以执行这些操作。例如，磁体控制器280可以操作电动机，所述电动机缩回和延伸第一导电引线301。
为了提供范例，在一些实施例中，在导电引线301与电接触部305之间的互连部的电阻可以为大约0.3毫欧姆，并且从电源250供应通过第一导电引线301与电接触部305的互连部的峰值电流可以为500安培。在这种情况下，在互连部两端的电压降将是15mV，并且由互连部生成的热量将是500*15mV＝7.5瓦特。如果允许该7.5瓦特的热能转移到(一个或多个)导电线圈230的附近，则(一个或多个)导电线圈230将不实现超导所要求的低温和/或将引起过多的氦气化。
热交换器308能够紧密地热耦合到电接触部305，并且例如它们可以与彼此直接物理接触。有益地，允许在电引线贮存器307内部的热交换器308的温度关于在电引线贮存器307之外的氦贮存器212中的温度，以及具体地关于(一个或多个)导电线圈230的温度浮动。相应地，当归因于第一导电引线301被延伸到电引线贮存器307中以与电接触部305接触来激励(一个或多个)导电线圈230，使电接触部305的温度升高时，也允许热交换器308的温度升高。在此期间，冷却气体(例如，在例如大约5°K的温度的冷氦气)经由在进气口320处的冷却气体供应线326被供应到电引线贮存器307。例如经由在第二导电引线302中的通道，在热交换器308的下端处将冷却气体从引线贮存器307提供到热交换器308。当冷却气体通过或越过热交换器308时，所述冷却气体吸收由在第一导电引线301与接触部305之间的连接生成的热能，并且因此对冷却气体进行加热。有益地，热交换器308被配置为为冷却气体行进提供长的(例如，迂回的)路径以增加冷却气体吸收热量的机会。有益地，热交换器308被配置为针对由热交换器308占据的空间的给定体积使用尽可能多的或几乎一样多的氦气的焓。以这种方式，可以允许互连部的温度升高到例如>50°K的温度，这提高了冷却气体的冷却效率，使得可以要求大体减少的量的冷却气体。亦即，减少的气体流速用于将热量转移给冷却气体，并且因此在正在激励磁体的时间间隔上要求更少的总的冷却气体。
从而由热交换器308对冷却气体进行加热，并且例如经由电引线贮存器307的内部，经加热的冷却气体从热交换器308的上端被分送到例如在第一导电引线301的下端处的入口。经加热的冷却气体继续到第一导电引线301以被分送在电引线贮存器307的出气口330处。在图3中图示的实施例中，排气线336连接到在第一导电引线301的上端处的出口，以接收经加热的冷却气体并且从所述出口将经加热的冷却气体分送或排出。有益地，散热片340被提供在电引线贮存器307之外，并且连接到外部真空容器311，以便提供在电引线贮存器307的出口处消散热量的手段。因此，电引线贮存器307以及第一导电引线301和第二导电引线302形成冷却气体导管的示范性实施例，所述冷却气体导管被配置为将冷却气体供应到电接触部305以从所述电接触部305吸收热能。
一旦已经完成磁激励，则缩回第一导电引线301，以便不再与电接触部305接触或与电接触部305进行电气连接。有益地，缩回第一导电引线301，以便至少部分地被设置在电引线贮存器307之外。在一些实施例中，第一导电引线301被配置在缩回位置中，以全部地或大体全部地被设置在氦贮存器212之外。在一些实施例中，第一导电引线301被配置在缩回位置中以全部地或大体全部地被设置在低温恒温器210之外。当缩回第一导电引线301，以便不再与电接触部305接触或与电接触部305进行电气连接时，电流停止流过电接触部305，并且在电接触部305不再生成热量。有益地，在这点上允许浮动温度热交换器308的温度浮动到低的温度(例如，大约5°K)。
在一些实施例中，可以由阀门313控制通过电引线贮存器307的气体流量。在一些实施例中，阀门313可以是手动控制的阀门。在一些实施例中，阀门313可以是处理器控制的阀门，所述处理器控制的阀门被配置为使用来自一个或多个温度传感器314的一个或多个信号经由反馈回路自动调节气体流量。在一些实施例中，可以由磁体控制器280控制阀门313。
在一些实施例中，在磁体控制器280的控制下可以执行上述操作。例如，磁体控制器280可以控制阀门、泵等以启用和禁用将冷却气体到电引线贮存器307的供应。而且，磁体控制器可以控制电动机以延伸和缩回第一导电引线301。
图3图示了用于超导磁体系统的低气体流量电引线的布置300的一个示范性实施例，其选择性地使一对导电引线，例如在超导磁体系统200中的第一导电引线201与第二导电引线202互连。然而，超导磁体系统200也包括第二对导电引线——第三导电引线203与第四导电引线204的互连。
相应地，在一些实施例中，超导磁体系统200可以包括用于选择性地使第一导电引线201与第二导电引线202互连的一个布置300，以及用于选择性地使第三导电引线203与第四导电引线203互连的另一布置300。
在其他实施例中，单个的、共同的电引线贮存器可以用于两个互连。在这种情况下，所述布置可以包括：第三导电引线(例如，第三导电引线203)，其被配置为能选择性缩回和延伸，在缩回位置中第三导电引线大体全部地被设置在电引线贮存器307之外，并且在延伸位置中第三导电引线至少部分地延伸到电引线贮存器307中；第四导电引线(例如，第四导电引线204)，其至少部分地被设置在电引线贮存器307之内，并且连接到(一个或多个)导电线圈的另一端；以及第二电接触部(例如，电接触部206)，其被设置在电引线贮存器307之内，并且被配置为当第三导电引线在延伸位置中时，将第三导电引线与第四导电引线连接在一起。第三导电引线和第四导电引线中的一个或两个可以具有被设置在其之内的通道，冷却气体可以流过所述通道。
在这些实施例的一些变型中，电接触部中的每个可以热耦合到其自己的单独的热交换器。在这些实施例的其他变型中，热交换器308可以热耦合到电接触部中的两者。在这些变型中的一些中，热交换器308可以被设置为邻近第二电接触部，并且可以具有被设置在热交换器308下端处的第二进气口，其中，热交换器308被配置为在热交换器308的第二进气口处接收来自第四导电引线的冷却气体。
图4是图示借助于低气体流量电引线例如经由上述布置300激励具有超导磁体的磁体系统的示范性处理400的图解。在一些实施例中，在处理器，例如在磁体控制器中的处理器的控制下可以执行处理400，所述处理器基于被存储在存储器中的一组计算机指令来运行软件算法。
在操作410中，在电源与(一个或多个)导电线圈之间建立电气连接，所述导电线圈将用于产生期望的磁场。在一些实施例中，通过将第一导电引线延伸到被设置在低温恒温器的内部区域中的电引线贮存器中来建立连接，以便与第二导电引线进行电气连接，所述第二导电引线被至少部分地设置在电引线贮存器之内并且连接到(一个或多个)导电线圈，所述(一个或多个)导电线圈也被设置在低温恒温器之内。借助于该电气连接，使电流从电源供应到(一个或多个)导电线圈以激励(一个或多个)导电线圈并且产生期望的磁场。
在操作420中，将冷却气体提供到进气口，所述进气口被设置在电引线贮存器的下部处。
在操作430中，冷却气体越过或通过热交换器，所述热交换器被设置在电引线贮存器之内。
在操作440中，作为气体通过热交换器的结果，来自在第一导电引线与第二导电引线之间的电气连接的热量被转移给冷却气体以将冷却气体转变成经加热的气体。
在操作450中，经加热的冷却气体从被设置在电引线贮存器的上部处的出口分送或排除。
应当理解，尽管在图4中操作420、430、440和450好像被示为按次序的操作，这是为了图示冷却气体的流动。实际上，操作420、430、440和450彼此并行进行。
在操作460中，(例如由磁体控制器中的处理器)确定磁体激励是否完成(例如，磁场是否处在选定的或期望的场强)。如果不是，则重复操作420、430、440和450。如果是，则处理继续进行到操作470。
在操作470中，断开在电源与(一个或多个)导电线圈之间的电气连接，并且磁体系统在持续模式中以正常操作继续进行。在一些实施例中，通过从电引线贮存器缩回第一导电引线来断开所述连接，其可以包括从低温恒温器的内部区域，以及在一些实施例中从低温恒温器本身缩回第一导电引线。
尽管本文中公开了优选实施例，但是许多变型是可能的，其依然在本发明的概念和范围之内。例如，以上已经在氦浴类型的系统的情境中描述了实施例。然而，在其他实施例中，本文中公开的原理可以适于被采用在“无制冷剂”或密闭系统中是可能的。在检阅本文中的说明书、附图和权利要求之后，这样的变型对本领域技术人员而言将变得清晰。因此本发明除在权利要求的范围之内以外不受限制。

Claims (20)

1.一种制冷装置(200)，包括：
导电线圈(230)，其被设置在低温恒温器之内，并且被配置为当电流通过所述导电线圈时，产生磁场；
电气互连设备(300)，其被设置在所述低温恒温器之内，所述电气互连设备包括：
贮存器(307)，其具有被设置在其下端处的进气口(320)和被设置在其上端处的出气口，
第一导电引线(201、301)，其被配置为能选择性缩回和延伸，其中，在缩回位置中所述第一导电引线大体全部地被设置在所述贮存器之外，并且在延伸位置中所述第一导电引线至少部分地延伸到所述贮存器中，
第二导电引线(202、302)，其至少部分地被设置在所述贮存器之内并且连接到所述导电线圈，
电接触部(205、305)，其被设置在所述贮存器之内并且被配置为当所述第一导电引线在所述延伸位置中时，将所述第一导电引线与所述第二导电引线连接在一起，以及
热交换器(308)，其被设置为邻近在所述贮存器之内的所述电接触部，并且具有被设置在所述热交换器的下端处的进气口和被设置在所述热交换器的上端处的出气口，其中，所述热交换器被配置为在所述热交换器的所述进气口处接收来自所述第二导电引线的气体，并且在所述热交换器的所述出气口处输出所述气体。
2.根据权利要求1所述的制冷装置(200)，其中，当所述第一导电引线在所述延伸位置中时，所述第一导电引线延伸通过所述贮存器的所述出气口。
3.根据权利要求2所述的制冷装置(200)，其中，所述低温恒温器具有外部真空容器(211)，并且所述贮存器的所述上端邻近所述外部真空容器。
4.根据权利要求3所述的制冷装置(200)，还包括散热片(340)，所述散热片被设置在所述外部真空容器上，在所述贮存器之外。
5.根据权利要求1所述的制冷装置(200)，其中，所述电气互连设备还包括：
第三导电引线(203)，其被配置为能选择性缩回和延伸，在缩回位置中所述第三导电引线大体全部地被设置在所述贮存器之外，并且在延伸位置中所述第三导电引线至少部分地延伸到所述贮存器中；
第四导电引线(204)，其至少部分地被设置在所述贮存器之内并且连接到所述导电线圈；以及
第二电接触部(206)，其被设置在所述贮存器之内并且被配置为当所述第三导电引线在所述延伸位置中时，将所述第三导电引线与所述第四导电引线连接在一起。
6.根据权利要求5所述的制冷装置(200)，其中，所述热交换器被设置为邻近所述第二电接触部，并且具有被设置在所述热交换器的所述下端处的第二进气口，其中，所述热交换器被配置为在所述热交换器的所述第二进气口处接收来自所述第四导电引线的所述气体。
7.根据权利要求5所述的制冷装置(200)，还包括第二热交换器(308)，所述第二热交换器被设置为邻近在所述贮存器之内的所述第二电接触部，并且具有被设置在所述第二热交换器的下端处的进气口和被设置在所述第二热交换器的上端处的出气口，其中，所述第二热交换器被配置为在所述第二热交换器的所述进气口处接收来自所述第四导电引线的所述气体，并且在所述第二热交换器的所述出气口处输出所述气体。
8.根据权利要求1所述的制冷装置(200)，其中，所述第一导电引线包括通道，所述通道被配置为使所述气体通过所述通道。
9.根据权利要求1所述的制冷装置(200)，其中，所述第二导电引线包括通道，所述通道被配置为使所述气体通过所述通道。
10.根据权利要求1所述的制冷装置(200)，还包括手动控制的阀门(313)，所述手动控制的阀门被配置为控制所述气体的流量。
11.根据权利要求1所述的制冷装置(200)，还包括处理器控制的阀门(313)，所述处理器控制的阀门被配置为使用来自一个或多个温度传感器的一个或多个信号经由反馈回路自动调节所述气体的流量。
12.一种制冷方法(400)，包括：
将第一导电引线(201、301)延伸(410)到被设置在低温恒温器(210)中的贮存器(307)中，以便与第二导电引线(202、302)进行电气连接，所述第二导电引线被至少部分地设置在所述贮存器之内并且连接到导电线圈(230)，所述导电线圈被设置在所述低温恒温器之内，其中，所述导电线圈被配置为当电流通过所述导电线圈时，产生磁场；
将冷却气体提供(420)到所述贮存器的被设置在所述贮存器的下部处的进气口(320)；
使所述冷却气体通过(430)被设置在所述贮存器之内并且邻近所述第一导电引线与所述第二导电引线之间的电气连接(205、305)的热交换器(308)，所述热交换器(308)具有被设置在所述热交换器(308)的下端处的进气口和被设置在所述热交换器(308)的上端处的出气口，以便将来自所述电气连接(205、305)的热量转移(440)给所述冷却气体，以将所述冷却气体转变成加热的气体；并且
从所述贮存器的被设置在所述贮存器的上部处的出气口(330)分送(450)经加热的气体。
13.根据权利要求12所述的制冷方法(400)，还包括当所述磁场具有选定的场强时，断开(470)所述电气连接。
14.根据权利要求13所述的制冷方法(400)，还包括从所述贮存器缩回所述第一导电引线。
15.根据权利要求12所述的制冷方法(400)，其中，所述导电线圈具有小于10°K的温度，而所述第一导电引线具有至少20°K的温度。
16.根据权利要求12所述的制冷方法(400)，其中，所述导电线圈具有小于5°K的温度，而所述第一导电引线具有至少40°K的温度。
17.根据权利要求12所述的制冷方法(400)，其中，从被设置在所述贮存器的上部处的所述贮存器的所述出气口分送经加热的气体包括经由被提供在所述第一导电引线中的孔(326)分送经加热的气体，其中，经加热的气体流过所述第一导电引线。
18.一种用于从被设置在低温恒温器(210)之内的电接触部(205、305)消散热量的设备(300)，并且所述设备被配置为向导电线圈供应电功率，所述设备包括：
冷却气体导管(301/302/307)，其被配置为将冷却气体供应到被设置在所述低温恒温器之内的所述电接触部，并且被配置为向导电线圈供应电功率；
热交换器(308)，其被设置邻近在所述低温恒温器之内的所述电接触部，并且被配置为将来自所述电接触部的热量转移给从被设置在所述热交换器(308)的下端处的进气口流到被设置在所述热交换器(308)的上端处的出气口的所述冷却气体以提高所述冷却气体的温度；以及
贮存器(307)，其具有被设置在其下端处的进气口(320)和被设置在其上端处的出气口(330)，
其中，所述电接触部和所述热交换器被设置在所述贮存器之内。
19.根据权利要求18所述的设备(300)，其中，所述热交换器被配置为在所述热交换器的所述进气口处接收来自第二导电引线的所述冷却气体，并且在所述热交换器的所述出气口处输出所述冷却气体。
20.根据权利要求18所述的设备(300)，被配置为能选择性缩回和延伸的第一导电引线在缩回位置中大体全部地被设置在所述贮存器之外，并且在延伸位置中至少部分地延伸到所述贮存器中。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3011357B1 (en) * 2013-06-21 2022-10-12 Koninklijke Philips N.V. Magnet assembly for combined magnetic resonance imaging and radiation therapy
US11961662B2 (en) 2020-07-08 2024-04-16 GE Precision Healthcare LLC High temperature superconducting current lead assembly for cryogenic apparatus

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3412320A (en) * 1966-05-16 1968-11-19 Varian Associates Cryostat having an effective heat exchanger for cooling its input leads and other leak paths
JPS5516487A (en) * 1978-07-24 1980-02-05 Toshiba Corp Superconductive equipment
US4369636A (en) * 1981-07-06 1983-01-25 General Atomic Company Methods and apparatus for reducing heat introduced into superconducting systems by electrical leads
JPS61208206A (ja) * 1985-03-13 1986-09-16 Mitsubishi Electric Corp 超電導マグネツト
JPS63157903U (zh) * 1987-04-01 1988-10-17
JPH0294503A (ja) 1988-09-30 1990-04-05 Sumitomo Heavy Ind Ltd 超電導マグネット装置
US5166776A (en) * 1990-10-20 1992-11-24 Westinghouse Electric Corp. Hybrid vapor cooled power lead for cryostat
JPH04332105A (ja) * 1991-05-07 1992-11-19 Fuji Electric Co Ltd 超電導マグネット装置
JPH05243043A (ja) * 1992-03-02 1993-09-21 Mitsubishi Electric Corp 超電導装置用電流リード
JPH06163252A (ja) * 1992-11-24 1994-06-10 Aqueous Res:Kk 極低温装置
JPH06333737A (ja) * 1993-05-19 1994-12-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガス冷却型電流リード
FR2706196B1 (fr) * 1993-06-08 1995-07-13 Gec Alsthom Electromec Dispositif de transfert d'hélium liquide entre deux appareils à des potentiels différents.
JPH0846254A (ja) * 1994-07-28 1996-02-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 引抜き型電流リード装置
JP3860070B2 (ja) * 1994-11-21 2006-12-20 株式会社ワイ・ワイ・エル 熱電冷却型パワーリード
JPH0983020A (ja) * 1995-09-13 1997-03-28 Fuji Electric Co Ltd 超電導装置用電流リード
FR2745416A1 (fr) 1996-02-22 1997-08-29 Gec Alsthom Electromec Amenee de courant haute tension mixte
JP3824587B2 (ja) * 2003-01-29 2006-09-20 東海旅客鉄道株式会社 超電導磁石装置
WO2008007574A1 (fr) * 2006-07-12 2008-01-17 Hitachi Medical Corporation Aimant supraconducteur, unité d'imagerie par résonance magnétique, et procédé de détermination de la capacité de refroidissement d'un refroidisseur cryogénique
CN100495597C (zh) * 2006-09-30 2009-06-03 中国科学院电工研究所 用于回旋管的传导冷却超导磁体系统
CN201435457Y (zh) 2009-07-06 2010-03-31 中国科学院高能物理研究所 一种用于超导装置的二元引线结构和具有该结构的超导装置
US9182464B2 (en) * 2012-07-27 2015-11-10 General Electric Company Retractable current lead

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