[發明專利]用于MRI超導磁體低溫容器的失超氣體泄放系統

有效

• 申請號: 201110247203.7
• 申請日: 2011-08-24
• 公開（公告）號: CN102313130A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 李蘭凱;王秋良;趙保志
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: F17C7/02
• 分類號: F17C7/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種用于超導磁體低溫容器的安全泄放系統。

背景技術

MRI超導磁體通常工作在液氦溫區，由于磁體尺寸很大要求很高的溫度均勻性，所以通常浸泡在液氦中，多采用液氦浸泡方式進行冷卻。超導磁體通常由多個同軸超導線圈串聯組成，為了減小系統的漏熱，大多采用可拔電流引線供電。超導磁體勵磁到工作電流后，為了滿足磁場的時間穩定性要求，一般采用溫控式超導開關實現超導線圈閉環，然后拔出超導磁體電流引線，電流在閉環的超導線圈內運行。

當局部能量擾動超過超導體的最小失超能時，會在超導線圈內發生失超傳播，隨著失超區域的擴展，正常態電阻不斷增加，進而使超導線圈的電磁儲能不斷的轉換為焦耳熱，加熱超導線圈使其溫度持續升高。由于超導線圈不同區域先后失超，先失超的區域如果溫升太高就會引起磁體損壞。為了使局部區域不至于溫升太高，需要采取一定的失超保護措施。目前發展的失超保護技術有外保護技術和內保護技術：外保護技術是在磁體失超時將一部分能量釋放到磁體外部，最簡單的實現方式是在室溫環境中并聯一個外部釋能電阻；內保護技術是使能量均勻地釋放在磁體中，使磁體大部分區域溫度均勻地升高，這種保護技術通常采用分段保護和加熱器回路來觸發超導磁體各個線圈和不同區域快速失超。MRI超導磁體的閉環運行方式決定了失超保護方式采用內保護技術，分流電阻和保護二極管構成分段保護電路，加熱器回路和保護電阻觸發不同線圈快速失超。

由于MRI超導磁體的全部儲能都消耗在磁體中，處于很高溫度的超導磁體會引起液氦的快速沸騰，產生大量的揮發氣體，短時間內使容器內壓力急劇升高。如果揮發的氦氣不能及時排出，液氦容器內的壓力超過容器的最高許用壓力就會引起液氦容器的破壞。

現有的失超氣體泄放系統采用失超排氣管路和爆破膜構成的被動泄放方式，失超排氣管路的低溫端與液氦容器相連，另一端與大氣環境相通，爆破膜一般通過螺紋連接安裝在失超排氣管路的靠近室溫的一段管路上。磁體正常運行時爆破膜將氦氣與外界隔絕開，一旦液氦容器內的壓力達到爆破膜的動作壓力，爆破膜破裂將管路導通，使氦氣沿著失超排氣管路排出。這種氣體泄放系統的缺點是響應速度慢，只有當液氦容器內的壓力達到爆破膜的破裂壓力時揮發的氣體才能沿著管路排出；此外，如果爆破膜失效不能正常工作，容器內壓力就會不斷升高直至最后容器失效破壞。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有超導磁體失超泄放系統響應速度慢、安全性能不高的缺點，本發明提出了一種超導磁體低溫容器的失超氣體泄放系統。本發明提出的泄放系統能夠有效地將磁體失超引起的揮發氣體及時排出，增加了氣體泄放面積，增強了超導磁體系統的運行安全性。

本發明的失超氣體泄放系統由主動觸發氣體泄放通路和被動觸發氣體泄放通路并聯組成。本發明系統安裝在磁體液氦容器的上方，通過磁體端失超排氣主管路與液氦容器連接，磁體端失超排氣主管路穿過真空容器和真空夾層后與液氦容器外殼焊接在一起。所述的系統的失超檢測器的引出測量線與超導磁體的電壓抽頭連接，組成橋式檢測電路。主動觸發氣體泄放通路由超導磁體的失超來控制先觸發，被動觸發氣體泄放通路由液氦容器內的氣體壓力來控制后觸發。

本發明的主動觸發氣體泄放通路由失超探測器、電控安全閥、磁體端失超排氣主管路、安全閥側排氣支路和環境端失超排氣主管路組成。所述的主動觸發氣體泄放通路中，失超探測器的輸出接口與電控安全閥的輸入接口連接在一起，磁體端失超排氣主管路的室溫端通過三通與安全閥側排氣支路連接，安全閥側排氣支路的另一端通過三通與環境端失超排氣主管路連接。所述的電控安全閥通過螺紋連接安裝在安全閥側排氣支路的管路中。

所述的磁體端失超排氣主管路由一段不銹鋼管構成，磁體端失超排氣主管路位于真空容器以外部分的外表面包有鋁箔；安全閥側排氣支路由多段不銹鋼管焊接而成，外表面包有鋁箔；環境端失超排氣主管路也由多段不銹鋼管焊接而成，其管徑稍大于磁體端失超排氣主管路。

所述的電控安全閥由失超探測器控制。失超探測器檢測出磁體失超后，發出信號控制電控安全閥開啟，從檢測出超導磁體失超到安全閥開啟大概需要幾十毫秒到幾百毫秒的時間，液氦容器內的氦氣沿著磁體端失超排氣主管路、安全閥側排氣支路和環境端失超排氣主管路組成的通路排出。