专利名称：爆破片装置及更换爆破片装置中的爆破片的方法
技术领域：
本发明涉及用于控制低温恒温器的排出路径的改进的设备和方法，特别涉及爆破片装置(burst disc arrangement)及更换爆破片装置中的爆破片 的方法。
背景技术：
此项技术中众所周知，在低温恒温器内通常通过例如液体氦等液体致冷 剂来冷却超导磁体。超导磁体也易受淬火事件的影响，其中出于若干原因之 一，超导磁体的一部分不再是超导的。在部分磁体中产生的电阻在有电流经 过时产生热量。这会迅速导致超导磁体的其它部分也不再超导。结果是，存 储在磁体磁场中的全部能量突然以热量的形式被释放。在^皮液体致冷剂冷却 的超导磁体中，这通常导致大量致冷剂迅速汽化，并高速地从低温恒温器中 排出气体和液体致冷剂。在淬火期间，至关重要的是，允许逸出的致冷气体以安全的方式从低温 恒温器中排入相关联的导管，并且从容置磁体的建构物中安全地导出。低温恒温器的出口点必须允许气体在最小程度的限制下排出，而低温恒 温器的出口点必须保持气密，直到故障点(即，淬火)为止。出口点通常通 过对低温恒温器内压力的增加作出响应而打开。目前，已知提供可再密封的淬火阀来控制出口点。在低温恒温器内达到 特定压力之前，淬火阀一直是关闭的。 一旦低温恒温器的压力达到特定的值， 淬火阀便会被作用于其上的压力打开。 一旦淬火事件结束，淬火阀将对自身再次密封，且应当未受损害。然而，在此种装置下，阀的机构直接位于排出 流动路径中，这会减小气流的可用横截面面积，而这又会增加淬火期间低温 恒温器的压力。这与氦容器的设计有直接关系。美国专利6109 042描述了 一种超导^t体用的低温恒温器压力緩解通风系 统，其包含带有爆破片组合件的低温恒温器气体通风组合件，所述爆破片组 合件包含爆破片、垫圈、套管和螺栓组合件以及一体式子组合件。这份专利 的标的物与本发明的区别至少在于其使用标准的管道凸缘将爆破片保持在 适当位置。其还需要完全移除螺栓才能取出破裂的爆破片。美国专利申请案2003127132-A1描述了一种超导磁体用的爆破片组合 件，其具有固定单元，用以施加恒压以将爆破片与捕获凸缘朝彼此按压。当 低温恒温器中压力超过预定值时，爆破片打开一个排出路径。这份专利的标 的物与本发明的区别至少在于，其使用围绕石墨爆破片的金属环将爆破片定 位在彼此闩在一起的两个凸缘之间。此装置要求通过完全移除螺栓以将两个 凸缘完全隔开，然后才能更换爆破片。美国专利申请案2005088266-Al描述了一种MRI超导石兹体用的零回流通 风组合件，其在氦压力容器中累积了不合需要的压力时将阀打开，而在容器 内部的压力下降至安全水平时将阀关闭。这份专利的标的物与本发明的区别至少在于，其描述了塌J皮片与淬火阀的集成。美国专利申请案2 0 0 519 8 9 7 3-A1描述了 一种,兹共振成像系统用的》兹体通 风组合件，其具有两个阀，所述阀经配置可引导来自磁体的致冷气体的流动 路径通过两个爆破片之一。这份专利的标的物与本发明的区别至少在于，其 并行地使用两个爆破片，且在淬火之后手动使流动路径转向。然后可更换爆 破片。英国专利GB1196091和美国专利5， 050, 630都^是出一种爆破片装置，其中 通过夹紧环将爆破片压在两个凸缘之间。其它已知的解决方案包含单个和多个爆破片。爆破片是易碎的密封物，其在正常环境下关闭低温恒温器的排出路径。爆破片通常较薄，形状呈圓形， 但是本文中使用的术语"爆破片"适用于具有任意适当形状的此种易碎密封 物。在淬火事件期间，低温恒温器内的压力升高并使得爆破片破裂，从而打 开一条排出路径以供汽化的致冷剂从低温恒温器中逸出。此种已知的爆破片 解决方案通常涉及可更换的爆破片，其以压缩状态保持在高压凸缘与低压凸 缘之间，高压凸缘形成在通往低温恒温器的高压导管一端，而低压凸缘形成 在构成排出通道的一部分的低压导管一端处，所述排出通道为从低温恒温器 中抽出被排出的致冷剂提供了一条安全的路径。在爆破片破裂之后，必须拆 开凸缘之间的接合，以取出破碎的爆破片的剩余部分，并装上新的爆破片。 这较耗时且较困难，因为目前的解决方案需要移除所有螺母和螺栓并将凸缘 分开爆破片。目前的解决方案向例如磁共振成像系统等反复运作的设备中引 入了淬火之后的显著延迟。最终用户将不希望有此种延迟，因为他将已经因 为淬火而遭受了其系统使用的损失。例如磁共振成像设备等系统通常使用频 率较高，且任意使用损失可能意味着将无法收集宝贵的医学数据，这可能会 对患者造成身体上的损害。发明内容因此，本发明提供用于控制低温恒温器的排出路径的改进的方法和设 备，其减轻了现有技术的一些不便。本发明采用一次性爆破片,其不需要在 排出流动路径中布置阀机构。此外，本发明提供一种允许(例如)在爆破片 已破碎之后快速且容易地更换爆破片的装置。这确保了逸出的致冷气体拥有 较大的排出路径。本发明只需要松开而不是完全移除固定螺钉，便可更换破碎的爆破片。 然后可取出破碎的爆破片的剩余部分，并装上新的爆破片。这种解决方案只需要对凸缘进行少量的横向移动(2到3 mm)而无需完全分开凸缘，便可执 行这个操作。已知解决方案的一个至今在很大程度上被忽视的缺陷在于，压缩机(例 如氦压缩机，其中将氦用作致冷剂)在发生淬火事件且爆破片破碎或淬火阀 打开后仍继续操作。这具有重要缺陷，即冷冻机继续冷却辐射屏蔽物。 一旦 淬火事件已经造成尽可能多的致冷剂被排出且冷冻机仍在操作，低温恒温器 内的压力便可能会下降到大气压力以下，从而将空气吸入低温恒温器中。这 很成问题，因为空气可能会在低温恒温器内部冻结。 一旦空气已经在低温恒温器内部冻结，其便只能通过以下方式移除将整个系统的温度提高到足够 高，以使得空气返回气体状态。于是，磁体和低温恒温器将需要被冷却回到 操作温度，这将引入重大的延迟，且可能会消耗大量昂贵的致冷剂。本发明 的一个方面提供一种传感器，其经配置以检测爆破片的爆破，或检测其它指 示低温恒温器的排出路径打开的操作，并且响应于此检测而停止压缩机和冷 冻机。这将允许低温恒温器内的剩余致冷剂继续通过排出路径汽化，从而减 ,J 、空气进入低温恒温器的可能性。因此，本发明的特定实施例在爆破片一侧上添加传感器。这个传感器通 常是开/关类型的电传感器，其在安装时和磁体正常操作期间处于第一状态， 但响应于爆破片的爆破而改变成相反的第二状态。添加此传感器至少提供了 以下优点可用传感器来关闭操作冷冻机的氦压缩机。系统中任何剩余的氦 将緩慢汽化，因此将保持容器内部的压力高于大气压，并减少空气进入的可 能性。所述传感器还可连接到警报系统，所述警报系统可向用户或服务机构 指示爆破片的破碎。确切地说，本发明提供随附权利要求书中定义的方法和设备。
现在将结合附图相对于特定数目的实施例来描述本发明的以上和其它 目标、特征和优点，所述实施例只是以举例方式l是供的，图中 图l展示根据本发明的爆破片组合件的侧视图；图1A展示穿过图1的若干部件的不与一开口相交的平面而获取的横截面；图2和图3分别展示根据本发明实施例的被插入到外壳中的爆破片和传感器的透视图和侧-现图；图4展示根据本发明实施例的具有移除孔的外壳下侧；以及图5A和图5B展示说明根据本发明实施例的使用传感器的保护电路的实施方案的电路。
具体实施方式
本发明为爆破片提供安装装置，其允许容易地接触到爆破片并快速、筒 单地更换爆破片。优选的情况是，本发明使得无需完全移除任意相关联的固 定扣件即可更换爆破片。在特定的优选实施例中，本发明采用爆破片传感器来控制相关联的压缩 机，使得压缩机的操作响应于爆破片的破碎而停止，这会防止低温恒温器内 的压力在淬火事件后变为低于大气压。图l展示根据本发明的爆破片组合件的侧视图。高压导管12从低温恒温 器中引出，并在高压凸缘中终止，该高压凸缘因为被遮罩在外壳50内而在图 中不可见。低压导管14形成排出通道的一部分，所述退出通道为从低温恒温 器中抽出所排出的致冷剂提供安全路径。低压导管14在低压凸缘6 0中终止。 外壳50配合在高压和低压凸缘周围并将其封闭。外壳可由两个部分组成，其 分别放置在高压和低压凸缘上，然后通过任意合适的常规构件(未图示)接 合在一起，所述构件例如是螺栓、螺钉、铆钉或焊接。根据本发明的一个方 面，在围绕外壳50以一定间隔隔开的带有螺紋的通孔中提供密封螺栓56。密 封螺栓经配置以对低压凸缘60施压，并将其朝高压凸缘推动。可更换的爆破 片52位于低压凸缘60与高压凸缘之间。随着密封螺栓被捋紧，爆破片在低压 凸缘与高压凸缘之间压缩，从而对每个凸缘形成具有所需质量的气密密封。优选的情况是，爆破片的两个面上均具备垫圈密封物，以辅助对低压凸缘和 高压凸缘分别形成防漏密封。在优选实施例中，可提供连接到导线58的邻近爆破片52的传感器54 (图l中未图示，因为其遮罩在外壳50内，但下文将更 详细描述)，以便提供对爆破片的状态的指示。外壳50包含开口20,其足够 大，以允许可更换的爆破片52和传感器54从中穿过。图1A展示穿过图1的若干部件的不与开口20相交的平面而获取的横截 面。密封螺栓56展示为松开的，其中新插入的爆破片52和可选的传感器54位 于高压导管12和低压导管14的凸缘60之间。如此图中所示，外壳50包含腔51， 腔51经成型和尺寸设计以便容纳高压导管12和低压导管14的凸缘60、爆破片 52,视需要还容纳传感器54，其中具有足够的轴向空隙53以允许插入和移除 爆破片52,视需要还插入和移除传感器54。特定来说，腔51的轴向尺寸a比 凸缘60、爆破片52和任意传感器54的轴向尺寸之和大一定量，所述量足以提 供空隙53以允许插入和移除爆破片52且视需要还插入和移除传感器54。腔51 的直径d比凸缘60、爆破片52和任意传感器54中任一者的直径e大一定量，所 述量足以提供空隙55以允许凸缘60、爆破片52和任意传感器54在腔51内的轴 向移动。在爆破片破碎之后，只要松开密封螺栓56、通过开口20取出爆破片52并 用新的爆破片将其更换、然后重新拧紧密封螺栓56即可。任意可能存在的传 感器54可遵照这个程序同时更换或单独更换。优选的情况是，确定密封螺栓 56和外壳50的适当尺寸，使得无需将密封螺栓完全从其螺紋中移除即可将爆 破片和传感器(如果有的话)移除及更换。因此，更换根据本发明的爆破片 迅速且筒单。如所属领域的技术人员将容易明白的，螺栓可使用等效的扣件 —,4义，例如快速释》文直角回4争(quarter turn)扣件。本发明允许无需分开凸缘即可安装和移除爆破片5 2,并且只需导管12 、 14及其相关联的凸缘60作最小量的移动。事实上，只需将凸缘分开得足以减 轻爆破片52上的压力并给予其足够的空隙以通过开口 2 0移除及更换爆破片52即可。这个概念允许以沉重导管12、 14的最小量的移动来移除及更换爆破 片。本发明减小了目前通风解决方案(淬火阀)的大小和复杂性，从而允许 致冷气体在淬火情况下从低温恒温器中有效排出，同时仍减少空气进入和形 成水的风险，原因在于借助提高的速度来更换爆破片以及通过可选传感器的 操作，如下文中将进一步论述的。图2和图3展示如何将爆破片52和传感器54插入到外壳50中，优选从上方 进行，但是外壳50可按照对特定安装方便的情况装置成使开口20位于任意方 位上。爆破片52和可选传感器54 (如果存在的话)在至少一个表面且优选每个 表面上具有垫圈密封，以便辅助在通过密封螺栓56将凸缘推进到一起时与凸 缘形成防漏密封。本发明的装置的一个特定特征在于，无需完全移除密封螺 栓56即可允许移除及更换爆破片52和任意传感器54。在密封螺栓56处于图3所示的位置时，可将低压导管14及其凸缘60从高 压导管12及其凸缘处拉回，且可插入爆破片52和可选的传感器54。此处将可 选的传感器54显示为在爆破片52的高压侧上，但其可装在爆破片的任一侧 上。在已将爆破片52和任意传感器54插入到外壳5 0中之后，柠紧密封螺栓 56,这又会迫使低压凸缘抵靠爆破片52，从而将其抵靠着高压凸缘压缩，并 对每个凸缘形成防漏密封，如图l中"i兌明的。外壳50连同其开口20允许连接到传感器54的传感器导线58无需额外端 口即可/人组合件中退出。可向密封螺栓56添加弹簧62,以便减少密封螺栓56因振动而变松的可能性。可使用例如直角回转扣件等快速释放扣件替代所描述的密封螺栓56。其 它为所属领域的技术人员众所周知的扣件也可作为替代被使用。图4展示外壳50的下侧，其中移除孔64布置在开口20的直径上相反的部 分上，并且只允许对爆破片的表面有限的接近爆破片。为了使得爆破片52能 够例如在已经破碎后容易地移除，松开密封螺栓56,且可使用螺丝刀或类似 工具将爆破片52从外壳50中推出，并将其推动穿过移除孔64。现在将描述传感器54的用法的一个实例。压缩机(例如氦压缩机，其中使用氦作为制冷剂)通常在已经发生了淬 火事件且爆破片破碎或淬火阀打开之后仍继续操作。这具有重要缺陷，即冷 冻机继续冷却辐射屏蔽物。 一旦淬火事件已经尽可能多地排出致冷剂且冷冻 机仍在操作，低温恒温器内的压力便可能会下降到大气压力以下，从而将空 气吸入低温恒温器中。这很成问题，因为空气可能会在低温恒温器内部冻结， 且只能通过以下方式移除将整个系统的温度提高到足够高，以使得空气返 回气体状态。于是，磁体和低温恒温器将需要被冷却回到操作温度，这将引 入重大的延迟，且可能会消耗大量昂贵的致冷剂。传感器54优选经配置以检 测爆破片的爆破，或检测其它指示低温恒温器的排出路径打开的操作，并且 响应于此检测而停止压缩机和冷冻机。这将允许低温恒温器内的剩余致冷剂 继续通过排出路径汽化，从而减少空气进入低温恒温器的可能性。图5A展示说明当爆破片及其传感器完整时使用传感器54的保护电路的 一个可能的实施方案的电路。在这个实例中，传感器是通常闭合的开关。在 其它替代方案中，传感器可能是通常断开的开关，或在电阻、电感、电容、 电压输出、电流输出或其它任意适合执行传感器功能的特性方面改变的传感 器。在图5A中说明的实例中，将传感器54硬连线到压缩机68用的RUN信号中。 当传感器54闭合时，也就是说，当爆破片完整时，压缩机68将运行。可能需 要所属领域的技术人员众所周知的合适的电路对来自其它类型的传感器的 输出信号进行调适以使其适合于控制压缩机RUN信号。图5B展示当爆破片已经破碎且传感器已经检测到这个状态变化时的同 一电路。传感器已经变成断开的电路。当将传感器54硬连线到去往压缩机6S的RUN信号中时，压缩机将停止，因为RUN信号将被丢失。虽然已经在本发明的可更换的爆破片装置的背景下描述了传感器54的 安装和4喿作，但可提供和采用传感器以结合其它爆破片装置乃至淬火阀装置 来控制压缩机和冷冻机。因此，本发明的这个方面提供这样的传感器，其经 配置以检测致冷剂排出路径的打开，并响应于此检测而控制压缩机和冷冻机 的操作，所述操作将氦气重新液化并冷却辐射屏蔽物。尽管所描述的实施例具有经配置以在低压凸缘上施压以将其朝向高压 凸缘推进的压缩构件56,但本发明可替代地或另外提供经配置以在高压凸缘 上施压以将其朝向低压凸缘推进的压缩构件。虽然已经将传感器54描述成与塌J皮片本身分开的物件，但可将传感器构 建到爆破片中。举例来说，爆破片可由传导性易碎材料制成，例如含有石墨 的碳材料。此种组合式爆破片和传感器可有用地应用于本发明，但优选从爆 破片外围引出来自爆破片的导线，以便于接近及更换。虽然已经参照圓形横截面的导管和圓形爆破片和传感器描述了本发明， 但本发明可应用于具有任意横截面的导管，以及具有合适形状的爆破片和传 感器(如果有的话)。应当相应地理解对"爆破片"、"直径，，等的参照。
权利要求
1.一种低温恒温器用的爆破片装置，其包括可更换的爆破片(52)，所述爆破片(52)以压缩状态保持在形成于高压导管(12)一端处的高压凸缘(60)与形成于低压导管(14)一端处的低压凸缘(60)之间，特征在于所述爆破片装置进一步包括外壳(50)，其封闭所述高压和低压凸缘(60)，所述外壳(50)包含第一开口(20)，所述第一开口(20)足够大，以允许所述可更换的爆破片(52)从中穿过；以及压缩构件(56)，其围绕所述外壳(50)分布且经配置以在所述凸缘(60)中的至少一者上施压，以便将其朝所述凸缘中的另一者推进，因而将所述爆破片(52)以压缩状态保持在所述低压凸缘(60)与高压凸缘(60)之间。
2. 根据权利要求l所述的爆破片装置，其中在邻近于所述爆破片处提供 传感器(54),以提供对所述爆破片的状态的指示。
3. 根据权利要求1或2所述的爆破片装置，其中所述外壳(50)将所述凸 缘(60)、所述爆破片(52)和任意传感器(54)容纳在腔(51)内，所述 腔(51)经成型和尺寸设计以便容纳所述凸缘(60)、所述爆破片(52),视 需要还容纳传感器(54),其中具有足够的轴向空隙(53)以允许插入和移 除爆破片(52),视需要还插入和移除传感器(54)。
4. 根据权利要求3所述的爆破片装置，其中所述腔(51)的轴向尺寸比 所述凸缘(60)、所述爆破片(52)和任意传感器(54)的轴向尺寸之和大 一定量，所述量足以提供空隙(53)以允许插入和移除爆破片(52)且视需 要还插入和移除传感器(54);且所述腔(51)的直径比所述凸缘(60)、所 述爆破片(52)和任意传感器(54)中任一者的直径大一定量，所述量足以 提供空隙(55)以允许凸缘(60)、所述爆破片(5"和任意传感器(54) 在所述腔(51)内的轴向移动。
5. 根据任一前述权利要求所述的爆破片装置，其中所述压缩构件包括密封螺栓(56)，其位于围绕所述外壳(50)以一定间隔隔开的带有螺紋的通 孔中。
6. 根据任一前述权利要求所述的爆破片装置，其中所述外壳(50)包含 第二开口 (64),所述第二开口 (64)小于所述第一开口，放置在所述第一 开口 ( 20 )的直径上相反的部分，从而允许对所述爆破片的表面有限的接近。
7. 根据任一前述权利要求所述的爆破片装置，其中所述外壳(50)具有 两个部分，分别放置在所述高压和低压凸缘(60)上且接合在一起。
8. 根据任一前述权利要求所述的爆破片装置，其中所述爆破片(52)在 至少一个表面上具备垫圈密封物，所述密封物与所述低压和高压凸缘中的相 应至少一者接触。
9. 一种更换根据任一前述权利要求所述的爆破片装置中的爆破片的方 法，其包括以下步骤将所述压缩构件(56)充分松开，以减轻所述爆破片(52)上的压力， 并为所述爆破片提供充分的空隙以穿过所述开口 (20)移除及更换；将所述爆破片(52)从所述高压与低压凸缘之间且穿过所述开口 (20) 取出；将更换的爆破片(52)穿过所述开口 (20)插入在所述高压与低压凸缘 之间；以及重新拧紧所述压缩构件。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述压缩构件包括位于围绕所述 外壳(50)以一定间隔隔开的带有螺紋的通孔中的密封螺栓(56),且所述 密封螺栓(56)和外壳(50)的尺寸经适当地确定以便无需将所述螺栓从其 螺紋中完全移除即可移除及更换所述爆破片。
11. 根据权利要求2所述的爆破片装置，其中所述传感器(54 )经配置 以检测爆破片指示来自装备有由压缩机(68 )操作的低温冷冻机的低温恒温 器的排出路径打开的爆破片爆破，且经配置以响应于此检测而停止所述压缩机的操作。
12. 根据权利要求ll所述的爆破片装置，其中所述传感器(54)具有类似于所述爆破片的大小，且放置在所述爆破片与所述高压和低压凸缘之一之间，所述传感器可通过包括以下步骤的方法移除及更换将所述压缩构件(56)充分松开，以减轻所述传感器(54)上的压力，并为所述传感器提供充分的空隙以穿过所述开口 (20)移除及更换；将所述传感器(54)从所述高压与低压凸缘之间且穿过所述开口 (20)取出；将更换的传感器(54)穿过所述开口 (20)插入在所述高压与低压凸缘 之间；以及重新拧紧所述压缩构件。
13. 根据权利要求11-12中任一权利要求所述的爆破片装置，其中所 述传感器(54)提供开/关功能性，且所述传感器在安装时处于第一状态， 但响应于所述爆破片(52)的所述爆破而改变成相反的第二状态。
14. 根据权利要求11-13中任一权利要求所述的爆破片装置，其中所 述传感器经配置以连接到警报系统以用于向用户或服务机构指示所述爆破 片的破碎。
全文摘要
本发明涉及爆破片装置及更换爆破片装置中的爆破片的方法，具体的说，本发明提供一种低温恒温器用的爆破片装置，其包括可更换的爆破片(52)，所述爆破片(52)以压缩状态保持在形成于高压导管(12)一端处的高压凸缘与形成于低压导管(14)一端处的低压凸缘(60)之间。确切地说，所述爆破片装置进一步包括外壳(50)，其封闭所述高压和低压凸缘；以及压缩构件(56)，其围绕外壳(50)分布且经配置以在所述凸缘(60)中的一者上施压，以便将其朝另一凸缘推进，因而将所述爆破片(52)以压缩状态保持在所述凸缘之间。所述外壳(50)包含第一开口(20)，所述第一开口(20)足够大，以允许所述可更换的爆破片(52)从中穿过。
文档编号F17C13/06GK101275709SQ20081008655
公开日2008年10月1日 申请日期2008年3月20日 优先权日2007年3月29日
发明者特雷弗·B·赫斯本德, 菲利普·A·C·沃尔顿 申请人:西门子磁体技术有限公司