CN107110928B - 用于冷却磁共振成像装置的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于低致冷剂超导磁体的冷却系统包含主要冷却环路，所述主要冷却环路具有含有液体致冷剂的供给的液体蓄池和流体耦合到液体蓄池的多个冷却管，并且处于与超导磁体的热通信中。液体致冷剂被配置用于通过冷却管的循环，以便提供对磁体的主要冷却以用于将磁体冷却到目标温度。所述冷却系统还包含耦合到组件的热电池，所述组件由主要冷却环路来冷却到目标温度，并且所述热电池配置成由主要冷却所冷却并在主要冷却中的中断期间从至少一个组件吸收热量以将磁体维持在大约目标温度。

Description

用于冷却磁共振成像装置的系统和方法

对相关申请的交叉引用

该申请要求对在2014年12月31号提交的U.S.专利申请号14/587,316的优先权，所述U.S.专利申请的整体通过引用被结合于本文中。

背景技术

本发明的实施例一般涉及磁共振成像，并更特定涉及用于冷却磁共振成像装置的系统和方法。

磁共振成像（MRI）机器通过使用由导线的许多线圈或绕组（通过其传递电流）组成的超导磁体生成非常大的磁场来工作。维持大的磁场要求许多能量，以及这使用超导性被完成，其涉及尝试将导线中的阻抗减小到几乎零。这通过将线圈泡（bath）在液体致冷剂（诸如液体氦）的持续供给中，和/或通过在相邻于（或通过）线圈的冷却环路之内循环液体致冷剂而被取得。

在线圈中维持超低温度对于MRI机器的恰当操作是必要的。然而，在操作期间，热量可在超导磁体被倾斜向上（ramped-up）或被倾斜向下（ ramped-down）以生成或以关掉引起的磁场时从电流引线（lead）的阻抗被生成，这可导致致冷剂的汽化离开（boil-off）或蒸发，从而要求补充。

相当可观的研究和开发努力已因此被针对最小化对于补充汽化致冷剂的需要。这已导致闭合环路致冷剂气体再凝结系统的使用，所述系统利用机械的致冷器或低温冷却器（cryocooler）（还已知为冷头（coldhead））以冷却致冷剂气体并将其再凝结回成液体致冷剂以用于再使用。

然而，为置换和/或维修而移除低温冷却器时常变成必要的。因为由相对长“停机时间”以及使磁体恢复超导操作的随后倾斜向上时期所引起的时间和经费，所以合乎需要的是，完成此操作而不用中止磁体的超导操作。

低温冷却器的置换因此必须在检测到问题或维修需要之后和超导操作停止之前的时期中被实行。该时期被已知为穿越时期（ride-through period），在其期间氦汽化离开和超导磁体操作的最后时期持续到超导磁体的失超（quenching）之前。当然，对于带有闭合氦存量的磁体（即，低致冷剂类型磁体），可容许的功率断供的持续期、冷头维修或倾斜剖面（profile）由在带有额外热量负载的以上状况期间汽化离开或蒸发的累积液体氦的体积所限制。当然，典型的传导冷却的或热虹吸管冷却的超导磁体具有用于延长穿越时间的非常小的致冷剂存储。

因此合乎需要的是，能够延长对于低致冷剂超导磁体的穿越时期以提供用于问题的检测和修正（诸如通过致冷器的置换）的足够时间、以经受住功率断供、并还以便避免由超导操作失超而生成可能超过超导导线（用其缠绕磁体线圈）的临界温度的峰值温度的可能性。

发明内容

在一实施例中，一种用于低致冷剂超导磁体的冷却系统被提供。所述冷却系统包含主要冷却环路，所述主要冷却环路具有含有液体致冷剂的供给的液体蓄池和流体耦合到液体蓄池多个冷却管，并且处于与超导磁体的热通信中。液体致冷剂通过冷却管来循环以提供对磁体的主要冷却以用于将磁体冷却到目标温度。所述冷却系统还包含耦合到组件的热电池，所述组件由主要冷却环路来冷却到目标温度，并所述热电池配置成由主要冷却来冷却并在主要冷却中的中断期间从至少一个组件吸收热量以将磁体维持在大约目标温度。

在一实施例中，一种用于低致冷剂超导磁体的冷却系统被提供。所述系统包含具有致冷剂的主要冷却环路，所述致冷剂被配置用于通过所述主要冷却环路的循环。第一冷却环路处于与冷堆（cold mass）的热通信中并配置成将冷堆冷却到目标温度。冷堆包含超导磁体的线圈、用于支持所述线圈的支持壳、和含有致冷剂的液体蓄池中的至少一个。所述系统还包含配置成冷却主要冷却环路之内的致冷剂的低温冷却器、和配置成从与冷堆不同的至少一个组件吸收热量并将从组件到冷堆的热量泄漏（leak）最小化的热电池。

在另一个实施例中，一种冷却成像装置的超导磁体的方法被提供。所述方法包含以下步骤：通过与冷堆处于热通信中的冷却环路来循环液体致冷剂以将冷堆冷却到目标温度，所述冷堆包含超导磁体的线圈、线圈支持壳和含有液体致冷剂的蓄池中的至少一个；以及在热电池经由热电池和冷堆之间的传导从冷堆吸收热量。

在仍有的另一个实施例中，一种冷却成像装置的超导磁体的方法被提供。所述方法包含以下步骤：通过与冷堆处于热通信中的冷却环路来循环液体致冷剂以将冷堆冷却到目标温度，所述冷堆包含超导磁体的线圈、线圈支持壳和含有液体致冷剂的蓄池中的至少一个；以及通过利用热电池从成像装置的组件吸收热量来最小化从所述组件到冷堆的热量泄漏。

附图说明

本发明将从参考附图阅读非限制实施例的以下描述而被更好理解，其中在下面：

图1是依照本发明的一实施例的用于磁共振成像机器的冷却系统的侧截面视图。

图2是图1的系统的示意性示图，其连同磁共振成像机器被示出。

图3是图1的冷却系统的简化框图，示出其热电池的位置。

图4是依照本发明的另一个实施例的冷却系统的简化框图，示出其热电池的位置。

图5是依照本发明的另一个实施例的冷却系统的简化框图，示出其热电池的位置。

图6是依照本发明的另一个实施例的冷却系统的简化框图，示出其热电池的位置。

图7是截面平面视图，其示出用于图6的冷却系统的热电池冷却布置。

图8是截面端视图，其示出用于图6的冷却系统的热电池冷却布置。

具体实施方式

对本发明的示范性实施例的参考将在下面被详细做出，其的示例在附图中被示出。在任何可能之处，贯穿图使用的相同引用字符指的是相同或相似部分。尽管本发明的实施例被描述为旨在用于与MRI机器中实施的超导磁体一起使用，但本发明可还被使用于超导磁体的冷却（一般与它们的特定最终用途无关）。如本文中所使用的，“热互连的”、“热连接的”和“热通信”意味着两个物理系统或组件以热能量和热量可在此类系统或组件之间被转移的此类方式被关联。例如，通过在接口的表面之间的紧贴（snug）接触、表面之间的一个或更多热量转移材料或装置、在使用热传导材料系统的固体表面之间的连接或表面之间带有高热传导性的其它结构（例如，热量交换器）、其它适合结构、或结构的组合，此类热通信能被取得而没有一般性的损耗。实质上的热通信能在表面之间进行，所述表面被直接连接（例如，彼此接触）或经由一个或更多接口材料而被间接连接。热通信是（be）传导的、对流的、辐射的、或其任何组合。如还在本文中所使用的，“流体通信”或“流体耦合的”意指通过通道或导管的耦合，其至少在期望时间允许流体（例如，气体和液体）通过其或在其之间流动。如本文中所使用的，“穿越”意味着一种操作状态，其中冷却功率已被中断但是超导磁体被维持在低温度受到安全激励而没有失超。

现在参考图1，用于MRI机器的超导磁体的冷却系统10被示出。如其中所示出的，冷却系统10包含带有在冷却管12之内循环的液体氦的多个冷却管12（或其它适合冷却路径）。冷却管12定义了主要冷却环路14。冷却管12被热耦合到主架（main former）或支持壳16，且在一实施例中可还被热耦合到包围主架16的护罩架或支持壳18。主架16和护罩架18以在本领域中迄今已知的方式来分别支持或维持主MRI磁体线圈20和防护MRI磁体线圈22（还称为补偿（bucking）线圈）的位置。例如，主磁体线圈20可以是收缩适配（shrink fit）并被接合在主架16（其可以是圆柱形金属线圈架）之内，以从而提供其之间的热接触。同样地，护罩磁体线圈22可以是收缩适配并被接合在护罩架18（其可以是圆柱形金属线圈架）之内，以从而提供其之间的热接触。其它类型的线圈可被提供，例如，环氧线圈。在一实施例中，主磁体线圈20和磁体防护线圈22可由能产生超导磁体的任何材料（诸如由铌钛（NbTi）、铌锡（Nb₃Sn）或二硼化镁（MgB₂））来形成。

如图2中所进一步示出的，本发明的各种实施例可被实现为MRI磁体系统30的部分（诸如本领域中公知的那些），其中冷却可经由两级冷却布置而被提供。应注意到，贯穿图，相似数字代表相似部分。

线圈架16、18（其可由热传导材料（例如，铝）所形成）提供冷堆支持结构，所述线圈架16、18分别维持磁线圈20、22（防护磁体线圈22未在图2中示出）的位置或支持磁线圈20、22。冷却管12（其可由任何适合金属（例如，铜、不锈钢、铝、等等）所形成）处于与主要（或第一）液体致冷剂存储罐24的流体通信中。致冷剂存储罐24含有在闭合环路冷却系统10中使用以冷却冷堆60（包含磁体线圈20、22）的第一液体致冷剂。在一实施例中，致冷剂是液体氦。冷却管12和液体氦存储罐24之间的流体通信可由一个或更多流体通路26（例如，流体管、导管、等等）所提供。因此，存储罐24提供通过冷却管12来流动以冷却磁体线圈20、22的液体氦。

共同地，磁体线圈20和/或22的装配（assembly）、线圈架/支持结构16和/或18、以及致冷剂蓄池24形成冷堆60。如在下面所详细讨论的，该冷堆60被冷却到目标温度。如本文中所使用的，“目标温度”意味着足以能够实现超导操作的低温温度。在一实施例中，目标温度大约是4K。如本文中所使用的，“冷堆”意味着在正常操作期间经由主要冷却环路14而被冷却到目标温度的任何结构。

在示出的实施例中，主要冷却环路14不含有通风（venting）。然而，在一些实施例中，通风可被提供（例如，使用具有非常高的通风压力级别的通风口28）。例如，在一些实施例中，通风口28配置成提供在系统能处置而没有失败的最高压力（或在其预定义范围之内）的通风。然而，不同压力级别可在包含通风口28的实施例中被提供，这可基于系统要求、规章要求、等等。

如在图2中最好示出的，在一实施例中，冷却管12可处于与蒸汽返回集管（manifold）或通路32的流体通信中，所述蒸汽返回集管或通路32可通过再凝结器36处于与具有解耦气态氦存储罐34的氦气体存储系统的流体通信中。氦气体存储系统（可由一个或更多氦气体存储罐34所形成）含有作为氦蒸汽从冷却管12接收的氦气体，所述冷却管12从磁体线圈20、22移除热量并形成闭合环路冷却系统的部分。再凝结器36和氦气体存储系统34之间的流体通信可经由一个或更多通路38而被提供。

氦气体存储罐34处于与包含再凝结器36的低温致冷器40的流体通信中，该流体通信可经由一个或更多流体通路38而被提供。在各种实施例中，再凝结器36可从氦气体存储系统34吸入氦气体，其操作以形成用于将磁体线圈20、22和线圈支持壳16、18冷却到低温温度的自由对流循环环路，以及经由一个或更多通路44用液体氦来填充蓄池24。

可以是冷头或其它适合低温冷却器的低温致冷器40通过其中含有MRI磁体系统30和各种实施例的冷却组件的低温保持器（cryostat）和/或真空器皿48来延长。低温致冷器40可在套管或套（称为冷头套管41）之内延长。因此，低温致冷器40的冷端（cold end）可被安置在套管41之内，而不影响真空器皿之内的真空。使用任何适合部件（诸如一个或更多凸缘和螺栓、或其它适合部件），低温致冷器40在套管之内被插入（或被接收）并被稳固。此外，低温致冷器40的马达50在真空器皿和/或低温保持器48之外被提供。

如图2中所示出的，各种实施例中的低温致冷器40包含在低温致冷器40的较低端的再凝结器36，所述再凝结器36再凝结从与氦气体存储系统34并行的蒸汽返回集管/通路32接收的汽化离开的氦气体。再凝结器36允许将汽化离开的氦气体从氦气体存储系统34转移到液体氦蓄池24。

磁体线圈20（在各种实施例中是模制线圈）形成在MRI系统的操作（如在本领域中被已知用于获取MRI图像数据）期间被控制的主超导磁体52。另外，在MRI系统的操作期间，液体氦（通过热耦合的冷却管12来行进）冷却超导磁体52。超导磁体52可被冷却，例如，到超导温度（诸如4.2开尔文（K））。冷却过程可包含由再凝结器36将汽化离开的氦气体再凝结为液体并将其返回到液体氦罐24，以及汽化离开的氦的冷却。

各种实施例还提供可与氦气体存储系统34处于热接触中的热护罩54。热护罩54可以是例如热隔离辐射护罩。

在一实施例中，不是经由液体氦的循环（通过热连接到磁体或支持壳的冷却管）进行冷却，而是冷却可通过将超导磁体线圈浸在液体氦的溶液（bath）中（如在本领域已知的）被提供。在各种实施例中，一旦冷却到操作温度，磁体线圈可通过热传导和/或通过热虹吸管冷却而被冷却。然而，如将容易领会的，不管冷却是通过将液体致冷剂循环通过冷却环路（其处于与磁体的热通信中）、还是通过将磁体线圈浸在液体氦的溶液中来被实行，线圈架/支持结构、磁体线圈和/或液体致冷剂蓄池都形成具有大约4.2K的温度的冷堆60，其提供用于超导操作。

通过进一步参考图1和2，用于本发明的超导磁体的冷却系统10进一步包含辅助冷却装置（诸如热电池62）。热电池62包含含有高热容量材料66的隔间或封装64。在一实施例中，高热容量材料可以是氧硫化钆（GOS）、钆铝钙钛矿（GAP）（GdAlO₃）、钬铜（HoCu₂）和铅（Pb）中的一个或更多，尽管其它高热容量材料可也被利用而不脱离本发明的更广泛方面。

如在图1-3中所示出的，在一实施例中，热电池62被直接耦合到冷堆60。例如，热电池62可被直接附连到线圈架16、18、磁体52本身中的一个，和/或到液体致冷剂蓄池24。在一实施例中，热电池62的材料66可以是铅且热电池62可被浸在液体氦中（诸如在液体致冷剂蓄池24中）。

在操作中，热电池62在磁体冷却下来期间被冷却到大体上与冷堆60相同的温度，热电池62经由热电池62和冷堆60之间的直接连接而被附连到冷堆60。具体而言，当在冷却管12之内循环的液体氦以在上面所讨论的方式使线圈架16、18和磁体线圈20、22冷却下来时，热量还从热电池材料66被移除直到热电池62处于与线圈架16、18和磁体线圈20、22相同的温度（即，直到它们处于热平衡（在大约4.2K）中）。在主要冷却环路14不能够提供主要冷却（即，穿越）时，磁体52的温度将由于热量泄漏而逐渐上升。然而，热电池62能够吸收该热量中的一些，从而减慢磁体52升温的速度并有效地延长穿越时间。如将容易领会的，因为高热容量材料66在冷却下来期间存储冷能量（其在穿越期间被使用以吸收热量），所以材料66本质上作为热电池来运转。

现在转到图4，根据本发明的另一个实施例示出热电池的放置的用于超导磁体的冷却系统100被示出。冷却系统100与图1-3的冷却系统10在所有方面中大体上是同样的，除了热电池62的具体定位。如在图4的简化框图中所示出的，在一实施例中，热电池62可被直接附连到或耦合到相邻于冷头套管41的热护罩54。在一实施例中，热电池材料可以是固体氮（SN2）和铅（Pb）中的一个或更多，尽管具有高热容量的其它材料（诸如固体氖（SNe）、固体氩（SAr）、银（Ag）和铜（Cu））可也被利用而不脱离本发明的更广泛方面。在操作中，热电池62可以在上面连同图1-3讨论的相同方式被冷却，也就是，通过与热护罩54（其通过将液体氦通过冷却管来循环而被冷却）的传导。在一实施例中，热护罩54可通过在本领域中已知的其它方法（诸如通过分离的冷却环路）被冷却。

在冷头40被停用（deactivated）或经历功率中断时，由于来自机器30之外的热量泄漏，冷头40和冷头套管41可以是对于磁体线圈和机器30的其它组件的加热源。具体而言，从套管41的第一级到热护罩54的铜连接将热量传导地转移到热护罩54。那就是，冷头40可在功率被切断时是热量源，但是套管41在冷头40为了交换等等而从套管41中被取出时是主热量源。另外，热护罩54将从真空器皿吸收热量。这能促使热护罩54升温，其能导致从热护罩54到冷堆60并最终到其磁体线圈的热量泄漏，从而导致磁体升温。

然而，热电池62（其被直接附连到相邻于冷头套管41的热护罩54）能从套管41和热护罩54本身这两者吸收热量，这将使热护罩54升温的速率减慢下来。具体而言，热电池62大体上通过吸收该热量来减少从套管41到热护罩54的热量泄漏。这进而减慢冷堆60以及具体而言磁体52升温的速度，有效地延长穿越时间。当然，使用热电池62以限制热护罩温度能有效地减少到冷堆60和气态氦存储罐34的递增热量泄漏，从而增加穿越。

现在转到图5，根据本发明的另一个实施例的用于超导磁体的冷却系统200被示出。冷却系统200与图1-3的冷却系统10在所有方面中大体上是同样的，除了热电池62的具体定位。如在图5的简化框图中所示出的，在一实施例中，热电池62可在低温致冷器40的再凝结器36和气体存储罐34之间被半耦合。具体而言，电池62可经由弱链接或开关210而被选择性耦合到再凝结器36，并通过热开关212被耦合到气态氦存储罐。在一实施例中，热电池62可以是具有在本领域中已知的任何类型的高热容量材料（诸如，例如，氧硫化钆（GOS）、钆铝钙钛矿（GAP）（GdAlO3）、HoCu2、SN2、铅、SNe、SAr、银和铜和水冰）的4-50K热电池。

电池62配置成在穿越期间将冷却功率转移到气态氦存储罐34，从而降低罐34之内的温度和压力和/或减慢其变热速度。降低罐34之内的压力（作为降低其之内的温度的结果）促使从液体蓄池24到气体罐34的氦气体转移（因为系统取得压力均衡）。这帮助减少冷却系统200之内的压力（总体上）或至少减少系统压力构建（build）的速度，从而增加穿越时间。当然，热电池62被利用以通过使气体罐34冷却下来使作为在温度方面的增加的结果而构建起来的闭合环路系统压力减慢下来（所述在温度方面的增加由于功率关闭状况或冷头更换（changeout）而引起），这使饱和的致冷剂温度低于其正常状况，导致更长的穿越。

通过参考图6，根据本发明的另一个实施例的用于超导磁体的冷却系统300被示出。冷却系统300与图1-3的冷却系统10在所有方面中大体上是同样的，除了热电池62的具体定位。如在图6的简化框图中所示出的，在一实施例中，热电池62可被附连到冷头40的再凝结器36或被附连到从再凝结器36引导到液体致冷剂存储罐24的导管或通路。

在冷头40被停用或移除以用于维修或更换、或经历功率中断时，再凝结器36可经历由于沿冷头40和套管41的热量泄漏引起的温度增加。在某些情形中，再凝结器36可甚至达到室内温度。再凝结器36的温度越高，越多热量正从再凝结器36被转移到液体致冷剂存储罐24。这能最终导致磁体52的升温和如上面所讨论的是不合乎需要的失超。

然而，通过吸收从再凝结器36和/或冷头套管41被泄漏的热量和阻止该热量被直接传导地转移到液体致冷剂存储罐24，冷却系统300的热电池62在冷头40是关闭的时将热量泄漏限制到液体致冷剂存储罐24。具体而言，电池62经由其与再凝结器36的传导连接或从再凝结器36引导到液体致冷剂存储罐24的导管44来吸收热量。因此，通过减慢到罐24的热量转移，罐24中的温度上升和冷堆60（包含磁体52）中的温度上升能被减慢，从而增加穿越时间。

如在图7和8中所示出的，冷却系统300的热电池62可如在上面所讨论的被传导地耦合到从再凝结器36引导到液体致冷剂存储罐24的不锈钢导管或通路44。具体而言，传导接口214可通过铜焊在热电池62和通路44之间被形成。如还在图7和8中所示出的，热电池62可包含泡沫金属材料216，诸如铝泡沫或多孔烧结金属结构。在一实施例中，泡沫金属材料216之内的孔可用气态氮或氦来填充，这可增强热转移。

通过进一步参考图6中所示出的冷却系统300的配置，热电池62在冷却源定位变成温暖时作为锚（anchor）被利用以减少到冷堆60（包含到磁体52）的热量泄漏，这在热堆是相同的时能有效增加穿越时间。

连同上面所描述的实施例，热电池62的高热容量材料66在室内温度可以是固体、液体或气体。具体相对于在图3和4中所示出的实施例，期望的是，冷堆60和热电池62之间的接口具有高热传导性。连同此，在将热电池62贴附（affix）到固体表面（诸如冷堆60的表面）时，其之间的接口可经由机械连接而被建立。在一实施例中，传导材料（诸如，例如，环氧树脂或润滑脂）可在相应的表面之间被介入（interpose）以增加其之间的传导连接。在一实施例中，高热容量材料66可与热传导环氧树脂被混合以产出固体部分。在实施例中，热高容量材料66可与传导润滑脂被混合并被打包到封装64中。封装64可随后以上文所描述的方式被机械耦合到冷堆60以提供具有高热传导性的接口。

连同上述，在热电池62含有在室内温度用于作为高热容量材料66来使用的液体的情况下，在用所述液体填充封装64时，空间可在封装64之内被保留以用于可能扩充。在高热容量材料在室内温度是气体（例如，氮）的情况下，封装64可包含爆破隔膜或安全阀（未示出），其配置成在封装64之内的压力达到阈值级别时打开。

如在上面所讨论的，即使在由于功率故障、低温冷却器维修或更换或低温冷却器故障而不存在冷却功率时，超导磁体也必须被维持在低温度并被安全激励而没有失超。对于闭合环路、低致冷剂磁体，相比于传统磁体冷却系统，在主要冷却环路中利用的非常少的致冷剂仅允许短的穿越时间。在设施功率故障期间，冷头就位（in position），因而冷头套管典型地不会经历动态温度上升。然而，在冷头交换期间，在冷头被移除后，套管可迅速升温，这导致极短的穿越时期并增加磁体失超的风险。

本发明因此提供一种用于低致冷剂超导磁体（LCM）的冷却系统，所述冷却系统在主要冷却中的中断期间利用热电池以将磁体维持在低温度以阻止失超，并且以便因此延长穿越时间。主要冷却中的所述中断可因为对设施或在设施之内的功率中断、或由于有缺陷的（faulty）冷头而发生，以及在冷头更换或调度的维护期间发生。提供更长的穿越时期能因此供应用于解决导致冷却功率的丢失的难题或用于调换冷头的时间的更大窗口（window），这能减少磁体变热和失超的风险。减少磁体的变热速率和/或将磁体维持在低温度的各种方式通过在上面所描述的各种实施例被预想，包含例如增加系统的热堆或减少热量、以及对于利用饱和液体以维持温度的系统来控制饱和压力。

具体而言，在上面所描述的本发明的各种实施例设想在正常磁体冷却下来期间和在正常工作操作期间使用作为热电池的高热容量材料以存储冷能量。在主要冷却部件被中断或故障时，热电池能从系统组件直接或间接吸收热量，从而减慢磁体线圈的变热速率，这允许更长的穿越时间。当然，在某些实施例中，热电池可被利用以在主要冷却被中断时直接冷却冷堆（包含磁体线圈、线圈架和/或致冷剂蓄池），即，以提供超导磁体的直接辅助冷却以阻止失超。在其它实施例中，热电池可以‘间接’方式被利用以在主要冷却被中断时阻止到冷堆和超导磁体的热量的泄漏。具体而言，不是直接冷却冷堆，而是热电池可被利用以从其它系统组件吸收热量以阻止或最小化从此类组件到冷堆的热量漏出（leakage），所述热量漏出否则能导致磁体失超。

虽然在上面所描述的实施例设想使用热电池以直接或间接阻止或减慢超导磁体中的温度上升，但本发明不限于任何单个实现。当然，设想的是，在上面所描述的各种实施例可与彼此一起被利用以提供用于直接和/或间接阻止或减慢磁体中温度上升的直接和间接热量吸收的组合。具体而言，预想到，成像装置可含有耦合到所述成像装置的各个组件的多个热电池，诸如，例如以直接冷却冷堆和/或热护罩，以及用于与再凝结器、冷头套管、气体存储罐等等耦合以最小化到冷堆的热量泄漏。另外，虽然在上面所描述的实施例已连同利用液体的供给和再凝结器以冷却磁体线圈的传导冷却系统或热虹吸管冷却系统被描述，但预想到本发明可同等地可应用于不利用液体氦的纯传导冷却系统。

在一实施例中，一种用于低致冷剂超导磁体的冷却系统被提供。所述冷却系统包含主要冷却环路，所述主要冷却环路具有含有液体致冷剂的供给的液体蓄池和流体耦合到液体蓄池多个冷却管，并且处于与超导磁体的热通信中。液体致冷剂被配置用于通过冷却管的循环，以便提供对磁体的主要冷却以用于将磁体冷却到目标温度。所述冷却系统还包含耦合到组件的热电池，所述组件由主要冷却环路来冷却到目标温度，并且所述热电池配置成由主要冷却所冷却并在主要冷却中的中断期间从至少一个组件吸收热量以将磁体维持在大约目标温度。在一实施例中，组件是超导磁体、配置成支持超导磁体的多个线圈的线圈架、和液体蓄池中的至少一个。在一实施例中，热电池包含高热容量材料。所述材料可以是氧硫化钆、钆铝钙钛矿、HoCu2、和铅中的至少一个。在一实施例中，热电池被浸入液体蓄池之内的液体致冷剂中。在一实施例中，所述系统还包含处于与气体存储罐的热通信中的热护罩和具有流体耦合到气体存储罐和蓄池的再凝结器的低温冷却器。热电池可被耦合到热护罩。在一实施例中，热电池包含高热容量材料，所述高热容量材料包含固体氮和铅中的至少一个。在一实施例中，热电池可配置成从气体存储罐和热护罩吸收热量。在一实施例中，致冷剂是液体氦。在一实施例中，目标温度是大约4开尔文。

在一实施例中，一种用于低致冷剂超导磁体的冷却系统被提供。所述系统包含具有致冷剂的主要冷却环路，所述致冷剂被配置用于通过所述主要冷却环路的循环。第一冷却环路处于与冷堆的热通信中并配置成将冷堆冷却到目标温度。冷堆包含超导磁体的线圈、用于支持所述线圈的支持壳、和含有致冷剂的液体蓄池中的至少一个。所述系统还包含配置成冷却主要冷却环路之内的致冷剂的低温冷却器、和配置成从与与冷堆不同的至少一个组件吸收热量并将从组件到冷堆的热量泄漏最小化的热电池。在一实施例中，所述系统可还包含经由导管而被流体耦合到液体蓄池的再凝结器。热电池可被传导耦合到再凝结器和导管中的至少一个，并可配置成最小化从再凝结器到液体蓄池的热量泄漏。在一实施例中，热电池包含氦和氮中的至少一个以及泡沫金属。在一实施例中，冷却系统可还包含流体耦合到液体蓄池的再凝结器和通过再凝结器而被流体耦合到液体蓄池的气体存储罐。热电池可通过第一热开关被热连接到再凝结器，并通过第二热开关被热连接到气体存储罐。在一实施例中，热电池配置成将辅助冷却提供给气体存储罐以减少冷却系统压力。在一实施例中，热电池包含高热容量材料，所述高热容量材料包含氧硫化钆、钆铝钙钛矿、HoCu₂、铅、固体氮、固体氖、固体氩、银和铜中的至少一个。在一实施例中，致冷剂是液体氦。

在另一个实施例中，一种冷却成像装置的超导磁体的方法被提供。所述方法包含以下步骤：通过与冷堆处于热通信中的冷却环路来循环液体致冷剂以将冷堆冷却到目标温度，所述冷堆包含超导磁体的线圈、线圈支持壳和含有液体致冷剂的蓄池中的至少一个；以及在热电池经由热电池和冷堆之间的传导从冷堆吸收热量。在一实施例中，热电池包含高热容量材料，所述高热容量材料包含氧硫化钆、钆铝钙钛矿、HoCu2、和铅中的至少一个。在一实施例中，所述方法可还包含以下步骤：在热电池经由热电池和热护罩之间的传导从热护罩吸收热量。

在仍有的另一个实施例中，一种冷却成像装置的超导磁体的方法被提供。所述方法包含以下步骤：通过与冷堆处于热通信中的冷却环路来循环液体致冷剂以将冷堆冷却到目标温度，所述冷堆包含超导磁体的线圈、线圈支持壳和含有液体致冷剂的蓄池中的至少一个；以及通过利用热电池从成像装置的组件吸收热量来最小化从所述组件到冷堆的热量泄漏。在一实施例中，组件是成像装置的冷头套管。在一实施例中，组件是气体存储罐。在一实施例中，热电池包含高热容量材料，所述高热容量材料包含氧硫化钆、钆铝钙钛矿、HoCu₂、钬铜、铅、固体氮、固体氖、固体氩、银和铜中的至少一个。在一实施例中，成像装置包含经由传导而被流体耦合到蓄池的再凝结器。热电池可被传导耦合到再凝结器和导管中的至少一个，并可配置成最小化从再凝结器到蓄池的热量泄漏。

要理解，上面的描述旨在是说明性的，并不是限制性的。例如，在上面所描述的实施例（和/或其方面）可与彼此组合而被使用。另外，许多修改可被做出以使具体情形或材料适应于本发明的教导而不脱离其范畴。

虽然本文中所描述的材料的类型和尺寸旨在定义本发明的参数，但它们决不是限制的且是示范性实施例。依据回顾上面的描述，许多其它实施例将对本领域中的那些技术人员是显而易见的。本发明的范畴因此应参考随附的权利要求连同此类权利要求被授权到的等同体（equivalent）的完整范畴而被确定。在随附的权利要求中，术语“包含”和“在其中”被使用作为相应术语“包括”和“其中”的直白英语等同体。此外，在跟随的权利要求中，诸如“第一”、“第二”、“第三”、“较上的”、“较低的”、“底部”、“顶部”等等的术语只被使用作为标签，并未旨在在其对象上施加数字的或位置的要求。进一步，跟随的权利要求的限制未以部件加功能格式被书写，且并未旨在基于35 U.S.C. § 122第六段被解释，除非且直到此类权利要求限制明确使用后面跟随有功能而无进一步结构的短语“部件，用于”。

该书面描述使用示例以公开本发明的若干实施例（包含最好模式），并还以使得本领域中的普通技术人员能够实践本发明的实施例，包含制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可获专利的范畴由权利要求所定义，并可包含本领域中的普通技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有并未与权利要求的字面语言不同的结构元素，或如果它们包含带有与权利要求的字面语言的非实质区别的等同结构元素，则它们旨在位于权利要求的范畴之内。

如本文中所使用的，以单数记载的和用单词“一（a或an）”进行的元素或步骤应被理解为不排除所述元素或步骤的复数，除非此类排除被明确声明。此外，对本发明的“一个实施例”的引用未旨在被解释为排除也结合所记载特征的另外实施例的存在。此外，除非相反地明确声明，否则“包括”、“包含”、或“具有”具有具体属性的元素或多个元素的实施例可包含不具有那个属性的另外的此类元素。

因为某些改变可在上面所描述的发明中被做出，而不脱离本文中所涉及的本发明的精神和范畴，所以旨在应将以上描述或附图中所示出的所有的主旨仅解释为示出本文中发明概念的示例且不应被直译（construe）为限制本发明。

Claims (25)

1.一种用于低致冷剂超导磁体的冷却系统，包括：

主要冷却环路，具有：

含有液体致冷剂的供给的至少一个液体蓄池；

流体耦合到所述液体蓄池的多个冷却管，并且处于与所述超导磁体的热通信中，所述液体致冷剂通过所述冷却管来循环以用于提供对所述磁体的主要冷却；

气体存储罐，流体耦合到所述冷却管，从该冷却管接收所述液体致冷剂的蒸汽；及

再凝结器，流体耦合到所述气体存储罐和所述液体蓄池，配置成从所述气体存储罐吸入所述液体致冷剂的蒸汽，使其凝结为液体并将其返回到所述液体蓄池；以及

沿着所述主要冷却环路配置在所述气体存储罐和所述再凝结器之间的至少一个热电池，所述热电池配置成在主要冷却时因主要冷却被移除热量直至该热电池处于与所述超导磁体相同的温度、且在所述主要冷却的中断期间即穿越时间该热电池从所述主要冷却环路吸收热量，以防止所述超导磁体在所述穿越时间失超。

2.如权利要求1所述的冷却系统，其中：

所述热电池包含高热容量材料。

3.如权利要求2所述的冷却系统，其中：

所述材料是氧硫化钆、钆铝钙钛矿、HoCu₂和铅中的至少一个。

4.如权利要求1所述的冷却系统，其中：

所述热电池被浸入所述液体蓄池之内的所述液体致冷剂中。

5.如权利要求1所述的冷却系统，进一步包括：

热护罩，处于与气体存储罐的热通信中；以及

低温冷却器，具有流体耦合到所述气体存储罐和所述蓄池的所述再凝结器；

其中所述热电池被耦合到所述热护罩。

6.如权利要求5所述的冷却系统，其中：

所述热电池包含高热容量材料，所述高热容量材料包含固体氮、水冰和铅中的至少一个。

7.如权利要求6所述的冷却系统，其中：

所述热电池配置成从所述气体存储罐和所述热护罩吸收热量。

8.如权利要求1所述的冷却系统，其中：

所述致冷剂是液体氦。

9.如权利要求1所述的冷却系统，其中：

所述温度是4开尔文。

10.一种用于低致冷剂超导磁体的冷却系统，包括：

主要冷却环路，具有：

含有液体致冷剂的供给的至少一个液体蓄池；

流体耦合到所述液体蓄池的多个冷却管，并且处于与所述超导磁体的热通信中，所述液体致冷剂通过所述冷却管来循环以用于提供对所述磁体的主要冷却；

气体存储罐，流体耦合到所述冷却管，从该冷却管接收所述液体致冷剂的蒸汽；及

再凝结器，流体耦合到所述气体存储罐和所述液体蓄池，配置成从所述气体存储罐吸入所述液体致冷剂的蒸汽，使其凝结为液体并将其返回到所述液体蓄池；以及

传导耦合到所述再凝结器的热电池，配置成主要冷却时因主要冷却被移除热量直至该热电池处于与所述超导磁体相同的温度、且在利用所述主要冷却环路进行冷却的中断期间即穿越时间该热电池从所述主要冷却环路吸收热量，以防止所述超导磁体在所述穿越时间失超。

11.如权利要求10所述的冷却系统，进一步包括：

其中所述热电池被配置成最小化从所述再凝结器到所述液体蓄池的热量泄漏。

12.如权利要求11所述的冷却系统，其中：

所述热电池包含氦和氮中的至少一个以及泡沫金属。

13.如权利要求10所述的冷却系统，进一步包括：

其中所述热电池通过第一热开关被热连接到所述再凝结器，并通过第二热开关被热连接到所述气体存储罐。

14.如权利要求13所述的冷却系统，其中：

所述热电池配置成将辅助冷却提供给所述气体存储罐以减少冷却系统压力。

15.如权利要求14所述的冷却系统，其中：

所述热电池包含高热容量材料，所述高热容量材料包含氧硫化钆、钆铝钙钛矿、HoCu₂、铅、固体氮、固体氖、固体氩、银和铜中的至少一个。

16.如权利要求10所述的冷却系统，其中：

所述致冷剂是液体氦。

17.一种用于低致冷剂超导磁体的冷却系统，包括：

主要冷却环路，具有：

含有液体致冷剂的供给的至少一个液体蓄池；

流体耦合到所述液体蓄池的多个冷却管，并且处于与所述超导磁体的热通信中，所述液体致冷剂通过所述冷却管来循环以用于提供对所述磁体的主要冷却；

气体存储罐，流体耦合到所述冷却管，从该冷却管接收所述液体致冷剂的蒸汽；及

再凝结器，流体耦合到所述气体存储罐和所述液体蓄池，配置成从所述气体存储罐吸入所述液体致冷剂的蒸汽，使其凝结为液体并将其返回到所述液体蓄池；以及

沿着所述主要冷却环路配置在所述液体蓄池和所述再凝结器之间的至少一个热电池，所述热电池配置成在主要冷却时因主要冷却被移除热量直至该热电池处于与所述超导磁体相同的温度、且在所述主要冷却中的中断期间即穿越时间该热电池从所述主要冷却环路吸收热量，以防止所述超导磁体在所述穿越时间失超。

18.如权利要求17所述的冷却系统，其中：

所述热电池包含高热容量材料。

19.如权利要求18所述的冷却系统，其中：

所述材料是氧硫化钆、钆铝钙钛矿、HoCu₂和铅中的至少一个。

20.如权利要求17所述的冷却系统，其中：

所述热电池被浸入所述液体蓄池之内的所述液体致冷剂中。

21.如权利要求17所述的冷却系统，进一步包括：

热护罩，处于与气体存储罐的热通信中；以及

低温冷却器，具有流体耦合到所述气体存储罐和所述蓄池的所述再凝结器；

其中所述热电池被耦合到所述热护罩。

22.如权利要求21所述的冷却系统，其中：

所述热电池包含高热容量材料，所述高热容量材料包含固体氮、水冰和铅中的至少一个。

23.如权利要求22所述的冷却系统，其中：

所述热电池配置成从所述气体存储罐和所述热护罩吸收热量。

24.如权利要求17所述的冷却系统，其中：

所述致冷剂是液体氦。

25.如权利要求17所述的冷却系统，其中：

所述温度是4开尔文。

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