用于無(wú)致冷劑mri磁體的高效熱交換器的制造方法
【專利摘要】一種熱交換器（5），其包括導(dǎo)熱圓柱形容器（40），至少一根導(dǎo)熱管道（30），冷卻柱（90），以及致冷劑冷頭（100）。所述冷卻柱和冷頭冷凝氣態(tài)氦至液態(tài)氦，以維持液態(tài)氦儲(chǔ)存在所述導(dǎo)熱圓柱形容器（40）中。所述至少一根導(dǎo)熱管道（30）圓周地纏繞所述容器（40），并延伸至至少一個(gè)超導(dǎo)磁體繞組熱交換器（20），并且返回。所述管道形成選定環(huán)路，所述環(huán)路以在室溫下的約104bar（1500PSI）之上到在低溫下的約0.75bar的壓強(qiáng)保持氣態(tài)氦。
【專利說(shuō)明】用于無(wú)致冷劑MRI磁體的高效熱交換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超導(dǎo)磁體的冷卻，并且特別地涉及熱交換器及其類似物。
【背景技術(shù)】
[0002]磁共振(MR)掃描儀使用超導(dǎo)磁體，所述超導(dǎo)磁體被冷卻至超導(dǎo)溫度，舉例來(lái)說(shuō)低于5.2° Kelvin0傳統(tǒng)地，液態(tài)氦因其熱特性而被用于冷卻超導(dǎo)磁體。然而，液態(tài)氦是昂貴的。世界上的許多地方并不具有液態(tài)氦或液態(tài)氦替代品的穩(wěn)定供應(yīng)。
[0003]通常超導(dǎo)磁體被浸置在液態(tài)氦中，所述液態(tài)氦隨著其冷卻磁體而從液體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w。然后，在再次循環(huán)回所述磁體前，所述氣體利用致冷器或熱交換器再冷凝和/或冷卻至液體狀態(tài)。使用液態(tài)氦之外的其他選擇是需要有效的熱交換方法來(lái)保持冷卻劑并且再保持所述磁體在臨界溫度以下。物理空間也對(duì)冷卻設(shè)備的尺寸和布置施加了限制。
[0004]在系統(tǒng)的啟動(dòng)中還存在操作性的復(fù)雜性。21°C的室溫大約是294° K，盡管超導(dǎo)磁體的正常操作溫度通常是4.8° K以下。采用的任何裝置或方法都必須適應(yīng)所述系統(tǒng)從正常室溫降低至超導(dǎo)溫度的啟動(dòng)。溫度的這種變化會(huì)涉及壓力的變化。磁體失超(magnetquench)促使磁體溫度升高70° K以上。在失超或其他導(dǎo)致溫度升高的過(guò)程期間，在所述系統(tǒng)能夠被再冷卻之前，隨著冷卻劑因溫度的升高而膨脹，昂貴的冷卻劑會(huì)損失。逸出的氦能夠替換磁體室中的氧，從而引發(fā)對(duì)臨近所述磁體的人員的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N用于無(wú)致冷劑MR磁體的新的且提高效率的熱交換器，所述熱交換器克服了上文所提及的問(wèn)題及其他問(wèn)題。
[0006]根據(jù)一個(gè)方面，熱交換器包括導(dǎo)熱圓柱形容器，至少一根導(dǎo)熱管道，冷卻柱，以及致冷劑冷頭(cryogen coldhead)。所述導(dǎo)熱圓柱形容器包含氦。所述至少一根導(dǎo)熱管道30圓周地盤(pán)繞在所述容器周圍，以封閉環(huán)路的形式連接至至少一個(gè)超導(dǎo)磁體繞組熱交換器，并且包含氣態(tài)氦。所述冷卻柱連接至所述導(dǎo)熱圓柱形容器，以從那里接收氦氣并向那里供應(yīng)液態(tài)氦。所述致冷劑冷頭被安裝至所述冷卻柱并將在所述冷卻柱中的氦氣冷凝為冷的液
。
[0007]根據(jù)另一方面，冷卻超導(dǎo)磁體的方法使氣態(tài)氦在導(dǎo)熱管道的封閉環(huán)路中循環(huán)，其通過(guò)熱虹吸作用而循環(huán)。熱量從所述超導(dǎo)磁體傳遞至在導(dǎo)熱管道的所述封閉環(huán)路的下部部分中的循環(huán)的氣態(tài)氦。熱量通過(guò)系統(tǒng)熱交換器從在導(dǎo)熱管道的所述封閉環(huán)路的上部部分中的循環(huán)的氣態(tài)氦傳遞至液態(tài)氦。氣態(tài)氦使用致冷劑冷頭從冷卻柱中的所述系統(tǒng)熱交換器處再冷凝，并將冷凝的氦返回至所述系統(tǒng)熱交換器。
[0008]一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是被循環(huán)至所述MR磁體且位于所述繞組熱交換器和系統(tǒng)熱交換器之間的氦處于單一氣相。
[0009]另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是循環(huán)至所述MR磁體的氦處于封閉系統(tǒng)中，這將防止在啟動(dòng)或失超期間的損失。[0010]另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所述系統(tǒng)在室溫下保持處于高壓的氦。
[0011]另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所述系統(tǒng)在所有冷卻模式:冷卻、失超和正常操作期間完全是被動(dòng)地，不需要外部干涉。
[0012]另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所述系統(tǒng)具有低流動(dòng)摩擦損耗，這容易通過(guò)不透氣地密封的接頭制造。
[0013]另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所述熱交換器適應(yīng)從室溫開(kāi)始的簡(jiǎn)單啟動(dòng)程序。
[0014]另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所述熱交換器不具有可移動(dòng)部分。
[0015]另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所述熱交換器緊湊且非常高效地傳遞熱量。
[0016]另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所述系統(tǒng)具有大的熱傳遞面積，帶有位于高傳導(dǎo)性元件上的纏繞管。
[0017]本發(fā)明更進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于那些在本領(lǐng)域具有普通技術(shù)的人員而言，在閱讀并理解了下文詳細(xì)的說(shuō)明書(shū)之后將被領(lǐng)會(huì)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]本發(fā)明可采用各種構(gòu)件和構(gòu)件的布置的形式，以及采用各種步驟和步驟的布置的形式。附圖僅出于圖示優(yōu)選實(shí)施例的目的，并且不應(yīng)被解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0019]圖1是在磁體系統(tǒng)中熱交換器的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；
[0020]圖2是熱交換器的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；
[0021]圖3是使用散熱板的熱交換器套筒的一個(gè)實(shí)施例的透視圖；以及
[0022]圖4是圖示系統(tǒng)操作的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]參考圖1，系統(tǒng)中的熱交換器5的一個(gè)實(shí)施例被示出。磁體繞組10在操作期間生成熱量。所述熱量通過(guò)熱虹吸作用回路(thermosiphon circuit)中的高效繞組熱交換器20有效地從所述磁體繞組10處離開(kāi)而被傳遞至循環(huán)的氦蒸汽。所述氦蒸汽在管道30中于所述繞組熱交換器20和系統(tǒng)熱交換器5之間循環(huán)。管道30是不透氣地密封的封閉環(huán)路系統(tǒng)。在所述環(huán)路的一個(gè)端部，有利地是下端，所述管道和所述氣態(tài)氦通過(guò)繞組熱交換器20從磁體10處吸收熱量。在所述環(huán)路的另一個(gè)端部，有利地是上端，所述氣態(tài)氦通過(guò)系統(tǒng)熱交換器5損失熱量至包含于其中的液態(tài)氦。管道30盤(pán)繞著熱交換器5的導(dǎo)熱套筒或容器40。在圖示的實(shí)施例中，稠密的冷氦氣利用重力從系統(tǒng)熱交換器流動(dòng)至繞組熱交換器，在所述繞組熱交換器處所述氣體被加熱。較不稠密的溫暖氣體上升至所述系統(tǒng)熱交換器，在所述系統(tǒng)熱交換器處，所述氣體被冷卻。
[0024]與纏繞的管道30相接觸的導(dǎo)熱容器40提供了足夠的表面積用以從溫暖的循環(huán)氦蒸汽處傳遞熱量至所述容器40內(nèi)的液態(tài)氦。所述傳遞將所述氦蒸汽冷卻以再循環(huán)至所述繞組構(gòu)件并冷卻所述繞組構(gòu)件。隨著氦在所述容器40內(nèi)部變暖，所述氦上升到隔膜或隔板60的上方。所述隔板60分隔套筒或圓柱形容器40。套筒或容器40的上部部分被連接至流出部70，并且下部部分被連接至流入部80。隨著氦在容器40中變暖，氦上升并流出所述流出部進(jìn)入冷卻柱90。在一個(gè)實(shí)施例中，冷卻柱包括第一級(jí)冷頭、濕袋(wetsock),以及第二級(jí)冷頭。隨著所述溫暖的氦氣上升到冷卻柱90中，氦氣遇到致冷劑冷頭100、濕袋，或者冷卻所述氦的其它級(jí)冷頭。隨著氦的變冷，其冷凝為冷的稠密液體。所述冷的稠密液體下沉至所述柱的底部。所述冷的稠密液體利用重力流出所述冷卻柱90的底部并回到所述容器40的所述流入部80。所述冷的液態(tài)氦圍繞所述套筒或容器40的底部流動(dòng)并開(kāi)始再次從在所述管道30中循環(huán)的所述氦蒸汽處吸收熱量的過(guò)程。所述冷頭100將冷卻液態(tài)氦至大約 4.2° K。
[0025]氦蒸汽在壓力下被封閉在所述管道30中。在所述實(shí)施例中，處于臨界溫度的氦氣施加0.75-0.83bar (11-12PSI)的壓強(qiáng)，而相同體積的在室溫下的氦施加68_105bar(1000-1500PSI)的壓強(qiáng)。在熱傳遞上具有高熱效率的管道30還在室溫下保持壓力為68-102個(gè)大氣壓的氦，這樣使得當(dāng)冷卻至4.5° K時(shí)，氦氣通過(guò)虹吸作用在.75- 83bar的壓強(qiáng)下流動(dòng)。氦蒸汽在所述管道中，圍繞著未限定的系統(tǒng)熱交換器50的容器40，流動(dòng)至磁體繞組熱交換器20的底部，并且返回所述磁體構(gòu)件20。隨著氦的冷卻，所述氦收縮并產(chǎn)生虹吸作用。不涉及移動(dòng)部分。最小的溫差被需要。一旦氦蒸汽被置于所述管道30中，為了MR磁體的有用壽命，管道30被不透氣地密封。提供壓力下的強(qiáng)度和有效熱傳遞的不銹鋼是被用于所述管道30的實(shí)例材料。在系統(tǒng)熱交換器、繞組熱交換器和用于簡(jiǎn)化制造的連接管道中，管道能夠是整體的或能夠作為分開(kāi)的部分開(kāi)始。
[0026]容器或套筒40包含同時(shí)是氣態(tài)的和液態(tài)的氦。在初始啟動(dòng)期間，磁體組件能夠通過(guò)氮冷卻系統(tǒng)(未示出)被初始地冷卻至大約70° K。冷頭100通過(guò)冷卻柱90被不透氣地密封。冷卻柱90和容器30初始地僅包含氣態(tài)氦。隨著冷頭100冷卻所述氣態(tài)氦，所述氦收縮，且更多的氦從氦膨脹罐130被引入到系統(tǒng)內(nèi)。隨著氦冷卻且變得稠密，氦下沉至冷卻柱90的底部并流入容器40的流入部80內(nèi)并進(jìn)入容器40的底部。一旦較冷較稠密的氦進(jìn)入容器40，那么氦將容器40冷卻并開(kāi)始冷卻管道30中的蒸汽。隨著氦冷卻熱交換器5，氦吸收熱量，膨脹并上升至容器40的頂部。一旦較溫暖的較不稠密的氦上升至容器40的頂部，那么氦流出流出部70并返回冷卻柱90。一旦在冷卻柱90中，氦上升并遇到致冷劑冷頭100并重新開(kāi)始所述程序。隨著氦在容器40、冷卻柱90和冷頭100之間的重復(fù)循環(huán)，氦在所述柱的下部部分和系統(tǒng)熱交換器5中最終成為液態(tài)。當(dāng)磁體構(gòu)件20的溫度繼而降低至臨界溫度以下時(shí)，所述磁體能夠被操作。
[0027]在失超之后用于重啟系統(tǒng)的程序是類似的。在失超期間，磁體的操作溫度上升，舉例來(lái)說(shuō)高于70° K。氦氣在繞組熱交換器中的加熱使熱虹吸作用中斷，從而減慢了熱量到系統(tǒng)熱交換器的傳遞。系統(tǒng)必須在重啟操作之前被重新冷卻。當(dāng)溫度開(kāi)始上升，且氦在容器40和冷卻柱90中膨脹時(shí)，氦傳送至膨脹罐130，從而防止損失。隨著系統(tǒng)被重啟且溫度開(kāi)始下降，氦被從膨脹罐130傳送回并進(jìn)入冷卻柱90內(nèi)。簡(jiǎn)單而有序的冷卻過(guò)程在啟動(dòng)期間和當(dāng)重啟發(fā)生時(shí)被保持。
[0028]參考圖2，熱交換器5的實(shí)施例被示出，其具有冷卻各種磁體構(gòu)件的管道30的九個(gè)閉環(huán)。六個(gè)環(huán)來(lái)冷卻磁體繞組10，兩個(gè)環(huán)來(lái)冷卻結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以及一個(gè)環(huán)冷卻電子設(shè)備和其他磁體構(gòu)件。為了達(dá)到用于熱傳遞的表面積，每個(gè)管道30從頂部連接器110至底部連接器120纏繞著容器40約2.75次。管道30與容器40熱連接，例如通過(guò)銅焊。頂部管道繞組連接器110接收較溫暖的氣態(tài)氦的流入。導(dǎo)熱容器或套筒40由導(dǎo)熱材料，諸如不銹鋼或銅，制成。在圍繞容器40的適當(dāng)數(shù)量的圈數(shù)以冷卻氣態(tài)氦之后，管道30在下部連接器120處與容器脫離接觸，在圖示實(shí)施例中下部連接器比開(kāi)始點(diǎn)110低或大約是3點(diǎn)鐘的方向。[0029]參考圖3，具有冷卻板200的系統(tǒng)熱交換器5的另一個(gè)實(shí)施例被示出。導(dǎo)熱板200利用導(dǎo)熱結(jié)合而被附接至容器40。例如導(dǎo)熱焊接，諸如銅焊被使用。圓形板200從容器40的外部與所述容器40的軸相垂直地延伸出來(lái)。管道30通過(guò)導(dǎo)熱結(jié)合被固定例如銅焊至所述板200。為了達(dá)到更多用于熱傳遞的表面積，管道30同心地螺旋地纏繞在所述板200上。管道能夠首先被銅焊或軟焊至所述板，而組件能夠被銅焊至所述容器，或者反之亦然。溫暖流入連接器110位于最外部邊緣處且以更小的線圈圍繞所述容器40前伸，其中最小的線圈最接近于所述容器的表面。管道30的冷回流管120在偏離圍繞所述容器40的管道的線圈的平面中離開(kāi)。在圖示的實(shí)施例中，對(duì)于管道30的每個(gè)冷卻回路具有一個(gè)板200。所述板200由高效熱材料，諸如銅或不銹鋼，制成。歧管(manifold)150能被用于平衡管道回路30之間的壓力。
[0030]冷卻柱90被直接固定至套筒，從而消除了用于單獨(dú)流入及流出的管子。冷卻柱90位于套筒或容器40的中心。四個(gè)管道30回路(圖1)圍繞著容器位于所述冷卻柱90與所述容器40相結(jié)合的一側(cè)，并且五個(gè)位于另一側(cè)。安裝支架210被用于安裝熱交換器50至相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)。
[0031]另一個(gè)實(shí)施例配置了處于垂直位置的容器40。當(dāng)容器處于垂直位置時(shí)，板200被水平地安裝，且沒(méi)有隔板被使用。
[0032]熱交換器的效率由凈熱交換單元(NTU)的數(shù)量決定，并且NTU=h A/MC，其中h是傳熱系數(shù)，A是管道內(nèi)的傳熱面積，M是歸因于虹吸作用的質(zhì)量流量，并且C是氦蒸汽的熱容。A是管道的長(zhǎng)度和直徑的函數(shù)。導(dǎo)熱材料，例如不銹鋼、銅、鋁等都被預(yù)期。這些熱交換器實(shí)施例在緊湊的空間中實(shí)現(xiàn)高NTU。
[0033]參考圖4，流程圖示出了冷卻MR磁體的方法。以室溫300開(kāi)始，所述磁體通過(guò)氮?dú)饣蚱渌鋮s系統(tǒng)冷卻至大約70° K，如US61/290，270 (W0/2011/080630)中所描述的那樣。致冷劑冷頭310冷卻在冷卻柱中的氦。氦隨著其冷卻而冷凝且更多的氦被加入320到冷卻柱中。隨著氦的冷凝，其流入容器40內(nèi)。熱量從導(dǎo)熱管道30中的氦氣傳送至容器40的腔室中的較冷的氦。管道中的氦隨著熱量被傳遞而收縮并導(dǎo)致管道30中的循環(huán)開(kāi)始。隨著循環(huán)的繼續(xù)，較冷的氦到達(dá)磁體的繞組熱交換器。隨著較冷的氦氣圍繞磁體循環(huán)，熱量從磁體繞組通過(guò)繞組熱交換器被傳遞至氦氣340。冷卻磁體的過(guò)程持續(xù)進(jìn)行直到磁體的溫度下降至臨界溫度以下。
[0034]一旦磁體下降至臨界溫度以下，磁體就作為超導(dǎo)磁體360被操作。氦繼續(xù)通過(guò)熱虹吸作用在管道中循環(huán)370。熱量從磁體繞組處傳遞380至氣態(tài)氦。氣態(tài)氦通過(guò)系統(tǒng)熱交換器傳遞390熱量至液態(tài)氦。液態(tài)氦變暖至氣體狀態(tài)并在容器中上升且流入冷卻柱內(nèi)。致冷劑冷頭冷卻并再冷凝氦至液體狀態(tài)400。液態(tài)氦在冷卻柱中下降并流入發(fā)生重復(fù)循環(huán)的容器腔室內(nèi)。
[0035]在失超410期間，磁體的急劇溫度升高促使至循環(huán)的氦熱傳遞提高。循環(huán)氦又將傳遞熱量至液態(tài)氦420。隨著溫度的急劇升高，在冷卻柱中的氦將膨脹。系統(tǒng)將膨脹的氦從系統(tǒng)熱交換器的冷卻柱移動(dòng)430至膨脹罐內(nèi)，以防止損失。再冷卻磁體至超導(dǎo)電性的過(guò)程與用于系統(tǒng)啟動(dòng)300的過(guò)程相同。本發(fā)明已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述。在其他人閱讀和理解了之前的詳細(xì)描述時(shí)，修改和改造會(huì)發(fā)生。本發(fā)明意圖被構(gòu)造成為包括落入在所附權(quán)利要求或其等價(jià)物的范圍內(nèi)的所有這些修改和改造。
【權(quán)利要求】
1.一種熱交換器(5),包括: 導(dǎo)熱圓柱形容器(40)，所述導(dǎo)熱圓柱形容器包含氦； 至少一根導(dǎo)熱管道(30)，所述導(dǎo)熱管道圓周地盤(pán)繞在所述導(dǎo)熱圓柱形容器(40)周圍，并以封閉環(huán)路的形式連接至至少一個(gè)超導(dǎo)繞組熱交換器(20)，且包含氣態(tài)氦； 冷卻柱(90)，所述冷卻柱連接至所述導(dǎo)熱圓柱形容器(40)，以從所述導(dǎo)熱圓柱形容器接收氦氣并將液態(tài)氦供應(yīng)至所述導(dǎo)熱圓柱形容器； 致冷劑冷頭(100)，所述致冷劑冷頭被安裝至所述冷卻柱，所述致冷劑冷頭將所述冷卻柱(90)中的氦氣冷凝為冷的液態(tài)氦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器(5)，其特征在于所述熱交換器還包括: 多個(gè)導(dǎo)熱管道環(huán)路(30)，所述導(dǎo)熱管道環(huán)路圓周地盤(pán)繞在所述導(dǎo)熱圓柱形容器周圍，以從與操作超導(dǎo)磁體(10)相關(guān)聯(lián)的構(gòu)件處傳遞熱量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的熱交換器(5)，其特征在于所述熱交換器還包括: 膨脹罐(130)，所述膨脹罐連接至所述致冷劑冷頭(100)，所述膨脹罐將氦供應(yīng)至所述致冷劑冷頭并從所述致冷劑冷頭處接收氦。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的熱交換器(5)，其特征在于所述導(dǎo)熱圓柱形容器(40)還包括: 隔板(60)，所述隔板水平布置在所述導(dǎo)熱圓柱形容器(40)中，以將所述導(dǎo)熱圓柱形容器分為從所述冷卻柱(90)接收液態(tài)氦的下部部分和將氣態(tài)氦供應(yīng)至所述冷卻柱(90)的上部部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的熱交換器(5)，其特征在于所述導(dǎo)熱管道(30)包括不銹鋼、銅和鋁中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的熱交換器(5)，其特征在于所述導(dǎo)熱管道(30)被密封以將氦保持在4.5° K至295° K。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的熱交換器(5)，其特征在于所述導(dǎo)熱管道(30)被構(gòu)造成能夠抵抗高達(dá)至少102個(gè)大氣壓的內(nèi)部壓力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的熱交換器(5)，其特征在于所述導(dǎo)熱管道(30)形成熱虹吸，所述熱虹吸在不使用移動(dòng)部件的情況下利用熱梯度來(lái)使氣態(tài)氦循環(huán)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的熱交換器(5)，其特征在于所述導(dǎo)熱圓柱形容器(40)被定向?yàn)榫哂兴窖由斓目v向軸線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱交換器(5)，其特征在于所述熱交換器還包括: 從所述冷卻柱至所述導(dǎo)熱圓柱形容器(40)的流入部(80)，所述流入部布置在所述導(dǎo)熱圓柱形容器(40)的下端處；以及從所述導(dǎo)熱圓柱形容器起的流出部(90)，所述流出部布置在所述導(dǎo)熱圓柱形容器的上端處以將氣態(tài)氦供應(yīng)至所述冷卻柱(90)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的熱交換器(5)，其特征在于氦在不使用移動(dòng)部件的情況下利用熱梯度和/或重力而在所述導(dǎo)熱圓柱形容器(40)和所述冷卻柱(90)之間流動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的熱交換器(5)，其特征在于所述氣態(tài)氦進(jìn)入所述導(dǎo)熱管道(30)的纏繞在所述導(dǎo)熱圓柱形容器(40)周圍的一部分的位置比所述氣態(tài)氦離開(kāi)所述導(dǎo)熱管道(30)的纏繞在所述導(dǎo)熱圓柱形容器(40)周圍的所述部分的位置高。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的熱交換器(5)，其特征在于所述熱交換器進(jìn)一步包括: 多個(gè)導(dǎo)熱板(200)，每一個(gè)導(dǎo)熱板都熱連接至所述導(dǎo)熱圓柱形容器(40)的外部，從所述導(dǎo)熱圓柱形容器(40)處延伸，并且每一個(gè)都沿著所述導(dǎo)熱圓柱形容器(40)的長(zhǎng)度以一定間隔隔開(kāi)，所述導(dǎo)熱管道與所述導(dǎo)熱板熱連通地盤(pán)繞在所述導(dǎo)熱圓柱形容器周圍。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的熱交換器(5)，其特征在于所述導(dǎo)熱管道(30)是不銹鋼管道且所述氣態(tài)氦永久地密封在所述導(dǎo)熱管道中。
15.根據(jù)權(quán)利要求2-14中任一項(xiàng)所述的熱交換器(5)，其特征在于所述熱交換器進(jìn)一步包括: 歧管(150)，所述歧管將冷卻連接至環(huán)路，以在它們之間提供壓力平衡。
16.—種磁共振磁體系統(tǒng),包括: 超導(dǎo)磁共振磁體(10)； 根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)所述的熱交換器。
17.—種冷卻超導(dǎo)磁體(10)的方法,包括: 使在導(dǎo)熱管道(30)的封閉環(huán)路中的氣態(tài)氦循環(huán)(370)，這通過(guò)熱虹吸作用來(lái)進(jìn)行循環(huán)； 將熱量從所述超導(dǎo)磁體(10)傳遞(380)至在所述導(dǎo)熱管道的封閉環(huán)路的下部部分中的循環(huán)的氣態(tài)氦； 經(jīng)由系統(tǒng)熱交換器(5)將熱量從在所述導(dǎo)熱管道的封閉環(huán)路的上部部分中的循環(huán)的氣態(tài)氦傳遞(390)至液態(tài)氦； 將來(lái)自所述系統(tǒng)熱交換器的氣態(tài)氦再冷凝(400)并將冷凝的氦返回至所述系統(tǒng)熱交換器(5)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的冷卻超導(dǎo)磁體(10)的方法，其特征在于所述方法進(jìn)一步包括: 在室溫下啟動(dòng)(300)，其中氣態(tài)氦在65-105bar下被密封在所述導(dǎo)熱管道的封閉環(huán)路中； 利用致冷劑冷頭(100 )來(lái)冷卻(310 )包含在所述系統(tǒng)熱交換器的冷卻柱(90 )中的氣態(tài)氦； 隨著所述冷卻柱中的壓力下降，從膨脹罐(130)添加(320)更多的氦并促使處于液體狀態(tài)的氦形成在所述系統(tǒng)熱交換器中； 將熱量從密封在所述導(dǎo)熱管道的封閉環(huán)路中的氣態(tài)氦傳遞(330 )至在所述系統(tǒng)熱交換器中的液態(tài)氦； 將熱量從所述超導(dǎo)磁體傳遞(340 )至在所述導(dǎo)熱管道中的氣態(tài)氦。
19.根據(jù)權(quán)利要求17和18中任一項(xiàng)所述的冷卻超導(dǎo)磁體(10)的方法，其特征在于所述方法進(jìn)一步包括: 當(dāng)氣態(tài)氦的壓強(qiáng)達(dá)到約0.65 - 1.4bar (11-20PSI)時(shí)，啟動(dòng)(360)所述超導(dǎo)磁體。
20.根據(jù)權(quán)利要求18和19中任一項(xiàng)所述的冷卻超導(dǎo)磁體的方法，其特征在于所述方法進(jìn)一步包括:在失超(410)期 間，被密封在所述導(dǎo)熱管道中的氣態(tài)氦的壓力和溫度升高(420)；將所述系統(tǒng)熱交換器中的氦移動(dòng)到膨脹罐中。
【文檔編號(hào)】F25B25/00GK103842746SQ201280048682
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月28日
【發(fā)明者】R·A·阿克曼, P·門特烏爾, M·達(dá)爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司