超导磁体结构及磁共振成像设备的制作方法

1.本实用新型涉及超导磁技术领域，尤其涉及一种超导磁体结构及磁共振成像设备。


背景技术：

2.超导磁体结构包括超导磁体，超导磁体是一种使用超导线圈制作的磁体。在低温下，超导线圈可以无电阻运行，因此具有非常大的优势，被广泛用于工业、科研及医疗等领域。
3.为了使超导线圈处于低温环境，超导磁体结构采用冷屏对超导线圈进行制冷。为了提高冷屏温度的均匀性，现有的超导磁体结构采用对称布置在冷屏两侧的双冷头来制冷，从而导致结构复杂，制冷成本较高，且对冷屏温度均匀性的提高效果有限。


技术实现要素：

4.本实用新型的一个目的在于提供一种超导磁体结构，该超导磁体结构的结构紧凑、成本低，且冷屏温度均匀。
5.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种超导磁体结构，包括真空筒，所述真空筒具有容置空间，所述超导磁体结构还包括置于所述容置空间内的：
7.冷却液罐，所述冷却液罐用于容置冷却超导线圈的冷却液；
8.冷屏，所述冷屏环绕所述冷却液罐的周向设置，所述冷屏上沿周向布有多个第一传导体；
9.一个冷头腔体，所述冷头腔体内设置有能够与冷头抵接的第二传导体，所述第二传导体和至少一个所述第一传导体之间热传导连接。
10.作为优选，所述超导磁体结构还包括电源线，所述电源线的一端与所述超导线圈电连接，另一端穿过所述冷头腔体设置，所述电源线与所述第二传导体抵接。
11.作为优选，所述超导磁体结构还包括信号线，所述信号线穿过所述冷头腔体设置，并与所述第二传导体抵接。
12.作为优选，所述第一传导体为铜筋条。
13.作为优选，所述第二传导体为铜块。
14.作为优选，所述第二传导体和所述第一传导体之间通过铜带热传导连接。
15.作为优选，所述超导磁体结构还包括服务腔体，所述服务腔体一端与所述冷却液罐连通，另一端贯穿所述真空筒。
16.作为优选，所述真空筒上设置有平台，所述冷头腔体和所述服务腔体均设置在所述平台上。
17.作为优选，所述冷却液罐为液氦罐，所述冷却液为液氦。
18.本实用新型的另一个目的在于提供一种磁共振成像设备，该磁共振成像设备工作
稳定性高，安全性较高，制造成本较低。
19.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
20.一种磁共振成像设备，包括上述的超导磁体结构。
21.本实用新型的有益效果：
22.本实用新型提供了一种超导磁体结构，该超导磁体结构包括真空筒、冷却液罐、冷屏和一个冷头腔体，冷却液罐、冷屏和冷头腔体均置于真空筒内的容置空间内，冷却液罐用于容置冷却超导线圈的冷却液，冷屏环绕冷却液罐的周向设置，冷屏上沿周向布有多个第一传导体，冷头腔体内设置有能够与冷头抵接的第二传导体，第二传导体和至少一个第一传导体之间连接热传导连接。将冷屏上的第一传导体与冷头腔体内的第二传导体热传导连接，通过直接接触使得冷却更加充分，降低超导磁体结构的液氨挥发，进一步的还能能够实现单一冷头制冷，简化整个超导磁体结构，降低制造成本，且能够减小结构内部的压力，使得整体结构更加安全。
23.本实施例还提供了一种磁共振成像设备，该磁共振成像设备通过使用上述的超导磁体结构，提高了工作安全性和工作稳定性，降低了制造成本。
附图说明
24.图1是本实用新型所提供的超导磁体结构的结构示意图；
25.图2是图1中a部分的局部放大图。
26.图3是本实用新型所提供的超导磁体结构的冷头腔体和服务腔体的结构示意图。
27.图中：
28.1、真空筒；2、冷却液罐；3、冷屏；4、第一传导体；5、冷头腔体；6、第二传导体；7、铜带；8、电源线；9、信号线；10、服务腔体。
具体实施方式
29.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
31.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.本实施例提供了一种超导磁体结构，如图1所示，该超导磁体结构包括真空筒1、冷却液罐2、超导线圈(图中未示出)、冷屏3和一个冷头腔体5。其中，真空筒1为采用非磁性材料制成的筒状结构，例如不锈钢等，在本实施例中，真空筒1为采用非磁性材料制成的圆筒状结构。真空筒1内设置有容置空间，冷却液罐2、超导线圈、冷屏3和冷头腔体5均置于该容置空间内。
33.冷却液罐2用于容置冷却液，超导线圈置于冷却液罐2内，且超导线圈的至少部分浸泡在冷却液中。可选地，冷却液罐2为液氦罐，冷却液为液氦。液氦能够为超导线圈提供一低温环境，例如在绝对温度4.2k下(
‑
269℃)的液氦温度下，从而使置于液氦中的超导线圈能够保持其超导属性。当然在其他实施例中，能够为超导线圈提供低温环境，且不影响超导线圈正常工作的冷却液和冷却液罐2同样适用于本实施例中的超导磁体结构。进一步可选地，液氦罐为与真空筒1同轴心线设置的圆筒状结构。
34.冷屏3主要用于减少室内热量向超导线圈的辐射漏热，如图1所示，冷屏3 为环形结构，其沿冷却液罐2的周向套设在冷却液罐2的外侧。可选地，在本实施例中，冷屏3为圆环状结构。
35.如图1和图2所示，冷屏3上沿周向分布有多个第一传导体4，优选均匀分布，第一传导体4为采用导热性能良好的金属制成的条状结构，条状结构的横截面形状根据需求可设置为圆形、方形、椭圆形等规则形状或者不规则形状。可选地，第一传导体4为采用铜制成的铜筋条，每一铜筋条均沿平行于冷屏3 中心轴线的方向连接在冷屏3的内壁面上，且多根铜筋条在冷屏3的内壁面上均匀分布，且以冷屏3的中轴线为中心进行圆形阵列排布。铜在低温下具有良好的导热性，通过在冷屏3上均匀分布多根铜筋条，可让冷屏3的温度更加均匀。当然在其他实施例中，其他导热性能良好的金属也可用于制作第一传导体4，在此不做赘述。
36.进一步可选地，为了提高冷屏3和铜筋条的连接强度，以及提高冷屏3和铜筋条的热传导性能，在本实施例中，选择将铜筋条设置为圆柱状或者具有圆弧面的柱状结构，从而增大铜筋条和冷屏3的接触面积和连接面积。冷屏3和铜筋条的连接方式可以采用焊接。当然在其他实施例中，多根铜筋条也可以均匀分布在冷屏3的外壁面上；或者，在冷屏3的内壁面和冷屏3的外壁面均均匀分布有多根铜筋条。当然，多根铜筋条也可以在冷屏3的壁面上交叉焊接从而形成网状结构，从而进一步提高冷屏3温度的均匀性。
37.冷头腔体5主要用于实现制冷机的冷头和冷屏3的连接，现有的制冷机均可用于本实施例中的超导磁体结构，在此不对制冷机以及冷头的具体结构进行赘述。在本实施例中，由于在冷屏3上设置有多根铜筋条，利用多根铜筋条在冷屏3上传导热量，因此相较于现有技术中需要设置两个冷头腔体5和两个冷头进行制冷，在本实施例中，仅需设置一个冷头腔体5，利用一个冷头即可使冷屏3温度更加均匀。冷头腔体5以及冷头数量的降低在极大程度上简化了超导磁体结构的结构，降低了超导磁体结构的制作成本。
38.具体地，冷头腔体5上设置有第二传导体6，第二传导体6和第一传导体4 之间热传导连接，通过直接接触使得冷却更加充分，降低了超导磁体结构的液氨挥发。第二传导体6为采用导热性能良好的材料制成的块状结构，在本实施例中，第二传导体6为铜块，铜块置于冷头腔体5内。热传导连接具体指的是在第一传导体4和第二传导体6之间连接由导热性良好的材料制成的传导结构，例如条状的传导带结构，在本实施例中，第一传导体4和第二
传导体6之间设置有铜带7，铜带7的一端与铜块连接，另一端与铜筋条连接。可选地，铜带7 与铜块、铜带7和铜筋条的连接方式均为焊接，从而减少连接处的接触热阻，提高冷头对冷屏3的制冷效率，从而有利于进一步降低冷屏3的温度。
39.如图3所示，该超导磁体结构还包括服务腔体10，服务腔体10是用于连通超导磁体结构内部和外部的沟通通道，在现有技术中，服务腔体10的常用功能是作为电源线8的引出路径、信号线9的引出路径、输液口通路以及排气通路等使用。
40.超导磁体(图中未示出)放置在室温环境中的供电系统通过电源线8向处于超导环境中的超导磁体进行供电，其中，电源线8是给超导线圈进行充电的一个比较粗的铜线或不锈钢线，在本实施例中，电源线8一端与超导线圈电连接，另一端穿过冷头腔体5设置，且从铜块上经过。如此设置，可使服务腔体 10的通道顺畅，以便在该超导磁体结构发生失超现象时降低氦气的排放阻力，从而使该超导磁体结构的最高压力快速降低。
41.信号线9是该超导磁体结构系统内部的一些探测器和控制器的电线，在本实施例中，信号线9同样穿过冷头腔体5设置。如此设置，可使服务腔体10仅作为输液口通路和排气通路使用，从而使服务腔体10的通道更加顺畅，在超导磁体结构发生失超现象时进一步降低氦气的排放阻力，减小结构内部的压力，提高整体安全性。
42.此外，该超导磁体结构在设计时可考虑更低的设计压力，采用更薄的材料。通过减少整个超导磁体结构的设计压力，相同材料下可以减少材料厚度，有利于减少热量导入超导磁体结构的内部，从而实现液氦零挥发。
43.综上，相较于现有技术中的双冷头制冷，本实施例中的超导磁体结构通过在冷屏3上均匀分布具有良好导热性能的铜筋条，因此仅设置单冷头即可达到使冷屏3温度均匀，从而实现液氦零挥发的目的。
44.此外，相较于现有技术中穿设在服务腔体10内的电源线8和信号线9，其冷却路径为：冷却腔体内的铜块
‑
铜带7
‑
服务腔体10内的铜块
‑
电源线8和信号线9，在本实施例中，通过将电源线8和信号线9等线体的穿设位置由服务腔体 10移位至冷头腔体5内，并使线体直接与铜块接触，从而使冷却路径变为冷却腔体内的铜块
‑
电源线8和信号线9，如此设置减少了中间连接点，提高了冷却的充分性，减少了通过电源线8和信号线9进入该超导磁体结构内部的热量。
45.本实施例还提供了一种磁共振成像设备，该磁共振成像设备包括上述的超导磁体结构。由于超导磁体结构是磁共振成像设备的重要组成部分，且本实施例中的超导磁体结构通过直接接触的热传导连接不仅使得冷却更加充分，降低了超导磁体结构的液氨挥发，且实现单一冷头制冷，简化了整个超导磁体结构，降低了制造成本，减小了结构内部的压力，使得整体结构更加安全，因此该磁共振成像设备的工作安全性和工作稳定性均得到了极大提高，制造成本也得到了降低。
46.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。