[发明专利]氦填注方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年1月27日提交的美国临时专利申请61/298,687的优先权。

本发明提供在氦转填注设施中将用于使磁体超导的氦冷却过程和后继的磁体通电过程与氦回收过程整合到一起的方法。更具体地，本发明旨在：使用低温氦气来使磁体的超导线圈冷却；用液态氦对磁体氦低温恒温器(储液器)的后继填注；从这些活动中回收相关的氦气；当磁体升流(ramping)时在正常汽化过程中回收氦以及回收因磁体通电(升流)过程中可能发生的急冷所释放的氦气。

背景技术

采用超导性或其它类型磁体的磁共振成像(MRI)和核磁共振(NMR)系统应用在例如医疗诊断的领域内。超导磁体包括一线圈组件，该线圈组件具有至少部分地浸没在容纳于氦储液器的液态氦中的主线圈。储液器通常由双隔热装置围绕，所述双隔热装置又由真空外壳围绕。Nb-Ti超导线圈通常工作在将近4开氏温度下，而Nb-Sn超导线圈通常工作在将近10开氏温度下。当线圈组件被冷却至这一温度时，线圈组件变得超导并且磁场强度得以维持而不需要明显进一步的能量输入。超导磁体操作的必要条件是存在冷却剂。这种冷却剂通常是能获得使磁体线圈的材料达到超导状态所需的低温的液态氦。这种对低温的需求使磁体中的储液器必须在足够冷的温度下填注以足量的液态氦以使磁体线圈变得超导。

常见地，磁体组件通过氦的冷却和后继填注首先在磁体生产设施中完成，之后有时在用户场所重复，例如在医疗诊断设施中。氦在向材料提供冷却的过程中升温并且一些氦将进入气相。结果，磁体需要在最初冷却操作中规则地并在正在进行的操作中周期地再填注以氦。填注或再填注操作必须小心地执行，因为与氦接触是危险的并且不正确的处理氦可能形成浪费。磁体必须在能够对超导线圈通电前填充以液态氦。

这些填注和再填注操作具有其缺陷，因为当填注超导线圈周围的空间时必须将氦运送至制造或消费场所，增加了操作的成本。另外，氦由于挥发造成的损失是在长距离运输氦时要考虑的一个因素。另外，可能需要在消费地点制造和安装特别设计的设备以提供必要的氦运输、填注和再填注。为了降低氦成本，经常将液液态氮用作最初的冷却剂以冷却至将近80K。然后必须将氮从低温恒温器中除去以防止其在引入液态氦时冻结。

本发明尝试通过在已有的氦转填注设施中提供低温氦气冷却、液态氦填注和氦气回收系统来克服这些困难。降低的资金成本、大为提高的氦回收以及省去氮作为冷却剂是本发明所实现的优点。

在冷却和测试期间从MRT单元排出的氦可回收而不是简单地损失掉。特殊的填注设备，一旦制造完成，在转填注设施中具有持久的用途。本发明进一步旨在将现场氦ISO容器用作低温氦气的来源，以用来将磁体超导线圈从环境温度开始冷却。

发明内容

本发明提供一种在氦转填注设施中用低温氦气冷却磁体的超导线圈的方法，该方法包括：将低温气态氦从ISO(国际标准组织)容器引至磁体并使其流过单元的低温恒温器。一旦氦气已向低温恒温器(储液器)和磁体线圈提供冷却，则氦被回收以供再次处理。

气态氦的温度是4-80K。氦从现场氦ISO容器送出直到磁体温度稳定为止。替代地，从所述现场氦ISO容器填注磁体，直到低温恒温器被填注至其指定的设计最大值为止。低温氦气也可从磁体回收。

本发明还提供在用液态氦填注磁体过程中回收源自填注过程的汽化氦产物使其回到氦转填注设施的方法。

回收的氦是已从用来填注磁体的液态氦汽化的气态氦。汽化的氦首先被回收在气体回收袋中，该气体回收袋与氦气收集系统流体连通。汽化的氦被压缩和馈送至氦回收系统，该氦回收系统可包含氦气提纯和/或氦气液化。经提纯和回收的液化氦可馈送至存储装置或用来使磁体的超导线圈冷却。

本发明进一步提供在氦转填注设施中从经受通电的磁体回收汽化氦的方法。

本发明还提供在氦转填注设施中在磁体经受的通电(升流)过程中以及在该过程中可能发生的任何作为其结果的的急冷期间回收释放的气态氦的方法。

磁体组件中的液态氦因选自下列组的过程而汽化，该组包括超导线圈产生的热进入液态氦中以及能量从超导线圈散发入液态氦。

回收的氦在前述每个过程中被处理并被存储或再循环以作相应的使用。

被冷却、填注以液态氦并通电的磁体可稍后用于例如MRI或NMR的设备，在这些设备中采用超导磁体。

附图说明

附图是在氦转填注设施中发生的氦填注操作及其与磁体冷却相结合的示意图。

具体实施方式

本发明是将磁体通过氦的冷却、填注和通电与氦填注设施整合到一起的方法。