CN115547609A - 超导磁体装置及磁共振设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超导磁体装置及磁共振设备。该超导磁体装置包括：低温保持器，具有容纳空间；磁体组件，设置于所述低温保持器的内部；以及冷却结构，包括制冷机以及换热组件，所述制冷机具有一级冷头与二级冷头，所述换热组件与所述一级冷头以及二级冷头换热连接，且换热后的所述换热组件还热耦合所述磁体组件。通过换热组件可以直接冷却磁体组件，无需采用液氦浸泡磁体组件，以降低成本。

Description

超导磁体装置及磁共振设备

技术领域

本发明涉及医用成像设备技术领域，特别是涉及一种超导磁体装置及磁共振设备。

背景技术

在MR磁共振设备中，其超导磁体装置中的超导磁体大多数时NbTi超导磁体，这种超导磁体(或线圈)通常都是被封装在液氦容器中，液氦全部浸没或部分浸没。通过液氦的蒸发与冷凝实现冷却超导磁体，保证超导磁体的稳定运行。

但是，此种方式下液氦容器体积为1500L～2000L，这就要求液氦容器中需要填充大量的液氦，才能达到冷却超导磁体的目的。这样会增加液氦的消耗量，进而增加成本。

发明内容

基于此，有必要针对目前超导磁体采用大量液氦导致的成本高的问题，提供一种减少液氦使用量的超导磁体装置及磁共振设备。

一种超导磁体装置，包括：

低温保持器，具有容纳空间；

磁体组件，设置于所述低温保持器的内部；以及

冷却结构，包括制冷机以及换热组件，所述制冷机具有一级冷头与二级冷头，所述换热组件与所述一级冷头以及二级冷头换热连接，且换热后的所述换热组件还热耦合所述磁体组件。

在其中一个实施例中，所述换热组件包括第一换热器以及第二换热器，所述第一换热器与所述一级冷头换热连接，所述第二换热器与所述二级冷头换热连接。

在其中一个实施例中，所述超导磁体装置还包括动力源，所述换热组件还包括供导冷介质流动的换热进管与换热回管，所述换热进管的一端连接所述动力源的输出端，所述换热进管的另一端连接所述第一换热器及所述第二换热器，所述换热回管的一端连接所述动力源的输入端，所述换热回管的另一端连接所述第一换热器及所述第二换热器。

在其中一个实施例中，所述制冷机还包括制冷进管与制冷回管，所述制冷进管的一端连接所述动力源的输出端，所述制冷进管的另一端与所述连接所述一级冷头以及二级冷头，所述制冷回管的一端连接所述动力源的输入端，所述制冷回管的另一端连接所述一级冷头以及所述二级冷头。

在其中一个实施例中，所述低温保持器还包括辐射屏蔽层和外容器，所述外容器设置在所述磁体组件的外侧，所述辐射屏蔽层位于所述外容器与所述磁体组件之间，所述换热组件还包括第一连接件，所述第一连接件连接所述一级冷头与所述辐射屏蔽层。

在其中一个实施例中，所述换热组件还包括冷却管路，所述冷却管路的一端连接所述换热进管，所述冷却管路的另一端连接所述换热回管，所述冷却管路围设于所述磁体组件的周侧。

在其中一个实施例中，所述换热组件还包括第二连接件，所述第二连接件连接所述第二换热器与所述磁体组件。

在其中一个实施例中，所述换热组件还包括第三换热器，所述第三换热器设置于第一换热器的输入端，用于冷却进入所述第一换热器的导冷介质。

在其中一个实施例中，所述换热组件还包括第四换热器，所述第四换热器设置于所述第二换热器的输入端，用于冷却进入所述第二换热器的导冷介质。

一种磁共振设备，包括超导磁体装置，所述超导磁体装置具有扫描孔，所述超导磁体装置包括：

低温保持器，具有容纳空间；

磁体组件，设置于所述低温保持器的内部；以及

冷却结构，包括制冷机以及换热组件，所述制冷机具有一级冷头与二级冷头，所述换热组件与所述一级冷头以及二级冷头换热连接，且换热后的所述换热组件还热耦合所述磁体组件。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下技术效果：

本发明的超导磁体装置及磁共振设备，制冷机的一级冷头与二级冷头通过换热组件连接磁体组件，一级冷头与二级冷头的冷量能够与换热组件进行热交换，降低换热组件的温度，进而换热组件冷却磁体组件，降低磁体组件的温度。通过换热组件可以直接冷却磁体组件，而非采用传统液氦浸泡方式冷却超导线圈，有效的目前超导磁体采用大量液氦导致的成本高的问题，无需采用液氦浸泡磁体组件，以降低成本。

附图说明

图1为本发明一实施例的超导磁体装置的示意图；

图2为图1所示的超导磁体装置的局部放大图；

图3为本发明另一实施例的超导磁体装置的示意图；

图4为本发明再一实施例的超导磁体装置的示意图；

图5为图4所示的超导磁体装置中流量控制阀的控制关系图。

其中：100、超导磁体装置；110、低温保持器；111、外容器；112、磁体组件；113、辐射屏蔽层；120、冷却结构；121、制冷机；1211、一级冷头；1212、二级冷头；1213、制冷进管；1214、制冷回管；122、换热组件；1221、第一换热器；1222、第二换热器；1223、换热进管；1224、换热回管；1225、第一连接件；1226、冷却管路；1227、第三换热器；1228、第四换热器；1229、流量控制阀；123、动力源。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明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发明。但是本发明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发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参见图1至图3，本发明提供一种超导磁体装置100。该超导磁体装置100应用于磁共振设备中，以对成像部位进行成像，得到成像部位的图像信息，以便于医护人员诊断。可以理解的，这里的成像部位可以是人体或动物体的头部、胸部、腹部、四肢等部位，还可以是人体或动物体的乳腺、心脏、肝脏等组织，当然，在本发明的其他实施方式中，该成像部位还可为其他需要进行成像的位置。

目前的磁共振设备中封装液氦，液氦浸泡超导磁体，通过液氦的蒸发和冷凝实现超导磁体的冷却，保证超导磁体的稳定运行。但是，磁共振设备的液氦容器的体积非常大，为保证超导磁体冷却效果所需要填充的液氦量也比较多，这样会增加液氦的成本。

为此，本发明提供一种新型的超导磁体装置100，该超导磁体装置100内部无需采用液氦浸泡超导线圈即可实现冷却，降低成本。以下详细介绍超导磁体装置100的具体结构。

参见图1至图3，在一实施例中，超导磁体装置100包括低温保持器110、磁体组件112以及冷却结构120。低温保持器110包括外容器111和辐射屏蔽层113，两者可同轴或者非同轴设置。低温保持器110能够形成容纳空间，磁体组件112能够被容纳在该容纳空间中。磁体组件112设置于外容器111的内部，辐射屏蔽层113位于外容器111与磁体组件112之间。冷却结构120包括制冷机121以及具有导冷介质的换热组件122，制冷机121具有一级冷头1211与二级冷头1212，换热组件122与一级冷头1211以及二级冷头1212换热连接/热耦合，换热后的换热组件122还连接磁体组件112，用于对磁体组件112冷却。可选的，外容器111和辐射屏蔽层113都可设置成双层结构，且图中仅示意性给出了外容器111的外筒和辐射屏蔽层113的外筒，在实际结构中，还设置有外容器111的内筒和辐射屏蔽层113的内筒。如此，外容器111的外筒、外容器111的内筒形成环形结构，辐射屏蔽层113的外筒、辐射屏蔽层113的内筒同样形成环形结构，且辐射屏蔽层113形成的环形结构位于外容器111形成的环形结构内部，辐射屏蔽层113形成的环形结构的内部空间即为容纳空间。

低温保持器110为超导磁体装置100的主体结构，用于容纳超导磁体装置100的各个零部件，并保持低温状态，保证超导磁体装置100的使用性能。具体的，低温保持器110包括外容器111，外容器111中设置磁体组件112，在外容器111与磁体组件112之间设置辐射屏蔽层113。外容器111具有沿轴向方向延伸的通孔，该通孔即为磁共振设备的磁体孔。外容器111为环状的封闭结构，磁体组件112与外容器111同轴设置，磁体组件112设置在外容器111的内部。

磁体组件112与外容器111之间存在空间，该空间为真空环境。通过真空环境减少磁体组件112冷量的辐射，减小外部热量向内部的磁体组件112传导，保证磁体组件112处于低温环境。而且，该空间还安装辐射屏蔽层113，即辐射屏蔽层113围设于磁体组件112的外侧，通过辐射屏蔽层113进一步隔绝外界辐射的热量，避免外界热量辐射至磁体组件112。

冷却结构120设置于低温保持器110上，冷却结构120包括制冷机121和换热组件122，冷却结构120的局部或者全部具体设置在低温保持器110的外容器111一侧位置，制冷机121能够对低温保持器110的磁体组件112以及辐射屏蔽层113进行冷却，降低辐射屏蔽层113的温度，避免辐射屏蔽层113将热量传递至磁体组件112，达到降低磁体组件112温度的目的，保证磁体组件112的使用性能，避免出现失超现象。

可以理解的，磁体组件112可以包括超导线圈可支撑超导线圈的线圈架，超导线圈与线圈架组合后设置在外容器111中，并位于辐射屏蔽层113的内侧。而且，低温保持器110无需在设置内容器，在降低超导磁体装置100的前提下，可以获得较大的容纳空间，利于设置高场强的超导线圈。

当然，低温保持器110还可包括内容器。此时，内容器设置在外容器111中，并位于辐射屏蔽层113的内侧，磁体组件112则位于内容器中。而且，内容器中不再盛放液氦等冷却介质。这样，冷却结构120可以直接对内部的磁体组件112进行传导冷却，无需通过液氦等冷却介质浸泡超导线圈，进而降低成本。

具体的，冷却结构120包括制冷机121以及具有导冷介质的换热组件122。制冷机121具有一级冷头(冷头一级)1211与二级冷头(冷头二级)1212，换热组件122与一级冷头1211以及二级冷头1212换热连接，换热后的换热组件122还热耦合磁体组件112，用于对磁体组件112冷却。本申请实施例中的热耦合是指两者之间存在热交换。

一级冷头1211及二级冷头1212分别和换热组件122换热连接，制冷机121工作时可以产生冷量，一级冷头1211及二级冷头1212与换热组件122进行热交换后，换热组件122可以吸收一级冷头1211与二级冷头1212的冷量，以降低其中导冷介质的温度，进而换热组件122通过导冷介质吸收冷量，并利用该冷量对磁体组件112的温度。

可以理解的，换热组件122吸收一级冷头1211与二级冷头1212的冷量后，可以直接对磁体组件112进行冷却，无需通过液氦冷却超导磁体，省去了填充在磁体组件112中的液氦。而且，位于磁体组件112外侧的辐射屏蔽层113在工作时的温度也会升高，也要对辐射屏蔽层112进行冷却。可选地，辐射屏蔽层113与二级冷头1212连接，二级冷头1212的冷量传递到辐射屏蔽层113，用于冷却辐射屏蔽层113。二级冷头1212的冷量传递到辐射屏蔽层113后，可以对辐射屏蔽层113冷却，以降低辐射屏蔽层113的温度。

上述实施例的超导磁体装置100，通过换热组件122连接磁体组件112，并通过换热组件122与一级冷头1211及二级冷头1212换热连接，使得换热组件122吸收一级冷头1211与二级冷头1212的冷量后可以直接冷却磁体组件112，有效的目前超导磁体采用大量液氦导致的成本高的问题，无需采用液氦浸泡磁体组件112，以降低成本。

可选地，外容器111包括第一外筒、第一内筒以及第一端板。第一内筒与第一外筒为中空的圆柱形结构，第一内筒与第一外筒沿径向方向由中心向内侧分别设置。在第一内筒的两端分别设置第一端板，第一端板为环形结构，第一端板分别连接于第一内筒与第一外筒，以分别对其进行封堵。可选地，外容器111采用金属或复合材料制成，进一步地，可采用碳钢或不锈钢制成。

可选地，内容器包括第二外筒、第二内筒以及第二端板。第二内筒与第二外筒为中空的圆柱形结构，第二内筒与第二外筒沿径向方向由中心向内侧分别设置。在第二内筒的两端分别设置第二端板，第二端板为环形结构，第二端板分别连接于第二内筒与第二外筒，以分别对其进行封堵。可选地，内容器采用金属或复合材料制成，进一步地，可采用碳钢或不锈钢制成。

可选地，辐射屏蔽层113包括第三外筒、第三内筒以及第三端板。第三内筒与第三外筒为中空的圆柱形结构，第三内筒与第三外筒沿径向方向由中心向内侧分别设置。在第三内筒的两端分别设置第三端板，第三端板为环形结构，第三端板分别连接于第三内筒与第三外筒，以分别对其进行封堵。具体地，第三内筒位于第一内筒与第二内筒之间，第三外筒位于第一外筒与第二外筒之间，第三端板位于第一端板与第二端板之间。

参见图1至图3，在一实施例中，换热组件122包括第一换热器1221以及第二换热器1222，第一换热器1221与一级冷头1211换热连接，第二换热器1222与二级冷头1212换热连接，并对磁体组件112冷却。第一换热器1221与第二换热器1222串联连接，第一换热器1221与第二换热器1222供导冷介质流动。

同时，第一换热器1221与一级冷头1211换热连接，第一换热器1221还允许一级冷头1211中的冷却介质流动。这样，制冷机121工作时一级冷头1211的冷量可以传递到一级冷头1211的冷却介质中，该冷却介质流动到第一换热器1221后，冷却介质可以与第一换热器1221中的导冷介质进行热交换，以降低导冷介质的温度，同时，冷却介质吸收导冷介质的热量回流至一级冷头1211中。

值得说明的是，第一换热器1221与第二换热器1222串联连接，冷却介质顺次流过第一换热器1221与第二换热器1222后，能够实现导冷介质的逐级冷却，避免导冷介质进行冷量交换时温度突降而无法有效吸收冷量，进而避免冷量浪费，提高冷量的使用效率，保证导冷介质的冷却效果。

一级冷头1211冷却的冷却介质中，一部分流动至上述的第一换热器1221中，剩余部分流动至二级冷头1212中，通过二级冷头1212继续对冷却介质进行冷却，以降低二级冷头1212中冷却介质的温度。同时，第一换热器1221中换热后的导冷介质流动至第二换热器1222中，通过第二换热器1222的换热进一步降低第二换热器1222中

并且，第二换热器1222与二级冷头1212换热连接，第二换热器1222还允许二级冷头1212中的冷却介质流动。这样，制冷机121工作时二级冷头1212的冷量可以传递到二级冷头1212的冷却介质中，该冷却介质流动至第二换热器1222后，冷却介质可以与第二换热器1222中的导冷介质进行热交换，以降低第二换热器1222中导冷介质的温度，同时，冷却介质吸收导冷介质的热量后回流至二级冷头1212中。第二换热器1222中的导冷介质吸收冷量后，可以对磁体组件112进行冷却，以降低磁体组件112的温度，保证磁体组件112可靠运行。关于第二换热器1222与磁体组件112之间的冷却形式在后文提及。

可选地，第一换热器1221与第二换热器1222为管式换热器，流入方向的冷却介质与流入方向的冷却介质在第一换热器1221或第二换热器1222中实现热交换。当然，在本发明的其他实施方式中，第一换热器1221与第二换热器1222也可为其他能够实现热交换的部件，当然也可设置为板式换热器、U型管式换热器。

可选地，第一换热器1221与第二换热器1222为材料不同。可以理解的，制冷机121的一级冷头1211与二级冷头1212工作时的功率以及产生的冷量不同。通常一级冷头1211的温度为30K～50K，制冷功率约为45w。通常二级冷头1212的温度约为4.2K，制冷功率约为1w。因一级冷头1211与二级冷头1212产生的冷量不同，相应的，第一换热器1221与第二换热器1222换热的冷量也存在区别。可选地，第一换热器1221为30K～50K的换热器，第二换热器1222为3K～5K的换热器。示例性地，第一换热器1221为50K的换热器，第二换热器1222为4.2K的换热器。

可以理解的，一级冷头1211包括第一制冷器以及第一铜块，第一铜块与第一换热器1221连接。也就是说，第一制冷器将冷却介质冷却后，冷却介质的冷量传递到第一铜块上，因第一铜块与第一换热器1221建立冷量传递通路，冷却介质的冷量可以传递到第一换热器1221中，以冷却第一换热器1221中的导冷介质，降低导冷介质的温度。为了简便后文描述，直接说明第一换热器1221与冷却介质进行换热。

二级冷头1212包括第二制冷器以及第二铜块，第二铜块与第二换热器1222连接。也就是说，第二制冷器将冷却介质冷却后，冷却介质的冷量传递到第二铜块上，因第二铜块与第二换热器1222建立冷量传递通路，冷却介质的冷量可以传递到第二换热器1222中，以冷却第二换热器1222中的导冷介质，降低导冷介质的温度。为了简便后文描述，直接说明第二换热器1222与冷却介质进行换热。

参见图1和图2，在一实施例中，外容器111中具有安装一级冷头1211与二级冷头1212的冷头腔，第一换热器1221与冷头腔中的一级冷头1211的第一铜块连接，第二换热器1222与冷头腔中的二级冷头1212的第二铜块连接。参见图3，当然，在本发明的其他实施方式中，外容器111也可没有冷头腔，第一换热器1221在外容器111与内容器之间的空间连接一级冷头1211，第二换热器1222在外容器111与内容器之间的空间连接二级冷头1212。

参见图1至图3，在一实施例中，换热组件122还包括动力源123以及供导冷介质流动的换热进管1223与换热回管1224，换热进管1223的一端连接动力源123的输出端，换热进管1223的另一端连接第一换热器1221及第二换热器1222，换热回管1224的一端连接动力源123的输入端，换热回管1224的另一端连接第一换热器1221及第二换热器1222。

动力源123为导冷介质的运动提供动力，使得导冷介质在第一换热器1221与第二换热器1222中的循环流动。具体的，换热进管1223串联连接第一换热器1221与第二换热器1222，换热进管1223还连接动力源123的输出端。动力源123输出的导冷介质可以换热进管1223分别进入第一换热器1221与第二换热器1222。换热回管1224串联连接第一换热器1221与第二换热器1222，换热回管1224还连接动力源123的输入端。流经第二换热器1222后的导冷介质冷却磁体组件112后，该导冷介质会经第一换热器1221与第二换热器1222以及换热回管1224回流至动力源123中，由动力源123循环输送。

也就是说，换热进管1223以及换热回管1224将第一换热器1221、第二换热器1222以及动力源123形成完整的回路。动力源123输出导冷介质到换热进管1223时，导冷介质会先进入到第一换热器1221中，与第一换热器1221中一级冷头1211输送的冷却介质进行热交换，降低第一换热器1221中导冷介质的温度。冷却后的导冷介质经换热进管1223进入到第二换热器1222中，与第二换热器1222中二级冷头1212输送的冷却介质进行热交换，进一步降低第二换热器1222中导冷介质的温度。进一步冷却后的导冷介质可以对磁体组件112进行冷却，以降低磁体组件112的温度。

第二换热器1222中冷却磁体组件112的导冷介质进入到换热回管1224中，也就是说，吸热后的导冷介质回流至换热回管1224中，进而通过换热回管1224顺次经过第一换热器1221与第二换热器1222回流至动力源123中。随后，动力源123压缩导冷介质，使得导冷介质变为高温高压的气体，再次经换热进管1223进入第一换热器1221与第二换热器1222进行热交换，如此往复运行，实现磁体组件112的冷却。

可选地，动力源123为动力泵，通过动力泵实现导冷介质的循环输送。在本发明的另一实施例中，动力源123还可为压缩机。当然，动力源123还可为其他能够实现导冷介质循环的部件。

参见图1至图3，在一实施例中，制冷机121还包括制冷进管1213与制冷回管1214，制冷进管1213的一端连接动力源123的输出端，制冷进管1213的另一端与连接一级冷头1211以及二级冷头1212，制冷回管1214的一端连接动力源123的输入端，制冷回管1214的另一端连接一级冷头1211以及二级冷头1212。

动力源123还能为制冷介质的流动提供动力，以实现制冷机121中冷却介质在一级冷头1211与二级冷头1212的循环流动。具体的，制冷进管1213连接动力源123的输出端，制冷进管1213还串联连接到一级冷头1211与二级冷头1212。动力源123输送的制冷介质可以顺次进入到一级冷头1211与二级冷头1212中。制冷回管1214串联连接一级冷头1211与二级冷头1212的输出端，并从制冷机121伸出连接到动力源123的输入端。流经二级冷头1212后的冷却介质与第二换热器1222中的导冷介质换热后，该冷却介质会经二级冷头1212与一级冷头1211以及制冷回管1214回流至动力源123中，由动力源123循环输送。

也就是说，制冷进管1213与制冷回管1214将一级冷头1211、二级冷头1212以及动力源123形成完整的回路，并且，该回路与动力源123、第一换热器1221、第二换热器1222、换热进管1223换热回管1224形成的回路为相对独立的设置，通过并联连接实现换热，使得冷却介质的冷量能够传递至导冷介质中，以对磁体组件112进行冷却。

动力源123输出冷却介质到制冷进管1213后，冷却介质先进入到一级冷头1211中，通过一级冷头1211对冷却介质进行冷却，降低其中冷却介质的温度。冷却后的冷却介质一部分进入到第一换热器1221中，与第一换热器1221中的导冷介质进行热交换，另一部分进入二级冷头1212中，二级冷头1212对其中的冷却介质进行进一步的冷却，进一步降低冷却介质的温度。该冷却后的冷却介质进入到第二换热器1222中，与第二换热器1222中的导冷介质进行热交换，以降低第二换热器1222中导冷介质的温度。

第一换热器1221中换热后的冷却介质与第二换热器1222中换热后的冷却介质进入到制冷回管1214中，进而通过制冷回管1214顺次经过一级冷头1211与二级冷头1212回流至动力源123中。随后动力源123压缩冷却介质，使得冷却介质变为高温高压的气体，再次经过制冷进管1213进入一级冷头1211与二级冷头1212中，通过一级冷头1211与二级冷头1212对冷却介质进行制冷，随后进行热交换，如此往复运行。

参见图1至图3，在本发明的一实施例中，低温保持器还包括第一连接件1225，第一连接件1225连接一级冷头1211与辐射屏蔽层113，用于传递冷却辐射屏蔽层113的冷量。也就是说，第一连接件1225建立一级冷头1211与辐射屏蔽层113之间的冷量传输通路，通过第一连接件1225实现一级冷头1211与辐射屏蔽层113之间热交换，以降低辐射屏蔽层113的温度。

具体的，第一连接件1225的一端连接一级冷头1211的第一铜块，第一连接件1225的另一端连接辐射屏蔽层113，第一连接件1225可以将一级冷头1211中导冷介质的冷量传递到辐射屏蔽层113上，降低辐射屏蔽层113的温度。

可选地，第一连接件1225的数量为多个，多个第一连接件1225间隔设置，分别连接辐射屏蔽层113的不同位置。这样可以保证第一连接件1225传递冷量的效果，保证辐射屏蔽层113的冷却效果，进而保证辐射屏蔽层113隔绝外界热量的效果。可选地，第一连接件1225由高导热材料制成。进一步地，第一连接件1225为铜带或其他导热部件。

在本发明的另一实施例中，换热组件122包括换热管路，换热管路的两端分别连接换热进管1223与换热回管1224，并且，换热管路围设于辐射屏蔽层113的周侧，换热管路供第一换热器1221中的导冷介质流动，以冷却辐射屏蔽层113。

也就是说，换热管路围设在辐射屏蔽层113的外周或内周。换热管路的一端连接换热进管1223，换热管路的另一端连接换热回管1224。第一换热器1221中与冷却介质进行热交换的导冷介质可以经换热进管1223进入到换热管路中，导冷介质在换热管路流动的过程中，导冷介质能够与辐射屏蔽层113进行热交换，吸收辐射屏蔽层113的热量，降低辐射屏蔽层113的温度。吸热后的导冷介质继续在换热管路中流动，并进入换热回管1224中回流到动力源123中。

可以理解的，一级冷头1211可以通过上述的第一连接件1225连接到辐射屏蔽层113，以对辐射屏蔽层113进行冷却，也可以通过上述的换热管路围设在辐射屏蔽层113的周侧，以对辐射屏蔽层113进行冷却。本实施例中，一级冷头1211通过第一连接件1225连接到辐射屏蔽层113。

参见图1至图3，在本发明的一实施例中，换热组件122还包括冷却管路1226，冷却管路1226的一端连接换热进管1223，冷却管路1226的另一端连接换热回管1224，冷却管路1226围设于磁体组件112的周侧，用于冷却磁体组件112。

也就是说，冷却管路1226围设在磁体组件112的外周。冷却管路1226的一端连接换热进管1223，冷却管路1226的另一端连接换热回管1224。第二换热器1222中与冷却介质进行热交换的导冷介质可以经换热进管1223进入到冷却管路1226中，导冷介质在冷却管路1226流动的过程中，导冷介质能够与磁体组件112进行热交换，吸收磁体组件112的热量，降低磁体组件112的温度。吸热后的导冷介质继续在冷却管路1226中流动，并进入换热回管1224中回流到动力源123中。

在本发明的另一实施例中，换热组件122还包括第二连接件，第二连接件连接第二换热器1222与磁体组件112，第二连接件用于传递冷却磁体组件112的冷量。也就是说，第二连接件建立第二换热器1222与磁体组件112之间的冷量传输通路，通过第二连接件实现第二换热器1222与磁体组件112之间热交换，以降低磁体组件112的温度。

具体的，第二连接件的一端连接第二换热器1222，第二连接件的另一端连接磁体组件112，第二连接件可以将第二换热器1222中导冷介质的冷量传递到磁体组件112上，降低磁体组件112的温度。

可选地，第二连接件的数量为多个，多个第二连接件间隔设置，分别连接磁体组件112的不同位置。这样可以保证第二连接件传递冷量的效果，保证磁体组件112的冷却效果。可选地，第二连接件由高导热材料制成。进一步地，第二连接件为铜带或其他导热部件。

参见图1至图3，在一实施例中，换热组件122还包括第三换热器1227，第三换热器1227设置于第一换热器1221的输入端，用于冷却进入第一换热器1221的导冷介质。也就是说，第三换热器1227设置在动力源123与第一换热器1221之间，换热进管1223串联连接第三换热器1227与第一换热器1221，动力源123输送的导冷介质经过第三换热器1227后再进入第一换热器1221中。

可以理解的，若动力源123输送的导冷介质直接进入到第一换热器1221中进行冷却时，会使得导冷介质无法及时冷却到所需的温度，还会造成冷量浪费，影响冷却效果。所以本发明的超导磁体装置100中增加第三换热器1227，通过第三换热器1227对导冷介质进行初步冷却，经过第三换热器1227冷却后的导冷介质在进入到第一换热器1221中。

可选地，第三换热器1227为250K～300K的换热器。示例性地，第三换热器1227为300K的换热器。换热进管1223与换热回管1224分别连接第三换热器1227，通过换热回管1224中导冷介质的残余冷量对换热进管1223中的高压的导冷介质进行冷却，初步降低换热进管1223中导冷介质的温度，提高冷量的利用效率，同时，还能便于第一换热器1221中导冷介质的降温。

参见图3，在一实施例中，换热组件122还包括第四换热器1228，第四换热器1228设置于第二换热器1222的输入端，用于冷却进入第二换热器1222的导冷介质。也就是说，第四换热器1228设置在第一换热器1221与第二换热器1222之间，第一换热器1221换热后的导冷介质先进入到第四换热器1228中进行冷却，然后再进入到第二换热器1222中。

在第一换热器1221与第二换热器1222之间增加第四换热器1228后，通过第四换热器1228对第一换热器1221输出的导冷介质进行初步冷却，再通过第二换热器1222对导冷介质进行进一步冷却，这样第二换热器1222能够更好的冷却导冷介质，提高冷量的利用率。

可选地，第四换热器1228为10K～15K的换热器。示例性地，第四换热器1228为10K的换热器。换热进管1223与换热回管1224分别连接第四换热器1228，通过换热回管1224中导冷介质的残余冷量对换热进管1223中的高压的导冷介质进行冷却，初步降低换热进管1223中导冷介质的温度，提高冷量的利用效率，同时，还能便于第三换热器1227中导冷介质的降温。

值得说明的是，超导磁体装置100中可以采用第四换热器1228，也可以省去第四换热器1228。参见图1和图2，在第一换热器1221与第二换热器1222之间设置第四换热器1228。参见图3，第一换热器1221与第二换热器1222直接连接，省去之间的第四换热器1228。

参见图4，在一实施例中，换热组件122还包括流量控制阀1229，流量控制阀1229设置于换热进管1223，用于控制换热进管1223中导冷介质的流量。流量控制阀1229调节换热进管1223中导冷介质的流量后，能够达到控制温度的目的。

具体的，调节流量控制阀1229使导冷介质的流量增加，能够达到增加降温幅度的目的。调节流量控制阀1229使导冷介质的流量减少，能够达到减小降温幅度的目的。而且，流量控制阀1229的控制方法通过开启圈数控制流量系数，从而控制导冷介质的流量。流量系数与开启圈数之间的关系如图5所示。流量与温度之间的转换关系可以是线性关系或者非线性关系，理论上流量越大，线圈上温度越低，具体关系可通过采集不同组流量、温度模拟仿真确定。

参见图1至图3，本发明的超导磁体装置100通过第一连接件实现冷量在一级冷头1211与辐射屏蔽层113之间的传递，通过第二换热器1222与冷却管路1226的配合实现冷量在二级冷头1212与磁体组件112之间的传递，这样无需使用液氦浸泡超导线圈，节省大量液氦，降低成本。同时，本发明的超导磁体装置100的结构简单，便于使用。可选地，导冷介质为液氦、超极化材料等。可选地，冷却介质为液氦、超极化材料等。

本发明的超导磁体装置100在使用时，动力源123即压缩机的输出端输出高压导冷介质与冷却介质，高压的导冷介质进入换热进管1223，高压的冷却介质进入制冷机121。导冷介质经换热进管1223进入经过第三换热器1227、第一换热器1221后，将导冷介质冷却到50K左右。同时，第二换热器1222中的导冷介质继续沿换热进管1223流动，并经过第三换热器1227进入第二换热器1222后，将导冷介质冷却到4K左右，并进入冷却管道，将冷却管道冷却至4K左右。并且，冷却管道与磁体组件112换热，将磁体组件112也冷却到4K左右。经过换热后，冷却管道中的导冷介质温度回升，并通过换热回管1224依次通过第二换热器1222、第四换热器1228、第一换热器1221以及第三换热器1227回到动力源123中。此循环过程中，使用动力源123产生压差，让导冷介质与冷却介质产生循环，并带动制冷机121产生的冷量覆盖于磁体组件112表面的冷却管道，从而冷却磁体组件112。

本发明还提供一种磁共振设备，包括梯度线圈、射频线圈以及超导磁体装置100，超导磁体装置100具有扫描孔，射频线圈设置于扫描孔中，梯度线圈位于射频线圈与超导磁体装置100之间。超导磁体装置100包括：低温保持器110和磁体组件112，低温保持器110包括同轴设置的外容器111和辐射屏蔽层113，磁体组件112设置于外容器111的内部，辐射屏蔽层113位于外容器111与磁体组件112之间；以及冷却结构120，包括制冷机121以及具有导冷介质的换热组件122，制冷机121具有一级冷头1211与二级冷头1212，换热组件122与一级冷头1211以及二级冷头1212换热连接，换热后的换热组件122还连接磁体组件112，用于对磁体组件112冷却。

本发明的磁共振设备中的超导磁体装置100即为上述实施例中的超导磁体装置100，二者的具体结构以及工作原理实质相同，在此不一一赘述。该磁共振设备采用上述的超导磁体装置100后，无需使用液氦浸泡磁体组件112，减少液氦的使用量，进而降低液氦成本。

在前述磁共振设备结构的基础上，本申请还提出一种磁共振设备的冷却方法，包括：通过一级冷头1211对换热组件122中的导冷介质进行一级换热冷却；通过二级冷头1212对换热组件122中的经过一级换热冷却后的导冷介质进行二级换热冷却；以及，利用换热组件122中经过二级换热冷却的导冷介质对磁体组件112进行传到冷却，以实现对磁体组件112的冷却。

在一个实施例中，一级冷头1211对换热组件122中的导冷介质进行一级换热冷却具体通过换热组件122中的第一换热器1221与一级冷头1211热耦合实现；二级冷头1212对换热组件122中的经过一级换热冷却后的导冷介质进行二级换热冷却具体通过换热组件122中的第二换热器1222与二级冷头1212热耦合实现。当然，一级换热冷却、二级换热冷却还包含有换热器中流入方向的导冷介质与流出方向的导冷介质的热交换。例如，沿着流出方向进入第一换热器1221的导冷介质通常比沿着流入方向进入第一换热器1221的导冷介质具有交底的温度，两不同方向的导冷介质之间存在热交换。

在一实施例中，在一级换热冷却前还包括利用第三换热器1227对进入第一换热器1221前的导冷介质进行第一次预冷。通过上述操作实现导冷介质的三级降温，降低对冷头的制冷效率要求。

在一实施例中，在二级换热冷却前还包括第四换热器1228对经过一级换热冷却后、且进入第二换热器1222前的导冷介质进行第二次预冷。通过上述操作实现导冷介质的四级降温，保证经过换热冷却的导冷介质降低至足够温度，保证磁体组件112的冷却效率。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发明的几种实施方式，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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种超导磁体装置，其特征在于，包括：

低温保持器，具有容纳空间；

磁体组件，设置于所述低温保持器的内部；以及

冷却结构，包括制冷机以及换热组件，所述制冷机具有一级冷头与二级冷头，所述换热组件与所述一级冷头以及二级冷头换热连接，且换热后的所述换热组件还热耦合所述磁体组件。

2.根据权利要求1所述的超导磁体装置，其特征在于，所述换热组件包括第一换热器以及第二换热器，所述第一换热器与所述一级冷头换热连接，所述第二换热器与所述二级冷头换热连接。

3.根据权利要求2所述的超导磁体装置，其特征在于，所述超导磁体装置还包括动力源，所述换热组件还包括供导冷介质流动的换热进管与换热回管，所述换热进管的一端连接所述动力源的输出端，所述换热进管的另一端连接所述第一换热器及所述第二换热器，所述换热回管的一端连接所述动力源的输入端，所述换热回管的另一端连接所述第一换热器及所述第二换热器。

4.根据权利要求3所述的超导磁体装置，其特征在于，所述制冷机还包括制冷进管与制冷回管，所述制冷进管的一端连接所述动力源的输出端，所述制冷进管的另一端与所述连接所述一级冷头以及二级冷头，所述制冷回管的一端连接所述动力源的输入端，所述制冷回管的另一端连接所述一级冷头以及所述二级冷头。

5.根据权利要求3所述的超导磁体装置，其特征在于，所述低温保持器还包括辐射屏蔽层和外容器，所述外容器设置在所述磁体组件的外侧，所述辐射屏蔽层位于所述外容器与所述磁体组件之间，所述换热组件还包括第一连接件，所述第一连接件连接所述一级冷头与所述辐射屏蔽层。

6.根据权利要求3所述的超导磁体装置，其特征在于，所述换热组件还包括冷却管路，所述冷却管路的一端连接所述换热进管，所述冷却管路的另一端连接所述换热回管，所述冷却管路围设于所述磁体组件的周侧。

7.根据权利要求3所述的超导磁体装置，其特征在于，所述换热组件还包括第二连接件，所述第二连接件连接所述第二换热器与所述磁体组件。

8.根据权利要求2至7任一项所述的超导磁体装置，其特征在于，所述换热组件还包括第三换热器，所述第三换热器设置于第一换热器的输入端，用于冷却进入所述第一换热器的导冷介质。

9.根据权利要求2至7任一项所述的超导磁体装置，其特征在于，所述换热组件还包括第四换热器，所述第四换热器设置于所述第二换热器的输入端，用于冷却进入所述第二换热器的导冷介质。

10.一种磁共振设备，其特征在于，包括超导磁体装置，所述超导磁体装置具有扫描孔，所述超导磁体装置包括：

低温保持器，具有容纳空间；

磁体组件，设置于所述低温保持器的内部；以及

冷却结构，包括制冷机以及换热组件，所述制冷机具有一级冷头与二级冷头，所述换热组件与所述一级冷头以及二级冷头换热连接，且换热后的所述换热组件还热耦合所述磁体组件。

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