用于减小低温恒温器热负荷的穿透管组件的制作方法

专利名称：用于减小低温恒温器热负荷的穿透管组件的制作方法
技术领域：
本公开的实施例涉及低温恒温器，并且更特别地，涉及用在低温恒温器中的穿透管组件的设计，其中穿透管组件构造成减小由穿透管组件引起的对低温恒温器的热负荷。
背景技术：
包含液体致冷剂的已知的低温恒温器例如用于容纳用于磁共振成像(MRI)系统或者核磁共振(NMR)成像系统的超导磁体。通常，低温恒温器包括内部低温恒温器容器和围绕磁管(magnetic cartridge)的氦容器,其中磁管包括多个超导线圈。此外，围绕磁管的氦容器通常填充有用于冷却磁体的液氦。另外，热辐射屏蔽件围绕氦容器。而且，外部低温恒温器容器、真空容器围绕高温热辐射屏蔽件。另外，外部低温恒温器容器通常被抽空。低温恒温器大体上还包括通过容器壁的至少一个穿透件，其中穿透件构造成便于 到氦容器的各种连接。可注意到，这些穿透件设计成减小真空容器与氦容器之间的热传导，同时维持真空容器与氦容器之间的真空。而且，期望穿透件还补偿真空容器与氦容器的不同的热膨胀及收缩。另外，在磁体骤冷的情况下，穿透件还提供用于氦气的流动路径。任何穿透件可能增加对低温恒温器的热负荷，从室温到冷冻温度。热负荷机制通常包括热传导、宏观和微观热对流、热辐射。另外，热负荷机制还包括材料的热传导、到冷头的热联系、氦柱的热传导、从低温恒温器的侧部到顶部的热辐射以及到低温冷却器的热接触联系。不同于向大气开放并由逸出氦气流冷却的低温恒温器穿透件，低温恒温器上的闭合或气密密封的穿透件是对于低温恒温器的主要热输入源。另外，穿透件通常装备有安全装置，以在突然断电或磁体骤冷或真空失效或冰冻的情况下确保制冷气体的迅速且安全的释放。传统上，早期的NMR和MRI系统已经使用来自低温恒温器的氦浴的汽化并且将汽化气体定线路成围绕或通过穿透件用于热交换。在穿透件内热交换气体的存在可用于高效的冷却。特别地，如果恰当地设计，热交换气体的存在充分地减小对低温系统的热负荷。然而，NMR和MRI磁体系统，以及其它低温应用，由于成本原因不再容许气体通过穿透件释放到大气。另外，由于氦成本的相当大的增加，低温系统完全再凝结汽化气体。不幸的是，因为气流的冷却不再可用，穿透件增加相当大的部分到总体热负荷预算。而且，穿透件的寄生热负荷可高达对低温恒温器的总的热负荷的20%到40%。该热负荷不利地引起低温冷却器的不方便且昂贵的过早替换和整修。低温冷却器替换例如继而增加了 MRI磁体的寿命周期成本。另外，用于减小由穿透管组件所导致的低温恒温器热负荷的某些其它当前可用的技术伴随着使用与充当散热器的冷头冷却级有联系的热站来冷却穿透管组件。不幸的是，这些技术的使用减小冷头的冷却功率。而且，其它技术致力于通过减小穿透管组件的物理尺寸来减小由穿透管组件所导致的低温恒温器热负荷的问题。然而，减小穿透管组件的尺寸可通过引起显著高于设计压力的内部压力的增加而不利地影响处于高骤冷率的低温恒温器。而且，波纹管(bellow)传统上已用作穿透管，其中波纹管的回旋提供了额外的热长度。然而，即使带有额外的热长度，从波纹管到氦容器的热传导负荷也可能是显著的。因此可期望开发穿透管组件的健壮设计，其有利地减小由穿透管组件所导致的对低温恒温器的热负荷，同时提高低温冷却器的寿命。

发明内容
根据本技术的方面，提出了一种用于低温恒温器的穿透组件。该穿透组件包括外壁部件，其具有第一端和第二端并且构造成改变壁部件的有效热长度，其中，管的第一端连通地联接到高温区域并且管的第二端连通地联接到布置在低温恒温器的致冷剂容器内的致冷剂。另外，穿透管组件包括可伸缩内壁部件，其包括嵌套在彼此内的多个管，并且其中，多个管中的每个管以串联的方式操作地联接到至少一个其它管。根据本技术的另一方面，提出了一种用于低温恒温器的穿透组件。该穿透组件包括波形外壁部件，其具有第一端和第二端并且构造成改变波形外壁部件的有效热长度，其 中，管的第一端连通地联接到高温区域并且管的第二端连通地联接到布置在低温恒温器的 致冷剂容器内的致冷剂。而且，穿透组件包括内壁部件，其具有第一端和第二端并且布置成邻近波形外壁部件。根据本技术的又一方面，提出了一种用于磁共振成像的系统。系统包括构造成获取图像数据表示的获取子系统，其中获取子系统包括构造成在其中容纳患者的超导磁体；包括致冷剂容器的低温恒温器，在致冷剂容器中包含超导磁体，其中低温恒温器包括热负荷优化的穿透组件，该穿透组件包括外壁部件，其具有第一端和第二端并且构造成改变壁部件的有效热长度，其中管的第一端连通地联接到高温区域并且管的第二端连通地联接到布置在低温恒温器的致冷剂容器内的致冷剂；以及内壁部件，其布置成邻近外壁部件。另夕卜，该系统包括处理子系统，其与获取子系统操作关联并且构造成处理所获取的图像数据。


当参考附图阅读以下详细描述时，本公开的这些及其它的特征、方面和优点将变得更好理解，其中，全部附图中相似符号表示相似零件，其中
图I是低温恒温器结构的局部截面 图2是根据本技术的方面用于图I的低温恒温器中的穿透管组件的壁部件的一个实施例的轴向截面图的一部分的示意说明；并且
图3是根据本技术的方面用于图I的低温恒温器中的穿透管组件的壁部件的另一实施例的轴向截面图的一部分的示意说明。附图标记
100MRI系统
101低温恒温器
102超导磁体 104 致冷剂容器 106 热屏蔽件 108 外部真空室 110 穿透管组件112盖板
114壁部件
116套筒
118致冷剂
120低温冷却器
122患者孔
124患者
200穿透管组件
202穿透管组件的截面图
204穿透管的对称轴线
206壁部件
208外壁部件
210壁部件的第一端
212壁部件的第二端
214凸缘
216凸缘
218波形管部件
220可伸缩内壁部件
222第一管
224第二管
226第三管
228第四管
232爆破片(burst disk)
234开口
236排出管路
238排出管路端口
240瓣阀(flap valve)
242直到瓣阀的排出管路部分
244O形环密封件
246止动器
248气流方向
250处于扩展构型的可伸缩内壁部件的截面图
252处于折叠构型的可伸缩内壁部件的俯视图
300穿透管组件
302壁部件
304穿透管的对称轴线
306外壁部件
310外壁部件的第一端
312外壁部件的第二端314内壁部件的第一端
316内壁部件的第二端
318可伸缩内壁部件
320凸缘
322凸缘
326爆破片
328内壁部件中的开口
330排出管路 332排出管路端口
334瓣阀
336直到瓣阀的排出管路部分
338O形环密封件。
具体实施例方式如下文将详细描述的，提出了用于低温恒温器中并且构造成增加穿透管组件的有效热长度的穿透管组件的各种实施例。特别地，穿透管组件的各种实施例通过增加穿透管组件的有效热长度而减小由穿透管组件所导致的对低温恒温器的热负荷。通过采用下文描述的穿透组件，可剧烈地减小由穿透件所导致的低温恒温器热负荷。参考图1，描绘了包括低温恒温器101的磁共振成像(MRI)系统的截面图的示意图100。低温恒温器101包括超导磁体102。而且，低温恒温器101包括环面致冷剂容器104，其围绕磁管102并且填充有致冷剂118用于冷却磁体。致冷剂容器104还可称为低温恒温器101的内壁。低温恒温器101还包括环面热辐射屏蔽件106，其围绕致冷剂容器104。另夕卜，低温恒温器101包括环面真空容器或外部真空室(OVC) 108，其围绕热辐射屏蔽件106并且通常被抽空。OVC还可称为低温恒温器101的外壁。而且，低温恒温器101包括穿透管组件110，其穿透致冷剂容器104和外部真空室108以及热辐射屏蔽件106，从而提供用于电引线的通路。在某些实施例中，在图I所描绘的实施例中，穿透管组件110是具有盖板112的闭合穿透组件。此外，标号126大体表示穿透管组件110的开口。此外，标号114大体表示穿透管组件110的壁部件。可注意到，壁部件114的第一端可操作地联接到OVC 108，而壁部件114的第二端可操作地联接到致冷剂容器104。因此，壁部件114的第一端可处于大约300开氏度(K)的第一温度，而壁部件114的第二端可处于大约4 K的温度。而且，在某些实施例中，致冷剂容器104中的致冷剂118可包括氦。然而，在某些其它实施例中，致冷剂118可包括液氢、液氖、液氮或它们的组合。可注意到，在本申请中，参照氦作为致冷剂118描述各种实施例。因此，术语致冷剂容器和氦容器可以可互换地使用。此外，如图I所示，MRI系统100包括套筒116。在某些实施例中，低温冷却器120可布置在套筒116中。采用低温冷却器120来冷却在致冷剂容器104中的致冷剂118。而且，标号122大体表示患者孔。患者124在扫描程序期间通常定位在患者孔124内。如先前所述，任何穿透件可能引起从室温到冷冻温度的对低温恒温器的热负荷的增加。根据本技术的方面，提出了穿透管组件的各种实施例，穿透管组件用于低温恒温器，诸如图I的低温恒温器101，并且构造成减小对低温恒温器101的热负荷。特别地，下文提出的穿透管组件构造成通过增加穿透管组件的有效热长度来减小对低温恒温器的热负荷。在图2中显示了用于低温恒温器(诸如图I的低温恒温器101)中的示范性穿透管组件200的一个实施例。特别地，图2(a)是用于低温恒温器101中的穿透管组件的壁部件206的一个实施例的轴向截面图202的一部分的示意说明。更具体而言，图2显示了布置在穿透管组件200的对称轴线204的一侧的穿透管组件的一部分。根据本技术的方面，示范性穿透管组件200包括壁部件206，其构造成增加壁部件206的有效热长度，从而帮助减小由穿透管组件所导致的对低温恒温器101的热负荷。术语有效热长度大体用于指壁部件206的导热路径的长度。在一个实施例中，穿透管组件200可构造成在大约50 mm到大约300 mm的范围中增加导热路径的有效长度。根据本技术的方面，穿透管组件200的壁部件206构造成改变并且更特定地增加穿透管组件200的有效热长度。可注意到，术语有效热长度和导热路径长度可互换地使用。
为此，在图2的示范性实施例中，壁部件206包括外壁部件208和内壁部件220。外壁部件208包括薄壁管。而且，在某些实施例中，外壁部件208是薄壁不锈钢管。例如，在一个实施例中，穿透管组件可包括具有薄壁圆截面的柱形管。在图2所示的实施例中，外壁部件208具有第一端210和第二端212。在当前考虑的图2的构型中，外壁部件208的第一端210可联接到波形管部件218。波形管部件218继而经由第一凸缘214联接到低温恒温器101的OVC 108(参见图I)。在某些实施例中，第一凸缘214可使用不锈钢或铝形成。而且，外壁部件208的第二端212可联接到低温恒温器101的致冷剂容器104 (参见图I)。在一个实施例中，外壁部件208的第二端212可使用第二凸缘216联接到致冷剂容器104。在一个实施例中，第二凸缘212可包括不锈钢凸缘。然而，铜和/或铝可用于形成第二凸缘216。如先前所述，外壁部件208的第一端210经由波形管部件218和第一凸缘214联接到OVC 108。因此，外壁部件208的第一端210连通地联接到高温区域。类似地，由于外壁部件208的第二端212连通地联接到布置在低温恒温器101的致冷剂容器104内的致冷剂118 (参见图I)，外壁部件208的第二端212连通地联接到低温区域。此外，高温区域可具有从大约250开氏度(K)到大约300 K的范围中的温度。因此，连通地联接到高温区域的外壁部件208的第一端210可处于从大约250 K到大约300 K的范围中的温度。可注意到，致冷剂可包括液氦、液氢、液氖、液氮或它们的组合。此外，由于外壁部件208的第二端212与布置在低温恒温器101的致冷剂容器104内的致冷剂118操作关联，外壁部件208的第二端212可联接到低温区域。在某些应用中，低温区域可根据所使用的致冷剂处于从大约4 K到大约80 K的范围中的温度。例如，如果致冷剂是液氢，则较低温度区域可处于大约20 K的温度。此外，如果致冷剂是液氖，则较低温度区域可处于大约27K的温度。另外，对于其它致冷剂，较低温度区域可处于从大约4 K到大约80 K的范围中的温度。如将会领悟的，在氦用作致冷剂118(参见图I)的情况下，在低温恒温器的正常运转期间存在从大约300 K到大约4 K的横跨穿透管组件的长度的温度梯度。然而，在骤冷期间，该温度梯度消退并且因此在穿透管组件的整体长度上存在大体一致的温度，从而将穿透管组件的温度减小到从大约5 K到大约15 K的范围。在磁体的骤冷期间，这种温度梯度的缺乏不利地增加了穿透管组件中的应力和应变并且可导致外壁部件208的薄壁管的收缩。在图2的实施例中，波形管部件218构造成帮助增加外壁部件208的有效热长度。特别地，在骤冷期间采用波形管部件218来补偿薄壁管208的收缩。更具体而言，波形管部件218在骤冷期间扩展，从而补偿薄壁管208在骤冷期间的收缩并且显著地减小了穿透管组件内的轴向应力集中。根据本技术的示范性方面，壁部件206包括可伸缩内壁部件220。该可伸缩内壁部件220构造成提高壁部件206的压力承受能力，尤其是在骤冷期间。特别地，可伸缩内壁部件220包括嵌套在彼此内的多个管。具体地，在一个实施例中，可伸缩内壁部件220包括嵌套在彼此内的直径不同的多个同心管。在图2所示的示例中，可伸缩内壁部件220包括 同心地嵌套在彼此内的第一管222、第二管224和第三管226及第四管228。特别地，各个管以串联的方式操作地联接到至少一个其它管。例如，第一管222的第二端操作地联接到第二管224的第一端，而第二管224的第二端操作地联接到第三管226的第一端。类似地，第三管226的第二端操作地联接到第四管228的第一端。而且，第四管228的第二端联接到外壁部件208的第二端212。管222、224、226、228的这种联接形成串联连接。因此，管222、224、226、228串联地嵌套在彼此内，而不是一个长管。此外，在一个实施例中，管220、224、226、228可包括直径不同的不锈钢管。然而，其它材料，诸如但不限于，钛合金、铬镍铁合金、非金属环氧树脂和碳纤维增强管，可用于形成管222、224、226、228。虽然图2的构型将可伸缩内壁部件220描绘为包括嵌套在彼此内的四个同心管222、224、226、228，但是还设想其它数目的同心管的使用。在一个实施例中，可采用组合元件或止动器246来帮助将各管联接到在可伸缩内壁部件220的多个同心管中的至少一个其它管。而且，根据本技术的方面，可伸缩内壁部件220大体定位成处于折叠构型(参见图2(c))。然而，在磁体的骤冷期间，可伸缩内壁部件220从图2(c)的折叠构型转换到扩展构型(参见图2(a)和图2(b))。为此，止动器246例如定位在管224、226和228的第一端附近。在骤冷期间，当可伸缩内壁部件220从折叠构型转换到扩展构型时，内管向上滑动直到该管遇到与相邻同心管对应的止动器246。例如，第三管226向上滑动直到该第三管226遇到与第四管228对应的止动器246。在某些其它的实施例中，每个管上的环形边缘(图2中未显示)可用于帮助将管联接到彼此。作为备选，可在管上提供竖直缝(图2中未显示)。另外，匹配的突起(图2中未显示)可设在滑动同心管上以帮助联接管。另外，排出元件232联接到多个管中的最里边的管的第一端。例如，该排出元件232可联接到第一管222的第一端。在某些实施例中，排出元件232可包括爆破片。作为备选，阀可联接到第一管222的第一端。可注意到，在某些实施例中，爆破片可为可替换的爆破片，而阀可以是骤冷阀。而且，可注意到，爆破片232的使用帮助密封地闭合致冷剂容器104。通过使用爆破片232或阀，与留下开口自由相反，致冷剂容器104的完全封闭允许在致冷剂容器104的上方的空间的抽空，从而消除了氦气柱。具体地，爆破片232的使用帮助减小由穿透管组件所导致的对低温恒温器101的热负荷。例如，根据穿透管组件的设计，可实现从大约50mW到150mW的范围中的总热制冷预算的减小。继续参考图2，穿透管组件200可以操作地联接到排出管路236。在一个实施例中，排出管路236可以操作地联接到外壁部件208的第一端210。排出管路236在磁体的骤冷期间帮助导引致冷剂流。而且，排出管路236通常填充有诸如氦气的致冷剂。利用氦气填充排出管路236帮助确保穿透管组件不暴露于环境空气中。另外，排出管路236包括瓣阀240。而且，瓣阀240构造成保护排出管路236免于空气进入。此外，可采用O形环密封件244以帮助瓣阀240的打开和闭合。O形环密封的弹簧促动的瓣阀240通常处于如图2所示的闭合位置中并且仅仅在骤冷期间打开。可注意到，瓣阀240在骤冷期间通常沿气流方向248打开。而且，在一个实施例中，排出管路236包括排出管路端口 238。排出管路端口 238帮助抽空排出管路236。特别地，当在排出管路端口 238上抽真空时，瓣阀240沿着与气流方向248相反的方向移动。结果，穿透管组件和排出管路236被抽空。特别地，穿透管组件和直到瓣阀240的位置的排出管路236的部分242可被抽空。排出管路端口 238可用于抽 空排出管路236的部分242，这继而将瓣阀242推到闭合位置。如图2所示与排出管路236 —起完成穿透管组件以及密封地关闭致冷剂容器104的爆破片232的使用允许穿透管组件的抽空，从而通过消除氦气柱而引起对低温恒温器101的热负荷的减小。而且，在没有爆破片联接到内壁部件220的情况下，直径相对小的内壁部件220保留打开，从而引起氦气柱的形成。在该情形中，排出管路236中的瓣阀240保护排出管路236和/或穿透管组件免于空气进入。然而，不包括联接到内壁部件的爆破片的穿透管组件的实施例引起了对低温恒温器的更高的热负荷，因为氦气柱传导热从大约300 K到大约4 K。还可注意到，可伸缩内壁部件220的最外面的管，诸如第四管228，可联接到外壁部件208。在一个实施例中，第四管228可联接到外壁部件208的第二端212。现在转向图2(b)，描绘了处于扩展构型的图2 (a)的可伸缩内壁部件220的轴向截面图250的一部分的示意说明。特别地，图2(b)描绘了在磁体的骤冷期间的可伸缩内壁部件220的扩展构型。现在参考图2 (C)，描绘了处于折叠构型的图2 (a)的可伸缩内壁部件220的俯视图252。在正常运转中，可伸缩内壁部件220处于折叠构型，如图2(c)所示。然而，在骤冷期间，致冷剂容器104中的压力增加。致冷剂容器104中的压力的增加的后果是，可伸缩内壁部件220在骤冷期间从图2 (c)的折叠构型转换到图2(a)和图2(b)的扩展构型。具体地，可伸缩管222、224、226、228如图2(a)所示扩展并且允许诸如氦的致冷剂通过联接到穿透管组件的排出管路236逸出及排出。例如，致冷剂118从致冷剂容器104通过穿透管组件中的开口 234逸出及排出到排出管路236。继续参考图2，根据本技术的示范性方面，多个管222、224、226、228的串联连接提高了壁部件206的压力承受能力，并且更特别地在骤冷期间内壁部件220的压力承受能力。特别地，管222、224、226、228的串联联接容许内壁部件220从图2 (c)的折叠构型转换到图2(a)和图2(b)的扩展构型。在骤冷之后，一旦压力下降，管220、224、226、228就自动地折叠并使内壁部件220返回到折叠构型。如上文所述，可伸缩内壁部件220包括多个同心管。可注意到，还设想使用可折叠的钢和/或塑料杯、可折叠的望远镜、可折叠的天线或它们的组合作为内壁部件220。如参考图2所述完成穿透组件提供了具有增加的长度的有效导热路径，尤其是在骤冷期间，从而减小由穿透管组件所导致的对低温恒温器的热负荷。具体地，如图2所示，穿透管组件200的可伸缩内壁部件220通过在骤冷期间从图2(c)的折叠构型转换到图2(a)和图2(b)的扩展构型而增加了穿透管组件200的有效热长度。穿透管组件200的壁部件206的有效热长度的这种增加继而引起穿透管组件200的开口表面面积的增加。因此，在磁体的骤冷期间存在着穿透管组件200的可用截面面积的增加，而没有额外的热负荷恶化。穿透管组件200的可用截面面积的增加继而便于提高的热耗散，从而减小了由穿透管组件所导致的对低温恒温器的热负荷。另外，如参考图2所述完成穿透组件允许对于内壁部件220使用薄壁管。此外，内壁部件220仅仅在骤冷期间被增强。另外，在骤冷后，内壁部件220部分地闭合穿透管组件中的开口 234。 现在参考图3，描绘了构造成用于低温恒温器(诸如图I的低温恒温器101)中的穿透管组件的示范性壁部件302的另一实施例300。特别地，图3是用于低温恒温器中的穿透管组件的壁部件302的另一实施例的轴向截面图的一部分的示意说明。此外，标号304大体表示穿透管的对称轴线。根据本技术的示范性方面，壁部件302具有外壁部件306和内壁部件318。外壁部件306具有第一端310和第二端312。类似地，内壁部件318具有相应的第一端314和第二端316。外壁部件306包括薄壁波形管。在某些实施例中，波形管可由不锈钢形成。在某些其它实施例中，波形管还可使用玻璃纤维增强塑料(GRP)形成及/或增强。而且，外壁部件306的第一端310经由第一凸缘320联接到OVC 108 (参见图I)，而外壁部件306的第二端312经由第二凸缘322联接到致冷剂容器104 (参见图I)。可注意到，第一和第二凸缘320、322可以是不锈钢凸缘。作为备选，第一和第二凸缘320、322可使用铜和/或铝形成。另外，内壁部件318是装配有排出元件326的薄壁管。在一个实施例中，排出元件326可包括爆破片。作为备选，可采用阀来代替爆破片326。特别地，爆破片326联接到内壁部件318的第一端314。此外，薄壁内壁部件318可具有相对小的直径。例如，在某些实施例中，薄壁内壁部件318可具有从大约50 mm到大约100 mm范围的直径。还可注意到，薄壁内壁部件318的直径根据致冷剂储备体积和/或磁体骤冷能量来选定。在一个实施例中，内壁部件318可使用不锈钢形成。在某些其它实施例中，内壁部件308可使用GRP或碳纤维复合物(CFC)来增强。而且，在某些实施例中，内壁部件318可联接到低温恒温器101的致冷剂容器104。另外，内壁部件318还联接到可抽空的排出管路330。在一个实施例中，内壁部件318可联接到穿透组件的底板。因此，“固定的”内壁部件318维持在期望高度以允许骤冷后的迅速且方便的爆破片替换。而且，选择内壁部件318的长度使得内壁部件318的选择长度允许爆破片326维持在室温下。此外，内壁部件318的第二端316包括平滑的圆形入口 328，其在骤冷期间帮助提供较低的入口压降。如将会领悟的，在低温恒温器的正常运转期间存在着横跨穿透管组件的长度从大约300 K到大约4 K的温度梯度。然而，在骤冷期间，温度梯度消退并且因此在穿透管组件的整体长度上有大体一致的温度，从而将穿透管组件的温度减小到从大约5 K到大约15 K的范围。在磁体的骤冷期间，这种温度梯度的缺乏不利地增加了穿透管组件中的应力和应变并且可导致外壁部件306的收缩。在图3的实施例中，波形外壁部件306构造成帮助增加壁部件302的有效热长度。特别地，波形管部件306在骤冷期间扩展并且显著地减小了管内的轴向应力集中。在骤冷期间，致冷剂容器104中的压力增加。致冷剂118(参见图I)通过圆形入口 328进入内壁部件318。随着致冷剂容器104中的压力增加，爆破片326打开并且允许致冷剂逸出，从而减轻建立在致冷剂容器中的压力。如先前参考图2所述，爆破片326的使用帮助密封地闭合致冷剂容器104。通过使用爆破片326或阀，与留下开口自由相反，致冷剂容器104的完全封闭允许抽空致冷剂容器104上方的空间，从而消除氦气柱。具体地，爆破片326的使用帮助减小由穿透管组件所导致的对低温恒温器101的热负荷。例如，根据穿透管组件的设计，可实现从大约50mW到150mff的范围的总热制冷预算的减小。继续参考图3，穿透管组件300可以操作地联接到排出管路330。在一个实施例中， 排出管路330可以操作地联接到外壁部件306的第一端310。排出管路330在磁体的骤冷期间帮助导引致冷剂流。而且，在一个实施例中，排出管路330包括排出管路端口 332。排出管路端口 332帮助抽空排出管路330。另外，排出管路330包括O形环密封的弹簧促动的瓣阀334。而且，瓣阀334构造成保护排出管路330免于空气进入。瓣阀334通常位于如图3所示的闭合位置中。可注意到，瓣阀334通常在骤冷期间打开。标号338大体表示O形环密封件。此外，排出管路330通常填充有诸如氦气的致冷剂。利用氦气填充排出管路330帮助确保穿透管组件不暴露于环境空气。此外，瓣阀334通常位于闭合位置中并且仅仅在骤冷期间打开。然而，在某些实施例中，穿透管组件和排出管路330可抽空。特别地，穿透管组件和直到瓣阀334的位置的排出管路330的一部分336可抽空。排出管路端口 332可用于抽空排出管路330的部分336，这继而将瓣阀336推至闭合位置。如图3所示与排出管路330 —起完成穿透管组件以及密封地闭合致冷剂容器104的爆破片326的使用允许穿透管组件的抽空，从而通过消除氦气柱而引起对低温恒温器101的热负荷的减小。而且，在没有爆破片联接到内壁部件318的情况下，直径相对小的内壁部件318保留打开，从而引起氦气柱的形成。在该情形中，排出管路330中的瓣阀334保护排出管路330和/或穿透管组件免于空气进入。然而，不包括联接到内壁部件的爆破片的穿透管组件的实施例引起了对低温恒温器的更高的热负荷，因为氦气柱传导热从大约300 K到大约4 K。如参考图3所述完成穿透组件提供了具有增加的长度的有效导热路径。具体地，如图3所示，穿透管组件300的波形外壁部件306增加了穿透管组件300的有效热长度。穿透管组件300的外壁部件306的有效热长度的这种增加继而引起穿透管组件300的开口表面面积的增加。因此，在磁体的骤冷期间存在穿透管组件300的可用截面面积的增加，而没有额外的热负荷恶化。此外，图3的实施例允许从OVC 108到内部致冷剂容器104的振动的传送的充分减小。特别地，图3的实施例允许穿透管组件的壁部件302的相对自由移动，从而在运送期间和在低温恒温器101的静止定位期间减小从OVC 108到致冷剂容器104的振动的传送。另外，波形外壁部件306中的波纹之间的空间可抽空。因此，由于直径相对较大的致冷剂气柱的使用，可以避免传导，如先前所述。另外，波形外壁部件306的相对长的长度显著地减小了热传导。此外，带有爆破片326的内壁部件318的使用提高了穿透管组件的压力承受能力。而且，穿透组件易受顶部影响，从而允许爆破片326的容易的替换。构造成用于上文所述的低温恒温器中的穿透管组件的示范性壁部件的各种实施例通过增加穿透管组件的壁部件的有效热长度而剧烈地减小了由穿透管组件所导致的对低温恒温器的热负荷。低温恒温器上的较低的热载荷有利地引起了增加穿越时间、延伸冷头使用时间以及成本节约。例如，穿透管组件的简化设计减小了整个系统的成本。另外，在某些情形中，示范性穿透管组件的使用避免了对于到冷头的热联系的需要。而且，如先前所述，穿透件负责了系统的热负荷的至少30%到40%。由于使用上文所述的示范性穿透管组件引起的对低温恒温器的低的热负荷有可能帮助减小低温恒温器中所要求的总氦储备。上文 所述的穿透管组件的各种实施例因此提出了热负荷优化的穿透件，这是成功的低温恒温器设计的关键因素。虽然在本文中显示并描述了本发明的仅仅某些特征，但是本领域技术人员将会想到很多修改和变化。因此，应当理解，当落在本公开的真实精神内时，所附权利要求意图覆盖所有这样的修改和变化。
权利要求
1.一种用于低温恒温器的穿透组件，所述穿透组件包括 外壁部件，其具有第一端和第二端并且构造成改变所述壁部件的有效热长度，其中，管的第一端连通地联接到高温区域并且所述管的第二端连通地联接到布置在所述低温恒温器的致冷剂容器内的致冷剂；以及 可伸缩内壁部件，其包括嵌套在彼此内的多个管，并且其中，所述多个管中的每个管以串联的方式操作地联接到至少一个其它管。
2.根据权利要求I所述的穿透组件，其特征在于，所述高温区域具有从大约250K到大约300 K的范围中的温度。
3.根据权利要求I所述的穿透组件，其特征在于，所述致冷剂包括液氦、液氢、液氖、液氮或者它们的组合。
4.根据权利要求I所述的穿透组件，其特征在于，还包括排出元件，所述排出元件操作地联接到所述多个同心管中的最里面的管的第一端。
5.根据权利要求4所述的穿透组件，其特征在于，所述排出元件包括爆破片、爆破阀或者它们的组合。
6.根据权利要求I所述的穿透组件，其特征在于，所述可伸缩内壁部件中的所述多个管包括嵌套在彼此内的多个同心管。
7.根据权利要求6所述的穿透组件，其特征在于，所述可伸缩内壁部件中的所述多个管包括不锈钢管、TiAl6V4管、招管或者它们的组合。
8.根据权利要求I所述的穿透组件，其特征在于，所述外壁部件还包括波形区段，所述波形区段操作地联接到所述外壁部件的所述第一端、所述第二端或者所述第一端和所述第二端两者。
9.根据权利要求8所述的穿透组件，其特征在于，所述波形区段构造成在从大约50mm到大约300 mm的范围中改变所述壁部件的有效热长度。
10.根据权利要求I所述的穿透组件，其特征在于，所述可伸缩内壁部件构造成处于折叠构型。
11.根据权利要求10所述的穿透组件，其特征在于，所述可伸缩内壁部件构造成在骤冷期间从所述折叠构型转换到扩展构型。
12.根据权利要求11所述的穿透组件，其特征在于，所述可伸缩内壁部件构造成在骤冷之后返回到所述折叠构型。
13.根据权利要求I所述的穿透组件，其特征在于，还包括排出管路，所述排出管路操作地联接到所述外壁部件并且构造成在磁体骤冷期间帮助导引致冷剂流。
14.根据权利要求13所述的穿透组件，其特征在于，所述排出管路包括 构造成帮助抽空所述排出管路的排出管路端口 ；以及 构造成防止空气进入所述排出管路中的瓣阀。
15.一种用于低温恒温器的穿透组件，所述穿透组件包括 波形外壁部件，其具有第一端和第二端并且构造成改变所述波形外壁部件的有效热长度，其中，管的第一端连通地联接到高温区域并且所述管的第二端连通地联接到布置在所述低温恒温器的致冷剂容器内的致冷剂；以及 内壁部件，其具有第一端和第二端并且布置成邻近所述波形外壁部件。
16.根据权利要求15所述的穿透组件，其特征在于，还包括操作地联接到所述内壁部件的第一端的排出元件。
17.根据权利要求15所述的穿透组件，其特征在于，所述波形外壁部件构造成在从大约50 mm到大约300 mm的范围中改变所述外壁部件的有效热长度。
18.根据权利要求15所述的穿透组件，其特征在于，所述内壁部件包括用玻璃增强的塑料增强的薄壁管。
19.根据权利要求15所述的穿透组件，其特征在于，所述内壁部件的第二端联接到所述穿透管组件的底板。
20.根据权利要求15所述的穿透组件，其特征在于，所述内壁部件和所述波形外壁部件之间的区域包括抽空的区域。
21.根据权利要求15所述的穿透组件，其特征在于，还包括排出管路，所述排出管路操作地联接到所述外壁部件并且构造成在磁体骤冷期间帮助导引致冷剂流。
22.根据权利要求21所述的穿透组件，其特征在于，所述排出管路包括 构造成帮助抽空所述排出管路的排出管路端口 ；以及 构造成防止空气进入所述排出管路中的瓣阀。
23.一种用于磁共振成像的系统，包括 构造成获取图像数据表示的获取子系统，其中，所述获取子系统包括 构造成在其中容纳患者的超导磁体； 包括致冷剂容器的低温恒温器，所述超导磁体包含在所述致冷剂容器中，其中，所述低温恒温器包括热负荷优化的穿透组件，所述穿透组件包括 外壁部件，其具有第一端和第二端并且构造成改变所述壁部件的有效热长度，其中，管的第一端连通地联接到高温区域并且所述管的第二端连通地联接到布置在所述低温恒温器的致冷剂容器内的致冷剂； 内壁部件，其布置成邻近所述外壁部件；以及 处理子系统，其与所述获取子系统操作关联并且构造成处理所获取的图像数据。
全文摘要
本发明涉及用于减小低温恒温器热负荷的穿透管组件，提出了一种用于低温恒温器的穿透组件。该穿透组件包括外壁部件，其具有第一端和第二端并且构造成改变壁部件的有效热长度，其中，管的第一端连通地联接到高温区域并且管的第二端连通地联接到布置在低温恒温器的致冷剂容器内的致冷剂。另外，穿透管组件包括可伸缩内壁部件，其包括嵌套在彼此内的多个管，并且其中，多个管中的每个管以串联的方式操作地联接到至少一个其它管。
文档编号H01F6/04GK102809239SQ201210175040
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者E.W.施陶特纳, K.M.阿姆, R.L.麦唐纳, A.曼通, J.小斯卡图罗, 江隆植, W.沈 申请人:通用电气公司