[发明专利]用于低温应用的热总线

说明书

本公开的实施例涉及用于低温应用的热总线。本发明提供了一种超导磁体设备，包括：多个超导磁体线圈(32、34)；结构元件(42)，结构元件被机械地且热地联接至各个磁体线圈，以将线圈保持在其各自的相对位置；以及冷却站(40)，冷却站被热连接至低温制冷器并且被热连接至结构元件。在低温制冷器与超导磁体线圈之间建立导热路径，该导热路径穿过结构元件。

技术领域

本发明涉及用于低温应用的热总线，尤其涉及以合理成本提供有效冷却路径的同时还执行结构功能或第二功能的热总线。

背景技术

图1示出包括致冷剂容器12的低温恒温器的传统布置。冷却的超导磁体10被设置在致冷剂容器12内，致冷剂容器12本身被保持在外真空室(OVC)14内。一个或多个热辐射屏蔽罩16被设置在致冷剂容器12与外真空室14之间的真空空间中。在一些已知的布置中，制冷器17被安装在制冷器套筒15中，制冷器套筒15朝向低温恒温器的侧面而位于为此目的而设置的塔台18中。替代地，制冷器17可以位于入口塔台19内，入口塔台19保持被安装在低温恒温器的顶部的入口颈部(排气管)20。制冷器17提供主动制冷以冷却致冷剂容器12内的制冷气体，在一些布置中，主动制冷是通过使制冷气体再凝结为液体来提供的。制冷器17也可以用于冷却辐射屏蔽罩16。如图1所示，制冷器17可以是两级制冷器。第一冷却级与辐射屏蔽罩16热联接，并提供冷却至第一温度的冷却，第一温度通常在40K到100K的范围内。第二冷却级提供如下冷却，其使得致冷剂气体被冷却至低得多的温度，通常在4K到10K的范围内。

通常通过低温恒温器的主体向磁体10提供负电连接21a。通常由穿过排气管20的导体提供正电连接21。

图1中描绘的传统布置是“湿”磁体的示例，其中磁体线圈通过与被保持在其沸点的液体致冷剂材料接触而冷却。

目前，低温装置开发者(包括MRI磁体的开发者)的一个目标是通过减少或完全消除装置所需的液体致冷剂量以生成“干”系统来使总成本最小化。

这种液体致冷剂需求的减少不仅降低了安装系统时初始致冷剂的填充成本，而且降低了系统寿命成本，包括在服务、填充、骤冷恢复期间系统再填充时的液体致冷剂消耗；以及在“干”系统中可以被避免的其它成本，例如提供骤冷管线的系统安装成本。

然而，就目前的发展而言，致冷剂消耗的减少通常需要增加冷却系统的复杂性，制冷系统需要首先将系统从室温冷却至其工作温度，然后使其在各种使用情况下保持在工作温度。

通常，诸如在MRI系统中采用的低温冷却超导磁体已经是如上文中参考图1所述的基于浴冷的湿系统，其中磁体线圈被封装在致冷剂容器中，致冷剂容器被浸入或部分浸入液体致冷剂中。尽管最近的建议将所需的液体致冷剂体积从约1000液体升减少至几百液体升，但这样的致冷剂量仍然很大，并且在磁体骤冷或冷却失败的情况下，致冷剂将被排出并损失在大气中。

提出的某些系统包括管冷却布置，其中致冷剂的量被大大减少(例如，在几十升的范围内)，制冷剂被保持在比磁体线圈更小的致冷剂贮存器中，并且继而使用小口径管和热交换器组成的网络而被管道输送至磁体线圈。这种管冷却布置是有效的，但比较复杂，从而影响了制造时间和成本。

提出的其它系统采用热管，每个热管包含工作致冷剂流体，工作致冷剂流体在制造时完全密封在管中，管通过沸腾和冷凝的连续循环将热量从管的一端传输至另一端。这种布置的问题在于，需要具有不同工作气体的多个热管来覆盖从室温到工作温度的整个范围。

最后，完全传导冷却系统是可能的，但通常采用大量高纯度金属(例如铝或铜)以允许系统以合理速率从室温冷却下来。

上述所有方法组装复杂或昂贵或既复杂又昂贵。

发明内容

本发明解决了上述问题，并且相应地提供了如所附权利要求中限定的有效且低成本的热总线，以用于低温应用中的传导冷却。