Mri冷却设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通过使处于较高的压力的流体循环的致冷器来冷却处于低压的流体 围绕的超导磁体。
【背景技术】
[0002] 用于MRI低温保持器中且在液氦池中运行的超导磁体在运送前会在工厂中被冷 却以及测试。标准实践是在磁体中留下足够的氦，使得其在从工厂到其将被使用的场所通 常所需要花费的三到五周期间保持较冷。许多氦在运输过程中汽化，且需要在最终场所处 被替换。氦越来越短缺促使制造者使用不同的策略来保存氦。一种策略是在磁体被测试之 后从磁体回收氦，以及容许磁体变热以及在热的情况下运输。磁体然后在现场被致冷器冷 却，致冷器包括致冷器低温保持器外部的压缩机，其中，氦被冷却，之后通过真空夹套式传 送管线循环通过磁体低温保持器。已经开发了以Brayton(布雷顿）循环运行的致冷器来 在现场冷却磁体。其包括压缩机，该压缩机将处于大约2MPa的排气压力的气体供应至逆 流热交换器，该气体从逆流热交换器通过入口阀进入膨胀空间，使气体绝热地膨胀到大约 0. 8MPa，通过出口阀排出膨胀的气体（其更冷），通过真空夹套式传送管线将冷气循环到磁 体低温保持器，之后通过逆流热交换器使气体返回到压缩机。最近已开发了可由处于高达 IMPa压力的氦冷却的MRI低温保持器。但是目前为止所构建的大多数MRI磁体已设计为以 处于大气压力0.IMPa的氦运行，以及承受大约0. 2MPa的最大压力。本发明的目的是提供 一种利用来自Brayton循环致冷器的大约0. 8MPa的输出来冷却仅仅可容忍小于0. 2MPa的 压力的磁体的器件。
[0003]R.C.Longsworth于2011年3月3日提交的专利申请的公开US2011/0219810描述 了以Brayton循环运行的往复式膨胀式发动机，其中，活塞在热端具有驱动杆，其由机械驱 动器或者在高压与低压之间交替的气体压力驱动，且在活塞运动时，在驱动杆周围的区域 中的活塞热端处的压力与活塞冷端处的压力基本相同。R.C.Longsworth于2011年10月4 日提交的专利申请的公开US2012/0085121描述了之前的申请中所述的以Brayton循环运 行的往复式膨胀式发动机的控制，该控制使得其能够最小化将MRI磁体冷却到低温温度的 时间。S.Dunn等人于2011年5月12日提交的专利申请的公开US2012/0285181描述了控 制通往在2011/0219810申请中所描述的Brayton循环发动机的热端的气体流动的器件。这 些发动机以Brayton循环运行，Brayton循环在2MPa高压以及0? 8MPa低压处合理地高效 的运行，但是如果低压是〇.IMPa将不是很高效。使用这种类型的发动机的最佳方式是使氦 以大约0.IMPa在第二冷却回路中循环，第二冷却回路将热量从磁体传递到由Brayton循环 致冷器冷却的热交换器。
[0004] 在Kudaravalli的US6, 923, 009中描述了 一种使用处于大约0?IMPa的気冷却 MRI磁体的方案。该系统包括处于室温的循环器，利用返回气体预冷却供应气体的逆流 热交换器，由液氮冷却的热交换器，以及使得冷气能够流过磁体的管线。J.F.Maguire等 人的US6, 347, 522描述了一种用于冷却远程热负载的系统，包括：冷却一个或多个冷热交 换器的一个或多个致冷器，在冷热交换器中被冷却的处于大约0.IMPa的氦的第二回路， 在致冷器低温保持器中的第二回路中的循环器，以及使得冷气能够流过远程热负载一例 如磁体一的管线。J.F.Maguire等人的US6, 625, 992是去除了循环器处于致冷器低温保 持器中的限制的之前专利的继续。E.Astra于2007年3月16日提交的专利申请的公开 US2007/0214821描述了一种MRI磁体，其具有安装在MRI低温保持器的颈管中的致冷器，使 得冷端与对磁体进行冷却的氦气接触，冷却的氦通过自然对流或者若干种类型的风扇其中 之一而被循环。R.C.Longsworth的US5, 461，873描述了一种致冷器，其安装在MRI低温保 持器的顶部处的颈管中，MRI低温保持器具有布置成使得磁体通过自然对流而被冷却的管 道。R.C.Longsworth的US4, 484, 458描述了一种致冷器，其安装在MRI低温保持器的顶部 处的颈管中，并且在冷端处具有翅片式管道热交换器，其通过冷凝氦来使氦循环，并且使得 其滴下。
[0005] 使用处于大气压力附近的气态氦来冷却超导MRI磁体或者其它物体的冷却系统 可提供4. 3K或者更高的温度。现在大多数MRI磁体在它们被冷却之后都通过颈管中的或者 平行于颈管的致冷器保持冷却，该致冷器提供大约40K处的大约40W加上4. 2K处的大约IW 的冷却。相反，已经设计为用来使用专利申请公开US2012/0285181中所述的Brayton循环 发动机冷却MRI磁体的致冷器在250K产生超过1500W的制冷，以及在IOOK产生超过500W 的制冷。该致冷器太大而不能装配在MRI低温保持器的颈管中，然而，代替将0.SMPa的冷 氦输送到磁体，冷氦可循环通过颈管中的热交换器，热交换器则可用于冷却磁体中的处于 大约0.IMPa的氦。热交换器在冷却之前插入颈管中，且在MRI磁体已被冷却到大约50K之 后移除。如果颈管太小而不能容纳热交换器，则其可容纳在可去除地插入于较小的颈管中 的单独的热交换器低温保持器中。
【发明内容】
[0006] 本发明结合了以大约2/0. 8MPa运行的Brayton循环致冷器的大容量与親联热交 换器和循环器来利用大约〇. IMPa的氦将磁体从室温冷却到大约50K。耦联热交换器是套 筒中的翅片式管道的线圈，套筒布置成用于使MRI低温保持器中的氦关于来自致冷器的氦 以逆流热传递关系流动。氦通过可变流量循环器被迫使通过热交换器，可变流量循环器在 来自Brayton循环致冷器的氦与对磁体进行冷却的氦之间保持接近恒定的温度差。致冷器 的冷构件容纳在通过真空夹套式传送管线与MRI低温保持器分开的致冷器低温保持器中。 热交换器和循环器以关于MRI低温保持器可去除的关系位于传送管线的MRI低温保持器端 处。
【附图说明】
[0007] 图1显示了通过真空夹套式传送管线将冷氦从发动机循环到MRI低温保持器的 Brayton循环致冷器的现有技术，在MRI低温保持器处，冷氦以大约0.SMPa流过管道，以便 冷却磁体。图2显示了通过真空夹套式传送管线将冷氦以大约0.SMPa从发动机循环到 MRI低温保持器的颈管中的耦联热交换器的Brayton循环致冷器。也在MRI低温保持器中 的循环器驱动处于大约〇.IMPa压力的氦通过热交换器和MRI低温保持器，在MRI低温保持 器中，氦冷却磁体。
[0008] 图3显示了颈管热交换器的优选实施例，该颈管热交换器是翅片式管的两层线 圈。
[0009] 图4显示了将冷氦从发动机以大约0.SMPa通过真空夹套式传送管线循环到低温 保持器中的热交换器的Brayton循环致冷器，低温保持器具有装配在MRI低温保持器的颈 管中的延伸部。也在热交换器低温保持器中的循环器驱动处于大约〇.IMPa的压力的氦通 过热交换器和MRI低温保持器，在MRI低温保持器中，氦冷却磁体。
【具体实施方式】
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