CN213935806U - 基于绝热悬挂装置的7t临床用磁共振影像设备用超导磁体 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于绝热悬挂装置的7T临床用磁共振影像设备用超导磁体，包括从外向内依次连接的低温杜瓦外壳、冷屏、液氦容器、超导线圈和人像成像通道,低温杜瓦外壳和液氦容器固定有悬挂拉杆；悬挂拉杆，一端固定在低温杜瓦外壳外侧，一端固定在液氦容器上，由低导热材料制成。本实用新型的 7T临床用磁共振影像设备用超导磁体，采用了加长的悬挂拉杆将液氦容器悬挂在低温杜瓦外壳上，特点是被悬挂的超导磁体的重心在悬挂支持面的上方，形成了一个亚稳态平衡，增长了拉杆的长度和热阻，从而保证了7T 临床型磁共振用超导磁体的保温系统具有更强的绝热性能，保证磁体能在一个低温制冷机的维持下，达到热平衡，实现无液氦消耗的状态。

Description

基于绝热悬挂装置的7T临床用磁共振影像设备用超导磁体

技术领域

本实用新型涉及7T临床用磁共振影像设备技术领域，特别是涉及基于绝热悬挂装置的7T临床用磁共振影像设备用超导磁体。

背景技术

磁场由超导线圈里的电流产生。为了维持线圈导线的超导状态，线圈必须保持在极低的温度下，一般是由液氦和低温制冷机的冷头来维持稳定低温的。超导线圈被浸泡在低温杜瓦的液氦容器的液氦里。为了有效的阻止外界的热通过传导，对流，或辐射传导至液氦杜瓦而导致液氦的蒸发，超导线圈和杜瓦的低温容器必须放在真空腔和其中的防辐射的冷屏和多层防热辐射薄膜包裹的内部。真空由杜瓦的室温容器维持。但是，无论再好的低温系统也不能完全消除外界的热进入液氦容器，剩余的热辐射和液氦容器在真空中的悬挂系统是主要的漏热途径。冷头的作用是将从支撑元件和剩余辐射的漏入的热量移去，也可以说是将漏热蒸发的氦气液化返回液态。

由于超导磁体的温度处于接近绝对零度的4.2K，周围环境的大量热能有向低温杜瓦内部传导的倾向，其中部分热量是通过磁体的悬挂系统。一般磁共振用磁体的液氦杜瓦和其内部的线圈在几百千克到几吨重。将这个低温杜瓦悬挂在真空中是通过一个经过精心设计的悬挂机构完成的。过于坚固的悬挂机构可能会加大漏热，目前的悬挂机构主要由玻璃钢，碳纤维，或合金材料制作。这些材料的共同特点是高机械强度，高抗拉性能，和低热传导系数。经久稳定和在真空里不挥发气体组分也是必须具备的性能。即便使用如此优良性能的材料，热传导也是不能完全消除的，如果这些漏热接近或大于低温冷头的制冷功率，就可能会产生液氦的挥发消耗，给磁体的长期稳定运行带来障碍。所以，精细的悬挂机构设计通常会选取适当的安全系数，使得磁体在运输的过程中是安全的，同时漏热足够地小，可以由一个低温冷头给予降温。

一般超导磁体对设计人员的技术挑战，随着磁体的尺寸或磁场的增加，以及由于磁共振成像对磁体磁场的空间均匀性和时间稳定性的苛刻要求，而成倍地增加。如7T（特斯拉）的临床型磁共振用磁体，在磁场设计，超导线电流选择，制冷和隔热系统设计，支撑系统设计，超导开关和超导接头设计和工艺等都提出了更高的要求。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种采用悬挂拉杆将液氦容器悬挂在低温杜瓦外壳上，使得被悬挂的超导磁体的重心在悬挂支持面的上方，形成了一个亚稳态平衡，增长了拉杆的长度和热阻，从而保证了7T 临床型磁共振用超导磁体的保温系统具有更强的绝热性能，保证磁体能在一个低温制冷机的维持下，达到热平衡，实现无液氦消耗的状态。避免了由于使用第二个制冷机增加的设备成本和电力消耗。

本实用新型所采用的技术方案是：基于绝热悬挂装置的7T临床用磁共振影像设备用超导磁体，包括从外向内依次连接的低温杜瓦外壳、冷屏、液氦容器、超导线圈和人像成像通道,低温杜瓦外壳和液氦容器固定有悬挂拉杆；

悬挂拉杆，一端固定在低温杜瓦外壳外侧，一端固定在液氦容器上，由高抗拉强度,高弹性模量,低导热材料制成。

优选地，悬挂拉杆由玻璃纤维或碳纤维制成。

优选地，悬挂拉杆由至少一根外套内包裹若干根内芯制成,或者悬挂拉杆由长纤维制成的横截面为跑道型形状的结构。

优选地，悬挂拉杆与液氦容器连接的一端，固定在液氦容器的下方位置，最大限度地增加拉杆的长度和热阻,从而降低漏热。

优选地，超导磁体位于低温杜瓦外壳的端部设置有至少一个运输孔，在磁体低温运行状态,每一个运输孔通过一个密封圈和真空盲板封堵;或者在运输磁体状态,每一个运输孔通过一个运输支撑筒封堵,形成对液氦容器和外壳的更佳稳固的连接,从而避免运输过程中的摇晃和冲击力引起的侧翻或悬挂拉杆的断裂。

优选地，悬挂拉杆，一端通过高温端支架与低温杜瓦外壳固定连接，另一端通过低温端支架与液氦容器固定连接。

优选地，悬挂拉杆贯穿低温杜瓦外壳和冷屏，并且与低温杜瓦外壳和冷屏的贯穿位置保留有间隙。

优选地，液氦容器为双液氦腔结构，其中：

所述双液氦腔结构，包括远离超导磁体轴线并包含屏蔽线圈的设置第一液氦腔，以及靠近磁体轴线并包含超导线圈设置的第二液氦腔；

第一液氦腔与第二液氦腔之间的区域为真空，和杜瓦的其余真空隔层相连通；液氦容器的双液氦腔都被置于冷屏围成的近似圆柱形的真空空间之中。

第一液氦腔，是由第一液氦腔外筒与第一液氦腔内筒，以及两端的法兰密封焊接而成；

第二液氦腔，是由第二液氦腔外筒与第二液氦腔内筒（即超导线圈骨架），以及两端的法兰密封焊接而成；

第一液氦腔和第二液氦腔内均完全或部分填充液氦。

优选地，冷屏为双层结构，进步防止漏热。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的基于绝热悬挂装置的7T临床用磁共振影像设备用超导磁体，采用了加长悬挂拉杆将液氦容器悬挂在低温杜瓦外壳上，使得被悬挂的超导磁体的重心在悬挂支持面的上方，形成了一个亚稳态平衡，增长了拉杆的长度和热阻，从而保证了7T 临床型磁共振用超导磁体的保温系统具有更强的绝热性能，保证磁体能在一个低温制冷机的维持下，达到热平衡，实现无液氦消耗的状态。

附图说明

图1为基于绝热悬挂装置的7T临床用磁共振影像设备用超导磁体；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图2的A处放大视图；

图4为悬挂拉杆13的一个实施例的横截面结构图；

图5为悬挂拉杆13的另一个实施例的结构图；

图6为超导线圈的一个实施例的结构图；

图7为低温杜瓦外壳的运输孔使用运输支撑筒代替真空盲板来使用时的运输支撑筒的一个实施例的结构图；

其中：1-低温杜瓦外壳，2-冷屏，3-第一液氦腔内筒，31-第一液氦腔外筒；4-真空隔层，5-第二液氦腔外筒，6-第二液氦腔，7-运输支撑筒，8-屏蔽线圈，9-波纹连接管，10-超导线圈，11-人像成像通道，12-第一液氦腔，13-悬挂拉杆，131-外套，132-内芯；14-杆芯，15-运输孔，16-密封圈，17-真空盲板，18-低温端支架，19-高温端支架，20-第二液氦腔内筒。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组合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实用新型的限制。另外，本实用新型实施例的描述过程中，所有图中的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等器件位置关系，均以图1为标准。

如图1所示，基于绝热悬挂装置的7T临床用磁共振影像设备用超导磁体，包括从外向内依次连接的低温杜瓦外壳1、冷屏2、液氦容器、超导线圈10和人像成像通道11,低温杜瓦外壳1和液氦容器固定有悬挂拉杆13；

悬挂拉杆13，一端固定在低温杜瓦外壳1外侧，一端固定在液氦容器上，由低导热材料制成，用于将液氦容器悬挂制成在低温杜瓦外壳上。

较佳的实施方式是，悬挂拉杆13由玻璃纤维或碳纤维制成，传热性能较低，隔热效果较好，具体实施过程中玻璃纤维由环氧树脂完全浸润注压而成。如图4所示，而且悬挂拉杆13可以由至少一根外套131内包裹若干根内芯132制成，包裹的内芯132的数量可以为2根至100根不等，或者是可以是更多均可，其抗拉强度非常高，通常可以承受数吨或十数吨的拉力而不断裂。

如图5所示，或者悬挂拉杆13可以是如图由长纤维杆芯14制成的横截面为跑道型形状的结构，其抗拉强度非常高，通常可以承受数吨或十数吨的拉力而不断裂。

从图1还可以看出来，悬挂拉杆13与液氦容器连接的一端，固定在液氦容器的下方位置，最大限度地降低漏热，这样可以使传导漏热降低30-50%。

从图6的实施例中还可以看出来，超导磁体位于低温杜瓦外壳1的端部设置有至少一个运输孔15，在磁体低温运行状态,每一个运输孔15通过一个密封圈16和真空盲板17封堵；或者如图7所示,在运输磁体状态,每一个运输孔15通过一个运输支撑筒7封堵,形成对液氦容器和外壳的更佳稳固的连接,在磁体低温运行状态,这样的运输支撑机构有效的将线圈和低温杜瓦的重量和运输时受到的冲击力通过更加坚固的支撑筒传到外壳上，从而避免运输过程中的摇晃和冲击力引起的侧翻或悬挂拉杆的断裂。具体的实施过程中，真空盲板17和运输支撑筒7均分别通过若干螺丝或者螺栓可拆卸地将其密封封堵在低温杜瓦外壳的端部，方便拆卸以及安装、运输。这样的运输支撑机构有效的将线圈和低温杜瓦的重量和运输时受到的冲击力通过更加坚固的支撑筒传到低温杜瓦外壳上，低温杜瓦外壳强度较强，故而提高了7T临床用磁共振影像设备的运输性能和磁场稳定性能。

从图1中还能看出，悬挂拉杆13，一端通过高温端支架19与低温杜瓦外壳1固定连接，另一端通过低温端支架18与液氦容器固定连接，以保证其具有更好的抗拉性能。而且悬挂拉杆13贯穿低温杜瓦外壳1和冷屏2，并且与低温杜瓦外壳1和冷屏2的贯穿位置保留有间隙，而不是与低温杜瓦外壳1和冷屏2直接接触，进而提高其隔热性能，进一步防止漏热。

从图2中可以看出，还可以将液氦容器设计为双液氦腔结构，其中：

所述双液氦腔结构，包括远离超导磁体轴线并包含屏蔽线圈的设置第一液氦腔12，以及靠近磁体轴线并包含超导线圈10设置的第二液氦腔6；

第一液氦腔12与第二液氦腔6之间的区域为真空，和杜瓦的其余真空隔层相连通；液氦容器的双液氦腔都被置于冷屏2围成的近似圆柱形的真空空间之中。第一液氦腔12，是由第一液氦腔外筒31与第一液氦腔内筒3，以及两端的法兰密封焊接而成；第二液氦腔6，是由第二液氦腔外筒5与第二液氦腔内筒20，以及两端的法兰密封焊接而成；

第一液氦腔12和第二液氦腔6内均完全或部分填充液氦。

冷屏2为双层结构，进一步降低了内层冷屏的整体温度特别是远端温度,降低辐射漏热。

双液氦腔结构保证了低温杜瓦外壳内部具有从外向内依次设置的液氦外腔、真空隔层以及液氦内腔，并且在液氦外腔和液氦内腔填充液氦，既保证了超导线圈浸泡在液氦里，从而得到充分的冷却和稳定的温度环境，而且比单一的液氦腔结构节省6000升液氦，能够极大地降低7T临床用磁共振影像设备的运营成本。

从图1和图3中可以看出，超导磁体的第一液氦腔12和第二液氦腔6之间贯穿连接有波纹连接管9，低温杜瓦外壳1和波纹连接管9之间是密封焊接，用于供给第二液氦腔6及时补充填充液氦使用,从而可以随时保证液氦内腔具有很好的液氦用于制冷，并且有液氦或氦气在波纹连接管内交换或流动，保证了液氦外腔和液氦内腔之间的传热冷却效果更好，环境温度的稳定性能也更好。更优的实施方式是，波纹连接管9的两端分别与第一液氦腔12和第二液氦腔6密封固定连接，从而可以更好地保证真空系统的真空度，进而保证其具有很好隔热性能。

从图中还能看出，超导磁体的更优的实施例是，第一液氦腔12，是由第一液氦腔外筒31与第一液氦腔内筒3，以及两端的法兰密封焊接而成；第二液氦腔6，是由第二液氦腔外筒5与超导线圈10，以及两端的法兰密封焊接而成，形成氦腔和真空空间的有效隔离。

本实用新型的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本实用新型的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本实用新型的精神，都在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.基于绝热悬挂装置的7T临床用磁共振影像设备用超导磁体，包括从外向内依次套装的低温杜瓦外壳（1）、冷屏（2）、液氦容器、超导线圈（10）和人像成像通道（11）,其特征在于：低温杜瓦外壳（1）和液氦容器固定有悬挂拉杆（13）；

所述悬挂拉杆（13），一端固定在低温杜瓦外壳（1）外侧，一端固定在液氦容器上，由低导热材料制成。

2.根据权利要求1所述的超导磁体，其特征在于：所述悬挂拉杆（13）由玻璃纤维或碳纤维制成。

3.根据权利要求2所述的超导磁体，其特征在于：所述悬挂拉杆（13）由至少一根外套（131）内包裹若干根内芯（132）制成,或者所述悬挂拉杆（13）由一整根长纤维杆芯（14）制成的横截面为跑道型形状的结构。

4.根据权利要求3所述的超导磁体，其特征在于：所述悬挂拉杆（13）与液氦容器连接的一端，固定在液氦容器的下方位置。

5.根据权利要求4所述的超导磁体，其特征在于：超导磁体位于低温杜瓦外壳（1）的端部设置有至少一个运输孔（15），每一个运输孔（15）通过一个密封圈（16）和真空盲板（17）封堵，或者每一个运输孔(15)通过一个运输支撑筒（7）封堵。

6.根据权利要求1所述的超导磁体，其特征在于：所述悬挂拉杆（13），一端通过高温端支架（19）与低温杜瓦外壳（1）固定连接，另一端通过低温端支架（18）与液氦容器固定连接。

7.根据权利要求1所述的超导磁体，其特征在于：所述悬挂拉杆（13）贯穿低温杜瓦外壳（1）和冷屏（2），并且与低温杜瓦外壳（1）和冷屏（2）的贯穿位置保留有间隙。

8.根据权利要求2-7任意一项所述的超导磁体，其特征在于：液氦容器为双液氦腔结构，其中：

所述双液氦腔结构，包括远离超导磁体轴线并包含屏蔽线圈的第一液氦腔（12），以及靠近磁体轴线并包含超导线圈（10）设置的第二液氦腔（6）；

第一液氦腔（12），与第二液氦腔（6）之间的区域（4）为真空，和杜瓦的其余真空隔层相连通；液氦容器的双液氦腔都被置于冷屏（2）围成的近似圆柱形的真空空间之中；

第一液氦腔（12），是由第一液氦腔外筒（31）与第一液氦腔内筒（3），以及两端的法兰密封焊接而成；

第二液氦腔（6），是由第二液氦腔外筒（5）与第二液氦腔内筒（20），以及两端的法兰密封焊接而成；

第一液氦腔（12）和第二液氦腔（6）内均完全或部分填充液氦。

9.根据权利要求8所述的超导磁体，其特征在于：所述冷屏（2）为双层结构。

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