CN102323557A - 超导磁体用减振型冷头容器 - Google Patents
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Abstract
一种超导磁体用减振型冷头容器，其特征是包括冷头容器上法兰（21）、冷头容器下法兰（22）、波纹管（13）、一级不锈钢薄壁管（14）、冷头容器一级传热法兰（15）、二级不锈钢薄壁管（18）、磁屏蔽筒（16）、底部连接波纹管（20）等几部分组成。所述冷头容器上法兰（21）和冷头容器下法兰（22）之间设有减振波纹管（13），一级不锈钢薄壁管（14）上部与冷头容器上法兰（21）通过氩弧焊连接，下部与冷头容器一级传热法兰（15）通过真空钎焊连接，冷头容器一级传热法兰（15）下部连接有二级不锈钢薄壁管（18），二级不锈钢薄壁管（18）底部设有波纹管（20），二级不锈钢薄壁管（18）外套设有磁屏蔽筒（16）；所述冷头容器（1）内设置GM制冷机（6）或脉冲管制冷机（7）。
Description
技术领域
本发明涉及超导磁体用冷头容器，特别适用于液氦零挥发超导磁共振成像和磁共振谱仪超导磁体的超导磁体用减振型冷头容器。
背景技术
目前，核磁共振整体成像***根据细胞原子核带微磁性的特点，可以对人体的某一部位施加特殊的可变磁场，然后观测某种原子在磁场中的状况变化，辅以计算机图象分析技术，便可以获得人体组织的信息，帮助确定病变部位。超导磁体在医学的应用已取得重大成果，超导磁体与我们熟知的永磁体、电磁体相比，具有体积小、重量轻、耗能极少、磁场强度高的特点。在医学磁共振领域，为了获得稳定高质量的图像，必须使用一定高的场强超导磁体。
超导核磁共振一般使用液氦作为制冷介质, 为超导线圈建立和保持超导环境, 因此磁体采用多层真空绝热结构, 但由于结构支撑等多种因素, 不可能完全阻止热传导, 所以液氦会以蒸发的形式带出导入的热量, 以维持4. 2K 的温度。为减少液氦的蒸发, 超导核磁共振上一般都配有制冷***以提供冷量, 减少液氦蒸发。制冷***包括冷头、压缩机、水冷机组三个部分。冷头是制冷部件,为超导磁体提供4K和50K 两级低温。零挥发超导磁体杜瓦容器主要由4.2K, 50K 和300K 三个双壁筒式容器以及颈管，冷头容器及其它配套的零部件组成。其中50K容器为冷屏，4.2K，300K容器用304无磁不锈钢制成。50K冷屏用以减小液氦温度与室温之间的辐射传热的。
磁共振成像要求超导磁体具有高均匀度的磁场。制冷机安装于冷头容器内用于冷却磁体低温***。Gifford-Mcmahon制冷机(简称GM制冷机)是一种回热式小型低温制冷机，它利用绝热放气膨胀(又称为西蒙膨胀)原理获得低温，具有结构简单、运转可靠、性能稳定、使用寿命长等许多优点。与其他制冷机相比GM制冷机具有制冷量大的特点，被广泛用于磁共振成像超导磁体中。但GM制冷机内活塞运动会产生振动，振动通过各连接装置传至整个磁体，将影响磁场的均匀性。从而对扫描图像质量产生影响。为防止振动对磁共振成像***产生影响，在冷头容器的设计中可以通过截断振动的传播路径来避免振动的传播。减小振动传递的方法有避免使用硬的热连接，以及使用波纹管等减振装置。脉冲管制冷机由于没有运动活塞，因而与GM制冷机相比几乎没有振动。使用脉冲管制冷机也是减小振动提高成像质量的方法。随着脉冲管制冷机制冷量的不断增大已可替代GM制冷机用于冷却磁体低温***。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可同时适用于GM制冷机和脉冲管制冷机的超导磁体用减振型冷头容器。
本发明的技术方案是：
一种超导磁体用减振型冷头容器，包括冷头容器上法兰、冷头容器下法兰、波纹管、一级不锈钢薄壁管、冷头容器一级传热法兰、二级不锈钢薄壁管、磁屏蔽筒、底部连接波纹管等几部分组成。所述冷头容器上法兰和冷头容器下法兰之间设有减振波纹管，一级不锈钢薄壁管上部与冷头容器上法兰通过氩弧焊连接，下部与冷头容器一级传热法兰通过真空钎焊连接，冷头容器一级传热法兰下部连接有二级不锈钢薄壁管，二级不锈钢薄壁管底部设有波纹管，二级不锈钢薄壁管外套设有磁屏蔽筒； 所述冷头容器内设置GM制冷机或脉冲管制冷机。
如图2所示， GM制冷机一级冷头与冷头容器一级传热法兰不接触，GM制冷机的GM制冷机一级冷头与冷头容器一级传热法兰之间间距为0.5毫米至1.5毫米。 GM制冷机二级冷头位于二级不锈钢薄壁管内，其底部装有翅片式冷凝器。
如图3所示，所述脉冲管制冷机的脉冲管制冷机一级传热法兰压接在冷头容器一级传热法兰上，其高度由调整密封环调整。同时脉冲管制冷机的脉冲管制冷机翅片式冷凝器换热面积大于GM制冷机翅片式冷凝器，从而弥补脉冲管制冷机制冷量小的缺点。
如图4，所述特征在于冷头容器上法兰固定在制冷机支撑支架上。支架高度可通过螺栓调节。冷头容器下部连接有室温真空容器。若使用脉冲管制冷机，上法兰通过固定螺栓固定在下法兰上，对脉冲管制冷机提供支撑 。这时可不使用支撑支架，从而简化了安装过程，使整个磁体更加紧凑。
所述特征磁屏蔽筒材料通常为高纯度的无氧铜或铝。为提高其屏蔽效果内外表面上可附着一层伍德合金。
本发明的有益效果是：
本发明提出的冷头容器，能有效避免制冷机振动传递至整个磁体。并且该冷头容器能同时适用于GM制冷机和脉冲管制冷机。通过更换制冷机上部调整密封环对不同制冷机在长度方向进行补偿。若使用GM制冷机时，制冷机置于冷头容器内，但不与冷头容器传热法兰直接接触。制冷机通过独立的支撑结构，将振动传至地面。
本发明的超导磁体用减振型冷头容器同时适用于GM制冷机和脉冲管制冷机，客户可根据使用条件自由选择制冷机类型，因而互换性更强。
附图说明
图1是磁共振成像***的超导磁体的结构示意图。
图2是本发明的冷头容器与GM制冷机安装结构示意图。
图3是本发明的冷头容器与脉冲管制冷机安装结构示意图。
图4是本发明安装在冷头容器支撑架上的结构示意图。
图1中：1为冷头容器、2为室温真空容器、3为50K防辐射冷屏、4为液氦容器、5为颈管组件；
图2、图3中：6为GM制冷机、7为脉冲管制冷机、8为调节螺栓、11为制冷机一级冷头、12为制冷机二级冷头、13为减振波纹管、14为一级不锈钢薄壁管、15为冷头容器一级传热法兰、16为磁屏蔽筒、17为GM制冷机冷凝器、18为二级不锈钢薄壁管、19为冷头容器底部法兰、20为波纹管、21为冷头容器上法兰、22为冷头容器下法兰、23为脉冲管制冷机冷凝器、24为脉冲管制冷机一级冷头、25为调整密封环；
图4中：1为冷头容器、8为固定螺栓、20为室温外筒、30为室温孔、40为底座、50为磁体支架、51为调节螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
如图2所示，一种超导磁体用减振型冷头容器，包括冷头容器上法兰21、冷头容器下法兰22、波纹管13、一级不锈钢薄壁管14、冷头容器一级传热法兰15、二级不锈钢薄壁管18、磁屏蔽筒16、底部连接波纹管20等几部分组成。所述冷头容器上法兰21和冷头容器下法兰22之间设有减振波纹管13，一级不锈钢薄壁管14上部与冷头容器上法兰21通过氩弧焊连接，下部与冷头容器一级传热法兰15通过真空钎焊连接，冷头容器一级传热法兰15下部连接有二级不锈钢薄壁管18，二级不锈钢薄壁管18底部设有波纹管20，二级不锈钢薄壁管18外套设有磁屏蔽筒16； 所述冷头容器1内设置GM制冷机6或脉冲管制冷机7。
GM制冷机一级冷头11与冷头容器一级传热法兰15不接触，GM制冷机6的GM制冷机一级冷头11与冷头容器一级传热法兰15之间间距为0.5毫米至1.5毫米。由于氦气导热系数大，同时GM制冷机内活塞的运动所产生的振动使接触面上氦气分子运动加剧进一步提高传热效果，从而保证了制冷机的制冷量能够有效的传至冷头容器传热法兰上。GM制冷机二级冷头12位于二级不锈钢薄壁管18内，其底部装有翅片式冷凝器17。
如图3所示，脉冲管制冷机7的脉冲管制冷机一级传热法兰24压接在冷头容器一级传热法兰15上，其高度由调整密封环25调整。为保证两个传热面间有良好的接触，接触面间压有一层薄薄的铟片。直接接触而不使用氦气导热弥补了脉冲管制冷机制冷量小的缺点。同时脉冲管制冷机7的脉冲管制冷机翅片式冷凝器23换热面积大于GM制冷机翅片式冷凝器17，强化了换热效果。
如图4所示，冷头容器上法兰21固定在制冷机支撑支架50上。支架50高度可通过螺栓51调节。冷头容器1下部连接有室温真空容器20。若使用脉冲管制冷机7，由于制冷机没有振动，上法兰通过固定螺栓8固定在下法兰22上，对脉冲管制冷机提供支撑 。这时可不使用支撑支架50，从而简化了安装过程，缩小了安装尺寸使整个磁体更加紧凑。
4K GM制冷机6活塞内装有磁性填料。为减小活塞运动对磁体中心磁场产生干扰，因而在二级不锈钢薄壁管18外装有磁屏蔽筒16。磁屏蔽筒16通常为高纯铝（RRR>1000）或无氧铜。为保证其屏蔽效果可在磁屏蔽筒16内外表面上附着一层伍德合金。由于伍德合金临界转变温度为8K左右（B=0），因而当温度为4K时电阻为零。因而使屏蔽效果更加有效。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。
Claims (6)
1.一种超导磁体用减振型冷头容器，其特征是包括冷头容器上法兰（21）、冷头容器下法兰（22）、波纹管（13）、一级不锈钢薄壁管（14）、冷头容器一级传热法兰（15）、二级不锈钢薄壁管（18）、磁屏蔽筒（16）和底部连接波纹管（20），所述冷头容器上法兰（21）和冷头容器下法兰（22）之间设有减振波纹管（13），一级不锈钢薄壁管（14）上部与冷头容器上法兰（21）通过氩弧焊连接，下部与冷头容器一级传热法兰（15）通过真空钎焊连接，冷头容器一级传热法兰（15）下部连接有二级不锈钢薄壁管（18），二级不锈钢薄壁管（18）底部设有波纹管（20），二级不锈钢薄壁管（18）外套设有磁屏蔽筒（16）； 所述冷头容器（1）内设置GM制冷机（6）或脉冲管制冷机（7）。
2.根据权利要求1所述的超导磁体用减振型冷头容器，其特征在于所述GM制冷机（6）的GM制冷机一级冷头（11）与冷头容器一级传热法兰（15）不接触，GM制冷机（6）的GM制冷机一级冷头（11）与冷头容器一级传热法兰（15）之间间距为0.5毫米至1.5毫米，GM制冷机（6）的GM制冷机二级冷头（12）位于二级不锈钢薄壁管（18）内，其底部装有翅片式冷凝器（17）。
3.根据权利要求1所述的超导磁体用减振型冷头容器，其特征在于所述脉冲管制冷机（7）的脉冲管制冷机一级传热法兰（24）压接在冷头容器一级传热法兰（15）上，其高度由调整密封环（25）调整，同时脉冲管制冷机（7）的脉冲管制冷机翅片式冷凝器（23）换热面积大于GM制冷机翅片式冷凝器（17）。
4.根据权利要求1至3之一所述的超导磁体用减振型冷头容器，其特征在于所述冷头容器上法兰（21）固定在制冷机支撑支架（50）上，支架（50）高度可通过调节螺栓（51）调节，冷头容器（1）下部连接有室温真空容器（20）。
5.根据权利要求1至3之一所述的超导磁体用减振型冷头容器，其特征在于所述若使用脉冲管制冷机（7），冷头容器上法兰（21）通过固定螺栓（8）固定在下法兰（22）上。
6.根据权利要求1所述超导磁体用减振型冷头容器，特征在于所述磁屏蔽筒（16）内外表面上附着一层伍德合金。
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