專利名稱：用于減小低溫恒溫器熱負(fù)荷的穿透管組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及低溫恒溫器(cryostat)，并且更特定而言涉及用于低溫恒溫器中的穿透管組件的設(shè)計，其中，穿透管組件構(gòu)造成減小由穿透管組件引起的對低溫恒溫器的熱負(fù)荷。
背景技術(shù)：
已知的低溫恒溫器包含液體致冷劑，例如用于容納用于磁共振成像(MRI)系統(tǒng)或核磁共振(NMR)成像系統(tǒng)的超導(dǎo)磁體。通常，低溫恒溫器包括內(nèi)低溫恒溫器容器和包圍磁管(magnetic cartridge)的氦容器,其中，磁管包括多個超導(dǎo)線圈。而且，包圍磁管的氦容器通常填充有用于冷卻磁體的液氦。另外，熱輻射屏蔽件包圍氦容器。此外，外低溫恒溫器容器、真空容器包圍高溫?zé)彷椛淦帘渭?。另外，外低溫恒溫器容器通常被抽空。低溫恒溫器大體上還包括穿過容器壁的至少一個穿透件，其中，穿透件構(gòu)造成便 于到氦容器的各種連接。可以注意到，這些穿透件被設(shè)計成減小在真空容器與氦容器之間的熱傳導(dǎo)，同時維持真空容器與氦容器之間的真空。此外，期望穿透件還補償真空容器和氦容器的有差別的熱膨脹和縮小。另外，在磁體急冷(quench)的情況下，穿透件還為氦氣提供流動路徑。任何穿透件均有可能增加從室溫到致冷劑溫度的對低溫恒溫器的熱負(fù)荷。熱負(fù)荷機制通常包括熱傳導(dǎo)、宏觀和微觀熱對流、熱輻射以及熱微對流。另外，熱負(fù)荷機制還包括材料的熱傳導(dǎo)、到冷頭的熱聯(lián)系、氦柱的熱傳導(dǎo)、從低溫恒溫器的一側(cè)到頂部的熱輻射和到低溫恒溫器的熱接觸聯(lián)系。不同于對大氣開放且由逸出的氦氣流冷卻的低溫恒溫器穿透件，低溫恒溫器上的封閉或氣密密封的穿透件是低溫恒溫器的熱輸入的主要源頭。另外，穿透件通常裝備有安全裝置，以在能量突然切斷或磁體急冷或真空失效或冰封的情況下確保低溫氣體的快速且安全的釋放。傳統(tǒng)上，早期的NMR和MRI系統(tǒng)已經(jīng)使用了來自低溫恒溫器的氦浴的汽化并路由汽化氣體圍繞或通過穿透件，用于熱交換。穿透件內(nèi)的熱交換氣體的存在可用于高效的冷卻。特別地，如果恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計，熱交換氣體的存在顯著地減小對致冷系統(tǒng)的熱負(fù)荷。然而，由于成本原因，NMR和MRI磁體系統(tǒng)以及其它致冷應(yīng)用不再允許氣體通過穿透件釋放到大氣。另外，由于氦的成本的相當(dāng)大的增加，致冷系統(tǒng)完全再凝結(jié)汽化氣體。不幸的是，因為氣體流的冷卻不再是可行的，所以穿透件對整體熱負(fù)荷預(yù)算添加了相當(dāng)大的一部分。此外，穿透件的寄生熱負(fù)荷可以高達對低溫恒溫器的總熱負(fù)荷的20%至40%。該熱負(fù)荷不利地導(dǎo)致了低溫冷卻器的不方便且昂貴的過早替換和整修。低溫冷卻器替換繼而增加了例如MRI磁體的壽命周期成本。另外，用于減小由穿透管組件引起的低溫恒溫器熱負(fù)荷的某些其它當(dāng)前可用技術(shù)需要使用熱站(heat station)來冷卻穿透管組件,該熱站聯(lián)接至充當(dāng)散熱器的冷頭冷卻級。不幸的是，這些技術(shù)的使用減小了冷頭的冷卻功率。此外，其它技術(shù)致力于通過減小穿透管組件的物理尺寸而減小由穿透管組件引起的低溫恒溫器熱負(fù)荷的問題。然而，減小穿透管組件的尺寸可能通過導(dǎo)致顯著高于設(shè)計壓力的內(nèi)部壓力的增加而不利地影響處于高急冷率的低溫恒溫器。此外，傳統(tǒng)上已使用波紋管(bellow)作為穿透管，其中，波紋管的卷繞提供了額外的熱長度。然而，即時帶有額外的熱長度，從波紋管到氦容器的熱傳導(dǎo)負(fù)荷也可以是非常大的。因此，可能期望開發(fā)一種有利地減小由穿透管組件引起的對低溫恒溫器的熱負(fù)荷同時增加低溫冷卻器的壽命范圍的穿透管組件的魯棒性設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本技術(shù)的方面，介紹了用于低溫恒溫器的穿透管組件。該穿透管組件包括壁部件，其具有第一端和第二端并構(gòu)造成改變壁部件的有效熱長度，其中，壁部件的第一端連通地聯(lián)接至高溫區(qū)域，并且壁部件的第二端連通地聯(lián)接至設(shè)置在低溫恒溫器的致冷劑容器內(nèi)的致冷劑。根據(jù)本技術(shù)的方面，介紹了用于低溫恒溫器的穿透管組件的另一實施例。該穿透 管組件包括壁部件，其具有第一端和第二端并構(gòu)造成改變壁部件的有效熱長度，其中，壁部件包括彼此相套的多個管，其中，多個管中的每個管以串聯(lián)的方式操作地聯(lián)接到至少一個其它管，并且其中，多個管構(gòu)造成在不使用波形管的情況下改變壁部件的有效熱長度。根據(jù)本技術(shù)的又一方面，介紹了用于磁共振成像的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括構(gòu)造成獲取圖像數(shù)據(jù)樣本的獲取系統(tǒng)，其中，該獲取系統(tǒng)包括構(gòu)造成在其中接收患者的超導(dǎo)磁體和低溫恒溫器，低溫恒溫器包括致冷劑容器，超導(dǎo)磁體包含在該致冷劑容器中，其中，低溫恒溫器包括熱負(fù)荷優(yōu)化穿透管組件，該穿透管組件包括壁部件，其具有第一端和第二端并構(gòu)造成改變壁部件的有效熱長度，其中，壁部件的第一端連通地聯(lián)接至高溫區(qū)域，并且壁部件的第二端連通地聯(lián)接至設(shè)置在低溫恒溫器的致冷劑容器內(nèi)的致冷劑。此外，該系統(tǒng)包括處理系統(tǒng)，其與獲取系統(tǒng)操作相關(guān)，并且構(gòu)造成處理所獲取的圖像數(shù)據(jù)。


當(dāng)參考附圖閱讀以下詳細描述時，本發(fā)明的這些和其它的特征、方面及優(yōu)點將變得更好理解，在所有圖中相同的符號表示相同的部分，其中
圖I是低溫恒溫器結(jié)構(gòu)的局部截面 圖2是根據(jù)本技術(shù)的方面的用于圖I的低溫恒溫器中的穿透管組件的壁部件的一個實施例的軸向截面圖的一部分的示意 圖3是根據(jù)本技術(shù)的方面的用于圖I的低溫恒溫器中的穿透管組件的壁部件的另一實施例的軸向截面圖的一部分的示意 圖4是根據(jù)本技術(shù)的方面的用于圖I的低溫恒溫器中的穿透管組件的壁部件的又一實施例的軸向截面圖的一部分的示意 圖5是根據(jù)本技術(shù)的方面的用于圖I的低溫恒溫器中的穿透管組件的壁部件的另一實施例的軸向截面圖的一部分的示意 圖6是根據(jù)本技術(shù)的方面的用于圖I的低溫恒溫器中的穿透管組件的壁部件的另一實施例的軸向截面圖的一部分的示意 圖7是根據(jù)本技術(shù)的方面的用于圖I的低溫恒溫器中的穿透管組件的壁部件的另一實施例的軸向截面圖的一部分的示意圖；和
圖8是根據(jù)本技術(shù)的方面的用于圖I的低溫恒溫器中的穿透管組件的壁部件的又一實施例的軸向截面圖的一部分的示意圖。附圖標(biāo)記
100MRI系統(tǒng)
101低溫恒溫器
102超導(dǎo)磁體
104致冷劑容器 106熱屏蔽件 108外真空腔室 110穿透管組件 112蓋板
114壁部件
116套筒
118致冷劑
120低溫冷卻器
122患者腔
124患者
126穿透管組件中的開口
200穿透管組件
202穿透管的對稱軸線
204壁部件
206壁部件的第一端
208壁部件的第二端
210凸緣
212凸緣
214第一管
216第二管
218第三管
220第一接頭
222第二接頭
224間隔元件
300穿透管組件
302壁部件
304穿透管的對稱軸線
306壁部件的第一端
308壁部件的第二端
310不銹鋼帶
312熱站314凸緣
316波形管部件
318凸緣
400穿透管組件
402壁部件
404壁部件的第一端
406壁部件的第二端
408穿透管的對稱軸線
410薄壁環(huán)氧樹脂管
412箔片
414間隔元件
416凸緣
418圓形凸緣
500穿透管組件
502壁部件
504壁部件的第一端
506壁部件的第二端
508凸緣
510凸緣
512波形管部件
514加強元件
516穿透管的對稱軸線
600穿透管組件
602壁部件
604柔性管
606螺旋管
608穿透管的對稱軸線
612凸緣
614凸緣
700穿透管組件
702壁部件
704薄壁管
706壁部件的第一端
708壁部件的第二端
710編織套管
712波紋部件
714波紋部件
716穿透管的對稱軸線
718凸緣720凸緣
722開口
800穿透管組件
802壁部件
804柔性螺旋管
806第一端
808第二端
810第一凸緣
812第二凸緣
814開口
816開口。
具體實施例方式如將在下文中詳細描述地，介紹了用于低溫恒溫器且構(gòu)造成增加穿透管組件的有效熱長度的穿透管組件的各種實施例。特別地，穿透管組件的各種實施例通過增加穿透管組件的有效熱長度而減小由穿透管組件引起的對低溫恒溫器的熱負(fù)荷。通過采用下文描述的穿透管組件，可以可觀地減小由穿透件引起的低溫恒溫器熱負(fù)荷。參照圖1，描繪了包括低溫恒溫器101的磁共振成像(MRI)系統(tǒng)的截面圖的示意圖100。低溫恒溫器101包括超導(dǎo)磁體102。此外，低溫恒溫器101包括環(huán)面致冷劑容器104，其包圍磁筒102并填充有用于冷卻磁體的致冷劑118。致冷劑容器104也可稱為低溫恒溫器101的內(nèi)壁。低溫恒溫器101還包括環(huán)面熱輻射屏蔽件106，其包圍致冷劑容器104。另夕卜，低溫恒溫器101包括環(huán)面真空容器或外真空腔室(OVC) 108，其包圍熱輻射屏蔽件106并且通常被抽空。OVC也可稱為低溫恒溫器101的外壁。此外，低溫恒溫器101包括穿透管組件110，其穿透致冷劑容器104和外真空腔室108及熱輻射屏蔽件106，從而提供用于電導(dǎo)線的通路。在圖I所描繪的實施例中，穿透管組件110是封閉的穿透組件，在某些實施例中，其具有蓋板112。而且，附圖標(biāo)記126大體上表示穿透管組件110中的開口。而且，附圖標(biāo)記114大體上表示穿透管組件110的壁部件?？梢宰⒁獾?，壁部件114的第一端可以操作地聯(lián)接至OVC 108，而壁部件114的第二端可以操作地聯(lián)接至致冷劑容器104。因此，壁部件114的第一端可處于大約300開氏度(K)的第一溫度，而壁部件114的第二端可處于大約4 K的溫度。此外，在某些實施例中，致冷劑容器104中的致冷劑118可包括氦。然而，在某些其它實施例中，致冷劑118可包括液氫、液氖、液氮或者其組合?？梢宰⒁獾剑诋?dāng)前應(yīng)用中，參照氦作為致冷劑118描述了各種實施例。因此，可以可互換地使用術(shù)語致冷劑容器和氦容器。而且，如圖I中描繪地，MRI系統(tǒng)100包括套筒116。在某些實施例中，低溫冷卻器120可設(shè)置在套筒116中。采用低溫冷卻器120以冷卻及液化致冷劑容器104中的致冷劑118。此外，附圖標(biāo)記122大體上表示患者腔。在掃描過程期間，患者124通常定位于患者腔122中。如上所述，任何穿透件均有可能導(dǎo)致從室溫到致冷劑溫度的對低溫恒溫器的熱負(fù)荷的增加。根據(jù)本技術(shù)的方面，介紹了用于低溫恒溫器(例如圖I的低溫恒溫器101)中且構(gòu)造成減小對低溫恒溫器101的熱負(fù)荷的穿透管組件的各種實施例。特別地，下文介紹的穿透管組件構(gòu)造成通過增加穿透管組件的有效熱長度而減小對低溫恒溫器的熱負(fù)荷。圖2顯示了用于低溫恒溫器(例如圖I的低溫恒溫器101)中的示例性穿透管組件200的一個實施例。特別地，圖2是用于低溫恒溫器101中的穿透管組件的壁部件204(例如圖I的壁部件114)的一個實施例的軸向截面圖的一部分的示意圖。更具體而言，圖2顯示了設(shè)置在穿透管組件200的對稱軸線202的一側(cè)的穿透管組件的一部分。在一個實施例中，穿透管組件可包括具有薄壁圓形截面的柱形管。根據(jù)本技術(shù)的方面，示例性穿透管組件200包括壁部件204，其構(gòu)造成增加有效熱長度，從而幫助減小由穿透管組件引起的對低溫恒溫器的熱負(fù)荷。術(shù)語有效熱長度通常用于指壁部件204的熱傳導(dǎo)路徑的長度。在一個實施例中，穿透管組件200可構(gòu)造成在從大約50 mm到大約300 mm的范圍中增加熱傳導(dǎo)路徑的長度。特別地，在圖2所描繪的實施例中，穿透管組件200包括具有第一端206和第二端208的壁部件204。在一個實施例中，壁部件204的第一端206可使用第一凸緣210聯(lián)接至 OVC 108 (見圖I)。此外，壁部件204的第二端208可聯(lián)接至低溫恒溫器101的致冷劑容器104(見圖I)。在一個實施例中，壁部件204的第二端208可使用第二凸緣212聯(lián)接至致冷劑容器104。在一個實施例中，第一凸緣210和第二凸緣212可包括不銹鋼凸緣。然而，銅或鋁可用于形成第一凸緣210和第二凸緣212。如上所述，壁部件204的第一端206聯(lián)接至OVC 108。因此，壁部件204的第一端206連通地聯(lián)接至高溫區(qū)域。類似地，由于壁部件204的第二端208連通地聯(lián)接至設(shè)置在低溫恒溫器101的致冷劑容器104內(nèi)的致冷劑118 (見圖I)，因而壁部件204的第二端208連通地聯(lián)接至低溫區(qū)域。而且，高溫區(qū)域可具有范圍從大約80開氏度(K)到大約300 K的溫度。因此，連通地聯(lián)接至高溫區(qū)域的壁部件204的第一端206可處于范圍從大約80 K到大約300 K的溫度?？梢宰⒁獾?，致冷劑可包括液氦、液氫、液氖、液氮或者其組合。而且，由于壁部件204的第二端208與設(shè)置在低溫恒溫器101的致冷劑容器104內(nèi)的致冷劑操作相關(guān)，因而第二端208可聯(lián)接至低溫區(qū)域。在某些應(yīng)用中，低溫區(qū)域可處于范圍從大約4 K到大約77 K的溫度。舉例而言，如果致冷劑118是液氫，那么低溫區(qū)域可處于范圍從大約4 K到大約20K的溫度。而且，如果致冷劑118是液氖，那么低溫區(qū)域可處于范圍從大約4 K到大約27 K的溫度。另外，對于其它致冷劑，低溫區(qū)域可處于范圍從大約4 K到大約77 K的溫度。根據(jù)本技術(shù)的方面，穿透管組件200的壁部件204構(gòu)造成改變并且更特定地增加穿透管組件200的有效熱長度，從而減小由穿透管組件引起的對低溫恒溫器101的熱負(fù)荷。具體而言，壁部件204構(gòu)造成在從大約50 mm到大約300 mm的范圍中改變穿透管組件200的有效熱長度。為此，在圖2的實施例中，壁部件204包括彼此相套的多個管。在當(dāng)前考慮的構(gòu)型中，壁部件204包括彼此相套的第一管214、第二管216和第三管218。特別地，每個管以串聯(lián)的方式操作地聯(lián)接至至少一個其它管。舉例而言，第一管214的第二端在第一接頭220處操作地聯(lián)接至第二管216的第一端。以類似的方式，第二管216的第二端在第二接頭222處操作地聯(lián)接至第三管218的第一端。這種第一管214到第二管216的聯(lián)接和第二管216到第三管218的聯(lián)接形成了串行連接。因此，三個管214、216、218以串聯(lián)的方式彼此相套，代替一個長管。繼續(xù)參照圖2，在某些實施例中，第一管214和第三管218可使用不銹鋼形成，而玻璃纖維強化環(huán)氧樹脂可用于形成第二管216。而且，在某些其它實施例中，可采用TiAl6V4或類似的Ti合金或鋁以形成管214、216、218。此外，根據(jù)另一實施例，第一凸緣210可聯(lián)接至OVC 108，以允許第一接頭220聯(lián)接至熱屏蔽件106。舉例而言，可采用中間聯(lián)接件(圖2中未顯示)，以將第一接頭220聯(lián)接至熱屏蔽件106?？梢宰⒁獾?，熱屏蔽件106處于大約45 K的溫度。中間聯(lián)接件可包括聯(lián)接至銅環(huán)的銅線或柔性編織物，銅環(huán)繼而聯(lián)接至熱屏蔽件106。中間聯(lián)接件的使用幫助減小熱負(fù)荷，從300 K到4 K，因為中間聯(lián)接件聯(lián)接至處于大約45 K的溫度的熱屏蔽件106。另外，穿透管組件200包括一個或多個間隔元件224。這些間隔元件224構(gòu)造成在壁部件204中的三個管214、216、218的每一個之間維持確定的間隔。間隔元件224的使
用幫助確保管214、216、218不撓曲并且不與另一管接觸，接觸可能導(dǎo)致熱短路。此外，間隔元件224可使用不導(dǎo)熱材料形成。在一個實施例中，間隔元件224可包括尼龍間隔元件?？梢宰⒁獾剑谀承嵤├?，間隔元件224可包括不連續(xù)的環(huán)，以允許急冷期間的壓力平衡。而且，在某些實施例中，間隔元件224可包括孔，其允許管214、216、218處于致冷劑容器104的壓力。此外，在某些其它實施例中，多層絕緣體(MLI)(在圖2中未顯示)可設(shè)置在管214、216、218上。MLI充當(dāng)熱外殼并減小致冷劑的對流，這繼而減小對低溫恒溫器101的熱負(fù)荷。如參照圖2描述的那樣實行穿透組件提供了穿透組件的緊湊設(shè)計。特別地，圖2的穿透組件提供了具有增加的長度的有效熱傳導(dǎo)路徑，同時維持了穿透管組件的較短的總的整體路徑長度，從300 K到4 K。結(jié)果，在沒有額外的熱負(fù)荷惡化的情況下，在磁體急冷期間，穿透管組件200的可用截面積增加。穿透管組件200的可用截面積的這種增加繼而便于增加的熱耗散，從而減小了由穿透管組件200引起的對低溫恒溫器101的熱負(fù)荷。而且，在沒有使用傳統(tǒng)上已用于增加有效熱長度的任何波紋管和/或波形管的情況下，圖2的壁部件204有利地增加了穿透管組件200的有效熱長度。此外，可以優(yōu)化這些相套的管214、216、218，用于穿透管在磁體急冷期間的收縮和/或膨脹。舉例而言，第一管214可沿向上方向收縮，第二管216可沿向下方向收縮，而第三管218也可沿向上方向收縮。如上文所述的那樣使管214、216、218相套允許大約33%的總收縮的補償。另外，也可以對低溫恒溫器101的運輸而優(yōu)化相套的管214、216、218。舉例而言，壁部件204的設(shè)計并且更特定地管214、216、218的設(shè)計可以使用合適的材料組合來優(yōu)化，以減小管的收縮。在一個示例中，可以采用當(dāng)冷卻低至4 K時膨脹的稱為“Dyneema”的材料，從而能夠進一步減小整體穿透管組件的總收縮。而且，在一個實施例中，管214、216、218可包括直徑不同的不銹鋼管。然而，其它材料，例如但不限于鈦合金、鉻鎳鐵合金、非金屬環(huán)氧樹脂和碳基管，可以用于形成管?？梢宰⒁獾剑谀承嵤├?，第一接頭220和第二接頭222可以是環(huán)形的。此外，在一個示例中，環(huán)形的第二接頭222可由鋁形成，如果致冷劑容器104是鋁容器的話。而且，第一接頭220可摩擦焊接至不銹鋼管。另外，第一接頭220和第二接頭222，如果用作熱聯(lián)接到熱屏蔽件106的位置，可由摩擦焊接的銅形成。然而，如果管214、216、218包括非金屬的管，則接合環(huán)可以粘合在金屬環(huán)上。
現(xiàn)在參照圖3，描繪了構(gòu)造成用于低溫恒溫器的穿透管組件的示例性壁部件302的另一實施例。特別地，圖3是用于低溫恒溫器101 (見圖I)的穿透管組件的壁部件302的另一實施例的軸向截面圖的一部分的示意圖。而且，附圖標(biāo)記304大體上表示穿透管的對稱軸線。壁部件302具有第一固定端306和第二固定端308。此外,可以米用非傳導(dǎo)復(fù)合材料來形成壁部件302。在圖3的實施例中，壁部件302包括玻璃纖維強化塑料(GRP)管。作為備選，在某些實施例中，壁部件302可包括碳纖維復(fù)合材料(CFC)管。此外，薄的不銹鋼帶310纏繞在外GRP管表面上而形成壁部件302。將不銹鋼帶310纏繞在外管表面上幫助減小通過GRP或CFC型穿透管的氦氣滲透。不銹鋼帶31 0因而充當(dāng)高效的滲透障礙。另外，還采用不銹鋼帶310以加強GRP管。此外，不銹鋼帶310還幫助防止GRP管由于在急冷期間累積的內(nèi)部壓力而膨脹。不銹鋼帶310還通過圍繞管施加編織層網(wǎng)狀物而增加薄壁管的壓力承受能力。而且，在一個實施例中，不銹鋼帶310可具有范圍從大約I mil到大約5 mil的厚度。此外，在某些實施例中，壁部件302還可包括熱站環(huán)312。在一個實施例中，熱站 環(huán)312可使用銅形成。而且，熱站環(huán)312提供到低溫冷卻器(例如圖I的低溫冷卻器120)的熱聯(lián)接。特別地，熱站環(huán)312構(gòu)造并定位成以便幫助防止GRP管由于在磁體的急冷期間累積的內(nèi)部管壓力而彎曲。熱站環(huán)312還可操作地聯(lián)接至圖I的低溫恒溫器101的熱屏蔽件106 (見圖I)?？梢圆捎靡粋€或多個柔性編織物(在圖3中未顯示)，以將熱站環(huán)312操作地聯(lián)接至熱屏蔽件106并且使得熱能夠傳遞出穿透管組件。在某些實施例中，柔性編織物可包括銅編織物。而且，可以使用銅環(huán)(在圖3中未顯示)，以便于壁部件302到熱屏蔽件106的聯(lián)接。在一個實施例中，銅環(huán)可嵌入壁部件302中。另外，低溫冷卻器，例如圖I的低溫冷卻器120，可以聯(lián)接至熱屏蔽件106，在那里，低溫冷卻器用于將熱屏蔽件維持在大約45 K的溫度。壁部件302的第二端308經(jīng)由第一凸緣314聯(lián)接至致冷劑容器104(見圖I)。另夕卜，在當(dāng)前考慮的圖3的構(gòu)型中，壁部件302的第一端306可操作地聯(lián)接至波形管部件316。波形管部件316繼而經(jīng)由第二凸緣318聯(lián)接至低溫恒溫器101的致冷劑容器104。在某些實施例中，第一凸緣314和第二凸緣318可以使用不銹鋼、鋁或者銅形成。如將意識到的，在低溫恒溫器的正常操作期間，存在橫跨穿透管組件的長度的從大約300 K到大約4 K的溫度梯度。然而，在急冷期間，該溫度梯度衰退，并且因而在穿透管組件的整體長度上有基本均勻的溫度，從而將管溫度減小到從大約5 K到大約10 K的范圍。這種溫度梯度的缺乏不利地增加了穿透管組件中的應(yīng)力和應(yīng)變，并且可能在磁體的急冷期間導(dǎo)致壁部件302的GRP管的收縮。在圖3的實施例中，波形管部件316構(gòu)造成幫助增加壁部件302的有效熱長度。特別地，采用波形管部件316以補償GRP管在急冷期間的收縮，這繼而顯著地減小了穿透管組件內(nèi)的軸向應(yīng)力集中。波形管部件316還幫助補償穿透管組件的熱膨脹，并且在傳輸期間。如圖3所描繪的那樣實行穿透管組件顯著地減小了由穿透管組件引起的對低溫恒溫器101的熱負(fù)荷。圖4描繪了用于低溫恒溫器(例如圖I的低溫恒溫器)中的穿透管組件的壁部件402的又一實施例400。特別地，圖4是用于低溫恒溫器中的穿透管組件的壁部件402的另一實施例的軸向截面圖的一部分的示意圖。而且，附圖標(biāo)記408大體上表示穿透管的對稱軸線。壁部件402具有第一端404和第二端406，并且構(gòu)造成增加壁部件402的有效熱長度。在圖4的圖示實施例中，壁部件402包括波形管。該波形管幫助增加壁部件402的有效熱長度。另外，穿透管組件400包括設(shè)置成鄰近壁部件402的薄壁管410。在某些實施例中，薄壁管410可包括環(huán)氧樹脂管。作為備選，在某些其它實施例中，薄壁管410可包括不銹鋼管。而且，在某些實施例中，薄壁管410可以是平滑的管，從而幫助增加急冷氣流。在某些實施例中，薄壁管410還可以是波形管。此外，根據(jù)本技術(shù)的方面，箔片412可設(shè)置在薄壁環(huán)氧樹脂管410與壁部件402之間的環(huán)形空間中?？梢宰⒁獾?，箔片412可包括Mylar箔片、尼龍箔片、聚乙烯型箔片等。箔片412可構(gòu)造成減小由管402與410之間的由對流和傳導(dǎo)引起的熱交換。舉例而言，箔片412可構(gòu)造成減小由伯納德型氣態(tài)微對流引起的熱交換。這種類型的對流通常出現(xiàn)在維持在不同溫度的兩個平行的水平表面之間。波形管內(nèi)的微對流有可能使熱路徑長度“短路”，并且從而將熱負(fù)荷從室溫增加到大約4 K。
此外，在一個實施例中，一個或多個間隔元件414可設(shè)置在波形管壁部件402和薄 壁環(huán)氧樹脂管410之間。這些間隔元件414幫助維持波形壁部件402與薄壁的不銹鋼或環(huán)氧樹脂管410之間的均勻間隔。在某些實施例中，間隔元件414可包括帶有通孔的尼龍間隔元件。而且，間隔元件414的位置允許形成到熱屏蔽件106的熱聯(lián)接件。特別地，熱聯(lián)接件可以是散熱站。在一個實施例中，熱聯(lián)接件可以是將間隔元件414聯(lián)接至熱屏蔽件106的環(huán)形凸緣。作為備選，熱聯(lián)接件可包括柔性銅編織物。附圖標(biāo)記416大體上表示幫助將波形管壁部件402的第一端404聯(lián)接至OVC 108 (見圖I)的凸緣。而且，波形壁部件402的第二端406使用圓形進入凸緣418而操作地聯(lián)接至致冷劑容器104 (見圖I)。在某些實施例中，圓形進入凸緣418被焊接至致冷劑容器104中的開口。圓形進入凸緣418構(gòu)造成減小進入流動阻力，從而增加急冷氣體流動并減小在氦容器中累積的壓力。在一個實施例中，如圖4所描繪的那樣實行穿透管組件在結(jié)構(gòu)上穩(wěn)定了管402,410,因為波形管壁部件402經(jīng)由間隔元件414而操作地聯(lián)接至熱屏蔽件106?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5，用于低溫恒溫器(例如圖I的低溫恒溫器)中的穿透管組件的壁部件502的另一實施例500。特別地，圖5是用于低溫恒溫器中的穿透管組件的壁部件502的另一實施例的軸向截面圖的一部分的示意圖。在一個實施例中，壁部件502可表示圖4的薄壁管410。而且，附圖標(biāo)記516大體上表示穿透管的對稱軸線。在圖5描繪的實施例中，薄壁環(huán)氧樹脂管可以大體上由附圖標(biāo)記502表示。而且，薄壁環(huán)氧樹脂管502具有第一端504和第二端506。薄壁環(huán)氧樹脂管502的第一端504經(jīng)由第一凸緣508聯(lián)接至OVC 108 (見圖I)，而薄壁環(huán)氧樹脂管502的第二端506經(jīng)由第二凸緣510聯(lián)接至低溫恒溫器101的致冷劑容器104(見圖I)。在某些實施例中，第一凸緣508和第二凸緣510可以使用不銹鋼、銅或者招形成。此外，根據(jù)本技術(shù)的方面，薄壁環(huán)氧樹脂管502包括波形管部件512。波形管部件512幫助在磁體的急冷期間增加壁部件502的有效熱長度。特別地，波形管部件512構(gòu)造成補償壁部件502在急冷期間的突然收縮。而且，在一個實施例中，薄壁管502可以使用TiAl6V4形成。使用TiAl6V4形成薄壁管512顯著地增加了薄壁管512的壓力承受能力。另外，根據(jù)本技術(shù)的方面，薄壁管502包括一個或多個加強件或加強元件514，其操作地聯(lián)接至薄壁管502。在某些實施例中，這些加強元件514可由不銹鋼形成。然而，在某些其它實施例中，加強元件514可以使用TiAl6V4形成。此外，加強元件514構(gòu)造成增加薄壁管502的壓力承受能力。特別地，加強元件514以基本類似的方式作用于薄壁管502內(nèi)部的壓力和薄壁管502外部的壓力。而且，加強元件514的使用不會顯著地影響對低溫恒溫器101的熱負(fù)荷。實行包括加強元件514的薄壁管502允許厚度減小的薄壁管的使用。現(xiàn)在參照圖6，描繪了構(gòu)造成用于圖I中的低溫恒溫器101的穿透管組件中的壁部件602的另一實施例600。具體而言，圖6是用 低溫恒溫器中的穿透管組件的壁部件602的另一個實施例的軸向截面圖的一部分的示意圖。而且，附圖標(biāo)記608大體上表示穿透管的對稱軸線。在圖6圖示的實施例中，壁部件602包括柔性管604。柔性管604可以使用聚乙烯基氯乙烯(Polyethylenvinylchloride) PVC、尼龍、聚酰胺、聚苯乙烯、聚乙烯、碳或環(huán)氧樹脂復(fù)合材料結(jié)構(gòu)或者其組合。另外，壁部件602包括設(shè)置在柔性管604上或周圍的柔性螺旋管部件606。在某些實施例中，柔性螺旋管部件606可包括不銹鋼線。柔性管604構(gòu)造成在壓力下膨脹并且被圍繞復(fù)合材料柔性管604纏繞的螺旋管部件606支撐。圖6的實施例的設(shè)計允許在急冷期間使用相對薄壁的柔性管604，其由設(shè)置成圍繞柔性管604的螺旋管606強化。此外，圖6的壁部件602允許壁部件602由于設(shè)置成圍繞柔性管部件604的螺旋柔性管606而在急冷之后快速地減小開口直徑。此外，壁部件602的第一端經(jīng)由第一凸緣612聯(lián)接至OVC 108 (見圖I)，而壁部件602的第二端經(jīng)由第二凸緣614聯(lián)接至致冷劑容器104(見圖I)。第一凸緣612和第二凸緣614可以使用不銹鋼、銅或者鋁形成。圖7描繪了構(gòu)造成用于低溫恒溫器的穿透管組件中的壁部件702的又一實施例700。特別地，圖7是用于低溫恒溫器中的穿透管組件的壁部件702的另一實施例的軸向截面圖的一部分的示意圖。而且，附圖標(biāo)記716大體上表示穿透管的對稱軸線。在該實施例中，壁部件702包括具有第一端706和第二端708的薄壁管704。薄壁管702的第一端704經(jīng)由第一凸緣718聯(lián)接至OVC 108，并且薄壁管702的第二端706經(jīng)由第二凸緣720聯(lián)接至低溫恒溫器101的致冷劑容器104(見圖I)。在某些實施例中，第一凸緣718和第二凸緣720可以使用不銹鋼形成。薄壁管704可使用具有低熱導(dǎo)率的材料形成。舉例而言，低熱導(dǎo)率材料可包括鎳鐵合金、鉻鎳鐵合金、鈦合金或者復(fù)合型材料，例如但不限于玻璃纖維強化環(huán)氧樹脂或碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。另外，根據(jù)本技術(shù)的方面，壁部件702包括設(shè)置在薄壁管704的外壁表面上的編織套筒710。編織套筒710構(gòu)造成強化薄壁管704。而且，編織套筒710可以使用具有低熱導(dǎo)率的材料形成。舉例而言，可以采用聚乙烯、尼龍、聚酰胺、GRP、CFC等來形成編織套筒710。由于在急冷期間壓力在低溫恒溫器101中累積，因而薄壁管704傾向于彎曲。編織套筒710在薄壁管704上的使用幫助減小急冷期間的薄壁管704上的內(nèi)部壓力。此外，第一波形部件712可聯(lián)接至薄壁管704的第一端706，而第二波形部件714可聯(lián)接至薄壁管704的第二端708。這些波形部件712、714也幫助增加壁部件702的有效熱長度，并且同時減小在急冷期間累積在管內(nèi)的軸向應(yīng)力。而且，在急冷期間，致冷劑118 (見圖I)從致冷劑容器104通過薄壁管704中的開口 722流至OVC 108。圖7所描繪的實施例沒有熱站環(huán)。然而，在某些實施例中，設(shè)想了熱站環(huán)的使用。實行如圖7描繪的穿透管組件增加了壁部件704的有效熱長度，從而減小了由穿透管組件引起的對低溫恒溫器101的熱負(fù)荷。而且，編織套筒710的使用增加了薄壁管704的壓力承受能力?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖8，描繪了構(gòu)造成用于圖I的低溫恒溫器101的穿透管組件中的壁部件802的另一實施例800。在當(dāng)前考慮的構(gòu)型中，壁部件802包括盤繞在一起的一對波形柔性管804。特別地，選定波形柔性管804，使得所有管的截面積能夠?qū)崿F(xiàn)急冷氣體的釋放。此夕卜，柔性管804形成為螺旋形式，以增加壁部件802的整體有效熱長度。另外，柔性盤繞管804構(gòu)造成膨脹及收縮，以幫助急冷氣體的釋放。可以注意到，在某些實施例中，壁部件802可包括非柱狀管。另外，圖I的穿透管組件110的相對寬的開口分段成一個或多個相對較小的開口，從而減小由穿透管組件引起的對低溫恒溫器101的熱負(fù)荷。特別地，在圖8所描繪的實施例中，穿透管組件800具有封閉的第一端和封閉的第二端。另外，管部件802并且特別地波形柔性管804具有第一端806和第二端808。管部件802的第一端806經(jīng)由第一凸緣810聯(lián)接至OVC 108 (見圖I)，而管部件802的第二端808經(jīng)由第二凸緣812聯(lián)接至致冷劑容器 104(見圖I)。如上所述，第一凸緣810和第二凸緣812可以使用不銹鋼、銅或者鋁形成。根據(jù)本技術(shù)的方面，波形柔性管804的第一端806經(jīng)由開口 814向OVC 108打開，而波形柔性管804的第二端808經(jīng)由開口 816向致冷劑容器104打開。特別地，穿透管組件的封閉的第二端808分段成一個或多個相對較小的開口 816。更具體而言，封閉的第二端808具有開口 816，其允許致冷劑(見圖I)通過波形柔性管804而從致冷劑容器104 (見圖I)行進至OVC 108 (見圖I)。舉例而言，在急冷期間，來自致冷劑容器104的致冷劑118 (例如氦)可以通過開口 816進入柔性管804并且通過開口 814向OVC 108流過管804。實行如圖8描繪的穿透管組件由于壁部件802的盤繞幾何結(jié)構(gòu)而呈現(xiàn)出在低溫恒溫器101上的非常低的熱負(fù)擔(dān)。上文所述的構(gòu)造成用于低溫恒溫器中的穿透管組件的示例性壁部件的各種實施例通過增加穿透管組件的壁部件的有效熱長度而可觀地減小了由穿透管組件引起的對低溫恒溫器的熱負(fù)荷。低溫恒溫器上的更低的熱負(fù)擔(dān)有利地導(dǎo)致了增加穿越時間、延長冷頭工作時間和成本節(jié)省。舉例而言，穿透管組件的簡化設(shè)計減小了整體系統(tǒng)的成本。另外，在某些情形中，示例性穿透管組件的使用規(guī)避了對于到冷頭的熱聯(lián)接件的需求。此外，如上所述，穿透件解決了系統(tǒng)的熱負(fù)荷的至少30%至40%。由上文描述的示例性穿透管組件的使用導(dǎo)致的對低溫恒溫器的低的熱負(fù)荷有可能幫助減小在低溫恒溫器中所要求的總氦存量。上文描述的穿透管組件的各種實施例因而介紹了熱負(fù)荷優(yōu)化穿透件，這是對于成功的低溫恒溫器設(shè)計的關(guān)鍵因素。另外，在某些實施例中，在不使用波紋管的情況下，可增加壁部件的有效熱長度。而且，示例性穿透管組件通過使自由通道能夠?qū)崿F(xiàn)而增加了磁體急冷期間的氣體流動的容易性。雖然已經(jīng)在本文中顯示并描述了本發(fā)明的僅僅某些特征，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會想到許多修改和變化。因此，應(yīng)當(dāng)理解，所附權(quán)利要求意圖覆蓋落在本發(fā)明的真實精神內(nèi)的所有這種修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于低溫恒溫器的穿透管組件，所述穿透管組件包括 壁部件，其具有第一端和第二端，并且構(gòu)造成改變所述壁部件的有效熱長度，其中，所述壁部件的第一端連通地聯(lián)接至高溫區(qū)域，并且所述壁部件的第二端連通地聯(lián)接至設(shè)置在所述低溫恒溫器的致冷劑容器內(nèi)的致冷劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穿透管組件，其特征在于，所述高溫區(qū)域具有范圍從大約80K到大約300 K的溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穿透管組件，其特征在于，所述致冷劑包括液氦、液氫、液氖、液氮或者其組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穿透管組件，其特征在于，所述壁部件構(gòu)造成在從大約50mm到大約300 mm的范圍中改變所述壁部件的有效熱長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穿透管組件，其特征在于，所述壁部件包括彼此相套的多個管，并且其中，所述多個管中的每個管以串聯(lián)的方式操作地聯(lián)接到至少一個其它管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的穿透管組件，其特征在于，所述多個管構(gòu)造成在不使用波形管的情況下改變所述壁部件的有效熱長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的穿透管組件，其特征在于，所述多個管包括不銹鋼管、玻璃纖維強化環(huán)氧樹脂管、TiAl6V4管、鋁管或者其組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的穿透管組件，其特征在于，還包括一個或多個間隔元件，其構(gòu)造成維持所述多個管中的每個管之間的確定間隔。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穿透管組件，其特征在于，所述壁部件包括 玻璃纖維強化塑料管；和 設(shè)置在所述玻璃纖維強化塑料管的外壁表面上的不銹鋼帶。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的穿透管組件，其特征在于，還包括熱聯(lián)接件，其聯(lián)接至所述玻璃強化塑料管并構(gòu)造成減小對所述低溫恒溫器的熱負(fù)荷。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的穿透管組件，其特征在于，還包括波形區(qū)段，其操作地聯(lián)接至所述玻璃強化塑料管的第一端并構(gòu)造成改變所述玻璃強化塑料管的有效熱長度。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穿透管組件，其特征在于，所述壁部件包括波形管。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的穿透管組件，其特征在于，還包括 設(shè)置成鄰近所述壁部件的薄壁管；和 箔片，其設(shè)置在所述薄壁管與所述壁部件之間的環(huán)形空間中，并且構(gòu)造成減小所述致冷劑與所述壁部件之間的熱交換。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的穿透管組件，其特征在于，還包括一個或多個間隔元件，其設(shè)置在所述壁部件與所述薄壁管之間并構(gòu)造成維持所述壁部件與所述薄壁管之間的確定間隔。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穿透管組件，其特征在于，還包括一個或多個加強元件，其沿著所述壁部件設(shè)置，并且構(gòu)造成增加所述壁部件的壓力承受能力，并且構(gòu)造成強化所述壁部件以減小所述壁部件的彎曲。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的穿透管組件，其特征在于，所述一個或多個加強元件包括不銹鋼加強元件、TiAl6V4加強元件或者其組合。
17.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穿透管組件，其特征在于，所述壁部件包括薄壁管；和 設(shè)置在其上的螺旋柔性管。
18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穿透管組件，其特征在于，所述壁部件包括復(fù)合管，其中，所述復(fù)合管包括 薄壁管；和 設(shè)置在所述薄壁管的外表面上的編織軟管。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的穿透管組件，其特征在于，還包括波形區(qū)段，其操作地聯(lián)接至所述壁部件的第一端、第二端或者第一端和第二端兩者。
20.根據(jù)權(quán)利要求I所述的穿透管組件，其特征在于，所述壁部件包括樣式為螺旋形式的多個柔性管。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的穿透管組件，其特征在于，所述多個柔性管中的每一個包括第一端和第二端，其中，所述第一端通向所述低溫恒溫器的外真空腔室中，并且所述第二端通向所述低溫恒溫器的致冷劑容器中，并且其中，所述第二端允許致冷劑從所述致冷劑容器通過所述柔性管通過所述第一端流到所述外真空腔室。
22.一種用于低溫恒溫器的穿透管組件，所述穿透管組件包括 壁部件，其具有第一端和第二端，并且構(gòu)造成改變所述壁部件的有效熱長度，其中，所述壁部件包括彼此相套的多個管，其中，所述多個管中的每個管以串聯(lián)的方式操作地聯(lián)接到至少一個其它管，并且其中，所述多個管構(gòu)造成在不使用波形管的情況下改變所述壁部件的有效熱長度。
23.一種用于磁共振成像的系統(tǒng)，包括 獲取系統(tǒng)，其構(gòu)造成獲取代表患者的特征的圖像數(shù)據(jù)，其中，所述獲取系統(tǒng)包括 超導(dǎo)磁體，其構(gòu)造成在其中接收所述患者； 低溫恒溫器，包括致冷劑容器，所述超導(dǎo)磁體包含在所述致冷劑容器中，其中，所述低溫恒溫器包括熱負(fù)荷優(yōu)化穿透管組件，其包括 壁部件，其具有第一端和第二端，并且構(gòu)造成改變所述壁部件的有效熱長度，其中，所述壁部件的第一端連通地聯(lián)接至高溫區(qū)域，并且所述壁部件的第二端連通地聯(lián)接至設(shè)置在所述低溫恒溫器的致冷劑容器內(nèi)的致冷劑；和 處理系統(tǒng)，其與所述獲取系統(tǒng)操作相關(guān)，并且構(gòu)造成處理所獲取的圖像數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于減小低溫恒溫器熱負(fù)荷的穿透管組件。介紹了一種用于低溫恒溫器的穿透管組件。該穿透管組件包括壁部件，其具有第一端和第二端并構(gòu)造成改變壁部件的有效熱長度，其中壁部件的第一端連通地聯(lián)接至高溫區(qū)域，并且壁部件的第二端連通地聯(lián)接至設(shè)置在低溫恒溫器的致冷劑容器內(nèi)的致冷劑。
文檔編號H01F6/04GK102809240SQ201210175708
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者E.W.施陶特納, K.M.阿姆, R.L.麥唐納, A.曼通, J.小斯卡圖羅, 江隆植, W.沈 申請人:通用電氣公司