具有冷卻系統(tǒng)的磁共振裝置及冷卻超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的方法
【專利摘要】本發(fā)明從具有磁體單元和其他單元的磁共振裝置出發(fā)，所述磁體單元包括至少一個(gè)超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈、包圍該至少一個(gè)超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的磁體殼體單元、具有用于冷卻至少一個(gè)超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的至少一個(gè)冷卻循環(huán)和熱吸收單元的冷卻系統(tǒng)，其中冷卻系統(tǒng)具有帶有至少一個(gè)第一冷卻模式的轉(zhuǎn)換單元，其中轉(zhuǎn)換單元在第一冷卻模式中將冷卻系統(tǒng)的至少一個(gè)冷卻循環(huán)與其他單元耦合以用于熱能交換。
【專利說明】具有冷卻系統(tǒng)的磁共振裝置及冷卻超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有磁體單元和其他單元的磁共振裝置，所述磁體單元包括至少 一個(gè)超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈、包圍該至少一個(gè)超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的磁體殼體單元、具有用于冷卻至 少一個(gè)超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的至少一個(gè)冷卻循環(huán)和熱吸收單元的冷卻系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 磁共振裝置為了冷卻超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈通常包括具有兩個(gè)冷卻循環(huán)的冷卻系統(tǒng)。第 一冷卻循環(huán)在此熱耦合到具有氦壓縮機(jī)和構(gòu)造為用于冷卻在大約_270°C溫度時(shí)的氦的冷 頭的低溫單元。在此低溫單元的廢熱被傳輸?shù)降谝焕鋮s循環(huán)。冷卻系統(tǒng)的第二冷卻循環(huán)熱 耦合到第一冷卻循環(huán)，從而第一冷卻循環(huán)的熱能被傳輸?shù)降诙鋮s循環(huán)。這樣確保第一冷 卻循環(huán)始終具有用于冷卻低溫單元的有利的低溫。
[0003] 如果現(xiàn)在發(fā)生第二冷卻循環(huán)的失效，則超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的冷卻不再得到保證，因 為這最終也導(dǎo)致第一冷卻循環(huán)的過熱和/或斷開。特別地，在第二冷卻循環(huán)失效的情況下 需要斷開第一冷卻循環(huán)，因?yàn)椴辉賹?dǎo)出第一冷卻循環(huán)的和由此低溫單元的廢熱。如果低溫 單元（特別是氦壓縮機(jī)和冷頭）不再能夠被運(yùn)行，則這導(dǎo)致在低溫單元的氦容器中存在的 氦的蒸發(fā)和由此提高在氦容器中的氦壓力。在此如果氦壓力超過了邊界值，則氦從氦容器 中開始泄漏，由此對(duì)于磁共振設(shè)備的運(yùn)行可能產(chǎn)生在重新取得氦的情況下的高成本。例如 在冷卻系統(tǒng)失效的情況下可能包括每小時(shí)大約2升至3升液態(tài)氦的蒸發(fā)率。
[0004] 該問題特別是在具有降低的氦填充體積的磁共振裝置情況下是特別不利的。在此 在冷卻系統(tǒng)失效的短的持續(xù)時(shí)間之后就已經(jīng)可能低于對(duì)于磁共振裝置的安全運(yùn)行來說所 需的在氦容器內(nèi)部的最小的液態(tài)氦填充量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題特別地在于，提供一種用于冷卻至少一個(gè)超導(dǎo)主勵(lì)磁線 圈的冷卻系統(tǒng)，其在冷卻系統(tǒng)的單個(gè)子組件發(fā)生故障的情況下還保證超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的冷 卻，并且由此還保持主磁體的超導(dǎo)能力。
[0006] 本發(fā)明從具有磁體單元和其他單元的磁共振裝置出發(fā)，所述磁體單元包括至少一 個(gè)超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈、包圍該至少一個(gè)超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的磁體殼體單元、具有用于冷卻至少 一個(gè)超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的至少一個(gè)冷卻循環(huán)和熱吸收單元的冷卻系統(tǒng)。
[0007] 建議冷卻系統(tǒng)具有帶有至少一個(gè)第一冷卻模式的轉(zhuǎn)換單元，其中轉(zhuǎn)換單元在第一 冷卻模式中將冷卻系統(tǒng)的至少一個(gè)冷卻循環(huán)與其他單元耦合以用于熱能交換。由此可以借 助磁共振裝置的其他單元有利地支持超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈和/或冷卻系統(tǒng)的冷卻運(yùn)行。特別地 在此可以在熱吸收單元發(fā)生失效和/或故障的情況下保持超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈和/或冷卻系統(tǒng) 的冷卻運(yùn)行，因?yàn)橛欣?，熱能可以從冷卻循環(huán)被輸出到其他單元。特別地在此可以保證 超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的超導(dǎo)能力。在此可以有利地降低和/或防止特別是在熱吸收單元發(fā)生 失效和/或故障期間用于冷卻超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的低溫單元的冷卻液、例如氦的蒸發(fā)率。有 利地，其他單元包括至少一個(gè)子組件，該子組件具有高的熱容和/或高的質(zhì)量，從而可以進(jìn) 行在其他單元內(nèi)部熱能的吸收和/或中間存儲(chǔ)，并且這樣可以補(bǔ)償特別是熱吸收單元的失 效。其他單元可以包括構(gòu)造為特別地用于熱能吸收的單元和/或包括在磁共振裝置內(nèi)部承 擔(dān)其他功能并且僅在轉(zhuǎn)換單元的第一冷卻模式中承擔(dān)熱能吸收和/或熱能的中間存儲(chǔ)的 附加功能的單元。在此意義上，轉(zhuǎn)換單元特別地理解為根據(jù)冷卻模式將冷卻循環(huán)與熱吸收 單元和/或與其他單元關(guān)于在冷卻循環(huán)和熱吸收單元和/或其他單元之間的熱能交換進(jìn)行 耦合的單元。有利地，在第二冷卻模式中冷卻循環(huán)與用于在冷卻循環(huán)和熱吸收單元之間熱 交換的熱吸收單元耦合。此外，冷卻循環(huán)與其他單元的耦合應(yīng)當(dāng)理解為特別是熱耦合。冷 卻系統(tǒng)的冷卻循環(huán)優(yōu)選與超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的低溫單元熱耦合，其中低溫單元具有用于冷卻 超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的特別是氦冷卻循環(huán)的氦壓縮機(jī)和/或冷頭，從而借助轉(zhuǎn)換單元可以將氦 冷卻循環(huán)的和/或氦壓縮機(jī)的廢熱經(jīng)過冷卻循環(huán)引導(dǎo)到其他單元。熱吸收單元在此可以包 括第二冷卻循環(huán)，其優(yōu)選與至少一個(gè)冷卻循環(huán)分開地構(gòu)造，和/或包括熱吸收單元，其至少 部分地可以集成到至少一個(gè)冷卻循環(huán)中，例如集成到將冷卻循環(huán)的熱能輸出到環(huán)境（特別 是空氣）中的熱交換單元中。
[0008] 此外建議轉(zhuǎn)換單元具有至少兩個(gè)冷卻模式并且對(duì)轉(zhuǎn)換單元的冷卻模式的選擇取 決于熱吸收單元的運(yùn)行狀態(tài)。在此有利地可以實(shí)現(xiàn)用于冷卻和/或用于導(dǎo)出超導(dǎo)主勵(lì)磁線 圈的低溫單元的熱能、特別是氦冷卻循環(huán)的熱能的冗余的冷卻系統(tǒng)。熱吸收單元的運(yùn)行狀 態(tài)例如可以包括熱吸收單元的正常的冷卻狀態(tài)或熱吸收單元的故障狀態(tài)。在此，在熱吸收 單元的正常冷卻狀態(tài)中例如經(jīng)過熱交換器將熱能從冷卻循環(huán)傳輸和/或引導(dǎo)到熱吸收單 元、特別是到熱吸收單元的冷卻介質(zhì)，例如到空氣。在熱吸收單元的故障狀態(tài)中出現(xiàn)熱吸收 單元的失效和/或故障，從而熱能從冷卻循環(huán)到熱吸收單元的交換的功能被阻礙。
[0009] 如果例如熱吸收單元的運(yùn)行狀態(tài)包括熱吸收單元的故障狀態(tài)，則通過轉(zhuǎn)換單元的 第一冷卻模式和熱能到其他單元的輸出，盡管熱吸收單元處于故障狀態(tài)但仍可以保持冷卻 和由此超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的運(yùn)行。特別地在此可以借助其他單元有利地渡過熱吸收單元的失 效，并且由此保持主勵(lì)磁線圈的超導(dǎo)能力。
[0010] 在本發(fā)明的其他構(gòu)造中，建議熱吸收單元包括第二冷卻循環(huán)，由此有利地可以將 熱吸收單元從冷卻系統(tǒng)的至少一個(gè)冷卻循環(huán)退耦。優(yōu)選地，第二冷卻循環(huán)借助熱交換單元 與冷卻系統(tǒng)的至少一個(gè)冷卻循環(huán)耦合。
[0011] 在本發(fā)明的有利擴(kuò)展中，建議冷卻系統(tǒng)具有低溫單元，所述低溫單元構(gòu)造為用于 冷卻超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的冷卻液，其中在第一冷卻模式中的低溫單元借助轉(zhuǎn)換單元可以轉(zhuǎn)換 到安全運(yùn)行狀態(tài)中。這樣在借助低溫單元冷卻冷卻液的情況下形成的熱能量可以被最小 化，因?yàn)樵诎踩\(yùn)行狀態(tài)中低溫單元例如僅還產(chǎn)生對(duì)于超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的運(yùn)行來說需要的 冷卻功率的最小值。此外可以有利地保持和/或渡過超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈在長(zhǎng)的時(shí)間段上的運(yùn) 行（在該時(shí)間段例如熱吸收單元處于故障狀態(tài)中），其中，在故障狀態(tài)中待渡過的時(shí)間段特 別地可以為直至數(shù)小時(shí)。低溫單元的安全運(yùn)行狀態(tài)例如可以包括待機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和/或脈動(dòng) 的運(yùn)行狀態(tài)，其中低溫單元的激活的模式和非激活的模式交替，在所述激活的模式下產(chǎn)生 用于冷卻氦的冷卻功率，在所述非激活的模式下不產(chǎn)生冷卻功率。
[0012] 其他單元與第一冷卻循環(huán)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的熱耦合可以在冷卻系統(tǒng)具有至少一個(gè)閥 單元時(shí)有利地實(shí)現(xiàn)，其中閥單元可以由轉(zhuǎn)換單元控制。優(yōu)選地在此可以根據(jù)轉(zhuǎn)換單元的冷 卻模式控制閥單元，特別是閥單元的單個(gè)閥，從而在熱吸收單元的故障狀態(tài)中冷卻系統(tǒng)的 冷卻循環(huán)可以這樣被改變，使得其可以與其他單元熱耦合。
[0013] 在本發(fā)明的其他構(gòu)造中，建議冷卻系統(tǒng)包括用于采集冷卻溫度的溫度傳感器單 元。其可以這樣有利地采集其他單元的、特別是其他單元的熱能存儲(chǔ)器的溫度。優(yōu)選地，冷 卻溫度從溫度傳感器單元被傳輸和/或進(jìn)一步傳輸?shù)睫D(zhuǎn)換單元，從而始終可以借助轉(zhuǎn)換單 元進(jìn)行對(duì)冷卻溫度的監(jiān)視和/或控制。
[0014] 如果轉(zhuǎn)換單元構(gòu)造為，在冷卻溫度超過閾值時(shí)將其他單元與第一冷卻循環(huán)熱退 耦，則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其他單元的有利的保護(hù)。特別地在此可以保護(hù)其他單元以防過熱，如特別 地在具有與熱能存儲(chǔ)不同的功能的其他單元（該單元包括磁共振裝置的已經(jīng)存在的單元， 例如梯度線圈單元和/或電子單元等）的情況下這一點(diǎn)是有利的那樣。
[0015] 此外建議其他單元獨(dú)立于熱吸收單元構(gòu)造，由此其他單元對(duì)于特別是在熱吸收單 元的故障狀態(tài)的情況下的熱能沉積可供使用，從而始終提供用于存儲(chǔ)低溫單元的廢熱的熱 儲(chǔ)備。
[0016] 有利地其他單元包括在磁共振裝置內(nèi)部已經(jīng)存在的單元，其中其他單元除了熱能 的存儲(chǔ)之外還特別地具有對(duì)于磁共振裝置的運(yùn)行的其他功能，從而對(duì)于熱能的中間存儲(chǔ)提 供特別緊湊和節(jié)省成本的其他單元。
[0017] 如果磁體單元具有梯度線圈單元并且其他單元至少部分地由梯度線圈單元構(gòu)成， 則冷卻系統(tǒng)可以特別緊湊和節(jié)省成本地集成在磁共振裝置內(nèi)部，特別是在磁體單元內(nèi)部。 特別地在此可以使用具有與熱存儲(chǔ)和/或能量存儲(chǔ)不同的功能（例如產(chǎn)生梯度脈沖）的、 磁共振裝置的已經(jīng)存在的單元，作為用于渡過熱吸收單元的失效的熱能存儲(chǔ)器。梯度線圈 單元優(yōu)選由銅材料和玻璃纖維增強(qiáng)材料構(gòu)成，其中銅材料具有大約〇. 35kJ/kgK的比熱容 并且玻璃纖維增強(qiáng)材料具有大約1. lkJ/kgK的比熱容。在梯度線圈單元大約500kg質(zhì)量的 情況下梯度線圈單元可以在與具有低溫單元的大約6kW的熱功率的冷卻系統(tǒng)的冷卻循環(huán) 例如大約1小時(shí)的耦合時(shí)間之后具有大約60K的溫度上升。
[0018] 此外磁共振裝置可以具有電子單元，其中其他單元至少部分地由電子單元構(gòu)成， 由此冷卻系統(tǒng)同樣可以特別緊湊和節(jié)省成本地集成在磁共振裝置內(nèi)部。在此也可以使用具 有與熱存儲(chǔ)和/或能量存儲(chǔ)不同的功能的、磁共振裝置的已經(jīng)存在的單元，作為用于渡過 熱吸收單元的失效的熱能存儲(chǔ)器。電子單元在此可以具有帶有用于冷卻單個(gè)電子組件的冷 卻液的單獨(dú)的冷卻循環(huán)，其中特別地該單獨(dú)的冷卻循環(huán)優(yōu)選地在熱吸收單元的故障情況下 由轉(zhuǎn)換單元將與冷卻系統(tǒng)的冷卻循環(huán)熱稱合。冷卻液優(yōu)選地包括具有大約4kJ/kgK的比熱 容的水。在對(duì)于梯度線圈單元相應(yīng)的500kg水的重量假定和大約6KW低溫單元的熱功率的 情況下，在一小時(shí)之后預(yù)計(jì)僅大約10K的溫度上升。
[0019] 此外其他單元至少部分地還可以包括超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的外殼和/或其他對(duì)于專 業(yè)人員來說是有意義的、磁體單元的和/或磁共振裝置的單元。
[0020] 熱能從第一冷卻循環(huán)的特別有利的導(dǎo)出可以在其他單元至少部分地包括特別為 熱存儲(chǔ)和/或?yàn)槟芰看鎯?chǔ)而構(gòu)造的單元時(shí)有利地實(shí)現(xiàn)。在此其他單元例如可以包括石蠟存 儲(chǔ)單元（Paraffinspeichereinheit)，其烙融i：含是大約200kF/kg。此外可以考慮用于存儲(chǔ) 和/或吸收來自于磁共振裝置的冷卻系統(tǒng)的熱能的其他對(duì)于專業(yè)人員來說是有意義的外 部單元，例如已經(jīng)在磁共振裝置安裝于其中的建筑物內(nèi)部和/或在取暖設(shè)備內(nèi)部安裝的能 量存儲(chǔ)單元和/或熱存儲(chǔ)單元。
[0021] 此外，本發(fā)明從用于冷卻磁共振裝置的超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的方法出發(fā)，其中冷卻系 統(tǒng)的熱吸收單元的故障狀態(tài)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換單元的第一冷卻模式并且在該第一冷卻模式中冷卻 系統(tǒng)的冷卻循環(huán)與其他單元熱耦合。由此可以借助磁共振裝置的其他單元有利地支持超導(dǎo) 主勵(lì)磁線圈的和/或冷卻系統(tǒng)的冷卻運(yùn)行。特別地在此在熱吸收單元發(fā)生失效和/或故障 的情況下可以保持超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈和/或冷卻系統(tǒng)的冷卻運(yùn)行，因?yàn)槔鋮s系統(tǒng)的冷卻循環(huán) 的熱能有利地可以被輸出到其他單元。特別地在此超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的超導(dǎo)能力可以得到確 保。在此可以有利地降低和/或防止特別是在熱吸收單元發(fā)生失效和/或故障的期間用于 冷卻超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的低溫單元的冷卻液、例如氦的蒸發(fā)率。
[0022] 在該方法的其他構(gòu)造中，建議在轉(zhuǎn)換單元的第一冷卻模式中按照安全運(yùn)行狀態(tài)運(yùn) 行冷卻系統(tǒng)的低溫單元。這樣在借助低溫單元冷卻所述冷卻液的情況下形成的熱能量可以 被最小化，因?yàn)樵诎踩\(yùn)行狀態(tài)中低溫單元例如僅還產(chǎn)生對(duì)于超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的運(yùn)行所需 的冷卻功率最小值。此外可以有利地保持和/或渡過超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈在長(zhǎng)的時(shí)間段上的運(yùn) 行（在該時(shí)間段例如熱吸收單元處于故障狀態(tài)），其中在故障狀態(tài)中待渡過的時(shí)間段例如 可以為直至數(shù)小時(shí)。低溫單元的安全運(yùn)行狀態(tài)例如可以包括脈動(dòng)的運(yùn)行狀態(tài)。
[0023] 此外建議在第一冷卻模式中監(jiān)視其他單元的冷卻溫度。這樣可以有利地保護(hù)其他 單元以防過熱，如當(dāng)其他單元至少部分包括在磁體單元內(nèi)部和/或磁共振裝置內(nèi)部集成的 單元（該單元除了熱能吸收的功能之外還具有對(duì)于磁體單元和/或磁共振裝置的常規(guī)運(yùn)行 的其他工作方式）時(shí)特別有利的那樣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、特征和細(xì)節(jié)從以下描述的實(shí)施例以及結(jié)合附圖得到。其中：
[0025] 圖1以示意圖示出按照本發(fā)明的磁共振裝置，
[0026] 圖2以示意圖示出磁共振裝置的冷卻系統(tǒng)的第一實(shí)施例，
[0027] 圖3以示意圖示出磁共振裝置的冷卻系統(tǒng)的第二實(shí)施例，
[0028] 圖4以示意圖示出磁共振裝置的冷卻系統(tǒng)的第三實(shí)施例，以及
[0029] 圖5示出用于冷卻超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈的按照本發(fā)明的方法。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 圖1示意性示出了按照本發(fā)明的磁共振裝置10。磁共振裝置10包括具有主磁體 12的磁體單元11，該主磁體具有用于產(chǎn)生強(qiáng)的和特別是恒定的主磁場(chǎng)14的超導(dǎo)主勵(lì)磁線 圈13或多個(gè)超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈13。
[0031] 對(duì)于磁共振裝置10的運(yùn)行需要的是，超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈13或多個(gè)超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈 13利用由液態(tài)氦形成的冷卻液被冷卻到大約_270°C的溫度。為此磁共振裝置10、特別是磁 體單元11具有帶有冷卻單元16的冷卻系統(tǒng)15。冷卻單元16包括氦壓縮機(jī)17和沒有詳細(xì) 示出的用于冷卻氦的冷頭。超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈13借助磁體殼體單元24向外屏蔽。
[0032] 磁體單元11還具有用于產(chǎn)生在成像期間用于空間編碼的磁場(chǎng)梯度的梯度線圈單 元18。此外磁體單元11還具有用于激勵(lì)偏振的高頻天線單元19,所述偏振在由主磁體12 產(chǎn)生的主磁場(chǎng)14中調(diào)節(jié)。高頻天線單元19將高頻磁共振序列發(fā)送到基本上由患者容納區(qū) 域20形成的檢查空間中。此外磁共振裝置10還具有構(gòu)造為用于控制梯度線圈單元18和 用于控制高頻天線單元19的電子單元21。
[0033] 此外磁共振裝置10還具有用于容納患者22的圓柱形患者容納區(qū)域20,其中患者 容納區(qū)域20在圓周方向上由磁體單元11圓柱形地包圍。患者22可以借助磁共振裝置10 的患者支撐裝置23移動(dòng)到患者容納區(qū)域20中?；颊咧窝b置20為此具有臥榻，其可移動(dòng) 地布置在磁共振裝置10內(nèi)部。
[0034] 為了排出低溫單元16的廢熱，冷卻系統(tǒng)15具有由第一冷卻循環(huán)形成的冷卻循環(huán) 25,和熱吸收單元26,其中熱吸收單元26包括第二冷卻循環(huán)。第一冷卻循環(huán)25關(guān)于熱交 換與低溫單元16耦合，以便在產(chǎn)生冷卻功率期間將冷頭的和/或氦壓縮機(jī)17的廢熱排出。 為此第一冷卻循環(huán)25具有冷卻導(dǎo)管，冷卻液在所述冷卻導(dǎo)管中循環(huán)。冷卻液例如可以由水 和/或其他對(duì)于專業(yè)人員來說是有意義的液體形成。第二冷卻循環(huán)經(jīng)過熱交換單元27與 第一冷卻循環(huán)25關(guān)于熱交換耦合，從而來自于第一冷卻循環(huán)25的熱能可以被排出到第二 冷卻循環(huán)中，并且這樣始終保證低溫單元16的有效冷卻。熱交換單元27在此可以布置在 第一冷卻循環(huán)25和/或第二冷卻循環(huán)內(nèi)部。此外熱交換單元也可以與第一冷卻循環(huán)25和 與第二冷卻循環(huán)分開地構(gòu)造。
[0035] 冷卻系統(tǒng)15此外還具有轉(zhuǎn)換單元28。轉(zhuǎn)換單元28包括多個(gè)冷卻模式，其中在轉(zhuǎn) 換單元28內(nèi)部冷卻模式的選擇根據(jù)熱吸收單元26的運(yùn)行狀態(tài)，特別是根據(jù)第二冷卻循環(huán) 的運(yùn)行狀態(tài)來選擇。為此轉(zhuǎn)換單元28與第二冷卻循環(huán)關(guān)于第二冷卻循環(huán)的運(yùn)行狀態(tài)的采 集而耦合。
[0036] 第二冷卻循環(huán)的運(yùn)行狀態(tài)可以包括故障狀態(tài)，在所述故障狀態(tài)中特別是借助第二 冷卻循環(huán)不再能夠保證和/或阻礙了熱能的冷卻和/或排出。此外，在故障狀態(tài)中也可以 包括一種狀態(tài)，在該狀態(tài)中，不再能夠保證第二冷卻循環(huán)與第一冷卻循環(huán)25的熱交換。替 換地或附加地，第二冷卻循環(huán)26的故障狀態(tài)在此也可以包括熱交換單元27的故障。第二 冷卻循環(huán)的其他運(yùn)行狀態(tài)例如可以包括正常的冷卻運(yùn)行狀態(tài)，在所述正常的冷卻運(yùn)行狀態(tài) 中第二冷卻循環(huán)不具有故障并且特別是進(jìn)行在第一冷卻循環(huán)25和第二冷卻循環(huán)之間的熱 能交換。
[0037] 如果第二冷卻循環(huán)處于由故障狀態(tài)形成的運(yùn)行狀態(tài)中，則在轉(zhuǎn)換單元28內(nèi)部選 擇第一冷卻模式。而如果第二冷卻循環(huán)處于正常的冷卻運(yùn)行狀態(tài)中，則在轉(zhuǎn)換單元28內(nèi)部 選擇第二冷卻模式。在該第二冷卻模式中由轉(zhuǎn)換單元28將第二冷卻循環(huán)26與第一冷卻循 環(huán)25關(guān)于熱能的交換而熱耦合。
[0038] 第二冷卻循環(huán)的運(yùn)行狀態(tài)的采集和在轉(zhuǎn)換單元28內(nèi)部相應(yīng)的冷卻模式的選擇自 動(dòng)地和/或自主地在轉(zhuǎn)換單元28內(nèi)部進(jìn)行。為此轉(zhuǎn)換單元28具有所需的軟件和/或計(jì)算 機(jī)程序，其存儲(chǔ)在轉(zhuǎn)換單元28的存儲(chǔ)器單元內(nèi)部并且當(dāng)在轉(zhuǎn)換單元的處理器上運(yùn)行時(shí)執(zhí) 行和/或引起用于采集第二冷卻循環(huán)的運(yùn)行狀態(tài)和/或用于選擇相應(yīng)的冷卻模式的這樣的 步驟。
[0039] 在轉(zhuǎn)換單元28的第一冷卻模式中，由轉(zhuǎn)換單元28進(jìn)行第一冷卻循環(huán)25關(guān)于熱能 的交換而與由磁共振裝置10所包括的其他單元29的耦合。其他單元29在此獨(dú)立于冷卻 系統(tǒng)15的第二冷卻循環(huán)構(gòu)造，從而在第二冷卻循環(huán)的故障的情況下第一冷卻循環(huán)25的熱 能可以被排出到其他單元29,并且這樣盡管第二冷卻循環(huán)的故障狀態(tài)卻還能夠保持磁體單 元11的運(yùn)行。
[0040] 冷卻系統(tǒng)15此外還具有帶有多個(gè)閥的閥單元30。閥單元30的各個(gè)閥可以借助轉(zhuǎn) 換單元28控制。在轉(zhuǎn)換單元28的第一冷卻模式中由轉(zhuǎn)換單元28將布置在第一冷卻循環(huán) 25內(nèi)部的所有的閥這樣地由轉(zhuǎn)換單元28轉(zhuǎn)換，使得在第一冷卻循環(huán)25內(nèi)部的冷卻導(dǎo)管形 成封閉的循環(huán)，該封閉的循環(huán)既包括沒有詳細(xì)示出的第一冷卻循環(huán)25的循環(huán)泵也包括具 有低溫單元16的熱交換單元。閥單元30、特別是各個(gè)閥的位置能夠使封閉的循環(huán)與其他單 元29耦合、特別是熱耦合。
[0041] 此外在轉(zhuǎn)換單元28的第一冷卻模式中，低溫單元16由轉(zhuǎn)換單元28轉(zhuǎn)換到安全運(yùn) 行狀態(tài)。安全運(yùn)行狀態(tài)例如可以包括脈動(dòng)的運(yùn)行狀態(tài)，其中在低溫單元16內(nèi)部?jī)H產(chǎn)生冷功 率的量，所述量剛好防止氦的蒸發(fā)和/或泄漏。替換地，為此也可以將冷卻系統(tǒng)15和/或 磁體單元11的其他組件在此由轉(zhuǎn)換單元28切換到待機(jī)模式，從而有利地防止了熱能的另 外產(chǎn)生。
[0042] 其他單元29優(yōu)選地包括具有高質(zhì)量和高的熱存儲(chǔ)功能的單元。其他單元29在此 例如可以包括梯度線圈單元18和/或磁體單元11的殼體和/或電子單元21、特別是電子 單元21的未詳細(xì)示出的冷卻循環(huán)，和/或其他對(duì)于專業(yè)人員來說有意義的單元。
[0043] 在本實(shí)施例中其他單元29包括梯度線圈單元。梯度線圈單元18優(yōu)選地由銅材料 和玻璃纖維增強(qiáng)材料構(gòu)成，其中銅材料具有大約〇. 35kJ/kgK的比熱容并且玻璃纖維增強(qiáng) 材料具有大約1. lkJ/kgK的比熱容。在梯度線圈單元18大約500kg質(zhì)量的情況下梯度線 圈單元18可以在低溫單元16的大約6kW的熱功率的情況下例如大約1小時(shí)之后具有大約 60K的溫度上升。
[0044] 此外，在本實(shí)施例中其他單元29至少部分地包括電子單元21，特別是電子單元21 的已經(jīng)存在的、與超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈13的冷卻系統(tǒng)15分開地構(gòu)造的冷卻循環(huán)。電子單元21 的與超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈13的冷卻系統(tǒng)15分開地構(gòu)造的冷卻循環(huán)具有用于冷卻電子單元21 的各個(gè)電子組件的冷卻液。冷卻液在本實(shí)施例中包括具有大約4kJ/kgK的比熱容的水。在 相對(duì)于梯度線圈單元18來說低溫單元16的大約6KW的相同熱功率和大約500kg的冷卻液 的相同假定的質(zhì)量的情況下，在大約一小時(shí)之后預(yù)計(jì)僅大約10K的溫度上升。
[0045] 冷卻系統(tǒng)15還具有溫度傳感器單元32,其構(gòu)造為用于采集在其他單元29內(nèi)部的 冷卻溫度。溫度傳感器單元32布置在其他單元29內(nèi)部。由溫度傳感器單元32采集的冷 卻溫度由轉(zhuǎn)換單元28評(píng)估。在此如果采集的冷卻溫度超過預(yù)先給出的閾值，則由轉(zhuǎn)換單元 28退耦在第一冷卻循環(huán)25與其他單元29之間的熱耦合，并且由此停止第一冷卻循環(huán)25與 其他單元29的熱能交換，以防止其他單元29過熱。為此由轉(zhuǎn)換單元28也將閥單元30的 各個(gè)閥轉(zhuǎn)換和/或引入到相應(yīng)的閥位置。
[0046] 閾值存儲(chǔ)在轉(zhuǎn)換單元28內(nèi)部，其中為此轉(zhuǎn)換單元28具有未詳細(xì)示出的存儲(chǔ)器單 元。優(yōu)選地，閾值在此取決于其他單元29的構(gòu)造，特別是取決于其他單元29的其他功能。 在多個(gè)提供的其他單元29的情況下這些其他單元也可以分別配備用于由轉(zhuǎn)換單元28監(jiān)視 冷卻溫度的不同閾值。
[0047] 轉(zhuǎn)換單元28與溫度傳感器單元32、閥單元30、特別是閥單元30的各個(gè)閥和/或 冷卻系統(tǒng)15的其他單元或組件經(jīng)過未詳細(xì)示出的數(shù)據(jù)交換單元相連。數(shù)據(jù)交換單元在此 可以包括無線和/或無纜線的數(shù)據(jù)交換單元和/或其他對(duì)于專業(yè)人員來說有意義的數(shù)據(jù)交 換單元。
[0048] 作為圖2的替換，其他單元29也可以包括僅唯--個(gè)單元，該唯--個(gè)單元具有 梯度線圈單元18或電子單元21或磁共振裝置10的其他對(duì)于專業(yè)人員來說有意義的單元， 其在第二冷卻循環(huán)的故障狀態(tài)中提供與第一冷卻循環(huán)25的耦合。
[0049] 在圖3中示出了磁共振裝置10的一種替換實(shí)施例?；旧媳３窒嗤慕M件、特征 和功能原則上利用相同的附圖標(biāo)記表示。以下描述基本上限于與圖1和2中的實(shí)施例的區(qū) 另IJ，其中關(guān)于保持相同的組件、特征和功能可以參見圖1和2中的實(shí)施例的描述。
[0050] 在圖3中示出了具有冷卻系統(tǒng)15和其他單元40的磁共振裝置10。圖3中的冷卻 系統(tǒng)15基本上對(duì)應(yīng)于圖2中的實(shí)施。而其他單元40包括構(gòu)造為僅用于存儲(chǔ)熱能的能量存 儲(chǔ)單元41。其他單元40在此包括石錯(cuò)存儲(chǔ)器。石錯(cuò)具有大約200kF/kg的烙融i：含。在低溫 單元16的例如大約6KW的熱功率和大約500kg的假定質(zhì)量的情況下，石蠟存儲(chǔ)單元可以吸 收第一冷卻循環(huán)25的熱能大約4. 6小時(shí)，而在此不會(huì)使得石蠟明顯發(fā)熱。
[0051] 此外其他單元40可以具有其他對(duì)于專業(yè)人員來說有意義的能量存儲(chǔ)單元41，例 如已經(jīng)在熱循環(huán)中集成的能量存儲(chǔ)單元和/或其中安裝了磁共振裝置10的建筑物的熱存 儲(chǔ)單元等。
[0052] 在圖4中示出了磁共振裝置10的替換實(shí)施例?；旧媳３窒嗤慕M件、特征和功 能原則上利用相同的附圖標(biāo)記表示。以下的描述主要限于與圖1至圖3中的實(shí)施例的區(qū)別， 其中關(guān)于保持相同的組件、特征和功能可以參見在圖1至3中的實(shí)施例的描述。
[0053] 在圖4中示意性示出了具有與圖2和3替換構(gòu)造的熱吸收單元50的磁共振裝置 10的冷卻系統(tǒng)15。熱吸收單元50集成在第一冷卻循環(huán)25內(nèi)部，其中冷卻系統(tǒng)15除了低 溫單元16之外僅具有唯--個(gè)冷卻循環(huán)25。熱吸收單元50在該實(shí)施例中包括未詳細(xì)示出 的熱交換單元，其將第一冷卻循環(huán)25的熱能排出到環(huán)境、例如到空氣中并且這樣導(dǎo)致第一 冷卻循環(huán)25冷卻。
[0054] 在熱吸收單元50的故障狀態(tài)中或者說在轉(zhuǎn)換單元28的第一冷卻模式中，由轉(zhuǎn)換 單元28將布置在第一冷卻循環(huán)25內(nèi)部的所有閥這樣由轉(zhuǎn)換單元28轉(zhuǎn)換，使得在第一冷卻 循環(huán)25內(nèi)部的冷卻管道形成封閉的循環(huán)，其中封閉的循環(huán)能夠?qū)崿F(xiàn)與其他單元29、40的耦 合、特別是熱耦合。此外閥單元30的各個(gè)閥可以這樣轉(zhuǎn)換，使得熱吸收單元50從第一冷卻 循環(huán)25退耦，特別是熱退耦。
[0055] 其他單元29、40在本實(shí)施例中可以按照在圖2中的實(shí)施的其他單元29和/或按 照在圖3中的實(shí)施的其他單元40來構(gòu)造。此外還可以考慮，在第一冷卻模式中借助轉(zhuǎn)換單 元進(jìn)行第一冷卻循環(huán)25與多個(gè)其他單元29、40的熱耦合。
[0056] 在圖5中示意性示出了用于冷卻超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈13或多個(gè)超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈13的 按照本發(fā)明的方法。在第一方法步驟100中由轉(zhuǎn)換單元28采集熱吸收單元26、50的運(yùn)行狀 態(tài)。如果該運(yùn)行狀態(tài)包括熱吸收單元26、50的故障狀態(tài)，則在轉(zhuǎn)換單元28內(nèi)部在下一個(gè)方 法步驟101中從多個(gè)可供使用的冷卻模式中選擇第一冷卻模式。在該第一冷卻模式中在該 下一個(gè)方法步驟101中由轉(zhuǎn)換單元28進(jìn)行第一冷卻循環(huán)25與其他單元29、40的熱耦合， 從而熱能從第一冷卻循環(huán)25被排出到其他單元29、40。在此由轉(zhuǎn)換單元28在該下一個(gè)方 法步驟101中將閥單元30的各個(gè)閥這樣控制和轉(zhuǎn)換，使得第一冷卻循環(huán)25與其他單元29、 40熱耦合。
[0057] 熱吸收單元26、50和其他單元29、40按照?qǐng)D1至4的實(shí)施構(gòu)造。
[0058] 在轉(zhuǎn)換單元28的第一冷卻模式中，此外在下一個(gè)方法步驟102中由轉(zhuǎn)換單元28 將低溫單元16轉(zhuǎn)換到安全運(yùn)行狀態(tài)中。安全運(yùn)行狀態(tài)例如可以包括脈動(dòng)的運(yùn)行狀態(tài)，在該 脈動(dòng)的運(yùn)行狀態(tài)中低溫單元16僅產(chǎn)生剛好防止氦蒸發(fā)和/或泄漏的冷卻功率量。
[0059] 在下一個(gè)方法步驟103中由轉(zhuǎn)換單元28與溫度傳感器單元32 -起采集并監(jiān)視其 他單元29、40的溫度、特別是冷卻溫度。由轉(zhuǎn)換單元28為此將冷卻溫度與閾值在下一個(gè)方 法步驟104中進(jìn)行比較。方法步驟104由在轉(zhuǎn)換單元內(nèi)部被執(zhí)行的查詢構(gòu)成。在此由轉(zhuǎn)換 單元查詢，采集的其他單元29、40的冷卻溫度是否超過閾值。如果采集的冷卻溫度超過閾 值，則在下一個(gè)方法步驟105中由轉(zhuǎn)換單元28將其他單元29、40從第一冷卻循環(huán)25熱退 耦，從而有利地防止其他單元29、40的過熱和/或損壞。
[0060] 相反如果采集的其他單元29、40的冷卻溫度低于閾值，則由溫度傳感器單元32繼 續(xù)采集冷卻溫度并且在方法步驟103、104、105中由轉(zhuǎn)換單元28監(jiān)視該冷卻溫度。
[0061] 為了實(shí)施按照本發(fā)明的方法，轉(zhuǎn)換單元28包括為此所需的軟件和計(jì)算機(jī)程序，其 存儲(chǔ)在轉(zhuǎn)換單元28的未詳細(xì)示出的存儲(chǔ)單元中。此外轉(zhuǎn)換單元28還包括用于執(zhí)行所需的 軟件和計(jì)算機(jī)程序的處理器。
[0062] 盡管詳細(xì)地通過優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)示出并描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不受公開的例 子限制，而是可以由專業(yè)人員從中導(dǎo)出別的變化，而不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種具有磁體單元（11)和其他單元（29, 40)的磁共振裝置（10)，所述磁體單元包 括：至少一個(gè)超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈（13)、包圍該至少一個(gè)超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈（13)的磁體殼體單 元、具有用于冷卻該至少一個(gè)超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈（13)的至少一個(gè)冷卻循環(huán)（25)和熱吸收單 元（26, 50)的冷卻系統(tǒng)（15)， 其特征在于， 所述冷卻系統(tǒng)（15)具有帶有至少一個(gè)第一冷卻模式的轉(zhuǎn)換單元（28)，其中，所述轉(zhuǎn)換 單元（28)在第一冷卻模式中將所述冷卻系統(tǒng)（15)的至少一個(gè)冷卻循環(huán)（25)與所述其他 單元（29, 40)耦合以用于熱能交換。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁共振裝置（10)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換單元（28)具有 至少兩個(gè)冷卻模式，并且對(duì)所述轉(zhuǎn)換單元（28)的冷卻模式的選擇取決于所述熱吸收單元 (26, 50)的運(yùn)行狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁共振裝置（10)，其特征在于，所述熱吸收單元（26, 50)的 運(yùn)行狀態(tài)包括所述熱吸收單元（26, 50)的故障狀態(tài)。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁共振裝置（10)，其特征在于，所述熱吸收單元 (26)包括第二冷卻循環(huán)。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁共振裝置（10)，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng) (15)具有低溫單元（16)，所述低溫單元構(gòu)造為用于冷卻所述超導(dǎo)主勵(lì)磁線圈（13)的冷卻 液，其中，所述低溫單元（16)在第一冷卻模式中借助所述轉(zhuǎn)換單元（28)能夠轉(zhuǎn)換到安全運(yùn) 行狀態(tài)中。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁共振裝置（10)，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng) (15)具有至少一個(gè)閥單元（30)，其中所述閥單元（30)能夠由所述轉(zhuǎn)換單元（28)控制。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁共振裝置（10)，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng) (15)包括至少一個(gè)用于采集冷卻溫度的溫度傳感器單元（32)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁共振裝置（10)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換單元（28)構(gòu)造為， 在所述冷卻溫度超過閾值時(shí)將所述其他單元（29, 40)從所述第一冷卻循環(huán)（25)熱退耦。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁共振裝置（10)，其特征在于，所述其他單元 (29, 40)獨(dú)立于所述熱吸收單元構(gòu)造（26, 50)。
10. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁共振裝置（10)，其特征在于，所述磁體單元 (11)具有梯度線圈單元（19)，并且所述其他單元（29)至少部分地由所述梯度線圈單元 (19)形成。
11. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁共振裝置（10)，其特征在于電子單元（21)， 其中，所述其他單元（29)至少部分地由所述電子單元（21)形成。
12. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁共振裝置（10)，其特征在于，所述其他單元 (40)至少部分地包括特別地構(gòu)造為用于熱存儲(chǔ)和/或能量存儲(chǔ)的單元（41)。
13. -種用于冷卻按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的磁共振裝置（10)的超導(dǎo)主勵(lì)磁 線圈（13)的方法，其中，冷卻系統(tǒng)（15)的熱吸收單元（26, 50)的故障狀態(tài)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換單元 (28)的第一冷卻模式，并且在該第一冷卻模式中所述冷卻系統(tǒng)（15)的冷卻循環(huán)（25)與其 他單元（29, 40)熱耦合。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)換單元（28)的第一冷卻模式 中，所述冷卻系統(tǒng)（15)的低溫單元（16)按照安全運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，在所述第一冷卻模式中監(jiān)視所述 其他單元（29, 40)的冷卻溫度。
【文檔編號(hào)】A61B5/055GK104138262SQ201410191951
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月10日
【發(fā)明者】S.比伯, T.斯佩克納 申請(qǐng)人:西門子公司