CN113764152A - 一种超导磁体低温系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超导磁体低温系统,包括冷头组件、排气管以及连接于所述冷头组件和所述排气管之间的旁通管,还包括设于所述冷头组件上、用以检测所述冷头组件的温度的温度检测器;设于所述排气管上、用以检测所述排气管内气体的压力的压力检测器;设于所述旁通管上、用以控制所述旁通管打开和关闭的控制阀;与所述温度检测器、所述压力检测器和所述控制阀相连并根据所述温度检测器和所述压力检测器二者的检测结果控制所述控制阀开闭的监控单元。上述超导磁体低温系统通过在旁通管上设置电磁阀,并根据温度检测器和压力检测器二者的检测结果,以智能关闭和打开电磁阀,从而可以减少冷头故障时的液氦挥发率,进而可以降低超导磁体的使用成本。

Description

一种超导磁体低温系统
技术领域
本发明涉及超导磁体技术领域,特别涉及一种超导磁体低温系统。
背景技术
如图1所示,在现有的MRI超导磁体系统中,旁通管8的一端穿过冷头9的安装法兰10与冷头容器11连通,另一端与排气管6连通。冷头9正常工作时,冷头一级12给冷屏3降温,维持冷屏3温度在50K温区,冷头二级13上安装有冷凝器14,4K容器2里的液氦1受热蒸发形成氦气4后,在冷头二级13的冷凝器14上重新冷凝成液氦1,从而实现了磁体液氦1零挥发。
然而,当冷头9停机时,冷头一级12和冷头二级13都从冷源变成了热源,冷屏3温度开始升高,冷头二级13及冷凝器14成为热源,温度很快高于4.2K,此时,4K容器2内的液氦1蒸发后,不能重新冷凝变为液体,而是持续给4K容器2增压,直到安全阀7打开,氦气4通过排气管6排出;同时,冷头一级12和冷头二级13成为热源后,其周围被加热的热氦气,在浮升力的作用下上升,通过旁通管8流到颈管5,再通过颈管5,导致热氦气流到4K容器2内,会造成热氦气与4K容器2内的冷氦气、液氦1、4K容器2内表面进行对流换热,此过程会加速液氦1的挥发,尤其是在磁体内的压力增压至安全阀7打开前,液氦1加速挥发明显。这样在冷头9停机时,液氦1消耗大,导致超导磁体的使用成本增加。
因此,如何避免超导磁体在冷头停机时液氦消耗大,是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种超导磁体低温系统,可以有效降低冷头停机时的液氦损耗,从而降低超导磁体的使用成本。
为实现上述目的,本发明提供一种超导磁体低温系统,包括冷头组件、排气管以及连接于所述冷头组件和所述排气管之间的旁通管,还包括:
设于所述冷头组件上、用以检测所述冷头组件的温度的温度检测器;
设于所述排气管上、用以检测所述排气管内气体的压力的压力检测器;
设于所述旁通管上、用以控制所述旁通管打开和关闭的控制阀;
与所述温度检测器、所述压力检测器和所述控制阀相连并根据所述温度检测器和所述压力检测器二者的检测结果控制所述控制阀开闭的监控单元。
可选地,还包括信号线接头,所述温度检测器与所述信号线接头通过温度信号线电连接,所述信号线接头与所述监控单元通过信号线束电连接。
可选地,所述信号线接头固接于所述排气管的外侧壁上。
可选地,还包括4K容器和设于所述4K容器的内侧壁的加热器,所述加热器与所述信号线接头通过加热信号线电连接。
可选地,所述控制阀为电磁阀,所述电磁阀与所述监控单元通过控制线束电连接。
可选地,所述压力检测器与所述监控单元通过压力信号线电连接。
可选地,所述冷头组件包括冷头容器、冷头一级、冷头二级和安装于所述冷头二级上的冷凝器,所述温度检测器设于所述冷头容器、所述冷头一级、所述冷头二级或所述冷凝器上。
可选地,所述温度检测器为温度探头,所述温度探头可拆卸地连接于所述冷头二级的外侧壁上。
可选地,所述监控单元设有可充电电池。
可选地,所述旁通管为不锈钢波纹管,所述控制阀可拆卸地连接于所述不锈钢波纹管上。
相对于上述背景技术,本发明实施例所提供的超导磁体低温系统,包括冷头组件、排气管和旁通管,其中,旁通管连接于冷头组件和排气管之间,冷头组件中的气体可以通过旁通管进入排气管中;进一步地,系统还包括温度检测器、压力检测器、控制阀和监控单元,其中,温度检测器设于冷头组件上,温度检测器用于检测冷头组件的温度;压力检测器设于排气管上,压力检测器用于检测排气管内气体的压力;控制阀设于旁通管上,控制单元用于控制旁通管的打开和关闭;监控单元与温度检测器、压力检测器和控制阀相连,监控单元可根据温度检测器和压力检测器二者的检测结果控制控制阀开闭。
具体地,监控单元根据温度检测器和压力检测器二者的检测结果判断得知,冷头组件的冷头已停机(温度检测器检测的数据高于预设温度值)且安全阀还未打开(压力检测器检测到的数据持续升高)时,监控单元发出指令给控制阀,使控制阀关闭,以防止冷头组件的冷头容器中的热氦气通过旁通管流动至与排气管连通的颈管及4K容器中,从而可以减少冷头短时间停机时的液氦的挥发;监控单元根据温度检测器和压力检测器二者的检测结果判断得知,安全阀已打开(压力检测器检测到的数据不再升高而有小幅下降)且冷头仍然处于停机状态(温度检测器检测的数据高于预设温度值)时,监控单元发出指令给控制阀,使控制阀重新打开,这样4K容器里的氦气会有一小部分通过冷头组件的冷头容器、旁通管,并通过排气管、安全阀,排至空气中,这一流通路径会对冷头组件的冷头一级和冷头二级进行冷却降温,从而可以降低冷头长时间停机时的液氦挥发;当监控单元通过采集到的冷头组件的温度值判断得知,冷头已开机工作时,监控单元发出指令给控制阀,使控制阀处于打开状态。
这样一来,相较于传统由于冷头停机时液氦加速挥发,本发明实施例所提供的超导磁体低温系统通过在旁通管上设置控制阀,并根据温度检测器和压力检测器二者的检测结果,以智能关闭和打开控制阀,从而可以减少冷头故障时的液氦挥发率,进而可以降低超导磁体的使用成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中超导磁体的结构示意图;
图2为本发明实施例所提供的超导磁体低温系统电磁阀关闭时的连接示意图;
图3为本发明实施例所提供的超导磁体低温系统电磁阀打开时的连接示意图。
其中:
1-液氦、2-4K容器、3-冷屏、4-氦气、5-颈管、6-排气管、7-安全阀、8-旁通管、9-冷头、10-安装法兰、11-冷头容器、12-冷头一级、13-冷头二级、14-冷凝器;
101-温度检测器、102-温度信号线、103-信号线接头、104-信号线束、105-监控单元、106-压力检测器、107-压力信号线、108-控制阀、109-控制线束、110-加热器、111-加热信号线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种超导磁体低温系统,可以有效降低冷头停机时的液氦损耗,从而降低超导磁体的使用成本。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
需要说明的是,下文所述的“上端、下端、左侧、右侧”等方位词都是基于说明书附图所定义的。
请参考图2和图3,图2为本发明实施例所提供的超导磁体低温系统电磁阀关闭时的连接示意图;图3为本发明实施例所提供的超导磁体低温系统电磁阀打开时的连接示意图。
本发明实施例所提供的超导磁体低温系统,包括冷头组件、排气管6和旁通管8,其中,冷头组件包括冷头9、安装法兰10、冷头容器11、冷头一级12和冷头二级13;旁通管8连接于冷头容器11和排气管6之间,旁通管8的一端穿过安装法兰10与冷头容器11连通,另一端与排气管6连通;冷头容器11中的气体可以通过旁通管8进入排气管6中。
进一步地,系统还包括温度检测器101、压力检测器106、控制阀108和监控单元105,其中,温度检测器101设于冷头组件上,温度检测器101用于检测冷头组件的温度;压力检测器106设于排气管6上,压力检测器106用于检测排气管6内气体的压力;控制阀108设于旁通管8上,控制单元用于控制旁通管8的打开和关闭;监控单元105与温度检测器101、压力检测器106和控制阀108相连,监控单元105可根据温度检测器101和压力检测器106二者的检测结果控制控制阀108开闭。
其中,旁通管8为不锈钢波纹管,控制阀108可拆卸地连接于不锈钢波纹管上。
具体地,监控单元105根据温度检测器101和压力检测器106二者的检测结果判断得知,冷头组件的冷头9已停机(温度检测器101检测的数据高于预设温度值)且安全阀7还未打开(压力检测器106检测到的数据持续升高)时,监控单元105发出指令给控制阀108,使控制阀108关闭,以防止冷头组件的冷头容器11中的热氦气4通过旁通管8流动至与排气管6连通的颈管5及4K容器2中,从而可以减少冷头9短时间停机时的液氦1的挥发;监控单元105根据温度检测器101和压力检测器106二者的检测结果判断得知,安全阀7已打开(压力检测器106检测到的数据不再升高而有小幅下降)且冷头9仍然处于停机状态(温度检测器101检测的数据高于预设温度值)时,监控单元105发出指令给控制阀108,使控制阀108重新打开,这样4K容器2里的氦气4会有一小部分通过冷头组件的冷头容器11、旁通管8,并通过排气管6、安全阀7,排至空气中,这一流通路径会对冷头组件的冷头一级12和冷头二级13进行冷却降温,从而可以降低冷头9长时间停机时的液氦1挥发;当监控单元105通过采集到的冷头组件的温度值判断得知,冷头9已开机工作时,监控单元105发出指令给控制阀108,使控制阀108处于打开状态。
由于传统的液氦1浸泡的零挥发磁体,在冷头9停机时,液氦1消耗大,这样会增大超导磁体的使用成本。尤其是医院短时停电(30分钟以内)的故障经常发生,传统的低温系统不能有效降低此故障的液氦1损耗。
相较于传统由于冷头9停机时液氦1加速挥发,本发明实施例所提供的超导磁体低温系统通过在旁通管8上设置控制阀108,并根据温度检测器101和压力检测器106二者的检测结果,以智能关闭和打开控制阀108,从而可以减少冷头9故障时的液氦1挥发率,进而可以降低超导磁体的使用成本。
为了便于温度检测器101和监控单元105电连接,还包括信号线接头103,温度检测器101与信号线接头103通过温度信号线102电连接,信号线接头103与监控单元105通过信号线束104电连接。
当然,根据实际需要,上述信号线接头103固接于排气管6的外侧壁上。
此外,还包括4K容器2和设于4K容器2的内侧壁的加热器110,4K容器2里的液氦1在加热器110加热后受热蒸发形成氦气4后,在冷头二级13的冷凝器14上重新冷凝成液氦1。
为了便于监控4K容器2内加热温度,加热器110与信号线接头103通过加热信号线111电连接。这样一来,监控单元105可以在监控温度检测器101的基础上,监控4K容器2内加热器110的加热温度,有利于提高系统控制的精确度。
作为优选的,上述控制阀108可以为电磁阀,电磁阀通过控制线束109与监控单元105电连接。
压力检测器106与监控单元105通过压力信号线107电连接。
在上述基础上,由于冷头组件包括冷头容器11、冷头一级12、冷头二级13和安装于冷头二级13上的冷凝器14,因此,温度检测器101可以设于冷头容器11、冷头一级12、冷头二级13或冷凝器14上。
在本文中,为了便于拆装,上述温度检测器101具体为温度探头,温度探头可拆卸地连接于冷头二级13的外侧壁上。如此一来,温度探头检测的温度即为冷头组件中冷头二级13的温度。
此外,监控单元105还配备可充电电池,当监控单元105的外部供电中断时,可充电电池能够给监控单元105供电,以保证监控单元105的正常工作,如采集温度、压力信号,控制电磁阀开启。
下面具体介绍超导磁体低温系统的控制原理。
如图2所示,冷头9停机时,在4K容器2内的压力未达到安全阀7开启压力时,为了减小液氦1的挥发,在旁通管8上安装了控制阀108,在冷头二级13上安装了温度检测器101。由于冷头9停机时,冷头二级13的温度会高于4.2K,当温度检测器101监测到冷头二级13温度高于4.2K时,温度检测器101将温度信号通过温度信号线102、信号线接头103和信号线束104传输至监控单元105,监控单元105就能判断冷头9处于停机的状态,此时,监控单元105通过控制线束109给指令到电磁阀,并使电磁阀关闭,以阻断冷头容器11里的热氦气4通过旁通管8流通至4K容器2里,从而可以额抑制热氦气4与4K容器2里的对流,进而可以减小液氦1的挥发。
当压力检测器106监测到的4K容器2里的压力不再升高且有小幅下降时,表明此时安全阀7已经打开,磁体内的氦气4流经颈管5、排气管6、安全阀7并排至空气中。监控单元105通过压力信号线107收到压力检测器106采集到的磁体压力信号,通过识别压力不再升高且有小幅下降,可以判断安全阀7已经打开。此时,监控单元105会给指令到电磁阀,并使电磁阀打开,如图3所示,这样4K容器2里的氦气4会有一小部分通过冷头容器11、旁通管8,并通过排气管6和安全阀7排至空气中。这一流通路径会对冷头容器11里的冷头一级12和冷头二级13进行冷却降温,使得冷氦气4的显热充分利用,从而可以降低冷头9长时间停机时的液氦1挥发。
也就是说,通过电磁阀来控制旁通管8中的氦气4流通状态。当监控单元105采集到磁体内冷头二级13的温度以及4K容器2里的压力时,通过设定值判断电磁阀是否需要关闭或打开。当监控单元105判断得知,冷头9已停机且安全阀7还未打开,应立即发出指令给电磁阀,使电磁阀关闭,防止冷头容器11里的热氦气4通过旁通管8流动至颈管5及4K容器2里,从而减小冷头9短时间停机时的液氦1挥发;当监控单元105通过压力检测器106传递的信号判断得知安全阀7已打开且冷头9还是停机状态,监控单元105发出指令给电磁阀,使电磁阀重新打开,从而减小冷头9长时间停机时的液氦1挥发;当监控单元105通过采集到的冷头二级13温度值判断得知,冷头9已开机工作时,监控单元105发出指令给电磁阀,使电磁阀处于打开状态。
需要说明的是,在本说明书中,诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明所提供的超导磁体低温系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方案及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超导磁体低温系统,包括冷头组件、排气管(6)以及连接于所述冷头组件和所述排气管(6)之间的旁通管(8),其特征在于,还包括:
设于所述冷头组件上、用以检测所述冷头组件的温度的温度检测器(101);
设于所述排气管(6)上、用以检测所述排气管(6)内气体的压力的压力检测器(106);
设于所述旁通管(8)上、用以控制所述旁通管(8)打开和关闭的控制阀(108);
与所述温度检测器(101)、所述压力检测器(106)和所述控制阀(108)相连并根据所述温度检测器(101)和所述压力检测器(106)二者的检测结果控制所述控制阀(108)开闭的监控单元(105)。
2.如权利要求1所述的超导磁体低温系统,其特征在于,还包括信号线接头(103),所述温度检测器(101)与所述信号线接头(103)通过温度信号线(102)电连接,所述信号线接头(103)与所述监控单元(105)通过信号线束(104)电连接。
3.如权利要求2所述的超导磁体低温系统,其特征在于,所述信号线接头(103)固接于所述排气管(6)的外侧壁上。
4.如权利要求2所述的超导磁体低温系统,其特征在于,还包括4K容器(2)和设于所述4K容器(2)的内侧壁的加热器(110),所述加热器(110)与所述信号线接头(103)通过加热信号线(111)电连接。
5.如权利要求1所述的超导磁体低温系统,其特征在于,所述控制阀(108)为电磁阀,所述电磁阀与所述监控单元(105)通过控制线束(109)电连接。
6.如权利要求1所述的超导磁体低温系统,其特征在于,所述压力检测器(106)与所述监控单元(105)通过压力信号线(107)电连接。
7.如权利要求1-6任意一项所述的超导磁体低温系统,其特征在于,所述冷头组件包括冷头容器(11)、冷头一级(12)、冷头二级(13)和安装于所述冷头二级(13)上的冷凝器(14),所述温度检测器(101)设于所述冷头容器(11)、所述冷头一级(12)、所述冷头二级(13)或所述冷凝器(14)上。
8.如权利要求7所述的超导磁体低温系统,其特征在于,所述温度检测器(101)为温度探头,所述温度探头可拆卸地连接于所述冷头二级(13)的外侧壁上。
9.如权利要求7所述的超导磁体低温系统,其特征在于,所述监控单元(105)设有可充电电池。
10.如权利要求7所述的超导磁体低温系统,其特征在于,所述旁通管(8)为不锈钢波纹管,所述控制阀(108)可拆卸地连接于所述不锈钢波纹管上。
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