對相關(guān)申請的交叉引用

該申請要求對在2014年12月31號提交的u.s.專利申請?zhí)?4/587,316的優(yōu)先權(quán)，所述u.s.專利申請的整體通過引用被結(jié)合于本文中。

背景技術(shù)：

本發(fā)明的實施例一般涉及磁共振成像，并更特定涉及用于冷卻磁共振成像裝置的系統(tǒng)和方法。

磁共振成像（mri）機器通過使用由導(dǎo)線的許多線圈或繞組（通過其傳遞電流）組成的超導(dǎo)磁體生成非常大的磁場來工作。維持大的磁場要求許多能量，以及這使用超導(dǎo)性被完成，其涉及嘗試將導(dǎo)線中的阻抗減小到幾乎零。這通過將線圈泡（bath）在液體致冷劑（諸如液體氦）的持續(xù)供給中，和/或通過在相鄰于（或通過）線圈的冷卻環(huán)路之內(nèi)循環(huán)液體致冷劑而被取得。

在線圈中維持超低溫度對于mri機器的恰當(dāng)操作是必要的。然而，在操作期間，熱量可在超導(dǎo)磁體被傾斜向上（ramped-up）或被傾斜向下（ramped-down）以生成或以關(guān)掉引起的磁場時從電流引線（lead）的阻抗被生成，這可導(dǎo)致致冷劑的汽化離開（boil-off）或蒸發(fā)，從而要求補充。

相當(dāng)可觀的研究和開發(fā)努力已因此被針對最小化對于補充汽化致冷劑的需要。這已導(dǎo)致閉合環(huán)路致冷劑氣體再凝結(jié)系統(tǒng)的使用，所述系統(tǒng)利用機械的致冷器或低溫冷卻器（cryocooler）（還已知為冷頭（coldhead））以冷卻致冷劑氣體并將其再凝結(jié)回成液體致冷劑以用于再使用。

然而，為置換和/或維修而移除低溫冷卻器時常變成必要的。因為由相對長“停機時間”以及使磁體恢復(fù)超導(dǎo)操作的隨后傾斜向上時期所引起的時間和經(jīng)費，所以合乎需要的是，完成此操作而不用中止磁體的超導(dǎo)操作。

低溫冷卻器的置換因此必須在檢測到問題或維修需要之后和超導(dǎo)操作停止之前的時期中被實行。該時期被已知為穿越時期（ride-throughperiod），在其期間氦汽化離開和超導(dǎo)磁體操作的最后時期持續(xù)到超導(dǎo)磁體的失超（quenching）之前。當(dāng)然，對于帶有閉合氦存量的磁體（即，低致冷劑類型磁體），可容許的功率斷供的持續(xù)期、冷頭維修或傾斜剖面（profile）由在帶有額外熱量負載的以上狀況期間汽化離開或蒸發(fā)的累積液體氦的體積所限制。當(dāng)然，典型的傳導(dǎo)冷卻的或熱虹吸管冷卻的超導(dǎo)磁體具有用于延長穿越時間的非常小的致冷劑存儲。

因此合乎需要的是，能夠延長對于低致冷劑超導(dǎo)磁體的穿越時期以提供用于問題的檢測和修正（諸如通過致冷器的置換）的足夠時間、以經(jīng)受住功率斷供、并還以便避免由超導(dǎo)操作失超而生成可能超過超導(dǎo)導(dǎo)線（用其纏繞磁體線圈）的臨界溫度的峰值溫度的可能性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在一實施例中，一種用于低致冷劑超導(dǎo)磁體的冷卻系統(tǒng)被提供。所述冷卻系統(tǒng)包含主要冷卻環(huán)路，所述主要冷卻環(huán)路具有含有液體致冷劑的供給的液體蓄池和流體耦合到液體蓄池多個冷卻管，并且處于與超導(dǎo)磁體的熱通信中。液體致冷劑通過冷卻管來循環(huán)以提供對磁體的主要冷卻以用于將磁體冷卻到目標溫度。所述冷卻系統(tǒng)還包含耦合到組件的熱電池，所述組件由主要冷卻環(huán)路來冷卻到目標溫度，并所述熱電池配置成由主要冷卻來冷卻并在主要冷卻中的中斷期間從至少一個組件吸收熱量以將磁體維持在大約目標溫度。

在一實施例中，一種用于低致冷劑超導(dǎo)磁體的冷卻系統(tǒng)被提供。所述系統(tǒng)包含具有致冷劑的主要冷卻環(huán)路，所述致冷劑被配置用于通過所述主要冷卻環(huán)路的循環(huán)。第一冷卻環(huán)路處于與冷堆（coldmass）的熱通信中并配置成將冷堆冷卻到目標溫度。冷堆包含超導(dǎo)磁體的線圈、用于支持所述線圈的支持殼、和含有致冷劑的液體蓄池中的至少一個。所述系統(tǒng)還包含配置成冷卻主要冷卻環(huán)路之內(nèi)的致冷劑的低溫冷卻器、和配置成從與冷堆不同的至少一個組件吸收熱量并將從組件到冷堆的熱量泄漏（leak）最小化的熱電池。

在另一個實施例中，一種冷卻成像裝置的超導(dǎo)磁體的方法被提供。所述方法包含以下步驟：通過與冷堆處于熱通信中的冷卻環(huán)路來循環(huán)液體致冷劑以將冷堆冷卻到目標溫度，所述冷堆包含超導(dǎo)磁體的線圈、線圈支持殼和含有液體致冷劑的蓄池中的至少一個；以及在熱電池經(jīng)由熱電池和冷堆之間的傳導(dǎo)從冷堆吸收熱量。

在仍有的另一個實施例中，一種冷卻成像裝置的超導(dǎo)磁體的方法被提供。所述方法包含以下步驟：通過與冷堆處于熱通信中的冷卻環(huán)路來循環(huán)液體致冷劑以將冷堆冷卻到目標溫度，所述冷堆包含超導(dǎo)磁體的線圈、線圈支持殼和含有液體致冷劑的蓄池中的至少一個；以及通過利用熱電池從成像裝置的組件吸收熱量來最小化從所述組件到冷堆的熱量泄漏。

附圖說明

本發(fā)明將從參考附圖閱讀非限制實施例的以下描述而被更好理解，其中在下面：

圖1是依照本發(fā)明的一實施例的用于磁共振成像機器的冷卻系統(tǒng)的側(cè)截面視圖。

圖2是圖1的系統(tǒng)的示意性示圖，其連同磁共振成像機器被示出。

圖3是圖1的冷卻系統(tǒng)的簡化框圖，示出其熱電池的位置。

圖4是依照本發(fā)明的另一個實施例的冷卻系統(tǒng)的簡化框圖，示出其熱電池的位置。

圖5是依照本發(fā)明的另一個實施例的冷卻系統(tǒng)的簡化框圖，示出其熱電池的位置。

圖6是依照本發(fā)明的另一個實施例的冷卻系統(tǒng)的簡化框圖，示出其熱電池的位置。

圖7是截面平面視圖，其示出用于圖6的冷卻系統(tǒng)的熱電池冷卻布置。

圖8是截面端視圖，其示出用于圖6的冷卻系統(tǒng)的熱電池冷卻布置。

具體實施方式

對本發(fā)明的示范性實施例的參考將在下面被詳細做出，其的示例在附圖中被示出。在任何可能之處，貫穿圖使用的相同引用字符指的是相同或相似部分。盡管本發(fā)明的實施例被描述為旨在用于與mri機器中實施的超導(dǎo)磁體一起使用，但本發(fā)明可還被使用于超導(dǎo)磁體的冷卻（一般與它們的特定最終用途無關(guān)）。如本文中所使用的，“熱互連的”、“熱連接的”和“熱通信”意味著兩個物理系統(tǒng)或組件以熱能量和熱量可在此類系統(tǒng)或組件之間被轉(zhuǎn)移的此類方式被關(guān)聯(lián)。例如，通過在接口的表面之間的緊貼（snug）接觸、表面之間的一個或更多熱量轉(zhuǎn)移材料或裝置、在使用熱傳導(dǎo)材料系統(tǒng)的固體表面之間的連接或表面之間帶有高熱傳導(dǎo)性的其它結(jié)構(gòu)（例如，熱量交換器）、其它適合結(jié)構(gòu)、或結(jié)構(gòu)的組合，此類熱通信能被取得而沒有一般性的損耗。實質(zhì)上的熱通信能在表面之間進行，所述表面被直接連接（例如，彼此接觸）或經(jīng)由一個或更多接口材料而被間接連接。熱通信是（be）傳導(dǎo)的、對流的、輻射的、或其任何組合。如還在本文中所使用的，“流體通信”或“流體耦合的”意指通過通道或?qū)Ч艿鸟詈?，其至少在期望時間允許流體（例如，氣體和液體）通過其或在其之間流動。如本文中所使用的，“穿越”意味著一種操作狀態(tài)，其中冷卻功率已被中斷但是超導(dǎo)磁體被維持在低溫度受到安全激勵而沒有失超。

現(xiàn)在參考圖1，用于mri機器的超導(dǎo)磁體的冷卻系統(tǒng)10被示出。如其中所示出的，冷卻系統(tǒng)10包含帶有在冷卻管12之內(nèi)循環(huán)的液體氦的多個冷卻管12（或其它適合冷卻路徑）。冷卻管12定義了主要冷卻環(huán)路14。冷卻管12被熱耦合到主架（mainformer）或支持殼16，且在一實施例中可還被熱耦合到包圍主架16的護罩架或支持殼18。主架16和護罩架18以在本領(lǐng)域中迄今已知的方式來分別支持或維持主mri磁體線圈20和防護mri磁體線圈22（還稱為補償（bucking）線圈）的位置。例如，主磁體線圈20可以是收縮適配（shrinkfit）并被接合在主架16（其可以是圓柱形金屬線圈架）之內(nèi)，以從而提供其之間的熱接觸。同樣地，護罩磁體線圈22可以是收縮適配并被接合在護罩架18（其可以是圓柱形金屬線圈架）之內(nèi)，以從而提供其之間的熱接觸。其它類型的線圈可被提供，例如，環(huán)氧線圈。在一實施例中，主磁體線圈20和磁體防護線圈22可由能產(chǎn)生超導(dǎo)磁體的任何材料（諸如由鈮鈦（nbti）、鈮錫（nb3sn）或二硼化鎂（mgb2））來形成。

如圖2中所進一步示出的，本發(fā)明的各種實施例可被實現(xiàn)為mri磁體系統(tǒng)30的部分（諸如本領(lǐng)域中公知的那些），其中冷卻可經(jīng)由兩級冷卻布置而被提供。應(yīng)注意到，貫穿圖，相似數(shù)字代表相似部分。

線圈架16、18（其可由熱傳導(dǎo)材料（例如，鋁）所形成）提供冷堆支持結(jié)構(gòu)，所述線圈架16、18分別維持磁線圈20、22（防護磁體線圈22未在圖2中示出）的位置或支持磁線圈20、22。冷卻管12（其可由任何適合金屬（例如，銅、不銹鋼、鋁、等等）所形成）處于與主要（或第一）液體致冷劑存儲罐24的流體通信中。致冷劑存儲罐24含有在閉合環(huán)路冷卻系統(tǒng)10中使用以冷卻冷堆60（包含磁體線圈20、22）的第一液體致冷劑。在一實施例中，致冷劑是液體氦。冷卻管12和液體氦存儲罐24之間的流體通信可由一個或更多流體通路26（例如，流體管、導(dǎo)管、等等）所提供。因此，存儲罐24提供通過冷卻管12來流動以冷卻磁體線圈20、22的液體氦。

共同地，磁體線圈20和/或22的裝配（assembly）、線圈架/支持結(jié)構(gòu)16和/或18、以及致冷劑蓄池24形成冷堆60。如在下面所詳細討論的，該冷堆60被冷卻到目標溫度。如本文中所使用的，“目標溫度”意味著足以能夠?qū)崿F(xiàn)超導(dǎo)操作的低溫溫度。在一實施例中，目標溫度大約是4k。如本文中所使用的，“冷堆”意味著在正常操作期間經(jīng)由主要冷卻環(huán)路14而被冷卻到目標溫度的任何結(jié)構(gòu)。

在示出的實施例中，主要冷卻環(huán)路14不含有通風(fēng)（venting）。然而，在一些實施例中，通風(fēng)可被提供（例如，使用具有非常高的通風(fēng)壓力級別的通風(fēng)口28）。例如，在一些實施例中，通風(fēng)口28配置成提供在系統(tǒng)能處置而沒有失敗的最高壓力（或在其預(yù)定義范圍之內(nèi)）的通風(fēng)。然而，不同壓力級別可在包含通風(fēng)口28的實施例中被提供，這可基于系統(tǒng)要求、規(guī)章要求、等等。

如在圖2中最好示出的，在一實施例中，冷卻管12可處于與蒸汽返回集管（manifold）或通路32的流體通信中，所述蒸汽返回集管或通路32可通過再凝結(jié)器36處于與具有解耦氣態(tài)氦存儲罐34的氦氣體存儲系統(tǒng)的流體通信中。氦氣體存儲系統(tǒng)（可由一個或更多氦氣體存儲罐34所形成）含有作為氦蒸汽從冷卻管12接收的氦氣體，所述冷卻管12從磁體線圈20、22移除熱量并形成閉合環(huán)路冷卻系統(tǒng)的部分。再凝結(jié)器36和氦氣體存儲系統(tǒng)34之間的流體通信可經(jīng)由一個或更多通路38而被提供。

氦氣體存儲罐34處于與包含再凝結(jié)器36的低溫致冷器40的流體通信中，該流體通信可經(jīng)由一個或更多流體通路38而被提供。在各種實施例中，再凝結(jié)器36可從氦氣體存儲系統(tǒng)34吸入氦氣體，其操作以形成用于將磁體線圈20、22和線圈支持殼16、18冷卻到低溫溫度的自由對流循環(huán)環(huán)路，以及經(jīng)由一個或更多通路44用液體氦來填充蓄池24。

可以是冷頭或其它適合低溫冷卻器的低溫致冷器40通過其中含有mri磁體系統(tǒng)30和各種實施例的冷卻組件的低溫保持器（cryostat）和/或真空器皿48來延長。低溫致冷器40可在套管或套（稱為冷頭套管41）之內(nèi)延長。因此，低溫致冷器40的冷端（coldend）可被安置在套管41之內(nèi)，而不影響真空器皿之內(nèi)的真空。使用任何適合部件（諸如一個或更多凸緣和螺栓、或其它適合部件），低溫致冷器40在套管之內(nèi)被插入（或被接收）并被穩(wěn)固。此外，低溫致冷器40的馬達50在真空器皿和/或低溫保持器48之外被提供。

如圖2中所示出的，各種實施例中的低溫致冷器40包含在低溫致冷器40的較低端的再凝結(jié)器36，所述再凝結(jié)器36再凝結(jié)從與氦氣體存儲系統(tǒng)34并行的蒸汽返回集管/通路32接收的汽化離開的氦氣體。再凝結(jié)器36允許將汽化離開的氦氣體從氦氣體存儲系統(tǒng)34轉(zhuǎn)移到液體氦蓄池24。

磁體線圈20（在各種實施例中是模制線圈）形成在mri系統(tǒng)的操作（如在本領(lǐng)域中被已知用于獲取mri圖像數(shù)據(jù)）期間被控制的主超導(dǎo)磁體52。另外，在mri系統(tǒng)的操作期間，液體氦（通過熱耦合的冷卻管12來行進）冷卻超導(dǎo)磁體52。超導(dǎo)磁體52可被冷卻，例如，到超導(dǎo)溫度（諸如4.2開爾文（k））。冷卻過程可包含由再凝結(jié)器36將汽化離開的氦氣體再凝結(jié)為液體并將其返回到液體氦罐24，以及汽化離開的氦的冷卻。

各種實施例還提供可與氦氣體存儲系統(tǒng)34處于熱接觸中的熱護罩54。熱護罩54可以是例如熱隔離輻射護罩。

在一實施例中，不是經(jīng)由液體氦的循環(huán)（通過熱連接到磁體或支持殼的冷卻管）進行冷卻，而是冷卻可通過將超導(dǎo)磁體線圈浸在液體氦的溶液（bath）中（如在本領(lǐng)域已知的）被提供。在各種實施例中，一旦冷卻到操作溫度，磁體線圈可通過熱傳導(dǎo)和/或通過熱虹吸管冷卻而被冷卻。然而，如將容易領(lǐng)會的，不管冷卻是通過將液體致冷劑循環(huán)通過冷卻環(huán)路（其處于與磁體的熱通信中）、還是通過將磁體線圈浸在液體氦的溶液中來被實行，線圈架/支持結(jié)構(gòu)、磁體線圈和/或液體致冷劑蓄池都形成具有大約4.2k的溫度的冷堆60，其提供用于超導(dǎo)操作。

通過進一步參考圖1和2，用于本發(fā)明的超導(dǎo)磁體的冷卻系統(tǒng)10進一步包含輔助冷卻裝置（諸如熱電池62）。熱電池62包含含有高熱容量材料66的隔間或封裝64。在一實施例中，高熱容量材料可以是氧硫化釓（gos）、釓鋁鈣鈦礦（gap）（gdalo3）、鈥銅（hocu2）和鉛（pb）中的一個或更多，盡管其它高熱容量材料可也被利用而不脫離本發(fā)明的更廣泛方面。

如在圖1-3中所示出的，在一實施例中，熱電池62被直接耦合到冷堆60。例如，熱電池62可被直接附連到線圈架16、18、磁體52本身中的一個，和/或到液體致冷劑蓄池24。在一實施例中，熱電池62的材料66可以是鉛且熱電池62可被浸在液體氦中（諸如在液體致冷劑蓄池24中）。

在操作中，熱電池62在磁體冷卻下來期間被冷卻到大體上與冷堆60相同的溫度，熱電池62經(jīng)由熱電池62和冷堆60之間的直接連接而被附連到冷堆60。具體而言，當(dāng)在冷卻管12之內(nèi)循環(huán)的液體氦以在上面所討論的方式使線圈架16、18和磁體線圈20、22冷卻下來時，熱量還從熱電池材料66被移除直到熱電池62處于與線圈架16、18和磁體線圈20、22相同的溫度（即，直到它們處于熱平衡（在大約4.2k）中）。在主要冷卻環(huán)路14不能夠提供主要冷卻（即，穿越）時，磁體52的溫度將由于熱量泄漏而逐漸上升。然而，熱電池62能夠吸收該熱量中的一些，從而減慢磁體52升溫的速度并有效地延長穿越時間。如將容易領(lǐng)會的，因為高熱容量材料66在冷卻下來期間存儲冷能量（其在穿越期間被使用以吸收熱量），所以材料66本質(zhì)上作為熱電池來運轉(zhuǎn)。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例示出熱電池的放置的用于超導(dǎo)磁體的冷卻系統(tǒng)100被示出。冷卻系統(tǒng)100與圖1-3的冷卻系統(tǒng)10在所有方面中大體上是同樣的，除了熱電池62的具體定位。如在圖4的簡化框圖中所示出的，在一實施例中，熱電池62可被直接附連到或耦合到相鄰于冷頭套管41的熱護罩54。在一實施例中，熱電池材料可以是固體氮（sn2）和鉛（pb）中的一個或更多，盡管具有高熱容量的其它材料（諸如固體氖（sne）、固體氬（sar）、銀（ag）和銅（cu））可也被利用而不脫離本發(fā)明的更廣泛方面。在操作中，熱電池62可以在上面連同圖1-3討論的相同方式被冷卻，也就是，通過與熱護罩54（其通過將液體氦通過冷卻管來循環(huán)而被冷卻）的傳導(dǎo)。在一實施例中，熱護罩54可通過在本領(lǐng)域中已知的其它方法（諸如通過分離的冷卻環(huán)路）被冷卻。

在冷頭40被停用（deactivated）或經(jīng)歷功率中斷時，由于來自機器30之外的熱量泄漏，冷頭40和冷頭套管41可以是對于磁體線圈和機器30的其它組件的加熱源。具體而言，從套管41的第一級到熱護罩54的銅連接將熱量傳導(dǎo)地轉(zhuǎn)移到熱護罩54。那就是，冷頭40可在功率被切斷時是熱量源，但是套管41在冷頭40為了交換等等而從套管41中被取出時是主熱量源。另外，熱護罩54將從真空器皿吸收熱量。這能促使熱護罩54升溫，其能導(dǎo)致從熱護罩54到冷堆60并最終到其磁體線圈的熱量泄漏，從而導(dǎo)致磁體升溫。

然而，熱電池62（其被直接附連到相鄰于冷頭套管41的熱護罩54）能從套管41和熱護罩54本身這兩者吸收熱量，這將使熱護罩54升溫的速率減慢下來。具體而言，熱電池62大體上通過吸收該熱量來減少從套管41到熱護罩54的熱量泄漏。這進而減慢冷堆60以及具體而言磁體52升溫的速度，有效地延長穿越時間。當(dāng)然，使用熱電池62以限制熱護罩溫度能有效地減少到冷堆60和氣態(tài)氦存儲罐34的遞增熱量泄漏，從而增加穿越。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的用于超導(dǎo)磁體的冷卻系統(tǒng)200被示出。冷卻系統(tǒng)200與圖1-3的冷卻系統(tǒng)10在所有方面中大體上是同樣的，除了熱電池62的具體定位。如在圖5的簡化框圖中所示出的，在一實施例中，熱電池62可在低溫致冷器40的再凝結(jié)器36和氣體存儲罐34之間被半耦合。具體而言，電池62可經(jīng)由弱鏈接或開關(guān)210而被選擇性耦合到再凝結(jié)器36，并通過熱開關(guān)212被耦合到氣態(tài)氦存儲罐。在一實施例中，熱電池62可以是具有在本領(lǐng)域中已知的任何類型的高熱容量材料（諸如，例如，氧硫化釓（gos）、釓鋁鈣鈦礦（gap）（gdalo3）、hocu2、sn2、鉛、sne、sar、銀和銅和水冰）的4-50k熱電池。

電池62配置成在穿越期間將冷卻功率轉(zhuǎn)移到氣態(tài)氦存儲罐34，從而降低罐34之內(nèi)的溫度和壓力和/或減慢其變熱速度。降低罐34之內(nèi)的壓力（作為降低其之內(nèi)的溫度的結(jié)果）促使從液體蓄池24到氣體罐34的氦氣體轉(zhuǎn)移（因為系統(tǒng)取得壓力均衡）。這幫助減少冷卻系統(tǒng)200之內(nèi)的壓力（總體上）或至少減少系統(tǒng)壓力構(gòu)建（build）的速度，從而增加穿越時間。當(dāng)然，熱電池62被利用以通過使氣體罐34冷卻下來使作為在溫度方面的增加的結(jié)果而構(gòu)建起來的閉合環(huán)路系統(tǒng)壓力減慢下來（所述在溫度方面的增加由于功率關(guān)閉狀況或冷頭更換（changeout）而引起），這使飽和的致冷劑溫度低于其正常狀況，導(dǎo)致更長的穿越。

通過參考圖6，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的用于超導(dǎo)磁體的冷卻系統(tǒng)300被示出。冷卻系統(tǒng)300與圖1-3的冷卻系統(tǒng)10在所有方面中大體上是同樣的，除了熱電池62的具體定位。如在圖6的簡化框圖中所示出的，在一實施例中，熱電池62可被附連到冷頭40的再凝結(jié)器36或被附連到從再凝結(jié)器36引導(dǎo)到液體致冷劑存儲罐24的導(dǎo)管或通路。

在冷頭40被停用或移除以用于維修或更換、或經(jīng)歷功率中斷時，再凝結(jié)器36可經(jīng)歷由于沿冷頭40和套管41的熱量泄漏引起的溫度增加。在某些情形中，再凝結(jié)器36可甚至達到室內(nèi)溫度。再凝結(jié)器36的溫度越高，越多熱量正從再凝結(jié)器36被轉(zhuǎn)移到液體致冷劑存儲罐24。這能最終導(dǎo)致磁體52的升溫和如上面所討論的是不合乎需要的失超。

然而，通過吸收從再凝結(jié)器36和/或冷頭套管41被泄漏的熱量和阻止該熱量被直接傳導(dǎo)地轉(zhuǎn)移到液體致冷劑存儲罐24，冷卻系統(tǒng)300的熱電池62在冷頭40是關(guān)閉的時將熱量泄漏限制到液體致冷劑存儲罐24。具體而言，電池62經(jīng)由其與再凝結(jié)器36的傳導(dǎo)連接或從再凝結(jié)器36引導(dǎo)到液體致冷劑存儲罐24的導(dǎo)管44來吸收熱量。因此，通過減慢到罐24的熱量轉(zhuǎn)移，罐24中的溫度上升和冷堆60（包含磁體52）中的溫度上升能被減慢，從而增加穿越時間。

如在圖7和8中所示出的，冷卻系統(tǒng)300的熱電池62可如在上面所討論的被傳導(dǎo)地耦合到從再凝結(jié)器36引導(dǎo)到液體致冷劑存儲罐24的不銹鋼導(dǎo)管或通路44。具體而言，傳導(dǎo)接口214可通過銅焊在熱電池62和通路44之間被形成。如還在圖7和8中所示出的，熱電池62可包含泡沫金屬材料216，諸如鋁泡沫或多孔燒結(jié)金屬結(jié)構(gòu)。在一實施例中，泡沫金屬材料216之內(nèi)的孔可用氣態(tài)氮或氦來填充，這可增強熱轉(zhuǎn)移。

通過進一步參考圖6中所示出的冷卻系統(tǒng)300的配置，熱電池62在冷卻源定位變成溫暖時作為錨（anchor）被利用以減少到冷堆60（包含到磁體52）的熱量泄漏，這在熱堆是相同的時能有效增加穿越時間。

連同上面所描述的實施例，熱電池62的高熱容量材料66在室內(nèi)溫度可以是固體、液體或氣體。具體相對于在圖3和4中所示出的實施例，期望的是，冷堆60和熱電池62之間的接口具有高熱傳導(dǎo)性。連同此，在將熱電池62貼附（affix）到固體表面（諸如冷堆60的表面）時，其之間的接口可經(jīng)由機械連接而被建立。在一實施例中，傳導(dǎo)材料（諸如，例如，環(huán)氧樹脂或潤滑脂）可在相應(yīng)的表面之間被介入（interpose）以增加其之間的傳導(dǎo)連接。在一實施例中，高熱容量材料66可與熱傳導(dǎo)環(huán)氧樹脂被混合以產(chǎn)出固體部分。在實施例中，熱高容量材料66可與傳導(dǎo)潤滑脂被混合并被打包到封裝64中。封裝64可隨后以上文所描述的方式被機械耦合到冷堆60以提供具有高熱傳導(dǎo)性的接口。

連同上述，在熱電池62含有在室內(nèi)溫度用于作為高熱容量材料66來使用的液體的情況下，在用所述液體填充封裝64時，空間可在封裝64之內(nèi)被保留以用于可能擴充。在高熱容量材料在室內(nèi)溫度是氣體（例如，氮）的情況下，封裝64可包含爆破隔膜或安全閥（未示出），其配置成在封裝64之內(nèi)的壓力達到閾值級別時打開。

如在上面所討論的，即使在由于功率故障、低溫冷卻器維修或更換或低溫冷卻器故障而不存在冷卻功率時，超導(dǎo)磁體也必須被維持在低溫度并被安全激勵而沒有失超。對于閉合環(huán)路、低致冷劑磁體，相比于傳統(tǒng)磁體冷卻系統(tǒng)，在主要冷卻環(huán)路中利用的非常少的致冷劑僅允許短的穿越時間。在設(shè)施功率故障期間，冷頭就位（inposition），因而冷頭套管典型地不會經(jīng)歷動態(tài)溫度上升。然而，在冷頭交換期間，在冷頭被移除后，套管可迅速升溫，這導(dǎo)致極短的穿越時期并增加磁體失超的風(fēng)險。

本發(fā)明因此提供一種用于低致冷劑超導(dǎo)磁體（lcm）的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)在主要冷卻中的中斷期間利用熱電池以將磁體維持在低溫度以阻止失超，并且以便因此延長穿越時間。主要冷卻中的所述中斷可因為對設(shè)施或在設(shè)施之內(nèi)的功率中斷、或由于有缺陷的（faulty）冷頭而發(fā)生，以及在冷頭更換或調(diào)度的維護期間發(fā)生。提供更長的穿越時期能因此供應(yīng)用于解決導(dǎo)致冷卻功率的丟失的難題或用于調(diào)換冷頭的時間的更大窗口（window），這能減少磁體變熱和失超的風(fēng)險。減少磁體的變熱速率和/或?qū)⒋朋w維持在低溫度的各種方式通過在上面所描述的各種實施例被預(yù)想，包含例如增加系統(tǒng)的熱堆或減少熱量、以及對于利用飽和液體以維持溫度的系統(tǒng)來控制飽和壓力。

具體而言，在上面所描述的本發(fā)明的各種實施例設(shè)想在正常磁體冷卻下來期間和在正常工作操作期間使用作為熱電池的高熱容量材料以存儲冷能量。在主要冷卻部件被中斷或故障時，熱電池能從系統(tǒng)組件直接或間接吸收熱量，從而減慢磁體線圈的變熱速率，這允許更長的穿越時間。當(dāng)然，在某些實施例中，熱電池可被利用以在主要冷卻被中斷時直接冷卻冷堆（包含磁體線圈、線圈架和/或致冷劑蓄池），即，以提供超導(dǎo)磁體的直接輔助冷卻以阻止失超。在其它實施例中，熱電池可以‘間接’方式被利用以在主要冷卻被中斷時阻止到冷堆和超導(dǎo)磁體的熱量的泄漏。具體而言，不是直接冷卻冷堆，而是熱電池可被利用以從其它系統(tǒng)組件吸收熱量以阻止或最小化從此類組件到冷堆的熱量漏出（leakage），所述熱量漏出否則能導(dǎo)致磁體失超。

雖然在上面所描述的實施例設(shè)想使用熱電池以直接或間接阻止或減慢超導(dǎo)磁體中的溫度上升，但本發(fā)明不限于任何單個實現(xiàn)。當(dāng)然，設(shè)想的是，在上面所描述的各種實施例可與彼此一起被利用以提供用于直接和/或間接阻止或減慢磁體中溫度上升的直接和間接熱量吸收的組合。具體而言，預(yù)想到，成像裝置可含有耦合到所述成像裝置的各個組件的多個熱電池，諸如，例如以直接冷卻冷堆和/或熱護罩，以及用于與再凝結(jié)器、冷頭套管、氣體存儲罐等等耦合以最小化到冷堆的熱量泄漏。另外，雖然在上面所描述的實施例已連同利用液體的供給和再凝結(jié)器以冷卻磁體線圈的傳導(dǎo)冷卻系統(tǒng)或熱虹吸管冷卻系統(tǒng)被描述，但預(yù)想到本發(fā)明可同等地可應(yīng)用于不利用液體氦的純傳導(dǎo)冷卻系統(tǒng)。

在一實施例中，一種用于低致冷劑超導(dǎo)磁體的冷卻系統(tǒng)被提供。所述冷卻系統(tǒng)包含主要冷卻環(huán)路，所述主要冷卻環(huán)路具有含有液體致冷劑的供給的液體蓄池和流體耦合到液體蓄池多個冷卻管，并且處于與超導(dǎo)磁體的熱通信中。液體致冷劑被配置用于通過冷卻管的循環(huán)，以便提供對磁體的主要冷卻以用于將磁體冷卻到目標溫度。所述冷卻系統(tǒng)還包含耦合到組件的熱電池，所述組件由主要冷卻環(huán)路來冷卻到目標溫度，并且所述熱電池配置成由主要冷卻所冷卻并在主要冷卻中的中斷期間從至少一個組件吸收熱量以將磁體維持在大約目標溫度。在一實施例中，組件是超導(dǎo)磁體、配置成支持超導(dǎo)磁體的多個線圈的線圈架、和液體蓄池中的至少一個。在一實施例中，熱電池包含高熱容量材料。所述材料可以是氧硫化釓、釓鋁鈣鈦礦、hocu2、和鉛中的至少一個。在一實施例中，熱電池被浸入液體蓄池之內(nèi)的液體致冷劑中。在一實施例中，所述系統(tǒng)還包含處于與氣體存儲罐的熱通信中的熱護罩和具有流體耦合到氣體存儲罐和蓄池的再凝結(jié)器的低溫冷卻器。熱電池可被耦合到熱護罩。在一實施例中，熱電池包含高熱容量材料，所述高熱容量材料包含固體氮和鉛中的至少一個。在一實施例中，熱電池可配置成從氣體存儲罐和熱護罩吸收熱量。在一實施例中，致冷劑是液體氦。在一實施例中，目標溫度是大約4開爾文。

在一實施例中，一種用于低致冷劑超導(dǎo)磁體的冷卻系統(tǒng)被提供。所述系統(tǒng)包含具有致冷劑的主要冷卻環(huán)路，所述致冷劑被配置用于通過所述主要冷卻環(huán)路的循環(huán)。第一冷卻環(huán)路處于與冷堆的熱通信中并配置成將冷堆冷卻到目標溫度。冷堆包含超導(dǎo)磁體的線圈、用于支持所述線圈的支持殼、和含有致冷劑的液體蓄池中的至少一個。所述系統(tǒng)還包含配置成冷卻主要冷卻環(huán)路之內(nèi)的致冷劑的低溫冷卻器、和配置成從與與冷堆不同的至少一個組件吸收熱量并將從組件到冷堆的熱量泄漏最小化的熱電池。在一實施例中，所述系統(tǒng)可還包含經(jīng)由導(dǎo)管而被流體耦合到液體蓄池的再凝結(jié)器。熱電池可被傳導(dǎo)耦合到再凝結(jié)器和導(dǎo)管中的至少一個，并可配置成最小化從再凝結(jié)器到液體蓄池的熱量泄漏。在一實施例中，熱電池包含氦和氮中的至少一個以及泡沫金屬。在一實施例中，冷卻系統(tǒng)可還包含流體耦合到液體蓄池的再凝結(jié)器和通過再凝結(jié)器而被流體耦合到液體蓄池的氣體存儲罐。熱電池可通過第一熱開關(guān)被熱連接到再凝結(jié)器，并通過第二熱開關(guān)被熱連接到氣體存儲罐。在一實施例中，熱電池配置成將輔助冷卻提供給氣體存儲罐以減少冷卻系統(tǒng)壓力。在一實施例中，熱電池包含高熱容量材料，所述高熱容量材料包含氧硫化釓、釓鋁鈣鈦礦、hocu2、鉛、固體氮、固體氖、固體氬、銀和銅中的至少一個。在一實施例中，致冷劑是液體氦。

在另一個實施例中，一種冷卻成像裝置的超導(dǎo)磁體的方法被提供。所述方法包含以下步驟：通過與冷堆處于熱通信中的冷卻環(huán)路來循環(huán)液體致冷劑以將冷堆冷卻到目標溫度，所述冷堆包含超導(dǎo)磁體的線圈、線圈支持殼和含有液體致冷劑的蓄池中的至少一個；以及在熱電池經(jīng)由熱電池和冷堆之間的傳導(dǎo)從冷堆吸收熱量。在一實施例中，熱電池包含高熱容量材料，所述高熱容量材料包含氧硫化釓、釓鋁鈣鈦礦、hocu2、和鉛中的至少一個。在一實施例中，所述方法可還包含以下步驟：在熱電池經(jīng)由熱電池和熱護罩之間的傳導(dǎo)從熱護罩吸收熱量。

在仍有的另一個實施例中，一種冷卻成像裝置的超導(dǎo)磁體的方法被提供。所述方法包含以下步驟：通過與冷堆處于熱通信中的冷卻環(huán)路來循環(huán)液體致冷劑以將冷堆冷卻到目標溫度，所述冷堆包含超導(dǎo)磁體的線圈、線圈支持殼和含有液體致冷劑的蓄池中的至少一個；以及通過利用熱電池從成像裝置的組件吸收熱量來最小化從所述組件到冷堆的熱量泄漏。在一實施例中，組件是成像裝置的冷頭套管。在一實施例中，組件是氣體存儲罐。在一實施例中，熱電池包含高熱容量材料，所述高熱容量材料包含氧硫化釓、釓鋁鈣鈦礦、hocu2、鈥銅、鉛、固體氮、固體氖、固體氬、銀和銅中的至少一個。在一實施例中，成像裝置包含經(jīng)由傳導(dǎo)而被流體耦合到蓄池的再凝結(jié)器。熱電池可被傳導(dǎo)耦合到再凝結(jié)器和導(dǎo)管中的至少一個，并可配置成最小化從再凝結(jié)器到蓄池的熱量泄漏。

要理解，上面的描述旨在是說明性的，并不是限制性的。例如，在上面所描述的實施例（和/或其方面）可與彼此組合而被使用。另外，許多修改可被做出以使具體情形或材料適應(yīng)于本發(fā)明的教導(dǎo)而不脫離其范疇。

雖然本文中所描述的材料的類型和尺寸旨在定義本發(fā)明的參數(shù)，但它們決不是限制的且是示范性實施例。依據(jù)回顧上面的描述，許多其它實施例將對本領(lǐng)域中的那些技術(shù)人員是顯而易見的。本發(fā)明的范疇因此應(yīng)參考隨附的權(quán)利要求連同此類權(quán)利要求被授權(quán)到的等同體（equivalent）的完整范疇而被確定。在隨附的權(quán)利要求中，術(shù)語“包含”和“在其中”被使用作為相應(yīng)術(shù)語“包括”和“其中”的直白英語等同體。此外，在跟隨的權(quán)利要求中，諸如“第一”、“第二”、“第三”、“較上的”、“較低的”、“底部”、“頂部”等等的術(shù)語只被使用作為標簽，并未旨在在其對象上施加數(shù)字的或位置的要求。進一步，跟隨的權(quán)利要求的限制未以部件加功能格式被書寫，且并未旨在基于35u.s.c.§122第六段被解釋，除非且直到此類權(quán)利要求限制明確使用后面跟隨有功能而無進一步結(jié)構(gòu)的短語“部件，用于”。

該書面描述使用示例以公開本發(fā)明的若干實施例（包含最好模式），并還以使得本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明的實施例，包含制作和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可獲專利的范疇由權(quán)利要求所定義，并可包含本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員想到的其它示例。如果此類其它示例具有并未與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)元素，或如果它們包含帶有與權(quán)利要求的字面語言的非實質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元素，則它們旨在位于權(quán)利要求的范疇之內(nèi)。

如本文中所使用的，以單數(shù)記載的和用單詞“一（a或an）”進行的元素或步驟應(yīng)被理解為不排除所述元素或步驟的復(fù)數(shù)，除非此類排除被明確聲明。此外，對本發(fā)明的“一個實施例”的引用未旨在被解釋為排除也結(jié)合所記載特征的另外實施例的存在。此外，除非相反地明確聲明，否則“包括”、“包含”、或“具有”具有具體屬性的元素或多個元素的實施例可包含不具有那個屬性的另外的此類元素。

因為某些改變可在上面所描述的發(fā)明中被做出，而不脫離本文中所涉及的本發(fā)明的精神和范疇，所以旨在應(yīng)將以上描述或附圖中所示出的所有的主旨僅解釋為示出本文中發(fā)明概念的示例且不應(yīng)被直譯（construe）為限制本發(fā)明。