CN103975395B - 超导电磁铁装置、其冷却方法以及磁共振成像装置 - Google Patents

Abstract

以如下方式构成超导电磁铁装置，具备：制冷剂(R)进行循环的制冷剂循环流路(6)；对制冷剂循环流路(6)中的制冷剂(R)的蒸气进行冷却的冷冻机(12)；通过循环的制冷剂(R)进行冷却的超导线圈(4)；与超导线圈(4)热接触、并且具有内部空间(S)的保护电阻(10)；向保护电阻(10)内的内部空间(S)供给与制冷剂(R)相比沸点高、并且通过制冷剂(R)冻结的高沸点制冷剂的高沸点制冷剂供给部(22)；至少收纳制冷剂循环流路(6)、超导线圈(4)、以及保护电阻(10)的真空隔热容器(2)。

Description

超导电磁铁装置、其冷却方法以及磁共振成像装置

技术领域

本发明涉及超导电磁铁装置、其冷却方法以及磁共振成像装置。

背景技术

超导磁铁装置由超导线圈、与其并联设置的永久电流开关构成。该超导电磁铁装置，在将上述的永久电流开关置于开的状态下从励磁电源向超导线圈进行电流供给，然后在将永久电流开关置于闭的状态下使来自励磁电源的供给电流减小为零，从而能够进行在由超导线圈以及永久电流开关构成的超导状态的闭合电路中电流几乎没有衰减地持续流通的永久电流运转。由此超导电磁铁装置能够长期保持磁场。

在永久电流运转中因常电导转移而在超导线圈中产生电阻的情况下，超导线圈的蓄积能量通过焦耳发热转换为热能量，线圈温度上升。如果该蓄积能量全部在超导线圈中消耗，则可能引起过大的温度上升而在超导线圈中发生性能劣化或烧损。为了避免该问题，在上述电路中，在常电导转移发生后向与超导线圈并联设置的保护电阻供给电流，在超导线圈和保护电阻中消耗能量，从而抑制超导线圈的温度上升。

在现有的超导电磁铁装置中，为了将以上述的超导线圈或永久电流开关为代表的构成元件保持为超导状态，多采用在以液氦或液氮为代表的制冷剂中浸渍使用的浸渍冷却方式、将冷冻机和构成元件用热传导性优良的金属热连接进行冷却的传导冷却方式。但是，当上述的冷却方式导致装置大型化时，在浸渍冷却方式中需要大量的制冷剂，在传导冷却方式中冷却对象物内的温度梯度增大而无法保持为所需的温度。因此，在以核聚变装置为代表的大型装置中，采用在装置内部设置制冷剂流路并通过泵强制地循环的强制冷却方式(专利文献1)。并且，提出有在以磁共振成像装置(MRI)为代表的中型装置中，利用通过超导线圈等热源而气化的制冷剂与液化的制冷剂的密度差和自然对流使制冷剂在流路内循环的热对流方式(专利文献2)的方案。

附带说一下，为了将超导电磁铁装置保持为超导状态，多采用在以液氦或液氮为代表的制冷剂中浸渍超导元件的浸渍冷却方式、将冷冻机和构成元件用热传导性优良的金属热连接进行冷却的传导冷却方式。但是，在核聚变装置或磁共振成像装置(MRI)等大型装置中，为了避免制冷剂使用量增大或冷却对象物内部的温度梯度增大，采用在装置内部设置的流路中使制冷剂循环的强制冷却方式或热对流方式。

这里，将使超导电磁铁装置从常温冷却的作业称为初始冷却。关于该初始冷却，在上述的浸渍冷却方式中，首先，将以液氮为代表的制冷剂从制冷剂导入口送入装置内部，将通过装置内部的热而气化的制冷剂从制冷剂排出口排出。并且，其后通过使装置内部达到制冷剂的液化温度而在内部制冷剂以保持液化的状态留存，保持浸渍超导元件的状态结束初始冷却。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7-122422号公报(图1等)

专利文献2：日本特开平6-342721号公报(图1等)

发明内容

发明所要解决的课题

另外，在上述的冷却方式中，在强制冷却方式(专利文献1)和热对流方式(专利文献2)中，仅使制冷剂流路的一部分与超导元件热接触，因此与浸渍冷却方式相比热传导率较小(是因为冷却效率较差)。因此，在强制冷却方式和热对流方式中，存在无法在短时间内完成初始冷却的课题。

并且，上述这种超导电磁铁装置需要长期保持极低温状态，但是存在由于某种原因导致温度上升的情况。例如可知停电导致冷冻机停止、线圈的一部分常电导转移、因其焦耳发热导致线圈整体爆发地常电导转移的猝熄(quench)现象。另外，在浸渍冷却方式的情况下，制冷剂作为蓄冷剂发挥作用而抑制温度上升。但是，在上述那样的强制冷却方式和热对流方式中作为蓄冷剂发挥作用的材料在流路内仅存在少量，因此与浸渍冷却相比难以抑制温度上升。因此，也可以考虑将成为蓄冷剂的物质在装置内部预先存储的方法，但是由于需要在内部新设构造物而存在导致装置大型化等课题。

根据以上的点，本发明的课题在于提供冷却性能优良且使用方便的超导电磁铁装置、其冷却方法以及磁共振成像装置。

用于解决课题的手段

本发明构成的超导磁铁装置，具备：制冷剂进行循环的制冷剂循环流路；对上述制冷剂循环流路中的制冷剂蒸气进行冷却的冷冻机；通过上述循环的制冷剂进行冷却的超导线圈；与上述超导线圈热接触，并且具有内部空间的保护电阻；向上述保护电阻内的内部空间供给高沸点制冷剂的高沸点制冷剂供给部，该高沸点制冷剂与上述制冷剂相比沸点高且通过上述制冷剂冻结；以及至少收纳上述制冷剂循环流路、上述超导线圈以及上述保护电阻的真空隔热容器。其它构成，在后述的实施方式中详细说明。

发明的效果

根据本发明，能够提供冷却性能优良且使用方便的超导电磁铁装置、其冷却方法以及磁共振成像装置。

附图说明

图1为本发明第一实施方式的超导磁铁装置的剖视图，(a)表示在中心位置的纵剖面，(b)表示(a)A-A’线的横剖面。

图2为示意地表示图1的超导磁铁装置的电路的图。

图3为本发明第二实施方式的超导磁铁装置的剖视图，(a)表示在中心位置的纵剖面，(b)表示(a)A-A’线的横剖面。

图4为本发明第三实施方式的超导磁铁装置的剖视图，(a)表示在中心位置的纵剖面，(b)表示(a)A-A’线的横剖面。

图5A为本发明第四实施方式的超导磁铁装置的剖视图，(a)表示在中心位置的纵剖面，(b)表示(a)A-A’线的横剖面。

图5B为本发明第四实施方式的超导磁铁装置的剖视图，(c)表示图5A(a)的B-B’线的横剖面，(d)表示图5A(a)的C-C’线的横剖面。

具体实施方式

接着，对本发明的实施方式，适宜地参照附图进行详细说明。

附带说一下，在本实施方式中，对在采用强制冷却方式以及热对流方式的超导电磁铁装置中，能够缩短初始冷却时间、并且避免使装置大型化而能够抑制冷冻机停止或猝熄现象发生时的温度上升的超导电磁铁装置进行说明。

第一实施方式

以下，对适用本发明的第一实施方式，参照图1和图2进行说明。图1为本发明第一实施方式的超导电磁铁装置的剖视图，(a)表示在中心位置的纵剖面，(b)表示(a)的A-A’线的横剖面。

并且，这些剖面为分层剖面，而没有记载处于内侧的部分。这一点，在后述的图3以下的附图中也是同样的。

如图1所示，本实施方式的超导电磁铁装置1，具备：真空容器2、被该真空容器2内包的辐射屏蔽3、被该辐射屏蔽内包的多个超导线圈4、线圈线圈架5、热对流部6(本体下部6a、本体上部6b、制冷剂下降流路部6c)、永久电流开关9、保护电阻10、保护电阻收纳部11等。并且，还具备：真空容器2、辐射屏蔽3、冷冻机12等。并且，本实施方式的超导线圈4的中心轴21朝向铅垂方向。即，在图1(a)中，纸面的上方为上，纸面的下方为下。

附带说一下，第一实施方式的超导电磁铁装置1，例如适用于核磁共振装置(Nuclear Magnetic Resonance)。

如图1(a)所示，第一实施方式中的超导线圈4，设有标记符号4a和标记符号4b的2个。在线圈架5上卷装有上述的超导线圈4。该例中的超导线圈4和线圈架5为公知类型，因此省略详细的说明。

并且，在线圈架5的外周上，配置有与超导线圈4或线圈架5热接触并且围绕它们的环状的保护电阻收纳部11。并且，保护电阻10在保护电阻收纳部11内收纳。在该图的例中，保护电阻10在保护电阻收纳部11内收纳为如内层和外层这样紧密卷绕为二重的线圈状。该保护电阻10具备构成为管状的保护电阻管10a、10b。保护电阻管10a与超导线圈4a对应，保护电阻管10b与超导线圈4b对应。即，在保护电阻收纳部11的内部，保护电阻管10a位于上部，保护电阻管10b位于下部。

在线圈架5上环状卷取的保护电阻管10a、10b上，连接有与“高沸点制冷剂供给部”相当的高沸点制冷剂的给排出部22(供给部22a和排出配部22b)。并且，通过将高沸点制冷剂从供给部22a供给并从排出配部22b排出，从而使该高沸点制冷剂在保护电阻管10a、10b的内部的高沸点制冷剂通路(内部空间S)中流过。因此，能够急速地冷却线圈架5(以至于超导线圈4)。附带说一下，高沸点制冷剂例如为液氮。

在该第一实施方式中，保护电阻管10a与10b连通，实质上构成1条高沸点制冷剂通路(内部空间S)。在该例中，给排出部22为1个，但是如果保护电阻管10a以及10b分别独立则需要设置2个给排出部22。并且，给排出部22具有高沸点制冷剂供给部22a和高沸点制冷剂排出部22b，即具有专用的入口和专用的出口，但是也可以共用入口出口。

并且，保护电阻10是将以无氧铜为代表的电导线、或与无氧铜等同的电/磁性质的电导线以不与上述的超导线圈4磁耦合的方式无感应地绕线(在该例中为紧密地绕线)而成的。无感应地绕线是指例如顺时针方向的绕线数、与逆时针方向的绕线数相同等。

接着，热对流部6以图1(a)(b)的位置关系为基准，在超导磁铁装置1内部的右侧配置。具体而言，本实施方式的热对流部6，在图1(b)中的顺时针方向上配置于3点的方向，以本体(本体下部6a、本体上部6b)以及将本体下部6a的下端和本体上部6b的上端联结的独立的制冷剂下降流路部6c为主而构成。并且，制冷剂下降流路部6c构成为宽幅的矩形状剖面。热对流部6在本体下部6a具备制冷剂R的积液，通过超导线圈4的发热等的热而气化并从积液的表面上升的制冷剂R的蒸气，被向本体上部6b引导(详细内容后述)，在冷冻机12中液化。该液化的制冷剂R在制冷剂下降流路部6c的内部利用重力下降，再次返回本体下部6a的积液地进行循环。制冷剂R为与上述的高沸点制冷剂即液氮相比沸点较低的液氦。该制冷剂R经由制冷剂供给部23a向热对流部6的内部供给，经由制冷剂排出部23b从热对流部6的内部排出。

并且，本实施方式的热对流部6构成为将超导线圈4以及线圈架5的一部分(右端部分)保持液密/气密地收纳。并且，在热对流部6的内部，该热对流部6与保护电阻收纳部11的内部连通。即，本体下部6a与保护电阻收纳部11的下部连通，本体上部6b与保护电阻收纳部11的上部连通。因此，从图1(a)(b)可以理解，制冷剂R的积液不仅在本体下部6a形成，也在保护电阻收纳部11的下部(保护电阻管10b彼此之间的间隙)形成。附带说一下，在本体下部6a形成的积液中的制冷剂R的液面，在该例中位于线圈架5的下端和超导线圈4b的下端之间。

保护电阻收纳部11中收纳的保护电阻10(保护电阻管10a、10b)如图1(a)所示紧密地卷绕时，制冷剂R气化的蒸气在铅垂方向(正上)的上升受到阻碍。但是在本实施方式中，保护电阻管10a、10b的径向剖面大致为圆形，因此即使保护电阻10(保护电阻管10a、10b)紧密地卷绕，也能够在相邻的保护电阻管10a、10b彼此之间、保护电阻10(保护电阻管10a、10b)和保护电阻收纳部11的内壁之间形成间隙。并且经由该间隙，本体下部6a与本体上部6b连通。即，该间隙即(1)保护电阻管10a、10b彼此之间的间隙、(2)保护电阻管10a、10b和保护电阻收纳部11的内壁的间隙，作为从本体下部6a的积液的表面上升的制冷剂R的蒸气朝向本体上部6b的通路(螺旋状的通路)而发挥功能。即，该螺旋状的通路以将制冷剂R的冷热向装置整体传递的方式，换言之，以夺取超导线圈4的发热和来自外部的侵入热来冷却超导线圈4的方式，并且为了实现温度的均一化而发挥功能。

考虑到该间隙(通路)，广义而言可以说环状的保护电阻收纳部11也构成热对流部6。

接着，参照图2说明超导电磁铁装置1的电路。

图2为示意地表示超导电磁铁装置1的电路的图。

如该图2所示，并且如上所述，保护电阻10由保护电阻管10a、10b构成，分别在具有多个的超导线圈4(4a、4b)上并列设置。它们虽然在真空容器2的内部(辐射屏蔽3的内部)设置，但在真空容器2之外设置有励磁电源13、电流截断器14。并且，超导线圈4和永久电流开关9保持于临界温度以下，成为超导状态。并且，保护电阻10冷却至与超导线圈4和永久电流开关9相同的温度水平。

在将永久电流开关9置于开的状态下从励磁电源13向超导线圈4进行电流供给，然后在将永久电流开关9置于闭的状态下使来自励磁电源13的供给电流为零而使电流截断器14为开，则成为在由超导线圈4以及永久电流开关9构成的超导状态的闭合电路中电流几乎无衰减地持续流过的永久电流运转。由此超导电磁铁装置1能够长期保持磁场。

超导电磁铁装置1，适用了如上所述在装置内部设置的热对流部6中使制冷剂R循环进行冷却，从而将超导线圈4以及永久电流开关9维持于超导状态的热对流方式。通过来自在超导电磁铁装置1的中央部设置的超导线圈4的发热而气化的制冷剂R，利用因密度差而产生的浮力上升，在冷冻机12中再度凝缩并下降而向图中所示箭头20的方向循环制冷剂。该冷却方式与浸渍冷却方式相比具有减少制冷剂使用量的优点。但是，由于超导线圈4与制冷剂R的接触面积较小，存在将超导电磁铁装置1从常温冷却的初始冷却所需时间较长的课题。并且，有在停电导致冷冻机12停止或超导线圈4整体常电导转移的猝熄现象中导致超导线圈4温度上升的情况。虽然在浸渍冷却方式的情况下，制冷剂用作蓄冷剂而能够抑制温度上升，但是在上述的热对流方式中，用作蓄冷剂的材料在流路内除了制冷剂R以外没有其它材料，因此与浸渍冷却方式相比难以抑制温度上升。

因此，本发明者着眼于该点，如以下所述，使相对于超导线圈4并联电连接的保护电阻10、超导线圈4以及热对流部6热接触，并且在保护电阻10内部的高沸点制冷剂通路上设置能够供给与在热对流部6中循环的制冷剂R(液氦)相比凝固点较高的制冷剂(液氮)的流路(内部空间S)。由此，能够强化初始冷却时的冷却构造，并且，与制冷剂R相比凝固点较高的制冷剂(高沸点制冷剂)能够作为抑制停电时或猝熄时的温度上升的蓄冷剂发挥功能。

以下对第一实施方式的超导电磁铁装置1的动作进行说明。

(使用高沸点制冷剂的初始冷却)

在从自室温起的初始冷却时，从高沸点制冷剂供给排出部22的高沸点制冷剂供给部22a，向在保护电阻管10a、10b的内部设置的高沸点制冷剂通路供给高沸点制冷剂(液氮)。高沸点制冷剂通路在内部设置的保护电阻管10a、10b与超导线圈4或线圈架5热连接，并且保护电阻管10a、10b与热对流部6也热连接。因此，高沸点制冷剂利用潜热或显热对这些(装置内部)进行冷却并蒸发/升温，从高沸点制冷剂排出部22b排出。通过将高沸点制冷剂从高沸点制冷剂供给部22a连续供给，从而促进装置内部的冷却，高沸点制冷剂的蒸发量逐渐减小。并且，保护电阻管10a、10b的内部、即高沸点制冷剂通路(内部空间S)逐渐被高沸点制冷剂充满。

与经由保护电阻10的冷却并行地，从制冷剂供给排出部23的制冷剂供给部23a，也向热对流部6供给高沸点制冷剂(液氮)。该高沸点制冷剂对热对流部6的内部进行冷却，从而对线圈架5(超导线圈4)或保护电阻10进行冷却。

附带说一下，初始冷却的结束，例如通过未图示的温度传感器，计测装置内部的温度，和/或计测从高沸点制冷剂排出部22b或制冷剂排出部23b排出的高沸点制冷剂的温度，从而能够判定。

(使用低沸点制冷剂的冷却)

上述的使用高沸点制冷剂的初始冷却结束后，从热对流部6除去在初始冷却中使用的高沸点制冷剂，这一次将与其相比沸点(凝固点)较低的制冷剂R从制冷剂供给部23a向热对流部6供给，从而进行最终的冷却。此时，在保护电阻管10a、10b的内部，预先留存高沸点制冷剂。

向热对流部6供给的上述的制冷剂R，通过其显热和潜热，直接冷却线圈架5等(即冷却超导线圈4)，并对装置内部进行冷却，蒸发/升温，然后从制冷剂排出部23b排出。附带说一下，在本实施方式中，保护电阻10(保护电阻管10a、10b)紧密地卷绕，因此如上所述，蒸发的制冷剂R不会在铅垂方向(正上)上升，因此一边在电阻管10a、10b彼此之间的间隙等内回旋一边逐渐上升，对装置内部进行冷却。

通过将制冷剂R从制冷剂供给部23a连续供给，进行装置内部的进一步冷却，制冷剂R的蒸发量减少，在热对流部6的本体下部6a形成制冷剂R的积液，超导线圈4以及永久电流开关9成为超导状态。

并且，冷冻机12可以在该时点开始运转，也可以在此之前或在此之后，在任意的时点开始运转。

如上所述，保持在初始冷却时向保护电阻10的内部供给的高沸点制冷剂而不除去。由此，保护电阻10内部的高沸点制冷剂以固化的状态存在。例如在氮气固化的情况下，温度30Ｋ以下的比热与同体积的银或铜相比大2～3倍左右，作为蓄冷剂的效果显著。由此能够抑制冷冻机12停止时或猝熄现象发生时的温度上升。并且，保护电阻10如上所述，具有将以无氧铜为代表的电导线以不与超导线圈4的磁耦合的方式无感应地紧密卷绕的构造，并且如图中的A-A’剖面所示，其电导线的间隙兼作制冷剂能够移动而朝向环绕方向的热传导路径，能够省略另设热传导路径。

(小结)

这样，本实施方式的超导电磁铁装置1，在初始冷却时向在保护电阻10的内部设置的流路供给高沸点制冷剂，从而与仅向热对流部6(制冷剂循环路径)供给制冷剂的情况相比，能够在短时间内结束初始冷却。并且，在保护电阻10的内部保持的高沸点制冷剂作为蓄冷剂发挥功能，能够抑制冷冻机12停止时或猝熄现象时的温度上升。并且，由于保护电阻10兼作环绕方向上的热传导路径，所以可以省略需要另设的热传导路径，能够使装置小型化。

即，能够提供在采用强制冷却方式以及热对流方式的超导电磁铁装置中，能够缩短初始冷却时间、并且避免使装置大型化而能够抑制冷冻机停止或猝熄时的温度上升的超导电磁铁装置1。

并且，保护电阻管10a、10b卷绕在超导线圈4的外周侧，但是也可以卷绕在内周侧(内周侧和/或外周侧)。这里，内周侧以超导线圈4与线圈架5之间或线圈架5的内周侧为例(参照后述的第三实施方式(图4)中的超导线圈4a等)。

第二实施方式

接着，对适用本发明的第二实施方式参照图3等进行说明。

图3为第二实施方式的超导电磁铁装置1的剖视图，(a)表示在中心位置的纵剖面，(b)表示(a)的A-A’线的横剖面。

并且，对于和第一实施方式同样的要素，对该要素标记与在第一实施方式中使用的相同的符号，适宜省略说明。

该第二实施方式，热对流部6在超导磁铁装置1的顺时针方向的3时方向的位置上设置这一点(参照图3(b))，与图1所示第一实施方式相同。并且，保护电阻10作为电阻管10a、10b构成，在其内部形成有高沸点制冷剂通路(内部空间S)的方面等也与图1所示第一实施方式相同。

但是，如图3所示，保护电阻管10a、10b的径向剖面为方形，保护电阻管10a、10b彼此之间，保护电阻管10a、10b与保护电阻收纳部11的内壁之间都没有间隙。因此，虽然在第一实施方式中，向热对流部6的内部供给的初始冷却时的高沸点制冷剂或初始冷却后的制冷剂R，能够流过保护电阻管10a、10b彼此之间的间隙等，以中心轴21为中心回旋并且从本体下部6a向本体上部6b上升，但是在该第二实施方式中无法这样。因此，在第二实施方式中，在热对流部6的内部设有初始冷却时的高沸点制冷剂或初始冷却后的制冷剂R能够上升的、在热对流部6的内部封闭的循环流路。

即，如图3(a)(b)所示，第二实施方式的热对流部6，具备：制冷剂下降流路部6c、下部流路部6d、制冷剂上升流路部6e、上部流路部6f以及积液部6g，它们按照该顺序连接。并且，以在初始冷却时高沸点制冷剂充满热对流部6的内部、在初始冷却后制冷剂R充满热对流部6的内部的方式，构成为特别是在初始冷却后的通常运转时，通过热对流使制冷剂R在热对流部6的内部循环，能够促进冷却。

并且，冷冻机12以对积液部6g的上部空间进行冷却而使制冷剂R的蒸气液化的方式配置。

附带说一下，在该第二实施方式中，制冷剂上升流路部6e分割为并列的多个流路。其中之一如图3(b)所示，是在热对流部6的内部、以将保护电阻10从内周侧和外周侧的两侧夹入的方式配置的制冷剂上升流路部6e。并且，另一个如图3(a)所示，是在上下方向上贯通保护电阻10配置的制冷剂上升流路部6e(与“在保护电阻的内部贯通多个制冷剂循环流路”相当)。在该例中，该贯通配置的制冷剂上升流路部6e如图3(b)所示有5个。

制冷剂下降流路部6c与第一实施方式同样地构成为宽幅的矩形剖面。这一点，下部流路部6d也是同样的。

并且，在该第二实施方式中，永久电流开关9以与下部流路部6d的上部热接触的方式配置，构成为通过热传导进行冷却。

并且，尽管制冷剂供给排出部23的构成与第一实施方式略有不同，但是在该第二实施方式中，初始冷却的动作、初始冷却后的动作、猝熄现象时的动作等与第一实施方式大致相同，因此省略说明。

根据该第二实施方式，不仅能够获得与第一实施方式同样的效果(急速冷却或蓄热作用)，而且能够省略第一实施方式那样的周向上的制冷剂流路。因此，能够相对于制冷剂R下降的制冷剂固化流路部6c减小制冷剂R上升的流路的体积(制冷剂上升流路部6e的内部体积)，增大其内部存在的制冷剂R的质量差而使制冷剂R上升至更高的位置。附带说一下，积液部6g在上部配置、与第一实施方式相比制冷剂R的上升路径的长度较短(压力损失小)也对制冷剂R的液面上升有促进。因此，不必在装置的上下配置多个制冷剂容器，能够使超导电磁铁装置1小型化。

如果进行补充，则如图3(a)所示，积液部6g中的制冷剂R的液面高度与制冷剂上升流路部6e中的制冷剂R的液面高度相比，制冷剂上升流路部6e的一方较高，液面达到上部流路部6f(并且制冷剂R溢流至积液部6g)。这是由于在制冷剂上升流路部6e的制冷剂中混杂有因受到超导线圈4的发热等而蒸发的制冷剂R的蒸气，因此受到该蒸气的浮力等而产生对制冷剂下降流路部6c中的制冷剂R的液面推举的作用(制冷剂R中所含的蒸气越多则每单位体积的质量越小)。由于这种情况等而构成热对流，在图3(a)中，制冷剂R顺时针循环。

第三实施方式

接着，对适用本发明的第三实施方式参照图4等进行说明。

图4为第三实施方式的超导电磁铁装置的剖视图，(a)表示在中心位置的纵剖面，(b)表示(a)的A-A’线的横剖面。

并且，对于和第一实施方式等同样的要素，对该要素标记与在第一实施方式等中使用的相同的符号，适宜省略说明。

该第三实施方式，与图1所示第一实施方式相比区别在于，存在直径不同的多个超导线圈4，超导线圈4的中心轴21朝向水平方向，热对流部6中的制冷剂R在多个超导线圈4的外周面上沿着周向并朝向铅垂方向上侧。

即，该第三实施方式为“超导线圈的中心轴朝向水平方向，保护电阻与超导线圈的外周面、内周面、线圈架的任一热接触”。

附带说一下，第三实施方式的超导电磁铁装置1，例如适用于医疗领域中的磁共振画像(Magnetic Resonance Imaging)装置。该超导磁铁装置1的超导线圈4，除了超导线圈4b、4c(主线圈)以外，还具备超导线圈4a、4d(屏蔽线圈)，在装置的大致中央构成摄像区域。并且，保护电阻10也与4个超导线圈4(4a～4d)对应地具备4个(保护电阻管10a～10d)。其中，保护电阻10a、10d在对应的超导线圈4a，4d的内周侧与该超导线圈4a、4d热接触地紧密卷绕。并且，保护电阻10b、10c在对应的超导线圈4b、4c的外周侧与该超导线圈4b、4c热接触地紧密卷绕。即，在该第三实施方式中，省略了第一实施方式中的保护电阻收纳部11。

另外，符号6a～6c与第一实施方式相同。

该第三实施方式的超导电磁铁装置1，是存在直径不同的多个超导线圈4、其中心轴21朝向水平方向的超导电磁铁装置1(隧道型的MRI装置)，在该第三实施方式中，也能够获得与第一实施方式等同样的效果，能够实现超导电磁铁装置1小型化等。

并且，可以将上述的第一实施方式或第二实施方式的超导磁铁装置适用于该第三实施方式这样的MRI装置。

第四实施方式

接着，对适用本发明的第四实施方式参照图5A或图5Ｂ等进行说明。

图5A为第四实施方式的超导电磁铁1的剖视图，(a)表示在中心位置的纵剖面，(b)表示(a)的A-A’线的横剖面。图5Ｂ也是第四实施方式的超导电磁铁装置1的剖视图，(c)表示图5A(a)的B-B’线的横剖面，(d)表示图5A(a)的C-C’线的横剖面。

并且，对于和第一实施方式等同样的要素，对该要素标记与在第一实施方式等中使用的相同的符号，适宜省略说明。

该第四实施方式的超导电磁铁装置1为开放型的MRI装置(例如参照日本特开2011-194136号公报的图1等)，形式与隧道型的MRI装置即第三实施方式的超导电磁铁装置1(参照图4)不同。具体而言，超导电磁铁装置1，装置分为上侧和下侧，装置的上侧经由2根支柱1a、1b支撑于装置的下侧，在装置的上侧和下侧之间形成有开口部24。附带说一下，夹着开口部24在装置的上侧配置有超导线圈4a、4b，在下侧配置有超导线圈4c、4d。其中，超导线圈4b、4c为主线圈，超导线圈4a、4d为屏蔽线圈。

即，该第四实施方式为“超导线圈的中心轴朝向铅垂方向，超导线圈夹着在水平方向上设置的开口部配置”。

线圈架5分别位于装置的上侧和下侧，在各线圈架5上，对应的各超导线圈4从外周侧卷装。并且，在各超导线圈4上，对应的保护电阻10(保护电阻管10a～10d)从外周侧卷装。各保护电阻管10a～10d的内部连通，从高沸点制冷剂供给部22a供给的高沸点制冷剂按照保护电阻管10a→保护电阻管10b→保护电阻管10c→保护电阻管10d→的顺序通过，从高沸点制冷剂排出部22b排出。并且，在图5A等中，省略了各保护电阻管10a～10d之间的连接关系的图示。

该第四实施方式的热对流部6，具备：制冷剂下降流路部6c、下部流路部6d、制冷剂上升流路部6e1、6e2、上部流路部6f以及积液部6g，它们按照该顺序连接。并且，制冷剂供给排出部23将积液部6g的上部空间和外部连接。并且，以分别地在初始冷却时高沸点制冷剂充满热对流部6的内部、在初始冷却后制冷剂R充满热对流部6的内部的方式，这些制冷剂从制冷剂共有排出部23导入。并且，在初始冷却后的通常运转时，为了促进装置内部的冷却，通过热对流使制冷剂R在热对流部6的内部循环。

附带说一下，该第四实施方式的超导电磁铁装置1中的热对流部6的动作，与第二实施方式的超导电磁铁装置1中的热对流部6的动作接近，因此标记与第二实施方式大致相同的符号。

并且，如图5A(b)所示，下部流路部6d设置为横断装置的端到端。以制冷剂R的流动为基准，在下部流路部6d的始端连接制冷剂下降流路部6c的末端(下端)，在下部流路部6d的末端连接制冷剂上升流路部6e1的始端(下端)，在靠近下部流路部6d的始端的一侧连接有制冷剂上升流路部6e2的始端(下端)。并且，将来自制冷剂下降流路部6c的制冷剂R的流动，分为制冷剂上升流路部6e1、6e2(参照图5Ｂ(a))。

并且，上部流路部6f位于制冷剂上升流路部6e1、6e2与积液部6g之间，但该上部流路部6f为与下部流路部6d对应的构成，因此省略说明。

在制冷剂上升流路部6e1、6e2中，制冷剂上升流路部6e1通过支柱1a的内部，制冷剂上升流路部6e2通过支柱1b的内部。并且，制冷剂上升流路部6e1、6e2以沿着卷绕超导线圈4a～4d和保护电阻管10a～10d的线圈架5a～5d的外周形状的方式，构成为弯曲并立起，因此能够促进超导线圈4a～4d的冷却。

在该第四实施方式中，也是在初始冷却时进行经由保护电阻10(保护电阻管10a～10d)、经由热对流部6使用高沸点制冷剂的冷却。因此，与现有技术那样仅经由热对流部6的情况相比，能够进行更加急速的冷却。并且，保持在保护电阻管10a～10d内部的高沸点制冷剂通路(内部空间S)中残留高沸点制冷剂的状态进行使用制冷剂R(液氦)的冷却，使高沸点制冷剂冻结，因此利用高沸点制冷剂较高的比热(甚至熔化热)，提高猝熄现象时等的热稳定性。

并且，根据该第四实施方式，除了通过在超导线圈4的外侧卷装的保护电阻10向周向的热传导以外，还通过设置有多个的制冷剂流路(在夹着中心轴21相对的位置上设置的制冷剂上升流路6e1、6e2)提高向周向的冷却效率。并且，通过采用这种构造，在夹着开口部24配置多个超导线圈4的超导电磁铁装置1中也不必上下配置多个制冷剂容器，能够使超导电磁铁装置1小型化。

并且，在第四实施方式中，示出了支柱有符号1a、1b的2个的例子，但是对于支柱仅有1个的类型的开放型的MRI装置也能够适用。这种情况下，在1个支柱中收纳制冷剂下降流路6c和制冷剂上升流路6e(6e1、6e2)、使保护电阻管1b、10c连通的材料等。附带说一下，也可以使制冷剂上升流路6e1、6e2合流而作为1个流路通过支柱，在通过后可以分支。并且，虽然示出了制冷剂上升流路6e存在符号6e1、6e2的2个的例子，但是作为整体可以是1个，也可以是3个以上。

符号的说明

1：超导电磁铁装置；2：真空隔热容器；3：辐射屏蔽；4、4a、4b、4c、4d：超导线圈；5：线圈架；6：热对流部(制冷剂循环流路)；6a：本体下部；6b：本体上部；6c：制冷剂下降流路部；6d：下部流路部；6e：制冷剂上升流路部；6f：上部流路部；6g：积液部；9：永久电流开关；10：保护电阻；10a：电阻管部；10b：高沸点制冷剂通路部；11：保护电阻收纳部；12：冷冻机；13：直流电源；14：电流截断器；20：表示气化的制冷剂的行进方向的箭头；21：超导电磁铁装置的中心轴；22：高沸点制冷剂供给排出部(高沸点制冷剂供给部、与外部连通的流路)；22a：高沸点制冷剂供给部；22b：高沸点制冷剂排出部；23：制冷剂供给排出部；23a：制冷剂供给部；23b：制冷剂排出部；24：开口部；S：内部空间。

Claims (10)

1.一种超导电磁铁装置，其特征在于，具备：

制冷剂进行循环的制冷剂循环流路；

对上述制冷剂循环流路中的制冷剂蒸气进行冷却的冷冻机；

通过上述循环的制冷剂进行冷却的超导线圈；

与上述超导线圈热接触，并且具有内部空间的保护电阻；

向上述保护电阻内的内部空间供给高沸点制冷剂的高沸点制冷剂供给部，该高沸点制冷剂与上述制冷剂相比沸点高且通过上述制冷剂冻结；以及

至少收纳上述制冷剂循环流路、上述超导线圈以及上述保护电阻的真空隔热容器。

2.根据权利要求1所述的超导电磁铁装置，其特征在于，

上述高沸点制冷剂，

在初始冷却时，从上述高沸点制冷剂供给部供给上述保护电阻的内部空间而对上述超导线圈进行冷却，

在上述初始冷却后，在上述内部空间中，通过上述制冷剂冷却、冻结。

3.根据权利要求1所述的超导电磁铁装置，其特征在于，

上述保护电阻作为保护电阻管而形成，该保护电阻管具有作为管路的上述内部空间，

上述保护电阻管以与该超导线圈热接触的方式卷绕在上述超导线圈的外周侧和/或内周侧。

4.根据权利要求1所述的超导电磁铁装置，其特征在于，

上述保护电阻是将无氧铜或与无氧铜等同的电导线以不与上述超导线圈磁耦合的方式无感应地绕线而成的。

5.根据权利要求1所述的超导电磁铁装置，其特征在于，

上述保护电阻具有紧密卷绕了电导线的构造，构成为在上述制冷剂循环流路中流动的制冷剂在紧密卷绕了的上述电导线的间隙中通过。

6.根据权利要求1所述的超导电磁铁装置，其特征在于，

多个上述制冷剂循环流路贯通上述保护电阻的内部。

7.根据权利要求1所述的超导电磁铁装置，其特征在于，

上述超导线圈的中心轴朝向水平方向，上述保护电阻与超导线圈的外周面、内周面、线圈架的任一个热接触。

8.根据权利要求1所述的超导电磁铁装置，其特征在于，

上述超导线圈的中心轴朝向铅垂方向，上述的超导线圈夹着在水平方向上设置的开口部配置。

9.一种超导电磁铁装置的冷却方法，该超导电磁铁装置具备：

制冷剂进行循环的制冷剂循环流路；

对上述制冷剂循环流路中的制冷剂蒸气进行冷却的冷冻机；

通过上述循环的制冷剂进行冷却的超导线圈；

相对于上述超导线圈并联连接的保护电阻；以及

至少收纳上述制冷剂循环流路、上述超导线圈、以及上述保护电阻的真空隔热容器，其特征在于，

上述保护电阻与上述超导线圈热接触，并且形成为具有内部空间，该内部空间具备与外部连通的流路，

在初始冷却时，

与上述制冷剂相比沸点高且通过上述制冷剂冻结的高沸点制冷剂，从与上述外部连通的流路供给上述内部空间，进而向上述制冷剂循环流路供给上述高沸点制冷剂，冷却上述超导磁铁，

在上述初始冷却后，

在从上述制冷剂循环流路除去上述高沸点制冷剂后，通过供给上述制冷剂，从而冷却上述超导磁铁，并且冻结上述内部空间中残留的上述高沸点制冷剂。

10.一种磁共振成像装置，具备：权利要求1至8任意一项所述的超导电磁铁装置。