專利名稱：回收氦氣的方法
技術領域：
本發(fā)明提供將氦冷卻工藝以及隨后用于對磁體進行超導的磁體激勵工藝與氦氣生產裝置中的氦回收工藝整合的方法。更具體地，本發(fā)明提供使用低溫氦氣冷卻磁體的超導線圈，然后將液氦充入磁體的氦低溫保持器(儲器)，回收這些活動中的相關氦，在正常汽化期間回收氦，同時將磁體升溫(ramping)，并且回收因為磁體激勵(升溫)期間發(fā)生驟冷而釋放的氦氣。
背景技術：
使用超導體或其他類型磁體的磁共振成像(MRI)和核磁共振(NMR)系統(tǒng)可用于如醫(yī)學診斷的領域。超導磁體包括具有主線圈的線圈組合件，該組合件至少部分地浸在氦儲器中的液氦中。該儲器通常用雙層熱殼包圍，再用真空外殼包圍。Nb-Ti超導線圈通常在約4開爾文(Kelvin)溫度下操作，Nb-Sn超導線圈通常在約10開爾文溫度下操作。將線圈組合件冷卻至上述溫度時，使線圈組合件成為超導性，并且在沒有進一步的明顯能量輸入條件下保持磁場強度。超導磁體進行操作的必要條件是存在冷卻劑。所述冷卻劑通常是液氦，能夠獲得使磁體線圈的材料達到超導態(tài)所需的低溫。這種低溫要求使得磁體中的儲器中必須充入足夠量的在足夠低溫下的液氦，以使磁體線圈成為超導性。通常，首先在磁體生產或制造設備用氦對磁體組合件進行冷卻和隨后的填充，然后有時候在用戶使用點重復上述過程，例如在醫(yī)學診斷設備中重復該過程。氦在冷卻材料的過程中將被加熱，并且一部分氦進入氣相。因此，該磁體在最初的冷卻操作期間必須有規(guī)律地再充入氦并在進行操作期間周期性地再充入氦。充入或再充入操作必須小心進行，因為與氦接觸具有危險，對氦的不恰當?shù)奶幚砜赡茉斐衫速M。磁體必須充以液氦，然后對超導線圈進行激勵。這些充入和再充入操作存在缺陷，因為必須將氦運輸?shù)街圃禳c或者用戶地點，因此在填充超導線圈周圍的空間時增加操作費用。除了氦因為蒸發(fā)的損失外，需考慮的一個因素是氦的長距離運輸。此外，必須在使用地點制造和安裝專門設計的設備來提供必需的氦運輸、充入和再充入。為了減少氦的費用，經常使用液氮作為最初冷卻劑冷卻至約80K。 然后必須從低溫保持器除去這些液氮，以防止在引入液氦時將液氮凍結。本發(fā)明尋求通過在現(xiàn)有氦生產裝置中提供低溫氦氣冷卻、液氦充入和氦氣回收的系統(tǒng)來克服這些困難。本發(fā)明實現(xiàn)了降低投資成本，極大提高氦回收和取消作為冷卻劑的氮的益處?？梢曰厥赵诶鋮s和測試期間從MRI單元放空的氦氣，而不是簡單損失。特定的充氣設備制造后即刻維持其在生產裝置中的使用。本發(fā)明還提供了使用就地使用氦液化器技術作為低溫氦氣源用于將磁體的超導線圈冷卻至低于室溫。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種在氦生產裝置用低溫氦氣冷卻超導線圈的方法，所述氦生產裝置包括將來自就地的氦液化器的一個段的低溫氣態(tài)氦導向磁體并使其流過該裝置的低溫保持器。向低溫保持器(儲器)和磁體線圈提供氦氣冷卻后，將產物回收至液化器進行再處理。本發(fā)明還提供 回收充氣過程產生的汽化產品，并在對磁體充入液氦期間將其返回氦生產裝置的方法。本發(fā)明還提供一種在氦生產裝置回收對磁體進行激勵(升溫)過程中釋放的低溫氣態(tài)氦以及對該過程中產生的任何產物進行驟冷的方法。將磁體冷卻，充入液氦并進行激勵后可以用于如MRI或NMR的設備，這些設備中使用超導磁體。附圖簡要描述

圖1是在氦生產裝置中進行氦冷卻和充氣操作的示意圖，該裝置中回收低溫氦氣返回生產設備的液化器。圖2是對在磁體進行激勵(升溫)過程中釋放的低溫氣態(tài)氦進行回收并對該過程產生的任何產物進行驟冷的方法的示意圖。
具體實施例方式參見圖1描述本發(fā)明。為了說明的目的，以下是對圖1中各項的詳細描述項目1是正進行冷卻，隨后將充入液氦的磁體；項目2是氦純化器；項目3是氦液化器，該液化器產生液氦以及低溫氦氣；項目4是低溫氦氣供應管線；項目5是液氦供應管線；項目6是連接至用于氦回收的磁體的管；項目7是連接氦純化器與氦液化器的管。 通過以下方式在熱磁體1上開始冷卻，即，將熱磁體1連接到供應管線4，再連接至氦液化器3的純氦產品物流。該純氦產品物流是直接來自氦生產裝置的物流。根據(jù)液化器 3的設計以及所述物流在該過程中的連接點，該物流可處于不同溫度。建議的典型溫度大約為20K。連接該氣體供應管線后，將第二管線6連接至磁體1以回收氦氣返回氦純化器2。 連接管線6后，可以使低溫氣體流入磁體1，以冷卻超導線圈和支承結構。該過程持續(xù)到磁體溫度達到穩(wěn)定。磁體溫度穩(wěn)定后，斷開氦氣供應管線4，連接自液化器3的液氦供應管線5，使液氦流入磁體1，以繼續(xù)該冷卻過程。使液氦供應過程持續(xù)到氦儲器中充入液氦至設計的最大值。在供應液氦的整個過程中，因為磁體1內的蒸發(fā)結果存在的任何氦氣可通過管線 6回收，該管線連接到氦純化器2。將純化后的氦通過管線7輸送到氦液化器3。對磁體1 充入氦至設計的最大值后，停止液氦流入，斷開管線5和6。圖2是激勵(升溫)過程中磁體的示意圖。為了說明目的，以下是對圖2中各項的詳細描述項目10是充入液氦的在進行激勵的磁體；項目11是氦氣收集系統(tǒng)；
項目12是氦壓縮器；項目13是氦純化器；項目14是氦液化器；項目15是連接至進行氦回收的磁體的管；項目16是連接氦氣包和壓縮器的管；項目17是連接壓縮器和氦純化器的管；項目18是連接氦純化器和氦液化器的管；項目19是離開氦液化器并導向儲槽的管。在冷磁體10上開始激勵(升溫)活動之前，將氣體收集管15連接到磁體10。該管線15的目的是促進激勵過程產生的所有氦的傳送。該氣體可以是泄漏到磁體10的氦儲器中的環(huán)境熱量的產物，即由于超導線圈產生的熱量使超導線圈升溫而形成的氣體，所述熱量消散到氦儲器中，或者線圈從超導態(tài)至非超導態(tài)的暫時變化導致在線圈內儲存的全部能量消散到該儲器中的氦中(即，驟冷)。在驟冷的情況中，釋放到氣體收集管線然后導向氦氣收集系統(tǒng)11的氣體的體積量較大并且是在通常不到1分鐘的短時間內產生，因此，適當?shù)卣{節(jié)收集管線15和氦氣收集系統(tǒng)11的尺寸是很重要的，以便在短時間內對所述體積量的氣體進行處理?？梢允褂煤獍鳛楹馐占到y(tǒng)11。從氦氣收集系統(tǒng)11將氦氣通過管線16導向壓縮器12，而該壓縮器提高壓力足以將氦氣通過管線17返回到氦純化器13和通過管線18返回到氦液化器 14，最后通過管線19返回到與氦生產裝置相關的儲槽(未示出)。然后，按照操作者要求在氦生產裝置中使用該氦氣。雖然按照本發(fā)明的具體實施方式
描述了本發(fā)明，但是應理解，本發(fā)明的許多其他形式和改進對本領域技術人員而言將是顯而易見的?？傮w構成的本發(fā)明的權利要求覆蓋了所有在本發(fā)明的精神和范圍之內的這些顯而易見的形式和改進。
權利要求
1.一種在氦生產裝置中用低溫氦氣冷卻磁體的超導線圈的方法，該方法包括將低溫氣態(tài)氦從就地的氦液化器輸送到所述磁體并使所述氣態(tài)氦流過所述磁體的低溫保持器。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述氣態(tài)氦的溫度為20K。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，從所述就地氦液化器輸送所述氦直到磁體溫度達到穩(wěn)定。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，充有液氦的所述磁體用于選自下組的裝置 磁共振成像裝置和核磁共振裝置。
5.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法還包括由所述就地氦液化器對所述磁體充氦直到將所述低溫保持器充至其設計的最大值的步驟。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括從所述磁體回收所述低溫氦氣的步驟。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在氦生產裝置中回收由液氦填充磁體產生的汽化氦。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，將所述汽化的氦輸送至氦純化器。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，將所述汽化和純化的氦輸送至氦液化器。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述氦液化器向所述磁體供應液氦。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括在氦生產裝置中從進行激勵的磁體回收汽化的氦的步驟。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述汽化的氦是通過選自下組的過程產生超導線圈產生熱量至液氦中和將能量從超導線圈分散到液氦中。
13.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述汽化的氦首先回收到氣體收集管中。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，所述氣體收集管與氦氣收集系統(tǒng)流體連通。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述氦氣收集系統(tǒng)是氦氣包。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種在氦生產裝置用低溫氦氣對磁體的超導線圈進行冷卻的方法。將低溫氦氣輸送至磁體，由氦提供冷卻。低溫液氦提供了額外冷卻并對氦儲器進行填充。還提供了從磁體填充步驟和在氦生產裝置中對磁體進行激勵時回收汽化氦的方法。
文檔編號H01F6/04GK102169745SQ20111002493
公開日2011年8月31日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權日2010年1月20日
發(fā)明者G·弗歐里諾, M·格拉臣, T·皮馮卡 申請人:琳德股份公司