低温输送管线联接组件的制作方法

背景技术：

本公开的实施方案涉及低温恒温器和低温流体处理设备，并且更具体地讲，涉及与低温输送管线一起使用的联接件。

例如，已知的包含液态冷冻剂的低温恒温器用于容纳磁共振成像(mri)系统或核磁共振(nmr)成像系统的超导磁体。通常，低温恒温器包括围绕磁体筒的氦容器，其中磁体筒包括多个超导线圈。另外，围绕磁体筒的氦容器通常填充有用于冷却磁体的液氦。另外，热辐射屏蔽件围绕该氦容器。此外，真空容器围绕高温热辐射屏蔽件。此外，通常将外部低温恒温器容器抽空。

低温输送管线通常用于在两种低温部件之间输送低温流体，诸如在低温恒温器和低温流体供应源之间。典型的低温输送管线(诸如通常用于低温系统中的那些低温输送管线)在低温输送管线的一个或多个端部处采用卡口联接件(也称为johnston联接件)，以使得能够从低温部件移除管道管线或与管道管线脱离接合。在一个实施方案中，输送管线包括卡口凸形部件，该卡口凸形部件在流体输送或冷却完成之后被移除。目前，需要人机交互来关闭低温回路，该低温回路在短时间内在联接件的凸形部件被移除之后对环境开放。由于回路对环境开放，如果这不是快速可靠且小心地完成的，则可能发生空气进入低温回路中。环境空气的这种进入通常导致低温部件的内部真空围堵冷却结构的管道堵塞，从而需要完整的系统预热。

因此，可能期望开发一种用于低温输送管线联接件的稳健设计，该设计有利地减少(如果不消除)在低温输送管线脱离接合时环境空气进入低温回路中，同时增强低温部件的寿命和可操作性。

技术实现要素：

根据本公开的各个方面，提出了一种用于低温恒温器的低温输送管线联接件。该低温输送管线联接件包括卡口联接件的第一部分；和闸门阀，该闸门阀连通地联接到卡口联接件的第一部分并且能够操作以提供对穿过闸门阀的开口的密封，并且防止环境空气穿过卡口联接件的第一部分进入设置在低温恒温器的低温容器内的低温流体。

根据本公开的另一方面，提出了一种用于低温恒温器的低温输送管线组件。该低温输送管线组件包括连通地联接到低温恒温器的感应管、低温输送管线和低温输送管线联接件。该低温输送管线将卡口联接件的第二部分限定为其一部分。该低温输送管线的至少一部分设置在感应管内。该低温输送管线联接件连通地联接感应管和低温输送管线，并且将卡口联接件的第一部分和闸门阀限定为其一部分。该闸门阀提供对穿过闸门阀的开口的密封，并且在低温输送管线与低温输送管线联接件脱离接合时，防止环境空气穿过卡口联接件的第一部分进入设置在低温恒温器的低温容器内的低温流体。

根据本公开的又一方面，提出了一种低温系统。该系统包括超导磁体、低温恒温器和低温输送管线组件，该低温恒温器包括其中包含超导磁体和低温流体的低温容器，该低温输送管线组件连通地联接到低温恒温器。该低温输送管线组件包括连通地联接到该低温恒温器的感应管、低温输送管线和低温输送管线联接件。该低温输送管线将卡口联接件的第二部分限定为其一部分。该低温输送管线的至少一部分设置在感应管内。低温输送管线联接件连通地联接感应管和低温输送管线。该低温输送管线联接件包括卡口联接件的第一部分和闸门阀。

参考以下描述和所附权利要求书，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点。并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的实施方案，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，附图中相同的符号在整个附图中表示相同的部分，其中：

图1示出了根据本公开的一个实施方案的低温恒温器结构的局部剖视图；

图2示出了根据本公开的另一个实施方案的低温恒温器结构的局部剖视图；

图3是已知的低温输送管线联接件的示意性剖视图；

图4是根据本公开的一个实施方案的低温输送管线联接件的示意性等轴视图；

图5是根据本公开的一个实施方案的图4的低温输送管线联接件的分解等轴视图；

图6是根据本公开的一个实施方案的通过图7的线6-6截取的图4的低温输送管线联接件的一部分的示意性正视图；

图7是根据本公开的一个实施方案的图4的低温输送管线联接件的一部分的示意性侧视图；

图8是根据本公开的一个实施方案的处于打开位置的图4的低温输送管线联接件的示意性剖视图；

图9是根据本公开的一个实施方案的处于闭合位置的图4的低温输送管线联接件的示意性剖视图；并且

图10是根据本公开的一个实施方案的处于打开位置的低温输送管线联接件的另选实施方案的示意性剖视图。

在本说明书和附图中重复使用的参考字符旨在表示所示实施方案的相同或类似的特征部或元件。

具体实施方式

如下文将详细描述的，提出了低温输送管线联接件的各种实施方案，该低温输送管线联接件用于在低温恒温器中使用并且可操作以在低温输送管线脱离接合时密封低温电路以防止环境空气进入。具体地讲，低温输送管线联接件的各种实施方案减少了在低温输送管线经由卡口联接件脱离接合期间通过密封低温电路防止环境空气进入而引起的到低温恒温器的热负荷。通过采用下文所述的低温输送管线联接件，可显著减少由环境空气的进入引起的低温恒温器热负荷。

参见图1，描绘了氦浴冷却mri低温磁体系统10的示意性截面图，该氦浴冷却mri低温磁体系统示出了示例性低温恒温器的一部分，并且更具体地讲示出了低温恒温器壁101的冷箱。低温恒温器101包括超导磁体102。此外，低温恒温器101包括环形低温容器104，该环形低温容器围绕超导磁体102并且填充有用于冷却磁体的低温流体118。低温容器104也可被称为低温恒温器101的内壁。低温恒温器101还包括围绕低温容器104的环形热辐射屏蔽件106。此外，低温恒温器101包括环形真空容器或外部真空室(ovc)108，该环形真空容器或外部真空室围绕热辐射屏蔽件106。ovc也可被称为低温恒温器101的外壁。此外，低温恒温器101包括单个低温输送管线联接件110，该低温输送管线联接件穿过低温容器104、外部真空室108和热辐射屏蔽件106，从而在低温流体输送或冷却过程期间提供通向低温回路122的通路，并且更具体地讲，通向低温容器104内的低温流体118的通路。在图1描绘的实施方案中，每个低温输送管线联接件110被构造成包括如本文所述的闸门阀，并且提供低温输送管线的连通联接并形成低温输送管线组件100。

此外，在某些实施方案中，低温恒温器101中的低温流体118可包含氦气。然而，在某些其他实施方案中，低温流体118可包括液氢、液氖、液氮或它们的组合。可以注意到，在本申请中，参考氦气作为低温流体118来描述各种实施方案。因此，术语低温容器和氦气容器可互换使用。

另外，如图1所描绘的，系统10包括套管116。在某些实施方案中，低温冷却器120可设置在套管116中。低温冷却器120用于冷却低温容器104中的低温流体118。

通常，由于环境空气进入低温回路，低温输送管线联接件可能导致低温恒温器的热负荷从室温增加到低温温度，从而降低了输送效率。根据本公开的方面，提供了在低温恒温器中使用的一个或多个低温输送管线联接件，诸如在图1的低温恒温器101中使用的低温输送管线联接件110，并且该低温输送管线联接件被构造成在低温输送管线脱离接合时减少环境空气进入低温恒温器101。具体地讲，下文所述的低温输送管线联接件110被构造成通过在低温输送管线联接件110内形成密封来减少到低温调节器101的热负荷，以便防止环境空气进入低温回路122中。

在图1的实施方案中，氦浴冷却mri磁体系统仅需要一个孔口，并因此利用如本文所公开的单个低温输送管线联接件110。

图2中示出的是低温恒温器101的一部分的另一个实施方案的示意性局部等轴视图，并且更具体地讲是热虹吸冷却mri磁体系统112的冷箱的一部分的示意性局部等轴视图。如图2最佳所示，示例性的一个或多个低温输送管线联接件110中的每个低温输送管线联接件包括卡口联接件124的一部分和闸门阀126，其被构造成最小化(如果不能消除)进入低温恒温器101的环境空气，从而有助于减少在将低温输送管线128(图7和图8)与一个或多个低温输送管线联接件110中的每个低温输送管线联接件脱离接合期间引起的低温恒温器101的热负荷。

在该具体实施方案中，热虹吸冷却mri磁体系统不需要填充氦浴，因此经由两条输送管线从外部冷却器(未示出)开始冷却。更具体地讲，需要进料管线或流入管线和回流管线来输送加压冷蒸气以用于冷却场景。回流进入独立的真空室，其中考虑到温差最小，冷冻剂被冷却，初始仅冷却2至5k，例如，强制氦流在290k处进入并在300k处返回。一段时间后，强制氦流在280k处经由流入管线进入并在290k处回流直至达到磁体的操作温度。冷却后，取出输送管线，并且将冷却管通过闸门阀排空。在该热虹吸冷却mri磁体系统中，氦气被循环而在氦气回路中没有任何损失。一旦磁体冷却，氦气就从位于低温恒温器内的气罐液化并填充保持磁体冷却的热虹吸管。

仍然参考图2，示出了根据本公开的一个实施方案的低温输送管线联接件110，并且更具体地讲，示出了用于流入输送管线的低温输送管线联接件110a和用于返回输送管线的低温输送管线联接件110b。低温输送管线联接件110设置在低温恒温器101的一侧上。在冷质量冷却之后，将真空泵(未示出)联接到低温输送管线联接件110a，打开闸门阀126，并且从围绕磁体筒的内部气体管(预冷管)中除去氦蒸气。在除去氦蒸气之后，关闭闸门阀126。低温输送管线联接件110a也可被称为真空操作孔口。在该冷却过程之后，低温输送管线联接件110b中的闸门阀126保持关闭。

现在参见图3，示出了已知低温输送管线组件(通常标记为200)的一部分的示意性剖视图，其示出了低温输送管线与之的联接。更具体地讲，示出了低温恒温器的一部分，并且更具体地讲，示出了大致类似于图1的低温恒温器101的低温恒温器壁202的冷箱、穿过低温恒温器202的低温输送管线204、焊接到低温恒温器101的入口凸缘203的感应管205和将低温输送管线204联接到低温恒温器202的壁的低温输送管线联接件206。在该具体实施方案中，低温输送管线204经由卡口联接件(通常标记为208)联接到低温恒温器202。因此，低温输送管线联接件206包括卡口联接件208的第一部分208a，其被构造成卡口联接件208的至少部分带螺纹的凹形接收部214。低温输送管线204已形成为其一部分，卡口联接件208的第二部分208b被构造成大致圆柱形的凸形部分210，包括一个或多个径向延伸的销或突出部212。在将低温输送管线204联接到低温恒温器202期间，低温输送管线204的大致螺母形的部件216相对于凹形接收部214设置，以形成一个或多个l形狭槽218，突出部212协同地接合到该一个或多个l形狭槽中。在一个实施方案中，一个或多个弹簧(未示出)可进一步保持将圆柱形凸形部分210和凹形接收部214锁定在一起。卡口联接件208还可包括一个或多个密封部件220，诸如一个或多个o形环，从而提供圆柱形凸形部分210和凹形接收部214的进一步密封接合。在另一个实施方案中，凹形接收部可包括l形狭槽，圆柱形凸形侧面的一个或多个径向突出部接合到该l形狭槽中以保持将这两个部分锁定在一起。

如前所述，在输送或冷却低温流体222期间，需要人工交互作用以提供卡口联接件208的圆柱形凸形部分210到凹形接受部214中的滑动和突出部212的接合。在输送或冷却低温流体222之后，并且更具体地讲，在低温输送管线204与低温恒温器202脱离接合之后，低温恒温器202内的低温回路在卡口联接件208的圆柱形凸形部分210被移除之后在短时间内对环境开放。由于低温回路对环境是开放的，因此通常发生空气进入低温回路。这是由于冷质量暴露于从室温降至冷质量温度(例如4k)的大温度梯度。在该温度范围处，发生表面的低温排气，因此空气被泵送通过开口管。

现在参见图4至图10，示出了本文公开的图1和图2的新型低温输送管线联接件的各种示意图。更具体地讲，图4是低温输送管线联接件的一部分的示意性等轴视图。图5是图4的低温输送管线联接件的一部分的分解图的等轴视图。图6是图4的低温输送管线联接件的一部分的示意性正视图。图7是图4的低温输送管线联接件的一部分的示意性侧视图。图8是处于打开位置的图4的低温输送管线联接件的示意性剖视图。图9是处于闭合位置的图4的低温输送管线联接件的示意性剖视图，并且图10是处于打开位置的低温输送管线联接件的替代实施方案的示意性剖视图。

低温系统10包括低温恒温器101、穿过低温恒温器101的低温输送管线128、焊接到低温恒温器101的入口凸缘或板103并且在使用期间(目前所述)低温输送管线128至少部分地设置在其中的低温恒温器感应管132和将低温输送管线128联接到低温恒温器101的低温输送管线联接件110。在例示的实施方案中，低温输送管线128通常由轴向延伸到低温恒温器感应管132中以穿过低温恒温器101的管状结构构成。低温输送管线联接件110提供低温输送管线128与低温恒温器感应管132的联接以形成低温流体118的完整低温输送流体路径140。

如图8所示，低温输送管线128经由卡口联接件(通常标记为124)联接到低温恒温器101。低温输送管线联接件110包括卡口联接件124的第一部分124a，其被构造成卡口联接件124的至少部分带螺纹的凹形接收部146。低温输送管线128已形成为其一部分，卡口联接件124的第二部分124b被构造呈大致圆柱形的凸形部分142，包括一个或多个径向延伸的销或突出部144。简单地参见图10，在替代实施方案中，低温输送管线联接件110包括卡口联接件124的第一部分124a，该第一部分被构造为卡口联接件124的大致圆柱形凸形部分142，包括一个或多个径向延伸的销或突出部144。低温输送管线128的一部分形成为卡口联接件124的第二部分124b，该第二部分被构造为凹形接收部146。

在将低温输送管线128联接到低温恒温器101期间，低温输送管线128的大致螺母形的部件158相对于凹形接收部146设置，诸如以螺纹方式设置在凹形接收部上，以形成一个或多个l形狭槽148，突出部144协同地接合到该一个或多个l形狭槽中。在一个实施方案中，附加部件诸如一个或多个弹簧(未示出)可进一步保持将圆柱形凸形部分142和凹形接收部146锁定在一起。卡口联接件124还可包括一个或多个密封部件160，诸如一个或多个o形环，从而提供圆柱形凸形部分142和凹形接收部146的进一步密封接合。在另一个实施方案中，凹形接收部可包括l形狭槽148，圆柱形凸形侧面的一个或多个径向突出部接合到该l形狭槽中以保持将这两个部分锁定在一起。

在图4至图9的实施方案中，一个或多个低温输送管线联接件110(其仅示出了单个联接件)包括卡口联接件124的第一部分124a和闸门阀126。卡口联接件124包括凹形接收部146，如前所述，作为低温输送管线联接件110的一部分。多个孔口凸缘150相对于穿过闸门阀126形成的孔口164设置，以有助于将闸门阀126与低温恒温器感应管132联接。

如前所述，低温输送管线联接件110还包括设置成与低温输送管线128流体连通的闸门阀126，并且在低温流体118的输送或冷却以及低温输送管线128的脱离接合之后提供低温输送流体路径140的密封。如图9所示，当低温输送管线128与低温恒温器101脱离接合时，闸门阀126(并且更具体地讲，闸门阀板162)提供低温回路的密封，并且更具体地讲，提供低温恒温器感应管132的密封。

在图4至图9的实施方案中，闸门阀126连通地联接到卡口联接件124(并且更具体地讲，卡口联接件124的凹形接收部146)并设置在该卡口联接件与入口凸缘103之间，以提供低温恒温器感应管132和低温恒温器101的低温电路的密封。当低温输送管线128与低温输送管线联接件110脱离接合时，闸门阀126防止环境空气130穿过卡口联接件124的凹形接收部146进入设置在低温恒温器101内的低温流体118。

更具体地讲，参见图6和图7，闸门阀126形成低温输送管线联接件110的一部分，并且通常由围绕开口或孔口164设置的壳体主体152、主体凸缘154、阀盖板156和孔口凸缘150构成。此外，在一个实施方案中，闸门阀126可包括相对于闸门阀126设置的致动器和致动器外壳(通常标记为166)。在另选的实施方案中，闸门阀126可以手动致动，或者通过另选的方式致动。在图6的实施方案中，闸门阀126还包括闸门阀板162，其可相对于壳体主体152移动，并且经由致动器166致动，以提供开口或孔口164的密封。闸门阀板162在图6中被示出为部分关闭的。

在输送低温流体118之后，关闭闸门阀126，以便在低温输送管线128的卡口联接件124的圆柱形凸形部分142脱离接合之前，关闭和密封低温恒温器101内的低温回路以将其与环境隔离，并防止环境空气进入。由于低温回路对环境是闭合的，因此不会发生空气进入低温回路。

以举例的方式，在所公开的实施方案中，低温输送管线128可包括具有薄壁圆形横截面的圆柱形管，在本文中称为薄壁管。此外，在某些实施方案中，低温输送管线128是薄壁不锈钢管。

可以注意到，低温流体可包括液氦、液氢、液氖、液氮或它们的组合。当经由低温输送管线联接件110接合时，低温输送管线128与设置在低温恒温器101的低温容器104内的低温流体118可操作地相关联，并因此联接到低温区域。在某些应用中，基于使用中的低温流体，低温区域可处于约4度k至约80度k范围内的温度下。以举例的方式，如果低温流体是液氢，则较低温区域可处于约20度k的温度下。另外，如果低温流体是液氖，则较低温区域可处于约27度k的温度下。此外，对于其他冷冻剂，较低温区域可处于约4度k至约80度k范围内的温度下。

应当理解，在氦气用作低温流体118的情况下，在低温恒温器101的正常操作期间，跨低温输送管线联接件110的长度存在约4度k至约300度k的温度梯度。然而，在输送或冷却低温流体118期间，该温度梯度衰减，并且因此跨低温输送管线联接件110和低温输送管线128的整个轴向长度上存在基本上均匀的温度，从而将低温输送管线联接件110的温度降低到约5度k至约15度k的范围。为了解决低温输送管线联接件110中的应力和应变，输送管线联接件110被构造成在输送或冷却低温流体118期间补偿输送管线联接件110或低温输送管线128的任何收缩。更具体地讲，输送管线联接件110的部件被构造为在输送或冷却低温流体期间或之后伸展和/或收缩，从而补偿输送或冷却低温流体118期间输送管线联接件110的部件的变化，并且基本上最小化输送管线联接件110内的轴向应力集中。

此外，可以注意到，使用闸门阀126有助于在低温输送管线128脱离接合期间，并且更具体地讲，在低温输送管线128经由卡口联接件124脱离接合期间气密地关闭或密封低温容器104。通过在低温输送管线联接件110中采用闸门阀126来完全密封低温容器104，而不是使低温回路打开以防止环境空气的进入，有助于在低温输送管线128脱离接合期间减少由环境空气的进入引起的热负荷。空气进入管例如导致在低温管内形成冰环，该冰环可引发管内的热声学振荡，从而导致对低温恒温器的高寄生热负荷。以举例的方式，基于低温输送管线联接件110的设计，可以实现总热低温预算在约50mw至150mw的范围内的减小。

被构造用于上文所述的低温恒温器中的示例性低温输送管线组件和低温输送管线联接件的各种实施方案显著减少了低温流体输送或冷却之后环境空气进入低温回路中，因此，低温输送管线的脱离接合期间通常引起低温恒温器的热负荷。低温恒温器(更具体地讲，低温电路)的较低热负担有利地导致通过时间增加、冷头服务时间延长以及成本节约。以举例的方式，低温输送管线联接件的简化设计降低了整个系统的成本。使用上文所述的示例性低温输送管线联接件引起的低温恒温器的低热负荷可能有助于减少低温恒温器中所需的总氦气库存。因此，上文所述的低温输送管线联接件的各种实施方案呈现了热负荷优化的低温回路，这是成功的低温设计的关键因素。

被构造用于上文所述的低温恒温器中的示例性低温输送管线联接件的各种实施方案可适用于mri系统。此外，被构造用于低温恒温器中的示例性低温输送管线联接件的各种实施方案可同样适用于需要冷却的其他相关结构，例如超导风应用、超导电动飞行器应用，以及实验室测试杜瓦瓶中的冷质量冷却。

虽然本文已经示出和描述了本公开的仅某些特征，但本领域的技术人员将会想到许多修改和改变。因此，应当理解的是，所附权利要求书旨在涵盖落入本公开的真正实质内的所有此类修改和变化。