一种用于MRI超导磁体低温容器的失超气体泄放系统，由失超探测器(1)、电控安全阀(3)、爆破膜(4)、磁体端失超排气主管路(5)、安全阀侧排气支路(6)、爆破膜侧排气支路(7)和环境端失超排气主管路(8)组成。失超探测器(1)检测出超导磁体(2)失超后，控制电控安全阀(3)开启，液氦容器(10)内的挥发气体(12)沿着磁体端失超排气主管路(5)、安全阀侧排气支路(6)和环境端失超排气主管路(8)组成的泄放通路排出。失超后高温的超导磁体(2)向液氦(11)的传热，使液氦容器(10)内的压力继续升高，达到爆破膜(4)的动作压力时被动触发爆破膜(4)破裂，另一路泄放通路导通。
1.一种用于MRI超导磁体低温容器的失超气体泄放系统，其特征在于，所述的失超气体泄放系统由主动触发气体泄放通路和被动触发气体泄放通路并联组成；所述的主动触发气体泄放通路由失超探测器（1）、电控安全阀（3）、磁体端失超排气主管路（5）、安全阀侧排气支路（6）和环境端失超排气主管路（8）组成，所述的被动触发气体泄放通路由爆破膜（4）、磁体端失超排气主管路（5）、爆破膜侧排气支路（7）和环境端失超排气主管路（8）构成；所述的主动触发气体泄放通路中，失超探测器（1）的测量引出线与超导磁体（2）的电压抽头连接，组成桥式电压检测回路；失超探测器（1）的输出接口与电控安全阀（3）的控制输入连接；磁体端失超排气主管路（5）的低温端与液氦容器（10）的壳体焊接在一起，磁体端失超排气主管路（5）的室温端通过三通与安全阀侧排气支路（6）连接；安全阀侧排气支路（6）的另一端通过三通与环境端失超排气主管路（8）连接；所述的电控安全阀（3）安装在安全阀侧排气支路（6）的管路中；所述的被动触发气体泄放通路中，爆破膜（4）安装在爆破膜侧排气支路（7）的管路中，爆破膜侧排气支路（7）的一端通过三通与磁体端失超排气主管路（5）连接，爆破膜侧排气支路（7）的另一端通过三通与环境端失超排气主管路（8）连接；
所述的主动触发气体泄放通路和被动触发气体泄放通路共用同一磁体端失超排气主管路（5）和环境端失超排气主管路（8）。
2.按照权利要求1所述的失超气体泄放系统，其特征在于，所述的主动触发气体泄放通路通过失超探测器（1）控制电控安全阀（3）的开启，失超探测器（1）检测出超导磁体（2）的失超，然后主动触发电控安全阀（3）开启，使液氦容器（10）内的挥发气体（12）沿着磁体端失超排气主管路（5）、安全阀侧排气支路（6）和环境端失超排气主管路（8）组成的泄放通路排出；液氦容器（10）内的液氦（11）与高温的超导磁体（2）直接接触，使液氦（11）在短时间内不断沸腾，氦气不断上升聚集在气相空间，液氦容器（10）内的压力持续升高，当压力升高到爆破膜（4）的破裂压力时，爆破膜侧排气支路（7）所在的被动触发气体泄放通路导通，一部分氦气（12）沿着该管路通道流出。
3.按照权利要求1所述的失超气体泄放系统，其特征在于，所述的爆破膜（4）的动作压力要高于电控安全阀（3）开启时液氦容器（10）内的压力，为0.25～0.3MPa。
4.按照权利要求1所述的失超气体泄放系统，其特征在于，所述的泄放系统位于液氦容器（10）的上方，磁体端失超排气主管路（5）与液氦容器（10）的壳体焊接在一起，穿过真空夹层和真空容器（9）后分别与安全阀侧排气支路（6）和爆破膜侧排气支路（7）相连；环境端失超排气主管路（8）的另一端直接通大气；磁体端失超排气主管路（5）和失超探测器（1）的测量引出线的一部分处于低温环境中，另一部分处于室温环境中；失超探测器（1）、电控安全阀（3）、爆破膜（4）、安全阀侧排气支路（6）、爆破膜侧排气支路（7）和环境端失超排气主管路（8）位于室温环境中。
5.按照权利要求1所述的失超气体泄放系统，其特征在于所述的磁体端失超排气主管路（5）、安全阀侧排气支路（6）、爆破膜侧排气支路（7）和环境端失超排气主管路（8）均由不锈钢管焊接而成；所述的磁体端失超排气主管路（5）位于真空容器（9）以外部分的外表面包有铝箔；所述的安全阀侧排气支路（6）和所述的爆破膜侧排气支路（7）外表面包有铝箔。
6.按照权利要求1所述的失超气体泄放系统，其特征在于所述的环境端失超排气主管路（8）的管径稍大于磁体端失超排气主管路（5）的管径。
用于MRI超导磁体低温容器的失超气体泄放系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于超导磁体低温容器的安全泄放系统。
背景技术
[0002] MRI超导磁体通常工作在液氦温区，由于磁体尺寸很大要求很高的温度均匀性，所以通常浸泡在液氦中，多采用液氦浸泡方式进行冷却。超导磁体通常由多个同轴超导线圈串联组成，为了减小系统的漏热，大多采用可拔电流引线供电。超导磁体励磁到工作电流后，为了满足磁场的时间稳定性要求，一般采用温控式超导开关实现超导线圈闭环，然后拔出超导磁体电流引线，电流在闭环的超导线圈内运行。
[0003] 当局部能量扰动超过超导体的最小失超能时，会在超导线圈内发生失超传播，随着失超区域的扩展，正常态电阻不断增加，进而使超导线圈的电磁储能不断的转换为焦耳热，加热超导线圈使其温度持续升高。由于超导线圈不同区域先后失超，先失超的区域如果温升太高就会引起磁体损坏。为了使局部区域不至于温升太高，需要采取一定的失超保护措施。目前发展的失超保护技术有外保护技术和内保护技术：外保护技术是在磁体失超时将一部分能量释放到磁体外部，最简单的实现方式是在室温环境中并联一个外部释能电阻；内保护技术是使能量均匀地释放在磁体中，使磁体大部分区域温度均匀地升高，这种保护技术通常采用分段保护和加热器回路来触发超导磁体各个线圈和不同区域快速失超。MRI超导磁体的闭环运行方式决定了失超保护方式采用内保护技术，分流电阻和保护二极管构成分段保护电路，加热器回路和保护电阻触发不同线圈快速失超。
[0004] 由于MRI超导磁体的全部储能都消耗在磁体中，处于很高温度的超导磁体会引起液氦的快速沸腾，产生大量的挥发气体，短时间内使容器内压力急剧升高。如果挥发的氦气不能及时排出，液氦容器内的压力超过容器的最高许用压力就会引起液氦容器的破坏。
[0005] 现有的失超气体泄放系统采用失超排气管路和爆破膜构成的被动泄放方式，失超排气管路的低温端与液氦容器相连，另一端与大气环境相通，爆破膜一般通过螺纹连接安装在失超排气管路的靠近室温的一段管路上。磁体正常运行时爆破膜将氦气与外界隔绝开，一旦液氦容器内的压力达到爆破膜的动作压力，爆破膜破裂将管路导通，使氦气沿着失超排气管路排出。这种气体泄放系统的缺点是响应速度慢，只有当液氦容器内的压力达到爆破膜的破裂压力时挥发的气体才能沿着管路排出；此外，如果爆破膜失效不能正常工作，容器内压力就会不断升高直至最后容器失效破坏。
发明内容
[0006] 本发明的目的是为了克服现有超导磁体失超泄放系统响应速度慢、安全性能不高的缺点，本发明提出了一种超导磁体低温容器的失超气体泄放系统。本发明提出的泄放系统能够有效地将磁体失超引起的挥发气体及时排出，增加了气体泄放面积，增强了超导磁体系统的运行安全性。
[0007] 本发明的失超气体泄放系统由主动触发气体泄放通路和被动触发气体泄放通路并联组成。本发明系统安装在磁体液氦容器的上方，通过磁体端失超排气主管路与液氦容器连接，磁体端失超排气主管路穿过真空容器和真空夹层后与液氦容器外壳焊接在一起。所述的系统的失超检测器的引出测量线与超导磁体的电压抽头连接，组成桥式检测电路。
主动触发气体泄放通路由超导磁体的失超来控制先触发，被动触发气体泄放通路由液氦容器内的气体压力来控制后触发。
[0008] 本发明的主动触发气体泄放通路由失超探测器、电控安全阀、磁体端失超排气主管路、安全阀侧排气支路和环境端失超排气主管路组成。所述的主动触发气体泄放通路中，失超探测器的输出接口与电控安全阀的输入接口连接在一起，磁体端失超排气主管路的室温端通过三通与安全阀侧排气支路连接，安全阀侧排气支路的另一端通过三通与环境端失超排气主管路连接。所述的电控安全阀通过螺纹连接安装在安全阀侧排气支路的管路中。
[0009] 所述的磁体端失超排气主管路由一段不锈钢管构成，磁体端失超排气主管路位于真空容器以外部分的外表面包有铝箔；安全阀侧排气支路由多段不锈钢管焊接而成，外表面包有铝箔；环境端失超排气主管路也由多段不锈钢管焊接而成，其管径稍大于磁体端失超排气主管路。
[0010] 所述的电控安全阀由失超探测器控制。失超探测器检测出磁体失超后，发出信号控制电控安全阀开启，从检测出超导磁体失超到安全阀开启大概需要几十毫秒到几百毫秒的时间，液氦容器内的氦气沿着磁体端失超排气主管路、安全阀侧排气支路和环境端失超排气主管路组成的通路排出。
[0011] 本发明的被动触发气体泄放通路由爆破膜、磁体端失超排气主管路、爆破膜侧排气支路和环境端失超排气主管路组成。所述的爆破膜安装在爆破膜侧排气支路的管路中。所述的爆破膜侧排气支路是由多段不锈钢管焊接的管路，外表面包有铝箔，爆破膜侧排气支路的一端通过三通与磁体端排气主管路连接在一起，爆破膜侧排气支路的另一端通过三通与环境端失超排气主管路连接在一起；爆破膜是一层金属片构成的爆破装置，通过螺纹连接安装在爆破膜侧排气支路上，爆破膜的设定压力一般为0.25～0.3MPa。失超后处于很高温度的超导磁体引起液氦的快速沸腾，产生大量的挥发气体，当磁体端失超排气主管路内的压力达到爆破膜的动作压力时，爆破膜破裂，一部分氦气沿着磁体端失超排气主管路、爆破膜侧排气支路和环境端失超排气主管路组成的泄放通路排出。
[0012] 所述的主动触发气体泄放通路和被动触发气体泄放通路共用同一磁体端失超排气主管路和环境端失超排气主管路。
[0013] 本发明的失超气体泄放系统适用于MRI超导磁体系统，特别是采用液氦浸泡冷却的MRI超导磁体系统。
附图说明
[0014] 图1是失超气体泄放系统的结构图，图中：1失超探测器、2失超检测回路、3电控安全阀、4爆破膜、5磁体端失超排气主管路、6安全阀侧排气支路、7爆破膜侧排气支路、8环境端失超排气主管路、2超导磁体；
[0015] 图2是失超气体泄放系统与超导磁体的位置关系图，图中：9真空容器、10液氦容器、11液氦、12氦气。
具体实施方式
[0016] 下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
[0017] 本发明的失超气体泄放系统由主动触发气体泄放通路和被动触发气体泄放通路并联组成。所述的失超气体泄放系统安装在液氦容器的上方，通过磁体端失超排气主管路与液氦容器连接，磁体端失超排气主管路穿过真空容器和真空夹层后与液氦容器外壳焊接在一起，所述的系统的失超检测器的引出测量线与超导磁体的电压抽头连接。
[0018] 所述的主动触发气体泄放通路由失超探测器1、电控安全阀3、磁体端失超排气主管路5、安全阀侧排气支路6和环境端失超排气主管路8组成。
[0019] 失超探测器1的测量引出线与超导磁体2的电压抽头连接，组成桥式电压检测回路。失超探测器1的输出接口与电控安全阀3的控制输入连接；磁体端失超排气主管路5是一段不锈钢管，其低温端与液氦容器10的壳体焊接在一起，其室温端通过三通与安全阀侧排气支路6连接；安全阀侧排气支路6由不锈钢管焊接而成，安全阀侧排气支路6的另一端通过三通与环境端失超排气主管路8连接。环境端失超排气主管路8也由多段不锈钢管焊接而成，其管径稍大于磁体端失超排气主管路5。电控安全阀3通过螺纹连接安装在安全阀侧排气支路6的管路中。
[0020] 本发明的被动触发气体泄放通路由爆破膜4、磁体端失超排气主管路5、爆破膜侧排气支路7和环境端失超排气主管路8组成。
[0021] 所述的爆破膜4是一层铝薄膜构成的爆破装置，通过螺纹连接安装在爆破膜侧排气支路7的管路中。爆破膜侧排气支路7的一端通过三通与磁体端排气主管路5连接在一起，爆破膜侧排气支路7的另一端通过三通与环境端失超排气主管路8连接在一起。
[0022] 所述的主动触发气体泄放通路和被动触发气体泄放通路共用同一磁体端失超排气主管路5和环境端失超排气主管路8。
[0023] 当失超探测器1检测出超导磁体2失超后，发出电信号控制电控安全阀3开启，从检测出超导磁体9失超到电控安全阀3开启约需要几百毫秒的时间。电控安全阀3触发后，液氦容器10内的氦气12沿着磁体端失超排气主管路5、安全阀侧排气支路6和环境端失超排气主管路8组成管路通道排出。失超后的超导磁体2的温度很高，液氦容器10内的液氦11与温度很高的超导磁体2直接接触，由于大量的热量传递，使液氦11短时间内不断沸腾，氦气不断上升聚集在气相空间，液氦容器10内的压力持续升高，当压力升高到爆破膜4的破裂压力0.25MPa时，爆破膜侧排气支路7所在的被动触发气体泄放通路导通，一部分氦气12沿着该管路通道流出。
[0024] 图2是本发明的失超气体泄放系统与超导磁体的位置关系图。磁体端失超排气主管路5的低温端与液氦容器10焊接在一起，穿过真空夹层和真空容器9后分别与安全阀侧排气支路6和爆破膜侧排气支路7相连；环境端失超排气主管路8的另一端直接是大气环境。磁体端失超排气主管路5和失超检测器1的测量引出线的一部分处于低温环境中，一部分处于室温环境中。失超探测器1、电控安全阀3、爆破膜4、安全阀侧排气支路6、爆破膜侧排气支路7和环境端失超排气主管路8位于室温环境中。
