用於限制低溫恆溫器中組件的運動的限制器的製作方法

2023-10-26 08:55:07 1

專利名稱：用於限制低溫恆溫器中組件的運動的限制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種例如用於磁共振成像系統中的超導-茲體，且特定來說涉 及一種用於此-茲體的低溫恆溫器，其使得對保持在所述^f氐溫恆溫器內的致冷 劑的加熱最小化。
背景技術：
磁共振成像(MRI)成像系統利用需要冷卻到液氦溫度以實現成功操作
的較大超導磁體。提供一低溫恆溫器以封圍磁體，並保持大量液氦來提供冷 卻。液氦非常昂貴，因此所述低溫恆溫器結構經設計以使其通過來自成像系
統所處的環境的加熱而造成的損失最小化。提供一多層結構，其經設計以防 止熱通過傳導、對流和輻射而傳遞到氦中。
所述結構包括一個處於最內部的氦器亞、 一個與氦器亞間隔開的輻射屏 蔽件、若干層鋁化聚酯片(邁拉(Mylar) (RTM)箔)和隔熱網格，然後是 外部器皿。此結構在製造期間經抽空以使通過對流和傳導而來自外部器皿的 熱傳遞最小化。
為了以與輻射屏蔽件和外部器皿成間隔開的關係支撐氦器皿，已知提供 例如包括碳纖維帶的支撐結構。這些碳纖維帶從複數個焊接到氦器皿的外表 面的託架延伸到複數個形成於外部器皿的內表面上的託架。這些帶以一角度 延伸穿過輻射屏蔽件和各層反射性邁拉(RTM)鋁化聚酯片以及隔熱網格， 以提供充分支撐，來防止,茲體在向其操作地點的運送期間的移動。為迎合在 搬運期間的不良處理的可能性，必須以充足的數目和強度提供帶，以防止或 至少限制氦器皿相對於外部器皿的相對移動。在設計中考慮5個G的衝擊的 因數，但一旦安裝好，帶將僅具有僅一個G的最大負載。因此，帶經有效地
4過度設計以迎合在運送期間的處理，其過度設計程度遠超過一旦安裝了成像 系統其就將經歷的負載。
現在將了解，為了通過提供此類帶或類似結構而迎合處理負載，將穿過 隔熱物和輻射屏蔽件而產生大量的孔，這些孔將提供用於將熱輻射和傳導到 氦器皿而將導致對器皿的加熱的通路。因此將導致氦損失，這顯著增加成像 系統的運4亍成本。

發明內容
本發明提供減輕此問題的嘗試。
根據本發明，提供一種低溫恆溫器，所述低溫恆溫器包括 一組超導-茲 體線圈； 一致冷劑器皿，其用於容納用於冷卻所述超導磁體線圈的致冷劑； 一外部器亞，其容納致冷劑器皿以及一安置在所述外部器皿與所述致冷劑器
皿之間的隔熱結構； 一支撐結構，其在所述外部器皿內，用於以相對於所述 外部器皿成間隔開的關係來支撐所述致冷劑器皿；以及一限制器，其用於限
制所述致冷劑器亞相對於所述外部器皿的相對移動。限制器具有部署狀態和 裝載狀態。當在部署狀態中時，致冷劑器皿的相對移動受到限制器的限制， 而當在裝載狀態中時，所述相對移動受到支撐結構的限制。限制器響應於由 所述超導磁體線圈產生磁場，而在所述部署狀態和裝載狀態中的至少一者與 所述部署狀態和裝載狀態中的另 一者之間轉換。
通過提供一用於限制相對移動的限制器，可在運輸期間提供移動限制。 一旦f茲體已定位於其使用地點，就可裝載限制器。這意味著支撐結構可經優 化以在安裝成像系統時使用，而不是用於迎合運輸期間的過度負載。因此， 支撐結構對在其使用部位的致冷劑器皿的隔熱物的影響減小。
在本發明的所描述的實施例中，支撐結構是如現有技術中已知的一組碳 纖維帶，但這些碳纖維帶的數目和/或規格小於已知的布置。可使用本身已 知的替代的支撐布置，例如碳纖維杆、鋼杆或帶、玻璃纖維杆或帶，且其每一者可由於本發明的原因而以比常規系統中少的數目來使用。支撐結構的元 件的橫截面也可以或作為替代而減小。因此，隔熱結構更有效，因為在其中 形成的孔更少和/或更小。此外，減少了支撐結構的成本。在所描述的實施 例中的隔熱結構包括一輻射屏蔽件和若干層鋁化片，且經排空。
所描述的實施例中的致冷劑器亞經設計以保持氦，但依據成像系統磁體 性質可使用其它致冷劑。
優選地，提供限制器以用於限制氦器皿的相對移動，且通過彈簧偏移來 部署所述限制器。
優選地，將使用由成像系統磁體的操作提供的吸引力將限制器移動到裝 載位置。這是有利的，因為這避免需要提供將限制器返回到裝載位置的其它 原動力。


現將僅藉助於實例，參看附圖描述本發明的具體實施例，附圖中 圖l展示根據本發明的一成像系統，其展示碳纖維帶和限制器的支撐結 構；以及
圖2和3分別展示根據本發明的分別處於部署狀態和裝載狀態下的限制器。
具體實施例方式
如圖1所示，含有一冷卻的超導f茲體的一低溫恆溫器1包括 一個包圍 複數個磁體線圈3的含氦致冷劑器皿2; —個由高質量鋁製成的輻射屏蔽件 4;以及一個外部器亞5。外部器皿5與輻射屏蔽件4之間的空間由複數個反 射性鋁化聚酯(邁拉(RTM))片6填充，所述聚酯片6之間的空隙具有隔熱 基質材料。氦器皿2與外部器皿5之間的空間經排空，以防止通過對流產生 的熱傳遞。對"內部"和"外部"的參考指代作為整體的低溫恆溫器1的徑向方向。
氦器皿2由一系列碳纖維帶7支撐成與其它組件成間隔開的關係。這些 帶分別穿過氦器皿2和外部器皿5上相應託架8和9之間的輻射屏蔽件4和 隔熱層6。根據本發明的一方面，帶7經設計為僅承受1.5G的負載。
圍繞氦器皿2的圓周優選等角度間隔的是三個運動限制器10。圖中展示 了這些限制器的部署狀態，其中所述限制器在其內部末端與氦器皿分離一小 隙距120，且固定到外部器皿5的型面中的杯5a內。如果在運輸期間氦器皿 2移動超過隙距120的尺寸，那麼其將由至少一個限制器10的內部末端制動， 機械負載通過限制器向外傳遞到外部器i 5。
圖2更詳細地展示其中一個處於其部署狀態的限制器10。可以看出，限 制器包括具有一大體呈圓柱形形狀的活塞101，其具有截頂圓錐形狀的最內 部分102。活塞由例如玻璃加強塑料等具有低熱傳導性的非-磁性材料形成， 以防止沿著其長度的熱傳導。活塞具有由一金屬盤103形成的一內部端面和 同樣由金屬製成的一外部支承面104。可選擇其它硬支承材料。活塞的外表 面的至少一個徑向延伸方向上4是供至少一個乘孔環(bore riding ring )105。 這與支承面104結合在一起來允許活塞101在圓柱體106內移動，圓柱體106 也由例如玻璃加強塑料材料等低熱傳導性的非磁性材料製成。圓柱體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。圓柱體106的另 一內部末端由一保持環107封閉。盤簧108位於活塞周圍，在保持環107與 乘孔環105之間。盤簧作用以將活塞101推回到圓柱體106內。
活塞101優選是中空的。這減少通過活塞材料進行的熱傳導。當然，活 塞可以是實心的，尤其是在需要支撐必要的機械負載時。位於圓柱體106中 的空洞內且優選直接位於支承面104下方的是一部署機構109。這包括一個 盤110，盤110包括一臺階111,且可圍繞一軸銷112旋轉。附接到盤110 的是一樞軸臂113，樞軸臂113在其外部末端承載一個由含鐵材料製成的球114。離心定位的偏移安置銷115離軸固定在盤110上，且在盤旋轉時抵接 一個片簧116。片簧116固定在圓柱體主體中的兩個銷117之間。
提供許多特徵以減少經由此機構的熱遷移。首先，如已經描述，選擇材 料以減少熱遷移。在此情況下，主要使用玻璃加強塑料材料用於圓柱體106 和活塞101。其次，活塞內部末端面積相對於活塞的其餘部分減小，以減少 向活塞的熱傳遞。第三， 一反射性箔層118可施加於圓柱體106的最內部分。 第四，活塞與圓柱體的接觸面積通過使用乘孔環105和支承面104而減小。 優選地，除了通過乘孔環105和支承面104以外，活塞壁不接觸圓柱體。
為了更進一步減少熱傳遞，端面103優選通過一金屬條帶或編織帶119 熱連接到輻射屏蔽件4。這將活塞的末端冷卻到輻射屏蔽件本身的溫度。此 外，反射層6與活塞101的末端102連接。 一反射層118a優選鄰近於活塞 並布置於氦器亞2上。
將看到，在此部署狀態中，在氦器皿2與活塞103的末端之間存在間隙 120,以迎合組件的膨脹和收縮，並且避免熱連續地從活塞向氦器皿直接傳 導。然而，如果在運輸期間氦器皿移動，那麼其將橫越間隙120而與活塞末 端103對接，且機械負載將傳遞到外部器皿5。
當受冷卻磁體安全地位於其操作地點時，對磁體3加磁，也就是說，引 入電流且產生磁場。這導致含鐵球114受到^f茲場向內朝向氦器皿2吸引。這 又促使盤IIO在標記的箭頭121的方向上旋轉。盤IIO抵抗由抵靠銷117的 片簧116提供的彈簧偏移而移動，直到臺階111平行於端面104並且端面在 活塞彈簧108的作用下落到臺階為止。這給出了限制器的裝載狀態，如圖3 所示。因此重要的是，活塞101由非磁性材料組成，否則活塞將不會縮回到 圓柱體106中。應注意，在縮回條件中將看到，在間隙120打開時隔熱層略 微起皺。在此狀態中，帶7為氦器皿2提供必要的支撐。活塞可縮回而脫離 與金屬條帶或編織帶119的接觸，以便移除去往輻射屏蔽件的熱流入路徑。儘管已具體參考用於MRI成像系統的受冷卻超導磁體描述了本發明，但 所屬領域的技術人員將了解，本發明可出於任何目的而應用於以致冷劑方式 受冷卻的超導磁體，例如核磁共振譜、粒子加速等等。此外，儘管已參考通 過浸入致冷劑器皿中的液氦中而受冷卻的超導磁體描述了本發明，但所屬領 域的技術人員將了解，本發明可應用於由如超導磁體的材料所決定的其它致 冷劑(例如氮、氫、氖等等)冷卻的磁體。 一些受冷卻超導磁體並不通過浸 入致冷劑器皿中的液體致冷劑中而受冷卻。事實上，可使用冷卻迴路或直接 冷凍。在此類布置中，本發明可經部署以通過布置限制器10以靠在^f茲體結 構的機械穩健部分(例如，機械模子)上而限制,茲體的位移。
權利要求
1.一種移動限制器(10)，用於限制一超導磁體(3)相對於一外部器皿(5)的相對移動，在所述外部器皿(5)內所述磁體由一支撐結構支撐，所述移動限制器(10)具有一部署狀態和一裝載狀態，使得當在所述部署狀態中時，所述磁體的相對移動受到所述移動限制器的限制，且當在裝載狀態中時，所述相對移動不受所述移動限制器的限制，其中所述限制器響應於由所述超導磁體產生磁場，而在所述部署狀態和裝載狀態中的一者與所述部署狀態和裝載狀態中的另一者之間轉換。
2. 根據權利要求1所述的移動限制器，其中所述限制器(10 )包括一活塞(IOI),所述活塞(101)可操作以從一部署位置移動到一裝載位置，在所述部署位置，所述活塞的一內部末端(103)接近一用於限制所述/F茲體的相對運動的對接物，而在所述裝載位置，所述內部末端相對遠離所述對接物。
3. 根據權利要求2所述的移動限制器，其中所述活塞由低熱發射性材料形成。
4. 根據權利要求2或權利要求3所述的移動限制器，其中所述活塞由低熱傳導性材料形成。
5. 根據權利要求2到4中任一權利要求所述的移動限制器，其中提供一含鐵材料(114 )，所述含鐵材料(114 )可操作地連接(113 )到所述活塞，使得在超導磁體產生磁場時，所述含鐵材料被朝向所述超導磁體吸引，從而提供將所述活塞移動到所述裝載狀態的原動力。
6. 根據權利要求2到5中任一權利要求所述的移動限制器，其中所述活塞安置在一圓柱體(106)中，處於一個或一個以上乘孔環(105)上。
7. —種低溫恆溫器，其包括與 一外部器皿成間隔開的關係的 一;茲體結構，以及根據任一前述權利要求所述的移動限制器(10)，所述移動限制器(10)經布置以靠在所述-茲體結構的一機械穩健部分上，以用於限制所述石茲體線圈相對於所述外部器亞(5)的相對移動。
8. —種低溫恆溫器(1)，所述低溫恆溫器(1)包括 一組超導磁體線圈(3)，其安裝在一致冷劑器皿(2)內，所述致冷劑器皿(2)用於容納用於冷卻所述超導磁體線圏的致冷劑； 一外部器皿(5),其容納所述致冷劑器皿(2 )以及一安置在所述外部器皿(5 )與所述致冷劑器皿(2 )之間的隔熱結構(4、 6); —支撐結構(7)，其在所述外部器皿內，用於以相對於所述外部器皿成間隔開的關係來支撐所述致冷劑器皿；以及一根據任一前述權利要求所述的移動限制器(10 )，其用於限制所述致冷劑器皿(2 )相對於所述外部器皿(5)的相對移動，使得所述磁體與所述外部器皿之間的相對移動在所述限制器處於裝載狀態時，受到所述支撐結構的限制。
9. 根據權利要求8所述的低溫恆溫器，其中所述活塞熱連接(119)到所述隔熱結構。
10.根據權利要求9所述的低溫恆溫器，其中所述活塞熱連接到所述隔熱結構的一輻射屏蔽件(4)。
11. 根據權利要求9或權利要求10所述的低溫恆溫器，其中所述熱連接由金屬條帶或編織帶U19)提供。
12. 根據權利要求8到11中任一權利要求所述的低溫恆溫器，其中所述限制器穿過所述隔熱結構的輻射屏蔽件(4)中的孔，且一反射層(118a)至少提供於所述致冷劑器皿的與所述孔相對的那部分上。
13. 根據權利要求12所述的低溫恆溫器，其中另一反射層(118)提供於所述限制器的面對所述致冷劑器皿的至少一部分上。
14. 一種用於低溫恆溫器中的移動限制器，所述移動限制器包括 一活塞(IOI)，其位於一圓柱體(106)內；以及一含鐵材料(114)，其用於被吸引向所述低溫恆溫器內的一磁體，藉此將所述活塞從部署狀態和裝載狀態中的至少一者移動到部署狀態和裝載狀態中的所述至少一者之外的另一者。
15. —種大體上如本文參看附圖描述且如

的移動限制器。
16. —種大體上如本文參看附圖描述且如

的低溫恆溫器。
全文摘要
本發明提供一種限制器，以限制在運輸期間低溫恆溫器中組件的運動。這允許使用一支撐結構，其最小化對隔熱結構的幹擾，且因此減少熱進入到致冷劑。由於致冷劑損失減少，從而獲得較低的操作成本。
文檔編號G01R33/48GK101493506SQ20091000297
公開日2009年7月29日 申請日期2009年1月23日 優先權日2008年1月24日
發明者尼古拉斯·曼, 尼爾·C·泰格韋爾, 史蒂芬·P·特羅韋爾 申請人:西門子磁體技術有限公司