用于限制低温恒温器中组件的运动的限制器

摘要

本发明提供一种限制器，以限制在运输期间低温恒温器中组件的运动。这允许使用一支撑结构，其最小化对隔热结构的干扰，且因此减少热进入到致冷剂。由于致冷剂损失减少，从而获得较低的操作成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种例如用于磁共振成像系统中的超导磁体，且特定来说涉及一种用于此磁体的低温恒温器，其使得对保持在所述低温恒温器内的致冷剂的加热最小化。

背景技术

磁共振成像(MRI)成像系统利用需要冷却到液氦温度以实现成功操作的较大超导磁体。提供一低温恒温器以封围磁体，并保持大量液氦来提供冷却。液氦非常昂贵，因此所述低温恒温器结构经设计以使其通过来自成像系统所处的环境的加热而造成的损失最小化。提供一多层结构，其经设计以防止热通过传导、对流和辐射而传递到氦中。

所述结构包括一个处于最内部的氦器皿、一个与氦器皿间隔开的辐射屏蔽件、若干层铝化聚酯片(迈拉(Mylar)(RTM)箔)和隔热网格，然后是外部器皿。此结构在制造期间经抽空以使通过对流和传导而来自外部器皿的热传递最小化。

为了以与辐射屏蔽件和外部器皿成间隔开的关系支撑氦器皿，已知提供例如包括碳纤维带的支撑结构。这些碳纤维带从复数个焊接到氦器皿的外表面的托架延伸到复数个形成于外部器皿的内表面上的托架。这些带以一角度延伸穿过辐射屏蔽件和各层反射性迈拉(RTM)铝化聚酯片以及隔热网格，以提供充分支撑，来防止磁体在向其操作地点的运送期间的移动。为迎合在搬运期间的不良处理的可能性，必须以充足的数目和强度提供带，以防止或至少限制氦器皿相对于外部器皿的相对移动。在设计中考虑5个G的冲击的因数，但一旦安装好，带将仅具有仅一个G的最大负载。因此，带经有效地过度设计以迎合在运送期间的处理，其过度设计程度远超过一旦安装了成像系统其就将经历的负载。

现在将了解，为了通过提供此类带或类似结构而迎合处理负载，将穿过隔热物和辐射屏蔽件而产生大量的孔，这些孔将提供用于将热辐射和传导到氦器皿而将导致对器皿的加热的通路。因此将导致氦损失，这显著增加成像系统的运行成本。

发明内容

本发明提供减轻此问题的尝试。

根据本发明，提供一种低温恒温器，所述低温恒温器包括：一组超导磁体线圈；一致冷剂器皿，其用于容纳用于冷却所述超导磁体线圈的致冷剂；一外部器皿，其容纳致冷剂器皿以及一安置在所述外部器皿与所述致冷剂器皿之间的隔热结构；一支撑结构，其在所述外部器皿内，用于以相对于所述外部器皿成间隔开的关系来支撑所述致冷剂器皿；以及一限制器，其用于限制所述致冷剂器皿相对于所述外部器皿的相对移动。限制器具有部署状态和装载状态。当在部署状态中时，致冷剂器皿的相对移动受到限制器的限制，而当在装载状态中时，所述相对移动受到支撑结构的限制。限制器响应于由所述超导磁体线圈产生磁场，而在所述部署状态和装载状态中的至少一者与所述部署状态和装载状态中的另一者之间转换。

通过提供一用于限制相对移动的限制器，可在运输期间提供移动限制。一旦磁体已定位于其使用地点，就可装载限制器。这意味着支撑结构可经优化以在安装成像系统时使用，而不是用于迎合运输期间的过度负载。因此，支撑结构对在其使用部位的致冷剂器皿的隔热物的影响减小。

在本发明的所描述的实施例中，支撑结构是如现有技术中已知的一组碳纤维带，但这些碳纤维带的数目和/或规格小于已知的布置。可使用本身已知的替代的支撑布置，例如碳纤维杆、钢杆或带、玻璃纤维杆或带，且其每一者可由于本发明的原因而以比常规系统中少的数目来使用。支撑结构的元件的横截面也可以或作为替代而减小。因此，隔热结构更有效，因为在其中形成的孔更少和/或更小。此外，减少了支撑结构的成本。在所描述的实施例中的隔热结构包括一辐射屏蔽件和若干层铝化片，且经排空。

所描述的实施例中的致冷剂器皿经设计以保持氦，但依据成像系统磁体性质可使用其它致冷剂。

优选地，提供限制器以用于限制氦器皿的相对移动，且通过弹簧偏移来部署所述限制器。

优选地，将使用由成像系统磁体的操作提供的吸引力将限制器移动到装载位置。这是有利的，因为这避免需要提供将限制器返回到装载位置的其它原动力。

附图说明

现将仅借助于实例，参看附图描述本发明的具体实施例，附图中：

图1展示根据本发明的一成像系统，其展示碳纤维带和限制器的支撑结构；以及

图2和3分别展示根据本发明的分别处于部署状态和装载状态下的限制器。

具体实施方式

如图1所示，含有一冷却的超导磁体的一低温恒温器1包括：一个包围复数个磁体线圈3的含氦致冷剂器皿2；一个由高质量铝制成的辐射屏蔽件4；以及一个外部器皿5。外部器皿5与辐射屏蔽件4之间的空间由复数个反射性铝化聚酯(迈拉(RTM))片6填充，所述聚酯片6之间的空隙具有隔热基质材料。氦器皿2与外部器皿5之间的空间经排空，以防止通过对流产生的热传递。

对“内部”和“外部”的参考指代作为整体的低温恒温器1的径向方向。

氦器皿2由一系列碳纤维带7支撑成与其它组件成间隔开的关系。这些带分别穿过氦器皿2和外部器皿5上相应托架8和9之间的辐射屏蔽件4和隔热层6。根据本发明的一方面，带7经设计为仅承受1.5G的负载。

围绕氦器皿2的圆周优选等角度间隔的是三个运动限制器10。图中展示了这些限制器的部署状态，其中所述限制器在其内部末端与氦器皿分离一小隙距120，且固定到外部器皿5的型面中的杯5a内。如果在运输期间氦器皿2移动超过隙距120的尺寸，那么其将由至少一个限制器10的内部末端制动，机械负载通过限制器向外传递到外部器皿5。

图2更详细地展示其中一个处于其部署状态的限制器10。可以看出，限制器包括具有一大体呈圆柱形形状的活塞101，其具有截顶圆锥形状的最内部分102。活塞由例如玻璃加强塑料等具有低热传导性的非磁性材料形成，以防止沿着其长度的热传导。活塞具有由一金属盘103形成的一内部端面和同样由金属制成的一外部支承面104。可选择其它硬支承材料。活塞的外表面的至少一个径向延伸方向上提供至少一个乘孔环(bore riding ring)105。这与支承面104结合在一起来允许活塞101在圆柱体106内移动，圆柱体106也由例如玻璃加强塑料材料等低热传导性的非磁性材料制成。圆柱体106的外部末端固定到杯5a，杯5a焊接到外部器皿5中的孔中。圆柱体106的另一内部末端由一保持环107封闭。盘簧108位于活塞周围，在保持环107与乘孔环105之间。盘簧作用以将活塞101推回到圆柱体106内。

活塞101优选是中空的。这减少通过活塞材料进行的热传导。当然，活塞可以是实心的，尤其是在需要支撑必要的机械负载时。位于圆柱体106中的空洞内且优选直接位于支承面104下方的是一部署机构109。这包括一个盘110，盘110包括一台阶111，且可围绕一轴销112旋转。附接到盘110的是一枢轴臂113，枢轴臂113在其外部末端承载一个由含铁材料制成的球114。离心定位的偏移安置销115离轴固定在盘110上，且在盘旋转时抵接一个片簧116。片簧116固定在圆柱体主体中的两个销117之间。

提供许多特征以减少经由此机构的热迁移。首先，如已经描述，选择材料以减少热迁移。在此情况下，主要使用玻璃加强塑料材料用于圆柱体106和活塞101。其次，活塞内部末端面积相对于活塞的其余部分减小，以减少向活塞的热传递。第三，一反射性箔层118可施加于圆柱体106的最内部分。第四，活塞与圆柱体的接触面积通过使用乘孔环105和支承面104而减小。优选地，除了通过乘孔环105和支承面104以外，活塞壁不接触圆柱体。

为了更进一步减少热传递，端面103优选通过一金属条带或编织带119热连接到辐射屏蔽件4。这将活塞的末端冷却到辐射屏蔽件本身的温度。此外，反射层6与活塞101的末端102连接。一反射层118a优选邻近于活塞并布置于氦器皿2上。

将看到，在此部署状态中，在氦器皿2与活塞103的末端之间存在间隙120，以迎合组件的膨胀和收缩，并且避免热连续地从活塞向氦器皿直接传导。然而，如果在运输期间氦器皿移动，那么其将横越间隙120而与活塞末端103对接，且机械负载将传递到外部器皿5。

当受冷却磁体安全地位于其操作地点时，对磁体3加磁，也就是说，引入电流且产生磁场。这导致含铁球114受到磁场向内朝向氦器皿2吸引。这又促使盘110在标记的箭头121的方向上旋转。盘110抵抗由抵靠销117的片簧116提供的弹簧偏移而移动，直到台阶111平行于端面104并且端面在活塞弹簧108的作用下落到台阶为止。这给出了限制器的装载状态，如图3所示。因此重要的是，活塞101由非磁性材料组成，否则活塞将不会缩回到圆柱体106中。应注意，在缩回条件中将看到，在间隙120打开时隔热层略微起皱。在此状态中，带7为氦器皿2提供必要的支撑。活塞可缩回而脱离与金属条带或编织带119的接触，以便移除去往辐射屏蔽件的热流入路径。

尽管已具体参考用于MRI成像系统的受冷却超导磁体描述了本发明，但所属领域的技术人员将了解，本发明可出于任何目的而应用于以致冷剂方式受冷却的超导磁体，例如核磁共振谱、粒子加速等等。此外，尽管已参考通过浸入致冷剂器皿中的液氦中而受冷却的超导磁体描述了本发明，但所属领域的技术人员将了解，本发明可应用于由如超导磁体的材料所决定的其它致冷剂(例如氮、氢、氖等等)冷却的磁体。一些受冷却超导磁体并不通过浸入致冷剂器皿中的液体致冷剂中而受冷却。事实上，可使用冷却回路或直接冷冻。在此类布置中，本发明可经部署以通过布置限制器10以靠在磁体结构的机械稳健部分(例如，机械模子)上而限制磁体的位移。