在诸如磁共振成像系统的低温制冷机中用于降噪的装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于操作低温制冷机底座的组件。该组件在使用时可操作，以提供制冷机底座与高压及低压气体供给管线的循环气体连接，以及，该组件具有回流道，通过回流道促使气体从低温制冷机底座流进低压供给管线。该组件进一步包括分散室，其毗邻回流道，并通过多个孔口与回流道处于流体连通，以便降噪。本组件具有冷却磁共振成像系统方面的特别应用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在磁共振成像系统的低温制冷机中用于降噪的装置
本专利技术涉及低温制冷机中用于降噪的装置，特别涉及脉冲管制冷机中的降噪。配备在磁共振成像(MRI)系统的冷却系统中时，发现本专利技术具有特别的优点。
技术介绍
低温特性诸如超导现在广泛使用于包括磁共振成像(MRI)、超导磁体、传感器、以及基础理论研究的不同应用范围中。历史上，已经使用低温液体诸如液氮或液氦的蒸发作为冷却机制，以便达到这种应用所要求的低温。低温液体特别是液氦所具有的相关缺点在于，由于沸腾尾气的不完全回收，它们经常是“可消耗的”。此外，用于存储或者处理低温液体的这种装置经常是庞大笨重的，并且要求特殊的处理过程。这种装置和过程在一定程度上与患者护理环境不相容。最近，在提供可选制冷机制方面，已经使用闭式循环制冷机(CCR)来取代低温液体。与低温液体的蒸发不同，闭式循环制冷机不依赖于冷却剂内的相变。作为替代的方式，闭式循环制冷机依据采用与工作气体冷却剂的压缩及膨胀的功(work)相关联的冷却原理工作。本文使用术语“机械制冷机”来描述这种装置，虽然本领域的普通技术人员理解此术语与术语“低温制冷机”同义。本专利技术主要针对脉冲管制冷机(PTR)，在其它选择之中，它也可以与其它机械制冷机诸如Stirling低温制冷机和Gifford-McMahon冷却器一起使用。脉冲管制冷机(PTR)使用工作气体诸如氦气以相对适度的冷却功率提供冷却，达到绝对温度4度(Kelvin)以下的温度。在热力学循环中通过膨胀以及压缩工作气体，产生这些低温。为了运行循环，典型脉冲管制冷机系统包括三个主要部件—压缩机、阀门组件、以及底座部。压缩机经由高压管线供给低温制冷机高压压缩气体诸如氦气，并且接纳低压管线中自低温制冷机返回的气体。底座部包括脉冲管、供给冷却功率的热交换器、以及与进出气体热交换所用的不同换热器材料。阀门组件使压缩机的高压侧和低压侧与底座部内的脉冲管和换热器相连接，并且控制压缩机与底座部之间气体流动的定时(timing)及分布，以便实现热力循环和其后的冷却。由于脉冲管制冷机是具有很少活动部件的闭式系统，而且关于工作气体基本上没有损耗，因此，脉冲管制冷机是非常有利的。因为这些原因，它们在技术和商业两方面都有吸引力，而且，对于医疗应用诸如MRI系统所用的冷却装置而言，脉冲管制冷机系统的使用有着特别的好处。据此，在本领域存在改进这种脉冲管制冷机性能的持续需求，尤其是有关噪音的改进。使用中，脉冲管制冷机产生“鸣叫”噪音，这种噪音不仅对于设备的操作人员是一种噪扰，而且这种噪音还会转化为振动，影响敏感测量设备，并因此不利地影响实验结果。这是脉冲管制冷机用于MRI成像应用时的特有问题，这类应用中除了改进图像分辨率之外，还期望减少振动和可听噪音，已经发现，造成许多医疗MRI过程中断，是由于患者在这类诊疗过程中感到痛苦。在GB-A-2391926中指出了这种问题，其中，将噪音归于气体高速流过阀门组件与压缩机之间低压管线中的褶皱(corrugations)。为了降噪，GB-A-2391926的系统在与低压管线的流体连通中包括死端容积(deadendvolume)，使得低压管线中的气体转向进入上述死端容积，因此，减小了越过低压管线中褶皱的平均气体速度。在一种不同的实施例中，增大了低压管线的直径。然而，靠近于脉冲管制冷机的庞大死端容积的使用是不希望的，以及，本领域长期希望减小与脉冲管制冷机相关的噪音。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种用于操作低温制冷机底座的组件，该组件在使用时可操作，以提供低温制冷机底座与高压气体供给管线及低压气体供给管线的循环气体连接，本组件具有回流道(returnconduit)，通过回流道使气体从低温制冷机底座流进低压气体供给管线，以及，其中，本组件进一步包括分散室，分散室毗邻回流道，并通过多个孔口(orifices)与回流道处于流体连通，以便降噪。该低温制冷机通常是脉冲管制冷机(PTR)，并且在本领域是周知的，低温制冷机的“底座”部包括一个或多个冷却段(级)以及关联的脉冲管和换热器。然而，本专利技术也可以实现用于任何机械制冷机，诸如具有Gifford-McMahon冷却器的Stirling低温制冷机。当经由回流道使气体(其通常是氦气，但也可以是任何合适的冷却剂气体，诸如氮气)从低温制冷机底座流进低压气体供给管线时，自底座行进通过狭窄路径的被压缩气体的突然释放导致压力冲击波，接着有行进在气体中的湍流引发的声波。在本专利技术背景下，“道”指冷却剂气体流进低压气体供给管线所通过的容积。这种容积可以是例如室、管、或复杂歧管组件，以及还有其它例子。行进在气体中的声波通过低压气体供给管线的薄壁与外部大气耦合(couple)。此外，由于低压气体供给管线的薄壁通常是褶皱的，这增强了与外部大气的耦合，增大了噪音量。由于低温制冷机中的气体流动通常是脉冲式的，这产生了“鸣叫”噪音，其不仅对于低温制冷机的操作人员是噪扰，而且还会转化为振动，因此，影响敏感的测量设备。本专利技术发现，大部分声波是在冷却剂气体流进(通常是褶皱的)低压气体供给管线之前产生，通过在初始冲击波和湍流抵达低压气体供给管线之前使来自它们的高频噪音分量衰减，就有可能降噪。通过设置分散室毗邻回流道并通过多个孔口流体连通，使得压力波和高频湍流引发的声干扰进入分散室，消散波前并俘获声能，做到了这一点。这种处理显著减小了自低温制冷机发出的噪音，有利地为低温制冷机的操作人员提供更舒适的工作环境，而且，减小由于噪音所致的振动，这种振动可能不利地影响试验结果。由于分散室毗邻回流道，它不妨碍冷却剂气体从低温制冷机向低压气体供给管线的流动。这有利地意味着，包括分散室不降低低温制冷机的低温性能。本组件可以包括两个或更多的分散室、两个或更多的回流道、和/或两个或更多的低压气体供给管线。作为本专利技术的进一步的优点，当冷却剂气体从低温制冷机底座向低压气体供给管线流动时，在低压气体供给管线中有从低压到高压变化的很高梯度(sharpgradient)，这就导致，与管线中压力变化的梯度成比例的瞬时力作用于管线壁上的情况下，挠性低压气体供给管线试图矫直。最高压力梯度位于进入低压气体供给管线的气体的前缘，所以，这转化成对低压气体供给管线的矫直力中的短暂尖峰脉冲(briefspike)。这导致紧接在气体从低温制冷机底座的流动之后对低温制冷机的短暂机械位移力。转化到频率空间时，此尖峰脉冲对应于循环气体关联频率处的基频，并且还对应于谐波频率范围，这些谐波易于耦合进入设备，导致诱发振动。有利的是，气体脉冲前缘相对无限制地膨胀通过孔口进入分散室，减小了压力脉冲前缘的梯度，对应于对低压气体供给管线的矫直力中尖峰脉冲的减小。这对减小低温制冷机上的瞬时机械位移力并进而减小对敏感设备的影响都是有利的。分散室通常设计成只影响压力脉冲前缘的梯度，而不影响平均压力或气体流速，所以，可以使其容积非常小。与例如GB-A-2391926中所见到的庞大死端容积相比，这是所期望的并且具有特别的优点。回流道、分散室以及多个孔口的几何结构可以适当布置，以便降噪。回流道可以位于阀头中或阀头外部。这里，阀头是组件的一部分，并且包括用于给底座提供循环气体连接的装置。这种装置通常是回转阀或单独的控制阀，诸如针本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操作低温制冷机底座的组件，所述组件在使用时可操作，以提供低温制冷机底座与高压及低压气体供给管线的循环气体连接，所述组件具有回流道，通过所述回流道促使气体从所述低温制冷机底座流进所述低压供给管线，以及，其中，所述组件进一步包括分散室，所述分散室毗邻所述回流道，并通过多个孔口与之处于流体连通，以便降噪。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.18 GB 1208838.11.一种用于操作低温制冷机底座的组件，所述组件在使用时可操作，以提供低温制冷机底座与高压气体供给管线及低压气体供给管线的循环气体连接，所述组件具有回流道，通过所述回流道促使气体从所述低温制冷机底座流进所述低压气体供给管线，以及，其中，所述组件进一步包括分散室，所述分散室毗邻所述回流道，并通过多个孔口与之处于流体连通，以便降噪。2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述回流道位于阀头中或阀头外部。3.根据权利要求2所述的组件，其中，所述回流道位于所述阀头的外部并且是细长的，以及，其中，所述多个孔口设置在所述回流道的壁中。4.根据权利要求3所述的组件，其中，将所述分散室布置成使其包围所述回流道。5.根据权利要求3或权利要求4所述的组件，其中，所述回流道具有第一开口，能够以可释放方式连接于所述低压气体供给管线。6.根据权利要求3或4所述的组件，其中，所述回流道具有第二开口，能够以可释放方式连接于所述阀头。7.根据权利要求3或4所述的组件，其中，所述回流道具有第一开口和第二开口，以及，其中，使限定所述第一开口和所述第二开口的轴彼此偏移。8.根据权利要求3或4所述的组件，进一步包括位于所述回流道外侧的绝声隔板，以进一步降噪。9.根据权利要求3或4所述的组件，进一步包括位于所述回流道内侧的绝声隔板，以进一步降噪。10.根据权利要求2所述的组件，其中，所述回流道和所述分散室各位于所述阀头内。11.根据权利要求10所述的组件，其中，所述回流道包括在所述阀头内的回流室，所述气体通过所述回流室从所述低温制冷机底座向所述低压气体供给管线流动。12.根据权利要求11所述的组件，其中，所述阀头包含有可转动部件，用于使所述低温制冷机底座的管道与所述回流室周期性地连接。13.根据权利要求12所述的组件，其中，所述可转动部件由多个轴承支撑，所述轴承位于所述回流室与所述分散室之间的壁中。14.根据权利要求13所述的组件，其中，所述多个轴承设置有所述多个孔口，以实现所述回流室与所述分散室之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·加赛德，马蒂亚斯·比勒，迪特尔·杰达姆齐科，
申请(专利权)人：牛津仪器纳米技术工具有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB