CN111665465B - 一种无液氦超导磁体系统 - Google Patents

一种无液氦超导磁体系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111665465B
CN111665465B CN202010414425.2A CN202010414425A CN111665465B CN 111665465 B CN111665465 B CN 111665465B CN 202010414425 A CN202010414425 A CN 202010414425A CN 111665465 B CN111665465 B CN 111665465B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ring
temperature
cylinder
superconducting magnet
cold
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.)
Active
Application number
CN202010414425.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111665465A (zh
Inventor
贝嘉仪
莫磊
王苏聪
梁平
李璟
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.)
Ningbo Gaosi Superconducting Technology Co ltd
Original Assignee
Ningbo Gaosi Superconducting Technology 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 Ningbo Gaosi Superconducting Technology Co ltd filed Critical Ningbo Gaosi Superconducting Technology Co ltd
Priority to CN202010414425.2A priority Critical patent/CN111665465B/zh
Publication of CN111665465A publication Critical patent/CN111665465A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111665465B publication Critical patent/CN111665465B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • G01R33/3802—Manufacture or installation of magnet assemblies; Additional hardware for transportation or installation of the magnet assembly or for providing mechanical support to components of the magnet assembly
    • 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
    • G01R33/3804—Additional 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/048—Superconductive coils
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor

Landscapes

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

Abstract

本发明公开了一种无液氦超导磁体系统，解决了现阶段的超导磁体系统依赖液氦的问题。其技术方案要点是一种无液氦超导磁体系统，包括室温真空筒、超导磁体、低温系统；室温真空筒包括室温外筒、室温内筒、第一室温环和第二室温环；低温系统包括制冷机、第一隔热筒、冷屏筒、第二隔热筒、第一冷屏环和第二冷屏环和支撑环；第二隔热筒一端固定于第一室温环且另一端固定于第一冷屏环；第一隔热筒的一端固定于第一冷屏环且另一端固定于支撑环；制冷机的一级冷头与冷屏筒热连接，制冷机的二级冷头与超导磁体的超导线圈热连接，所述无液氦超导磁体系统内部没有设计液氦杜瓦，对液氦的依赖较小，确漏热量较小，且结构强度较高。

Description

一种无液氦超导磁体系统
技术领域
本发明涉及核磁共振仪领域，特别是涉及一种无液氦超导磁体系统。
背景技术
现有技术中，超导磁体系统往往需要使用液氦作为冷却介质，把超导线圈浸泡在液氦杜瓦中，使超导线圈温度能够保持在4.2K，从而实现超导线圈处于超导状态。但由于氦气（液氦）是天然气开采时的副产物，但氦气（液氦）资源普遍在美国、卡塔尔、阿尔及利亚、俄罗斯，上述四国的害死资源总量占了全球总量的88%。而中国的氦气储量仅有11亿立方米，仅占全球氦气储量的2%。由于我国液氦资源储量较少的影响，我国的核磁共振超导磁体事业的发展受到了影响。因此现阶段需要研制出一种受液氦资源影响较小的超导磁体系统。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种无液氦超导磁体系统。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种无液氦超导磁体系统，包括室温真空筒、超导磁体、低温系统；所述室温真空筒包括室温外筒、室温内筒、第一室温环和第二室温环；所述低温系统包括制冷机、第一隔热筒、冷屏筒和第二隔热筒；所述超导磁体、所述第一隔热筒、所述冷屏筒、所述第二隔热筒从内至外依次布置；所述冷屏筒的两端分别设有供冷屏筒安装的第一冷屏环和第二冷屏环；所述第二隔热筒一端固定于所述第一室温环且另一端固定于第一冷屏环；所述超导磁体远离所述第一冷屏环的端部设有支撑环；所述第一隔热筒的一端固定于第一冷屏环且另一端固定于所述支撑环；所述制冷机的一级冷头与所述冷屏筒热连接，所述制冷机的二级冷头与所述超导磁体的超导线圈热连接。
通过采用上述技术方案，上述无液氦超导磁体系统的工作原理如下：制冷机的二级冷头具有4K的制冷效果，能够使得超导磁体处于7K以下的温度，从而使得超导磁体的超导线圈在环境温度上具备了实现超导状态的条件；制冷机的一级冷头具有40K的制冷效果，使得冷屏筒、第一冷屏环、第二冷屏环处于50K左右的温度；同时，第一隔热筒、第二隔热筒的设定，降低了热量在超导磁体、冷屏筒和室温筒之间的传递，且使得上述无液氦超导磁体系统内部具有二级低温（4.2K-8K）、一级低温（38K-55K）和室温的阶梯布置，有助于超导磁体的超导线圈处于超导状态。在本申请中的无液氦超导磁体系统中，采用了筒状的支撑结构，不仅使得无液氦超导磁体系统中的漏热量减小，且提高了无液氦超导磁体系统内部的结构强度。
本发明进一步设置为，所述超导磁体包括安装架和安装于安装架的超导线圈；所述安装架包括间隔布置的支持件，相邻所述支持件之间形成供所述超导线圈安装的安装间隙；所述支持件还设置有支撑于所述超导线圈内环侧壁的限位凸环。
通过采用上述技术方案，上述超导磁体的生产方式如下所示：1、将安装架的支持件置于安装平面上；2、将超导线圈安装在支持件的顶面；3、将另一个支持件置于超导线圈的表面；重复步骤2和3，直至完成所有超导线圈的安装。其中，支持件具有支撑于相邻超导线圈内环侧壁的限位凸环，有助于在安装过程中对超导线圈进行径向限位，提高超导线圈在安装架上的安装精度。上述超导磁体的结构和生产方式，相较于将超导线圈绕制在一个骨架上的方式而言，有助于减少超导线在超导磁体生产工艺中的损耗。
其中，本发明中的无骨架结构，并不指超导磁体没有支架的结构设定，而是区别于传统的将超导线绕制在超导磁体骨架上的结构。传统的超导线圈是通过将超导线绕制在超导磁体骨架的骨架线槽内生产获得的，在生产过程中，超导磁体骨架始终能够对超导线圈进行径向支撑，从而超导磁体骨架拥有“骨架”的功能。但是本实用新型中的超导线圈是通过绕线机上的模具单独生产的，绕线完成后进行脱模，安装架并不对超导线圈的成型提供任何支撑，使得安装架并不具备线圈的“骨架”的功能。虽然安装架也设有支撑于超导线圈内环侧壁的限位凸环，但是限位凸环仅方便将超导线圈定位在支持件上作限位作用。
本发明进一步设置为，所述支持件包括位于两端的端部支持件和设于两个端部支持件之间的中间支持件；所述安装架在两个所述端部支持件固定有导向支柱，所述中间支持件具有与所述导向支柱配合的导向滑套，所述导向滑套固定于所述导向支柱。
通过采用上述技术方案，在将超导线圈安装至安装架时，将超导线圈放置在一个端部支持件上，中间支持件通过导向滑套和导向支柱的配合滑移安装至超导线圈的顶部。上述安装方式方便了中间支持件的安装定位，使得中间支持件在安装过程中不易发生偏移。
本发明进一步设置为，所述中间支持件包括第一支持件；所述第一支持件包括两个第一支持环和至少三块周向设于两个所述第一支持环之间的第一支持块。
通过采用上述技术方案，由于超导线圈在超导磁体中的位置是一定，相邻两个超导线圈之间的间距是不一样的，因此当相邻两个超导线圈之间的距离较大时，能够采用上述第一支持件的结构。第一支持件包括两个第一支持环和至少三个第一支持块，相较于实心的支持件结构，上述第一支持件的重量较轻。
本发明进一步设置为，所述低温系统还包括位于第一隔热筒内且与所述超导线圈的制冷平台、低温套管组件和热量传导组件；所述低温套管组件包括密封贯穿所述室温筒且位于所述制冷机的一级冷头外侧的一级低温套管、位于二级冷头外侧且底部安装于所述制冷平台的二级低温套管以及密封连接第一低温套管和二级低温套管的连接环；所述连接环热连接于所述冷屏筒；所述热量传导组件包括热连接于连接环和所述制冷机一级冷头的一级低温传导件和热连接于制冷机的二级冷头和制冷平台的二级低温传导件。
通过采用上述技术方案，低温套管组件中一级低温套管、二级低温套管和连接环的配合，使得制冷机的安装空腔和超导磁体的内部空腔进行隔离，使得在进行制冷机的拆装过程中超导磁体内腔能够保持真空状态，有助于保持超导磁体在制冷机拆除后保持低温状态，从而削减制冷机拆卸维修过程中造成的能量损失。其中，制冷机的一级冷头通过一级低温传导件和连接环能够使得冷屏筒的温度能够保持在50K左右，制冷机的二级冷头通过二级低温传导件和制冷平台连接，使得制冷平台的温度能够保持在7K以下，从而保证了无液氦超导磁体中超导线圈的超导状态。
本发明进一步设置为，所述一级低温套管的底部具有安装底环，所述连接环在朝向安装底环的侧面开设有第一密封环槽且在所述第一密封环槽内设有密封抵接于所述安装底环和所述连接环的第一密封件；所述二级低温套管的顶部具有供所述连接环安装的第二安装环，所述第二安装环在朝向所述连接环的侧面开设有第二密封环槽且在所述第二密封环槽内设有密封抵接于所述第二安装环和所述连接环的第二密封件。
通过采用上述技术方案，第一密封件密封抵接于安装底环和连接环之间，实现了安装底环和连接环之间的密封。第一密封环槽的设定有助于第一密封件在连接环上的定位安装。第二密封件密封抵接于第二安装环和连接环之间，实现了第二安装环和连接环之间的密封。第二密封环槽的设定有助于第二密封件在第二安装环上的定位安装。
本发明进一步设置为，所述冷屏筒具有支撑于所述安装底环底面的承接铜法兰，所述承接铜法兰的顶部具有供所述连接环安装的安装环槽；所述安装底环通过固定螺钉安装于所述承接铜法兰；所述连接环通过第一螺钉固定于所述安装环槽内；所述连接环通过第二螺钉固定于所述第二安装环。
通过采用上述技术方案，承接铜法兰的设定能够方便一级低温套管、二级低温套管和连接环的安装，使得在后续无液氦超导磁体系统的整体拆卸时，方便将一级低温套管、二级低温套管和连接环从超导磁体系统上取下。
本发明进一步设置为，所述一级低温套管具有第一波纹管段；所述二级低温套管具有第二波纹管段。
通过采用上述技术方案，一级低温套管的底部是安装在承接法兰上的，该处的温度保持在50K左右，而一级低温套管的顶部是与外界接触，该处的温度保持在290K左右，使得整根一级低温套管的侧壁沿其高度方向存在明显的温度差异，一级低温套管从上至下温度逐渐降低。由于一级低温套管的顶部安装于室温颈管上，底部安装于承接法兰上，当制冷机启动后，一级低温套管的两端存在温差，一级低温套管的底端受冷收缩，收缩力顺着一级低温套管的管壁传递至一级低温套管的顶部，使得一级低温套管的顶部也发生向内收缩，第一波纹管段的设定能够削弱一级低温套管的顶部向内收缩的力，同时波纹管允许一定范围内的径向移动，有助于保持一级低温套管的顶部和室温颈管、制冷机转接法兰的连接稳定性。
二级低温套管中设置的第二波纹管段能够有助于削弱二级低温套管两端因温度不同而造成顶部发生向内收缩的力，有助于二级低温套管在连接环和制冷平台上的安装稳定性。同时二级低温套管具有第二波纹管段，使得在安装过程中能够对第二波纹管段进行压缩，从而方便二级低温套管和连接环的安装固定。
本发明进一步设置为，所述低温系统还包括螺旋贴合于所述超导线圈内壁的第一铜带和螺旋贴合于所述超导线圈外壁的第二铜带；所述第一铜带和所述第二铜带均与制冷机的二级冷头热连接。
通过采用上述技术方案，通过第一铜带和第二铜带，能够将超导磁体产生的热量通过制冷机的一级冷头带离。由于传统的传导式冷却超导磁体仅是通过在超导线圈的外表面缠绕铜带，并将铜带和制冷平台连接，实现对超导磁体的冷却，但由于超导线圈在生产的过程中会在每层刷一层较薄的环氧树脂，导致超导线圈中位于内侧的部分往往达不到比较理想的低温状态。本申请中的超导磁体没有设置骨架结构，使得第二铜带能够与超导线圈的内壁接触，从而提升对超导线圈的冷却效果。
本发明进一步设置为，所述第一铜带具有第一冷却通道，所述第一铜带具有第一冷却通道，所述第一铜带的两端均设有第一通气接头；所述第二铜带具有第二冷却通道，所述第二铜带的两端均设有第二通气接头；所述冷屏筒外侧也设绕设有第三铜带，第三铜带具有第三冷却通道，所述第三铜带的两端均设有第三通气接头，所述第三铜带与所述制冷机的一级冷头热连接。
通过采用上述技术方案，第一铜带中第一冷却通道，第二铜带的第二冷却通道以及第三铜带的第三冷却通道的设定，能够用于对无液氦超导磁体系统的初步降温，通过向第一冷却通道、第二冷却通道和第三冷却通道内注入液氮，使得超导磁体系统中的超导线圈和冷屏筒的温度降低至77K；之后，由于第一铜带、第二铜带两端与制冷机的二级冷头连接，第三铜带的两端与制冷机的以及冷头连接，通过制冷机将超导线圈继续降低至7K以下。上述结构的设定，有助于节省无液氦超导磁体系统的初次冷却时间，和节约了耗费在制冷机上的电能。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1、一种无液氦超导磁体系统，包括室温真空筒、超导磁体、低温系统，低温系统包括制冷机、第一隔热筒、冷屏筒、第二隔热筒，制冷机的二级冷头使得超导磁体处于7K以下的温度，制冷机的一级冷头使得冷屏筒、第一冷屏环和第二冷屏环处于50K的温度，同时，第一隔热筒和第二隔热筒的设定，降低了热量在超导磁体、冷屏筒和室温筒之间的传递，且使得上述无液氦超导磁体系统内部具有二级低温（4.2K-7K）、一级低温（38K-55K）和室温的阶梯布置，有助于超导磁体的超导线圈处于超导状态；
2、超导磁体包括安装架和超导线圈，去除了骨架的设定，有助于超导磁体在生产过程中超导线的损耗；
3、通过设置一级低温套管、二级低温套管以及密封连接于一级低温套管和二级低温套管之间的连接环，使得制冷机的安装空腔和超导磁体的内部空腔进行隔离，使得在进行制冷机的拆装过程中超导磁体内腔能够保持真空状态，有助于保持超导磁体在制冷机拆除后保持低温状态，从而削减制冷机拆卸维修过程中造成的能量损失；
4、一级低温套管具有第一波纹管段，二级低温套管具有第二波纹管段，有助于一级低温套管在室温颈管、制冷机转接法兰上的安装稳定性，有助于二级低温套管在制冷平台和连接环上的安装稳定性；
5、低温系统过还包括第一铜带和第二铜带，能够对超导线圈的内壁和外壁进行同步冷却，从而提高对超导线圈的冷却效果；
6、通过在第一铜带上设置第一冷却通道、在第二铜带上设置第二冷却通道、在第三铜带上设置第三冷却通道，从而在无液氦超导磁体系统的初次冷却中，能够采用向第一冷却通道、第二冷却通道和第三冷却通道内通入液氮，使得超导线圈和冷屏筒的温度先降低至77K，再通过制冷机冷却超导线圈和冷屏筒，使之达到设计温度，这种结构的设定，有助于减少无液氦超导磁体系统的初次冷却时间和降低制冷机在无液氦超导磁体系统的初次冷却中的耗电量。
附图说明
图1是无液氦超导磁体系统的结构示意图。
图2是室温真空筒的室温颈管的结构示意图。
图3是超导磁体的结构示意图。
图4是超导磁体的剖面示意图。
图5是图4中A处的放大图。
图6是第一支持件的结构示意图。
图7是图4中B处的放大图。
图8是第二支持件的结构示意图。
图9是图3中C处的放大图。
图10是制冷机的结构示意图。
图11是制冷机在室温真空筒上的安装示意图。
图12是冷屏筒中承接铜法兰的安装示意图。
图13是图11中D处的放大图。
图14是图11中E处的放大图。
图15是图11中F处的放大图。
图16是超导线圈、第一铜带和第二铜带的配合示意图。
图17是冷屏筒和第三铜带的配合示意图。
图中：1、室温真空筒；11、室温外筒；12、室温内筒；13、第一室温环；14、第二室温环；15、室温颈管；151、室温安装环；1511、第三密封件；2、超导磁体；211、端部支持件；2111、第一环槽；2112、第一限位凸环；2113、导向支柱；212、第一支持件；2121、第一支持环；21211、第一支持槽；21212、第二限位凸环；21213、第一导向滑套；2122、第一支持块；2123、连接板；213、第二支持件；2131、第三限位凸环；2132、第二导向滑套；214、支撑板；2141、固定槽；2142、连接槽；215、固定环；22、超导线圈；3、制冷机；31、一级冷头；32、二级冷头；33、转接法兰；331、第四螺钉；41、第一隔热筒；42、冷屏筒；421、承接铜法兰；4211、安装环槽；422、冷屏内筒；43、第二隔热筒；44、第一冷屏环；45、第二冷屏环；46、支撑环；5、制冷平台；51、制冷支架；61、一级低温套管；611、第一安装环；6111、第三螺钉；6112、第四密封件；612、安装底环；6121、固定螺钉；613、第一波纹管段；62、二级低温套管；621、第二安装环；6211、第二密封件；622、第二波纹管段；63、连接环；632、第一密封件；633、第二螺钉；71、一级低温传导件；72、二级低温传导件；81、第一铜带；811、第一冷却通道；82、第二铜带；821、第二冷却通道；83、第三铜带；831、第三冷却通道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参阅图1，为本发明公开的一种无液氦超导磁体系统，包括室温真空筒1、超导磁体2和低温系统。在本实施例中，无液氦超导磁体系统是应用于核磁共振仪。
参阅图1，室温真空筒1包括室温外筒11、室温内筒12、第一室温环13和第二室温环14。其中，室温真空筒1可以由不锈钢制成。由于无液氦超导磁体系统是应用于核磁共振仪，室温真空筒1的轴线为水平布置。室温真空筒1上还设置有抽真空接头，用于将室温真空筒1内抽成真空。由于抽真空接头属于核磁共振仪领域的常用技术，因此在本实施例中不再赘述。
参阅图2，室温外筒11的外壁顶部设置有室温颈管15。室温颈管15呈中空的圆管状，且竖直方向布置。室温颈管15的底部和室温筒密封焊接配合。室温颈管15的顶部设置有室温安装环151，室温安装环151在竖直方向上的截面呈长方形，且室温颈管15的顶部边沿连接于室温安装环151的底面中部。
参阅图3和图4，超导磁体2包括安装架和安装于安装架上的七个超导线圈22。在本实施例中，超导线圈22均采用绕线机绕制，且每绕制一层超导线均刷一层树脂对超导线进行定型，所以超导线圈22呈圆筒状且不易散开。相邻超导线圈22通过超导接头接通。
安装架包括八个间隔布置的支持件。相邻支持件之间形成有供超导线圈22安装的安装间隙。其中，支持件包括位于安装架两端的端部支持件211和六个位于两个端部支持件211之间的中间支持件。
参阅图4和图5，端部支持件211为环形板结构。两块端部支持件211在两者相对的侧面均设有供超导线圈22放置的第一环槽2111，且在第一环槽2111的内环边沿处形成有限制超导线圈22径向滑移的第一限位凸环2112。
两个端部支持件211之间还设有位于超导线圈22外侧的四根导向支柱2113，且四根导向支柱2113以超导线圈22的中心轴线周向均匀布置。端部支持件211具有供四根导向支柱2113插入的支柱插孔，支柱插孔贯穿端部支持件211。在进行安装架和超导线圈22的组装时，导向支柱2113的端部插入端部支持件211的支柱插孔内并进行焊接固定。在本实施例中，导向支柱2113为中空的铝合金管。
参阅图4，六个中间支持件具有第一支持件212和第二支持件213两种类型。在本实施例中，六个中间支持件从下至上依次为第一支持件212、第一支持件212、第二支持件213、第二支持件213、第一支持件212、第一支持件212。
参阅图6，第一支持件212包括两个平行的第一支持环2121和八块周向均匀支撑于两个第一支持环2121的第一支持块2122。其中，第一支持环2121由多段弧部段焊接拼成，且第一支持块2122为中空的方管结构，且第一支持块2122的轴线平行于超导线圈22的轴线方向。
参阅图4和图7，第一支持环2121在朝向第一支持块2122的端面具有供第一支持块2122的端部边沿卡入的第一支持槽21211。第一支持环2121在背向第一支持块2122的端面均周向设置有第二限位凸环21212，用于限制超导线圈22径向滑移。
参阅图4和图6，两个第一支持环2121的外侧壁均设有与四根导向支柱2113配合的第一导向滑套21213。当第一支持件212通过第一导向滑套21213安装定位于导向支柱2113后，通过焊接第一导向滑套21213和导向支柱2113实现第一支持件212在安装架上的定位安装。
参阅图4和图8，第二支持件213为实心的环状结构。第二支持件213的两端面在靠近内环边沿处均设有限制超导磁体2径向滑移的第三限位凸环2131。
第二支持件213在其外壁设有与四根导向支柱2113配合的第二导向滑套2132。当第二支持件213通过第二导向滑套2132安装定位于导向支柱2113后，通过焊接第二导向滑套2132和导向支柱2113实现第二支持件213在导向支柱2113上的定位安装。
参阅图3，安装架在两个端部支持件211之间还设有八块支撑板214。支撑板214平行于超导线圈22的轴线且支撑板214的端面呈径向布置。其中，八块支撑板214两两一组，每组支撑板214的两块支撑板214分别位于导向支柱2113的两侧。
参阅图3和图9，安装架还设有四个固定于八块支撑板214外侧的固定环215。四个固定环215两两一组分别设于安装架的上部和下部。支撑板214的上部和下部均设有供同组的两个固定环215安装的固定槽2141。同组的两个固定环215分别贴合焊接于固定槽2141的顶面或底面。其中，固定环215一端开设有断口，在安装至支撑板214的固定槽2141后，将固定环215在断口处进行焊接，保持固定环215的环状结构。
参阅图3，为了提升第一支持件212的结构强度，第一支持件212在两个第一支持环2121之间还径向布置有与支撑板214一一对应的连接板2123。连接板2123径向布置且焊接固定于两个第一支持环2121之间。支撑板214具有供连接板2123卡入的连接槽2142，且连接板2123与支撑板214焊接固定。
参阅图1，低温系统包括制冷机3、位于超导磁体2内侧的冷屏内筒422、位于超导磁体2外侧的第一隔热筒41、位于第一隔热筒41外侧的冷屏筒42、位于冷屏筒42外侧的第二隔热筒43、位于第一隔热筒41内且位于超导磁体2上方的制冷平台5、低温套管组件和热量传导组件。
参阅图10，制冷机3具有一级冷头31、二级冷头32和转接法兰33。一级冷头31能够达到50K的制冷效果，二级冷头32能够达到4.2K的制冷效果。
参阅图1，室温内筒12、超导磁体2、第一隔热筒41、冷屏筒42、第二隔热筒43和室外外筒由内至外依次布置，且两两之间存在间隙。冷屏筒42的两端分别设有供冷屏筒42安装的第一冷屏环44和第二冷屏环45。第一冷屏环44和第二冷屏环45的内侧均焊接固定于室温内筒12的外壁上。其中，第二隔热筒43一端固定于第一室温环13且另一端固定于第一冷屏环44；超导磁体2在远离第一冷屏环44的端部设有支撑环46，第一隔热筒41的一端固定于第一冷屏环44且另一端固定于支撑环46。冷屏内筒422的两端分别连接于第一冷屏环44和第二冷屏环45。
参阅图1，制冷平台5具有分别固定于超导磁体2端部的制冷支架51，以使得制冷平台5能够水平固定于超导磁体2的上方。
参阅图11和图12，冷屏筒42在其顶部侧壁具有一承接铜法兰421。承接铜法兰421的外沿与冷屏筒42采用铜焊固定，承接铜法兰421的内侧具有一法兰通孔，且承接筒法兰的顶面沿法兰通孔的边沿开设有安装环槽4211。其中，承接铜法兰421与室温颈管15同轴布置。
参阅图11和图13，低温套管组件包括一级低温套管61、二级低温套管62和密封连接于一级低温套管61和二级低温套管62之间的连接环63。
参阅图11和图14，一级低温套管61设于室温颈管15内侧，且一级低温套管61由低热传导系数的材料制成。一级低温套管61的顶部设有第一安装环611。第一安装环611在竖直方向上的截面呈长方形。一级低温套管61的顶部连接于第一安装环611的底面中部。
第一安装环611的底面外侧贴合于室温颈管15的室温安装环151的顶面，第一安装环611和室温安装环151通过六个第三螺钉6111连接固定。六个第三螺钉6111周向均匀布置。其中，第一安装环611开设有与第三螺钉6111配合的第三沉孔，室温安装环151具有与第三螺钉6111配合的第三螺纹孔。
室温安装环151在其顶面开设有第三密封环槽，且在第三部密封环槽内设有第三密封件1511。当一级低温套管61安装至室温颈管15后，第三密封件1511抵接于室温安装环151和第一安装环611之间，实现两者之间的密封。其中，第三密封环槽位于第三螺纹孔的内侧。
参阅图11和图15，制冷机3的转接法兰33与第一安装环611通过六个第四螺钉331连接固定。六个第四螺钉331周向均匀布置。其中，转接法兰33具有与第四螺钉331配合的第四沉孔，第一安装环611具有与第四螺钉331螺纹配合的第四螺纹孔。
第一安装环611在其顶面开设有第四密封环槽，且在第四密封环槽内设有第四密封件6112。当制冷机3安装于一级低温套管61时，第四密封件6112密封抵接于第一安装环611和转接法兰33之间，实现两者之间的密封。其中，第四密封环槽位于第四螺纹孔的外侧。
在本实施例中，第三密封件1511和第四密封件6112均由高分子橡胶材料制成。
参阅图11和图13，一级低温套管61底部边沿具有向内延伸且贴合于承接铜法兰顶面的安装底环612。安装底环612和承接铜法兰421通过六个固定螺钉6121连接。六个固定螺钉6121周向均匀布置。安装底环612具有与固定螺钉6121配合的固定沉孔，承接铜法兰421具有与固定螺钉6121螺纹配合的固定螺纹孔。
连接环63通过六个第一螺钉安装于承接法兰的安装环槽4211内。六个第一螺钉周向均匀布置。连接环63具有与第一螺钉配合的第一沉孔，承接铜法兰421具有与第一螺钉螺纹配合的第一螺纹孔。
连接环63在其顶面周向设有第一密封环槽，且在第一密封环槽内设有第一密封件632。其中，第一密封件632密封抵接于连接环63和安装底环612之间，实现两者之间的密封。
二级低温套管62底部密封连接于制冷平台5。在本实施例中，二级低温套管62的底部与制冷平台5密封焊接。
二级低温套管62的顶部具有第二安装环621。第二安装环621的竖直截面呈长方形，且二级低温套管62的顶部连接于第二安装环621底面的内侧。第二安装环621的顶面与连接环63的底面贴合，且连接环63和第二安装环621通过六个第二螺钉633连接。六个第二螺钉633周向均匀布置。连接环63具有与第二螺钉633配合的第二沉孔，第二安装环621具有与第二螺钉633配合的第二螺纹孔。
其中，第一密封环槽处于第一沉孔和第二沉孔之间。
第二安装环621的顶面在第二螺纹孔的外侧设有第二密封环槽，且在第二密封环槽内设置有第二密封件6211。第二密封件6211密封抵接于连接环63和第二安装环621之间，实现两者之间的密封。
在本实施例中，第一密封件632和第二密封件6211均由铟制成。高纯度的铟是优质的低温密封件。在本实施例中，第一密封件632和第二密封件6211均采用99.99%的铟。
参阅图11，为了削弱一级低温套管61两端温差对一级低温套管61的安装造成干扰，一级低温套管61具有第一波纹管段613。为了削弱二级低温套管62两端温差对二级低温套管62的安装造成干扰，二级低温套管62具有第二波纹管段622。
参阅图11，热量传导组件包括一级低温传导件71和二级低温传导件72。一级低温传导件71热连接于连接环63和制冷机3的一级冷头31，使得制冷机3的一级冷头31能够将冷屏筒42上的热量带离无液氦超导磁体2。其中，一级低温传导件71和连接环63之间通过铜带热连接。
二级低温传导件72热连接于制冷平台5和制冷机3的一级冷头31。其中，二级低温传导件72与制冷平台5螺钉连接，使得制冷机3的一级冷头31能够将无液氦超导磁体2的超导线圈22产生的热量带离超导磁体2。
参阅图16，低温系统还包括螺旋贴合于超导线圈22内壁的第一铜带81和螺旋贴合于超导线圈22外壁的第二铜带82；第一铜带81的两端和第二铜带82的两端均安装于制冷平台5上。其中，第一铜带81具有第一冷却通道811，第一铜带81的两端均设有第一通气接头；第二铜带82具有第二冷却通道821，第二铜带82的两端均设有第二通气接头。
参阅图17，低温系统还包括螺旋绕设于冷屏筒42外侧的第三铜带83。第三铜带83具有第三冷却通道831。第三铜带83的两端设有第三通气接头。
第一铜带81、第二铜带82和第三铜带83，均能够用于对无液氦超导磁体系统的初步降温，通过向第一铜带81的第一冷却通道811、第二铜带82的第二冷却通道821和的第三铜带83的第三冷却通道831内注入液氮，使得超导磁体系统中的超导线圈22和冷屏筒42的温度降低至77K，之后，将第一铜带81、第二铜带82两端固定在制冷平台5上，将第三铜带83的两端固定在承接铜法兰421上，再通过制冷机3将超导线圈22降低至4.2K。
上述无液氦超导磁体系统的实施原理如下所示：制冷机3的二级冷头32具有4K的制冷效果，能够使得超导磁体2处于4.2K以下的温度，从而使得超导磁体2的超导线圈22在环境温度上具备了实现超导状态的条件；制冷机3的一级冷头31具有40K的制冷效果，使得冷屏筒42、第一冷屏环44、第二冷屏环45处于50K左右的温度；同时，第一隔热筒41、第二隔热筒43的设定，降低了热量在超导磁体2、冷屏筒42和室温筒之间的传递，且使得上述无液氦无骨架超导磁体2系统内部具有4.2K、50K和室温的阶梯布置，有助于使得超导磁体2处于设定的温度下，有助于超导线圈22处于超导状态。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无液氦超导磁体系统，包括室温真空筒(1)、超导磁体(2)、低温系统；所述室温真空筒(1)包括室温外筒(11)、室温内筒(12)、第一室温环(13)和第二室温环(14)；其特征在于，所述低温系统包括制冷机(3)、第一隔热筒(41)、冷屏筒(42)和第二隔热筒(43)；所述超导磁体(2)、所述第一隔热筒(41)、所述冷屏筒(42)、所述第二隔热筒(43)从内至外依次布置；所述冷屏筒(42)的两端分别设有供冷屏筒(42)安装的第一冷屏环(44)和第二冷屏环(45)；所述第二隔热筒(43)一端固定于所述第一室温环(13)且另一端固定于第一冷屏环(44)；所述超导磁体(2)远离所述第一冷屏环(44)的端部设有支撑环(46)；所述第一隔热筒(41)的一端固定于第一冷屏环(44)且另一端固定于所述支撑环(46)；所述制冷机(3)的一级冷头(31)与所述冷屏筒(42)热连接，所述制冷机(3)的二级冷头(32)与所述超导磁体(2)的超导线圈(22)热连接；
所述超导磁体(2)包括安装架和安装于安装架的超导线圈(22)；所述安装架包括间隔布置的支持件，相邻所述支持件之间形成供所述超导线圈(22)安装的安装间隙；所述支持件还设置有支撑于所述超导线圈(22)内环侧壁的限位凸环；所述支持件包括位于两端的端部支持件(211)和设于两个端部支持件(211)之间的中间支持件；所述安装架在两个所述端部支持件(211)固定有导向支柱(2113)，所述中间支持件具有与所述导向支柱(2113)配合的导向滑套，所述导向滑套固定于所述导向支柱(2113)。
2.根据权利要求1所述的一种无液氦超导磁体系统，其特征在于，所述中间支持件包括第一支持件(212)；所述第一支持件(212)包括两个第一支持环(2121)和至少三块周向设于两个所述第一支持环(2121)之间的第一支持块(2122)。
3.根据权利要求1所述的一种无液氦超导磁体系统，其特征在于，所述低温系统还包括位于第一隔热筒(41)内且与所述超导线圈(22)的制冷平台(5)、低温套管组件和热量传导组件；所述低温套管组件包括密封贯穿所述室温外筒(11)且位于所述制冷机(3)的一级冷头(31)外侧的一级低温套管(61)、位于二级冷头(32)外侧且底部安装于所述制冷平台(5)的二级低温套管(62)以及密封连接一级低温套管(61)和二级低温套管(62)的连接环(63)；所述连接环(63)热连接于所述冷屏筒(42)；所述热量传导组件包括热连接于连接环(63)和所述制冷机(3)一级冷头(31)的一级低温传导件(71)和热连接于制冷机(3)的二级冷头(32)和制冷平台(5)的二级低温传导件(72)。
4.根据权利要求3所述的一种无液氦超导磁体系统，其特征在于，所述一级低温套管(61)的底部具有安装底环(612)，所述连接环(63)在朝向安装底环(612)的侧面开设有第一密封环槽且在所述第一密封环槽内设有密封抵接于所述安装底环(612)和所述连接环(63)的第一密封件(632)；所述二级低温套管(62)的顶部具有供所述连接环(63)安装的第二安装环(621)，所述第二安装环(621)在朝向所述连接环(63)的侧面开设有第二密封环槽且在所述第二密封环槽内设有密封抵接于所述第二安装环(621)和所述连接环(63)的第二密封件(6211)。
5.根据权利要求4所述的一种无液氦超导磁体系统，其特征在于，所述冷屏筒(42)具有支撑于所述安装底环(612)底面的承接铜法兰(421)，所述承接铜法兰(421)的顶部具有供所述连接环(63)安装的安装环槽(4211)；所述安装底环(612)通过固定螺钉(6121)安装于所述承接铜法兰(421)；所述连接环(63)通过第一螺钉固定于所述安装环槽(4211)内；所述连接环(63)通过第二螺钉(633)固定于所述第二安装环(621)。
6.根据权利要求3所述的一种无液氦超导磁体系统，其特征在于，所述一级低温套管(61)具有第一波纹管段(613)；所述二级低温套管(62)具有第二波纹管段(622)。
7.根据权利要求1所述的一种无液氦超导磁体系统，其特征在于，所述低温系统还包括螺旋贴合于所述超导线圈(22)内壁的第一铜带(81)和螺旋贴合于所述超导线圈(22)外壁的第二铜带(82)；所述第一铜带(81)和所述第二铜带(82)均与制冷机(3)的所述二级冷头(32)热连接。
8.根据权利要求7所述的一种无液氦超导磁体系统，其特征在于，所述第一铜带(81)具有第一冷却通道(811)，所述第一铜带(81)的两端均设有第一通气接头；所述第二铜带(82)具有第二冷却通道(821)，所述第二铜带(82)的两端均设有第二通气接头；所述冷屏筒(42)外侧也设绕设有第三铜带(83)，第三铜带(83)具有第三冷却通道(831)，所述第三铜带(83)的两端均设有第三通气接头，所述第三铜带(83)与所述制冷机(3)的一级冷头(31)热连接。
CN202010414425.2A 2020-05-15 2020-05-15 一种无液氦超导磁体系统 Active CN111665465B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010414425.2A CN111665465B (zh) 2020-05-15 2020-05-15 一种无液氦超导磁体系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010414425.2A CN111665465B (zh) 2020-05-15 2020-05-15 一种无液氦超导磁体系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111665465A CN111665465A (zh) 2020-09-15
CN111665465B true CN111665465B (zh) 2022-09-23

Family

ID=72383763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010414425.2A Active CN111665465B (zh) 2020-05-15 2020-05-15 一种无液氦超导磁体系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111665465B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113391248A (zh) * 2021-06-08 2021-09-14 南京光启仪器设备有限公司 一种用于无液氦超导低温系统测量磁电物性的样品旋转杆
CN114121399B (zh) * 2021-11-25 2022-09-20 浙江大学 一种超导磁体冷却系统
CN114974792B (zh) * 2022-06-28 2023-02-17 中国科学院高能物理研究所 一种用于超导波荡器的无液氦低温励磁装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007194258A (ja) * 2006-01-17 2007-08-02 Hitachi Ltd 超伝導磁石装置
CN103887035A (zh) * 2014-04-01 2014-06-25 奥泰医疗系统有限责任公司 用于核磁共振成像系统的超导磁体结构
CN108022711A (zh) * 2018-01-02 2018-05-11 中国科学院电工研究所 一种智能化无液氦磁共振全身成像超导磁体系统
CN209804362U (zh) * 2019-06-27 2019-12-17 苏州八匹马超导科技有限公司 一种超导磁体的液氦容器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202384127U (zh) * 2011-12-29 2012-08-15 奥泰医疗系统有限责任公司 一种零液氦消耗的超导磁体用低温容器系统
CN104154676B (zh) * 2014-08-15 2016-06-08 西安聚能超导磁体科技有限公司 一种用于低温超导磁体制冷机安装的可拆卸式机构
CN204926949U (zh) * 2015-09-18 2015-12-30 潍坊新力超导磁电科技有限公司 一种低温超导磁体杜瓦装置及滚筒型超导磁选机
CN105206375A (zh) * 2015-09-22 2015-12-30 安徽万瑞冷电科技有限公司 主动屏蔽式低温超导磁体系统的实验装置
CN105225787B (zh) * 2015-11-06 2017-11-28 宁波健信核磁技术有限公司 氦气冷却磁共振超导磁体
CN105655084B (zh) * 2016-03-31 2018-06-08 宁波健信核磁技术有限公司 一种超导磁体
US11002813B2 (en) * 2017-02-27 2021-05-11 Koninklijke Philips N.V. Cooling a gradient coil of a magnetic resonance imaging system
CN106960713B (zh) * 2017-03-23 2021-07-02 杭州图锐科技有限公司 一种用于超导磁体的制冷机夹套结构及其安装、拆卸方法
CN109979745A (zh) * 2019-04-11 2019-07-05 上海交通大学 提高超导线圈临界电流的线圈绕制骨架及其绕制方法
CN110491618A (zh) * 2019-09-10 2019-11-22 江苏力磁医疗设备有限公司 一种氦气冷却磁共振超导磁体

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007194258A (ja) * 2006-01-17 2007-08-02 Hitachi Ltd 超伝導磁石装置
CN103887035A (zh) * 2014-04-01 2014-06-25 奥泰医疗系统有限责任公司 用于核磁共振成像系统的超导磁体结构
CN108022711A (zh) * 2018-01-02 2018-05-11 中国科学院电工研究所 一种智能化无液氦磁共振全身成像超导磁体系统
CN209804362U (zh) * 2019-06-27 2019-12-17 苏州八匹马超导科技有限公司 一种超导磁体的液氦容器

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1.5T关节磁共振成像超导磁体的设计、 制作与测试;杜晓纪,王为民,兰贤辉等;《物理学报》;20171231;第66卷(第24期);全文 *
5.5T零蒸发密绕超导磁体系统研制;黄炜,郑遥路,江诗礼等;《低温与超导》;20180927;第46卷(第9期);第44-48页 *
一种大口径无液氦低温超导磁体系统的研制;张海峰等;《低温与超导》;20180306(第02期);全文 *
制冷机传导冷却的超导磁体冷却系统研究进展;张楷浩等;《浙江大学学报(工学版)》;20120715(第07期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111665465A (zh) 2020-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111665465B (zh) 一种无液氦超导磁体系统
CN104200950B (zh) 一种传导冷却超导磁体制冷机结构及其安装、拆卸方法
CN106960713B (zh) 一种用于超导磁体的制冷机夹套结构及其安装、拆卸方法
CN103277662B (zh) 一种用于交流超导磁体的中空结构非金属杜瓦
CN104154676B (zh) 一种用于低温超导磁体制冷机安装的可拆卸式机构
CN103307380A (zh) 一种具备电位隔离功能的低温流体输送管接头
CN104143801A (zh) 导电杆支撑结构及使用该导电杆支撑结构的管道母线
CN106571207A (zh) 一种高温超导磁体
CN103453932B (zh) 一种低温液体温度压力测量引线装置
CN206075979U (zh) 一种高温超导磁体
CN204102660U (zh) 一种传导冷却超导磁体制冷机结构
CN103716978A (zh) 半波长超导加速腔
CN102290189B (zh) 一种电流引线绝缘密封装置
CN212511917U (zh) 一种无液氦超导磁体制冷机的安装结构
US20140041416A1 (en) Heating apparatus of induction furnace used for stretching large-diameter preformed rods of optical fibers
CN103148731B (zh) 一种改良的列管式换热器管箱
CN105355319A (zh) 一种用于超导电缆的低温恒温器
CN208220846U (zh) 一种汽轮机插管密封装置
CN102760547A (zh) 一种传导冷却超导磁体线圈的拉杆装置
CN207080741U (zh) 一种环保型波纹补偿器
CN206692755U (zh) 用于电解槽阴极钢棒的测温装置
CN204008795U (zh) 一种应用于变压器的全光纤电流互感器传感头结构
CN102155610A (zh) 一种低温介质液化装置
CN112271052A (zh) 一种超导磁体低温系统
CN204407813U (zh) 一种gis设备母线筒端部和长拉杆支撑装置

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
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20200915

Assignee: XINGAOYI MEDICAL EQUIPMENT Co.,Ltd.

Assignor: Ningbo Gaosi Superconducting Technology Co.,Ltd.

Contract record no.: X2020980008563

Denomination of invention: A superconducting magnet system without liquid helium

License type: Common License

Record date: 20201127

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant