專利名稱：制冷器系統(tǒng)及具有該制冷器系統(tǒng)的超導(dǎo)磁體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制冷器(cryocooler)系統(tǒng)及一種具有該制冷器系統(tǒng)的超導(dǎo)磁體
>J-U ρ α裝直。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，磁共振成像(MRI)設(shè)備使用超導(dǎo)磁體。由于超導(dǎo)磁體在諸如4.2Κ的超低溫下維持超導(dǎo)狀態(tài)，因此需要一種用于維持超低溫的冷卻系統(tǒng)。在現(xiàn)有技術(shù)中的冷卻系統(tǒng)中傳統(tǒng)上采用的兩級制冷器包括:第一級單元，在例如從40Κ到50Κ的范圍的溫度下操作；第二級單元，在例如4Κ的溫度下操作。第二級單元通過直接和間接地?zé)峤佑|超導(dǎo)主體(例如，超導(dǎo)線圈)來冷卻超導(dǎo)主體，第一級單元冷卻熱屏蔽單元，熱屏蔽單元減少室內(nèi)溫度和超導(dǎo)主體之間的熱傳遞。在現(xiàn)有技術(shù)的MRI設(shè)備的冷卻系統(tǒng)中，當(dāng)超導(dǎo)磁體斜升或斜降以產(chǎn)生磁場或關(guān)閉產(chǎn)生的磁場時，因電流引線的電阻而產(chǎn)生熱。因此，冷卻系統(tǒng)需要提供預(yù)防因電流引線產(chǎn)生的熱。在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)使用了浴冷系統(tǒng)來冷卻超導(dǎo)磁體。在浴冷系統(tǒng)中，通過將電流引線放置在從液氦供應(yīng)器蒸發(fā)的氦蒸氣流中來冷卻當(dāng)超導(dǎo)磁體斜升或斜降時產(chǎn)生的熱。然而，浴冷系統(tǒng)使用過量的氦。 在諸如熱虹吸方法或無致冷劑的方法的冷卻系統(tǒng)的情況下，氦蒸氣的冷卻沒有幫助并且當(dāng)超導(dǎo) 磁體斜升或斜降時產(chǎn)生的熱由于冷卻器的冷卻能力有限而會導(dǎo)致冷卻不充分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種制冷器系統(tǒng)以及一種具有該制冷器系統(tǒng)的超導(dǎo)磁體裝置，該制冷器系統(tǒng)具有當(dāng)在電流斜升或斜降的同時產(chǎn)生熱時降低電流引線的升溫速率的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種制冷器系統(tǒng)，該制冷器系統(tǒng)包括:熱屏蔽單元，熱屏蔽超導(dǎo)主體；制冷器，具有冷卻所述熱屏蔽單元的冷卻級；熱慣性構(gòu)件，熱接觸所述制冷器的冷卻級并且具有高熱容。所述熱慣性構(gòu)件可以由從由W、Pb、Cu和Al組成的組中選擇的至少一種金屬形成或者由從由水、冰、烴、蠟和固態(tài)氮組成的組中選擇的非金屬形成。諸如W、Pb、Cu和Al的金屬或者在室溫下為固態(tài)的非金屬可以熱接觸制冷器的第一級單元，諸如水、冰、烴、蠟和固態(tài)氮的非金屬可以熱接觸制冷器的第一級單元并且被儲存在儲存單元中。所述熱慣性構(gòu)件可以設(shè)置成圍繞所述制冷器的冷卻級的外表面或者外周中的至少一部分。所述熱慣性構(gòu)件可以設(shè)置得靠近于熱屏蔽單元的接觸所述制冷器的冷卻級的區(qū)域。所述熱慣性構(gòu)件可以通過在熱屏蔽單元接觸所述制冷器的冷卻級的區(qū)域處增加熱屏蔽單元的厚度來形成。所述制冷器可以是具有冷卻超導(dǎo)主體的超導(dǎo)主體冷卻級單元的兩級冷卻器。此夕卜，制冷器可以另外地包括用于冷卻超導(dǎo)主體的超導(dǎo)主體冷卻器。所述制冷器可以通過使用熱虹吸方法冷卻超導(dǎo)主體。例如，所述制冷器系統(tǒng)還可以包括:密封容器，超導(dǎo)主體冷卻級單元插入到密封容器中，并且密封容器包括冷卻劑；熱交換管，連接到所述密封容器，從而冷卻劑流入和流出所述密封容器，并且熱交換管經(jīng)由熱對流通過熱接觸超導(dǎo)主體來冷卻超導(dǎo)主體。所述制冷器可以通過使用無致冷劑的方法冷卻超導(dǎo)主體。例如，所述制冷器的超導(dǎo)主體冷卻級單元可以直接地?zé)徇B接到超導(dǎo)主體或者通過具有高導(dǎo)熱率的導(dǎo)熱構(gòu)件熱連接到超導(dǎo)主體。所述制冷器系統(tǒng)還可以包括熱接觸制冷器的冷卻級并且向超導(dǎo)主體供應(yīng)電流的電流引線。當(dāng)電流引線的溫度由于流過電流引線的電流產(chǎn)生的熱而升高時，熱慣性構(gòu)件可以通過熱接觸電流引線而降低電流引線的升溫速率。電流引線可以包括圍繞熱屏蔽單元設(shè)置的第一電流弓I線和設(shè)置在熱屏蔽單元內(nèi)的第二電流引線，熱屏蔽單元將超導(dǎo)主體和第二電流引線真空密封在其中。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種超導(dǎo)磁體裝置，該超導(dǎo)磁體裝置包括:超導(dǎo)線圈；熱屏蔽單元，屏蔽超導(dǎo)線圈；制冷器，具有用于冷卻熱屏蔽單元的冷卻級；電流引線，熱接觸所述制冷器的冷卻級并且將電流供應(yīng)到超導(dǎo)線圈；熱慣性構(gòu)件，熱接觸制冷器的冷卻級并且具有聞的熱容。制冷器系統(tǒng)和超導(dǎo)磁體裝置可以降低由于在電流斜升或斜降至超導(dǎo)線圈時產(chǎn)生的熱導(dǎo)致的溫度升高。 因此，制冷器系統(tǒng)可以在當(dāng)電流斜升或斜降至超導(dǎo)線圈時產(chǎn)生熱的同時降低制冷器的冷卻級的升溫速率，而不使用在利用熱虹吸方法或無致冷劑的方法的冷卻系統(tǒng)中難以使用的氦蒸氣，因此，保護制冷器系統(tǒng)以免電流引線的過熱。


通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實施例，本發(fā)明的以上和其他特點和優(yōu)點將變得更加清楚，在附圖中:圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的制冷器系統(tǒng)的示意圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的超導(dǎo)磁體裝置的示意圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的超導(dǎo)磁體裝置的示意圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的又一示例性實施例的超導(dǎo)磁體裝置的示意圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的其它示例性實施例的超導(dǎo)磁體裝置的示意圖。
具體實施例方式在下文中，將參照附圖更加全面地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的示例性實施例在附圖中示出。在附圖中，為了清晰起見，夸大了層和區(qū)域的厚度。在附圖中，相同的標(biāo)號指示相同的元件。在下面的描述中，會省略已知的相關(guān)功能和構(gòu)造的詳細(xì)描述，以避免不必要地模糊本發(fā)明的主題。然而，本發(fā)明可以以許多不同方式實施，并且不應(yīng)該被解釋為局限于在此闡述的示例性實施例。此外，在此描述的考慮到本發(fā)明的功能而限定的術(shù)語可以根據(jù)用戶和操作者的意圖和實踐而不同地應(yīng)用。因此，術(shù)語應(yīng)該以全部說明書的公開內(nèi)容為基礎(chǔ)來理解。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，本發(fā)明的原理和特征可以應(yīng)用在改變的和許多的實施例中。此外，雖然附圖表述了發(fā)明的示例性實施例，但是附圖未必是按比例繪出的，并且為了更加清楚地示出并解釋本發(fā)明，可以夸大或省略某些特征。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的制冷器系統(tǒng)100的示意圖。參照圖1，制冷器系統(tǒng)100包括制冷器110、熱慣性構(gòu)件120和熱屏蔽單元130。熱屏蔽單元130圍繞超導(dǎo)主體并且屏蔽來自周圍的熱。熱屏蔽單元130可以由例如鋁形成，并且防止來自外部的熱傳遞到超導(dǎo)主體。制冷器110包括冷卻級111，冷卻級111通過熱接觸熱屏蔽單元130來冷卻熱屏蔽單元130。制冷器110可以是具有第一級單元和例如如圖2中所示的第二級單元212的兩級冷卻器，第一級單元冷卻熱屏蔽單元130，第二級單元212冷卻圖2中示出的超導(dǎo)主體。兩級冷卻器的第一級單元和第二級單元212在不同的溫度下操作。例如，第一級單元可以在從40K到50K的范圍的溫度下操作，第二級單元212可以在4K的溫度下操作。在圖1中示出的示例性實施例中，冷卻級111可以是兩級冷卻器的第一級單元。制冷器110的冷卻級111，即，兩級冷卻器的第一級單元，可以通過熱接觸熱屏蔽單元130來冷卻熱屏蔽單元130，第二冷卻級單元212通過直接和/或間接熱接觸超導(dǎo)主體來冷卻超導(dǎo)主體。制冷器110可以是三級或更多級的冷卻器，冷卻級111可以是熱接觸熱屏蔽單元130的級中的一級。另外，制冷器110可以僅冷卻熱屏蔽單元130，可以另外地設(shè)置例如在圖5中所示的用于冷卻超導(dǎo)主體的超導(dǎo)主體冷卻器520。制冷器110可以是在現(xiàn)有技術(shù)中公知的冷卻器，諸如吉福特-麥克馬洪(Gifford-McMahon，GM)冷卻器或者脈沖管(Pulse Tube)冷卻器。熱慣性構(gòu)件120可以由高熱容材料(HHCM)形成，并且熱連接到制冷器110的冷卻級111。熱慣性構(gòu)件120可以是 另外附接到冷卻級111的構(gòu)件，并且可以是位于相對靠近冷卻級111的現(xiàn)有組成元件。用于形成熱慣性構(gòu)件120的HHCM可以由從由W、Pb、Cu和Al組成的組中選擇的金屬形成或者由從由水、冰、烴、蠟和固態(tài)氮組成的組中選擇的非金屬形成。用于形成熱慣性構(gòu)件120的材料的選擇可以根據(jù)技術(shù)性能、成本、溶解度和可加工性而變化。熱慣性構(gòu)件120降低制冷器110的冷卻級111以及熱接觸冷卻級111的熱屏蔽單元130的快速升溫。當(dāng)根據(jù)圖1的示例性實施例的制冷器系統(tǒng)100應(yīng)用于超導(dǎo)磁體裝置時，制冷器系統(tǒng)100還可以包括電流引線140，電流引線140使電流斜升或斜降至作為超導(dǎo)主體的超導(dǎo)線圈。電流引線140電連接到超導(dǎo)線圈,從而從熱屏蔽單元130的外部穿過熱屏蔽單元130。電流引線140的一部分設(shè)置為熱接觸制冷器110的冷卻級111和熱慣性構(gòu)件120。在電流斜升或斜降至超導(dǎo)線圈的同時，會因電流引線140的電阻而產(chǎn)生熱。因此，制冷器110的冷卻級111可以冷卻電流引線140的熱端。另外，熱慣性構(gòu)件120執(zhí)行防止電流引線140由于熱而在溫度上快速升高的功能。接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的制冷器系統(tǒng)100的操作。在正常操作中，電流未在電流引線140中流動，并且制冷器110的冷卻級111、熱慣性構(gòu)件120、熱屏蔽單元130和電流引線140處于熱平衡狀態(tài)。即，在正常操作中，熱屏蔽單元130將每小時的屏蔽熱Qsh的熱負(fù)荷傳遞到制冷器110的冷卻級111，電流引線140將每小時的電流引線熱Qd的熱負(fù)荷傳遞到制冷器110的冷卻級111。這時候，傳遞到制冷器110的冷卻級111的熱滿足下面的等式1，以與制冷器110的冷卻能力Q。。建立熱平衡。Qcc = Qsh+Qcl (I)此外，當(dāng)制冷器110的冷卻級111的溫度為Tl，熱慣性構(gòu)件120的溫度為T2，熱屏蔽單元130的溫度為T3，電流引線140的溫度(其可以是熱接觸制冷器110的冷卻級111的電流引線140的溫度)為T4時，在正常操作中，熱慣性構(gòu)件120和制冷器110的冷卻級111可以具有相等的溫度，因此，在熱慣性構(gòu)件120和制冷器110的冷卻級111之間基本上沒有熱傳遞。即，在正常操作中，滿足等式2和等式3。T3 = Tl (2)Qti = O (3)其中，Qti是傳遞到制冷器110的冷卻級111的熱或者從制冷器110的冷卻級111傳遞來的熱。電流引線140的有電流流動的一部分產(chǎn)生熱。從電流引線140的所述一部分產(chǎn)生的熱傳遞到制冷器110的冷卻級111。當(dāng)電流斜升或斜降至超導(dǎo)線圈時，電流在電流引線140中流動。即使位于熱屏蔽單元130中的電流引線140的一部分由超導(dǎo)主體(其可以是高溫超導(dǎo)主體)形成，電流引線140在熱屏蔽單元130外部的部分以及接觸熱屏蔽單元130的部分仍具有電阻。因此，當(dāng)電流斜升或斜降至超導(dǎo) 線圈時，因電流引線140的電阻產(chǎn)生熱。熱以每單位小時從電流引線140傳遞到制冷器110的AQ而增加。S卩，當(dāng)供應(yīng)電流時，制冷器系統(tǒng)100是處于如下面的等式4限定的狀態(tài)。Qcc < Qsh+Qcl+ Δ Q (4)如等式4所示，傳遞到制冷器110的冷卻級111的熱大于制冷器110的冷卻容量。因此，制冷器110的冷卻級111的溫度升高。然而，傳遞到制冷器110的冷卻級111的一部分熱傳遞到熱慣性構(gòu)件120，因此，制冷器110的冷卻級111的升溫速率通過熱慣性構(gòu)件120降低。即，當(dāng)將電流供應(yīng)到超導(dǎo)線圈時，制冷器110的冷卻級111的升溫速率滿足下面的等式5。
dl\ M).c,-T = TTfTT O)
J/C11其中，Mti表示熱慣性構(gòu)件120的質(zhì)量，Cti表示熱慣性構(gòu)件120的比熱容。等式5的右側(cè)示出，由于熱慣性構(gòu)件120的熱容足夠大，因此忽略制冷器110的冷卻級111的熱容的近似值。等式5示出了:熱慣性構(gòu)件120的熱容越大，制冷器110的冷卻級111的升溫速率降低。因此，制冷器110的冷卻級111的升溫速率可以通過適當(dāng)?shù)剡x擇熱慣性構(gòu)件120的材料和尺寸來減小，從而在電流引線140沒有過度升溫的情況下，電流斜升或斜降至超導(dǎo)線圈。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的超導(dǎo)磁體裝置200的示意圖。參照圖2,根據(jù)示例性實施例的超導(dǎo)磁體裝置200包括:超導(dǎo)線圈250,超導(dǎo)線圈250是超導(dǎo)主體；熱屏蔽單元230，將超導(dǎo)線圈250與熱熱屏蔽；制冷器系統(tǒng)，冷卻超導(dǎo)線圈250 ;電流引線240，使電流斜升或斜降至超導(dǎo)線圈250。制冷器系統(tǒng)包括制冷器210和熱慣性構(gòu)件220。熱屏蔽單元230可以是在真空狀態(tài)下屏蔽超導(dǎo)線圈250的真空容器。制冷器210、熱慣性構(gòu)件220和電流引線240可以通過殼體260密封。殼體260可以屏蔽由制冷器210冷卻的熱屏蔽單元230免受室溫或者超導(dǎo)磁體裝置200所位于的設(shè)備中的其他環(huán)境溫度的影響。殼體260還可以是真空容器。超導(dǎo)線圈250可以由低溫超導(dǎo)主體或者高溫超導(dǎo)主體形成。當(dāng)將電流例如從電流引線240供應(yīng)到超導(dǎo)線圈250時，超導(dǎo)線圈250變成超導(dǎo)磁體。制冷器210可以是包括第一級單元211和第二級單元212的兩級制冷器。制冷器210的第一級單元211通過熱接觸熱屏蔽單元230來冷卻熱屏蔽單元230。制冷器210通過使用本領(lǐng)域中已知的熱虹吸方法來冷卻超導(dǎo)線圈250。作為示例，制冷器210的第二級單元212設(shè)置在密封容器215的內(nèi)部。密封容器215連接到熱交換管216使得冷卻劑214流入和流出。熱交換管216設(shè)置為圍繞超導(dǎo)線圈250的至少一部分。冷卻劑214可以是氦、氖或氮，并且可以根據(jù)冷卻溫度來選擇。熱慣性構(gòu)件220可以由HHCM形成，另外物理地附接到制冷器210的第一級單元211，并且熱連接到制冷器210的第一級單元211。例如，熱慣性構(gòu)件220可以設(shè)置為在制冷器210的第一級單元211的冷卻熱屏蔽單元230的區(qū)域上圍繞第一級單元211的周界或者外表面的至少一部分。熱慣性構(gòu)件220可以是由從由W、Pb、Cu和Al組成的組中選擇的金屬或者由從由水、冰、烴、蠟和固態(tài)氮組成的組中選擇的非金屬而形成的儲存單元或者容器。熱慣性構(gòu)件220可以減小制冷器210的第一級單元211的快速升溫。電流引線240可以包括設(shè)置在殼體260和熱屏蔽單元230之間的第一電流引線241和位于熱屏蔽單元230內(nèi)的電連接到超導(dǎo)線圈250的第二電流引線242。電流引線240的第一電流引線241的至少一部分設(shè)置成熱接觸熱慣性構(gòu)件220和制冷器210的第一級單元211。第一電流引線241可以由例如具有高導(dǎo)電率的金屬(諸如銅或黃銅)形成。第二電流引線242可以由例如具有高導(dǎo)電率的金屬(諸如銅或黃銅)形成或者由高溫度超導(dǎo)主體形成。在第一電流引線241的情況下，即使使用具有高導(dǎo)電率的材料，第一電流引線241仍具有電阻。因此，當(dāng)電流流過第一電流引線241時，在第一電流引線241中產(chǎn)生熱。在第二電流引線242的情況下，如果第二電流引線242由超導(dǎo)主體形成，則可以忽略熱。然而，當(dāng)?shù)诙娏饕€242由銅或黃銅形成時，會由于其電阻產(chǎn)生熱。接下來，描述根據(jù)示例性實施例的超導(dǎo)磁體裝置200的操作。在正常操作中，由制冷器210的第一級單元211冷卻的冷卻劑214利用通過自然熱對流或者直接接觸的熱傳遞來冷卻超導(dǎo)線圈250。因此，超導(dǎo)線圈250仍處于超導(dǎo)狀態(tài)。在電流在超導(dǎo)線圈250中流動的持久模式下，超導(dǎo)線圈250變成超導(dǎo)磁體。由通過冷卻超導(dǎo)線圈250而獲得的熱而加熱的冷卻劑214通過熱對流而流到密封容器215中并且通過制冷器210的第二級單元212冷卻。制冷器210的第一級單元211通過冷卻熱屏蔽單元230而熱阻擋外側(cè)和內(nèi)側(cè)。這時候，由于電流沒有徑流電流引線240，因此電流引線240未產(chǎn)生熱，并且制冷器210的第一級單元211和外圍構(gòu) 件(例如，熱慣性構(gòu)件220、熱屏蔽單元230和電流引線240)處于熱平衡狀態(tài)。
當(dāng)電流斜升或斜降至超導(dǎo)線圈250時，電流流過電流引線240并且因電流引線240的電阻而產(chǎn)生熱。在如根據(jù)圖2的示例性實施例的制冷器系統(tǒng)的熱虹吸方法中，冷卻超導(dǎo)線圈250的冷卻劑經(jīng)過密封的熱交換管216移動。因此，在浴冷方法中使用的蒸氣冷卻對于冷卻電流引線240所產(chǎn)生的熱是沒有用的。因此，根據(jù)圖2的示例性實施例的超導(dǎo)磁體裝置200在電流斜升或斜降的同時通過使用熱慣性構(gòu)件220來降低制冷器210的第一級單元211的升溫速率。因此，可以通過本發(fā)明減少由于在電流斜升或斜降時產(chǎn)生的熱導(dǎo)致的已知熱問題，諸如粹滅(quenching)。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例的超導(dǎo)磁體裝置300的示意圖。參照圖3，根據(jù)本示例性實施例的超導(dǎo)磁體裝置300包括制冷器系統(tǒng)，該制冷器系統(tǒng)包括制冷器210、熱慣性構(gòu)件320、熱屏蔽單元330、電流引線240、超導(dǎo)線圈250和殼體260。除了熱慣性構(gòu)件320和熱屏蔽單元330形成為一體外，超導(dǎo)磁體裝置300與參照圖2描述的超導(dǎo)磁體裝置200基本上相同。即，根據(jù)圖3的示例性實施例的熱慣性構(gòu)件320通過將熱屏蔽單元330的與熱屏蔽單元330熱接觸制冷器210的第一級單元211的區(qū)域靠近的厚度增加T而形成，從而靠近接觸區(qū)域的熱屏蔽單元330的厚度相對厚。材料的熱容與對應(yīng)于材料物理屬性的材料的比熱以及材料的尺寸成比例。因此，相應(yīng)部分的熱容可通過將熱屏蔽單元330的與熱屏蔽單元330熱接觸制冷器210的第一級單元211的區(qū)域靠近的厚度增加T來增大。在這種情況下，用于形成熱屏蔽單元330的材料可以具有相對高的比熱。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的又一示例性實施例的超導(dǎo)磁體裝置400的示意圖。參照圖4，根據(jù)本示例性實施例的超導(dǎo)磁體裝置400包括制冷器系統(tǒng)，該制冷器系統(tǒng)包括制冷器410、熱慣性構(gòu)件220、熱屏蔽單元230、電流引線240、超導(dǎo)線圈250和殼體260。
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除了制冷器410是無致冷劑的冷卻器外，超導(dǎo)磁體裝置400與參照圖2描述的超導(dǎo)磁體裝置200基本上相同。S卩，圖4中的示例性實施例的制冷器410的第二級單元412設(shè)置成通過具有高熱導(dǎo)率的熱傳遞構(gòu)件415而直接熱接觸超導(dǎo)線圈250。在一些情況下，制冷器410的第二級單元412可以在沒有熱傳遞構(gòu)件415的情況下直接熱接觸超導(dǎo)線圈250。超導(dǎo)磁體裝置400與圖3中的示例性實施例基本上相同之處在于:制冷器410的第一級單元411冷卻熱屏蔽單元230并且熱接觸熱慣性構(gòu)件220。因此，即使超導(dǎo)線圈250通過無致冷劑的方法冷卻，熱慣性構(gòu)件220的功能仍與上面描述的功能相同。因此，根據(jù)本示例性實施例的超導(dǎo)磁體裝置400也在電流斜升或斜降時通過使用熱慣性構(gòu)件220來降低制冷器410的第一級單元411的升溫速率。因此，可以減少由于在電流斜升或斜降時產(chǎn)生的熱導(dǎo)致的諸如猝滅的已知熱問題。在上述實施例中，描述了使用熱虹吸方法或者無致冷劑的方法的制冷器系統(tǒng)。然而，根據(jù)本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)不限于此。例如，在浴冷系統(tǒng)中，熱慣性構(gòu)件可以與制冷器的第一級單元熱連接。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的其它示例性實施例的超導(dǎo)磁體裝置500的示意圖。參照圖5，超導(dǎo)磁體裝置500包括制冷器系統(tǒng)，該制冷器系統(tǒng)包括熱屏蔽單元冷卻器510、熱慣性構(gòu)件220、超導(dǎo)主體冷卻器520、熱屏蔽單元230、電流引線240、超導(dǎo)線圈250和殼體260。除了熱屏蔽單元冷卻器510和超導(dǎo)主體冷卻器520彼此分開外，超導(dǎo)磁體裝置500與參照圖2描述的超導(dǎo)磁體裝置200基本上相同。S卩，在圖5中的示例性實施例中，熱屏蔽單元冷卻器510冷卻熱屏蔽單元230，超導(dǎo)主體冷卻器520在結(jié)構(gòu)上與熱屏蔽單元冷卻器510分開并且冷卻超導(dǎo)線圈250。熱屏蔽單元冷卻器510的冷卻級511熱接觸熱慣性構(gòu)件220和熱屏蔽單元230，并且可以對應(yīng)于如在前面的示例性實施例中所描述的兩級冷卻器的第一級單元。超導(dǎo)主體冷卻器520的超導(dǎo)主體冷卻器級單元521可以對應(yīng)于兩級冷卻器的第二級單元。作為超導(dǎo)主體冷卻器520的冷卻方法，可以采用如參照圖2和圖4描述的熱虹吸方法或者無致冷劑的方法，還可以采用浴冷方法。超導(dǎo)磁體裝置500與在前面的示例性實施例基本上相同之處在于:熱屏蔽單元冷卻器510的冷卻級511冷卻熱屏蔽單元230并且熱接觸熱慣性構(gòu)件220，熱慣性構(gòu)件220的功能也與上面所描述的功能相同。因此，根據(jù)圖5中的示例性實施例的超導(dǎo)磁體裝置500也在電流斜升或斜降時通過使用熱慣性構(gòu)件220來降低熱屏蔽單元冷卻器510的冷卻級511的升溫速率。因此，可以減少由于在電流斜升或斜降時產(chǎn)生的熱導(dǎo)致的諸如猝滅的已知熱問題。根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的超導(dǎo)磁體裝置200、300、400和500可以是磁共振成像(MRI)設(shè)備或者用于磁懸浮列車的超導(dǎo)磁體裝置。例如，如果超導(dǎo)磁體裝置200、300、400和500是MRI設(shè)備，則超導(dǎo)磁體裝置200、300、400和500還可以包括梯度線圈和/或射頻(RF)線圈。雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的示例性實施例具體示出并描述了根據(jù)本發(fā)明的制冷器系統(tǒng)和超導(dǎo)磁體裝置，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，在不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在此 進行形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。
權(quán)利要求
1.一種制冷器系統(tǒng)，包括: 熱屏蔽單元，熱屏蔽超導(dǎo)主體； 制冷器，具有冷卻所述熱屏蔽單元的冷卻級；以及 熱慣性構(gòu)件，熱接觸所述制冷器的冷卻級并且具有相對高的熱容。
2.如權(quán)利要求1所述的制冷器系統(tǒng)，其中，所述熱慣性構(gòu)件由從由W、Pb、Cu和Al組成的組中選擇的至少一種金屬形成或者由從由水、冰、烴、蠟和固態(tài)氮組成的組中選擇的非金屬形成。
3.如權(quán)利要求1所述的制冷器系統(tǒng)，其中，所述熱慣性構(gòu)件設(shè)置成圍繞所述制冷器的冷卻級的外表面的至少一部分。
4.如權(quán)利要求1所述的制冷器系統(tǒng)，其中，所述熱慣性構(gòu)件設(shè)置得相對靠近于熱屏蔽單元的與所述制冷器的冷卻級接觸的區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1所述的制冷器系統(tǒng)，其中，所述熱慣性構(gòu)件在熱屏蔽單元的在熱屏蔽單元接觸所述制冷器的冷卻級的區(qū)域處具有相對厚的厚度。
6.如權(quán)利要求1所述的制冷器系統(tǒng)，其中，所述制冷器是具有冷卻超導(dǎo)主體的超導(dǎo)主體冷卻級單元的兩級冷卻器。
7.如權(quán)利要求6所述的制 冷器系統(tǒng)，其中，所述制冷器通過使用熱虹吸方法冷卻超導(dǎo)主體。
8.如權(quán)利要求7所述的制冷器系統(tǒng)，所述制冷器系統(tǒng)還包括: 密封容器，超導(dǎo)主體冷卻級單元位于密封容器中，并且密封容器包括冷卻劑；以及 熱交換管，連接到所述密封容器，從而冷卻劑流入和流出所述密封容器，熱交換管經(jīng)由熱對流通過熱接觸超導(dǎo)主體來冷卻超導(dǎo)主體。
9.如權(quán)利要求6所述的制冷器系統(tǒng)，其中，所述制冷器通過使用無致冷劑的方法來冷卻超導(dǎo)主體。
10.如權(quán)利要求9所述的制冷器系統(tǒng)，其中，所述制冷器的超導(dǎo)主體冷卻級單元直接地?zé)徇B接到超導(dǎo)主體或者通過具有相對高導(dǎo)熱率的導(dǎo)熱構(gòu)件熱連接到超導(dǎo)主體。
11.如權(quán)利要求1所述的制冷器系統(tǒng)，所述制冷器系統(tǒng)還包括冷卻超導(dǎo)主體的超導(dǎo)主體冷卻器。
12.一種超導(dǎo)磁體裝置，包括: 超導(dǎo)線圈； 如權(quán)利要求1至權(quán)利要求11中的任一項權(quán)利要求所述的制冷器系統(tǒng)，所述制冷器系統(tǒng)的熱屏蔽單元熱屏蔽導(dǎo)電線圈；以及 電流引線，熱接觸所述制冷器系統(tǒng)的冷卻器的冷卻級并且將電流供應(yīng)到超導(dǎo)線圈。
13.如權(quán)利要求12所述的超導(dǎo)磁體裝置，其中，當(dāng)由于流過電流引線的電流產(chǎn)生的熱導(dǎo)致電流引線的溫度升高時，所述制冷器系統(tǒng)的熱慣性構(gòu)件通過熱接觸所述電流引線來降低電流引線的升溫速率。
14.如權(quán)利要求12所述的超導(dǎo)磁體裝置，其中，所述電流引線包括設(shè)置在熱屏蔽單元外部的第一電流引線和設(shè)置在熱屏蔽單元內(nèi)部的第二電流引線，熱屏蔽單元將超導(dǎo)主體和第二電流引線真空密封在其中。
15.如權(quán)利要求12所述的超導(dǎo)磁體裝置，其中，所述超導(dǎo)磁體裝置是磁共振成像設(shè)備或者用于磁懸浮列車 的超導(dǎo)磁體裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制冷器系統(tǒng)和一種具有該制冷器系統(tǒng)的超導(dǎo)磁體裝置，該制冷器系統(tǒng)包括具有冷卻熱屏蔽單元的冷卻級的制冷器以及熱接觸所述制冷器的冷卻級并且具有高熱容的熱慣性構(gòu)件。當(dāng)電流引線的溫度因當(dāng)提供到超導(dǎo)線圈的電流斜升或斜降時產(chǎn)生的熱而升高時，所述制冷器系統(tǒng)通過利用熱慣性構(gòu)件來降低電流引線的升溫速率。
文檔編號H01F6/00GK103247406SQ201310047240
公開日2013年8月14日 申請日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月6日
發(fā)明者斯蒂芬·M·哈里森 申請人:三星電子株式會社