[发明专利]超导磁体的制冷系统、制冷方法以及核磁共振成像系统

说明书

技术领域

本发明有关一种超导磁体的制冷系统和制冷方法，以及一种包括超导磁体及其制冷系统的核磁共振成像系统。

背景技术

当超导磁体被冷却到合适的低温时，将其作为导体传输电流，其上的电阻为零，该合适的低温被称为超导磁体的“超导温度”。因此，需要为超导磁体提供冷却系统，以确保超导磁体工作在其超导温度之下。

一种传统的超导磁体制冷系统是把制冷头安装在超导磁体上。这种方法有若干缺陷，包括：制冷头可能将震动传递到超导磁体，以及可能在制冷头和超导磁体之间热传导通道形成温度梯度等等。

另一种传统制冷系统是在一个制冷池中装有大量的冷却液来制冷超导磁体。超导磁体的热量通过将冷却液从液态气化成气态的过程中被带走。在这一过程中，气化产生的气体通常散发到空气中，需要定期补充冷却液。一些超导磁体的制冷系统使用制冷机将气化的气体重新冷凝成为液态。然而，当制冷机因断电或处于系统维护期间而不能为制冷系统制冷时，或者当超导磁体发生意外短暂的失超时，超导磁体上储存的电磁能转化成热量，就有大量的制冷气体挥发到大气中流失掉。一旦制冷机重新开启，需要重新向制冷系统中添加冷却剂。因液氦等冷却剂价格昂贵，这种传统的制冷方法的制冷和维护成本都很高。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种超导磁体的制冷系统，该制冷系统包括一闭环冷却路径。该闭环冷却路径包括一与超导磁体热耦合的冷却管、与冷却管通过连接管连通的冷凝器、与冷却管及冷凝器均连通的冷却液容器、以及至少一个与冷却管通过连通管连通的气体容器。

本发明的另一个方面在于提供一种核磁共振成像系统，该核磁共振成像系统包括一超导磁体、一收容所述超导磁体的冷屏、以及一闭环冷却路径。该闭环冷却路径包括一与超导磁体热耦合的冷却管、一与冷却管通过连接管连通的冷凝器、一与冷却管及冷凝器均连通的冷却液容器、以及至少一个与冷却管通过连通管连通的气体容器。其中所述冷却管内有冷却剂通道，冷凝器与一制冷机相连，而所述气体容器与冷屏热耦合。

本发明的又一个方面在于提供一种超导磁体的制冷方法，该制冷方法包括将一冷却管与超导磁体热耦合；液体冷却剂流经至少所述冷却管的一部分；通过将液体冷却剂气化成气体冷却剂的气化过程吸收超导磁体的热量，气化的气体冷却剂的一部分与一冷凝器接触进行热交换，而将该气体冷却剂冷凝成液体冷却剂，并使该液体冷却剂流回冷却管；以及将气化的气体冷却剂一部分储存在一与冷却管连通的气体容器内。

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1所示为依据本发明一个实施方式的超导磁体冷却系统的示意图；

图2所示为依据本发明一个实施方式一个核磁共振成像系统的示意图，该核磁共振成像系统包括图1所示的冷却系统。

具体实施方式

本发明的若干个实施方式有关一种超导磁体的制冷系统。该制冷系统包含至少一个闭环冷却路径，该闭环冷却路径包含至少一个与超导磁体热耦合的冷却管、一个通过连接管与冷却管相连通且与一制冷机热耦合的冷凝器、至少一个位于冷凝器和冷却管之间且与冷凝器和冷却管均连通的冷却液容器、以及至少一个与冷却管通过连通管连通的气体容器。冷却剂在该闭环的冷却路径内流动，该冷却剂包括至少流经冷却管一部分的液体冷却剂，以及由液体冷却剂吸收热量气化而成的气体冷却剂。

图1所示为本发明超导磁体111的冷却系统110，该图示仅为辅助说明本发明内容的示意图，而非按照实际冷却系统的真实比例绘制。图示的冷却系统110包括一个闭环的冷却路径，液体冷却剂和气体冷却剂(统称“冷却剂”)在该闭环的冷却路径中流动。图示实施方式中的闭环的冷却路径包括与超导磁体111热耦合的冷却管112、一个在正常冷却工作中存储液体冷却剂并向冷却管传输液体冷却剂的冷却液容器114、一个将冷却管112中气体的气体冷却剂冷凝成液体冷却剂并流至冷却液容器114中的冷凝器116、以及至少一个气体容器118。在冷却系统110的正常冷却过程短暂中止(以下简称“ride-through”情形)，比如当制冷机126停止制冷或者当超导磁体111发生意外失超情况，该气体容器118容纳气体冷却剂。