CN116403798A

CN116403798A - 磁共振成像系统的磁体预冷装置

Info

Publication number: CN116403798A
Application number: CN202310352360.7A
Authority: CN
Inventors: 吴俊钊; 赖碧翚
Original assignee: Siemens Shenzhen Magnetic Resonance Ltd
Current assignee: Siemens Shenzhen Magnetic Resonance Ltd
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2023-07-07
Also published as: WO2021052760A1; CN112509781A

Abstract

本发明提供一种磁共振成像系统的磁体预冷装置，其包括：一第一制冷剂流路，向一第一磁体供给第一制冷剂；一第二制冷剂流路，向一第二磁体供给第二制冷剂；所述第一制冷剂流路与所述第二制冷剂流路通过一换热器进行热交换，利用所述第二制冷剂来冷却经过所述第一磁体后的第一制冷剂并使所述第一制冷剂能够再次用于第一磁体的冷却，且热交换后的第二制冷剂用于所述第二磁体的冷却。

Description

磁共振成像系统的磁体预冷装置

本申请是申请号为201910870578.5，发明名称为“磁共振成像系统的磁体预冷装置”专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种磁共振成像系统的磁体预冷装置。

背景技术

在超导型磁共振成像设备中，用于产生磁场的超导线圈需要浸泡在存储于液氦罐的液氦中，通过将超导线圈冷却至-269℃，能够使线圈变为超导状态。但是若向室温状态下的液氦罐直接灌注液氦，大量的液氦会转变为气态并从液氦罐溢出，由于液氦的价格比较高昂，因此，为了避免损失大量液氦，需要先对液氦罐进行预冷，例如利用制冷剂将液氦罐预冷却到-196℃，然后再向预冷后的液氦罐中灌注液氦。

目前，在对磁体进行预冷时，可以将液氮充入到液氦罐中并保持一段时间，直到液氦罐和其中的超导线圈达到-196℃。之后，利用氦气将液氮吹出，此时液氦罐中充满纯净的氦气且温度保持在-196℃。但是，在该方法中，例如在利用液氮进行预冷时，液氮积存在液氦罐的底部，由此对于浸泡在液氦罐中的线圈来说，在底部与顶部之间会产生比较大的梯度温差，该梯度温差会对线圈产生大的热应力，进而有可能影响线圈的正常工作。此外，为了将液氮吹出，需要利用大量的氦气，由于氦气很昂贵，因此利用此种方法的成本仍旧比较高昂。或者，也可以直接利用氦气对液氦罐进行预冷，与液氦罐进行了热交换后的氦气变得高温，因此需要利用价格高昂的大功率的制冷机将温度升高后的氦气进行冷却。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提出一种能够降低磁体预冷时超导线圈的热应力且不需要大的制冷机的同时降低氦气损耗量的磁共振成像系统的磁体预冷装置。

本发明的一实施例提供一种磁共振成像系统的磁体预冷装置，其包括：一第一制冷剂流路，向一第一磁体供给第一制冷剂；一第二制冷剂流路，向一第二磁体供给第二制冷剂；所述第一制冷剂流路与所述第二制冷剂流路通过一换热器进行热交换，利用所述第二制冷剂来冷却经过所述第一磁体后的第一制冷剂并使所述第一制冷剂能够再次用于第一磁体的冷却，且热交换后的第二制冷剂用于所述第二磁体的冷却。

在上述磁共振成像系统的磁体预冷装置中，优选所述第一制冷剂流路包括向第一磁体供给低温的第一制冷剂供给气体的第一制冷剂供给路和从所述第一磁体返回高温的第一制冷剂返回气体的第一制冷剂返回路；所述换热器通过使所述第一制冷剂返回路中的第一制冷剂返回气体与来自第二制冷剂源的液态的第二制冷剂进行热交换，使所述第一制冷剂返回气体转变为所述第一制冷剂供给气体，且所述液态的第二制冷剂变为能够用于所述第二磁体冷却的气态的第二制冷剂气体。

在上述磁共振成像系统的磁体预冷装置中，优选还包括：一第一制冷剂源，用于向所述第一制冷剂流路供给气态的第一制冷剂；一第二制冷剂源，用于向所述第二制冷剂流路供给液态的第二制冷剂。

在上述磁共振成像系统的磁体预冷装置中，优选在所述第一制冷剂返回路设置一驱动装置，利用该驱动装置使所述第一制冷剂在所述第一制冷剂流路中流动。

在上述磁共振成像系统的磁体预冷装置中，优选所述第一制冷剂源设置在所述第一制冷剂返回路。

在上述磁共振成像系统的磁体预冷装置中，优选所述气态的第一制冷剂为氦气，所述液态的第二制冷剂为液氮。

本发明的又一实施例提供一种磁共振成像系统的磁体预冷装置，其包括：一制冷剂源，存储有液态的制冷剂，一制冷剂流路，向一磁体提供制冷剂；一换热器，存储有温度高于制冷剂的气化温度的换热液，使所述制冷剂流路穿过所述换热器，并利用所述换热液将所述液态的制冷剂转变为制冷剂气体，并将所述制冷剂气体供给至磁体。

在上述磁共振成像系统的磁体预冷装置中，优选在所述制冷剂流路中，在换热器的下游侧设有对所述制冷剂气体的温度进行检测的温度传感器。

在上述磁共振成像系统的磁体预冷装置中，优选在所述换热器设置有一加热器，当由所述温度传感器检测到的所述制冷剂气体的温度低于预设值时，利用所述加热器对所述换热液进行加热。

在上述磁共振成像系统的磁体预冷装置中，优选所述换热液为水，所述液态的制冷剂为液氮。

根据本发明的实施例涉及的磁共振磁体的预冷系统，由于分别向第一磁体或第二磁体供给气态的制冷剂(向第一磁体供给氦气、向第二磁体供给氮气)进行预冷，因此能够使超导线圈在磁体中进行均匀的冷却，不会在超导线圈的底部和顶部之间产生过大的梯度温差，进而减少了热应力。此外，向第一磁体供给的氦气在进行热交换而升温后，会利用第二制冷剂源提供的液氮再冷却，因此，不需要以往那样的大型的制冷机来对高温的氦气进行再冷却。同时，第二制冷剂源提供的液氮在对向第一磁体供给的氦气进行冷却而变得高温而转变为氮气后会用于第二磁体的冷却，因此，对于第二磁体来说，与以往的利用液氮进行预冷的情况相比，不需要使用大量的氦气吹出液氮，而仅需要使用少量的氦气吹出氮气即可，因此相应地减少了高价的氦气的使用量。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1为本发明的第一实施例涉及的磁共振成像系统的磁体预冷装置的说明图。

图2为本发明的第二实施例涉及的磁共振成像系统的磁体预冷装置的说明图。

其中，附图标记如下：

10、预冷装置；

11、第一制冷剂流路；

111、第一制冷剂供给路；

112、第一制冷剂返回路；

12、第二制冷剂流路；

13、13’换热器；

14、第一制冷剂源；

15、第二制冷剂源；

16、风扇；

17、马达；

20、第一磁体；

30、第二磁体；

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块或单元。

图1示出了本发明的第一实施方式涉及的磁共振成像系统的预冷装置的示意图。如图1所示，该预冷装置10能够对两个用于磁共振成像设备的第一磁体20和第二磁体30分别进行预冷。该预冷装置10包括：向第一磁体20供给第一制冷剂以进行预冷的第一制冷剂流路11和向第二磁体30供给第二制冷剂的第二制冷剂流路12。第一制冷剂流路11与第二制冷剂流路12能够在换热器13进行热交换。

此外，在第一制冷剂流路11连接用来提供第一制冷剂的第一制冷剂源14，在第二制冷剂流路12中连接用来提供第二制冷剂的第二制冷剂源15。在本实施例中，第一制冷剂源例如提供氦气，第二制冷剂源例如提供液氮。

在本实施例中，第一制冷剂流路11包括向第一磁体20供给低温的第一制冷剂(氦气)的第一制冷剂供给路111和从所述第一磁体20返回高温的第一制冷剂的第一制冷剂返回路112。在本实施例中，由第一制冷剂源14向第一制冷剂流路11供给作为第一制冷剂的低温的氦气，氦气经由第一制冷剂供给路111供给至第一磁体20，沿箭头A所示方向流动而对第一磁体20进行预冷。对该第一磁体20预冷之后的第一制冷剂气体变得高温而作为第一制冷剂返回气体经由第一制冷剂返回路112流出，进而第一制冷剂返回路112穿过换热器13与第一制冷剂供给路111形成环路。

第二制冷剂流路12连接于第二制冷剂源15并穿过换热器13连接至第二磁体30，并在第二磁体30中按箭头B所示方向流动而对第二磁体30进行预冷后排出到大气中。在本实施例中，第二制冷剂源15能够向第二制冷剂流路12供给作为第二制冷剂的液氮。在换热器13中，通过使第一制冷剂返回路112中的用于第一磁体20预冷之后的第一制冷剂返回气体与第二制冷剂流路12中的来自第二制冷剂源15的作为第二制冷剂的液氮进行热交换，由此，高温的第一制冷剂返回气体被相对低温的第二制冷剂降温而转变为能够再次利用的低温的第一制冷剂供给气体，并再次经由第一制冷剂供给路111输送到第一磁体20而用于第一磁体20的预冷。同时，利用换热器13，第二制冷剂流路12中的作为第二制冷剂的低温的液氮被第一制冷剂返回路112中的高温的第一制冷剂返回气体升温而转变为氮气，进而通过第二制冷剂流路12流入到第二磁体30，并按箭头B所示方向流动而对第二磁体30进行预冷。

此外，在本实施例中，在第一制冷剂返回路112还设有作为第一制冷剂驱动设备的风扇16，该风扇16在马达17的驱动下能够转动而促使作为第一制冷剂的氦气在第一制冷剂流路11中流动。

根据本实施例涉及的磁共振磁体的预冷系统，由于分别向第一磁体20或第二磁体30供给气态的制冷剂(向第一磁体20供给氦气、向第二磁体30供给氮气)进行预冷，因此能够使超导线圈在磁体中进行均匀的预冷，不会在超导线圈的底部和顶部之间产生梯度温差，进而减少了热应力。此外，向第一磁体20供给的氦气在进行热交换而升温后，会利用第二制冷剂源15提供的液氮再冷却，因此，不需要以往那样的大型的制冷机来对高温的氦气进行再冷却。同时，第二制冷剂源15提供的液氮在对向第一磁体20供给的氦气进行冷却而变得高温而转变为氮气后会用于第二磁体30的冷却，因此，对于第二磁体30来说，与以往的利用液氮进行预冷的情况相比，不需要使用大量的氦气吹出液氮，而仅需要使用少量的氦气吹出氮气即可，因此相应地减少了高价的氦气的使用量。

第二实施例

图2示出了涉及本发明的第二实施例的磁体预冷装置的说明图。如图2所示，本实施例的磁体预冷装置包括：一制冷剂源15，存储有液态的制冷剂，在本实施例中，该液态制冷剂例如为液氮；一制冷剂流路12，连接于制冷剂源15，并向一磁体30提供制冷剂；一换热器13’，存储有温度高于制冷剂的气化温度的换热液，在本实施例中，该换热液例如为室温状态下的水。在本实施例中，使制冷剂流路12穿过该换热器13’，来自制冷剂源15的低温的液氮在该换热器13’中与换热液进行热交换，从而作为液态制冷剂的液氮从换热液吸收热量转变为气态的氮气，进而该氮气经由制冷剂流路12供给至磁体30，并沿箭头C所示的路径经过磁体30中设置有超导线圈的空腔后从排气通道排出到空气中。

此外，在本实施例的制冷剂流路12中，在换热器13’的下游侧设置有一热传感器121。利用该热传感器121来检测制冷剂流路12中的气态制冷剂的温度，当该气态制冷剂的温度低于预定值时，启动设置于换热器13’的加热器18来对换热液进行加热。

由于利用换热器13’将来自制冷剂源15的液氮转变为氮气后向磁体30供给进行预冷，因此能够使超导线圈在磁体中进行均匀的冷却，不会在超导线圈的底部和顶部之间产生梯度温差，进而减少了热应力。此外，对于磁体30来说，与以往的利用液氮进行预冷的情况相比，不需要使用大量的氦气吹出液氮，而仅需要使用少量的氦气吹出用于预冷的氮气即可，因此相应地减少了高价的氦气的使用量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种磁共振成像系统的磁体预冷装置，其特征在于，包括：

一制冷剂源，存储有液态的制冷剂，

一制冷剂流路，向一磁体提供制冷剂；

一换热器，存储有温度高于制冷剂的气化温度的换热液，

使所述制冷剂流路穿过所述换热器，并利用所述换热液将所述液态的制冷剂转变为制冷剂气体，并将所述制冷剂气体供给至磁体。

2.根据权利要求1所述的磁体预冷装置，其特征在于，

在所述制冷剂流路中，在换热器的下游侧设有对所述制冷剂气体的温度进行检测的温度传感器。

3.根据权利要求2所述的磁体预冷装置，其特征在于，

在所述换热器设置有一加热器，当由所述温度传感器检测到的所述制冷剂气体的温度低于预设值时，利用所述加热器对所述换热液进行加热。

4.根据权利要求2所述的磁体预冷装置，其特征在于，

所述换热液为水，所述液态的制冷剂为液氮。