专利名称：气体传输软管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于核磁共振成像系统等系统的低温组件。具体而言，但并非限于此，本发明涉及一种低温类型的软管，该软管用于将低温压缩装置连接到诸如核磁共振成像系统的超导系统中。
背景技术：
在许多低温应用元件中，例如用于核磁共振成像(MRI)的超导线圈、超导变压器、发电机、电子装置，均通过使它们保持与一定体积的液化气体(如氦、氖、氮、氩、甲烷)相接触而实现冷却，整个低温组件被称为低温恒温器。为了控制超导磁体，在温度方面必须保持低于其超导转变温度。对于传统的低温超导体，该转变温度在10K左右，并且一般情况下，磁体在包含液态氦浴槽的通常称为氦容器温度的贮存器或容器(在4.2K的温度下)中冷却。为了简便起见，目前仅以氦气作为参考，但这并不排除使用其它气体。维修需要将室温下的外部环境转变为氦容器的环境，以用于监测目的和激励磁体。
例如氦气气体的冷却、液化以及/或者进一步的冷却需要产生非常低温的制冷作用。氦气在4.21K下液化。这种低温的产生花费非常昂贵，因而在成本和效率上任何改进都非常合乎需要。脉冲管冷冻机被日益广泛地使用，其中，脉冲能量利用振荡气体而被转化为制冷作用。这种系统能够产生足以液化氦气的非常低的制冷作用。Gifford McMahon(GM)冷却器也可用于这种应用。
可以理解，低温恒温器并非封闭系统，而是具有通路颈部，以便能够实现气体补给、脉冲管冷冻机套管的维修等等。另外，脉冲管系统依赖于由压缩机系统驱送的振荡气体供应。可以理解，脉冲管系统具有位于压缩机和低温恒温器之间的输入管和输出管。同样，GM冷却器也具有这种输入管和输出管。这些成对的气体传输软管从压缩机源头向设置于低温恒温器中的冷却设备传输制冷气体。这些软管由回旋的软管构成以便承受压力。当气体流经内部回旋结构时，会产生啸叫声。一般情况下，这在低压软管中比较常见，在低压软管中，气体是已经膨胀成较大体积的气体，因为在低温恒温器内，在冷却能量转移过程中，气体的能量和温度有所增加。
这种啸叫的噪声至少对于低温恒温器的操作者来说是令人讨厌的，而且对于在核磁共振成像系统中的病人而言可能会有负面作用。应知道，许多核磁共振系统紧紧围绕着病人，而且在成像扫描过程中会使病人感到恐惧，如果病人感到不舒服或受到干扰，他们可能会自然地移动身体正在扫描的部位，结果造成扫描操作的失败。而且，声音的干扰可能在相关设备中产生振动干扰。冷却设备的性能可能因为流动干扰而受到限制。扫描设备以及其他可用于扫描病人/目标对象的设备也可能无法良好地工作，使得偏差大于优选值。
发明目的本发明致力于提供一种改进的低温组件。本发明还致力于降低低温装置所产生的声级以及传输通过气体传输软管时的噪声级。
发明的陈述因此，本发明提供了如所附权利要求中所限定的装置和方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于向设备供给压缩气体以及从该设备中传输气体回流的气体传输软管。该传输软管包括同轴的内软管和外软管，所述同轴的软管限定了第一内导管以及围绕第一导管的第二环向导管；一个导管可用于从压缩机向设备传输压缩气体，另一导管可用于从设备向压缩机传输气体回流。
内软管可由支撑件支撑在外软管内。内软管和外软管中的至少一个可为回旋状的。内软管和外软管中的至少一个的内表面或外表面被覆盖在编织物中。所述软管可由不锈钢形成。
本发明还提供了一种包括压缩机和冷冻机的低温组件，所述压缩机和冷冻机分别具有各自的气体入口和出口端口，其由本发明的气体传输软管连接起来。第一内导管可以设置成用于从冷冻机中传输气体回流。
本发明还提供了MRI设备，其包括根据本发明的低温组件。
本发明还提供了一种操作包括低温恒温器、压缩机和气体传输软管在内的低温组件的方法，其中，该软管包括第一轴向导管和环绕第一导管的第二环向导管，该方法的步骤包括，通过一条导管从压缩机向低温恒温器输送高压气体，以及从低温恒温器向压缩机传输低压高速气体。
附图简介通过下文中的描述和附图，可以更易于理解本发明，并且本发明的各个其它方面和特征也会变得显而易见，在附图中
图1显示了一种现有技术的低温恒温器-压缩机的设置；图2显示了本发明的一个实施例的截面图；图3显示了根据本发明的低温恒温器-压缩机的设置；图4更详细地显示了根据本发明的软管。
本发明的详细描述现在依据本发明人设计的用于实施本发明的示例、最佳方式来进行描述。在如下描述中，许多具体细节被公开，以便提供对本发明的全面理解。但是显而易见的是，对于本领域的技术人员而言，利用具体细节的变型，也能实现本发明。
图1显示了一种带有低温恒温器和成像设备12的核磁共振成像机系统10的基本形式，该成像设备12包围着病人20。气体传输软管16和18将压缩机14连接到设备12上。气体的脉冲供给从压缩机14流向冷冻机、低温恒温器或其他设备12，并且再从冷冻机、低温恒温器或其他设备12流回压缩机。本发明尤其可适用于从远处的压缩机14向冷冻机12供给脉冲或振荡气流的供给软管和回流软管。
软管16、18优选是回旋状的，以便更好地承受所需的工作压力。软管16、18可以由薄壁的不锈钢制成。当气体流经每个软管的内部回旋结构时，就产生了啸叫声。一般情况下，这在低压软管中比较常见，在低压软管中，气体膨胀成较大的体积，这是因为在低温恒温器内冷却时的能量转移过程中，气体的能量和温度有所增加。因此低压软管中的体积流率远远高于高压软管中的体积流率。这种声音的干扰可以会造成设备12中的振动干扰。这会限制设备12在不允许身体振动的工业和医学应用中有效地使用的能力。噪声本身会限制使用这种气体传输软管的设备12的用途，这是因为噪声造成了令操作者感到不快的工作环境。在医学应用中，噪声会造成令病人感到不快的环境，这种环境会产生压力并导致病人移动，从而阻碍清晰成像。
图2显示了据本发明一个实施例来制成的气体传输软管22的截面图。内软管30限定了位于由外软管32所限定的第二导管26内的内导管24。编织物34优选围绕着软管32，为了用于强度以及抗磨损性的需要。内软管30由支撑件28支撑在外软管32内，该支撑件可以是例如在挤出工艺中制成的连续支撑件，或者可以是间隔设置的独立支撑件。重要的是，在使用独立支撑件的情况下，支撑件间隔开，使得内软管不会靠置在外软管上。
如图1所示的现有技术的设置，软管30、32优选是回旋状的，以便更好地承受所需的工作压力。软管30、32可以由薄壁的不锈钢形成。当气体流经每个软管的内部回旋结构时，会产生啸叫声。一般情况下，这在低压软管中最为显著，在低压软管中，气体已经膨胀成较大的体积，这是因为在低温恒温器内冷却时的能量转移过程中，气体的能量和温度有所增加。因此，低压软管中的体积流率远远高于高压软管中的体积流率。
发明人发现，如图2所示软管的同轴设置有助于全面降低软管内所产生的噪声级。一般认为，由流经一个导管中的气体所产生的噪声在一定程度上通过在另一导管中沿相反方向流动的气体所产生的噪声而被消除。
一旦安装了设备12并且确定了在压缩机与设备12如低温恒温器之间的最小距离，那么软管22的长度可以调整，以便达到最小噪声的程度。在使用中，压缩气体的供应从压缩机14中通过外导管26来方便地提供。低压气体的回流从接受供应的设备12流过内导管24。在这种设置中，第二导管26通过消声作用而可以进一步一定程度地降低噪声的传播。外导管和内导管的作用可以颠倒互换。
虽然图2实施例中显示了用于强度和抗磨损性所需的编织物34，但是，类似的编织物也可应用在内软管30的外表面上。这种编织物的设置既增加了该结构的整体强度，又可以通过抑制内软管30管壁的振动来进一步降低噪声。这种编织物也可使流经外软管26的气流有效地成为流线型。
在某些实施例中，软管30、32的内表面也可以或者选择性地设置编织物。这种编织物不提供抗磨损性，但可以通过以机械方式抑制软管的振动或者通过使流经导管的气流成为流线型，来降低噪声的整体水平。
图3显示了根据本发明的在操作位置中将压缩机14连接到冷冻机、低温恒温器或者其他供给设备12上的软管的示意性局部剖视图。在压缩机14处，设有分别为软管导管32a和32b提供连接的出口42和进口44，以便为设备12提供压缩气体；以及通过软管30来接受来自设备12的高速低压排气。在设备12处，设有分别为软管导管50a和50b提供连接的入口46和出口48，以便接受来自压缩机12的压缩气体；以及向压缩机12供应高速、低压的排气。软管导管32a和50a连接在与外导管26相关联的法兰36、38上，并且将外软管32压在末端/接头件(未示出)上。这种接头件优选具有圆形的轮廓，以便在外导管26与相应的软管导管32b和50b之间形成平滑的气流。在设备12处，软管50b和50a与出口端口48和入口端口46相连。端口46、48可以与低温恒温器12的维修颈部40相关联。
在软管30内可以输送低压气体，同时这将产生十分大的噪声，但通过封闭在外软管32内而更有效地隔音。作为备选，内软管30可以提供用于压缩气体的导管24，其可能受到低压排气的能量增加的影响较小。外导管26可以具有比内导管24更大的横截面积，使其更适于输送低压气体。通过用外导管来输送低压气体以及通过用内导管来输送高压气体，则各自的气体速度就可以大致相当，这在消除噪声方面会有有益的效果。
图4更详细显示了本发明的一个实施例。如图所示，外软管32是回旋状的，并且被其外表面上的编织物34所覆盖。同样，内软管30成回旋状。并且被其外表面上的编织物31所覆盖。其余的特征具有对应于图3中所示标号的标号。
利用西门子OR64核磁共振系统来进行对比试验，该西门子OR64核磁共振系统连接在住友型号CSW 71的气体压缩机上。麦克风安装在高于地面1.15m、距磁体0.46m的三脚架上，以便检测软管所发出的噪声。在脉冲管冷冻机的不同工作频率(1.56，1.75，1.8Hz)下，在五个位置测试噪声级。
在该对比设置中，使用了传统的双软管。直径35mm、长20m的单独的回旋状软管用于将压缩机14的入口端口44和出口端口42各自连接到磁体的相应端口46、48上。将这种传统设置的结果与使用根据本发明的软管22的设置结果进行比较，软管22具有双向同轴软管22、其长度也为20m，并具有同轴的回旋状外软管32和内软管30。软管22具有25mm内径的第一导管24以及50mm内径的第二导管26。同轴的内软管30具有35.1mm的外径。
结果显示，根据本发明的设置可使软管的噪声降幅高达3dB。热交换性能的差异也同样显著。
本发明提供了用于解决在供给脉冲或振荡气流的气体输送导管中气体所引起的噪声问题的巧妙方案。在建立系统的过程中，必须调整导管的长度，以便实现维修设备与低温恒温器的正确连接。软管的最短长度可以用作所需实际长度的指标。一旦在操作中利用低温恒温器实现了噪声级的降低，就值得在软管的周围使用隔音泡沫，以便进一步降低由软管传播的噪声。虽然本发明已经具体参考回旋状软管而进行了描述，但是，本发明的至少某些优点也可利用非回旋状的软管来实现。
尽管本发明具体参考了MRI系统所用冷冻机的气体供应和排出进行了描述，但是，本发明的至少某些有益效果也可在其中要求气体回流供应的任何应用中实现，尤其在要求脉冲或振荡气体供应的应用中。
权利要求
1.一种用于为设备(12)供给压缩气体以及从所述设备中传输气体回流的气体传输软管(22)，其中，所述软管包括同轴的内软管(30)和外软管(32)，它们限定了第一内导管(24)以及围绕所述第一导管的第二环向导管(26)；一个导管可用于将所述压缩气体从压缩机传送至所述设备，另一导管可用于将所述气体回流从所述设备传输至所述压缩机。
2.根据权利要求1所述的气体传输软管，其特征在于，所述内软管(30)由支撑件(28)支撑在所述外软管(32)内。
3.根据权利要求1或2所述的气体传输软管，其特征在于，所述内软管(30)和所述外软管(32)中的至少一个是回旋状的。
4.根据上述权利要求中任一项所述的气体传输软管，其特征在于，所述内软管(30)和所述外软管(32)中至少一个的外表面被覆盖在编织物(34)中。
5.根据上述权利要求中任一项所述的气体传输软管，其特征在于，所述内软管(30)和所述外软管(32)中至少一个的内表面被覆盖在编织物(34)中。
6.根据上述权利要求中任一项所述的气体传输软管，其特征在于，所述内软管(30)和所述外软管(32)由不锈钢形成。
7.一种低温组件，其包括各自具有相应的气体入口端口(44，46)和出口端口(42，48)的压缩机(14)和冷冻机(12)，所述相应的入口端口和出口端口由根据上述权利要求中任一项所述的气体传输软管相连起来。
8.根据权利要求7所述的低温组件，其特征在于，所述第一内导管(24)设置成用于从所述冷冻机(12)中传输所述气体回流。
9.一种MRI设备，其包括根据权利要求7或权利要求8所述的低温组件。
10.一种操作包括低温恒温器(12)、压缩机(14)和气体传输软管(22)在内的低温组件的方法，其中，所述软管包括第一轴向导管(24)以及围绕所述第一导管的第二环向导管(26)，所述方法的步骤包括，通过一个导管从压缩机向低温恒温器输送高压气体，以及从所述低温恒温器向所述压缩机输送低压高速的气体。
11.基本上如参考附图2-4中任一图所述的一种气体传输软管、低温组件或MRI设备。
全文摘要
一种用于将低温设备连接到超导系统如核磁共振成像系统上的气体传输软管。这种改进的气体传输软管在操作中比以往的传输软管更安静。
文档编号F16L9/18GK1926374SQ200580006860
公开日2007年3月7日 申请日期2005年3月4日 优先权日2004年3月6日
发明者D·M·克劳利 申请人:西门子磁体技术有限公司