CN105453197A - 用于响应于磁场控制超导磁体系统的冷却回路的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种被配置为控制被设置在对流冷却回路内的气体的流动的阀。能够经由被设置在低温恒温器内的至少一个导电线圈生成的磁场来在打开位置与关闭位置之间致动所述阀。

Description

用于响应于磁场控制超导磁体系统的冷却回路的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2013年7月26日递交的美国临时专利申请号61/858785的权益，此处通过引用将其并入本文。

技术领域

本发明总体而言涉及用于与低温环境中的超导永磁体一起使用的对流冷却回路。

背景技术

超导磁体被用在各种背景下，包括核磁共振(NMR)分析，以及磁共振成像(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电流通过所述一个或多个导电线圈进行循环以创建磁场。

存在许多方式来将(一个或多个)导电线圈维持在低温环境中，使得它们在正常操作期间为超导的。

一种方法是采用冷却回路中的一个或多个冷却管来将气体在(一个或多个)导电线圈与冷站之间进行循环，从而从(一个或多个)导电线圈和冷站传递热量。冷站通常为具有相对大的热质的一些结构，并且能够被用于在制冷系统被关断或不操作时短时段地将导电线圈保持为冷。每当冷站处于比(一个或多个)导电线圈更低的温度处时，(一个或多个)这样的冷却管都可以有效地将热量从导电线圈传递到冷站。

然而，在一些情况下，低温恒温器内的状况有可能退化，并且磁体(即，(一个或多个)导电线圈)的温度可能开始升高。例如，如果针对低温环境的制冷能力丧失时，例如由于针对压缩器的电源的损失(即，断电)，这能够发生。在特定点处，如果对低温恒温器内磁体的环境的冷却未恢复，则磁体的温度将升高，以达到所谓的临界温度，其中，磁场将“淬灭”并且磁体会将其磁能转换为热能。在这种情况下，(一个或多个)导电线圈的温度能够升高到远高于冷站的温度，并且冷站的热沉容量能够被浪费。此外，如果冷站由(一个或多个)导电线圈加热，则其能够需要由低温恒温器的制冷系统再次冷却，以便将超导磁体系统带回到正常操作。这能够使得从淬灭恢复的时间被延长。

额外地，在一些超导磁体系统(例如，所谓的“无液氦(cryofree)系统”)中，磁体被维持在真空环境中并且通过被填充有低温流体(例如液氦)的密封系统(例如，冷板)被冷却。在这样的系统中，有益地，在真空环境内的冷站上或附近提供吸气器，从而吸收可以被释放到真空中的杂散分子，因为这样的杂散分子能够成为用于热传递的机构。在这种情况下，如果允许冷站加热，则已经由吸气器捕获的杂散分子可以被释放到腔中。如果发生这种情况，则能够需要低温恒温器的昂贵且耗时的真空抽气以移除所释放的分子。

因此，在其中导电线圈温度升高的情况下，如磁场被淬灭，期望将导电线圈与冷站热断开或隔离，使得来自导电线圈的热量不加热冷站。更具体地，在其中磁场被淬灭并且导电线圈温度升高的情况下，期望断开冷却回路，所述冷却回路否则会将热量从导电线圈传递到冷站。

然而，因为冷却回路通常在内部具有高气体(例如，氦气)，被设置在高真空环境中，并且在非常低的低温温度处操作，因此人工阀或电磁操纵阀(其也具有大的热耗散)并不非常适于控制冷却回路内的流，例如以当导电线圈由于淬灭而被加热时阻止冷却回路内的循环。

因此，将期望提供一种用于当导电线圈由于淬灭而被加热时，自动阻止冷却回路内的循环，而无需外部控制的方法和设备。

发明内容

本发明的一个方面能够提供一种方法，包括：经由由被设置在低温恒温器内的至少一个导电线圈生成的磁场来在关闭位置与打开位置之间致动对流冷却回路的阀，其中，对所述阀的致动控制被设置在所述对流冷却回路内的气体的流动。

在一些实施例中，所述方法还能够包括还包括经由具有被设置在其中的液氦的密封系统来冷却导电线圈。

在一些实施例中，打开所述对流冷却回路中的所述阀能够包括响应于具有至少阈值磁场梯度的所述磁场，将所述阀的磁反应密封元件关于所述阀的密封表面位移，从而打开所述阀。

在一些实施例中，致动所述对流冷却回路中的所述阀能够包括响应于具有至少阈值磁场梯度的所述磁场将所述阀的磁反应元件位移，其中，将所述磁反应元件位移使得所述阀的非磁性密封元件关于所述阀的密封表面被位移，以打开所述阀。

在一些实施例中，致动所述对流冷却回路中的所述阀能够包括采用重力和由所述气体的压力产生的力中的至少一个，以使得所述阀的密封元件被设置为抵靠所述阀的密封表面，以关闭所述阀。

在一些实施例中，致动所述对流冷却回路中的所述阀能够包括采用由所述阀中的弹簧产生的力，以使得所述阀的密封元件被设置为抵靠所述阀的密封表面，以关闭所述阀。

在一些实施例中，响应于所述磁场致动所述对流冷却回路中的所述阀能够包括施加被取向在与从所述阀的入口到所述阀的出口的所述气体的流动的方向垂直的方向上的所述磁场，以打开所述阀。

在一些实施例中，响应于所述磁场致动所述对流冷却回路中的所述阀能够包括施加被取向在与从所述阀的入口到所述阀的出口的所述气体的流动的方向平行的方向上的所述磁场，以打开所述阀。

本发明的另一方面能够提供一种装置，包括：对流冷却回路；以及阀，其被配置为控制被设置在所述对流冷却回路内的气体的流动，其中，所述阀被配置为经由由被设置在低温恒温器内的至少一个导电线圈生成的磁场来被致动在打开位置与关闭位置之间。

在一些实施例中，所述阀能够包括：密封元件和密封表面，所述密封元件和密封表面被配置为使得当所述导电线圈未被激励时，所述密封元件被配合到所述密封表面，使得所述阀被关闭，从而阻止在所述冷却回路内的所述气体的流动；以及磁反应元件，其中，响应于所述导电线圈的所述磁场，所述磁反应元件被配置为使得所述密封元件关于所述密封表面被位移，使得所述阀被打开并且实现所述冷却回路内的所述气体的所述流动。

在一些实施例中，所述磁反应元件能够包括铁磁性材料。

在一些实施例中，所述密封元件能够包括所述磁反应元件。

在一些实施例中，所述密封元件能够为非磁性的，并且所述磁反应元件能够被附接到所述密封元件，使得当所述磁反应元件由所述导电线圈的所述磁场来位移时，所述磁反应元件继而能够将所述密封元件关于所述密封表面位移，使得所述阀被打开。

在一些实施例中，当所述导电线圈未被激励时，所述密封元件能够至少部分地由重力被保持抵靠所述密封表面，以关闭所述阀。

在一些实施例中，所述阀还能够包括弹簧，其中，当所述导电线圈未被激励时，所述密封元件能够至少部分地通过由所述弹簧产生的力被保持为抵靠所述密封表面，以关闭所述阀。

在一些实施例中，所述阀还包括具有梁和支点的杠杆，其中，所述磁反应元件能够被设置在所述支点的第一侧处的所述杠杆的第一端部处，并且所述密封元件能够被设置在所述支点的第二侧处的所述杠杆的第二端部处，其中，当所述磁反应元件由所述导电线圈的所述磁场来位移时，所述磁反应元件能够操作所述杠杆，从而将所述密封元件关于所述密封表面位移，使得所述阀能够被打开。

本发明的又另一方面能够提供一种装置，包括：冷却管，其被配置为通过其使气体循环，以允许热能从第一设备被传递到第二设备；阀，其被设置在所述冷却管的气体流动路径中。所述阀能够包括：阀壳体，其具有入口和出口；以及密封元件和密封表面，其被设置在所述壳体内，其中，所述密封元件被配置为经由磁场关于所述密封表面被位移，以在打开位置与关闭位置之间切换所述阀。

在一些实施例中，所述密封元件能够被配置为在所述磁场不存在时被配合到所述密封表面，以关闭所述阀并且阻止在所述入口与所述出口之间的所述气体的流动，并且还被配置为在所述磁场存在时关于所述密封表面被位移，以打开所述阀并且允许在所述入口与所述出口之间的所述气体的流动。

在一些实施例中，所述密封元件能够包括磁反应材料。

附图说明

通过结合附图考虑下文提供的对示范性实施例的详细描述，将更容易理解本发明。

图1图示了磁共振成像(MRI)装置的示范性实施例。

图2图示了可以被用在MRI装置中的超导磁体系统的示范性实施例。

图3是用于超导磁体系统的重力馈送对流冷却布置的原理图。

图4是图示操作冷却回路的方法的范例实施例的流程图。

图5是图示操作冷却回路的方法的范例实施例的另一流程图。

图6是用于超导磁体系统的冷却回路的磁激活阀的第一示范性实施例的原理图。

图7是用于超导磁体系统的冷却回路的磁激活阀的第二实施例的原理图。

图8是用于超导磁体系统的冷却回路的磁激活阀的第三实施例的原理图。

图9是用于超导磁体系统的冷却回路的磁激活阀的第四实施例的原理图。

图10是用于超导磁体系统的冷却回路的磁激活阀的第五实施例的原理图。

图11是用于超导磁体系统的冷却回路的磁激活阀的第六实施例的原理图。

图12是用于超导磁体系统的冷却回路的磁激活阀的第七实施例的原理图。

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。而是相反，这些实施例被提供为本发明的教导性范例。在本公开和权利要求内，当某物被说成近似具有某个值时，那么这意味着其在该值的10％内，并且当某物被说成具有约某个值时，那么这意味着其在该值的25％内。

图1图示了磁共振成像(MRI)装置100的示范性实施例。MRI装置100可以包括：磁体102；患者台104，其被配置为保持患者10；梯度线圈106，其被配置为至少部分地围绕患者10的至少部分，MRI装置100生成针对所述至少部分的图像；射频线圈108，其被配置为将射频信号应用到正被成像的患者10的至少所述部分，并且更改磁场的对齐；以及扫描器110，其被配置为检测由射频信号引起的磁场中的改变。

MRI装置的总体操作是公知的，并且因此此处将不重复。

图2图示了超导磁体系统200的示范性实施例。超导磁体系统200可以被用在诸如MRI装置100的MRI装置中。

超导磁体系统200可以包括低温恒温器201，所述低温恒温器具有外壳(或外部真空容器)216和被设置在外壳216内的热屏蔽215。热屏蔽215将外壳216内的内部区域214a与被设置在热屏蔽215和外壳216之间的热隔离区域214b至少部分地热隔离。此处，总体而言应当理解，热屏蔽215可以不完全包围内部区域214a。例如，热屏蔽215可以包括开口或膛，用于允许各种结构，诸如冷头210的部分、电线或探头等，在内部区域214a与热隔离区域214b之间穿过。在一些实施例中，热屏蔽215可以包括诸如端部开口的圆柱体的结构，其不是封闭的结构然而总体上在其中定义一区域。其他形状和配置是可能的。

超导磁体系统200也可以包括：持续电流开关207；持续电流开关加热器208；一个或多个导电线圈213；冷头251，其具有与之相关联的第一级元件252和第二级元件253；冷板220；冷站205；冷却回路210；吸气器230；压缩器206；以及磁体控制器280。

总体而言，超导磁体系统200可以具有除图2中所示的那些以外的许多其他元件，包括：例如电源，其用于在系统启动期间向(一个或多个)导电线圈213供电；一个或多个传感器，其被连接到磁体控制器280，以便监测超导磁体系统200的操作；等。

在一个实施例中，持续电流开关207、持续电流开关加热器208、(一个或多个)导电线圈213、第二级元件253、冷板220；冷站205、冷却回路210；以及吸气器230可以被设置在内部区域214a内。冷头251的第一级元件252可以被设置在热隔离区域214b内。压缩器206和控制器280可以被设置在低温恒温器201外部。

有益地，外壳216之内的内部区域214a和热隔离区域214可以包括真空空间，其中，已移除了任何气体、液体等，包括除定义的结构(例如，第二持续电流开关207、持续电流开关加热器208、(一个或多个)导电线圈213、第二级元件253、冷板220；冷站205、冷却回路210；以及吸气器230等)占据的区以外的第一真空。

在一些实施例中，热屏蔽215可以被热耦合或连接到冷头251的第一级元件252。

(一个或多个)导电线圈213可以由高导电材料制成，所述高导电材料诸如是铜、黄铜或铝，并且有益地具有低电阻。

冷站205可以为热质(热存储元件)或热沉，其曹组性地被维持在低的温度(例如，诸如约4K的低温温度)并且具有“大”热质-即，比(一个或多个)导电线圈213的大得多的热质，并且有益地可以为(一个或多个)导电线圈213的热质的若干倍。因此，冷站205可以经由冷却回路210从(一个或多个)导电线圈213吸收热量，而没有与在不从其传递热量时(一个或多个)导电线圈214会发生的相比，温度上小得多的上升。在一些实施例中，冷站205可以被附接到冷头251，或为冷头251的部分，例如第二级元件253通过冷却回路221冷却冷站。

冷却回路210可以包括被布置在闭合回路中的闭合管(例如，铜管)，所述闭合管具有在其中提供的冷却气体(例如，氦气)。在一些实施例中，氦冷却气体可以在大于大气压的压力下。

在一些实施例中，冷却回路210可以为重力馈送对流冷却回路并且可以包括将冷气体(例如，氦气)进行循环的管，从而将热量从(一个或多个)导电线圈214传递到冷站205。在这种情况下，与(一个或多个)导电线圈213相比，冷站205被设置在关于地的更高海拔或位置处，使得重力引起在从冷站205到(一个或多个)导电线圈214的方向上的流。由于重力馈送对流冷却操作，冷却回路210可以每当冷站205处于比(一个或多个)导线线圈213更低的温度(更冷)时，有效地经由对流将热量从(以个或多个)导电线圈213传递到冷站205，但是每当冷站205处于比(一个或多个)导电线圈213更高的温度(更热)时，“切断”。

吸气器230可以操作为吸收变得存在于低温恒温器201的真空环境中的杂散分子。在一些实施例中，吸气器230(例如，活性炭设备)能够需要被维持在冷的温度(例如，<约20°K)处，以吸收并保持杂散分子；否则吸气器230能够将杂散分子释放回到真空环境中。在这种情况下，将吸气器230定位在冷站205上或附近是有益的。

在一些实施例中，磁体控制器280可以包括存储器(例如，易失性和/或非易失性存储器)和处理器(例如，微处理器)。处理器可以被配置为运行被存储在存储器中的计算机程序指令，以令磁体系统300执行如本文中描述的一个或多个动作和/或过程。

现在将参考图2描述对超导磁体系统100的示范性操作的解释。

在操作中，冷板220能够为密封系统，其具有被设置在其中的低温流体(例如，液氦或气态氦)。冷头201由压缩器206驱动，以冷却冷板220中的低温流体。继而，冷板220将(一个或多个)导电线圈213冷却到超导温度(例如，约4°K)，其中，(一个或多个)导电线圈213为超导的。

在启动或磁体激励期间，(一个或多个)导电线圈213被充电以产生具有期望磁场梯度的磁场。为了实现这，持续电流开关加热器208(例如，在磁体控制器380的控制下)被激活或导通，从而将持续电流开关207加热到电阻模式温度，所述温度大于其超导温度。当持续电流开关207被加热到电阻模式温度时，其处于电阻状态，其中，阻抗优选地在几个欧姆或几十欧姆的范围中。针对处于电阻状态中的持续电流开关207，(一个或多个)导电线圈213通过施加来自电源(在低温恒温器201外部并且未在图2中被图示)的功率而被激励。这能够经由导电充电链路(也未在图2中被图示)来执行，从而使得(一个或多个)导电线圈213产生磁场。由(一个或多个)导电线圈213产生的磁场可以通过继续从电源供应功率，斜坡上升到期望或目标磁场梯度。

在(一个或多个)导电线圈213已经被激励以生成期望磁场强度的磁场之后，持续加热器开关208(例如，在磁体控制器380的控制下)被停用或关断，并且电源与(一个或多个)导电线圈213断开，磁体系统200过渡到正常操作状态，其中，其将其电流和磁场维持在“持续模式”中。

图2中图示的布置提供两种冷却机制或手段，来驱散来自(一个或多个)导电线圈213的热量并且将(一个或多个)导电线圈213保持为冷。然而，尽管示出用于散热的仅两种冷却机制或手段，但本发明的其他实施例能够包括针对(一个或多个)导电线圈213的任何数量的热交换级/元件和散热路径。

图2中图示的用于驱散来自(一个或多个)导电线圈213的热量的主要机制是经由冷板220，所述冷板在正常操作期间，经由冷头251由压缩器206持续冷却。冷板220能够将在内部区域214a的内部真空空间中的(一个或多个)导电线圈213维持在低温温度(例如，约4°K)，使得(一个或多个)导电线圈213为超导的，并且操作在持续模式中，以生成其磁场。

然而，有可能主要冷却机制能够变得不运行，例如由于压缩器206的故障，或者由于用于操作压缩器206的AC主电源的损失。

在这种情况下，当经由压缩器206和冷头251的主要冷却机制不操作时，然后包括冷却回路210和冷站206的次级或备用冷却机制可以操作为驱散来自(一个或多个)导电线圈213的热量。备用机制可以操作一时间段，以延迟或阻止由(一个或多个)导电线圈213生成的磁场的淬灭，例如可以允许主要冷却机制恢复(例如，通过修复或替换压缩器206、恢复针对压缩器206的电源，等)的一时间段。

尤其是，在冷却回路210为重力馈送对流冷却回路时，只要(一个或多个)导电线圈213处于比冷站205更低的温度(更冷)，例如在超导磁体系统200的正常操作期间，然后在有益特征中，实质性量的热量将不从冷站205被传递到(一个或多个)导电线圈213，因为冷却回路210内将不发生对流，这是因为冷站205被设置在与(一个或多个)导电线圈213相比关于地更高海拔或位置处。另一方面，如果主要冷却机制未能操作，并且(一个或多个)导电线圈213的温度升高到大于这或者冷站206，那么冷却回路210的对流动作能够将热量从(一个或多个)导电线圈213传递到冷站205。

然而，如果主要冷却机制保持不运行一延长的时间段，则(一个或多个)导电线圈213的温度能够继续升高并且最终超过(一个或多个)导电线圈为超导的最高温度。在该点处，(一个或多个)导电线圈213中的电阻损耗变得可观，磁场被淬灭，并且由于磁场能量在(一个或多个)导电线圈213中被转换为热能，因此(一个或多个)导电线圈213更快速地加热。

如上文解释的，如果这应当发生，则(一个或多个)导电线圈213的温度可以升高到远高于冷站205的温度，并且冷站206的热沉容量能够被浪费。此外，如果冷站205由(一个或多个)导电线圈213加热，则其能够需要由低温恒温器的制冷系统(例如，压缩器206、冷头251和冷板220)再次冷却，以便将超导磁体系统200带回到正常操作。这能够令从淬灭恢复的时间被延长。

额外地，如果冷站205的温度由(一个或多个)导电线圈213的热量快速加热，这继而可以将吸气器230加热到高于其最高运行温度的温度(例如，>约20°K)，使得已经由吸气器230捕获的杂散分子可以被释放到腔216中。如果这发生，则能够需要低温恒温器201的昂贵且耗时的真空抽气以移除所释放的分子。

因此，超导磁体系统200也包括在冷却回路210的气体流动路径中的磁控制或磁激活阀209。磁激活阀209可以操作为使得当(一个或多个)导电线圈213被激励为产生具有至少阈值磁场梯度的磁场时，该磁场使得(例如，直接使得)磁激活阀209打开，从而允许通过阀并且在冷却回路210内的气体的流动。另一方面，当(一个或多个)导电线圈213不产生具有至少阈值磁场梯度的磁场时，磁激活阀209被自动关闭，从而阻止跨或通过磁激活阀209并且在冷却回路210内的气体的流动。

将参考图3提供对磁激活阀和冷却回路的示范性操作的另外的解释。图3为用于诸如超导磁体系统200的超导磁体系统的重力馈送对流冷却布置30的原理图。

在重力馈送对流冷却布置300中，冷站205被设置在与(一个或多个)导电线圈213相比关于地更高的海拔或位置处。

当(一个或多个)导电线圈213被激励以产生具有至少阈值磁场梯度的磁场时，磁激活阀209通过或者响应于磁场而被打开，从而允许通过磁激活阀209的气体的流动。

只要磁激活阀209是打开的，当冷站205处于比(一个或多个)导电线圈213更低的温度(更冷)处时，然后冷却回路210内的气体(例如，冷却的氦)可以通过对流和重力进行循环，以将热能(热量)从(一个或多个)导电线圈213承载或传递到冷站205。亦即，当磁激活阀209通过由(一个或多个)导电线圈213产生的磁场而打开时，并且当冷站205处于比(一个或多个)导电线圈213更低的温度(更冷)时，然后由冷站206冷却的气体由重力通过冷却回路210从冷站205馈送到(一个或多个)导电线圈213，其中，气体吸收热能并被加热。该加热的气体然后通过对流从(一个或多个)导电线圈213向上被承载通过冷却回路210。然而，即使磁激活阀209通过由(一个或多个)导电线圈213产生的磁场被打开，当冷站205处于比(一个或多个)导电线圈213更高的温度处(更热)时，然后加热的气体将不在(一个或多个)导电线圈213与冷站205之间流动，这是由于冷站205被设置在与(一个或多个)导电线圈213相比关于地的更高海拔或位置处的事实布置。

另一方面，当(一个或多个)导电线圈213不产生具有至少阈值磁场梯度的磁场时，磁激活阀209被自动关闭，从而阻止通过磁激活阀209的气体的流动，从而阻止在冷却回路210内的气体的循环。这抑制或阻止热量经由冷却回路210中的气体从(一个或多个)导电线圈213到冷站206的传递。

充当针对磁激活阀209的打开和关闭的阈值或切换点的阈值磁场梯度可以通过磁激活阀209的设计以及其关于(一个或多个)导电线圈213的位置来选择，使得磁激活阀209将在超导磁体系统200的正常操作期间响应于由(一个或多个)导电线圈213生成的磁场而保持打开，但是如果由(一个或多个)导电线圈213生成的磁场的淬灭发生，或者如果这样的淬灭即将来临，则将关闭。

图4为图示操作冷却回路的方法400的范例实施例的流程图。

在操作410中，在低温恒温器内提供至少一个导电线圈，所述低温恒温器例如为诸如如上文描述的超导磁体系统200的超导磁体系统的低温恒温器。

在操作420中，在低温恒温器内提供对流冷却回路。对流冷却回路具有被设置在其中的气体，例如冷却的氦。

在操作430中，经由由被设置在低温恒温器内的至少一个导电线圈生成的磁场，来在关闭位置与打开位置之间致动对流冷却回路的阀。

在操作440中，对阀的致动控制被设置在对流冷却回路内的气体的流动。

图5为图示操作冷却回路的方法500的范例实施例的另一流程图。尤其是，方法500为操作诸如上文讨论的冷却回路210的冷却回路的方法，其中，所述冷却回路被提供有诸如磁激活阀209的磁激活阀。

在操作510中，在低温恒温器内提供至少一个导电线圈，所述低温恒温器例如为诸如如上文描述的超导磁体系统200的超导磁体系统的低温恒温器。

在操作520中，在低温恒温器内提供对流冷却回路。所述对流冷却回路具有被设置在其中的气体，例如冷却的氦。

在操作530中，出现分支，其中，方法500取决于导电线圈是否被激励以产生具有至少阈值磁场梯度的磁场，而跟随沿两条路径中的一条。

如果导电线圈被激励以产生具有至少阈值磁场梯度的磁场或者当导电线圈被激励以产生具有至少阈值磁场梯度的磁场时，则方法500分支到操作540，其中，对流冷却回路的气体流动路径中的磁激活阀响应于具有至少阈值磁场梯度的磁场而被打开。亦即，由导电线圈产生的磁场使得磁激活阀打开。这使得气体能够跨磁激活阀并且在对流冷却回路内流动。在这种情况下，在操作545中，当低温恒温器内的冷站处于比导电线圈更低的温度处(更冷)时，然后热能(热量)可以经由对流冷却回路内的气体的流动而从导电线圈被传递到冷站。

另一方面，如果导电线圈未被激励以产生具有至少阈值磁场梯度的磁场或者当导电线圈未被激励以产生具有至少阈值磁场梯度的磁场时，则方法500分支到操作550，其中，对流冷却回路的气体流动路径中的磁激活阀自动被关闭。这阻止气体跟随跨磁激活阀并且在对流冷却回路内的流动。在这种情况下，在操作555中，热能(热量)经由对流冷却回路内的气体的流动从导电线圈到冷站的传递被抑制或者阻止。

图6为用于超导磁体系统的对流冷却回路的磁激活阀600的第一实施例的原理图。应当理解，图6-图12旨在图示磁激活阀的各个实施例的操作的一些主要元件和原理，而不旨在为任何一个或多个实际设备的工程图。在图6-图12中原理性地图示的磁激活阀可以为图2和图3的磁激活阀209，以及上文在图4的方法400和图5的方法500中描述的磁激活阀的各个实施例。

磁激活阀600包括入口602、出口604、壳体610、密封元件620，以及密封表面630。磁激活阀600也包括磁反应元件；亦即，经受通过磁场梯度被移动的元件。在一些实施例中，磁反应元件可以包括磁体。在其他实施例中，磁反应元件可以包括铁磁性材料，诸如铁、镍、钴、坡莫合金、钇铁石榴石(YIG)等。在磁激活阀600中，密封元件620是或者包括磁反应元件。

磁激活阀600可以被包括或集成在冷却回路中，所述冷却回路例如为如图3中图示的重力馈送对流冷却回路。在这种情况下，入口602可以位于出口604的“上游”，使得气体(例如，冷却的氦)可以从冷却回路的上游部分被接收并且进入壳体610，并且当磁激活阀600打开时可以从出口604离开到冷却回路的下游部分中。

在一些实施例中，壳体610可以为管形的。壳体610除了入口602和出口604以外可以为密封的。有益地，壳体610由可被由磁激活阀600外部的超导磁体(例如，(一个或多个)导电线圈)产生的磁场穿透的一种或多种材料构建。

磁激活阀600可以借助于被压迫抵靠或配合到密封表面630的密封元件620而被关闭，从而阻止通过磁激活阀600的气体的流动，并且从而也阻止在冷却回路内的气体的循环。在磁激活阀600中，密封元件620可以通过以下两种力中的一种或两者被压迫抵靠或配合到密封表面630：(1)重力，以及(2)壳体610、磁激活阀600和冷却回路中的气体的压力。

图6的左手侧图示了在其中在不存在由在磁激活阀600和阀壳体610外部的超导磁体(例如，(一个或多个)导电线圈)产生的高于阈值量的磁场时，磁激活阀600通过上文提到的力中的一种或两种被自动关闭的情况。因此，例如，如果这样的超导磁体的磁场被淬灭并且磁能被转换为加热(一个或多个)导电线圈的热能，则磁激活阀600可以在磁场不存在时被关闭，从而抑制热能(热量)从(一个或多个)导电线圈到冷站的传递，如上文描述的。

另一方面，图6的右手侧图示了在其中由在磁激活阀600外部的超导磁体(例如，(一个或多个)导电线圈)产生磁场20的情况。当磁场20具有足够的场梯度时，磁场使得密封元件620(其如上文所解释的为或者包括磁反应元件)关于密封表面630移动或被位移，从而打开磁激活阀600，实现通过磁激活阀600的体气的流动，并且从而也实现在冷却回路内的气体的循环。

在磁激活阀600中，来自(一个或多个)外部导电线圈的磁场20被取向在垂直于从磁激活阀600的入口602到出口的气体的流动的方向，并且也垂直于重力的力的方向上。

图7为用于超导磁体系统的对流冷却回路的磁激活阀700的第二实施例的原理图。

磁激活阀700类似于磁激活阀600地被构建和操作，因此仅讨论两个阀之间的差异。

不同于磁激活阀600，磁激活阀700包括弹簧710，所述弹簧对密封元件602施加力，从而在不存在磁场20时，将密封元件620压迫抵靠或者，将密封元件620配合，到密封表面630。

图7的左手侧图示了在其中在不存在由在磁激活阀700和阀壳体610外部的超导磁体(例如，(一个或多个)导电线圈)产生的高于阈值量的磁场时，磁激活阀700通过弹簧710的力以及以下自动被关闭的情况：(1)重力，以及(2)壳体610中的气体的压力。因此，例如，如果这样的超导磁体的磁场被淬灭并且磁能被转换为加热(一个或多个)导电线圈的热能，则磁激活阀700可以在磁场不存在时被关闭，从而抑制热能(热量)从(一个或多个)导电线圈到冷站的传递，如上文所描述的。

另一方面，图7的右手侧图示了在其中由在磁激活阀700外部的超导磁体(例如，(一个或多个)导电线圈)产生磁场20的情况。当磁场20具有足以克服弹簧710的力，以及：(1)重力以及(2)壳体610中的气体的压力的场梯度时，磁场使得密封元件620(其如上文所解释的为或者包括磁反应元件)关于密封表面630移动或被位移，从而打开磁激活阀600，从而实现通过磁激活阀600的气体的流动，并且从而也实现在冷却回路内的气体的循环。

在磁激活阀700中，来自(一个或多个)外部导电线圈的磁场20被取向在平行于从磁激活阀600的入口602到出口的气体的流动的方向，并且也平行于重力的力的方向上。

图8为用于超导磁体系统的对流冷却回路的磁激活阀800的第三实施例的原理图。

磁激活阀800类似于磁激活阀700地被构建和操作，因此仅讨论两个阀之间的差异。磁激活阀700与磁激活阀800之间的主要差异如下。在磁激活阀700中，密封表面630被设置在出口604处，并且磁激活阀700在出口604处被关闭。相比之下，在磁激活阀800中，密封表面630被设置在入口602处，并且磁激活阀800在入口602处被关闭。针对如所示垂直地被取向的磁激活阀800，然后弹簧710的力操作在密封元件620上以对抗重力的力。

图9为用于超导磁体系统的对流冷却回路的磁激活阀900的第四实施例的原理图。

磁激活阀900类似于磁激活阀600地被构建和操作，因此仅讨论两个阀之间的差异。

磁激活阀900包括或者具有与之相关联的在壳体610外部的磁体910。在一些实施例中，磁体910可以包括一个或多个导电线圈，其由电源通过外部电线912、驱动。外部磁体910可以被用于对磁激活阀900的测试，和/或用于在其中来自(一个或多个)外部导电线圈的磁场20不能打开磁激活阀900时用于打开磁激活阀900的应急备份。

尽管磁激活阀900具有被设置在入口602处的磁体910，但是在其他实施例中，磁激活阀900可以具有被设置在出口604或者其他合适的位置处的磁体910，使得当磁体910被激励时，由磁体910产生的磁场能够移动密封元件620或将密封元件620关于密封表面630位移，并且从而打开磁激活阀900。也应当理解，在各个实施例中，磁体910可以被添加到在图6-图8和图10-图12中图示的磁激活阀或与之相关联。

图10为用于超导磁体系统的对流冷却回路的磁激活阀1000的第五实施例的原理图。

磁激活阀1000类似于磁激活阀700地被构建和操作，因此除了在磁激活阀700被垂直地取向时，磁激活阀1000关于地水平地被取向。因此，不同于针对磁激活阀700的情况，针对磁激活阀1000，重力的力不关闭或辅助关闭阀。应当理解，在其他实施例中，阀可以水平地被取向，所述阀在其他情况下与磁激活阀800和磁激活阀900相同。

图11为用于超导磁体系统的对流冷却回路的磁激活阀1100的第六实施例的原理图。

磁激活阀1100类似于磁激活阀1000地被构建和操作，因此将仅讨论两个阀之间的差异。

磁激活阀1100包括磁反应元件1110，所述磁反应元件与密封元件1120分离但被连接到密封元件1120。此处，密封元件1120可以为非磁反应的。例如，密封元件1120可以由任何橡胶、塑料、非磁性金属，或它们的任何组合制成。在磁激活阀1100中，磁反应元件1110通过连接元件1125被连接或附接到密封元件1120。在一些实施例中，连接元件1125可以为非磁反应的。在一些实施例中，连接元件1125可以包括柔性或可压缩材料，诸如橡胶。在一些实施例中，连接元件1125可以包括弹簧。在一些实施例中，连接元件1125可以被省略并且磁反应元件1110可以直接被连接到密封元件1120。

图11的左手侧图示了在其中在不存在由在磁激活阀1100和阀壳体610外部的超导磁体(例如，(一个或多个)导电线圈)产生的高于阈值量的磁场时，磁激活阀1100通过弹簧710在磁反应元件1110上，并且从而在密封元件上的力自动被关闭的情况。因此，例如，如果这样的超导磁体的磁场被淬灭并且磁能被转换为加热(一个或多个)导电线圈的热能，则磁激活阀1100可以在不存在磁场时被关闭，从而抑制热能(热量)从(一个或多个)导电线圈到冷站的传递，如上文描述的。

另一方面，图11的右手侧图示了在其中由在磁激活阀1100外部的超导磁体(例如，(一个或多个)导电线圈)产生磁场20的情况。当磁场20具有足以克服弹簧710的力的磁场强度时，磁场使得磁反应元件1110关于密封表面630移动或被位移，这继而关于密封表面630将密封元件1120移动或位移，从而打开磁激活阀1100，从而实现通过磁激活阀1100的气体的流动，并且从而也实现在冷却回路内的气体的循环。

应当理解，将磁反应元件与密封元件分离的原理可以适用于磁激活阀的其他实施例，例如磁激活阀700、800、900等。

图12为用于超导磁体系统的对流冷却回路的磁激活阀1200的第七实施例的原理图。

磁激活阀1200采用杠杆作用，所述杠杆作用例如可以用于减小打开磁激活阀1200能够需要的磁力的量。磁激活阀1200包括杠杆，所述杠杆具有梁1215和支点1225，并且其中，磁反应元件1110被设置在支点1225的第一侧处的杠杆的第一端部处，并且密封元件1220被设置在支点1225的第二侧处的杠杆的第二端部处。磁反应元件1110可以被附接到梁1215的第一端部或与之集成，并且密封元件1220可以被附接到梁1215的第二端部或与之集成。

图12的左手侧图示了这样的情况，其中，在不存在由在磁激活阀1200和阀壳体610外部的超导磁体(例如，(一个或多个)导电线圈)产生的高于阈值量的磁场时，磁激活阀1200通过弹簧710在磁反应元件1110上的力，并且从而经由梁1215和支点1225在密封元件1220上的杠杆作用，自动被关闭。因此，例如，如果这样的超导磁体的磁场被淬灭并且磁能被转换为加热(一个或多个)导电线圈的热能，则磁激活阀1200可以在磁场不存在时被关闭，从而抑制热能(热量)从(一个或多个)导电线圈到冷站的传递，如上文描述的。

另一方面，图12的右手侧图示了在其中由在磁激活阀1200外部的超导磁体(例如，(一个或多个)导电线圈)产生磁场20的情况。当磁场20具有足以克服弹簧710的力的磁场梯度或扭矩时，磁场使得磁反应元件1210移动或被位移，这继而关于密封表面630将密封元件1220移动或位移，从而打开磁激活阀1200，从而实现通过磁激活阀1200的气体的流动，并且从而也实现在冷却回路内的气体的循环。由于杠杆作用，在一些实施例中，通过磁场20的磁反应元件1210的仅相对小的移动或位移可以产生关于密封表面630的密封元件1220的较大位移或移动。

尽管上文已描述了阀的实施例，其被配置为在不存在磁场时正常被关闭，并且经由由超导磁体(例如，(一个或多个)导电线圈)产生的磁场20被打开，但是在其他实施例中，阀可以被重新配置为在不存在磁场时正常被打开，并且经由磁场20被关闭。作为简单的范例，考虑图8，如果密封部件620在不存在磁场时的标称位置为与密封表面630分离并隔离，如在图8的右手侧所示，并且如果磁场20的方向被反转，则阀可以在不存在磁场时正常被打开，并且可以经由磁场20被关闭，如在图8的左手侧所示。也预期了这样的阀的其他配置。

尽管在本文中公开了优选实施例，但许多变型是可能的，其仍在本发明的原理和范围内。在对说明书、附图和权利要求的审视之后，这样的变型将对本领域普通技术人员而言变得清楚。因此本发明除了在所附权利要求的范围内以外不被限制。

Claims (20)

1.一种方法，包括：

经由由被设置在低温恒温器内的至少一个导电线圈生成的磁场来在关闭位置与打开位置之间致动对流冷却回路的阀，

其中，对所述阀的致动控制被设置在所述对流冷却回路内的气体的流动。

2.如权利要求1所述的方法，还包括经由具有被设置在其中的液氦的密封系统来冷却所述至少一个导电线圈。

3.如权利要求1所述的方法，其中，致动所述对流冷却回路中的所述阀包括响应于具有至少阈值磁场梯度的所述磁场，将所述阀的磁反应密封元件关于所述阀的密封表面位移，以打开所述阀。

4.如权利要求1所述的方法，其中，致动所述对流冷却回路中的所述阀包括响应于具有至少阈值磁场梯度的所述磁场将所述阀的磁反应元件位移，其中，将所述磁反应元件位移使得所述阀的非磁性密封元件关于所述阀的密封表面被位移，以打开所述阀。

5.如权利要求1所述的方法，其中，致动所述对流冷却回路中的所述阀包括采用重力和由所述气体的压力产生的力中的至少一个，以使得所述阀的密封元件被设置为抵靠所述阀的密封表面，以关闭所述阀。

6.如权利要求1所述的方法，其中，致动所述对流冷却回路中的所述阀包括采用由所述阀中的弹簧产生的力，以使得所述阀的密封元件被设置为抵靠所述阀的密封表面，以关闭所述阀。

7.如权利要求1所述的方法，其中，响应于所述磁场致动所述对流冷却回路中的所述阀包括施加被取向在与从所述阀的入口到所述阀的出口的所述气体的流动的方向垂直的方向上的所述磁场，以打开所述阀。

8.如权利要求1所述的方法，其中，响应于所述磁场致动所述对流冷却回路中的所述阀包括施加被取向在与从所述阀的入口到所述阀的出口的所述气体的流动的方向平行的方向上的所述磁场，以打开所述阀。

9.一种装置，包括：

对流冷却回路；以及

阀，其被配置为经由由被设置在低温恒温器内的至少一个导电线圈生成的磁场来被致动在打开位置与关闭位置之间，

其中，所述阀控制被设置在所述对流冷却回路内的气体的流动。

10.如权利要求9所述的装置，其中，所述阀包括：

密封元件和密封表面，其被配置为使得当所述导电线圈未被激励时，所述密封元件被配合到所述密封表面，使得所述阀被关闭，从而阻止在所述冷却回路内的所述气体的所述流动，以及

磁反应元件，

其中，响应于所述导电线圈的所述磁场，所述磁反应元件被配置为使得所述密封元件关于所述密封表面被位移，使得所述阀被打开并且实现所述冷却回路内的所述气体的所述流动。

11.如权利要求10所述的装置，其中，所述磁反应元件包括铁磁性材料。

12.如权利要求10所述的装置，其中，所述密封元件包括所述磁反应元件。

13.如权利要求10所述的装置，其中，所述密封元件为非磁性的，并且其中，所述磁反应元件被附接到所述密封元件，使得当所述磁反应元件由所述导电线圈的所述磁场来位移时，所述磁反应元件继而将所述密封元件关于所述密封表面位移，使得所述阀被打开。

14.如权利要求10所述的装置，其中，当所述导电线圈未被激励时，所述密封元件至少部分地通过重力被保持为抵靠所述密封表面，以关闭所述阀。

15.如权利要求10所述的装置，其中，所述阀还包括弹簧，其中，当所述导电线圈未被激励时，所述密封元件至少部分地通过由所述弹簧产生的力被保持为抵靠所述密封表面，以关闭所述阀。

16.如权利要求10所述的装置，其中，所述阀还包括具有梁和支点的杠杆，并且其中，所述磁反应元件被设置在所述支点的第一侧处的所述杠杆的第一端部处，并且所述密封元件被设置在所述支点的第二侧处的所述杠杆的第二端部处，其中，当所述磁反应元件由所述导电线圈的所述磁场来位移时，所述磁反应元件操作所述杠杆，从而将所述密封元件关于所述密封表面位移，使得所述阀被打开。

17.如权利要求9所述的装置，还包括与所述导电线圈分离并且远离所述导电线圈的磁体，其中，所述磁体与所述阀关联并且被配置为使得当所述磁体被激励时，所述阀被打开。

18.一种装置，包括：

冷却管，其被配置为通过其使气体循环，以允许热能从第一设备被传递到第二设备；以及

阀，其被设置在所述冷却管的气体流动路径中，所述阀包括：

阀壳体，其具有入口和出口，以及

密封元件和密封表面，其被设置在所述壳体内，其中，所述密封元件被配置为经由磁场关于所述密封表面被位移，以在打开位置与关闭位置之间切换所述阀。

19.如权利要求18所述的装置，其中，所述密封元件被配置为在所述磁场不存在时被配合到所述密封表面，以关闭所述阀并且阻止在所述入口与所述出口之间的所述气体的流动，并且还被配置为在所述磁场存在时关于所述密封表面被位移，以打开所述阀并且允许在所述入口与所述出口之间的所述气体的流动。

20.如权利要求18所述的装置，其中，所述密封元件包括磁反应材料。