多定向的低温恒温器制造技术

一种在多个定向中使用的用于超导磁体（4）的多定向的低温恒温器（5）。所述低温恒温器（5）包括一个容器（6）以及一个失超管道（7），该容器用于容纳低温液体，该失超管道从所述容器延伸远离，以允许由于磁体的失超而引起的低温液体的沸腾所产生的气体逸出容器。所述失超管道（7）是蜿蜒的，从而提供至少两个不同定向的抗对流部分（71），每个部分用作各个相应定向中的低温恒温器的抗对流部分。

【技术实现步骤摘要】
多定向的低温恒温器
本专利技术涉及多定向的低温恒温器(cryostats)，和包括所述低温恒温器的超导磁体装置，以及包括所述低温恒温器的医疗设备器械。
技术介绍
超导磁体通常被要求保持在“低温”，以保持它们的超导性质。低温恒温器被提供以用于将超导磁体保持在超导温度。低温恒温器包括一个容器，以容纳充当冷却剂的低温液体。制冷系统将被提供用于冷却所携带的低温液体和/或冷却用于供给至低温恒温器的替换液体。超导磁体通常存在失超(quenching)的风险。超导磁体通常在它们的磁场中包含非常大的储能(例如，1MJ及以上)。然而，由于材料接近绝对零度时的非常低的热容量，微小的能量扰动(1mJ或更小)可驱使部分线圈高于其局部超导转变温度，变为正常的电阻性状态。如果扰动超过一个稳定性阈值，该扰动将通过绕组传播，直到绕组中的一些或全部变为电阻性的。不可避免地，所存储的磁能随即被快速转变为电阻性绕组中的热。所述热导致迅速使低温液体蒸发(boiloff)，所述低温液体转变为气体，并且随着气体变热而大幅膨胀(例如，4.2K下的液态氦膨胀变为室温和大气压力下的气体为700：1)。随着线圈或部分线圈返回至正常的电阻性状态，磁体超导运行的这种不希望的异常终结被称为失超。失超是成本昂贵且不希望出现的。可通过好的设计和好的实践最小化失超的风险，但是尽管如此，超导磁体必须被设计为经得起失超，包括避免使携带有低温冷却液体的低温恒温器的容器超压。这通过设置一个失超管道实现，该失超管道提供一个路径，快速膨胀和变热的低温流体——更具体地，低温气体——可通过该路径逸出容器。失超管道需要被相对宽地被镗孔，以允许由失超产生的膨胀气体安全地逸出低温恒温容器。另一方面，设置在低温恒温器中的用于磁体正常运行的填充管或一般的通风管通常会具有小得多的横截面面积。这是因为不需要设置这样的具有大的镗孔的管，并且大的镗孔通常是不希望的，因为大的镗孔往往会增加进入低温恒温器的热泄露。因此，在超导磁体装置中，通常会有一个与任何填充管都明显不同的失超管道。此外，所述失超管道将与任何通风管都明显不同，或者最起码，任何目前的通风管将有与一个所述失超管道不同的出口端。换言之，失超管道可识别地不同于填充管或一般的通风管。因为失超管道需要相对宽的镗孔，就失超管道作为进入低温恒温器的热泄露路径方面而言，失超管道会产生问题，并且会导致低温液体的不希望的加热。在正常情况下，通过确保在磁体运行中所述失超管道竖向延伸或几乎竖向延伸远离低温恒温容器来减弱这种潜在的问题。这在失超管道中形成了抑制对流的逆温。因此，常规的失超管道具有一个抗对流部分，该抗对流部分会在正确定向和使用时通过逆温来起作用。这是重要的，因为否则对流气流将趋于将热传递到低温恒温器中。这种布置可在一般的超导磁体装置中很好地起作用。但是，有一些情况中，要求以不同的定向使用超导磁体装置，从而还有低温恒温器。通常，在这种情况下，超导磁体装置将被这样安装，即，使得它相对于设备的底部是可移动的，其中所述超导磁体装置被安装在所述设备中，使得超导磁体——从而低温恒温器——的定向随着超导磁体装置的移动而变化。所述设备可以是医疗设备器械。这种机器的一个实例是用于提供质子疗法治疗的门架式安装的回旋加速器(gantrymountedcyclotron)。在这种器械中，回旋加速器(包括超导磁体装置)沿大约180度的圆弧绕患者移动，并且相应地，超导磁体装置和低温恒温器的定向在这个圆弧的一端和另一端之间改变180度。这意味着，例如，如果失超管道在这个圆弧的中点竖向定向或者近似竖向定向，则失超管道将在圆弧的两个端部位置水平地或近似水平地定向。当失超管道不再处于竖向或近似竖向定向时，可形成对流环(convectioncell)，因为不再存在逆温(相对于重力)。从而，热量可趋于从失超管道的热端(即，出口端)和冷端(即，入口端)泵出。这样的情形在图2中示出，图2将在下文被更加详细描述。当出现这样的情形时，可导致不希望的热泄露到低温恒温器中，这有可能会导致低温液体的过度蒸发，从而会潜在地引起失超。替代地或附加地，在失超管道可被移动远离竖向的情形中，可导致在以下方面增加成本：为低温液体提供更多的制冷和/或更复杂且更高额定的制冷系统。
技术实现思路
本专利技术旨在解决这些问题中的至少一些问题。根据本专利技术的第一方面，提供了一种在多个定向中使用的用于超导磁体的多定向的低温恒温器，所述低温恒温器包括一个容器以及一个失超管道，该容器用于容纳低温液体，该失超管道从所述容器延伸远离，以允许由于磁体的失超而引起的低温液体的沸腾(boil)所产生的气体逸出容器，其中所述失超管道是蜿蜒的，从而提供至少两个不同定向的抗对流部分，每个部分用作各个相应定向中的低温恒温器的抗对流部分。该装置允许设置一个失超管道，该失超管道能够与处于多个定向的低温恒温器一起有效运行，同时提供良好的隔离性能，以最小化所携带的低温液体的冷却需求。一个爆破隔膜(burstdisc)可被设置在所述失超管道远离所述容器的端部处，或者朝向所述失超管道远离所述容器的端部。所述失超管道可明显区别于任何填充管并且可明显区别于任何通风管，或者至少所述失超管道可具有一个通向通风管出口的分立出口。通风管和填充管通常会具有比所述失超管道小的横截面，这是由于不要求通风管和填充管处理会在冷却磁体的失超过程中产生的大量快速膨胀的气体。所述失超管道可以是管状。每个抗对流部分可以是管状失超管道的管状部分。所述失超管道可包括多个抗对流部分。所述失超管道可包括多于两个的抗对流部分。所述抗对流部分的至少一个的定向可与所述抗对流部分的至少另一个的定向间隔至少90度。沿着经过所述失超管道的流动路径依次可有至少三个抗对流部分，其中所述抗对流部分的第一个的定向与所述抗对流部分的第二个的定向间隔至少90度，所述抗对流部分的第三个的定向与所述抗对流部分的第二个的定向间隔至少90度。所述抗对流部分中的每一个可与其他的抗对流部分在相同平面内走向，或者在平行平面内走向。所述平面或平行平面可将转动轴线作为法线。所述失超管道可具有一个入口部分，该入口部分被布置为在正常运行中保持在所携带的低温液体的液面上方。所述多定向的低温恒温器被布置用于在第一定向和第二定向中使用，所述第二定向能够从所述第一定向通过转动变换而到达，并且所述多定向的低温恒温器可被布置用于在所述第一定向和所述第二定向之间的定向中使用，所述第一定向和所述第二定向之间的定向能够通过从所述第一定向执行所述转动变换的一部分而到达。当所述低温恒温器处于第一定向时，所述失超管道的第一部分可用作抗对流部分，当所述低温恒温器处于第二定向时，所述失超管道的第二部分可用作抗对流部分。在所述第一定向和所述第二定向之间的转动可有至少90度，优选地至少135度，更优选地甚至至少180度。所述失超管道可具有三个抗对流部分，当所述低温恒温器处于第一定向时，所述失超管道的第一部分用作抗对流部分，当所述低温恒温器处于第二定向时，所述失超管道的第二部分用作抗对流部分，当所述低温恒温器处于第一定向和第二定向之间的一个定向时，所述失超管道的第三部分用作抗对流部分。所述失超管道可包括一个连续弯曲部分，诸如U形弯曲部分、环状部分或螺旋形弯曲部分，所述连续弯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在多个定向中使用的用于超导磁体的多定向的低温恒温器，所述低温恒温器包括一个容器以及一个失超管道，该容器用于容纳低温液体，该失超管道从所述容器延伸远离，以允许由于磁体的失超而引起的低温液体的沸腾所产生的气体逸出容器，其中所述失超管道是蜿蜒的，从而提供至少两个不同定向的抗对流部分，每个部分用作各个相应定向中的低温恒温器的抗对流部分。

【技术特征摘要】
2012.03.06 EP 121582741.一种在多个定向中使用的用于超导磁体的多定向的低温恒温器，所述低温恒温器包括一个容器以及一个失超管道，该容器用于容纳低温液体，该失超管道从所述容器延伸远离，以允许由于磁体的失超而引起的低温液体的沸腾所产生的气体逸出容器，其中所述失超管道是蜿蜒的，从而提供至少两个不同定向的抗对流部分，每个部分用作各个相应定向中的低温恒温器的抗对流部分，其中所述多定向的低温恒温器被布置用于在第一定向和第二定向中使用，所述第二定向能够从所述第一定向通过转动变换而到达，并且所述多定向的低温恒温器被布置用于在所述第一定向和所述第二定向之间的定向中使用，所述第一定向和所述第二定向之间的定向能够通过从所述第一定向执行所述转动变换的一部分而到达，在所述第一定向和所述第二定向之间的转动有至少135度，并且其中所述失超管道具有一个入口部分，该入口部分在正常运行中保持在容器中所容纳的低温液体的液面上方，所述正常运行包括所述低温恒温器处于第一定向、第二定向、以及所述第一定向和所述第二定向之间的定向。2.根据权利要求1所述的多定向的低温恒温器，其中所述失超管道包括多于两个的抗对流部分。3.根据权利要求1或2所述的多定向的低温恒温器，其中所述抗对流部分中的至少一个的定向与所述抗对流部分中的至少另一个的定向间隔至少90度。4.根据权利要求1或2所述的多定向的低温恒温器，其中当所述低温恒温器处于第一定向时，所述失超管道的第一部分用作抗对流部分，当所述低温恒温器处于第二定向时，所述失超管道的第二部分用作抗对流部分。5.根据权利要求1或2所述的多定向的低温恒温器，其中所述失超管道包括连续弯曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·D·莱伊，中津真幸，
申请(专利权)人：特斯拉工程有限公司，
类型：发明
国别省市：