專利名稱：控制氣體從致冷劑容器的流出的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于調(diào)節(jié)容器內(nèi)部的氣體壓力和來(lái)自容器的氣流的控制設(shè)
備和方法。其尤其涉及控制一致冷劑容器(例如已知用于冷卻MRI成像系統(tǒng) 中超導(dǎo)石茲體線圈的冷凍劑容器)中的氣體壓力和來(lái)自致冷劑容器的氣流。
背景技術(shù)：
圖1示意性地展示容納在一個(gè)低溫恒溫器內(nèi)的MRI成像磁體的橫截面。 如本領(lǐng)域中眾所周知的那樣，此類布置通常包括一組超導(dǎo)線圈10,其安裝在 一個(gè)線圈架(未圖示)上，懸掛在一個(gè)部分用液態(tài)致冷劑14填充的致冷劑 容器12中。液態(tài)致冷劑經(jīng)選擇以使得其沸點(diǎn)低于線圈10中所使用的線的超 導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。外部真空容器0VC16包圍致冷劑容器。OVC的內(nèi)表面與致冷劑 容器的外表面之間的空間18被抽空，以減少通過(guò)對(duì)流到達(dá)致冷劑容器的熱 流量。可在抽空空間中提供一個(gè)或一個(gè)以上熱輻射屏蔽物19，以減少通過(guò)輻 射到達(dá)致冷劑容器的熱流量。,也可在抽空空間內(nèi)提供例如涂鋁聚脂片19a的 固體隔熱層，以進(jìn)一步減少熱流量。復(fù)數(shù)個(gè)支撐和懸掛部件20的謹(jǐn)慎設(shè)計(jì) 減少通過(guò)傳導(dǎo)到達(dá)致冷劑容器的熱流量。
通過(guò)穿過(guò)控制塔24導(dǎo)入致冷劑容器中的電流導(dǎo)線22向線圈10提供電 流。引入電流的過(guò)程被稱為加電(ramping )?？刂扑ǔ＿€提供一個(gè)排放路 徑25以供致冷劑氣體逃逸。有必要出于若干原因而允許致冷劑氣體逃逸， 這取決于磁體10的操作狀態(tài)。本發(fā)明涉及經(jīng)提供以允許如此排放致冷劑氣 體的設(shè)備和控制致冷劑氣體排放的方法。需要排放致冷劑氣體的情形的一些 實(shí)例如下。在操作期間，致冷劑容器12必須抵靠空氣入口保持密封，而致 冷劑容器內(nèi)的氣體壓力必須被準(zhǔn)確控制以維持超導(dǎo)線圈的正確熱環(huán)境。在加 電期間，可能需要冷氣體的準(zhǔn)確受控釋放，以冷卻電流導(dǎo)線22。在現(xiàn)有系統(tǒng)中，使用直接作用的機(jī)械閥來(lái)實(shí)現(xiàn)所有正常操作條件(致冷 劑填充、加電、現(xiàn)場(chǎng)正常操作)期間對(duì)致冷劑氣體排放的控制。已經(jīng)證明， 在這些變化的情形下實(shí)現(xiàn)所需控制精度困難且昂貴。不良控制的后果包括加 電期間不夠理想的線圈溫度，其因此增加了失超的風(fēng)險(xiǎn)，且增加了致冷劑的 損失。
在已知的MRI成像系統(tǒng)和類似物中，習(xí)慣提供一個(gè)^茲體監(jiān)控系統(tǒng)30，其 從傳感器32、 34接收數(shù)據(jù)并控制磁體中的電流流動(dòng)，且控制;茲體系統(tǒng)的操 作以一直(充電加電(ramping-up)期間、穩(wěn)定狀態(tài)操作中、成像期間、和 放電加電(ramping-down)期間)保持最佳性能。
另 一要求是需要在兩個(gè)方向上較高程度的密封性。如果致冷劑氣體從致 冷劑容器漏出，那么將導(dǎo)致不可接受的致冷劑消耗，其可能導(dǎo)致對(duì)^磁體10 的加溫，這可導(dǎo)致失超。如果例如空氣或其它氣體的污染物泄漏進(jìn)入致冷劑 中，那么其可凍結(jié)成固體沉積物，所述固體沉積物可引起失超，或可堵塞蒸 發(fā)的致冷劑的離開(kāi)通道，這在失超情況下可能是危險(xiǎn)的。在失超期間，可從 磁體排出碎屑，如果污染了閥26的座，那么可在任一方向上導(dǎo)致不可接受 的泄漏。
當(dāng)前使用的機(jī)械排放閥依賴于氣體壓力和彈簧力的平衡來(lái)調(diào)整閥板的 打開(kāi)。此類型的閥中的操作力較小，因此性能對(duì)于彈簧力、摩擦力、操作溫 度和一定范圍制造公差上的小變化較敏感?？墒褂冒嘿F的校準(zhǔn)和調(diào)節(jié)技術(shù)來(lái) 減小這些效應(yīng)，但盡管如此，壓力控制性能僅僅剛夠滿足所述應(yīng)用，且可靠 性不佳。
盡管過(guò)去進(jìn)行了大量開(kāi)發(fā)工作，現(xiàn)有直接作用的機(jī)械排放閥(其中，閥 板由彈簧/波紋管系統(tǒng)或類似物直接操作)仍不提供對(duì)MR成像所用超導(dǎo)磁體 和類似設(shè)備的致冷劑容器壓力的準(zhǔn)確或最佳控制。由于苛刻的校準(zhǔn)要求的緣 故，此類閥制造起來(lái)也較昂貴，且操作上不可靠。
為了避免致冷劑容器的空氣/冰污染的風(fēng)險(xiǎn)，例如通過(guò)^f茲體監(jiān)控控制系統(tǒng)30根據(jù)來(lái)自一個(gè)絕對(duì)或表計(jì)壓力變換器32的所測(cè)量數(shù)據(jù)控制低溫致冷 器，而將致冷劑容器內(nèi)的壓力正常維持在大氣壓以上。然而，在加電期間， 應(yīng)限制進(jìn)一步的壓力升高，以便通過(guò)允許液態(tài)致冷劑的增加的蒸發(fā)而維持可 接受的磁體溫度。由于這些相沖突的要求的緣故，要求排放閥40和壓力控 制系統(tǒng)(通常包括在控制器30內(nèi))提供對(duì)致冷劑容器壓力的非常精確的控 制和測(cè)量。
已發(fā)現(xiàn)難以提供具有有效且可靠開(kāi)/關(guān)操作的機(jī)械閥系統(tǒng)。即使閥元件 或閥座上少量污染也可能導(dǎo)致閥在關(guān)閉位置中的泄漏。另一方面，污染可阻 止閥完全打開(kāi)。在任一情況下，閥均不能維持容器內(nèi)所需的壓力，也不能允 許來(lái)自容器的所需氣流速率。
在替代布置中，通過(guò)裝配有一致動(dòng)裝置的閥來(lái)控制排放，所述致動(dòng)裝置 是使用一智能控制器來(lái)控制的。通過(guò)此布置，有可能準(zhǔn)確地控制壓力和排放 氣流速率。例如第GB2398874號(hào)英國(guó)專利申請(qǐng)案中(尤其參看所述文件的圖 6和權(quán)利要求15 )以及第WO2006/021234號(hào)國(guó)際專利公開(kāi)案中描述了此類布 置。
通過(guò)使用此類受控閥，不需要準(zhǔn)確校準(zhǔn)的閥，這是因?yàn)榭蓪?shí)現(xiàn)一個(gè)自行 補(bǔ)償控制回路。這允許在致冷劑容器內(nèi)可靠地維持所選的壓力，和/或可在 內(nèi)部絕對(duì)或表計(jì)壓力達(dá)到某一值時(shí)操作氣體的排放?？深愃频靥峁┤缦到y(tǒng) (系統(tǒng)包括致冷劑容器)操作所需的排放氣流速率的準(zhǔn)確和可預(yù)測(cè)的控制。
在例如磁體監(jiān)控控制單元30的智能控制系統(tǒng)的控制下，機(jī)械閥26的功 能可相應(yīng)地由受控閥40代替。磁體監(jiān)控控制單元30可用的數(shù)據(jù)輸入可包括 絕對(duì)致冷劑容器壓力和/或致冷劑容器溫度。在圖2中說(shuō)明的實(shí)例中，傳感 器32和34將指示致冷劑容器內(nèi)的壓力和來(lái)自致冷劑容器的氣體排放的流動(dòng) 速率的數(shù)據(jù)提供到磁體監(jiān)控單元30。
受控閥40可具有簡(jiǎn)單的循環(huán)開(kāi)/關(guān)功能。通過(guò)改變閥的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)的占 空比來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的壓力控制，從而不需要閥的精確校準(zhǔn)。在此類布置中，閥的確切流量不是特別重要，因?yàn)閴毫y(cè)量和占空比調(diào)節(jié)將補(bǔ)償微小變化。在
一些布置中，磁體監(jiān)控控制系統(tǒng)30控制閥40以便通過(guò)控制器改變循環(huán)打開(kāi) 和關(guān)閉受控閥40的開(kāi)-關(guān)時(shí)間比(占空比)，而維持所需的壓力或所需的氣 流速率。通過(guò)使用適當(dāng)尺寸的閥和操作頻率，可將壓力的變化維持在窄范圍 內(nèi)。
舉例來(lái)說(shuō)， 一種非常簡(jiǎn)單的控制方法可根據(jù)以下各項(xiàng)來(lái)操作
(1 )設(shè)置致冷劑容器內(nèi)的所需絕對(duì)壓力-x;
(2 )從常規(guī)提供的傳感器32檢測(cè)致冷劑容器內(nèi)的實(shí)際壓力p;
(3) 如果p〉x,那么增加閥操作占空比的"打開(kāi)"比例；以及
(4) 如果p〈x,那么減小閥操作占空比的"打開(kāi)"比例。 在需要對(duì)氣流速率而非氣體壓力進(jìn)行控制的情況下，所述控制方法可類
似于
(1) 設(shè)置來(lái)自致冷劑容器的所需氣流速率=R;
(2) 從常規(guī)提供的傳感器34檢測(cè)來(lái)自致冷劑容器的實(shí)際氣流速率r;
(3) 如果r〈R，那么增加閥操作占空比的"打開(kāi)"比例；以及
(4) 如果r〉R，那么減小閥操作占空比的"打開(kāi)"比例。 所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地得到合適的控制信號(hào)和用于修改控制信
號(hào)以提供所需操作的合適的布置。確切信號(hào)和所選的控制信號(hào)的變化對(duì)于本 發(fā)明不是特別重要。
在替代布置中，受控閥40可具有可變開(kāi)口，其由^茲體監(jiān)控控制系統(tǒng)30 控制。舉例來(lái)說(shuō)， 一個(gè)球閥可以可操作地連接到一個(gè)步進(jìn)式馬達(dá)，所述步進(jìn) 式馬達(dá)將使閥球旋轉(zhuǎn)到由發(fā)送到步進(jìn)式馬達(dá)的信號(hào)確定的位置。可通過(guò)控制 閥40，例如通過(guò)操作相關(guān)聯(lián)的步進(jìn)式馬達(dá)來(lái)改變可用氣流路徑的橫截面，以 獲得所需效果，從而不需要閥的精確校準(zhǔn)。由例如32和34處所示的傳感器 監(jiān)視此變化的效果。在此類布置中，閥的確切流量不是特別重要，因?yàn)榱鲃?dòng) 測(cè)量和占空比調(diào)節(jié)將補(bǔ)償微小變化。舉例來(lái)說(shuō)， 一種非常簡(jiǎn)單的控制方法可根據(jù)以下各項(xiàng)來(lái)操作
(1 )設(shè)置致冷劑容器內(nèi)的所需絕對(duì)壓力二x;
(2 )從常規(guī)提供的傳感器32檢測(cè)致冷劑容器內(nèi)的實(shí)際壓力p;
(3) 如果p〉x,那么增加可用氣流路徑的橫截面；以及
(4) 如果p〈x，那么減小可用氣流路徑的橫截面。
在需要對(duì)氣流速率而非氣體壓力進(jìn)行控制的情況下，所述控制方法可類 似于
(1) 設(shè)置來(lái)自致冷劑容器的所需氣流速率=R;
(2) 從常規(guī)提供的傳感器34檢測(cè)來(lái)自致冷劑容器的實(shí)際氣體流動(dòng)速率
(3) 如果r〈R，那么增加可用氣流路徑的4黃截面；以及
(4) 如果r〉R，那么減小可用氣流路徑的橫截面。
各種控制策略可用于所述閥，且可在控制單元的軟件中定義。受控閥布 置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可在磁體監(jiān)控控制系統(tǒng)30的軟件中補(bǔ)償閥硬件中的缺陷。 可采用由此類傳感器提供的數(shù)據(jù)來(lái)操作受控閥，以在需要時(shí)控制致冷劑容器 內(nèi)部的絕對(duì)壓力。通過(guò)提供大氣壓力傳感器，可控制致冷劑容器12內(nèi)部的 表計(jì)壓力。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易地得到由^茲體監(jiān)控控制系統(tǒng)30產(chǎn)生的用于 由步進(jìn)式馬達(dá)操作的閥的控制信號(hào)。
對(duì)于當(dāng)前MRI成{|^茲體系統(tǒng)，已發(fā)現(xiàn)給定系統(tǒng)的大小，低于lHz的閥操
作頻率完全足夠。尤其對(duì)于小得多的致冷劑槽，可發(fā)現(xiàn)較大頻率的閥操作是 必需的。
當(dāng)然，所描述的控制方法將最有可能作為計(jì)算機(jī)程序或類似物來(lái)操作。 通過(guò)此類控制布置，簡(jiǎn)單地改變所需壓力x或所需氣流速率r。
受控閥40本身應(yīng)經(jīng)選擇以具有足以適應(yīng)通常在加電期間致冷劑氣體流 出的最高預(yù)期速率的最大流量(在合適的適度壓力升高的情況下)。然而，閥的流量不應(yīng)冒著控制精度和密封效率降低的風(fēng)險(xiǎn)而不必要地大。
致冷劑(通常為氦)的使用表示了顯著且增加的成本。此外，氦是有限 的可消耗資源，現(xiàn)在需要減少氦的消耗的措施。
圖2示意性地表示采用直接作用的機(jī)械閥的常規(guī)低溫恒溫器布置的閥布 置。三個(gè)并聯(lián)閥62、 64、 66/人致冷劑容器12導(dǎo)向大氣或一個(gè)致冷劑回收設(shè) 施60。
第一閥62是被動(dòng)式安全保護(hù)閥。如果致冷劑容器12內(nèi)的壓力超過(guò)某一 值(低于最大安全值)，那么壓力將作用于機(jī)械閥62的彈簧或重力偏置元件 或等效物上，以將其打開(kāi)到某一程度，從而允許致冷劑氣體從致冷劑容器12 逃逸到大氣或回收設(shè)施60中。 一旦致冷劑容器中的壓力下降到某一值以下， 閥就再次關(guān)閉。通常，欠壓(即低于某一閾值的壓力，通常是大氣或回收設(shè) 施60的壓力)將作用于閥62的元件上以保持其牢固地關(guān)閉，從而防止或限 制氣體從大氣或回收設(shè)施60進(jìn)入到致冷劑容器12中。
第二閥64是失超閥。當(dāng)致冷劑容器12內(nèi)容納的超導(dǎo)磁體中發(fā)生失超時(shí)， 大量所存儲(chǔ)的能量作為熱量快速釋放，從而導(dǎo)致大量致冷劑突然蒸發(fā)，伴隨 著致冷劑容器壓力突然快速升高。此類事件相對(duì)較罕見(jiàn)，但被動(dòng)式保護(hù)安全 閥62通常太小而不能應(yīng)付。失超閥64通常在比被動(dòng)式保護(hù)安全閥62高的 致冷劑容器壓力下打開(kāi)，且提供大得多的氣體流出路徑橫截面。失超閥通常 是經(jīng)彈簧偏置、直接作用的機(jī)械閥。當(dāng)致冷劑容器中的壓力達(dá)到足夠高的壓 力時(shí)，迫使失超閥抵制著彈簧的力打開(kāi)，以提供大的氣體流出路徑，從而允 許排放大量致冷劑，并防止致冷劑容器內(nèi)的壓力達(dá)到危險(xiǎn)水平。當(dāng)然，被動(dòng) 式保護(hù)安全閥62也將打開(kāi)，在較低壓力下啟動(dòng)。存在被動(dòng)式保護(hù)安全閥62 可能被失超事件期間從致冷劑容器排出的碎屑污染或損壞的風(fēng)險(xiǎn)。如果被動(dòng) 式保護(hù)安全閥62被損壞或污染，那么其可能在失超事件之后不能正確地關(guān) 閉，從而導(dǎo)致致冷劑不受控制的損失，或可能在致冷劑容器內(nèi)的壓力再次超 過(guò)某一值時(shí)不能打開(kāi)。可用爆破片取代失超閥。不再使用彈簧閥元件，爆破片包括一個(gè)關(guān)閉失超氣體流出路徑的脆弱密封件。在失超的情況下，爆破片 將被破裂，從而提供具有較大橫截面面積的氣體流出路徑。 一旦失超事件結(jié) 束，必須移除爆破片的剩余部分且安裝一個(gè)取代片。此爆破片與機(jī)械失超閥 相比具有減小泄漏傾向的優(yōu)點(diǎn)。
第三閥66是壓力控制閥。此閥可直接以機(jī)械方式或通過(guò)使用者在控制 系統(tǒng)處的干預(yù)而手動(dòng)操作。在使用者希望有意減小致冷劑容器內(nèi)的壓力時(shí)使 用此閥。舉例來(lái)說(shuō)，維修工程師可能需要在執(zhí)行維修操作之前將致冷劑容器 12內(nèi)的壓力減小到大氣壓力。通過(guò)手動(dòng)操作的閥，存在以下風(fēng)險(xiǎn)閥被保持 打開(kāi)太長(zhǎng)時(shí)間，以致于致冷劑容器12內(nèi)的壓力下降到大氣或回收"i殳施60的 壓力以下，從而允許氣體從大氣或回收設(shè)施60進(jìn)入到致冷劑容器12中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供在磁體操作期間的各個(gè)時(shí)刻控制致冷劑容器內(nèi)的壓力以及 氣流從致冷劑容器流出的速率的改進(jìn)的方法，如下面將要描述的那樣。 因此，本發(fā)明提供如所附權(quán)利要求書(shū)中界定的方法。


結(jié)合附圖，考慮僅借助實(shí)例給出的某些實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的以 上和進(jìn)一步的目的、特性和優(yōu)點(diǎn)將更加清楚，附圖中
圖1展示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)含有一MRI系統(tǒng)所用磁體的低溫恒溫器的示意橫
圖2示意性地表示采用直接作用的機(jī)械閥的常規(guī)低溫恒溫器布置的閥布 置；以及
圖3示意性地表示本發(fā)明中所采用的低溫恒溫器布置的閥布置。
具體實(shí)施例方式
圖3示意性地表示本發(fā)明中所采用的低溫恒溫器布置的閥布置，其使用 受控閥40。與圖2中的特征相對(duì)應(yīng)的特征擁有對(duì)應(yīng)的附圖標(biāo)記。由磁體監(jiān)控 控制系統(tǒng)30根據(jù)某些壓力和氣體流出流動(dòng)速率控制方法來(lái)控制受控閥40，所述方法中的一些形成本發(fā)明的若干方面。具體來(lái)說(shuō)，受控閥40經(jīng)布置以 提供被動(dòng)式壓力控制功能，從而沒(méi)有必要使用圖2中的被動(dòng)式保護(hù)安全閥 62。主動(dòng)受控閥40取代具有圖2的已知布置的旁通閥66和壓力控制閥62, 從而提供用于兩個(gè)功能的單個(gè)閥，而不是先前每一功能一個(gè)閥的布置。
器內(nèi)的過(guò)壓，且受致冷劑容器中的欠壓影響而保持其牢固地關(guān)閉，從而防止 或限制氣體從大氣或回收設(shè)施60進(jìn)入到致冷劑容器12中。舉例來(lái)說(shuō)，受控 閥40可如由本申請(qǐng)人在與本申請(qǐng)案同一日期申請(qǐng)的第GB0808442. 8號(hào)共同 待決的英國(guó)專利申請(qǐng)案中所描述。
如可從圖2與3的比較中容易觀察到，使用如圖所示的受控閥40避免 了需要被動(dòng)式安全保護(hù)閥62，從而簡(jiǎn)化了總體系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的各方面，提供特定控制方法，通過(guò)磁體監(jiān)控控制系統(tǒng)30 控制閥40來(lái)操作。本發(fā)明的方法的性能可涉及由磁體監(jiān)控控制系統(tǒng)30執(zhí)行 計(jì)算機(jī)程序?？捎纱朋w監(jiān)控控制系統(tǒng)30在需要時(shí)應(yīng)用這些方法，且優(yōu)選適 于限制致冷劑流出到大氣或回收設(shè)施60。
磁體監(jiān)控系統(tǒng)30接收指示磁體操作狀態(tài)的數(shù)據(jù)輸入，和/或指示致冷劑 容器內(nèi)溫度和/或壓力的數(shù)據(jù)輸入。磁體監(jiān)控系統(tǒng)還可經(jīng)由電信系統(tǒng)從遠(yuǎn)程 用戶接收數(shù)據(jù)輸入?！菲濗w監(jiān)控控制系統(tǒng)根據(jù)此類輸入數(shù)據(jù)來(lái)控制閥40。
磁體監(jiān)控控制系統(tǒng)30對(duì)受控閥40的智能控制允許對(duì)線圈熱環(huán)境的改進(jìn) 的控制。此改進(jìn)的控制優(yōu)選用以減少正常操作期間致冷劑的消耗，且進(jìn)一步 優(yōu)選用以減小失超的可能性，因此減少可能的致冷劑損失。可根據(jù)本發(fā)明的 方法操作受控閥，以控制氣體流出流動(dòng)速率，因此還控制線圏溫度。根據(jù)本 發(fā)明的各方面，受控閥可操作以優(yōu)化致冷劑容器內(nèi)壓力和氣體流出流動(dòng)速 率，以使致冷劑的消耗最小化。
本發(fā)明的方法可控制閥40,從而通過(guò)控制致冷劑容器內(nèi)的壓力而實(shí)行溫 度控制?？梢罁?jù)磁體操作和/或依據(jù)大氣壓力來(lái)控制致冷劑容器內(nèi)的壓力。現(xiàn)將詳細(xì)地描述本發(fā)明的方法。 加電期間的額外排放
在將電流引入到磁體中(稱為充電加電)期間，隨著電流導(dǎo)線加熱，致 冷劑容器中的溫度升高，引起致冷劑容器內(nèi)的壓力升高，從而導(dǎo)致致冷劑蒸 發(fā)的速率增加。
類似地，在從磁體移除電流(稱為放電加電)期間，隨著電流再次流經(jīng) 電阻性電流導(dǎo)線，致冷劑容器中的溫度升高。電流導(dǎo)線加熱，這升高了致冷 劑容器內(nèi)的壓力，從而導(dǎo)致致冷劑蒸發(fā)的速率增加。
在本描述內(nèi)容中，術(shù)語(yǔ)"加電，，和"加電過(guò)程，，應(yīng)理解為包括充電加電
和;改電加電兩者。
磁體的加電通常由磁體監(jiān)控控制系統(tǒng)30控制。因此，磁體監(jiān)控控制系 統(tǒng)30可才艮據(jù)正在進(jìn)行的或計(jì)劃的加電過(guò)程來(lái)控制受控閥40。當(dāng)加電過(guò)程即 將開(kāi)始或在進(jìn)行中時(shí)，受控閥40可保持完全打開(kāi)，或使占空比的"打開(kāi)" 比例較大，或使可用氣流路徑的橫截面較大，這取決于所使用的閥的特定類 型。這確保蒸發(fā)的致冷劑容易流出，從而確保致冷劑容器內(nèi)的壓力較低且排 放流平穩(wěn)地變化。這又確保致冷劑容器內(nèi)的溫度升高是有限的而不是驟變， 從而提供磁體的最佳熱環(huán)境。因?yàn)楫?dāng)蒸發(fā)的致冷劑氣體離開(kāi)致冷劑容器時(shí)會(huì) 冷卻電流導(dǎo)線，所以發(fā)生有益的副作用。
在使用直接作用的機(jī)械閥的等效方法中，旁通閥66將在加電過(guò)程的持 續(xù)時(shí)間期間保持打開(kāi)。然而，這存在氣體進(jìn)入致冷劑容器中的風(fēng)險(xiǎn)，而在致 冷劑消耗方面并非沒(méi)有優(yōu)化。
或者，磁體監(jiān)控控制系統(tǒng)30可提供有指示加電正在進(jìn)行中的數(shù)據(jù)輸入 (可以是電流輸入導(dǎo)線處的簡(jiǎn)單的壓力測(cè)量)和指示致冷劑容器12內(nèi)以及大 氣或回收設(shè)施60內(nèi)壓力的數(shù)據(jù)輸入。磁體監(jiān)控控制系統(tǒng)30可根據(jù)發(fā)出加電 是否正在進(jìn)行中的信號(hào)的數(shù)據(jù)輸入和指示致冷劑容器12內(nèi)以及大氣或回收 設(shè)施60內(nèi)壓力的數(shù)據(jù)輸入，來(lái)控制受控閥40。當(dāng)加電正在進(jìn)行中時(shí)，磁體監(jiān)控控制系統(tǒng)30可以盡可能地打開(kāi)控制閥40，同時(shí)仍在致冷劑容器內(nèi)維持 與大氣或回收設(shè)施60相比超出一定量的壓力。 一旦加電結(jié)束(如相應(yīng)的數(shù) 據(jù)輸入向石茲體監(jiān)控控制系統(tǒng)30所指示的那樣)，》茲體監(jiān)控控制系統(tǒng)30就可 回復(fù)到操作控制閥40的穩(wěn)定例行程序，以在致冷劑容器12內(nèi)維持某一壓力。 加電期間的有限額外排放
或者，不在整個(gè)加電過(guò)程期間提供最大氣體流出流，可在加電期間控制 致冷劑容器壓力和氣體流出流，以在加電過(guò)程內(nèi)的關(guān)鍵時(shí)刻提供最大冷卻，
并在其它時(shí)間提供減小但充足的冷卻效果。此改進(jìn)的方法將用以進(jìn)一步減少 加電過(guò)程期間的致冷劑消耗。作為此類改進(jìn)的一實(shí)例，受控閥40的打開(kāi)和 所得氣流速率可經(jīng)選擇，以產(chǎn)生用于冷卻電流導(dǎo)線的優(yōu)化的加電前的致冷劑 流?！菲濗w監(jiān)控控制系統(tǒng)30用以控制加電過(guò)程，因此可通過(guò)甚至在加電完全 開(kāi)始之前就通過(guò)產(chǎn)生冷卻導(dǎo)線的致冷劑氣流而開(kāi)始。
另外，磁體的線圈由于其經(jīng)歷變化的磁場(chǎng)強(qiáng)度和電流而經(jīng)受變化的力。 已知可能在其內(nèi)部發(fā)生線圏的一些移動(dòng)。在可能發(fā)生此加熱或線圖移動(dòng)時(shí)， 所提供的額外冷卻將在減小失超的可能性方面是有益的。
失超事件據(jù)信最有可能在接近充電加電開(kāi)始時(shí)，當(dāng)相對(duì)高的電流正流進(jìn) 磁體中且線圏可能沒(méi)有牢固地處于其操作位置中時(shí)發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明的方法，致冷劑容器壓力在加電期間隨時(shí)間的變化可經(jīng)優(yōu) 化，以在需要時(shí)提供冷卻，同時(shí)減少總體致冷劑消耗。通過(guò)在致冷劑內(nèi)積累 增加的壓力，可在減小致冷劑容器壓力時(shí)提供對(duì)磁體的額外冷卻。所釋放的 致冷劑氣體可用于當(dāng)其離開(kāi)致冷劑容器時(shí)冷卻電流導(dǎo)線。
常規(guī)上，致冷劑容器內(nèi)的壓力保持恒定，不允許在需要時(shí)產(chǎn)生額外冷卻， 并導(dǎo)致相對(duì)較高的致冷劑消耗。在才艮據(jù)本發(fā)明的一種方法中，致冷劑容器內(nèi) 的壓力初始維持相對(duì)高，接著在稍后需要冷卻的時(shí)候降低。致冷劑容器壓力 的相對(duì)快速減小致使溫度對(duì)應(yīng)地相對(duì)快速下降，其可經(jīng)計(jì)時(shí)以與加電過(guò)程的 熱產(chǎn)生步驟重合，以與常規(guī)方法相比提供更有效的冷卻和減少的致冷劑消耗。在本發(fā)明的改進(jìn)的方法中，對(duì)壓力執(zhí)行逐漸地受控的減小，減小到穩(wěn)定 的減小后水平。壓力的減小引起加電期間的額外冷卻。通過(guò)逐漸地減小壓力， 增加的冷卻效果可維持更長(zhǎng)時(shí)間。
因此可在加電期間優(yōu)化溫度曲線圖，以通過(guò)減小》茲體任何部分溫度增加 到足以停止超導(dǎo)的風(fēng)險(xiǎn)，來(lái)減小失超的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)測(cè)量^f茲體電流和致冷劑氣 體溫度和/或壓力，可實(shí)行閉環(huán)控制方法。
在正常#:作期間避免泄漏
在超導(dǎo)磁體的正常操作期間，磁體監(jiān)控控制系統(tǒng)30可在致冷劑容器12 內(nèi)的所需壓力升高到正常操作的最大可容許值且受控閥40正常關(guān)閉的情況 下操作。受控閥40的使用允許可靠、快速地響應(yīng)于在致冷劑容器12內(nèi)檢測(cè) 到的過(guò)量壓力，因此有可能在致冷劑容器內(nèi)具有比常規(guī)上認(rèn)為是合意的操作 壓力高的正常操作壓力。致冷劑容器12內(nèi)部的壓力由傳感器32和磁體監(jiān)控 控制系統(tǒng)30監(jiān)視，其將操作以在致冷劑容器12中的壓力達(dá)到所設(shè)置的極限 值的情況下打開(kāi)受控閥40。常規(guī)的壓力控制方法依賴于打開(kāi)直接作用的機(jī)械 閥來(lái)限制致冷劑容器內(nèi)的最大壓力。為了防止那些機(jī)械閥在正常操作期間泄 漏，需要保持正常操作壓力顯著低于最大壓力和打開(kāi)機(jī)械閥所需的壓力，但 仍發(fā)生致冷劑泄漏。通過(guò)本發(fā)明用于操作受控閥40的方法，能夠可靠地檢 測(cè)壓力的相對(duì)小的增加，并通過(guò)打開(kāi)受控閥40或增加受控閥40的打開(kāi)而快 速作出反應(yīng)。借此與常規(guī)的壓力控制方法相比減少了致冷劑的泄漏。
磁體監(jiān)控控制系統(tǒng)可通過(guò)允許致冷劑氣體排放到達(dá)到預(yù)定壓力并接著 關(guān)閉受控閥40，來(lái)控制致冷劑容器內(nèi)的壓力。^f茲體監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)視壓力傳感 器，以例如通過(guò)控制一個(gè)經(jīng)布置以冷卻致冷劑容器12的內(nèi)部的低溫致冷器 的操作，而確保致冷劑容器中的壓力不會(huì)變?yōu)榈陀诖髿鈮骸?br> 成像序列期間排出蒸發(fā)的氣體
在一個(gè)包括超導(dǎo)》茲體10的MRI系統(tǒng)的成^f象序列期間，^J永沖電流流經(jīng) 梯度線圏(未圖示)以提供成像所需的磁場(chǎng)梯度。由于這些脈沖電流和所得的變化的磁場(chǎng)的緣故，可在低溫恒溫器的復(fù)數(shù)個(gè)部分中引發(fā)渦電流。這些渦 電流可由于低溫恒溫器的電阻而導(dǎo)致加熱。梯度線圏本身可由于脈沖電流而
加熱?？偟膩?lái)說(shuō)，結(jié)果是成像序列期間到達(dá)致冷劑容器12的熱流入量增力口。 這又將升高致冷劑容器12內(nèi)的致冷劑氣體的溫度和壓力(除非提供增加的 排放)。根據(jù)本發(fā)明的一種方法，在需要致冷劑排放增加的期間，例如在相 關(guān)聯(lián)MRI系統(tǒng)的成像過(guò)程期間，；茲體監(jiān)控控制系統(tǒng)30控制受控閥40。不再 簡(jiǎn)單地響應(yīng)于致冷劑容器內(nèi)的壓力增加，本發(fā)明允許在成像周期導(dǎo)致蒸發(fā)增 加之前開(kāi)始增加冷卻。由于-茲體監(jiān)控系統(tǒng)30控制成像序列，所以根據(jù)本發(fā) 明的一實(shí)施例，其可操作受控閥40，以在成像序列導(dǎo)致蒸發(fā)增加之前或同時(shí) 減小致冷劑容器12內(nèi)的壓力。
失超期間受控閥保持關(guān)閉以實(shí)現(xiàn)自身的保護(hù)
在失超事件中，非常大量的致冷劑在非常短的時(shí)間內(nèi)逃逸。機(jī)械受控閥 的常規(guī)布置被合適的偏置彈簧迫使進(jìn)入關(guān)閉位置，以便在超過(guò)所需極限壓力 時(shí)打開(kāi)，會(huì)在此事件期間遭受損害。在失超期間，致冷劑容器壓力將急劇升 高，簡(jiǎn)單的彈簧機(jī)械閥將會(huì)打開(kāi)。從致冷劑容器排出的碎屑污染閥座的概率 相對(duì)高。對(duì)閥的其它損壞也是可能的，尤其對(duì)于彈性閥密封件。
常規(guī)上向含有超導(dǎo)線圈的致冷劑容器提供單獨(dú)的失超閥，該失超閥是簡(jiǎn) 單的彈簧閥。在失超的情況下，此閥將打開(kāi)以承載失超所引起的高流動(dòng)速率， 這是相當(dāng)充分的。根據(jù)本發(fā)明的一種方法，控制系統(tǒng)30使受控閥40在失超 事件期間保持在其關(guān)閉位置，因此避免碎屑污染閥座或?qū)κ芸亻y40的其它 損壞的風(fēng)險(xiǎn)。失超事件的開(kāi)始可由磁體監(jiān)控控制系統(tǒng)30檢測(cè)，如常規(guī)上在 致冷劑容器內(nèi)提供的傳感器所指示那樣(如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知)。響 應(yīng)于失超事件的開(kāi)始的檢測(cè)，磁體監(jiān)控控制系統(tǒng)30完全關(guān)閉受控閥40。由 失超事件打開(kāi)的失超閥將足以允許在需要時(shí)使致冷劑流出。通過(guò)保持受控閥 40關(guān)閉，防止閥座污染和對(duì)受控閥40的其它損壞。使用現(xiàn)有技術(shù)的簡(jiǎn)單機(jī)
械彈簧閥不能實(shí)現(xiàn)避免閥座在失超期間被污染的有利效果，因?yàn)槠湓谑С录杏捎谥吕鋭┤萜鲀?nèi)增加的壓力的緣故也會(huì)打開(kāi)。
在替代方案或補(bǔ)充的方法中，受控閥40可布置為安全閥，響應(yīng)于才企測(cè) 到致冷劑容器內(nèi)的過(guò)量壓力而完全或大部分打開(kāi)。舉例來(lái)說(shuō)，非常高的壓力 可以指示失超闊或爆破片未能打開(kāi)，并且可通過(guò)打開(kāi)受控閥來(lái)提供至少一些 排放。
遠(yuǎn)程維修準(zhǔn)備
本發(fā)明尤其有用的情形是準(zhǔn)備致冷劑容器以供維修。現(xiàn)將具體參考對(duì) MRI成像系統(tǒng)容納在致冷劑容器內(nèi)的磁體的維修論述此類操作。然而，此類
如早先所提及，在磁體的正常操作期間通常將致冷劑容器內(nèi)的壓力維持 在大氣壓以上。在維修工程師可對(duì)》茲體10工作之前，必須將致冷劑容器12 內(nèi)的壓力減小到大氣壓。常規(guī)上，這如下實(shí)行。維修工程師到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)并手動(dòng) 打開(kāi)旁通閥66以打開(kāi)排放路徑25。排放路徑保持打開(kāi)，氣態(tài)致冷劑排放到 大氣或回收設(shè)施60，直到致冷劑容器內(nèi)的氣體壓力已下降到大氣壓(表計(jì)壓 力=0)為止。這在目前已知的系統(tǒng)的情況下通常花費(fèi)約30分鐘。其表示致 冷劑的顯著消耗，和維修工程師時(shí)間的低效使用。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，遠(yuǎn)程控制閥40的操作。舉例來(lái)說(shuō)，磁體監(jiān) 控控制系統(tǒng)30可連接到例如因特網(wǎng)或電話系統(tǒng)或私有網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)，以經(jīng)由 此類網(wǎng)絡(luò)接收命令。這(例如)對(duì)于維修人員尤其有用，維修人員可遠(yuǎn)程命 令受控閥40在維修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)將致冷劑容器置于某一狀態(tài)。這使維修 人員能夠節(jié)省時(shí)間并改進(jìn)其生產(chǎn)率，因?yàn)橹吕鋭┤萜鲗?zhǔn)備就緒以在其到達(dá) 時(shí)進(jìn)行維修?？蓽p少致冷劑容器和相關(guān)聯(lián)設(shè)備的所有者/操作者的維修成本。 由于泄壓步驟受到遠(yuǎn)程控制，所以其不需要與常規(guī)那樣快速地執(zhí)行。緩慢泄 壓(例如，經(jīng)過(guò)幾個(gè)小時(shí))現(xiàn)在是可能的，而不會(huì)浪費(fèi)維修工程師的時(shí)間。 此外，緩慢泄壓將使得更好地利用汽化的潛熱來(lái)冷卻磁體，因此減少排放過(guò) 程中的致冷劑損失。
17受控的打開(kāi)可減少或消除先前使用手動(dòng)泄壓所遇到的"快速損失"，因 此減少致冷劑消耗。
雖然已參考解決成像系統(tǒng)所用低溫冷卻磁體的使用中的獨(dú)立階段的各
方法描述了本發(fā)明，但本發(fā)明的各方法共享以下特征試圖通過(guò)響應(yīng)于》茲體 監(jiān)控控制系統(tǒng)可用的數(shù)據(jù)(其指示-茲體狀態(tài)而不是致冷劑氣體的特征(例如， 溫度、壓力和流動(dòng)速率))來(lái)控制排放，從而改進(jìn)對(duì)從致冷劑容器排放致冷 劑氣體的控制，以便減少致冷劑的消耗。
可由控制器產(chǎn)生指示磁體狀態(tài)的數(shù)據(jù)，以作為所述控制器控制磁體操作 的功能的一部分；或可通過(guò)與磁體相關(guān)聯(lián)的傳感器，而使控制器可使用所述 數(shù)據(jù)；或可通過(guò)到》茲體復(fù)數(shù)個(gè)部分的電連接，而使控制器可使用所述數(shù)據(jù)。
在某些實(shí)施例中，受控閥包括一種由螺線管直接操作的閥元件。在替代 實(shí)施例中，舉例來(lái)說(shuō)，可采用馬達(dá)致動(dòng)的球閥或氣動(dòng)啟動(dòng)的閥。所使用的閥 的精確類型不是本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種用于控制氣體從一容納超導(dǎo)磁體(10)的致冷劑容器(12)的流出的方法，其中一控制器(30)接收指示所述致冷劑容器內(nèi)氣體壓力的數(shù)據(jù)；一受控閥(40)控制致冷劑氣體從所述致冷劑容器(12)的流出；其特征在于，使所述控制器可使用指示磁體狀態(tài)的數(shù)據(jù)；通過(guò)由所述控制器(30)響應(yīng)于所述指示磁體狀態(tài)的所述可用數(shù)據(jù)來(lái)操作所述受控閥(40)，來(lái)控制致冷劑氣體從所述致冷劑容器的流出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述控制器(30)通過(guò)以可變的 占空比循環(huán)地打開(kāi)和關(guān)閉所述受控閥來(lái)控制所述閥(40)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述控制器(30)通過(guò)部分打開(kāi) 所述閥以提供一氣流路徑來(lái)控制所述閥(40),所述氣流路徑具有當(dāng)所述閥 處于完全打開(kāi)位置時(shí)所提供的氣流路徑橫截面的受控比例的橫截面。
4. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中響應(yīng)于所述指示磁體狀態(tài) 的數(shù)據(jù)指示電流進(jìn)入所述^f茲體中的加電處于進(jìn)行中或即將開(kāi)始，所述控制器 (30)控制所述閥(40)完全打開(kāi)，或使占空比的"打開(kāi)"比例較大；或使 所述氣流路徑橫截面的打開(kāi)比例較大。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中在電流進(jìn)入所述磁體中的加電期 間，通過(guò)所述控制器(30)控制所述閥(40)以通過(guò)在所述加電過(guò)程內(nèi)的一 個(gè)或一個(gè)以上時(shí)刻減小所述致冷劑容器內(nèi)的氣體壓力而提供額外冷卻，來(lái)控 制氣體從所述致冷劑容器流出。
6. 才艮據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的方法，其中在電流進(jìn)入所述》茲 體中的加電期間，通過(guò)所述控制器(30)控制所述閥(40)以通過(guò)在所述加 電過(guò)程期間逐漸減小所述致冷劑容器內(nèi)的氣體壓力而提供額外冷卻，來(lái)控制 氣體從所述致冷劑容器流出。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的方法，其中響應(yīng)于所述指示,茲 體狀態(tài)的數(shù)據(jù)指示所述磁體的正常穩(wěn)定狀態(tài)操作，所述控制器(30)控制所 述閥(40)以使得所述閥保持關(guān)閉，除非所述壓力達(dá)到如同向所述控制器(30) 指示那樣的設(shè)置的極限值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的方法，其中響應(yīng)于所述指示磁 體狀態(tài)的數(shù)據(jù)指示當(dāng)前或計(jì)劃的成像序列，所述控制器(30 )控制所述閥(40 ) 減小所述致冷劑容器內(nèi)的壓力，以提供冷卻效應(yīng)來(lái)抵消由所述成像過(guò)程引起 的進(jìn)入所述致冷劑容器中的熱流入。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的方法，其中響應(yīng)于所述指示》茲 體狀態(tài)的數(shù)據(jù)指示失超開(kāi)始，所述控制器(30)控制所述閥(40)以使得所 述閥保持關(guān)閉，并且致冷劑通過(guò)一并聯(lián)的失超閥(64)排放。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中響應(yīng)于所述數(shù)據(jù)指示在失超事件 期間所述致冷劑容器內(nèi)的過(guò)高壓力，所述控制器(30)控制所述閥(40)打 開(kāi)以提供致冷劑從所述致冷劑容器的排放。
11. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述指示磁體狀態(tài)的數(shù)據(jù) 由所述控制器產(chǎn)生，作為所述控制器控制所述^F茲體操作的功能的一部分。
12. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中通過(guò)與所述磁體相關(guān)聯(lián)的 傳感器，使所述控制器可使用所述指示磁體狀態(tài)的數(shù)據(jù)。
13. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的方法，其中通過(guò)到所述磁體復(fù)數(shù)個(gè)部 分的電連接，使所述控制器可使用所述指示》茲體狀態(tài)的數(shù)據(jù)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一權(quán)利要求所述的方法，其中響應(yīng)于所述 指示磁體狀態(tài)的數(shù)據(jù)指示將執(zhí)行維修操作，所述控制器(30 )控制所述閥(40 ) 以將所述致冷劑容器內(nèi)的壓力減小到近似于大氣壓力，同時(shí)確保所述致冷劑 容器內(nèi)的壓力不下降到大氣壓力以下。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中從遠(yuǎn)程位置接收所述指示將執(zhí) 行維修操作的所述指示磁體狀態(tài)的數(shù)據(jù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中遠(yuǎn)程供應(yīng)并經(jīng)由電信網(wǎng)絡(luò)接收 所述指示將執(zhí)行維修操作的所述指示磁體狀態(tài)的數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種用于控制氣體從一個(gè)容納超導(dǎo)磁體(10)的致冷劑容器(12)的流出的方法。一個(gè)控制器(30)接收指示所述致冷劑容器內(nèi)的氣體壓力的數(shù)據(jù)；一個(gè)受控閥(40)控制致冷劑氣體從所述致冷劑容器(12)的所述流出；且使所述控制器可使用指示磁體狀態(tài)的數(shù)據(jù)。通過(guò)由所述控制器(30)響應(yīng)于所述指示磁體狀態(tài)的所述可用數(shù)據(jù)操作所述受控閥(40)，來(lái)控制致冷劑氣體從所述致冷劑容器的流出。
文檔編號(hào)G05D7/00GK101581941SQ20091013859
公開(kāi)日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2009年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月12日
發(fā)明者尤金·阿斯特拉, 尼古拉斯·曼, 特雷弗·B·赫斯本德, 菲利普·A·C·沃爾頓 申請(qǐng)人:西門(mén)子磁體技術(shù)有限公司