CN110571011A - 超导磁体系统及磁共振设备的失超控制方法 - Google Patents

超导磁体系统及磁共振设备的失超控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110571011A
CN110571011A CN201910725581.8A CN201910725581A CN110571011A CN 110571011 A CN110571011 A CN 110571011A CN 201910725581 A CN201910725581 A CN 201910725581A CN 110571011 A CN110571011 A CN 110571011A
Authority
CN
China
Prior art keywords
superconducting
coil assembly
superconducting coil
trigger switch
magnet system
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
CN201910725581.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110571011B (zh
Inventor
蔡衍卿
钱津
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.)
Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd
Original Assignee
Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd
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 Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd filed Critical Shanghai United Imaging Healthcare Co Ltd
Priority to CN201910725581.8A priority Critical patent/CN110571011B/zh
Publication of CN110571011A publication Critical patent/CN110571011A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110571011B publication Critical patent/CN110571011B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/3804Additional hardware for cooling or heating of the magnet assembly, for housing a cooled or heated part of the magnet assembly or for temperature control of the magnet assembly
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/381Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using electromagnets
    • G01R33/3815Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using electromagnets with superconducting coils, e.g. power supply therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H01F27/402Association of measuring or protective means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00Superconducting magnets; Superconducting coils
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/04Cooling

Landscapes

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

Abstract

本申请提供了一种超导磁体系统及磁共振设备的失超控制方法。超导磁体系统包括超导线圈组件、激发器件、触发开关、耗能器件以及隔热层。超导线圈组件与触发开关串联连接,并形成闭合回路。超导线圈组件的第一电压采集点与激发器件的第一端电连接。超导线圈组件的第二电压采集点与激发器件的第二端电连接。激发器件与触发开关相邻设置。耗能器件并联于触发开关的两端,且耗能器件设置于隔热层形成的第一密闭腔体内。超导线圈组件若发生失超,则第一电压采集点与第二电压采集点之间产生的电压差驱动激发器件发热,以使触发开关失超。本申请因将耗能器件设置在低温容器内,并所述隔热层配合,降低所述耗能器件向液氦传递热量,从而降低对液氦的消耗。

Description

超导磁体系统及磁共振设备的失超控制方法
技术领域
本申请涉及低温超导技术领域,特别是涉及超导磁体系统及磁共振设备的失超控制方法。
背景技术
超导磁体在经历失超时,出于保护磁体的目的,需要在数秒之间就将磁体所蕴含的巨大磁能全部转化成焦耳热能,在这个过程中磁体线圈中的电流也会于数秒内衰减到接近于零。
与此同时,磁体线圈上会发生急剧的温升,这部分磁能到热能的转化将会转嫁给液氦罐内的制冷剂液氦。由于液氦较小的热容以及相变潜热,磁体的失超现象往往伴随着极为剧烈的液氦蒸发和消耗,而且这个消耗与失超时刻磁体所含的磁能紧密相关。以1.5T超导磁体的高电流失超为例,一次失超即可蒸发掉近千升的液氦,而3.0T超导磁体的高电流失超则可能消耗掉数千升的液氦。
液氦的单价昂贵,这也意味着每次失超都会带来高额的经济损失。因此,消除或者降低每次失超时的超导磁体液氦损耗,是一个非常具有经济效益和战略意义的课题。
发明内容
基于此,有必要针对现有超导磁体在失超时,消耗过多液氦,造成经济损失的问题,提供一种超导磁体系统及磁共振设备的失超控制方法。
一种超导磁体系统,设置于低温容器内,所述超导磁体系统包括:超导线圈组件、激发器件、触发开关、耗能器件以及隔热层;
所述超导线圈组件与所述触发开关组成闭环回路,所述超导线圈组件的第一电压采集点与所述激发器件的第一端电连接,所述超导线圈组件的第二电压采集点与所述激发器件的第二端电连接,且所述激发器件与所述触发开关相邻设置,所述耗能器件并联于所述触发开关的两端,且所述耗能器件设置于所述隔热层形成的第一密闭腔体内。
在其中一个实施例中,所述激发器件包括:第一电阻;
所述第一电阻的第一端与所述超导线圈组件的第一电压采集点电连接,所述第一电阻的第二端与所述超导线圈组件的第二电压采集点电连接,且所述第一电阻与所述触发开关相邻设置;
所述超导线圈组件若发生失超,则所述第一电压采集点与所述第二电压采集点之间产生的电压差驱动所述第一电阻发热,以触发所述触发开关失超。
在其中一个实施例中,所述耗能器件包括:第二电阻;
所述第二电阻并联于所述触发开关的两端,且所述第二电阻设置在所述第一密闭腔体内。
在其中一个实施例中,所述超导线圈组件包括多个串联的超导线圈;
多个所述超导线圈与所述触发开关串联连接,并形成闭环回路,所述第一电压采集点与所述第二电压采集点之间设置有至少一个所述超导线圈;
多个所述超导线圈中任一所述超导线圈若发生失超,则所述第一电压采集点与所述第二电压采集点之间产生的电压差驱动所述激发器件发热,以使所述触发开关失超。
在其中一个实施例中,所述低温容器内填充有冷却介质,所述隔热层设置于所述低温容器内并远离所述冷却介质的液面。
在其中一个实施例中,所述低温容器设置有通孔;
所述超导磁体系统还包括:导热体,所述导热体的第一端与压缩机热连接,所述导热体的第二端沿所述通孔伸入所述低温容器内,并伸入所述第一密闭腔体内,与所述耗能器件热耦合。
在其中一个实施例中,所述触发开关为超导开关。
一种超导磁体系统,设置于低温容器内,所述超导磁体系统包括:超导线圈组件、激发器件、触发开关以及耗能器件;
所述低温容器包括:内层、外层以及真空层,所述真空层设置于所述内层与所述外层之间;
所述超导线圈组件与所述触发开关组成闭环回路,所述闭环回路设置于所述内层形成的第二腔体内,所述超导线圈组件的第一电压采集点与所述激发器件的第一端电连接,所述超导线圈组件的第二电压采集点与所述激发器件的第二端电连接,且所述激发器件与所述触发开关相邻设置;
所述耗能器件并联于所述触发开关的两端,且所述耗能器件设置于所述真空层。
在其中一个实施例中,所述外层设置有通孔;
所述超导磁体系统还包括:导热体,所述导热体的第一端与压缩机热连接,所述导热体的第二端沿所述通孔伸入所述真空层,并与所述耗能器件热耦合。
一种磁共振设备的失超控制方法,所述磁共振设备包括:
低温容器,填充有冷却介质;
超导线圈组件,包括多个超导线圈,且多个所述超导线圈与所述冷却介质热耦合;
耗能器件,设置在所述低温容器内,且所述耗能器件与所述冷却介质之间设置隔热层,以减缓甚至阻断所述耗能器件与所述冷却介质之间的热耦合;
所述失超控制方法包括:
检测至少一个所述超导线圈两端的电压差;
根据所述电压差产生所述超导线圈组件的失超触发信号;
利用所述失超触发信号使所述耗能器件与所述超导线圈组件形成闭合回路,以通过所述耗能器件消耗所述超导线圈组件的倾泻磁能。
与现有技术相比,上述超导磁体系统及磁共振设备的失超控制方法,在所述触发开关的两端并联所述耗能器件,并将所述耗能器件设置在所述隔热层形成的第一密闭腔体内。在所述超导线圈组件发生失超时,利用所述第一电压采集点与所述第二电压采集点之间产生的电压差驱动所述激发器件发热,促使所述触发开关失超,从而将超导线圈组件内部运行的电流导入所述耗能器件,利用所述耗能器件将磁能转换成热能并在所述第一密闭腔体内耗散冷却。进而大大降低对低温容器内冷却介质的消耗,节约成本。
本申请因将所述耗能器件设置在所述低温容器内,并通过所述隔热层配合,可降低所述耗能器件对冷却介质的消耗。在实现所述超导线圈组件失超能量转移耗散的同时,还可避免了将高电压的部件放置在低温容器外部的安全风险。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的超导磁体系统的原理框图;
图2为本申请一实施例提供的超导磁体系统的结构示意图一;
图3为本申请另一实施例提供的超导磁体系统的结构示意图二;
图4为本申请另一实施例提供的超导磁体系统的结构示意图三;
图5为本申请另一实施例提供的磁共振设备的失超控制方法的流程图。
10 超导磁体系统
101 通孔
102 压缩机
110 超导线圈组件
111 超导线圈
120 激发器件
121 第一电阻
130 触发开关
140 耗能器件
141 第二电阻
150 隔热层
151 第一密闭腔体
160 导热体
161 冷头一级
162 冷头二级
170 主开关
180 二极管堆
20 低温容器
210 内层
211 第二腔体
220 真空层
230 外层
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进,因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图1和图2,本申请一实施例提供一种超导磁体系统10,设置于低温容器20内。所述超导磁体系统包括:超导线圈组件110、激发器件120、触发开关130、耗能器件140以及隔热层150。所述超导线圈组件110与所述触发开关130组成闭环回路以产生主磁场。所述超导线圈组件110可包括多个超导线圈111。相邻所述超导线圈111之间的连接点可作为所述激发器件120的接入点。如图1和图2所示,所述超导线圈组件110的第一电压采集点与所述激发器件120的第一端电连接。所述超导线圈组件110的第二电压采集点与所述激发器件120的第二端电连接,且所述激发器件120与所述触发开关130相邻设置,即两者之间可存在热耦合。
所述耗能器件140并联于所述触发开关130的两端,且所述耗能器件140设置于所述隔热层150形成的第一密闭腔体151内。所述超导线圈组件110若发生失超,则所述第一电压采集点与所述第二电压采集点之间产生的电压差驱动所述激发器件120发热,以使所述触发开关130失超。
在一个实施例中,所述低温容器20内填充有如液氦、超极化材料等冷却介质。所述超导线圈组件110可浸泡在所述冷却介质(如液氦)内。在一个实施例中,所述超导线圈组件110可包括多个串联连接的超导线圈111。在一个实施例中,所述第一电压采集点可以是任意两个相邻所述超导线圈111之间的连接处。所述第二电压采集点也可以是任意两个相邻所述超导线圈111之间的连接处,且所述第一电压采集点与所述第二电压采集点之间设置有至少一个所述超导线圈111。
在一个实施例中,多个所述超导线圈111中任一所述超导线圈111若发生失超,则所述第一电压采集点与所述第二电压采集点之间产生的电压差驱动所述激发器件120发热,以使所述触发开关130失超。
可以理解,所述激发器件120的具体结构不限制,只要具有响应所述第一电压采集点与所述第二电压采集点之间产生的电压差并迫使所述触发开关130失超的功能即可。所述激发器件120的具体结构,可根据实际需求进行选择。在一个实施例中,所述激发器件120可以是与触发开关130热耦合的加热器。在一个实施例中,所述激发器件120也可以是第一电阻121,该第一电阻能够消耗电能并产生热量。
在一个实施例中,所述触发开关130可以是低温冷却的超导开关。所述触发开关130在遇到加热元件(如加热电阻)对其加热时,所述触发开关130立即失超(失去超导状态)。在一个实施例中,所述耗能器件140可以是高比热容的器件,如高比热容的电阻,所述耗能器件140的电阻远大于所述超导线圈组件110失超初期时的电阻但远小于所述触发开关130失超时的电阻。通过高比热容的电阻消耗所述述超导线圈组件110失超时的倾泻磁能,并通过所述隔热层150配合,可降低所述耗能器件对冷却介质(如液氦)的消耗。
可以理解,所述隔热层150的具体材质不限,只要具有隔热、绝缘的功能即可。所述隔热层150的具体材质,可根据实际需求进行选择。在一个实施例中,所述隔热层150的材质可以是玻璃纤维。在一个实施例中,所述隔热层150的材质也可以是双层或者更多层真空板。
在一个实施例中,所述隔热层150形成的所述第一密闭腔体151的形状可以是方形、圆形等,隔热层150所限定的第一密闭腔体151的大小也不作具体限制。本申请实施例中,隔热层150所限定的第一密闭腔体151仅包围耗能器件140。在其他实施例中,隔热层150可包括两层,且第一密闭腔体151可同时容纳多个所述超导线圈111、耗能器件140等多种器件,当然,超导线圈111、耗能器件140之间设置了热屏蔽。例如,隔热层150可作为低温容器20的一部分,第一层可作为低温容器20的中间层(位于低温容器的外层内侧),第二层可作为低温容器20的内层,耗能器件140位于第一层与第二层所限定的空间内,多个所述超导线圈111位于第二层所限定的封闭空间内。将所述耗能器件140设置于所述第一密闭腔体151内,以便减少甚至隔断所述耗能器件140向所述低温容器20内的是冷却介质传递的辐射热量,从而降低对冷却介质的消耗,进而节约成本。
在一个实施例中,所述隔热层150以及位于所述第一密闭腔体151内的所述耗能器件140可设置在所述低温容器20内填充的冷却介质(如液氦)内。在一个实施例中,所述隔热层150以及位于所述第一密闭腔体151内的所述耗能器件140,也可设置在所述低温容器20内并远离所述冷却介质(如液氦)的液面,这种设置方式可大大降低甚至隔断所述耗能器件140对所述冷却介质(如液氦)的消耗。同时将所述隔热层150和所述耗能器件140设置在所述低温容器20内,还能够避免将高电压的部件(即所述耗能器件140)放置在低温容器外部的安全风险。
在一个实施例中,所述低温容器20由内到外可包括内层210、中间层(也称真空层220)以及外层230。本实施例中所述耗能器件140设置在所述外层230的内侧(或者内部),而非如现有技术将数千伏特的高压部件布设在磁体容器/低温容器外部可能带来很大的安全风险,提高了设备的安全性;同时,无需布设额外的由所述低温容器20内部到外部的强电流通路,减少设计结构的复杂度。
在一个实施例中,若所述超导线圈组件110的总电感为20H,额定运行电流为500A;所述触发开关130的正常态电阻为95Ω,所述第一电阻121的阻值为5Ω。若磁体在运行至满电流500A后发生失超,所述超导线圈组件110中的两个电压采集点之间产生的电压差会立刻加热所述第一电阻121(即所述激发器件120),使其发热,从而可使所述触发开关130失去超导态进入正常态(即失超)。此时所述触发开关130的电阻由零迅速变为95Ω。
流经所述触发开关130的500A电流的大部分(约475A)会立刻进入并联于所述触发开关130两端的所述耗能器件140(5Ω)的支路,并且产生超过1000KW的瞬时功率。磁体满电流运行时所含的能量为1/2*20H*(500A)2=2.5MJ。而根据RL电路特性,所述耗能器件140的发热能将磁体电流可在10秒时间内降至50A以下,随后降至0A。
通过设计高比热容的所述耗能器件140,在吸收了2.5MJ的绝大部分能量之后,整个所述耗能器件140的温升被控制在50K-100K的范围内。通过所述耗能器件140外部所述隔热层150的保护,温度大幅升高的所述耗能器件140与冷却介质液面之间的辐射和对流被阻隔,从而可使得所述耗能器件140散发的热量仅对整体冷却介质(液氦)产生不到1W的持续热输入,大大降低耗能器件对冷却介质(如液氦)的消耗,进而达到节约成本的效果。
本实施例中,在所述超导线圈组件110发生失超时,利用所述第一电压采集点与所述第二电压采集点之间产生的电压差驱动所述激发器件120发热,促使所述触发开关130失超。从而将所述超导线圈组件110内部运行的电流导入所述耗能器件140,利用所述耗能器件140将磁能转换成热能并在所述第一密闭腔体151内耗散冷却。进而大大降低对低温容器20内冷却介质的消耗,节约成本。
请参见图2,在一个实施例中,所述耗能器件140包括第二电阻141。所述第二电阻141并联于所述触发开关130的两端,且所述第二电阻141设置在所述第一密闭腔体151内。在一个实施例中,所述第二电阻141可为高比热容的电阻。在一个实施例中,所述第二电阻141设计的比热容越大,在其安全工作温度范围内所能承担的磁体失超次数则越多,从而达到了经历多次失超也近似不消耗所述低温容器内冷却介质(例如液氦)的目的。在所述超导线圈组件110发生失超时,可通过第二电阻141消耗所述述超导线圈组件110失超时的倾泻磁能,并通过所述隔热层150配合,大大降低所述耗能器件对冷却介质(如液氦)的消耗,从而节约成本。
在一个实施例中,所述低温容器20内填充有液氦。所述隔热层150设置于所述低温容器20内并远离所述液氦的液面。通过这种设置方式可大大降低甚至隔断所述耗能器件140向所述液氦传递辐射热量。
在一个实施例中,所述低温容器20设置有通孔101,该通孔也可称之为安装孔、检修孔、服务孔等。所述超导磁体系统还包括:导热体160。所述导热体160的第一端与压缩机102热连接。所述导热体160的第二端沿所述通孔101伸入所述低温容器20内,并伸入所述第一密闭腔体151内,与所述耗能器件140热连接。在一个实施例中,所述通孔101的形状可与所述导热体160的形状相同。在一个实施例中,所述导热体160可以包括制冷机的冷头。可通过所述冷头与气化的氦气接触,并对氦气进行冷凝。可选地,制冷机的类型可以是脉管制冷机或者GM制冷机等。
在一个实施例中,在所述耗能器件140产生温升后,可通过所述导热体160与所述压缩机102配合,对所述耗能器件140进行冷却。在一个实施例中,将所述耗能器件140完全冷却回到失超前的状态温度耗时较久,但因失超后所述超导线圈组件110基本没有温升,液氦量也基本没有损失。故在所述耗能器件140完全回复低温之前,也可对超导磁体再次进行升场励磁。
在一个实施例中,即使在所述耗能器件140没有完全回复低温的情况下,再次发生失超现象,所述耗能器件140也还可以继续工作,即还可将失超后的磁体能量转换为热能迅速降低回路电流以保护超导磁体。只要所述耗能器件140自身的绝对温度未超过设计的安全值即可。
在一个实施例中,所述超导磁体系统10还包括:主开关170。所述主开关170依次与所述超导线圈组件110与所述触发开关130串联连接,并形成闭合回路。在一个实施例中,所述主开关170可为超导开关,利用所述主开关170可控制所述闭合回路的通与断。
在一个实施例中,所述超导磁体系统10还包括:二极管堆180。所述二极管堆170并联于所述主开关160的两端。通过所述二极管堆180保护所述主开关170,避免其损坏。
请参见图3,本申请一实施例提供一种超导磁体系统10,设置于低温容器20内。所述超导磁体系统10包括:超导线圈组件110、激发器件120、触发开关130以及耗能器件140。所述低温容器20包括:内层210、外层230以及真空层220,所述真空层220设置于所述内层210与所述外层230之间。
所述超导线圈组件110与所述触发开关130串联连接,并形成闭环回路。所述闭合回路设置于所述内层210形成的第二腔体211内。所述超导线圈组件110的第一电压采集点与所述激发器件120的第一端电连接。所述超导线圈组件110的第二电压采集点与所述激发器件120的第二端电连接,且所述激发器件120与所述触发开关130相邻设置。
所述耗能器件140并联于所述触发开关130的两端,且所述耗能器件140设置于所述真空层220。所述超导线圈组件110若发生失超,则所述第一电压采集点与所述第二电压采集点之间产生的电压差驱动所述激发器件120发热,以使所述触发开关130失超。
在一个实施例中,所述超导线圈组件110、所述激发器件120、所述触发开关130以及所述耗能器件140的结构均可采用上述实施例所述的结构。在一个实施例中,所述耗能器件140在消耗所述述超导线圈组件110失超时的倾泻磁能时,因所述耗能器件140位于所述真空层220内,可减少甚至隔断所述耗能器件140向冷却介质(液氦)传递辐射热量,从而可大大降低对冷却介质(液氦)的消耗甚至未对冷却介质(液氦)的消耗,进而节约成本。
在一个实施例中,所述低温容器20的内层210可采用防辐射隔热材料。通过所述内层210以及所述真空层220配合,可减少甚至隔断所述耗能器件140向位于所述第二腔体211内冷却介质(液氦)传递辐射热量。
本实施例中,在所述超导线圈组件110发生失超时,利用所述第一电压采集点与所述第二电压采集点之间产生的电压差驱动所述激发器件120发热,促使所述触发开关130失超。从而将所述超导线圈组件110内部运行的电流导入所述耗能器件140,利用所述耗能器件140将磁能转换成热能并在所述真空层220内耗散冷却。进而大大降低对所述第二腔体211内冷却介质的消耗,节约成本。
同样地,本实施例中所述耗能器件140设置在所述外层230的内侧(或者内部),而非如现有技术将数千伏特的高压部件布设在磁体容器/低温容器外部可能带来很大的安全风险,提高了设备的安全性;同时,无需布设额外的由所述低温容器20内部到外部的强电流通路,减少设计结构的复杂度。
在一个实施例中,所述外层230设置有通孔101。所述超导磁体系统10还包括:导热体160。所述导热体160的第一端与压缩机102热连接,如通过连接管线将导热体160与压缩机102热耦合。所述导热体160的第二端沿所述通孔101伸入所述真空层220,并与所述耗能器件140热连接。在一个实施例中,在所述耗能器件140产生温升后,可通过所述导热体160与所述压缩机102配合,对位于所述真空层220的所述耗能器件140进行冷却。在一个实施例中,所述导热体160可以是冷头。所述冷头上可设置有冷头一级161和冷头二级162,且所述冷头一级161和所述冷头二级162的低温温度不同,冷头一级161位于低温容器的外层230和真空层220之间且温度可设置在40K-70K范围内的任意值,冷头二级162自真空层220延伸至内层210内部空间且温度可设置在10K以下。例如,冷头一级161的温度设定约为50K,冷头二级162的温度保持约4.2K。在一个实施例中,可通过所述冷头一级161对位于所述真空层220的所述耗能器件140进行冷却;可通过所述冷头二级162对位于所述内层210的氦气进行冷凝(如图4所示)。
请参见图5,本申请一实施例提供一种磁共振设备的失超控制方法,所述磁共振设备包括:低温容器20、超导线圈组件110和耗能器件140。所述低温容器20填充有冷却介质。所述超导线圈组件110包括多个超导线圈111,且多个所述超导线圈111与所述冷却介质热耦合。所述耗能器件140设置在所述低温容器20内,且所述耗能器件140与所述冷却介质之间设置隔热层150,以减缓甚至阻断所述耗能器件140与所述冷却介质之间的热耦合。所述失超控制方法包括:
S102:检测至少一个所述超导线圈111两端的电压差。
在一个实施例中,可通过具有检测电压功能的传感器或具有测量磁场功能的传感器(如磁场传感器)检测至少一个所述超导线圈111两端的电压差。在一个实施例中,所述低温容器20、所述耗能器件140的具体结构可采用上述实施例中所述的结构。
S104:根据所述电压差产生所述超导线圈组件110的失超触发信号。
通过至少一个所述超导线圈111两端的电压差变化,产生所述超导线圈组件110的失超触发信号,并通过该所述失超触发信号使所述耗能器件140与所述超导线圈组件110形成闭合回路。
S106:利用所述失超触发信号使所述耗能器件140与所述超导线圈组件110形成闭合回路,以通过所述耗能器件140消耗所述超导线圈组件110的倾泻磁能。
通过所述失超触发信号使所述耗能器件140与所述超导线圈组件110形成闭合回路,从而将所述超导线圈组件110内部运行的电流导入所述耗能器件140,进而通过所述耗能器件140耗所述述超导线圈组件110失超时的倾泻磁能,并通过隔热层150配合,可降低所述耗能器件140对所述冷却介质的消耗,节约成本。
综上所述,本申请在所述超导线圈组件110发生失超时,利用所述第一电压采集点与所述第二电压采集点之间产生的电压差驱动所述激发器件120发热,促使所述触发开关130失超。从而将所述超导线圈组件110内部运行的电流导入所述耗能器件140,利用所述耗能器件140将磁能转换成热能并在所述第一密闭腔体151内耗散冷却。进而大大降低对低温容器20内冷却介质的消耗,节约成本。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种超导磁体系统,设置于低温容器(20)内,其特征在于,所述超导磁体系统包括:超导线圈组件(110)、激发器件(120)、触发开关(130)、耗能器件(140)以及隔热层(150);
所述超导线圈组件(110)与所述触发开关(130)组成闭环回路,所述超导线圈组件(110)的第一电压采集点与所述激发器件(120)的第一端电连接,所述超导线圈组件(110)的第二电压采集点与所述激发器件(120)的第二端电连接,且所述激发器件(120)与所述触发开关(130)相邻设置,所述耗能器件(140)并联于所述触发开关(130)的两端,且所述耗能器件(140)设置于所述隔热层(150)形成的第一密闭腔体(151)内。
2.如权利要求1所述的超导磁体系统,其特征在于,所述激发器件(120)包括:第一电阻(121);
所述第一电阻(121)的第一端与所述超导线圈组件(110)的第一电压采集点电连接,所述第一电阻(121)的第二端与所述超导线圈组件(110)的第二电压采集点电连接,且所述第一电阻(121)与所述触发开关(130)相邻设置;
所述超导线圈组件(110)若发生失超,则所述第一电压采集点与所述第二电压采集点之间产生的电压差驱动所述第一电阻(121)发热,以触发所述触发开关(130)失超。
3.如权利要求1所述的超导磁体系统,其特征在于,所述耗能器件(140)包括:第二电阻(141);
所述第二电阻(141)并联于所述触发开关(130)的两端,且所述第二电阻(141)设置在所述第一密闭腔体(151)内。
4.如权利要求1所述的超导磁体系统,其特征在于,所述超导线圈组件(110)包括多个串联的超导线圈(111);
多个所述超导线圈(111)与所述触发开关(130)串联连接,并形成闭环回路,所述第一电压采集点与所述第二电压采集点之间设置有至少一个所述超导线圈(111);
多个所述超导线圈(111)中任一所述超导线圈(111)若发生失超,则所述第一电压采集点与所述第二电压采集点之间产生的电压差驱动所述激发器件(120)发热,以使所述触发开关(130)失超。
5.如权利要求1所述的超导磁体系统,其特征在于,所述低温容器(20)内填充有冷却介质,所述隔热层(150)设置于所述低温容器(20)内并远离所述冷却介质的液面。
6.如权利要求5所述的超导磁体系统,其特征在于,所述低温容器(20)设置有通孔(101);
所述超导磁体系统还包括:导热体(160),所述导热体(160)的第一端与压缩机(102)热连接,所述导热体(160)的第二端沿所述通孔(101)伸入所述低温容器(20)内,并伸入所述第一密闭腔体(151)内,与所述耗能器件(140)热耦合。
7.如权利要求1所述的超导磁体系统,其特征在于,所述触发开关(130)为超导开关。
8.一种超导磁体系统,设置于低温容器(20)内,其特征在于,所述超导磁体系统包括:超导线圈组件(110)、激发器件(120)、触发开关(130)以及耗能器件(140);
所述低温容器(20)包括:内层(210)、外层(230)以及真空层(220),所述真空层(220)设置于所述内层(210)与所述外层(230)之间;
所述超导线圈组件(110)与所述触发开关(130)组成闭环回路,所述闭环回路设置于所述内层(210)形成的第二腔体(211)内,所述超导线圈组件(110)的第一电压采集点与所述激发器件(120)的第一端电连接,所述超导线圈组件(110)的第二电压采集点与所述激发器件(120)的第二端电连接,且所述激发器件(120)与所述触发开关(130)相邻设置;
所述耗能器件(140)并联于所述触发开关(130)的两端,且所述耗能器件(140)设置于所述真空层(220)。
9.如权利要求8所述的超导磁体系统,其特征在于,所述外层(230)设置有通孔(101);
所述超导磁体系统还包括:导热体(160),所述导热体(160)的第一端与压缩机(102)热连接,所述导热体(160)的第二端沿所述通孔(101)伸入所述真空层(220),并与所述耗能器件(140)热耦合。
10.一种磁共振设备的失超控制方法,其特征在于,所述磁共振设备包括:
低温容器(20),填充有冷却介质;
超导线圈组件(110),包括多个超导线圈(111),且多个所述超导线圈(111)与所述冷却介质热耦合;
耗能器件(140),设置在所述低温容器(20)内,且所述耗能器件(140)与所述冷却介质之间设置隔热层(150),以减缓甚至阻断所述耗能器件(140)与所述冷却介质之间的热耦合;
所述失超控制方法包括:
检测至少一个所述超导线圈(111)两端的电压差;
根据所述电压差产生所述超导线圈组件(110)的失超触发信号;
利用所述失超触发信号使所述耗能器件(140)与所述超导线圈组件(110)形成闭合回路,以通过所述耗能器件(140)消耗所述超导线圈组件(110)的倾泻磁能。
CN201910725581.8A 2019-08-07 2019-08-07 超导磁体系统及磁共振设备的失超控制方法 Active CN110571011B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910725581.8A CN110571011B (zh) 2019-08-07 2019-08-07 超导磁体系统及磁共振设备的失超控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910725581.8A CN110571011B (zh) 2019-08-07 2019-08-07 超导磁体系统及磁共振设备的失超控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110571011A true CN110571011A (zh) 2019-12-13
CN110571011B CN110571011B (zh) 2021-10-22

Family

ID=68774834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910725581.8A Active CN110571011B (zh) 2019-08-07 2019-08-07 超导磁体系统及磁共振设备的失超控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110571011B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022166004A1 (zh) * 2021-02-05 2022-08-11 华中科技大学 一种超导磁体系统及其失超保护电路

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0323840A (ja) * 1989-06-21 1991-01-31 Toshiba Corp Mri装置用超電導マグネット
US5701075A (en) * 1996-01-04 1997-12-23 General Electric Company Magnetic resonance imaging shimming by superconducting gradient shield
CN101937750A (zh) * 2009-06-26 2011-01-05 英国西门子公司 用于超导磁体的失超能量消散
CN102412047A (zh) * 2010-09-21 2012-04-11 通用电气公司 超导磁体及超导磁体系统
CN103022972A (zh) * 2012-12-26 2013-04-03 中国科学院电工研究所 一种用于超导磁体失超保护的装置
CN103714935A (zh) * 2012-09-28 2014-04-09 西门子(深圳)磁共振有限公司 一种超导磁体的升降场辅助装置
CN110071713A (zh) * 2019-03-01 2019-07-30 天津大学 用于传导冷却的超导开关及其超导磁体装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0323840A (ja) * 1989-06-21 1991-01-31 Toshiba Corp Mri装置用超電導マグネット
US5701075A (en) * 1996-01-04 1997-12-23 General Electric Company Magnetic resonance imaging shimming by superconducting gradient shield
CN101937750A (zh) * 2009-06-26 2011-01-05 英国西门子公司 用于超导磁体的失超能量消散
CN102412047A (zh) * 2010-09-21 2012-04-11 通用电气公司 超导磁体及超导磁体系统
CN103714935A (zh) * 2012-09-28 2014-04-09 西门子(深圳)磁共振有限公司 一种超导磁体的升降场辅助装置
CN103022972A (zh) * 2012-12-26 2013-04-03 中国科学院电工研究所 一种用于超导磁体失超保护的装置
CN110071713A (zh) * 2019-03-01 2019-07-30 天津大学 用于传导冷却的超导开关及其超导磁体装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022166004A1 (zh) * 2021-02-05 2022-08-11 华中科技大学 一种超导磁体系统及其失超保护电路
US11869709B2 (en) 2021-02-05 2024-01-09 Huazhong University Of Science And Technology Superconducting magnet system and quench protection circuit thereof

Also Published As

Publication number Publication date
CN110571011B (zh) 2021-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102054554B (zh) 超导磁体的制冷系统和制冷方法
US8400747B2 (en) Superconducting coil, superconducting magnet, and method of operating superconducting magnet
CN100485990C (zh) 具有低温系统和超导开关的超导装置
CN101937750B (zh) 用于超导磁体的失超能量消散
WO2007081914A2 (en) Superconducting quick switch
CN104884967A (zh) 具有传热装置的低损耗持续电流开关
US20150111753A1 (en) Superconducting magnet apparatus
CN110571011B (zh) 超导磁体系统及磁共振设备的失超控制方法
Le et al. Thermal design of a cryogenics cooling system for a 10 MW-class high-temperature superconducting rotating machine
US20100267567A1 (en) Superconducting magnet system with cooling system
EP0678214A1 (en) Superconducting switch thermal interface for a cryogenless superconducting magnet
US10298097B2 (en) Electrical machine with superconducting coils
JP3955022B2 (ja) 冷凍設備
TW201322910A (zh) 用於在超導系統中的過冷技術
Sinanna et al. Field stabilization of the Iseult/Inumac magnet operating in driven mode
CN113178844B (zh) 一种超导磁体系统的保护电路
JP3117173B2 (ja) 冷凍機付超電導マグネット装置
Kiyoshi et al. Development of a 20 T class superconducting magnet with large bore
JP3147630B2 (ja) 超電導コイル装置
CN220290561U (zh) 一种超导磁体组件
Wang et al. The helium cooling system and cold mass support system for the MICE coupling solenoid
Gong et al. The cryogenic system of the 10.5 kV/1.5 kA high Tc superconducting fault current limiter
JP3310074B2 (ja) 超電導磁石装置
KR20240018625A (ko) 초전도 자석용 초전도 스위치
McIntyre Integration and testing of the superconducting magnet and cryogenics for AMS

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
CB02 Change of applicant information

Address after: 201807 Shanghai City, north of the city of Jiading District Road No. 2258

Applicant after: Shanghai Lianying Medical Technology Co., Ltd

Address before: 201807 Shanghai City, north of the city of Jiading District Road No. 2258

Applicant before: SHANGHAI UNITED IMAGING HEALTHCARE Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant