УЛУЧШЕННЫЕ СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ И ХРАНЕНИЯ КРИОГЕННЫХ УСТРОЙСТВ Российский патент 2015 года по МПК F25D3/10 

Настоящее изобретение относится к технике магнитно-резонансной визуализации. Изобретение конкретно применяется для хранения и транспортировки криогенных основных магнитных узлов, используемых в системах магнитно-резонансной визуализации. Вместе с тем, оно также находит применение для магнитно-резонансной спектроскопии и других методик ядерного магнитного резонанса наряду с другими системами с криогенными компонентами.

Системы магнитно-резонансной визуализации (МРТ), в общем, включают в себя сверхпроводящий электромагнит, который охлаждается до рабочей температуры сверхпроводимости. Сверхпроводимость возникает в некоторых материалах при очень низких температурах, при этом материал демонстрирует электрическое сопротивление, приблизительно равное нулю, и отсутствие внутреннего магнитного поля. Состояние сверхпроводимости уменьшает электрическую нагрузку, требуемую для поддержания необходимой напряженности магнитного поля. Рабочая температура сверхпроводимости или критическая температура зависит, по меньшей мере, от типа материала сверхпроводника, плотности тока и напряженности магнитного поля. В низкотемпературных системах сверхпроводящий электромагнит из сплава ниобий-титан (NbTi) имеет температуру перехода приблизительно 10K и может работать при плотности магнитного потока до 15 тесла, а более дорогой сверхпроводящий электромагнит из сплава ниобий-олово (Nb₃Sn) имеет температуру перехода приблизительно 18K, но может работать при плотности магнитного потока до 30 тесла. Сверхпроводящие электромагниты с более высокой температурой, такие как из сплавов на основе железа или меди, переходят к сверхпроводимости при температурах в диапазоне 10-100K.

В обычных низкотемпературных системах, таких как электромагнит на основе ниобия, обмотки катушки электромагнита подвешены в вакуумном кольцевом пространстве или криостате, который частично заполнен жидким криогенным веществом, таким как гелий. Обмотки катушки частично погружены в гелиевую ванну и охлаждаются до состояния ниже сверхпроводимости. Жидкий гелий кипит при 4,2K при стандартных атмосферных условиях. Во время работы в нормальных условиях нагрев от окружающей среды и градиентных катушек могут обуславливать выкипание жидкого гелия и подъем давления в криостате. Для минимизации количества выкипающего гелия, используют криогеннную холодильную систему для охлаждения одного или нескольких проводящих тепловых экранов до температур между 10K и 100K. Данные экраны перехватывают тепло из окружающей среды и уменьшают количество тепла, достигающего обмоток катушек, а холодильная система охлаждает теплозащитные экраны с помощью активной циркуляции холодильного агента. В некоторых случаях криогенные холодильные системы выполнены с возможностью поддержания температур достаточно низкими для повторной конденсации газообразного гелия в жидкое состояние. Повторно сконденсированный жидкий гелий собирается в ванне существующего жидкого гелия.

В системах с более высокой температурой, криогенные жидкости с более высокими температурами кипения, такими как водород, неон, азот, или т.п., используют для омывания сверхпроводящих катушек и/или используют в качестве холодильного агента для охлаждения охлаждающей головки, которая термически соединяется с теплозащитными экранами.

В сверхпроводящем электромагните без криогенного вещества сверхпроводящие катушки электрически соединяются с охлаждающими трубками или твердыми проводниками тепла, такими как гибкие медные ленты. Данное устройство исключает необходимость использования заполненного криогенной жидкостью криостата и предотвращает большие утечки криогенного газа из криостата, если электромагнит гасится, т.е. теряет сверхпроводимость. Криогенная холодильная система охлаждает охлаждающую головку, термически соединенную с твердыми теплопроводами или небольшим криогенным резервуаром, из которого проходят трубки охлаждения для поддержания сверхпроводящей катушки в состоянии сверхпроводимости. В любом конструктивном решении, как криостат, так и проводники тепла окружены теплозащитным экраном для предотвращения нагрева наружным инфракрасным излучением и, кроме того, заключены в вакуумную камеру для подавления нагревания от внутренней конвекции криогенного вещества.

После изготовления сверхпроводящего электромагнита криостат охлаждают, в общем, с помощью заполнения жидким криогенным веществом и испытывают на заводе-изготовителе для обеспечения нормальной работы перед транспортировкой к месту назначения, например в госпиталь, клинику, лабораторию, исследовательский центр и т.д. В зависимости от размера криогенно охлаждаемого сверхпроводящего электромагнита криостат может, в общем, содержать, приблизительно от 1000 литров до около 2000 литров жидкого криогенного вещества. Обычно изготовитель заливает криогенное вещество перед отправкой сверхпроводящего электромагнита покупателям чтобы исключить расходы по доведению электромагнита до рабочей температуры второй раз. Изготовители стараются доставить сверхпроводящий электромагнит вместе с криогенной холодильной системой покупателю насколько возможно быстро для уменьшения потерь криогенного вещества во время транспортировки. Поскольку криогенная холодильная систем не работает во время транспортировки, температура теплозащитных экранов поднимается и теплопередача на обмотки катушек резко увеличивается. В низкотемпературных системах выпускной клапан, являющийся частью криостата, может стравливать более 75% залитого гелия во время транспортировки для сброса давления, увеличивающегося вследствие выкипания гелия. Выпуск избыточного давления обеспечивает исправность криостата и вакуумной камеры. На покупателя ложатся расходы по замещению потерь выпущенного криогенного вещества в диапазоне 5000-10000 долларов США. Необходимость замещения потерянного криогенного вещества является проблематичной во многих районах мира, где снабжение жидким криогенным веществом для замещения не налажено. Поэтому система транспортировки, в которой уменьшаются потери криогенного вещества во время транспортировки, использующая существующую инфраструктуру, должна быть необходима как для изготовителей, так и для покупателей сверхпроводящих электромагнитов.

Настоящее изобретение относится к новой и улучшенной системе и способу транспортировки и/или хранения криогенных устройств, которые решают упомянутые выше и другие проблемы.

Согласно одному аспекту предложен транспортный контейнер для транспортировки, по меньшей мере, одного устройства с криогенным охлаждением на транспортном средстве. Криогенная холодильная система осуществляет мониторинг температуры и/или давления в устройстве с криогенным охлаждением и осуществляет циркуляцию хладагента в устройстве с криогенным охлаждением для поддержания криогенных температур. Ввод электропитания, доступный снаружи транспортного контейнера, соединяет линию электропитания от внешнего источника электропитания, оборудованного на транспортном средстве, с криогенной холодильной системой.

Согласно другому аспекту представлен способ транспортировки, по меньшей мере, одного устройства с криогенным охлаждением в транспортном контейнере. Устройство с криогенным охлаждением крепится в транспортном контейнере, и затем транспортный контейнер с устройством с криогенным охлаждением грузят на транспортное средство. Ввод электропитания криогенной холодильной системы соединяют с внешним источником электропитания, оборудованным на транспортном средстве. Транспортное средство затем транспортирует транспортный контейнер к месту назначения.

Согласно другому аспекту предложен способ изготовления транспортного контейнера для транспортировки устройства с криогенным охлаждением. Способ включает в себя встраивание холодильной системы, с потреблением мощности меньше 15кВт в контейнер по стандарту Международной Организации по Стандартизации (ISO) для смешанной перевозки. Контейнер по стандарту ISO для смешанной перевозки модифицируют для размещения соединения для линии электропитания и блока дисплея холодильной системы с наружным доступом. Контейнер по стандарту ISO для смешанной перевозки также модифицируют для размещения снаружи вентиляционного устройства для выпуска воздуха из встроенной холодильной системы.

Одним преимуществом является резкое уменьшение потерь залитого криогенного вещества во время перевозки.

Другим преимуществом является использование существующего источника электропитания вместо установки на борту электрогенератора.

Другое преимущество состоит в том, что криогенное устройство может храниться неопределенно долго с малыми потерями или без потерь залитого криогенного вещества.

Дополнительные преимущества настоящего изобретения должны стать ясны специалисту в данной области техники при прочтении и изучении следующего подробного описания.

Изобретение может принимать форму различных компонентов и устройств компонентов и различных этапов и расстановки этапов. Чертежи предназначены только для показа предпочтительных вариантов осуществления и не налагают ограничений на изобретение.

На ФИГ. 1 схематично показан вид сверху транспортного контейнера для транспортировки и хранения устройств с криогенным охлаждением.

На ФИГ. 2 схематично показан вид сверху криогенной холодильной системы, встроенной в транспортный контейнер.

На ФИГ. 3A и 3B показаны схемы вариантов осуществления блоков конденсации, размещенных в криогенной холодильной системе.

На ФИГ. 4A и 4B показаны схемы других вариантов осуществления транспортных контейнеров для транспортировки и хранения устройств с криогенным охлаждением.

На ФИГ. 1 схематично показан транспортный контейнер 10 для транспортировки и содержания устройств или коммерческого груза с криогенным охлаждением. Настоящий вариант осуществления описан конкретно для транспортировки сверхпроводящих электромагнитов 12_A, 12_B для использования в системах магнитно-резонансной визуализации (МРТ) или ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Должно быть ясно, что другие устройства с криогенным охлаждением или полезные грузы можно также транспортировать с использованием транспортного контейнера 10, например фармацевтические препараты, живые ткани, полупроводники или т.п.

Транспортный контейнер 10 является стандартным контейнером для смешанной перевозки или контейнером стандарта ISO, установленным международной организацией по стандартизации (ISO) для использования во время транспортировки смешанных грузов. В общем, контейнеры стандарта ISO имеют ширину 8 футов (2,4 м) и высоту в диапазоне от стандартных 8 футов (2,4 м) до 8 футов, 6 дюймов (2,6 м), 9 футов, 6 дюймов (2,9 м) или 10 футов, 6 дюймов (3,2 м) для высокообъемных блоков. Наиболее распространенные значения длины составляют 20 футов (6,1 м) и 40 футов (12,2 м), хотя другие значения длины также существуют. Типичный контейнер имеет двери, установленные на одном или обоих концах, и конструкцию из гофрированной стали, стойкую к атмосферным воздействиям. Контейнеры с открытым верхом включают в себя стенки из гофрированной стали и двери, а крыша включает в себя съемные дуги, поддерживающие съемный тент и добавляющие устойчивость контейнеру. Контейнеры с открытым верхом облегчают погрузку и разгрузку сверху. Контейнеры-платформы являются контейнерами со складывающимися концевыми стенками и усиленным полом, в основном используемые для перевозки грузов с превышением веса, превышением габарита по высоте и ширине, например, открытых электромагнитов с полем высокой напряженности (HFO) или электромагнитов С-штативов. Контейнеры можно транспортировать грузовиками на полуприцепах, товарными поездами, судами-контейнеровозами или самолетами.

Транспортный контейнер 10 включает в себя автономную криогенную холодильную систему 14. Холодильная система 14 питается от существующего источника 16 электропитания через штепсельный разъем 18, которым снабжены контейнеры-рефрижераторы для смешанной перевозки. Контейнеры-рефрижераторы для смешанной перевозки обычно оборудуют электропитанием на 15 кВт мощности трехфазного тока, установленным по стандартам ISO. Данный существующий источник электропитания используют для электропитания криогенной холодильной системы 14, такие источники имеются на транспортных средствах, на причалах, на складах или т.п. Штепсельный разъем 18 соединяется с криогенной холодильной системой 14 через штепсельную розетку 20, доступную снаружи транспортного контейнера. Таким способом обычные источники электропитания стандарта ISO используют для электропитания криогенной холодильной системы 14.

В одном варианте осуществления, если сверхпроводящий электромагнит 12_A, 12_B подлежит транспортировке на контейнере-платформе, криогенная холодильная система 14 может обвязываться или устанавливаться на одной из складывающихся концевых стенок, а затем соединяться с существующим источником 16 электропитания. В данном способе криогенную холодильную систему 14 можно затем демонтировать и перевезти назад к месту отправления.

В другом варианте осуществления для транспортировки в стандартных или повышенной кубатуры контейнерах для смешанной перевозки концевую стенку, противоположную концу с дверью, модифицируют для размещения криогенной холодильной системы 14, т.е. штепсельной розетки 20, вентиляции, дисплея, средств управления или т.п. Криогенная холодильная система 14 несъемно встраивается в концевую стенку транспортного контейнера 10; поэтому весь транспортный контейнер с криогенной холодильной системой 14 и другим грузом в получающемся пространстве можно перевозить к месту отправления. Альтернативно, криогенная холодильная система 14 встраивается в контейнер для смешанной перевозки, включающий в себя двери на обоих концах. Двери на одном конце модифицируют для размещения штепсельной розетки 20, вентиляции, дисплея, средств управления или т.п. По прибытии на место назначения модифицированные двери, включающие в себя встроенную криогенную холодильную систему 14, заменяют немодифицированными дверями, так что можно повторно использовать транспортный контейнер с двумя концами с немодифицированными дверями. Модифицированные двери, включающие в себя криогенную холодильную систему, затем перевозят назад на место их отправления для повторного использования с другим полезным грузом с криогенным охлаждением.

Криогенная холодильная система 14 служит для сохранения жидкого или газообразного криогенного вещества в сверхпроводящем электромагните 12_A, 12_B во время перевозки или хранения. Осуществляется циркуляция холодильного агента в охлаждающей головке 22_A, 22_B каждого сверхпроводящего электромагнита 12_A, 12_B, которая поддерживает температуру приблизительно равной или ниже точки кипения криогенного вещества во время перевозки. В одном варианте осуществления сверхпроводящий электромагнит можно доставлять покупателю с залитым жидким криогенным веществом. Для исключения и/или уменьшения потерь залитого криогенного вещества во время перевозки криогенная холодильная система 14 осуществляет циркуляцию холодильного агента в охлаждающей головке 22_A, 22_B для поддержания температур сверхпроводимости в сверхпроводящих катушках. Холодильный агент и/или залитое криогенное вещество может включать в себя гелий, водород, неон, азот или т.п.

В одном варианте осуществления каждый сверхпроводящий электромагнит 12_A, 12_B является сверхпроводящим электромагнитом с криогенным охлаждением, в котором сверхпроводящие катушки частично омываются в ванне с жидким криогенным веществом и размещаются в криостате. Охлаждающая головка 22_A, 22_B выступает в криостат и служит для повторной конденсации любого криогенного вещества, которое может выкипать, реагируя на увеличение температуры. Датчики, размещенные в криостате, блок управления и мониторинга и/или охлаждающая головка осуществляют мониторинг температуры и/или давления криостата. При повышении температуры и переходе жидкого криогенного вещества в газообразное состояние давление в криостате увеличивается. Для сброса увеличенного давления выпускной клапан (не показано) выпускает лишний газ для поддержания давления незначительно выше стандартного атмосферного давления. Например, давление поддерживается приблизительно на половину фунт/дюйм² (3,5 КПа) выше стандартного атмосферного давления для исключения отрицательного давления, при котором криогенное вещество может загрязняться. Отрицательное давление может обеспечивать протечку наружных газов внутрь криостата.

В другом варианте осуществления каждый сверхпроводящий электромагнит 12_A, 12_B является сверхпроводящим электромагнитом без криогенного вещества, в котором сверхпроводящие катушки термически соединяются с теплообменником. Теплообменник является компоновкой трубок охлаждения, находящейся в контакте со сверхпроводящими катушками. Осуществляется циркуляция жидкого криогенного вещества через компоновку трубок охлаждения для охлаждения катушки приблизительно до температур кипения циркулирующего криогенного вещества. Резервуар, питающий компоновку трубок охлаждения, термически соединяется с охлаждающей головкой 22_A, 22_B для повторной конденсации любого газообразного криогенного вещества. Аналогично сверхпроводящему электромагниту с криогенным охлаждением, избыточный криогенный газ, накапливающийся в компоновке трубок охлаждения, выпускается через выпускной клапан. Альтернативно, теплообменник является твердотельным проводником тепла, термически соединенным со сверхпроводящими катушками. Твердотельный проводник тепла может быть сконструирован из множества гибких медных планок, которые затем соединяются с охлаждающей головкой 22_A, 22_B.

Криогенная холодильная система 14 осуществляет мониторинг датчиков температуры и/или давления в охлаждающей головке 22_A, 22_B, криостате и/или вблизи теплообменника с помощью шины 24 двусторонней передачи данных и осуществляет циркуляцию холодильного агента в охлаждающей головке 22_A, 22_B для охлаждения или повторной конденсации криогенного вещества в криостате или компоновке трубок охлаждения или для достаточного охлаждения твердотельного проводника тепла. Криогенная холодильная система 14 также управляет клапанами 26_A, 26_B или приводит их в нужное положение для циркуляции криогенного холодильного агента между несколькими сверхпроводящими электромагнитами 12_A, 12_B, транспортируемыми в одном транспортном контейнере 10. Соответственно, криогенная холодильная система 14 может чередовать охлаждение нескольких электромагнитов для уменьшения потребления электроэнергии с помощью приведения в действие клапанов 26_A, 26_B в рабочее или нерабочее положение и положение уменьшенного расхода.

На ФИГ. 2 показана схема транспортного контейнера 10 и открытый вид криогенной холодильной системы 14. Криогенная холодильная система 14 включает в себя соединение с источником электропитания или ввод 30 для получения электропитания из соответствующего стандарту ISO источника 18 электропитания. Трансформатор 32 преобразует электропитание ввода по напряжению и/или фазе, делая питание подходящим для холодильных блоков 34_A, 34_B, например трансформатор 32 преобразует напряжение стандарта ISO в 380 вольт в напряжение 460 вольт, используемое испарителями холодильных блоков 34_A, 34_B. Кроме того, трансформатор может подавать нужное напряжение на сверхпроводящий электромагнит для работы штатных систем. Блок 36 управления и мониторинга (CMU) управляет холодильными блоками 34_A, 34_B, клапанами 26_A, 26_B и осуществляет мониторинг датчиков температуры и/или давления каждого сверхпроводящего электромагнита через шину 24 передачи данных.

Процессор интерпретирует сигналы температуры и давления от датчиков температуры и давления соответственно. Команды управления холодильными блоками 34_A, 34_B на основе данных сигналов сохраняются в машиночитаемом носителе 37 для исполнения процессором 38. Например, процессор может исполнять алгоритм регулирования с обратной связью, при этом корректируется рабочий цикл холодильных блоков 34_A, 34_B на основе сигналов датчиков и/или расхода электроэнергии. Датчики перемещения, такие как акселерометры и гироскопы, можно использовать для мониторинга перемещения и/или ориентации транспортного контейнера 10, электромагнитов 12_A, 12_B и/или холодильной системы 14 во время перевозки. Датчики могут обнаруживать сильную турбулентность и вибрации, что можно использовать для передачи сигнала в блок 36 управления и мониторинга для временного отключения охлаждающих головок 22_A, 22_B для предотвращения возможного их повреждения в указанной ситуации.

Блок 36 управления и мониторинга включает в себя блок 39 дисплея с наружным доступом, отображающий параметры работы криогенной холодильной системы 14, например, работы холодильных блоков 34_A, 34_B, температуру и/или давление на сверхпроводящих электромагнитах 12_A, 12_B, положение клапанов 26_A, 26_B, холодильный рабочий цикл, расход электроэнергии или т.п. Кроме того, блок дисплея может включать в себя входные средства управления, с помощью которых пользователь может регулировать и/или корректировать параметры работы. Данные, отображаемые на блоке дисплея, выдает процессор 38.

В показанном варианте осуществления два холодильных блока 34_A, 34_B подают холодильный агент к двум соответствующим сверхпроводящим электромагнитам 12_A, 12_B. Вместе с тем, приемлемыми является большее или меньшее количество компрессоров хладагента для подачи на соответствующие сверхпроводящие электромагниты. Альтернативно, один холодильный блок может осуществлять подачу на несколько сверхпроводящих электромагнитов. Мультиплексированный клапан, управляемый блоком 36 управления и мониторинга, может переключать линии подачи между несколькими электромагнитами. Устройство и соотношение холодильных блоков со сверхпроводящими электромагнитами зависит от размера, формы и вида транспортного контейнера и размера сверхпроводящего электромагнита и типа криогенного вещества. Тип транспортного средства можно также учитывать при определении устройства и числа холодильных блоков 14. Показанные на ФИГ. 3A и 3B холодильные блоки 34_A, 34_B могут иметь блок с воздушным охлаждением, показанный на ФИГ. 3A. Газообразный хладагент циркулирует в холодильных блоках по обратной линии. Компрессор 40 увеличивает давление газообразного хладагента и подает его в змеевик 42 испарителя, в котором, в свою очередь, удаляется тепло из газообразного хладагента. Змеевик 42 испарителя охлаждается вентилятором 44, который забирает воздух из впускного отверстия или жалюзийного отверстия 46, расположенного поперек змеевика 42 испарителя, и выбрасывает нагретый воздух через выпускной вентиляционный патрубок или жалюзийное отверстие 48 наружу из транспортного контейнера 10. Хладагент затем рециркулирует к соответствующему сверхпроводящему электромагниту 12_A, 12_B через линию подачи хладагента.

Альтернативно, холодильные блоки 34_A, 34_B могут иметь блок с водяным охлаждением, показанный на фиг. 3B. Вместо вентилятора и выпускной системы для охлаждения змеевика 42 испарителя контур 50 охлажденной воды отбирает тепло у газообразного хладагента для его охлаждения. Блок 52 подачи охлажденной воды обычно устанавливают на транспортном средстве для холодильных транспортных контейнеров, где выпуск нагретого воздуха является проблематичным. Холодильные блоки 34_A, 34_B могут использовать существующий блок 52 подачи охлажденной воды для охлаждения хладагента после повторной конденсации.

На ФИГ. 4A сверху и на ФИГ. 4B сбоку в другом варианте осуществления для транспортировки в транспортных контейнерах с открытым верхом показан транспортный контейнер с немодифицированными концевыми стенками для размещения холодильной системы 14, которая включает в себя один или несколько холодильных блоков 34, ввод 30 электропитания, силовой трансформатор 32 и блок 36 управления и мониторинга. Как указано выше, контейнер с открытым верхом включает в себя стенки из гофрированной стали и двери, а крыша включает в себя съемный тент 60, опирающийся на множество разнесенных на равные интервалы дуг или поперечные элементы 62. Дуги 62 не только поддерживают тент 60, но также увеличивают конструктивную прочность боковых стенок и могут сниматься для обеспечения погрузки и разгрузки сверху, например, сверхпроводящих электромагнитов 12 и холодильной системы 14.

В данном варианте осуществления холодильная система 14 содержится полностью в контейнере 10 в отличие от контейнера-платформы варианта осуществления с контейнером-платформой или варианта осуществления со стандартным транспортным контейнером, где нагретый воздух от змеевиков 42 конденсации выпускается наружу из контейнера. Поэтому воздух, выпускаемый из каждой холодильной системы 34, выбрасывается внутрь транспортного контейнера, что приводит к повышению температуры внутри транспортного контейнера. Такое увеличение внутренней температуры должно увеличивать рабочий цикл холодильной системы 14, приводя к увеличенному потреблению электроэнергии и возможным отказам, связанным с интенсивностью нагрузки. В общем, холодильный блок включает в себя выключатель, срабатывающий при высокой температуре, который отключает холодильный блок, когда температура превышает пороговое значение, например, 60°C. Задержка отключения или уменьшенный рабочий цикл могут приводить к выкипанию криогенного вещества.

Для уменьшения внутренней температуры транспортного контейнера 10 впускной вентиляционный патрубок/проем 64 и выпускной вентиляционный патрубок 66 выполняют в тенте 60 крыши контейнера с открытым верхом 10. В данном способе модифицируют только тент 60, выполняя проемы для каждого вентиляционного патрубка, а не отверстия в дверях или концевой стенке стандартного контейнера. Проемы прорезают в съемном тенте 60 и соответствующие вентиляционные патрубки 64, 66 жестко встраивают в тент. Каждое место вентиляционного патрубка 64, 66 устанавливают так, что концы вентиляционного патрубка прочно съемно крепятся на дуги 62, как показано на ФИГ. 4B. Каждый вентиляционный патрубок накрывается колпаком 68, обеспечивающим свободный проход всасываемого/выпускаемого воздуха и препятствующим попаданию мусора, влаги или т.п. в контейнер 10.

Для изоляции более холодного всасываемого воздуха от нагретого выпускаемого воздуха перегородка 70 установлена между каждым впускным вентиляционным патрубком 46 и выпускным вентиляционным патрубком 48 холодильных блоков 34 и впускным вентиляционным устройством 64 и выпускным вентиляционным патрубком 66 транспортного контейнера для образования приточной камеры 72 и выпускной камеры 74, как показано на виде сбоку Фиг. 4B. Более холодный наружный воздух всасывается в приточную камеру 72, в которой размещается сверхпроводящий электромагнит 12, с помощью отрицательного давления, создаваемого охлаждающими вентиляторами 44 каждого холодильного блока 34. Более холодный воздух в приточную камеру 72 всасывается через впускной вентиляционный патрубок 46 охлаждающим вентилятором 44 и затем прогоняется через каждый змеевик 42 испарителя, где воздух нагревается. Вентилятор 44 затем прогоняет нагретый воздух через выпускной вентиляционный патрубок 48 в выпускную камеру 74, при этом нагретый воздух выходит из транспортного контейнера через выпускной вентиляционный патрубок 66. Перегородка 70 препятствует смешиванию нагретого выпускаемого воздуха с более холодным всасываемым воздухом, что может, в свою очередь, уменьшать рабочий цикл каждой холодильной системы 34. Перегородка в одном варианте осуществления является брезентовой.

Блок дисплея 39 отображения параметров съемно установлен снаружи транспортного контейнера 10 для передачи оператору данных, относящихся к параметрам работы холодильной системы 14, сверхпроводящего электромагнита 12, мониторингу датчиков или т.п. Аналогичным способом устройство 20 ввода электропитания также съемно установлено снаружи транспортного контейнера, так что контейнер с открытым верхом не модифицируют.

По прибытии транспортного контейнера 10 и его криогенного коммерческого груза 12 на место назначения тент 60, впускной вентиляционный патрубок 64, выпускной вентиляционный патрубок 66, соответствующие колпаки 68 и перегородка 70 легко снимаются с транспортного контейнера 10 и отправляются назад к месту отправления, например, изготовителю. Изготовитель может затем повторно использовать тент 60, впускной вентиляционный патрубок 64, выпускной вентиляционный патрубок 66, соответствующие колпаки 68 и перегородку 70 в другом транспортном контейнере с открытым верхом с другим криогенным коммерческим грузом. Аналогичным способом холодильную систему 14, включающую в себя один или несколько холодильных блоков 34, вводное устройство 30 электропитания, силовой трансформатор 32 и блок 36 управления и мониторинга, можно отправлять назад к месту отправления, например, изготовителю для повторного использования. Холодильная система 14 может быть упакована вместе или отдельно от тента 60, впускного вентиляционного патрубка 64, выпускного вентиляционного патрубка 66, соответствующих колпаков 68 и перегородки 70. Должно быть ясно, что холодильную систему и вентиляционную систему можно транспортировать в различные места, не на место отправления. Например, в ситуациях, где криогенный коммерческий груз должны транспортировать с места, не являющегося местом изготовления, упакованные холодильную и вентиляционную системы можно транспортировать вместе или по отдельности в данное место.

Описанные варианты осуществления исключают необходимость использования бортового генератора, встроенного в транспортный контейнер, который питает электроэнергией существующий криогенный охладитель систем МРТ или ЯМР. Генератор и необходимый для него запас топлива увеличивают вес транспортного контейнера, иначе обычные потери криогенного вещества уменьшить невозможно. Кроме того, топливо и выхлоп в результате его сгорания создают угрозу сверхпроводящему электромагниту и транспортному средству, например перевозка по воздуху запрещает использовать генератор при транспортировке. С помощью встраивания или установки криогенной холодильной системы 14 и использования существующего электропитания от транспортного средства вес транспортного контейнера уменьшается до веса сверхпроводящего электромагнита и криогенной холодильной системы. Другие компоненты систем МРТ или ЯМР, такие как криогенный охладитель, система управления, кровать пациента, интерфейс пользователя и т.д., можно доставить с использованием альтернативных способов перевозки, что может дополнительно уменьшить затраты.

В другом варианте осуществления сверхпроводящий электромагнит отправляют в транспортном контейнере 10 без залива жидкого криогенного вещества. После испытания жидкое криогенное вещество сливают, и некоторое газообразное криогенное вещество остается либо в криостате или в теплообменнике. Во время перевозки используется способ двухфазного охлаждения, в котором повторно конденсирующееся криогенное вещество быстро выкипает, затем повторно конденсируется так, что минимум жидкости накапливается в криостате или теплообменнике. Данный способ обеспечивает поддержание промежуточной температуры, которая, по существу, выше температуры кипения залитого криогенного вещества. Например, в низкотемпературной системе, которая использует жидкий гелий в качестве криогенного вещества, в сверхпроводящих катушках должна поддерживаться температура приблизительно 40-50K. Криогенная холодильная система 14 работает в аналогичном режиме, подавая хладагент на охлаждающую головку 22_A, 22_B каждого транспортируемого сверхпроводящего электромагнита 12_A, 12_B. Вместе с тем, рабочий цикл для поддержания температуры 40-50K с использованием способа двухфазного охлаждения становится меньше, что дает в результате уменьшенное потребление электроэнергии. Удельная теплоемкость, требуемая для охлаждения сверхпроводящей катушки от 40-50K до 4.2K меньше, чем для охлаждения электромагнита от комнатной температуры. Если электромагнит транспортируют или хранят в течение долгого времени, затраты на поддержание электромагнита при 40-50K и затем охлаждения электромагнита до рабочей температуры могут быть значительно меньше затрат как на поддержание электромагнита при рабочей температуре, так и охлаждения электромагнита от комнатной температуры.

Изобретение описано для предпочтительных вариантов осуществления. Модификации и изменения могут возникать при прочтении и после изучения приведенного выше подробного описания. Изобретение включает в себя все такие модификации и изменения в объеме прилагаемой формулы изобретения или его эквивалентов.

Транспортный контейнер включает криогенную холодильную систему для криогенного охлаждения сверхпроводящего электромагнита во время перевозки, которая осуществляет мониторинг температуры и/или давления в сверхпроводящем электромагните и осуществляет циркуляцию хладагента в сверхпроводящем электромагните для поддержания криогенных температур в сверхпроводящих катушках, и ввод электропитания, который доступен снаружи транспортного контейнера. Ввод соединяет холодильную систему с внешним источником электропитания, установленным на транспортном средстве. Способ транспортировки сверхпроводящего магнита содержит крепление сверхпроводящего магнита в транспортном контейнере, соединение охлаждающей головки каждого устройства с криогенной холодильной системой, погрузку транспортного контейнера, соединение ввода электропитания с наружным источником электропитания транспортного средства. Использование данной группы изобретений обеспечивает длительное хранение криогенного устройства с малыми потерями или без потерь криогенного вещества. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Транспортный контейнер (10) для транспортировки, по меньшей мере, одного сверхпроводящего электромагнита (12_A, 12_B) с криогенным охлаждением на транспортном средстве, содержащий:
криогенную холодильную систему (14), осуществляющую мониторинг температуры и/или давления сверхпроводящего электромагнита с криогенным охлаждением и циркуляцию хладагента в сверхпроводящем электромагните с криогенным охлаждением для поддержания криогенных температур; и
ввод (20) электропитания, доступный снаружи транспортного контейнера, причем ввод (20) электропитания соединяет криогенную холодильную систему с внешним источником (16) электропитания, оборудованным на транспортном средстве.

2. Транспортный контейнер (10) по п.1, в котором криогенная холодильная система (14) включает в себя:
по меньшей мере, один холодильный блок (34_A, 34_B), который охлаждает нагретый хладагент и осуществляет циркуляцию охлажденного хладагента в охлаждающей головке (22_A, 22_B) каждого сверхпроводящего электромагнита (12_A, 12_B);
блок (36) управления и мониторинга, который принимает сигнал температуры и/или давления, по меньшей мере, от одного сверхпроводящего электромагнита (12_A, 12_B) и управляет каждым компрессором для поддержания необходимой температуры и/или давления; и
блок (39) дисплея, видимый снаружи транспортного контейнера (10), отображающий данные параметров криогенной холодильной системы (14).

3. Транспортный контейнер (10) по п.2, в котором:
по меньшей мере, один холодильный блок (34_A, 34_B) включает в себя компрессор с воздушным охлаждением и выпускной вентиляционный патрубок, выводящий нагретый воздух из транспортного контейнера (10).

4. Транспортный контейнер (10) по любому из пп.1-3, в котором криогенная холодильная система (14) является холодильной системой (14) с жидким гелием, осуществляющей мониторинг температуры, по меньшей мере, одного сверхпроводящего электромагнита (12_A, 12_B) с криогенным охлаждением и осуществляющей циркуляцию жидкого гелия в каждом устройстве с криогенным охлаждением, соответственно.

5. Транспортный контейнер (10) по любому из пп.1-3, причем транспортный контейнер (10) транспортирует два сверхпроводящих электромагнита, и криогенная холодильная система (14) включает в себя два холодильных блока (34_А, 34_В), каждый холодильный блок связан с одним сверхпроводящим электромагнитом.

6. Транспортный контейнер (10) по любому из пп.1-3, причем транспортный контейнер является контейнером для смешанной перевозки, и наружный источник (16) электропитания является трехфазным, мощностью 15 кВт, по стандарту, установленному Международной Организацией по Стандартизации (ISO).

7. Транспортный контейнер (10) по любому из пп.2-3, дополнительно включающий в себя:
по меньшей мере, один клапан (26_A, 26_B) с электронным управлением, которым управляет блок (36) управления и мониторинга для достижения необходимого рабочего цикла циркуляции хладагента в каждом сверхпроводящем электромагните так, что один холодильный блок (34_A, 34_B) охлаждает нагретый хладагент и осуществляет циркуляцию хладагента в нескольких охлаждающих головках (22_A, 22_B).

8. Способ транспортировки, по меньшей мере, одного сверхпроводящего электромагнита (12_A, 12_B) с криогенным охлаждением в транспортном контейнере (10) по любому из пп.1-3, содержащий:
крепление сверхпроводящего электромагнита с криогенным охлаждением в транспортном контейнере (10) и соединение охлаждающей головки (22_A, 22_B) каждого устройства (12_A, 12_B) с криогенным охлаждением с криогенной холодильной системой (14);
погрузку транспортного контейнера (10) на транспортное средство;
соединение ввода (20) электропитания криогенной холодильной системы (14) с наружным источником (16) электропитания, оборудованным на транспортном средстве; и
транспортировку транспортного контейнера к месту назначения.

9. Способ по п.8, в котором транспортный контейнер (10) транспортирует два сверхпроводящих электромагнита и криогенная холодильная система (14) включает в себя два холодильных блока (34_A, 34_B), каждый холодильный блок связан с одним сверхпроводящим электромагнитом; и дополнительно включает в себя:
соединение охлаждающей головки (22_А, 22_В) каждого устройства (12_A, 12_B) с криогенным охлаждением с холодильным блоком.

10. Способ по п.8, дополнительно включающий в себя:
до крепления каждого сверхпроводящего электромагнита помещение жидкого криогенного вещества в сверхпроводящий электромагнит;
во время транспортировки мониторинг температуры и/или давления помещенного жидкого криогенного вещества; и
во время транспортировки осуществление циркуляции хладагента в каждой охлаждающей головке (22_A, 22_B) согласно мониторингу температуры и/или давления для поддержания необходимой температуры и/или давления.

11. Способ по п.8, дополнительно включающий в себя:
до крепления каждого сверхпроводящего электромагнита удаление любого жидкого криогенного вещества, ранее помещенного в сверхпроводящий электромагнит с сохранением любого газообразного криогенного вещества;
во время транспортировки мониторинг температуры и/или давления газообразного криогенного вещества;
во время транспортировки осуществление циркуляции хладагента в каждой охлаждающей головке (22_A, 22_B) согласно мониторингу температуры и/или давления для поддержания необходимой температуры и/или давления.

12. Способ по п.8, дополнительно включающий в себя:
управление, по меньшей мере, одним холодильным блоком (34_A, 34_B) с помощью блока (36) управления и мониторинга для охлаждения нагретого хладагента и циркуляции охлажденного хладагента в каждой охлаждающей головке.

13. Способ по п.8, дополнительно включающий в себя:
установку клапана (26_A, 26_B) с электронным управлением между криогенной холодильной системой (14) и каждой охлаждающей головкой (22_А, 22_В);
управление клапанами (26_A, 26_B) с электронным управлением с помощью блока (36) управления и мониторинга для достижения необходимого рабочего цикла циркуляции хладагента в каждом сверхпроводящем электромагните так, что один холодильный блок (34_A, 34_B) охлаждает нагретый хладагент и осуществляет циркуляцию охлажденного хладагента в нескольких охлаждающих головках (22_A, 22_B).

14. Способ изготовления транспортного контейнера (10) для транспортировки устройства (12_A, 12_B) с криогенным охлаждением по одному из пп.1-3, содержащий:
встраивание холодильной системы, которая работает, потребляя меньше 15 кВт (14), в контейнере стандарта ISO для смешанных грузов;
модифицирование контейнера стандарта ISO для смешанных грузов для обеспечения наружного доступа к соединению (30) с источником электропитания и блоку (39) дисплея холодильной системы; и
модифицирование контейнера стандарта ISO для смешанных грузов для обеспечения наружного доступа к вентиляционному патрубку выпуска воздуха.

15. Способ по п.14, в котором холодильная система (14) включает в себя два холодильных блока (34А, 34В), каждый потребляющий приблизительно 7 кВт мощности.