CN105225787A - 氦气冷却磁共振超导磁体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氦气冷却磁共振超导磁体，包括真空容器，真空容器内部具有用以设置低温容器的容纳腔，容纳腔内还设置有用以减小室温向低温容器辐射漏热的冷屏；低温容器内设置有超导线圈；制冷机固定在真空容器上；制冷机的一级冷头与冷屏连接、其二级冷头位于低温容器中，氦气冷却磁共振超导磁体还包括用以向低温容器内充入气态氦的氦气管，氦气管包括伸出至真空容器之外的伸出端，伸出端设置有用以避免在氦气冷却磁共振超导磁体运行时或超导线圈失超时气态氦泄露的密封球阀。低温容器内的气态氦具体为在室温时为1至10个大气压力的气态氦。上述氦气冷却磁共振超导磁体，能够提高氦气的利用率，简化超导磁体的维护过程。

Description

氦气冷却磁共振超导磁体

技术领域

本发明涉及超导磁体技术领域，特别涉及一种氦气冷却磁共振超导磁体。

背景技术

随着我国经济建设的快速发展，市场对于各种类型的氦气冷却磁共振超导磁体的需求日益增加。

通常来说，磁共振超导磁体使用液氦作冷却剂。随着核磁共振成像系统的普及和其他高端科学仪器的数量增加，全球氦需求量每年以4％～6％的速率增加，液氦价格受需求与供给双重影响逐年持续攀升。由于氦气主产区为美国、俄罗斯等国家，这些国家通过立法手段限制氦出口，全球产量逐年下降，仅美国每年就下降5-6％。中国95％的氦用量需要进口，将来会因为缺少液氦，导致磁共振成像装置使用受到严重影响。另外，如果发生失超，液氦会逸出磁体，必须补充液氦才能恢复使用。而在偏远地区，液氦由于交通不便难以获得，这就影响了磁共振的普及。

在现有技术中，磁共振磁体的冷却方式主要是用氦的气-液两相系统作为传热介质，该系统在1大气压下温度稳定在4.2K，磁体运行中本身产生的热量和外部漏入的热量通过液氦蒸发成气态氦带走，通过小型制冷机二级冷头冷凝蒸发出来的气氦重新变回到液氦，维持系统的动态热平衡。随着小型制冷机性能的大幅提高，固体传导冷却方式被提出来，用以替代上述氦冷却系统。该方式是在超导磁体和制冷机二级冷头之间用无氧铜来代替氦气传递热量，这样便能够避免使用氦气，降低设备的生产与维护成本。但是为了满足热传导条件，超导磁体的结构需要进行复杂的改变并且会影响到磁共振磁体的性能。因此，磁共振磁体目前仍然较为广泛地使用液态氦作为制冷介质。

发明内容

本发明的目的是提供一种氦气冷却磁共振超导磁体，该氦气冷却磁共振超导磁体可以解决无液氦热传导和超导磁体失超时氦气泄露的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种氦气冷却磁共振超导磁体，包括真空容器，所述真空容器内部具有用以设置低温容器的容纳腔，所述容纳腔内还设置有用以减小室温向所述低温容器辐射漏热的冷屏；所述低温容器内设置有超导线圈；制冷机固定在所述真空容器上；所述制冷机的一级冷头与所述冷屏连接、其二级冷头位于所述低温容器中；所述氦气冷却磁共振超导磁体还包括用以向所述低温容器内充入气态氦的氦气管，所述氦气管包括伸出至所述真空容器之外的伸出端，所述伸出端设置有用以避免在所述氦气冷却磁共振超导磁体运行时或所述超导线圈失超时所述气态氦泄露的密封球阀。

优选地，所述低温容器内的所述气态氦具体为在室温时为1至10个大气压力的气态氦。

优选地，所述伸出端还设置有用以释放所述气态氦以避免所述低温容器内的压强过大的安全阀。

优选地，所述密封球阀具体为两个相互串联的密封球阀。

优选地，所述低温容器中还设置有压力传感器。

优选地，所述安全阀的个数为两个。

相对于上述背景技术，本发明利用与低温容器连通的氦气管向低温容器内充入气态氦，当低温容器内充气态氦到额定压力后，利用氦气管伸出端的密封球阀关闭系统，即将密封球阀关闭。这样一来，当启动制冷机逐渐冷却低温容器时，低温容器内的氦的压强逐渐降低，直至与制冷机的冷头达到热平衡，从而实现超导磁体在此温度和压强下进行工作；此外，由于真空容器全部密封，正常运行时，空气无法渗入其中；即使气态氦冷却磁共振超导磁体的超导线圈失超，由于低温容器内的压强较小，充入低温容器的气态氦即使受热膨胀也不会发生泄漏。并且由于密封球阀处于关闭状态，进一步避免了气态氦的泄漏，这样能够提高气态氦的利用率，即避免了向低温容器内补充液氦，简化了超导磁体的维护过程。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的氦气冷却磁共振超导磁体的结构示意图。

其中：

1-低温容器、2-冷屏、3-真空容器、4-制冷机、5-氦气管、6-密封球阀、7-安全阀、8-铜法兰。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种氦气冷却磁共振超导磁体，该氦气冷却磁共振超导磁体可以避免氦气的泄露、简化了超导磁体的维护过程。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明实施例所提供的氦气冷却磁共振超导磁体的结构示意图。

在第一种具体实施方式中，本发明实施例所提供的氦气冷却磁共振超导磁体包括真空容器3，本专利中的真空容器3可以由不锈钢等材质制成。真空容器3设置有容纳腔，并且在真空容器3的容纳腔内设置有低温容器1，如说明书附图1所示。此外，低温容器1的材质为不锈钢等材质；需要指出的是，对于本领域普通技术人员来说，真空容器3与低温容器1的材质可以为其他，并不限于本专利所述的不锈钢，其他材质的真空容器3和/或低温容器1均应在本专利的保护范围之内。

需要指出的是，本专利优选将低温容器1和真空容器3均采用我国相关的压力容器标准进行制造，从而有效避免低温容器1和真空容器3的失效，以确保氦气冷却磁共振超导磁体的正常运行。

真空容器3的容纳腔内还设置有冷屏2，也就是说，冷屏2位于低温容器1的外侧，从氦气冷却磁共振超导磁体的内向外依次为低温容器1、冷屏2以及真空容器3；由于冷屏2处于低温容器1与真空容器3之间，冷屏2能够起到减小室温向低温容器1辐射漏热的作用；当然，对于冷屏2的具体设置方式，本专利不作出具体限制，只要其能够实现上述功能、确保氦气冷却磁共振超导磁体的正常运行即可。

通常来说，将超导线圈设置于低温容器1内，并且制冷机4固定在真空容器3上，制冷机4的一级冷头与冷屏2连接，并且制冷机4的二级冷头位于低温容器1中；此外，真空容器3内还设置有铜法兰8，制冷机4与铜法兰8固定连接；具体来说，通过说明书附图1可以看出，制冷机4位于真空容器3上，而制冷机4的二级冷头位于低温容器1中；这样一来，制冷机4的二级冷头能够实现对低温容器1的冷却降温的作用，从而保证低温容器1内的超导线圈在低温作用下正常工作。

本专利中，制冷机4与真空容器3之间的具体相连方式可以根据实际需要而定，本专利并不作出具体限定。

此外，低温容器1还连接有氦气管5，用以向低温容器1内充入气态氦；如上所述，低温容器1设置有超导线圈，超导线圈在气态氦的作用下便能够实现其产生静磁场的功能。

本发明所涉及的氦气冷却磁共振超导磁体，氦气管5伸出至真空容器3的外侧，并将伸出至真空容器3外侧的部分称为伸出端；此外，在伸出端还设置有密封球阀6；这样一来，当低温容器1处于室温时，利用氦气管5向低温容器1内充入气态氦，并且关闭密封球阀6，使得低温容器1内气态氦不会泄露。当启动制冷机4后，与低温容器1连接的制冷机4的冷头逐渐冷却低温容器1，使得充入低温容器1内的1至10个大气压的氦气的压强逐渐降低，直至上述气态氦与制冷机4的冷头达到热平衡，即4.2K(-268.8℃)，此时低温容器1内的压强约为1至14KPa，超导磁体在此温度与压强下进行正常工作。

采用上述设置方式，一方面，由于真空容器3全部密封，在超导磁体正常运行时，外界空气不会进入至真空容器3内；另一方面，由于低温容器1和真空容器3均采用我国相关的压强容器标准进行制造，因此即使当氦气冷却磁共振超导磁体的超导线圈失超时，低温容器1内的压强较小，从而使得充入低温容器1的气态氦不会发生泄漏，并且与低温容器1连通的氦气管5处于封闭状态，从而进一步避免气态氦的泄漏，这样便能够提高气态氦的利用率，即避免了向低温容器1内冲入气态氦，简化了超导磁体的维护过程。

本发明所涉及的氦气冷却磁共振超导磁体，即使设置于低温容器1的超导线圈发生失超现象，低温容器1内的气态氦也不会发生泄漏，从而提高氦气的利用率，极大简化了超导磁体的维护过程。

此外，本专利优选将低温容器1内的气态氦设置为在室温时为1至10个大气压力的气态氦；也就是说，利用密封球阀6向低温容器1内充入1至10个大气压力的气态氦，这样便能够在低温容器1的体积不变的情况下，减小氦的使用量(由原先的充入液态氦变为充入室温时1至10个大气压力的气态氦)，这样一来，在保证超导磁体的工作效率的前提下，能够有效减小氦的使用量，从而节约了资源，降低了超导磁体的维护以及生产成本。

此处优选将密封球阀6设置为两个相互串联的密封球阀；当然，根据实际需要，本发明还可以将密封球阀6设置为其他形式的阀门。

除此之外，低温容器1中还可以设置有压力传感器，以实现对低温容器1内压力的实时监测；压力传感器与低温容器1的连接方式以及压力传感器的具体位置可以依据实际情况而定，本专利并不作出限制。

根据实际需要，伸出端还设置有用以释放气态氦以避免低温容器1内的压强过大的安全阀7。

显而易见地，当氦气冷却磁共振超导磁体的超导线圈失超时，低温容器1中的温度升高，从而导致低温容器1内的气态氦的体积迅速膨胀，在此情况下，可以利用安全阀7将气态氦从低温容器1内释放，从而降低低温容器1内的压强，以避免意外事故的发生。

以上为本发明所提供的氦气冷却磁共振超导磁体的第一个具体实施例，下文将阐述氦气冷却磁共振超导磁体的另一个具体实施例。

与上述实施例相类似的，氦气冷却磁共振超导磁体包括真空容器3、低温容器1、冷屏2、制冷机4、氦气管5以及安全阀7以及密封球阀6等部件，并且其设置方式与上述实施例相类似。

与第一实施例不同之处在于，将安全阀7的个数具体为两个。

具体来说，利用两个串联的安全阀7设置于氦气管5上，从而更加有效的确保超导磁体的正常运行。

此外，密封球阀6设置为两个相互串联的密封球阀，从而避免气态氦从低温容器1内泄露。

当然，根据实际需求，安全阀7以及密封球阀6的个数以及具体设置方式可以有多种选择，并不限于本专利所述的两个具体实施方式，只要安全阀7以及密封球阀6能够满足上述功能即可。此外，本专利中未提到的有关氦气冷却磁共振超导磁体的其他部件可以参考现有技术，此处将不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另一个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的氦气冷却磁共振超导磁体进行了详细介绍。本专利中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种氦气冷却磁共振超导磁体，包括真空容器(3)，所述真空容器(3)内部具有用以设置低温容器(1)的容纳腔，所述容纳腔内还设置有用以减小室温向所述低温容器(1)辐射漏热的冷屏(2)；所述低温容器(1)内设置有超导线圈；制冷机(4)固定在所述真空容器(3)上；所述制冷机(4)的一级冷头与所述冷屏(2)连接、其二级冷头位于所述低温容器(1)中，其特征在于；

所述氦气冷却磁共振超导磁体还包括用以向所述低温容器(1)内充入气态氦的氦气管(5)，所述氦气管(5)包括伸出至所述真空容器(3)之外的伸出端，所述伸出端设置有用以避免在所述氦气冷却磁共振超导磁体运行时或所述超导线圈失超时所述气态氦泄露的密封球阀(6)。

2.根据权利要求1所述的氦气冷却磁共振超导磁体，其特征在于，所述低温容器(1)内的所述气态氦具体为在室温时为1至10个大气压力的气态氦。

3.根据权利要求1或2所述的氦气冷却磁共振超导磁体，其特征在于，所述伸出端还设置有用以释放所述气态氦以避免所述低温容器(1)内的压强过大的安全阀(7)。

4.根据权利要求1或2所述的氦气冷却磁共振超导磁体，其特征在于，所述密封球阀(6)具体为两个相互串联的密封球阀。

5.根据权利要求3所述的氦气冷却磁共振超导磁体，其特征在于，所述低温容器(1)中还设置有压力传感器。

6.根据权利要求3所述的氦气冷却磁共振超导磁体，其特征在于，所述安全阀(7)的个数为两个。