UNA BOBINA QUE TIENE DEVANADOS DE SUPERCONDUCCIÓN ENFRIADOS SIN FLUIDOS CRIOGÉNICOS.

Bobina, que comprende un conjunto de devanados (30; 30'; 30'') con una forma generalmente anular y formados por una pluralidad de devanados parciales (301;

301'; 301'') conectados en serie hechos de un superconductor con una temperatura crítica alta, en la que dichos devanados parciales están dispuestos unos junto a otros de forma estratificada, y al menos una lámina (350; 350'; 350'') de enfriamiento que está hecha de material térmicamente conductor y está dispuesta en contacto con dicho conjunto de devanados y que está diseñada para ser conectada de manera térmicamente conductora a un sistema (60) de enfriamiento criogénico; comprendiendo la bobina una estructura (40) de soporte que tienen un par de placas (401, 402) de extremo con forma anular dispuestas en lados opuestos de la bobina (30), capaz de encerrar en forma intercalada dichos devanados parciales y láminas de enfriamiento como para mantenerlos mecánicamente en contacto unos con otros; en la que dicho conjunto de devanados y dicha estructura de soporte están contenidos en una cámara (21) de vacío; caracterizada porque dicha estructura de soporte está asegurada a una pared de la cámara (21) de vacío por medio de una pluralidad de soportes articulados (410) dispuestos a lo largo de la circunferencia externa de la placa (401) de extremo más lejana desde la pared de la cámara (21) de vacío, cuyos extremos (412, 413) están abisagrados con la placa (401) de extremo de la estructura (40) de soporte de la bobina (30) y la pared de la cámara (21) de vacío, respectivamente, teniendo cada soporte articulado (410) libertad de rotación en un respectivo plano radial con respecto a la bobina (30)

La presente invención se refiere generalmente a bobinas superconductoras.

Como es conocido, estos dispositivos requieren para su funcionamiento un sistema de enfriamiento con el fin de mantener el superconductor del que está hecha la bobina por debajo de su temperatura crítica.

Los sistemas de enfriamiento convencionales usan fluidos que cambian su estado, tal como helio líquido, con 5 el fin de alcanzar y mantener las bajas temperaturas necesitadas para asegurar el comportamiento superconductor del material de bobina. Esto da lugar a ciertos problemas de seguridad asociados a las sobrepresiones que son generadas en el criostato en la condición llamada “de extinción” o “quench” (concretamente la transición del superconductor a conductor normal) junto con un mantenimiento costoso debido a la necesidad de reponer el fluido de evaporación.

Un objeto de la invención es, por lo tanto, proporcionar una bobina que es capaz de superar los problemas 10 asociados con el uso de fluidos de cambio de estado para enfriar el superconductor.

Este objeto se alcanza por medio de una bobina como se define en las reivindicaciones que siguen.

La invención se refiere a una bobina que comprende un conjunto de devanados con una forma generalmente anular y formados por una pluralidad de devanados parciales conectados en serie hechos de un superconductor con una temperatura crítica alta, en la que dichos devanados parciales están dispuestos cerca unos de otros de forma 15 estratificada, y al menos una lámina de enfriamiento que está hecha de material térmicamente conductor y se dispone en contacto con dicho conjunto de devanados y es capaz de ser conectada de modo térmicamente conductor a un sistema de enfriamiento criogénico.

Una estructura de una bobina superconductora de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 independiente, formada apilando una pluralidad de bobinas en forma de disco o doble disco con una placa de 20 enfriamiento hecha de material térmicamente conductor dispuesto entre las bobinas, se divulga en los documentos EP 0877395 A1 y WO 01/06524 A2.

La invención también se refiere a un aparato de representación de imágenes de resonancia magnética que comprende un par de bobinas superconductoras.

Las ventajas y rasgos característicos de la invención surgirán de la descripción detallada que sigue, 25 proporcionada con referencia a los dibujos que se acompañan en los que:

la figura 1 es una vista en perspectiva que muestra un imán de un aparato de representación de imágenes de resonancia magnética que comprende un par de bobinas de acuerdo con la invención;

las figuras 2a y 2b son vistas en corte transversal del imán de acuerdo con la figura 1;

la figura 3a es una vista separada de una estructura de soporte y un conjunto de devanados de una bobina 30 del imán de acuerdo con la figura 1;

la figura 3b es una vista en corte transversal de la estructura de soporte y el conjunto de devanados de acuerdo con la figura 3a;

las figuras 3c y 3d son vistas, a escala ampliada, de detalles mostrados en la figura 3b;

la figura 4 es una vista que muestra las fuerzas que actúan en la estructura de soporte durante la 35 enfriamiento / calentamiento / funcionamiento de la bobina;

la figura 5 es una vista que muestra las fuerzas que actúan en los soportes de devanado durante el funcionamiento;

la figura 6 es una vista separada del conjunto de devanados de acuerdo con la figura 3a sin la estructura de soporte; 40

las figuras 7a a 7f son vistas que muestran los devanados de acuerdo con la figura 3a;

la figura 8 es una vista que muestra la conexión del conjunto de devanados a un sistema de enfriamiento criogénico;

la figura 9 es una vista esquemática de una vía de alimentación eléctrica para suministrar potencia al conjunto de devanados, con correspondientes conexiones térmicas; 45

las figuras 10 y 11 son vistas separadas de realizaciones alternativas de un conjunto de devanados en una configuración de solenoide de acuerdo con la invención.

En referencia a las figuras 1, 2a y 2b, éstas muestran, a modo de ejemplo, un imán, indicado globalmente

mediante 10, de un aparato de representación de imágenes de resonancia magnética del tipo de techo abierto. Aunque la aplicación de la invención a tal aparato es particularmente ventajosa, en realidad la invención no está limitada a esto puesto que puede ser usada para la construcción de máquinas eléctricas en general como, por ejemplo, transformadores, motores, generadores, limitadores de corriente, sistemas de acumulación de potencia, imanes multipolares, etc. 5

El imán 10 comprende una horquilla en forma de U que está hecha de material ferromagnético, indicada globalmente mediante 15, y que conecta entre sí un par de caras 11 de polo situadas a una cierta distancia una de otra a lo largo de un eje polar X. El imán 10 está dispuesto verticalmente de manera que el eje polar está dispuesto horizontalmente y por encima de la parte central 15a de la horquilla. Las caras 11 de polo definen entre ellas una zona R de recepción para una paciente. 10

Un suelo falso 17 está dispuesto a un nivel más alto que la parte central 15a de la horquilla para permitir el acceso a la zona de recepción, produciéndose dicho acceso por medio de medios de posicionamiento (no mostrados) diseñados para posicionar y recoger al paciente dentro y desde la zona R de recepción.

El imán también comprende dos bobinas 20 que están dispuestas cada una concéntricamente alrededor de cada cara 11 de polo, respectivamente. Estas bobinas pueden ser controladas convencionalmente mediante una unidad 15 de control (no mostrada) como para generar un flujo magnético dentro de la zona R de recepción.

Cada bobina 20 comprende una cámara 21 de vacío formada a manera de envoltura con una forma substancialmente anular y una sección transversal en forma de caja rectangular. Las cámaras 21 de vacío están aseguradas a la horquilla magnética 15 por medio de soportes no magnéticos (no mostrados).

Las cámaras 21 de vacío están conectadas entre sí mediante un conducto 22 de conexión que está a su vez 20 conectado a un sistema de vacío (no mostrado) del tipo convencional.

Cada cámara de vacío aloja internamente un respectivo conjunto de devanados 30 con una forma generalmente anular que se extiende tanto axial como circunferencialmente dentro de la cámara 21 de vacío. Cada conjunto de devanados está encerrado dentro de una respectiva estructura 40 de soporte que está a su vez asegurada a una pared (véanse las figuras 3a-3d) de la cámara 21 de vacío. También se puede prever una pantalla 50 de calor 25 dispuesta alrededor de cada conjunto de devanados 30 (visible en las figuras 1 y 2a), estando formada dicha pantalla como una envoltura substancialmente con forma anular con una sección transversal en forma de caja rectangular y estando asegurada también a la pared de la cámara 21 de vacío por medio de soportes con una conductividad térmica alta (no mostrados). Las dos pantallas 50 de calor dispuestas respectivamente alrededor de los dos conjuntos de devanados 30 están conectadas entre sí de una manera térmicamente conductora mediante una sección tubular 51 de 30 conexión que se extiende dentro del conducto 22 de conexión de las cámaras 21 de vacío.

En referencia a las figuras 2a y 2b, el aparato también comprende un sistema 60 de enfriamiento criogénico. Este sistema comprende al menos un crioenfriador 61 con dos etapas 62 y 63 de refrigeración, cuya primera etapa 62 de refrigeración está conectada de manera térmicamente conductora a la sección tubular 51 de conexión de las pantallas 50 de calor. De esta manera, el crioenfriador 61 es capaz de enfriar las pantallas 50 de calor hasta una 35 temperatura en el intervalo de 40 a 150 K como para minimizar la dispersión de calor al exterior. El crioenfriador 61 está asegurado a la pared del conducto 22 de conexión de las cámaras 21 de vacío. La posición del crioenfriador 61 es optimizada como para funcionar de la manera más eficiente posible y minimizar los problemas asociados con espacio, vibración y ruido. Como alternativa al crioenfriador único, puede ser usado un respectivo crioenfriador para cada bobina 20. 40

En referencia en particular a... [Seguir leyendo]

1. Bobina, que comprende un conjunto de devanados (30; 30'; 30'') con una forma generalmente anular y formados por una pluralidad de devanados parciales (301; 301'; 301'') conectados en serie hechos de un superconductor con una temperatura crítica alta, en la que dichos devanados parciales están dispuestos unos junto a otros de forma estratificada, y al menos una lámina (350; 350'; 350'') de enfriamiento que está hecha de material 5 térmicamente conductor y está dispuesta en contacto con dicho conjunto de devanados y que está diseñada para ser conectada de manera térmicamente conductora a un sistema (60) de enfriamiento criogénico; comprendiendo la bobina una estructura (40) de soporte que tienen un par de placas (401, 402) de extremo con forma anular dispuestas en lados opuestos de la bobina (30), capaz de encerrar en forma intercalada dichos devanados parciales y láminas de enfriamiento como para mantenerlos mecánicamente en contacto unos con otros; en la que dicho conjunto de 10 devanados y dicha estructura de soporte están contenidos en una cámara (21) de vacío; caracterizada porque dicha estructura de soporte está asegurada a una pared de la cámara (21) de vacío por medio de una pluralidad de soportes articulados (410) dispuestos a lo largo de la circunferencia externa de la placa (401) de extremo más lejana desde la pared de la cámara (21) de vacío, cuyos extremos (412, 413) están abisagrados con la placa (401) de extremo de la estructura (40) de soporte de la bobina (30) y la pared de la cámara (21) de vacío, respectivamente, teniendo cada 15 soporte articulado (410) libertad de rotación en un respectivo plano radial con respecto a la bobina (30).

2. Bobina de acuerdo con la reivindicación 1, en la que cada soporte articulado (410) comprende un montante hueco (411) que está hecho de material con una resistencia mecánica alta y conductividad térmica baja.

3. Bobina de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dichos devanados parciales están formados a manera de solenoide o de doble disco y dicha al menos una lámina de enfriamiento está dispuesta en al menos una 20 superficie externa del conjunto de devanados.

4. Bobina de acuerdo con la reivindicación 1, en la que al menos una lámina (350; 350') de enfriamiento hecha de material térmicamente conductor está dispuesta entre diferentes capas de devanados parciales en contacto con ella, comprendiendo dicha bobina por lo tanto una pluralidad de estas láminas de enfriamiento, que son capaces de ser conectadas en paralelo y de manera térmicamente conductora al sistema (60) de enfriamiento criogénico. 25

5. Bobina de acuerdo con la reivindicación 4, en la que dichos devanados parciales están formados a manera de solenoide y en la que una pluralidad de láminas curvas (350') de enfriamiento están dispuestas entre cada serie de devanados parciales (301') y la serie siguiente adyacente, estando dichas láminas dispuestas al lado una de la otra como para formar globalmente una collar anular, teniendo cada lámina (350') una respectiva porción (351') de proyección que se proyecta axialmente desde la bobina (30') como para permitir la conexión térmica de ella al sistema 30 (60) de enfriamiento criogénico.

6. Bobina de acuerdo con la reivindicación 5, en la que las láminas (350') del collar anular tienen entre ellas intersticios axiales (352') diseñados para reducir las pérdidas asociadas con las corrientes de remolino inducidas.

7. Bobina de acuerdo con la reivindicación 4, en la que dichos devanados parciales están formados a manera de doble disco y en la que una lámina (350) de enfriamiento plana está dispuesta entre cada devanado parcial 35 (301) y el siguiente adyacente, teniendo dicha lámina de enfriamiento una forma substancialmente anular y teniendo una respectiva porción (351) de proyección que se proyecta lateralmente desde la bobina (30) como para permitir la conexión térmica de ella al sistema (60) de enfriamiento criogénico.

8. Bobina de acuerdo con la reivindicación 7, en la que dicha lámina (350) de enfriamiento tiene muescas radiales (352) y muescas circunferenciales (353) diseñadas para reducir las pérdidas asociadas con las corrientes de 40 remolino inducidas.

9. Bobina de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en la que dicho sistema de enfriamiento criogénico comprende al menos un crioenfriador (61) con dos etapas (62, 63) de refrigeración, cuya primera etapa (62) de refrigeración está conectada de manera térmicamente conductora a una pantalla (50) de calor y cuya segunda etapa (63) de refrigeración está conectada de manera térmicamente conductora a dicha al menos una lámina de enfriamiento. 45

10. Bobina de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que también comprende vías (320) de alimentación eléctrica conectadas respectivamente a los terminales (311, 312) del conjunto de devanados, cuyas vías de alimentación están dispuestas como para proyectarse parcialmente fuera de la cámara (21) de vacío, estando previstas para la conexión a un suministrador externo de potencia, en la que cada vía de alimentación comprende: una primera parte (321) que está conectada directamente al conjunto de devanados y que está formada con un 50 superconductor que tiene una temperatura crítica alta; y una segunda parte (322) que está conectada a la primera parte y se proyecta parcialmente desde la cámara (21) de vacío y que está hecha de material resistivo y tiene dimensiones tales como para minimizar tanto la potencia térmica generada por el efecto Joule como la conducción térmica.

11. Bobina de acuerdo con las reivindicaciones 9 y 10, en la que dicha primera parte de las vías de alimentación está conectada de manera térmicamente conductora a la segunda etapa (63) de refrigeración del 55 crioenfriador (60) y en la que una zona (323) para la conexión de dichas partes primera y segunda está conectada de manera térmicamente conductora a la primera etapa (62) de refrigeración del crioenfriador (60).

12. Aparato de representación de imágenes de resonancia magnética, que comprende: un imán (10), que comprende una horquilla (15) con forma de U que conecta entre sí un par de caras (11) de polo que están separadas a una cierta distancia una de otra a lo largo de un eje polar (x), estando dispuesto dicho imán verticalmente de manera que el eje polar está dispuesto horizontalmente y por encima de la parte central (15a) de la horquilla, en el que las caras de polo definen entre ellas una zona (R) de recepción para un paciente, y medios de generación de flujo magnético que 5 pueden ser controlados como para generar un flujo magnético dentro de la zona de recepción; en el que dichos medios de generación de flujo magnético comprenden un par de bobinas (20) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que están dispuestas respectivamente alrededor de dichas caras de polo.