專利名稱：超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超導(dǎo)磁體用冷頭容器，特別適用于液氦零揮發(fā)超導(dǎo)磁共振成像和磁共振譜儀超導(dǎo)磁體的超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器。
背景技術(shù)：
目前，核磁共振整體成像系統(tǒng)根據(jù)細(xì)胞原子核帶微磁性的特點(diǎn)，可以對(duì)人體的某一部位施加特殊的可變磁場(chǎng)，然后觀測(cè)某種原子在磁場(chǎng)中的狀況變化，輔以計(jì)算機(jī)圖象分析技術(shù)，便可以獲得人體組織的信息，幫助確定病變部位。超導(dǎo)磁體在醫(yī)學(xué)的應(yīng)用已取得重大成果，超導(dǎo)磁體與我們熟知的永磁體、電磁體相比，具有體積小、重量輕、耗能極少、磁場(chǎng)強(qiáng)度高的特點(diǎn)。在醫(yī)學(xué)磁共振領(lǐng)域，為了獲得穩(wěn)定高質(zhì)量的圖像，必須使用一定高的場(chǎng)強(qiáng)超導(dǎo)磁體。超導(dǎo)核磁共振一般使用液氦作為制冷介質(zhì)，為超導(dǎo)線圈建立和保持超導(dǎo)環(huán)境， 因此磁體采用多層真空絕熱結(jié)構(gòu)，但由于結(jié)構(gòu)支撐等多種因素，不可能完全阻止熱傳導(dǎo)，所以液氦會(huì)以蒸發(fā)的形式帶出導(dǎo)入的熱量，以維持4. 2K的溫度。為減少液氦的蒸發(fā)，超導(dǎo)核磁共振上一般都配有制冷系統(tǒng)以提供冷量，減少液氦蒸發(fā)。制冷系統(tǒng)包括冷頭、壓縮機(jī)、水冷機(jī)組三個(gè)部分。冷頭是制冷部件，為超導(dǎo)磁體提供4K和50K兩級(jí)低溫。 零揮發(fā)超導(dǎo)磁體杜瓦容器主要由4.1，50K和300K三個(gè)雙壁筒式容器以及頸管，冷頭容器及其它配套的零部件組成。其中50K容器為冷屏，4.2K，300K容器用304無(wú)磁不銹鋼制成。50Κ冷屏用以減小液氦溫度與室溫之間的輻射傳熱的。磁共振成像要求超導(dǎo)磁體具有高均勻度的磁場(chǎng)。制冷機(jī)安裝于冷頭容器內(nèi)用于冷卻磁體低溫系統(tǒng)。Gifford-Mcmahon制冷機(jī)(簡(jiǎn)稱GM制冷機(jī))是一種回?zé)崾叫⌒偷蜏刂评錂C(jī)，它利用絕熱放氣膨脹(又稱為西蒙膨脹)原理獲得低溫，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、 性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)等許多優(yōu)點(diǎn)。與其他制冷機(jī)相比GM制冷機(jī)具有制冷量大的特點(diǎn)，被廣泛用于磁共振成像超導(dǎo)磁體中。但GM制冷機(jī)內(nèi)活塞運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)通過(guò)各連接裝置傳至整個(gè)磁體，將影響磁場(chǎng)的均勻性。從而對(duì)掃描圖像質(zhì)量產(chǎn)生影響。為防止振動(dòng)對(duì)磁共振成像系統(tǒng)產(chǎn)生影響，在冷頭容器的設(shè)計(jì)中可以通過(guò)截?cái)嗾駝?dòng)的傳播路徑來(lái)避免振動(dòng)的傳播。減小振動(dòng)傳遞的方法有避免使用硬的熱連接，以及使用波紋管等減振裝置。脈沖管制冷機(jī)由于沒(méi)有運(yùn)動(dòng)活塞，因而與GM制冷機(jī)相比幾乎沒(méi)有振動(dòng)。使用脈沖管制冷機(jī)也是減小振動(dòng)提高成像質(zhì)量的方法。隨著脈沖管制冷機(jī)制冷量的不斷增大已可替代GM制冷機(jī)用于冷卻磁體低溫系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可同時(shí)適用于GM制冷機(jī)和脈沖管制冷機(jī)的超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器，包括冷頭容器上法蘭、冷頭容器下法蘭、波紋管、一級(jí)不銹鋼薄壁管、冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭、二級(jí)不銹鋼薄壁管、磁屏蔽筒、底部連接波紋管等幾部分組成。所述冷頭容器上法蘭和冷頭容器下法蘭之間設(shè)有減振波紋管，一級(jí)不銹鋼薄壁管上部與冷頭容器上法蘭通過(guò)氬弧焊連接，下部與冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭通過(guò)真空釬焊連接，冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭下部連接有二級(jí)不銹鋼薄壁管，二級(jí)不銹鋼薄壁管底部設(shè)有波紋管，二級(jí)不銹鋼薄壁管外套設(shè)有磁屏蔽筒；所述冷頭容器內(nèi)設(shè)置GM制冷機(jī)或脈沖管制冷機(jī)。如圖2所示，GM制冷機(jī)一級(jí)冷頭與冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭不接觸，GM制冷機(jī)的GM 制冷機(jī)一級(jí)冷頭與冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭之間間距為0. 5毫米至1. 5毫米。GM制冷機(jī)二級(jí)冷頭位于二級(jí)不銹鋼薄壁管內(nèi)，其底部裝有翅片式冷凝器。如圖3所示，所述脈沖管制冷機(jī)的脈沖管制冷機(jī)一級(jí)傳熱法蘭壓接在冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭上，其高度由調(diào)整密封環(huán)調(diào)整。同時(shí)脈沖管制冷機(jī)的脈沖管制冷機(jī)翅片式冷凝器換熱面積大于GM制冷機(jī)翅片式冷凝器，從而彌補(bǔ)脈沖管制冷機(jī)制冷量小的缺點(diǎn)。如圖4，所述特征在于冷頭容器上法蘭固定在制冷機(jī)支撐支架上。支架高度可通過(guò)螺栓調(diào)節(jié)。冷頭容器下部連接有室溫真空容器。若使用脈沖管制冷機(jī)，上法蘭通過(guò)固定螺栓固定在下法蘭上，對(duì)脈沖管制冷機(jī)提供支撐。這時(shí)可不使用支撐支架，從而簡(jiǎn)化了安裝過(guò)程，使整個(gè)磁體更加緊湊。所述特征磁屏蔽筒材料通常為高純度的無(wú)氧銅或鋁。為提高其屏蔽效果內(nèi)外表面上可附著一層伍德合金。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明提出的冷頭容器，能有效避免制冷機(jī)振動(dòng)傳遞至整個(gè)磁體。并且該冷頭容器能同時(shí)適用于GM制冷機(jī)和脈沖管制冷機(jī)。通過(guò)更換制冷機(jī)上部調(diào)整密封環(huán)對(duì)不同制冷機(jī)在長(zhǎng)度方向進(jìn)行補(bǔ)償。若使用GM制冷機(jī)時(shí)，制冷機(jī)置于冷頭容器內(nèi)，但不與冷頭容器傳熱法蘭直接接觸。制冷機(jī)通過(guò)獨(dú)立的支撐結(jié)構(gòu)，將振動(dòng)傳至地面。本發(fā)明的超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器同時(shí)適用于GM制冷機(jī)和脈沖管制冷機(jī)，客戶可根據(jù)使用條件自由選擇制冷機(jī)類型，因而互換性更強(qiáng)。


圖1是磁共振成像系統(tǒng)的超導(dǎo)磁體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的冷頭容器與GM制冷機(jī)安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的冷頭容器與脈沖管制冷機(jī)安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明安裝在冷頭容器支撐架上的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中1為冷頭容器、2為室溫真空容器、3為50K防輻射冷屏、4為液氦容器、5為
頸管組件；
圖2、圖3中6為GM制冷機(jī)、7為脈沖管制冷機(jī)、8為調(diào)節(jié)螺栓、11為制冷機(jī)一級(jí)冷頭、 12為制冷機(jī)二級(jí)冷頭、13為減振波紋管、14為一級(jí)不銹鋼薄壁管、15為冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭、16為磁屏蔽筒、17為GM制冷機(jī)冷凝器、18為二級(jí)不銹鋼薄壁管、19為冷頭容器底部法蘭、20為波紋管、21為冷頭容器上法蘭、22為冷頭容器下法蘭、23為脈沖管制冷機(jī)冷凝器、24為脈沖管制冷機(jī)一級(jí)冷頭、25為調(diào)整密封環(huán)；圖4中1為冷頭容器、8為固定螺栓、20為室溫外筒、30為室溫孔、40為底座、50為磁體支架、51為調(diào)節(jié)螺栓。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
如圖2所示，一種超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器，包括冷頭容器上法蘭21、冷頭容器下法蘭22、波紋管13、一級(jí)不銹鋼薄壁管14、冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭15、二級(jí)不銹鋼薄壁管18、 磁屏蔽筒16、底部連接波紋管20等幾部分組成。所述冷頭容器上法蘭21和冷頭容器下法蘭22之間設(shè)有減振波紋管13，一級(jí)不銹鋼薄壁管14上部與冷頭容器上法蘭21通過(guò)氬弧焊連接，下部與冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭15通過(guò)真空釬焊連接，冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭15下部連接有二級(jí)不銹鋼薄壁管18，二級(jí)不銹鋼薄壁管18底部設(shè)有波紋管20，二級(jí)不銹鋼薄壁管 18外套設(shè)有磁屏蔽筒16 ；所述冷頭容器1內(nèi)設(shè)置GM制冷機(jī)6或脈沖管制冷機(jī)7。GM制冷機(jī)一級(jí)冷頭11與冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭15不接觸，GM制冷機(jī)6的GM制冷機(jī)一級(jí)冷頭11與冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭15之間間距為0. 5毫米至1. 5毫米。由于氦氣導(dǎo)熱系數(shù)大，同時(shí)GM制冷機(jī)內(nèi)活塞的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)使接觸面上氦氣分子運(yùn)動(dòng)加劇進(jìn)一步提高傳熱效果，從而保證了制冷機(jī)的制冷量能夠有效的傳至冷頭容器傳熱法蘭上。GM 制冷機(jī)二級(jí)冷頭12位于二級(jí)不銹鋼薄壁管18內(nèi)，其底部裝有翅片式冷凝器17。如圖3所示，脈沖管制冷機(jī)7的脈沖管制冷機(jī)一級(jí)傳熱法蘭M壓接在冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭15上，其高度由調(diào)整密封環(huán)25調(diào)整。為保證兩個(gè)傳熱面間有良好的接觸，接觸面間壓有一層薄薄的銦片。直接接觸而不使用氦氣導(dǎo)熱彌補(bǔ)了脈沖管制冷機(jī)制冷量小的缺點(diǎn)。同時(shí)脈沖管制冷機(jī)7的脈沖管制冷機(jī)翅片式冷凝器23換熱面積大于GM制冷機(jī)翅片式冷凝器17，強(qiáng)化了換熱效果。如圖4所示，冷頭容器上法蘭21固定在制冷機(jī)支撐支架50上。支架50高度可通過(guò)螺栓51調(diào)節(jié)。冷頭容器1下部連接有室溫真空容器20。若使用脈沖管制冷機(jī)7，由于制冷機(jī)沒(méi)有振動(dòng)，上法蘭通過(guò)固定螺栓8固定在下法蘭22上，對(duì)脈沖管制冷機(jī)提供支撐。這時(shí)可不使用支撐支架50，從而簡(jiǎn)化了安裝過(guò)程，縮小了安裝尺寸使整個(gè)磁體更加緊湊。4K GM制冷機(jī)6活塞內(nèi)裝有磁性填料。為減小活塞運(yùn)動(dòng)對(duì)磁體中心磁場(chǎng)產(chǎn)生干擾， 因而在二級(jí)不銹鋼薄壁管18外裝有磁屏蔽筒16。磁屏蔽筒16通常為高純鋁(RRR>1000) 或無(wú)氧銅。為保證其屏蔽效果可在磁屏蔽筒16內(nèi)外表面上附著一層伍德合金。由于伍德合金臨界轉(zhuǎn)變溫度為8K左右(B=0)，因而當(dāng)溫度為4K時(shí)電阻為零。因而使屏蔽效果更加有效。上面所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)構(gòu)思前提下，本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書(shū)中。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器，其特征是包括冷頭容器上法蘭(21)、冷頭容器下法蘭(22)、波紋管(13)、一級(jí)不銹鋼薄壁管(14)、冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭(15)、二級(jí)不銹鋼薄壁管(18)、磁屏蔽筒(16)和底部連接波紋管(20)，所述冷頭容器上法蘭(21)和冷頭容器下法蘭(22)之間設(shè)有減振波紋管(13)，一級(jí)不銹鋼薄壁管(14)上部與冷頭容器上法蘭 (21)通過(guò)氬弧焊連接，下部與冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭(15)通過(guò)真空釬焊連接，冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭(15)下部連接有二級(jí)不銹鋼薄壁管(18)，二級(jí)不銹鋼薄壁管(18)底部設(shè)有波紋管(20)，二級(jí)不銹鋼薄壁管(18)外套設(shè)有磁屏蔽筒(16);所述冷頭容器(1)內(nèi)設(shè)置GM 制冷機(jī)(6)或脈沖管制冷機(jī)(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器，其特征在于所述GM制冷機(jī)(6) 的GM制冷機(jī)一級(jí)冷頭(11)與冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭(15)不接觸，GM制冷機(jī)(6)的GM制冷機(jī)一級(jí)冷頭(11)與冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭(15)之間間距為0. 5毫米至1. 5毫米，GM制冷機(jī)(6)的GM制冷機(jī)二級(jí)冷頭(12)位于二級(jí)不銹鋼薄壁管(18)內(nèi)，其底部裝有翅片式冷凝器(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器，其特征在于所述脈沖管制冷機(jī) (7)的脈沖管制冷機(jī)一級(jí)傳熱法蘭(24)壓接在冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭(15)上，其高度由調(diào)整密封環(huán)(25)調(diào)整，同時(shí)脈沖管制冷機(jī)(7)的脈沖管制冷機(jī)翅片式冷凝器(23)換熱面積大于GM制冷機(jī)翅片式冷凝器(17)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器，其特征在于所述冷頭容器上法蘭(21)固定在制冷機(jī)支撐支架(50)上，支架(50)高度可通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓(51)調(diào)節(jié)， 冷頭容器(1)下部連接有室溫真空容器(20 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器，其特征在于所述若使用脈沖管制冷機(jī)(7)，冷頭容器上法蘭(21)通過(guò)固定螺栓(8)固定在下法蘭(22)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器，特征在于所述磁屏蔽筒(16)內(nèi)外表面上附著一層伍德合金。
全文摘要
一種超導(dǎo)磁體用減振型冷頭容器，其特征是包括冷頭容器上法蘭(21)、冷頭容器下法蘭(22)、波紋管(13)、一級(jí)不銹鋼薄壁管(14)、冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭(15)、二級(jí)不銹鋼薄壁管(18)、磁屏蔽筒(16)、底部連接波紋管(20)等幾部分組成。所述冷頭容器上法蘭(21)和冷頭容器下法蘭(22)之間設(shè)有減振波紋管(13)，一級(jí)不銹鋼薄壁管(14)上部與冷頭容器上法蘭(21)通過(guò)氬弧焊連接，下部與冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭(15)通過(guò)真空釬焊連接，冷頭容器一級(jí)傳熱法蘭(15)下部連接有二級(jí)不銹鋼薄壁管(18)，二級(jí)不銹鋼薄壁管(18)底部設(shè)有波紋管(20)，二級(jí)不銹鋼薄壁管(18)外套設(shè)有磁屏蔽筒(16)；所述冷頭容器(1)內(nèi)設(shè)置GM制冷機(jī)(6)或脈沖管制冷機(jī)(7)。
文檔編號(hào)G01R33/38GK102323557SQ201110233058
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者成渝, 湯洪明, 郭如勇, 陳芳星 申請(qǐng)人:南京豐盛超導(dǎo)技術(shù)有限公司