專利名稱：氣體傳輸軟管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于核磁共振成像系統(tǒng)等系統(tǒng)的低溫組件。具體而言，但并非限于此，本發(fā)明涉及一種低溫類型的軟管，該軟管用于將低溫壓縮裝置連接到諸如核磁共振成像系統(tǒng)的超導(dǎo)系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
在許多低溫應(yīng)用元件中，例如用于核磁共振成像(MRI)的超導(dǎo)線圈、超導(dǎo)變壓器、發(fā)電機(jī)、電子裝置，均通過(guò)使它們保持與一定體積的液化氣體(如氦、氖、氮、氬、甲烷)相接觸而實(shí)現(xiàn)冷卻，整個(gè)低溫組件被稱為低溫恒溫器。為了控制超導(dǎo)磁體，在溫度方面必須保持低于其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。對(duì)于傳統(tǒng)的低溫超導(dǎo)體，該轉(zhuǎn)變溫度在10K左右，并且一般情況下，磁體在包含液態(tài)氦浴槽的通常稱為氦容器溫度的貯存器或容器(在4.2K的溫度下)中冷卻。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，目前僅以氦氣作為參考，但這并不排除使用其它氣體。維修需要將室溫下的外部環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)楹と萜鞯沫h(huán)境，以用于監(jiān)測(cè)目的和激勵(lì)磁體。
例如氦氣氣體的冷卻、液化以及/或者進(jìn)一步的冷卻需要產(chǎn)生非常低溫的制冷作用。氦氣在4.21K下液化。這種低溫的產(chǎn)生花費(fèi)非常昂貴，因而在成本和效率上任何改進(jìn)都非常合乎需要。脈沖管冷凍機(jī)被日益廣泛地使用，其中，脈沖能量利用振蕩氣體而被轉(zhuǎn)化為制冷作用。這種系統(tǒng)能夠產(chǎn)生足以液化氦氣的非常低的制冷作用。Gifford McMahon(GM)冷卻器也可用于這種應(yīng)用。
可以理解，低溫恒溫器并非封閉系統(tǒng)，而是具有通路頸部，以便能夠?qū)崿F(xiàn)氣體補(bǔ)給、脈沖管冷凍機(jī)套管的維修等等。另外，脈沖管系統(tǒng)依賴于由壓縮機(jī)系統(tǒng)驅(qū)送的振蕩氣體供應(yīng)?？梢岳斫猓}沖管系統(tǒng)具有位于壓縮機(jī)和低溫恒溫器之間的輸入管和輸出管。同樣，GM冷卻器也具有這種輸入管和輸出管。這些成對(duì)的氣體傳輸軟管從壓縮機(jī)源頭向設(shè)置于低溫恒溫器中的冷卻設(shè)備傳輸制冷氣體。這些軟管由回旋的軟管構(gòu)成以便承受壓力。當(dāng)氣體流經(jīng)內(nèi)部回旋結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嘯叫聲。一般情況下，這在低壓軟管中比較常見(jiàn)，在低壓軟管中，氣體是已經(jīng)膨脹成較大體積的氣體，因?yàn)樵诘蜏睾銣仄鲀?nèi)，在冷卻能量轉(zhuǎn)移過(guò)程中，氣體的能量和溫度有所增加。
這種嘯叫的噪聲至少對(duì)于低溫恒溫器的操作者來(lái)說(shuō)是令人討厭的，而且對(duì)于在核磁共振成像系統(tǒng)中的病人而言可能會(huì)有負(fù)面作用。應(yīng)知道，許多核磁共振系統(tǒng)緊緊圍繞著病人，而且在成像掃描過(guò)程中會(huì)使病人感到恐懼，如果病人感到不舒服或受到干擾，他們可能會(huì)自然地移動(dòng)身體正在掃描的部位，結(jié)果造成掃描操作的失敗。而且，聲音的干擾可能在相關(guān)設(shè)備中產(chǎn)生振動(dòng)干擾。冷卻設(shè)備的性能可能因?yàn)榱鲃?dòng)干擾而受到限制。掃描設(shè)備以及其他可用于掃描病人/目標(biāo)對(duì)象的設(shè)備也可能無(wú)法良好地工作，使得偏差大于優(yōu)選值。
發(fā)明目的本發(fā)明致力于提供一種改進(jìn)的低溫組件。本發(fā)明還致力于降低低溫裝置所產(chǎn)生的聲級(jí)以及傳輸通過(guò)氣體傳輸軟管時(shí)的噪聲級(jí)。
發(fā)明的陳述因此，本發(fā)明提供了如所附權(quán)利要求中所限定的裝置和方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于向設(shè)備供給壓縮氣體以及從該設(shè)備中傳輸氣體回流的氣體傳輸軟管。該傳輸軟管包括同軸的內(nèi)軟管和外軟管，所述同軸的軟管限定了第一內(nèi)導(dǎo)管以及圍繞第一導(dǎo)管的第二環(huán)向?qū)Ч埽灰粋€(gè)導(dǎo)管可用于從壓縮機(jī)向設(shè)備傳輸壓縮氣體，另一導(dǎo)管可用于從設(shè)備向壓縮機(jī)傳輸氣體回流。
內(nèi)軟管可由支撐件支撐在外軟管內(nèi)。內(nèi)軟管和外軟管中的至少一個(gè)可為回旋狀的。內(nèi)軟管和外軟管中的至少一個(gè)的內(nèi)表面或外表面被覆蓋在編織物中。所述軟管可由不銹鋼形成。
本發(fā)明還提供了一種包括壓縮機(jī)和冷凍機(jī)的低溫組件，所述壓縮機(jī)和冷凍機(jī)分別具有各自的氣體入口和出口端口，其由本發(fā)明的氣體傳輸軟管連接起來(lái)。第一內(nèi)導(dǎo)管可以設(shè)置成用于從冷凍機(jī)中傳輸氣體回流。
本發(fā)明還提供了MRI設(shè)備，其包括根據(jù)本發(fā)明的低溫組件。
本發(fā)明還提供了一種操作包括低溫恒溫器、壓縮機(jī)和氣體傳輸軟管在內(nèi)的低溫組件的方法，其中，該軟管包括第一軸向?qū)Ч芎铜h(huán)繞第一導(dǎo)管的第二環(huán)向?qū)Ч?，該方法的步驟包括，通過(guò)一條導(dǎo)管從壓縮機(jī)向低溫恒溫器輸送高壓氣體，以及從低溫恒溫器向壓縮機(jī)傳輸?shù)蛪焊咚贇怏w。
附圖簡(jiǎn)介通過(guò)下文中的描述和附圖，可以更易于理解本發(fā)明，并且本發(fā)明的各個(gè)其它方面和特征也會(huì)變得顯而易見(jiàn)，在附圖中

圖1顯示了一種現(xiàn)有技術(shù)的低溫恒溫器-壓縮機(jī)的設(shè)置；圖2顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的截面圖；圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的低溫恒溫器-壓縮機(jī)的設(shè)置；圖4更詳細(xì)地顯示了根據(jù)本發(fā)明的軟管。
本發(fā)明的詳細(xì)描述現(xiàn)在依據(jù)本發(fā)明人設(shè)計(jì)的用于實(shí)施本發(fā)明的示例、最佳方式來(lái)進(jìn)行描述。在如下描述中，許多具體細(xì)節(jié)被公開(kāi)，以便提供對(duì)本發(fā)明的全面理解。但是顯而易見(jiàn)的是，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，利用具體細(xì)節(jié)的變型，也能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
圖1顯示了一種帶有低溫恒溫器和成像設(shè)備12的核磁共振成像機(jī)系統(tǒng)10的基本形式，該成像設(shè)備12包圍著病人20。氣體傳輸軟管16和18將壓縮機(jī)14連接到設(shè)備12上。氣體的脈沖供給從壓縮機(jī)14流向冷凍機(jī)、低溫恒溫器或其他設(shè)備12，并且再?gòu)睦鋬鰴C(jī)、低溫恒溫器或其他設(shè)備12流回壓縮機(jī)。本發(fā)明尤其可適用于從遠(yuǎn)處的壓縮機(jī)14向冷凍機(jī)12供給脈沖或振蕩氣流的供給軟管和回流軟管。
軟管16、18優(yōu)選是回旋狀的，以便更好地承受所需的工作壓力。軟管16、18可以由薄壁的不銹鋼制成。當(dāng)氣體流經(jīng)每個(gè)軟管的內(nèi)部回旋結(jié)構(gòu)時(shí)，就產(chǎn)生了嘯叫聲。一般情況下，這在低壓軟管中比較常見(jiàn)，在低壓軟管中，氣體膨脹成較大的體積，這是因?yàn)樵诘蜏睾銣仄鲀?nèi)冷卻時(shí)的能量轉(zhuǎn)移過(guò)程中，氣體的能量和溫度有所增加。因此低壓軟管中的體積流率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高壓軟管中的體積流率。這種聲音的干擾可以會(huì)造成設(shè)備12中的振動(dòng)干擾。這會(huì)限制設(shè)備12在不允許身體振動(dòng)的工業(yè)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用中有效地使用的能力。噪聲本身會(huì)限制使用這種氣體傳輸軟管的設(shè)備12的用途，這是因?yàn)樵肼曉斐闪肆畈僮髡吒械讲豢斓墓ぷ鳝h(huán)境。在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，噪聲會(huì)造成令病人感到不快的環(huán)境，這種環(huán)境會(huì)產(chǎn)生壓力并導(dǎo)致病人移動(dòng)，從而阻礙清晰成像。
圖2顯示了據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例來(lái)制成的氣體傳輸軟管22的截面圖。內(nèi)軟管30限定了位于由外軟管32所限定的第二導(dǎo)管26內(nèi)的內(nèi)導(dǎo)管24。編織物34優(yōu)選圍繞著軟管32，為了用于強(qiáng)度以及抗磨損性的需要。內(nèi)軟管30由支撐件28支撐在外軟管32內(nèi)，該支撐件可以是例如在擠出工藝中制成的連續(xù)支撐件，或者可以是間隔設(shè)置的獨(dú)立支撐件。重要的是，在使用獨(dú)立支撐件的情況下，支撐件間隔開(kāi)，使得內(nèi)軟管不會(huì)靠置在外軟管上。
如圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)置，軟管30、32優(yōu)選是回旋狀的，以便更好地承受所需的工作壓力。軟管30、32可以由薄壁的不銹鋼形成。當(dāng)氣體流經(jīng)每個(gè)軟管的內(nèi)部回旋結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嘯叫聲。一般情況下，這在低壓軟管中最為顯著，在低壓軟管中，氣體已經(jīng)膨脹成較大的體積，這是因?yàn)樵诘蜏睾銣仄鲀?nèi)冷卻時(shí)的能量轉(zhuǎn)移過(guò)程中，氣體的能量和溫度有所增加。因此，低壓軟管中的體積流率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高壓軟管中的體積流率。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如圖2所示軟管的同軸設(shè)置有助于全面降低軟管內(nèi)所產(chǎn)生的噪聲級(jí)。一般認(rèn)為，由流經(jīng)一個(gè)導(dǎo)管中的氣體所產(chǎn)生的噪聲在一定程度上通過(guò)在另一導(dǎo)管中沿相反方向流動(dòng)的氣體所產(chǎn)生的噪聲而被消除。
一旦安裝了設(shè)備12并且確定了在壓縮機(jī)與設(shè)備12如低溫恒溫器之間的最小距離，那么軟管22的長(zhǎng)度可以調(diào)整，以便達(dá)到最小噪聲的程度。在使用中，壓縮氣體的供應(yīng)從壓縮機(jī)14中通過(guò)外導(dǎo)管26來(lái)方便地提供。低壓氣體的回流從接受供應(yīng)的設(shè)備12流過(guò)內(nèi)導(dǎo)管24。在這種設(shè)置中，第二導(dǎo)管26通過(guò)消聲作用而可以進(jìn)一步一定程度地降低噪聲的傳播。外導(dǎo)管和內(nèi)導(dǎo)管的作用可以顛倒互換。
雖然圖2實(shí)施例中顯示了用于強(qiáng)度和抗磨損性所需的編織物34，但是，類似的編織物也可應(yīng)用在內(nèi)軟管30的外表面上。這種編織物的設(shè)置既增加了該結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度，又可以通過(guò)抑制內(nèi)軟管30管壁的振動(dòng)來(lái)進(jìn)一步降低噪聲。這種編織物也可使流經(jīng)外軟管26的氣流有效地成為流線型。
在某些實(shí)施例中，軟管30、32的內(nèi)表面也可以或者選擇性地設(shè)置編織物。這種編織物不提供抗磨損性，但可以通過(guò)以機(jī)械方式抑制軟管的振動(dòng)或者通過(guò)使流經(jīng)導(dǎo)管的氣流成為流線型，來(lái)降低噪聲的整體水平。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的在操作位置中將壓縮機(jī)14連接到冷凍機(jī)、低溫恒溫器或者其他供給設(shè)備12上的軟管的示意性局部剖視圖。在壓縮機(jī)14處，設(shè)有分別為軟管導(dǎo)管32a和32b提供連接的出口42和進(jìn)口44，以便為設(shè)備12提供壓縮氣體；以及通過(guò)軟管30來(lái)接受來(lái)自設(shè)備12的高速低壓排氣。在設(shè)備12處，設(shè)有分別為軟管導(dǎo)管50a和50b提供連接的入口46和出口48，以便接受來(lái)自壓縮機(jī)12的壓縮氣體；以及向壓縮機(jī)12供應(yīng)高速、低壓的排氣。軟管導(dǎo)管32a和50a連接在與外導(dǎo)管26相關(guān)聯(lián)的法蘭36、38上，并且將外軟管32壓在末端/接頭件(未示出)上。這種接頭件優(yōu)選具有圓形的輪廓，以便在外導(dǎo)管26與相應(yīng)的軟管導(dǎo)管32b和50b之間形成平滑的氣流。在設(shè)備12處，軟管50b和50a與出口端口48和入口端口46相連。端口46、48可以與低溫恒溫器12的維修頸部40相關(guān)聯(lián)。
在軟管30內(nèi)可以輸送低壓氣體，同時(shí)這將產(chǎn)生十分大的噪聲，但通過(guò)封閉在外軟管32內(nèi)而更有效地隔音。作為備選，內(nèi)軟管30可以提供用于壓縮氣體的導(dǎo)管24，其可能受到低壓排氣的能量增加的影響較小。外導(dǎo)管26可以具有比內(nèi)導(dǎo)管24更大的橫截面積，使其更適于輸送低壓氣體。通過(guò)用外導(dǎo)管來(lái)輸送低壓氣體以及通過(guò)用內(nèi)導(dǎo)管來(lái)輸送高壓氣體，則各自的氣體速度就可以大致相當(dāng)，這在消除噪聲方面會(huì)有有益的效果。
圖4更詳細(xì)顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。如圖所示，外軟管32是回旋狀的，并且被其外表面上的編織物34所覆蓋。同樣，內(nèi)軟管30成回旋狀。并且被其外表面上的編織物31所覆蓋。其余的特征具有對(duì)應(yīng)于圖3中所示標(biāo)號(hào)的標(biāo)號(hào)。
利用西門子OR64核磁共振系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，該西門子OR64核磁共振系統(tǒng)連接在住友型號(hào)CSW 71的氣體壓縮機(jī)上。麥克風(fēng)安裝在高于地面1.15m、距磁體0.46m的三腳架上，以便檢測(cè)軟管所發(fā)出的噪聲。在脈沖管冷凍機(jī)的不同工作頻率(1.56，1.75，1.8Hz)下，在五個(gè)位置測(cè)試噪聲級(jí)。
在該對(duì)比設(shè)置中，使用了傳統(tǒng)的雙軟管。直徑35mm、長(zhǎng)20m的單獨(dú)的回旋狀軟管用于將壓縮機(jī)14的入口端口44和出口端口42各自連接到磁體的相應(yīng)端口46、48上。將這種傳統(tǒng)設(shè)置的結(jié)果與使用根據(jù)本發(fā)明的軟管22的設(shè)置結(jié)果進(jìn)行比較，軟管22具有雙向同軸軟管22、其長(zhǎng)度也為20m，并具有同軸的回旋狀外軟管32和內(nèi)軟管30。軟管22具有25mm內(nèi)徑的第一導(dǎo)管24以及50mm內(nèi)徑的第二導(dǎo)管26。同軸的內(nèi)軟管30具有35.1mm的外徑。
結(jié)果顯示，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)置可使軟管的噪聲降幅高達(dá)3dB。熱交換性能的差異也同樣顯著。
本發(fā)明提供了用于解決在供給脈沖或振蕩氣流的氣體輸送導(dǎo)管中氣體所引起的噪聲問(wèn)題的巧妙方案。在建立系統(tǒng)的過(guò)程中，必須調(diào)整導(dǎo)管的長(zhǎng)度，以便實(shí)現(xiàn)維修設(shè)備與低溫恒溫器的正確連接。軟管的最短長(zhǎng)度可以用作所需實(shí)際長(zhǎng)度的指標(biāo)。一旦在操作中利用低溫恒溫器實(shí)現(xiàn)了噪聲級(jí)的降低，就值得在軟管的周圍使用隔音泡沫，以便進(jìn)一步降低由軟管傳播的噪聲。雖然本發(fā)明已經(jīng)具體參考回旋狀軟管而進(jìn)行了描述，但是，本發(fā)明的至少某些優(yōu)點(diǎn)也可利用非回旋狀的軟管來(lái)實(shí)現(xiàn)。
盡管本發(fā)明具體參考了MRI系統(tǒng)所用冷凍機(jī)的氣體供應(yīng)和排出進(jìn)行了描述，但是，本發(fā)明的至少某些有益效果也可在其中要求氣體回流供應(yīng)的任何應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)，尤其在要求脈沖或振蕩氣體供應(yīng)的應(yīng)用中。
權(quán)利要求
1.一種用于為設(shè)備(12)供給壓縮氣體以及從所述設(shè)備中傳輸氣體回流的氣體傳輸軟管(22)，其中，所述軟管包括同軸的內(nèi)軟管(30)和外軟管(32)，它們限定了第一內(nèi)導(dǎo)管(24)以及圍繞所述第一導(dǎo)管的第二環(huán)向?qū)Ч?26)；一個(gè)導(dǎo)管可用于將所述壓縮氣體從壓縮機(jī)傳送至所述設(shè)備，另一導(dǎo)管可用于將所述氣體回流從所述設(shè)備傳輸至所述壓縮機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳輸軟管，其特征在于，所述內(nèi)軟管(30)由支撐件(28)支撐在所述外軟管(32)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體傳輸軟管，其特征在于，所述內(nèi)軟管(30)和所述外軟管(32)中的至少一個(gè)是回旋狀的。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的氣體傳輸軟管，其特征在于，所述內(nèi)軟管(30)和所述外軟管(32)中至少一個(gè)的外表面被覆蓋在編織物(34)中。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的氣體傳輸軟管，其特征在于，所述內(nèi)軟管(30)和所述外軟管(32)中至少一個(gè)的內(nèi)表面被覆蓋在編織物(34)中。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的氣體傳輸軟管，其特征在于，所述內(nèi)軟管(30)和所述外軟管(32)由不銹鋼形成。
7.一種低溫組件，其包括各自具有相應(yīng)的氣體入口端口(44，46)和出口端口(42，48)的壓縮機(jī)(14)和冷凍機(jī)(12)，所述相應(yīng)的入口端口和出口端口由根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的氣體傳輸軟管相連起來(lái)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低溫組件，其特征在于，所述第一內(nèi)導(dǎo)管(24)設(shè)置成用于從所述冷凍機(jī)(12)中傳輸所述氣體回流。
9.一種MRI設(shè)備，其包括根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的低溫組件。
10.一種操作包括低溫恒溫器(12)、壓縮機(jī)(14)和氣體傳輸軟管(22)在內(nèi)的低溫組件的方法，其中，所述軟管包括第一軸向?qū)Ч?24)以及圍繞所述第一導(dǎo)管的第二環(huán)向?qū)Ч?26)，所述方法的步驟包括，通過(guò)一個(gè)導(dǎo)管從壓縮機(jī)向低溫恒溫器輸送高壓氣體，以及從所述低溫恒溫器向所述壓縮機(jī)輸送低壓高速的氣體。
11.基本上如參考附圖2-4中任一圖所述的一種氣體傳輸軟管、低溫組件或MRI設(shè)備。
全文摘要
一種用于將低溫設(shè)備連接到超導(dǎo)系統(tǒng)如核磁共振成像系統(tǒng)上的氣體傳輸軟管。這種改進(jìn)的氣體傳輸軟管在操作中比以往的傳輸軟管更安靜。
文檔編號(hào)F16L9/18GK1926374SQ200580006860
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2005年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月6日
發(fā)明者D·M·克勞利 申請(qǐng)人:西門子磁體技術(shù)有限公司