专利名称：用于冷却的设备的真空容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于罩住冷却的设备的改进的真空容器。特别地，本发明 涉及用于罩住核磁共振成象系统的冷却的超导磁体的真空容器。
典型地，冷却的设备例如冷冻剂浴内的超导磁体保持在外部真空容器
(OVC)中。冷却的i殳备和ovc的内表面之间的空间^皮抽真空以4是供冷却的
设备的有效热绝缘。
核磁共振成象系统典型地采用圆柱形的超导磁体，其罩在金属中空圓
柱形ovc内，也就是，ovc包括圓柱形外壁、圓柱形内"孔"壁和连接圆 柱形外壁和圆柱形内"孔"壁的各末端的环形尾端件。ovc典型地由不《秀 钢部件焊合而成。
本发明涉及用于ovc的改良型的尾端件，特别地，其外观美感重要的
OVC，例如在MRI系统中使用的那些。在现有的MRI系统中，结实的金属 外真空容器(OVC)维持用于超导磁体的热绝缘所需的内真空环境。典型地， 在OVC周围提供单独的"美观用(looks)"覆盖物，其附着到由OVC自身悬挂 的支撑框架。典型地，美观用覆盖物是凝胶涂覆的外部装饰性的玻璃增强 塑料(GRP)覆盖物。"美观用"覆盖物的这样的安置提供OVC提高的外观美 感。该"美观用"覆盖物的安置的另一重要特征是其衰减来自OVC的噪音。
背景技术：
OVC的环形尾端件典型地为相对厚的金属，例如8毫米厚的不锈钢。 这样的厚度是抵抗在OVC外侧上的大气压力传统所需的。在MRI系统中， 来自梯度线圈的不断变化的磁场可以导致OVC材料中的涡流不仅在尾端 件中，而且在内圓柱形"孔，，壁中。这些涡流在磁体磁场中会导致OVC尾端 件的振动，并还可能导致内圆柱形"孔"壁的振动，从而导致令患者不适的声 学噪音。尽管鉴于最终系统重量和材料成本，对于尾端件使用较薄的材料 是有利的，但是，典型地，发现如果使用更薄的金属，尾端件的振动增大。 对于罩住较短;兹体的OVC尤其如此，因为梯度线圈的末端靠近OVC的末二山 响。
用于控制mri系统内产生的噪音的传统安置是将磁性ovc完全封装 在"美观用，，覆盖物内，并在"美观用，，覆盖物和振动的金属ovc之间提 供足够大的空气间隙以衰减产生的声学振动。但是，尤其是对于相对短的 ovc,这种衰减起不到很好的作用，剩余的发出的声学噪音显著。
图1示出现有技术的ovc10的总体视图，该ovc10适于用于罩住用 于mri系统的圆柱形超导磁体。为了清楚，在图1中没有示出实际需要的 特征例如接近塔、致冷器壳体和机械安装点。ovc10由圆柱形外壁、圓柱 形内"孔"壁14和连接圓柱形外壁12和圆柱形内"孔"壁14的各末端的环形 尾端件16形成。
当完成时，ovc将具有环绕的美观用覆盖物。图2示出当设置有美观
用覆盖物时，沿图i中的ii-n剖开的ovcio的部分截面视图。
在图2中，示出一部分尾端件16，其设置有美观用覆盖物20，其与尾 端件16的外表面通过空气间隙22间隔开。典型地，设置安装框架24以通 过胶粘、夹子、通过型紧固件例如螺栓、螺钉或者铆钉，或者其它适当的 附着装置附着美观用覆盖物20。支架通过任何适当的非打孔手段，例如熔 接，但也可能是铜焊、锡焊或者胶粘剂粘结附着到尾端件16的外表面。根 据罩在ovc内的冷却的设备的功能要求，可以设置辅助设备例如缆线26 或者流体导管28。至少出于美学的原因，优选地，这样的附着设备应当安 置在ovc 16的外表面和美观用覆盖物20的内表面之间，以避免被看见。 优选地，设置保持装置例如夹子30以将辅助设备26、 28保持就位。
在包括ovc10的系统的组装过程中，需要大量的努力来安装框架24、 夹子30、辅助设备26， 28和美观用覆盖物20到ovc上。尾端件典型地焊 接到圓柱形壁12, 14,对于如图2所示的厚尾端件，其难以令人满意地实 现。
图2中的组件的总厚度"包括尾端件16、空气间隙22和美观用覆盖物 20的厚度，并代表尾端件16的内表面32和美观用覆盖物20的外表面34 之间的美观用覆盖物和最终的ovc的轴向长度。在一传统的安置中，厚度 ^为约58毫米，其由8毫米厚的尾端件16、 20毫米的空气间隙22和30毫 米厚的美观用覆盖物组成。美观用覆盖物的大部分厚度由坚实泡沫的阻尼 层组成。OVC由美观用覆盖物20围绕并且美观用覆盖物20与尾端件16通过空 气间隙22隔开的现有构型存在许多缺点。其中一些如下所述。OVC的厚的 金属尾端件16和相对厚的多层GRP复合美观用覆盖物20制造成本高、难 以搬运并且重量重。大量的连接点例如支架24和夹子30分别例如通过焊 接附着到OVC尾端件以为了固定缆线26、导管28和其它定位在OVC和美 观用覆盖物之间的部件，这导致总体复杂且耗时的组装工艺。OVC的厚的 金属尾端件16需要承受大的真空载荷，但是会与来自梯度线圈的杂散^ 兹场 相互作用而产生声学噪音和振动。这对于市场当前需求的梯度线圈的每个 末端靠近OVC的末端的较短磁体系统尤其成问题。
如图2所示的各结构层和所需的空气间隙代表最终的OVC和美观用覆 盖物安置的额外长度。市场一直寻求较短的最终OVC和美观用覆盖物安置， 而本发明致力于减小该额外长度不利因素。
美国专利4,768,008描述一种OVC,其中内圓柱形(孔)壁由薄的金属层 构成，在OVC内部用玻璃纤维环氧树脂加强层加强。产生的壁不透气并可 以焊接到相邻的OVC部件，并仍然对于OVC内梯度线圈产生的》兹场相对 透明。
美国专利5,956,957描述一种用于包含规则地赋能和去能的超导磁体的 低温恒温器。为了防止在冷冻剂容器和OVC的壁内浪费地产生涡流，这些 容器由非金属复合材料制成。提供另 一 包含容器以防止液体冷冻剂接触非 金属合成材料。
发明内容
本发明致力于提供改进的用于OVC特别是用于MRI系统的罩住超导 磁体的OVC的尾端件。本发明还提供一种包括这样的尾端件的OVC。本发 明的尾端件会比现有技术的尾端件重量轻很多，并可以提供OVC内表面和 美观用覆盖物外表面之间的减小的距离，从而减小系统的整体长度，并可 以通过降低OVC的初始振动减少发出的声学噪音。用于OVC的改进的尾 端件可以更简单以组装到整个OVC中。
本发明的某些实施例提供下面的一个或多个特定的优点
-降低系统构建成本和复杂性
-减小系统长度-减少与梯度杂散场的相互作用
-增强OVC末端的刚度并提高其共振频率，从而导致降低的声学噪音。
相应地，本发明提供尾端件、ovc、；兹体组件以及制造尾端件的方法 和制造ovc的方法，其全部如权利要求所限定的。
本发明的上面的以及其它目的、特征和优点将从下面参照未按比例纟会
制的附图仅通过例子的方式描述其某些实施例而变得更加明显，其中 图1示出OVC、美观用覆盖物和包括的辅助设备的传统的安置； 图2示出例如图1所示的传统安置的尾端件的部分截面视图； 图3示出根据本发明的实施例的OVC的尾端件的相应部分的截面视
图以及
图4示出根据本发明的实施例的OVC尾端件截面浮见图。
具体实施例方式
图3示出根据本发明的对应图2所示的部分截面视图的通过OVC尾端 件的部分截面视图。
如图3所示，本发明提供与外部美观用覆盖物结合的OVC尾端件。尾 端件包括坚实泡沫例如聚氨酯泡沫层40，其被封套在相对薄的金属OVC尾 端件42和外美观用覆盖物壳44之间。泡沫层40可保持并罩住各流体导管 28、缆线26、用于缆线的导管以及其它辅助设备。该辅助设备不需要固定 到OVC或者美观用覆盖物，而是可以仅通过泡沫层40保持就位。与现有 技术需要安装支架和夹子相比，这减少组装时间。
而且，美观用覆盖物44可以胶粘到泡沫层，泡沫层自身可以胶粘到金 属OVC尾端件。这消除了需要提供用于安装美观用覆盖物的支架框架，进 一步简化组装， >夂人而降低系统成本和组装整个系统的复杂性和时间。
优选地，金属OVC尾端件42明显比现有技术的尾端件16薄。该较薄 的金属OVC尾端件42可通过旋压(如现有技术所用的)，或者压制(由于传 统的尾端件的厚度而一般认为不适合)形成。较薄金属OVC尾端件42将降 低OVC和美观用覆盖物安置的重量和材料成本。尾端件的较薄金属还会有 利于焊接尾端件42到OVC的圓柱形壁12， 14上，从而提高OVC要求的长期真空密封有效性。尾端件的相对薄的金属同样降低尾端件与来自梯度 线圈的任何杂散磁场的相互作用，从而降低梯度场引起的声学振动。而且，
较薄金属ovc尾端件将具有比传统的ovc尾端件更高的电阻。这将导致 降低的涡流，并相应地减少发热和能量损失。
美观用覆盖物壳44还可比传统的美观用覆盖物20更薄且重量更轻。 本发明的OVC尾端件的美观用覆盖物壳不必是自我支撑的，但却有利于本 发明的OVC尾端件作为一个整体的强度和刚性。这种构思有利于降低材料 成本。
在本发明的一个实施例中，本发明的OVC尾端件具有由2毫米厚的金 属尾端件42、 30毫米的泡沫层40和3毫米的美观用覆盖物壳制成的大约 35毫米的整体厚度t2。这表示与上面提及的具有大约58毫米的厚度^相比 每末端节省大约23毫米的轴向长度。如果传统的尾端件和美观用覆盖物安 置在OVC的两端都由本发明的尾端件代替，该轴向长度的节省可以加倍。 该轴向长度方面的节省为MRI系统制造者大为赞赏，并^^皮市场高度认可。 短的轴向长度被认为降低患者的幽闭恐怖症，增加通过量并改善成象患者 的接近性，从而使得介入程序更简单。
在一个优选的实施例中，本发明的尾端件中的三层(金属尾端件42、泡 沫层40和美观用覆盖物壳44)刚性粘结到一起，优选地没有空气间隙。与 传统构型(图2)的尾端件厚度h相比，本发明的尾端件的整体厚度t2减小。 本发明的尾端件的使用可以相应地降低整个系统长度。通过粘结美观用覆 盖物壳44到泡沫层40从而到金属OVC尾端件42，美观用覆盖物44的材 料蠕变效果(变形)的风险降低，因为美观用覆盖物44通过泡沫层40和OVC 尾端件42牢固地保持就位。
泡沫层的材料应当适当地选取以经得起期望的机械应力，而没有不必 要地增加重量。本发明人建议根据预期的应力分布在尾端件的不同区域中 结合使用典型地具有大约80 kg.n^密度的所谓的低密度泡沫和典型地具有 大约200 kg.m-3密度的所谓的高密度泡沫。适当的泡沫材料可以从DIAB International AB的名称DIVINYCELL(RTM)的产品(www.diabgroup.com)获
《曰付。
尽管本发明的尾端件比现有技术的安置更薄、更轻并且更成本有效， 尾端件的整体有效刚度将至少与现有的OVC金属尾端件16相比拟，因为整体厚度t2如同一单一整体地作用。该刚度结合尾端件的质量降低，导致 尾端件更高的共振频率，其通过从其中尾端件的振动关于整个系统声学噪 音谱占优势的关键频率范围去除尾端件的共振频率，可以改善与梯度引起 的振动相关的整体性能。
一可能用于本发明的尾端件的制造的方法如下
金属OVC尾端件42通过传统的旋压技术形成，或者通过压制形成。 坚实泡沫40被切割、成形并胶粘到金属尾端件42的外表面。
可以在坚实泡沫中预形成凹痕以容纳缆线、导管30或者其它部件，如 先前讨论的。典型地，该缆线导管和部件可以包括传送用于梯度线圈冷却 的冷却流体导管和连接到用于MRI系统的RF线圈的缆线。
然后在泡沫42的顶部布置玻璃纤维席或者毡。玻璃纤维可以是干的， 或者可以已经用树脂润湿。
在玻璃纤维席或者毡上布置外部模。
将组件布置到真空袋中，真空袋然后被抽空以压缩该结构并逐出所有 空气。
如果玻璃纤维席或者毡是干铺设的，那么在组件处于真空下注入树脂。 树脂被固化以形成作为粘结到泡沫的坚实层的美观用覆盖物壳44。固化的 树脂可以用以辅助粘结泡沫层40到金属尾端件42。
去除真空袋和模，从而适当地完成GRP美观用覆盖物的外表面。装饰 性的凝胶涂层可以施加到固化的GRP层，或者可以在模被布置到玻璃纤维 席或者毡上之前施加到模的内表面。
在一替代的方法中，金属尾端件42同样通过传统的旋压技术形成，或 者通过压制形成。适当的美观用覆盖物模被装衬，首先用凝胶涂层，然后 用树脂浸渍的玻璃纤维席或者毡层，生成的结构被固化以在模内形成美观 用覆盖物壳44。由于美观用覆盖物壳仍在其模中，金属尾端件42与美观用 覆盖物壳44以适当空间关系定位。位于泡沫内的任何缆线导管和其它部件 也布置就位。然后，膨胀中的泡沫材料被注入金属端盖42的外表面和美观 用覆盖物壳44的内表面之间。膨胀中的泡沫膨胀以充填美观用覆盖物壳和 金属尾端件之间的间隙，从而将三层粘结到一起。 一旦泡沫已经固化，就 可以去除模以露出最终的OVC尾端件。通过将模保持就位，防止泡沫污染 美观用覆盖物壳的装饰性的外表面。膨胀中的泡沫将充填任何缆线、导管或者其它部件周围的空间以将其在泡沫内保持就位，如先前讨"^仑的。
泡沫层40和美观用覆盖物壳44可以通过这些方法之一或者4壬何其它 适当的方法施加到金属OVC端盖作为以后待组装的OVC的部件。或者， 整个OVC,包括金属端盖42，可以组装有以后施加的泡沫层和美^见用;f隻盖 物壳。
无论使用哪种组装方法，对于本领域技术人员来说，显然，可以使用 除玻璃纤维之外的加强材料，例如碳纤维或者芳族聚酰胺纤维，例如可从 E. I. du Pont de Nemours and Company的商标名称为Kevlar(RTM)的产品获
《曰付。
提出的方案结合传统的ovc尾端件和外美观用覆盖物的功能。这消除
了需要单独的末端美观用覆盖物20及其支撑框架24，其降低系统成本和整 个系统的复杂性以及组装所需的时间。
泡沫层40在阻尼振动和衰减声学的噪音方面是有效的。其可以罩住各 种导管、缆线和部件，而无需其它固定装置，从而降低组装时间和复杂性。
在一些实施例中，结构特征可以粘结到泡沫间隙中，例如通过胶粘到 坚实泡沫，或者通过当泡沫在被引入和固化时将结构特征结合到模中。这 样的例子是体部线圏架，其可以简单地由 一个板或者许多单独的凸起部组 成，并可以通过泡沫保持就位以保持主体线圈在OVC孔内，从而^皮大体圆 柱形孔壁美观用覆盖物覆盖。
图4示出本发明的完工的OVC尾端件的截面视图，包括金属OVC尾 端件42、泡沫层40和美观用覆盖物壳44的层结构。虚线所示的是OVC的 外圆柱形壁12和内圓周壁14。图4示出用于焊接到圆柱形壁的金属尾端件 42的露出部分。在如图4所示的实施例中，传统的美观用覆盖物将被布置 在OVC的圆柱形壁12, 14上，并且在泡沫层40中的梯状部46提供用于 相邻的美观用覆盖物板的边缘部分的凹陷，从而使得能够有效地平齐结合。 美观用覆盖物壳44可延伸以覆盖这些梯状部46的至少一部分表面。大体 圆柱形的美观用覆盖物可然后以传统的方式施加到圆柱形外壁12和圆柱形 孔壁14。如同传统的，"漏斗，，件可以用于覆盖本发明的大致圓柱形的孔壁 美观用覆盖物和尾端件之间的间隙。该漏斗件通道缆线和/或导管等通向内 孔和其美观用覆盖物之间的空间，而不将其暴露，以维持平齐外部表面。
如果期望，半透明或者透明覆盖物，例如热成型的丙烯酸，可以在美观用覆盖物壳上附着。被认为使患者平静的宣传材料例如广告、用户信息 或者图象可以施加在美观用覆盖物壳和半透明覆盖物之间。这样的覆盖物
仅需要是自我支撑的，而在本发明的ovc尾端件的结构集成方面不需要其
它部件。
控制面板传统地安装在ovc末端的美观用覆盖物上。通过本发明的 ovc尾端件，这样的控制面板可通过将需要的连接线缆布线通过泡沫层和
美观用覆盖物壳而被容纳。或者，控制面板可以被安置以凸出于本发明的 尾端件，而需要的连接线缆不通过本发明的尾端件。
权利要求
1.一种用于圆柱形真空容器的环形尾端件，包括金属尾端件(42)；外部装饰性壳(44)，其与所述金属尾端件的表面间隔开；和坚实泡沫层，其充填所述金属尾端件和所述外部装饰性壳之间的空间。
2. 如权利要求1所述的环形尾端件，其中至少下列之一嵌入在所述坚 实泡沫内缆线；导管； 其它部件。
3. 如前述任一权利要求所述的环形尾端件，其中，所述坚实泡沫层包 括至少两种不同类型的泡沫，该两种不同类型的泡沫具有不同的质量密度。
4. 一种圆柱形真空容器，包括圓柱形外壁(12)、圆柱形内"孔"壁(14) 和根据前述任一权利要求所述的分别连接所述圓柱形外壁(12)和所述圆柱 形内"孔"壁(14)的末端的环形尾端件。
5. —种用于核磁共振成象(MRI)系统的磁性组件，包括罩在根据权利要 求4所述的圓柱形真空容器内的圆柱形超导^f兹体和罩在所述圓柱形真空容 器的孔内的梯度线圈。
6. —种用于制造圓柱形真空容器的环形尾端件的方法，包括步骤 提供金属尾端件(42);提供至少 一块坚实泡沫(40); 胶粘该块坚实泡沫到所述金属尾端件的外表面； 在所述坚实泡沫顶上铺设未固化的树脂浸渍的纤维材料； 在所述未固化的树脂浸渍的纤维材料上施加外部模；以及 固化树脂浸渍的纤维材料以形成美观用覆盖物壳(44)作为粘结到所述 泡沫的坚实层。
7. —种用于制造圓柱形真空容器的环形尾端件的方法，包括步骤 提供金属尾端件(42);提供至少 一块坚实泡沫(40);胶粘该块坚实泡沫到所述金属尾端件的外表面；在所述坚实泡沫顶部铺设纤维材料； 在所述纤维材料上施加外部模； 将未固化的树脂引入到纤维材料中；以及固化树脂浸渍的纤维材料以形成美观用覆盖物壳(44)作为粘结到所述 泡沫的坚实层。
8. 如权利要求6或者7所述的方法，其中，在所述坚实泡沫内预形成 凹痕以用于容纳缆线、导管或者其它部件。
9. 一种用于制造圆柱形真空容器的环形尾端件的方法，包括步骤 提供金属尾端件(42);用凝胶涂层，然后用未固化的树脂浸渍的纤维材料层装衬模； 固化树脂浸渍纤维材料以形成美观用覆盖物壳(44)作为坚实层； 与所述美观用覆盖物壳以适当空间关系定位所述金属尾端件； 将膨胀中的泡沫材料引入所述金属尾端件的外表面和所述美观用覆盖 物壳内表面之间的间隙，以使得膨胀中的泡沫膨胀以充填所述美观用覆盖 物壳和所述金属尾端件之间的间隙，并粘结到所述美观用覆盖物壳和所述 金属尾端件；固化所述膨胀中的泡沫。
10. —种如权利要求6-9之一所述的方法，其中，所述金属尾端件(42) 通过旋压技术或者通过压制技术形成。
11. 一种如权利要求6-10之一所述的方法，其中，所述纤维材料选自 包括玻璃纤维席、玻璃纤维毡、碳纤维席、碳纤维毡、芳族聚酰胺纤维席 和芳族聚酰胺纤维毡的组。
12. —种制造圓柱形真空容器的方法，包括步骤提供圓柱形外壁(12)、 圓柱形内"孔"壁(14)和环形尾端件，至少所述其中之一是根据权利要求1-5 之一所述的尾端件；以及通过所述环形尾端件连接所述圓柱形外壁和所述 圆柱形内"孔，，壁的各末端。
13. —种制造圆柱形真空容器的方法，包括步骤提供圆柱形外壁(12)、 圆柱形内"孔"壁(14)和环形金属尾端件(42),以及通过所述环形尾端件连 接所述圓柱形外壁和所述圆柱形内"孔，，壁的各末端以形成密闭容器；其特征在于，该方法还包括制造根据权利要求6-11之一所述的至少一 个尾端件，使用密闭容器的一个环形金属尾端件作为金属尾端件。
全文摘要
本发明公开了一种用于冷却的设备的真空容器。一种用于圆柱形真空容器的环形尾端件，包括金属尾端件(42)、与金属尾端件的表面间隔开的外部装饰性壳(44)和充填金属尾端件和外部装饰性壳之间的空间的坚实泡沫层。
文档编号B29D99/00GK101564296SQ200910128210
公开日2009年10月28日 申请日期2009年3月18日 优先权日2008年4月25日
发明者埃德加·C·M·雷纳, 马克·J·勒福里 申请人:西门子磁体技术有限公司