CN108417338A - 夹层结构卧式超导磁体氦容器 - Google Patents

夹层结构卧式超导磁体氦容器 Download PDF

Info

Publication number
CN108417338A
CN108417338A CN201810489949.0A CN201810489949A CN108417338A CN 108417338 A CN108417338 A CN 108417338A CN 201810489949 A CN201810489949 A CN 201810489949A CN 108417338 A CN108417338 A CN 108417338A
Authority
CN
China
Prior art keywords
isolation board
hollow container
annular hollow
backup pad
superconducting magnet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810489949.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108417338B (zh
Inventor
徐风雨
陈安斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201810489949.0A priority Critical patent/CN108417338B/zh
Publication of CN108417338A publication Critical patent/CN108417338A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108417338B publication Critical patent/CN108417338B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/04—Cooling
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/381—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using electromagnets
    • G01R33/3815—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using electromagnets with superconducting coils, e.g. power supply therefor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

夹层结构卧式超导磁体氦容器，它涉及浸泡冷却的超导磁体技术领域，夹层结构卧式超导磁体氦容器包括超导线圈、环形中空容器、上支撑板、制冷剂导管、下支撑板和隔离板；隔离板将环形中空容器分成通过隔离板上部豁口相连通的内外两个空间；制冷剂导管和下支撑板布置在超导线圈与隔离板之间，制冷剂导管的出口延伸到隔离板的底部，制冷剂导管的进口与现有的颈管组合上固定于上支撑板上的制冷剂承接口连接，上支撑板、下支撑板和隔离板的两端分别与环形中空容器的两个端板固接。本发明能够显著提高冷却超导线圈的液氦利用效率、显著减小容器内液氦的储存量和增加容器的气相空间。

Description

夹层结构卧式超导磁体氦容器
技术领域
本发明涉及浸泡冷却的超导磁体技术领域。与利用GM型或脉冲管型氦制冷机的液氦再冷凝技术和高温超导二元电流引线相结合，用于降低液氦使用成本，提高磁体系统的稳定性和安全性。特别适用于场强高、储能大的超导磁体应用场合，例如1.5T及以上医疗磁共振仪和5T及以上工业级磁分离机。
背景技术
通过采用真空隔热、冷屏隔热、低漏热拉杆、高温超导二元电流引线等技术，超导磁体的漏热可以达到很低的水平，以至于使用一台GM型或脉冲管型氦制冷机就足以维持超导磁体氦容器中的液氦长期不挥发，即使它的氦容器及其内部各部件总重可能超过2吨。利用GM型或脉冲管型氦制冷机的液氦再冷凝技术一般原理是：氦容器与外界的所有接口集成在一个被称为颈管组合的部件上。GM型或脉冲管型氦制冷机的冷头插入到颈管中与氦容器相联通。一级冷头通过热连接与冷屏相连以维持冷屏工作在70K以下的某个温度上。二级冷头上安装有散热器，容器中的氦气在散热器的翅片上凝结成液滴，液滴在重力作用下落入到液氦中。当液滴的生成速率与液氦的蒸发速率相平衡时，氦容器内的压力保持恒定。
液氦再冷凝技术与浸泡式冷却相结合的形式在医疗磁共振仪和磁分离用超导磁体中被广泛采用。特别是高温超导二元电流引线技术的应用使得磁体的励磁和去磁过程不再损失液氦，氦容器中的液氦只剩下冷却超导线圈一个作用，不需要为励磁过程和去磁过程增加液氦的储存量。由于高温超导二元电流引线所产生的热载荷随着电流的增加而增加，所以励磁以后氦容器的压力会高于励磁前的压力。增加容器内气相氦的空间，相同的液氦蒸发量所产生的励磁前后压力的差将会减小，这有利于超导磁体的稳定运行。减小氦容器内液氦的储存量，而增加氦容器的气相容积，在超导线圈失超等对液氦短时间大量放热的情况下相当于降低了氦容器内氦的体积膨胀率，氦气从泄压阀中喷出的剧烈程度会因此而减弱。
发明内容
本发明是为克服现有技术的不足，提出一种能够显著提高冷却超导线圈的液氦利用效率、显著减小容器内液氦的储存量和增加容器的气相空间的夹层结构卧式超导磁体氦容器。
本发明采取的技术方案是：
夹层结构卧式超导磁体氦容器，它包括超导线圈、环形中空容器、上支撑板、制冷剂导管、下支撑板和隔离板；
隔离板将环形中空容器分成通过隔离板上部豁口相连通的内外两个空间；
上支撑板位于现有的颈管组合的下方和隔离板上部豁口的上方之间的外空间内，超导线圈缠绕在环形中空容器的内筒上，制冷剂导管和下支撑板布置在超导线圈与隔离板之间，制冷剂导管的出口延伸到隔离板的底部，制冷剂导管的进口与现有的颈管组合上固定于上支撑板上的制冷剂承接口连接，上支撑板、下支撑板和隔离板的两端分别与环形中空容器的两个端板固接。
进一步地，所述隔离板为由两侧为圆弧形板而底部为凹槽板相连接而成的薄板，隔离板将环形中空容器分成内外两个环形空间。
进一步地，上支撑板的宽度小于隔离板上部豁口的宽度。
进一步地，隔离板的豁口所在圆弧面的半径大于环形中空容器的中空腔中部环形截面的半径。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
本发明夹层结构一方面可以显著提高液氦的利用效率，效率提高了65％以上，减少浸泡超导线圈和超导接头所需的液氦量；另一方面增加氦容器内的气相氦空间，进而降低液氦使用成本，也可以降低励磁前后的氦容器压力的差值，提高磁体系统的稳定性和安全性，还能在超导线圈失超等对液氦短时间大量放热情况下起到缓冲作用，降低容器内的最高瞬时氦气压力。本发明适用于医疗磁共振仪超导磁体和磁分离超导磁体。
附图说明
图1为采用液氦再冷凝技术的卧式超导磁体基本结构图；
图2为本发明超导磁体氦容器和颈管组合的横截面剖视图；
图3为本发明隔离板分隔环形中空容器后的剖视图；
图4为隔离板相对环形中空容器的中空腔位置布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步地阐述本发明：
参照附图1，用磁分离超导磁体来说明采用液氦再冷凝技术的卧式超导磁体基本结构。超导磁体由内而外依次包括超导线圈1、环形中空容器2、冷屏3、真空容器4和铁屏5。超导线圈1缠绕在环形中空容器2的内筒上。颈管组合6上集成了环形中空容器2和真空容器4与外界的所有接口，氦制冷机7插入到颈管组合6的制冷机波纹管中，最上面的法兰与颈管组合6的常温法兰之间采用密封连接，中间的一级冷头通过热连接结构与冷屏3相连，最下面的二极冷头通过散热器增加与氦气的换热面积。
如图2-图3说明，上述液氦再冷凝技术结合的夹层结构卧式超导磁体氦容器，包括超导线圈1、环形中空容器2、上支撑板8、制冷剂导管10、下支撑板11和隔离板12；
隔离板12将环形中空容器2分成通过隔离板12上部豁口相连通的内外两个空间，上支撑板8位于现有的颈管组合6的下方和隔离板12上部豁口的上方之间的外空间内，超导线圈1缠绕在环形中空容器2的内筒上，制冷剂导管10和下支撑板布置在超导线圈1与隔离板12之间，制冷剂导管10的出口延伸到隔离板12的底部，制冷剂导管10的进口与现有的颈管组合6上固定于上支撑板8上的制冷剂承接口9连接，上支撑板8、下支撑板11和隔离板12的两端分别与环形中空容器2的两个端板固接。
作为一种方案的优选，隔离板12为由两侧为圆弧形板而底部为凹槽板相连接而成的薄板，通常，隔离板12的厚度为1-2mm。
本实施方式的超导磁体氦容器结构能够显著提高冷却超导线圈的液氦利用效率、显著减小氦容器内液氦的储存量、增加氦容器的气相空间，进而降低液氦使用成本，提高磁体系统的稳定性和安全性。
隔离板12将环形中空容器2分成内外两个环形空间。把超导线圈1、制冷剂导管10、下支撑板11及安装于下支撑板11上各部件均包围在内空间里。上支撑板8位于颈管组合6的正下方，制冷剂承接口9固定于上支撑板8上，其正上方是颈管组合6中的输液的波纹管13。输液管穿过波纹管13，端部插入到制冷剂承接口9，制冷剂通过输液管和制冷剂导管10在环形中空容器2内空间的底部喷出，使得环形中空容器2及其内部各部件从常温降到液氦温度，最终在内侧空间积累液氦。积液过程结束后拔出输液管，封闭颈管组合6上相应的插口。隔离板12的豁口位于上支撑板8的正下方。
参见图2和图3说明，上支撑板8的宽度小于隔离板12上部豁口的宽度，开口位置所在高度高于环形中空容器2的中空腔一半高度，也即，隔离板12的豁口所在圆弧面的半径R大于环形中空容器2的中空腔中部环形截面的半径r。这样做的目的在于使来自氦制冷机7二极冷头的液滴最终落入到环形中空容器2的内空间，用相对较少的液氦实现液氦与超导线圈最大的接触面积。环形中空容器2的外空间在液相氦与气相氦的动态平衡中起到缓冲的作用，励磁前后环形中空容器2压力的差值会因其而减小，从而有利于提高超导磁体的运行稳定性。较少的液氦储存量，较大的环形中空容器2的气相容积，两个条件共同作用减弱了超导线圈失超时氦气从泄压阀中喷出的剧烈程度。隔离板12两端与环形中空容器2的两个端板焊接在一起，形成一个只有上面开口的内侧容积。
隔离板12安装之前的环形中空容器2状态为：环形中空容器2的外筒没有焊接，超导线圈1缠绕在环形中空容器2的内筒上，上支撑板8及安装于其上各部件、下支撑板11及安装于其上各部件、制冷剂导管10均已安装固定结束后。隔离板12两端与环形中空容器2的两个端板焊接结束后，组装、焊接环形中空容器2的外筒，最终完成氦容器的组装。制冷剂导管10穿过氦容器内侧空间最薄的间隙。也即，隔离板12与超导线圈1之间的空隙。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (5)

1.夹层结构卧式超导磁体氦容器，其特征在于：它包括超导线圈(1)、环形中空容器(2)、上支撑板(8)、制冷剂导管(10)、下支撑板(11)和隔离板(12)；
隔离板(12)将环形中空容器(2)分成通过隔离板(12)上部豁口相连通的内外两个空间；上支撑板(8)位于现有的颈管组合(6)的下方和隔离板(12)上部豁口的上方之间的外空间内，超导线圈(1)缠绕在环形中空容器(2)的内筒上，制冷剂导管(10)和下支撑板(11)布置在超导线圈(1)与隔离板(12)之间，制冷剂导管(10)的出口延伸到隔离板(12)的底部，制冷剂导管(10)的进口与现有的颈管组合(6)上固定于上支撑板(8)上的制冷剂承接口(9)连接，上支撑板(8)、下支撑板(11)和隔离板(12)的两端分别与环形中空容器(2)的两个端板固接。
2.根据权利要求1所述夹层结构卧式超导磁体氦容器，其特性在于：所述隔离板(12)为由两侧为圆弧形板而底部为凹槽板相连接而成的薄板，隔离板(12)将环形中空容器(2)分成内外两个环形空间。
3.根据权利要求2所述夹层结构卧式超导磁体氦容器，其特征在于：上支撑板(8)的宽度小于隔离板(12)上部豁口的宽度。
4.根据权利要求3所述夹层结构卧式超导磁体氦容器，其特征在于：隔离板(12)的豁口所在圆弧面的半径(R)大于环形中空容器(2)的中空腔中部环形截面的半径(r)。
5.根据权利要求4所述夹层结构卧式超导磁体氦容器，其特征在于：隔离板(12)的厚度为1-2mm。
CN201810489949.0A 2018-05-21 2018-05-21 夹层结构卧式超导磁体氦容器 Expired - Fee Related CN108417338B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810489949.0A CN108417338B (zh) 2018-05-21 2018-05-21 夹层结构卧式超导磁体氦容器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810489949.0A CN108417338B (zh) 2018-05-21 2018-05-21 夹层结构卧式超导磁体氦容器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108417338A true CN108417338A (zh) 2018-08-17
CN108417338B CN108417338B (zh) 2020-05-15

Family

ID=63140242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810489949.0A Expired - Fee Related CN108417338B (zh) 2018-05-21 2018-05-21 夹层结构卧式超导磁体氦容器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108417338B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040194473A1 (en) * 2002-11-20 2004-10-07 Daniels Peter Derek Refrigerator and neck tube arrangement for cryostatic vessel
CN102313130A (zh) * 2011-08-24 2012-01-11 中国科学院电工研究所 用于mri超导磁体低温容器的失超气体泄放系统
CN104795197A (zh) * 2014-01-21 2015-07-22 西门子(深圳)磁共振有限公司 一种磁共振成像系统的冷却装置和磁共振成像系统
CN204808988U (zh) * 2015-07-09 2015-11-25 上海联影医疗科技有限公司 一种超导磁体
CN204943012U (zh) * 2015-08-05 2016-01-06 大连齐维科技发展有限公司 一种低温杜瓦腔室
CN105225787A (zh) * 2015-11-06 2016-01-06 宁波健信机械有限公司 氦气冷却磁共振超导磁体

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040194473A1 (en) * 2002-11-20 2004-10-07 Daniels Peter Derek Refrigerator and neck tube arrangement for cryostatic vessel
CN102313130A (zh) * 2011-08-24 2012-01-11 中国科学院电工研究所 用于mri超导磁体低温容器的失超气体泄放系统
CN104795197A (zh) * 2014-01-21 2015-07-22 西门子(深圳)磁共振有限公司 一种磁共振成像系统的冷却装置和磁共振成像系统
CN204808988U (zh) * 2015-07-09 2015-11-25 上海联影医疗科技有限公司 一种超导磁体
CN204943012U (zh) * 2015-08-05 2016-01-06 大连齐维科技发展有限公司 一种低温杜瓦腔室
CN105225787A (zh) * 2015-11-06 2016-01-06 宁波健信机械有限公司 氦气冷却磁共振超导磁体

Also Published As

Publication number Publication date
CN108417338B (zh) 2020-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6389821B2 (en) Circulating cryostat
JP4031121B2 (ja) クライオスタット装置
US6192690B1 (en) Load bearing apparatus in NMR cryostat system
CN205959707U (zh) 超导磁体结构
CN202275681U (zh) 液氦零挥发超导磁体低温容器
US11573279B2 (en) Displacer in magnetic resonance imaging system
CN108922725B (zh) 一种承力超导磁体用固氮低温容器
CN107068323A (zh) 一种高温超导磁体液氮自动加注制冷装置
JP5839734B2 (ja) 低温液化ガスの蒸発ガス再液化装置
CN210625082U (zh) 一种超导系统用的小型制冷装置
KR100843389B1 (ko) 과냉각된 수평 저온유지장치
JP2010171152A (ja) 伝熱板および超電導装置
CN108417338A (zh) 夹层结构卧式超导磁体氦容器
CN212362481U (zh) 一种基于gm制冷机冷却的低振动低温磁场测量装置
CN104900370A (zh) 一种包含真空腔的超导磁体液氦容器
CN204720270U (zh) 一种包含真空腔的超导磁体液氦容器
JP6588264B2 (ja) 極低温冷媒供給システム
CN109887701A (zh) 一种用于超导磁悬浮列车的超导磁体冷却装置及使用方法
CN112992465B (zh) 超导磁体及磁共振成像系统
CN101105358B (zh) 用于冷却的装置
CN210800701U (zh) 一种lng储罐
JP3523085B2 (ja) トランスファーライン
JP7208914B2 (ja) 超電導磁石用のサーマルバス熱交換器
JPH11182959A (ja) クライオスタット・システムの耐力手段
Ackermann et al. Advanced cryocooler cooling for MRI systems

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200515

Termination date: 20210521