CN110858509B - 超导磁铁冷却装置及超导磁铁冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明减少超导磁铁所产生的高磁场对超导磁铁的冷却的影响。本发明的超导磁铁冷却装置(100)具备：超导磁铁(102)，在周围产生成为0.8T以上且4.5T以下的高磁场的高磁场区域(106)；及脉冲管制冷机(10)，具备用作超导磁铁(102)的冷却源的冷却台(18)及与冷却台(18)相邻而固定设置且具有磁性蓄冷材料(23)的蓄冷器(22)。冷却台(18)配置于超导磁铁(102)的附近，以使磁性蓄冷材料(23)配置于高磁场区域(106)。

Description

超导磁铁冷却装置及超导磁铁冷却方法

本申请主张基于2018年8月23日申请的日本专利申请第2018-156694号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

技术领域

本发明涉及一种超导磁铁冷却装置及超导磁铁冷却方法。

背景技术

通常，例如能够在NMR((核磁共振)Nuclear Magnetic Resonance)系统或MRI((核磁共振成像)Magnetic Resonance Imaging)系统等利用高磁场的设备上搭载产生所需的高磁场的超导磁铁。超导磁铁例如被冷却至液体氦温度以下的冷却温度，由此能够产生高磁场，以使能够维持超导状态。

专利文献1：日本特开2004-144431号公报

本发明人反复对超导磁铁的冷却进行了深入研究，结果认识到了以下课题。为了超导磁铁的冷却，例如大多使用所谓的4K-GM((吉福德-麦克马洪)Gifford-McMahon)制冷机等具有磁性蓄冷材料的超低温制冷机。若磁性蓄冷材料暴露于高磁场，则尤其在磁性蓄冷材料在这样的高磁场的区域移动时，因磁性蓄冷材料从高磁场受到的作用，而有可能对超低温制冷机的冷却性能造成影响。另外，本发明人所认识到的这种课题，并未被本领域技术人员所认同。

发明内容

本发明的一方式的例示性目的之一在于，提供一种减少由超导磁铁所产生的高磁场引起的影响的超导磁铁冷却技术。

根据本发明的一种方式，超导磁铁冷却装置具备：超导磁铁，在周围产生成为0.8T以上且4.5T以下的高磁场的高磁场区域；及脉冲管制冷机，具备作为用于超导磁铁的冷却源的冷却台及与冷却台相邻而固定设置且具有磁性蓄冷材料的蓄冷器。冷却台配置于超导磁铁的附近，以使磁性蓄冷材料配置于高磁场区域。

本发明的另一种方式涉及一种使用脉冲管制冷机的超导磁铁冷却方法。脉冲管制冷机具备：冷却台，作为用于超导磁铁的冷却源；及蓄冷器，与冷却台相邻而固定设置且具有磁性蓄冷材料。该方法具备：将冷却台配置于超导磁铁的附近，以使磁性蓄冷材料配置于通过超导磁铁的工作而成为0.8T以上且4.5T以下的高磁场的高磁场区域的步骤；及将冷却台进行冷却，从而冷却超导磁铁的步骤。

另外，将以上构成要件的任意组合或本发明的构成要件或表现形式在方法、装置、系统等之间相互置换的方式作为本发明的形态也同样有效。

发明效果

根据本发明，能够减少由超导磁铁所产生的高磁场对超导磁铁的冷却的影响。

附图说明

图1为概略地表示一种实施方式所涉及的超导磁铁冷却装置的图。

图2为概略地表示一种实施方式所涉及的超导磁铁冷却装置另一例的图。

图3为表示一种实施方式所涉及的超导磁铁冷却方法的流程图。

图4为表示超低温制冷机的冷却温度的磁场依赖性的曲线图。

图中：10-脉冲管制冷机，14-冷头，16-阀单元，18-冷却台，20-脉冲管，22-蓄冷器，23-磁性蓄冷材料，28-压力切换阀，30-马达，34-传热部件，100-超导磁铁冷却装置，102-超导磁铁，104a-液体制冷剂槽，104d-液体制冷剂，106-高磁场区域，108-低磁场区域。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。说明及附图中相同或相等的构成要件、部件、处理标注相同的符号，适当省略重复说明。图示的各部的缩尺或形状为便于说明而设定，只要没有特别说明，则不做限定解释。实施方式为示例，对本发明的范围不做任何限定。实施方式中所记述的所有特征及其组合，并非一定限制于发明的本质性的性质。

图1为概略地表示一种实施方式所涉及的超导磁铁冷却装置100的图。超导磁铁冷却装置100具备超导磁铁102、低温恒温器104及脉冲管制冷机10。

超导磁铁102构成为工作时在周围产生成为高磁场的高磁场区域106，例如具备超导线圈。超导磁铁102例如作为NMR系统、MRI系统或其他利用高磁场的设备(未图示)的磁场源而搭载于利用高磁场的设备，从而能够产生该设备所需的高磁场。超导磁铁102所能产生的最大的磁场(即，在利用高磁场的设备中能够使用的最大的磁场)例如可以在约5～20T的范围。

通过超导磁铁102产生的高磁场区域106中的高磁场例如可以是约0.8T以上或约1T以上的磁场。并且，高磁场区域106中的高磁场例如可以是约4.5T以下或约4T以下的磁场。高磁场区域106中的高磁场可以比超导磁铁102所能产生的最大的磁场低。超导磁铁102构成为产生静磁场或构成为根据需要调整或改变静磁场的大小。一种代替性的实施方式中，超导磁铁102可以产生动态变动的磁场。

低温恒温器104具备液体制冷剂槽104a、防热罩104b及真空容器104c。超导磁铁102可以在低温恒温器104的内部被支承腿或其他支承部件(未图示)固定支承。

液体制冷剂槽104a构成为将超导磁铁102与液体制冷剂104d容纳在一起，以使超导磁铁102通过与液体制冷剂104d接触而被冷却。通常，作为液体制冷剂104d例如使用液体氦，因此液体制冷剂槽104a也能够称为液体氦槽。

防热罩104b配置于液体制冷剂槽104a的周围，且构成为热性保护液体制冷剂槽104a及超导磁铁102免受可能从防热罩104b的外部侵入的辐射热的侵害。真空容器104c构成为在其内部保持真空环境，并且在该真空环境下容纳超导磁铁102、液体制冷剂槽104a及防热罩104b。真空容器104c与防热罩104b之间可以设置有由绝热材料形成的绝热层。真空容器104c的周围可以是室温大气压环境。

高磁场区域106在液体制冷剂槽104a中遍及包括超导磁铁102的设置场所的至少一部分区域。高磁场区域106可以包括整个液体制冷剂槽104a和/或遍及液体制冷剂槽104a的外侧。或者，高磁场区域106可以遍及包括超导磁铁102的设置场所的低温恒温器104的内部区域的至少一部分和/或遍及低温恒温器104的外侧。

随着远离超导磁铁102，该场所的磁场下降。因此，例如在低温恒温器104的周围和/或远离低温恒温器104的场所存在低磁场区域108。本说明中，超导磁铁102在高磁场区域106产生高磁场时，成为如不对脉冲管制冷机10的冷却运行造成显著影响的低磁场的场所，可以被视为是低磁场区域108。低磁场区域108的低磁场例如可以是0.1T以下或0.05T以下或0.02T以下。在低磁场区域108可以存在地磁或其他微弱的磁场。因此，低磁场区域108的低磁场例如可以是1μT以上或10μT以上或100μT以上。

另外，为了形成低磁场区域108，可以不设置专用的磁屏蔽件。然而，一种代替性的实施方式中，可以在低温恒温器104的外侧和/或内侧设置磁屏蔽件，且在磁屏蔽件的内部划定低磁场区域108。

脉冲管制冷机10构成为将超导磁铁102冷却为能够使超导磁铁102如维持超导状态程度适当的冷却温度，例如液体氦温度(大气压下为约4.2K)以下的温度。脉冲管制冷机10作为GM方式的二级式脉冲管制冷机而构成，其具备压缩机12、冷头14及阀单元16。冷头14具备冷却台18、脉冲管20、蓄冷器22、凸缘部24及室温部26。本说明中，只要无否定说明，则冷却台18、脉冲管20及蓄冷器22分别指脉冲管制冷机10的第2级冷却台、脉冲管及蓄冷器。

压缩机12构成为将从其低压侧回收的工作气体从高压侧输送，即，以产生工作气体的稳流的方式工作。通常，工作气体例如为氦气体。脉冲管制冷机10在冷却运行期间，具有第1高压的工作气体从压缩机12经由阀单元16供给至冷头14。通过在冷头中的绝热膨胀，工作气体从第1高压减压为比其低的第2高压。具有第2高压的工作气体从冷头14经由阀单元16被回收至压缩机12。压缩机压缩所回收的具有第2高压的工作气体。工作气体再次升压为第1高压。如此，高压的工作气体在压缩机和冷头进行循环。

通常，第1高压及第2高压均远高于大气压。为了便于说明，将第1高压及第2高压分别简称为高压及低压。通常，高压例如为2～3MPa。低压例如为0.5～1.5MPa，例如为约0.8MPa。而液体制冷剂槽104a中的压力例如可能是大气压程度。因此，脉冲管制冷机10的工作气体和液体制冷剂104d例如可以是如氦那样的类型，但脉冲管制冷机10的工作气体回路与液体制冷剂槽104a隔离，在工作气体与液体制冷剂104d之间不相互流通。

示例性结构中，脉冲管20为内部设为空腔的圆筒状的管，蓄冷器22为内部填充了蓄冷材料的圆筒状的管，两者彼此相邻而与各自的中心轴平行配置。脉冲管20的低温端与蓄冷器22的低温端在结构上通过冷却台18连接并热连结。并且，冷却台18构成为能够使工作气体在脉冲管20的低温端与蓄冷器22的低温端之间流通。即，能够使工作气体通过冷却台18在脉冲管20的低温端与蓄冷器22的低温端之间流动。

蓄冷器22具有磁性蓄冷材料23且与冷却台18相邻而固定设置。因此，蓄冷器22及磁性蓄冷材料23在脉冲管制冷机10运行期间，相对于冷却台18不移动而静止。磁性蓄冷材料23例如配置在蓄冷器22的低温侧即与冷却台18相邻配置。磁性蓄冷材料23例如可以是HoCu₂、Gd₂O₂S(GOS)或其他磁性蓄冷材料。蓄冷器22可以在高温侧例如具有锡、锌、铋、铅或其他非磁性蓄冷材料。

冷却台18作为用于超导磁铁102的冷却源而设置。冷却台18构成为将在液体制冷剂槽104a内气化的液体制冷剂104d再次冷凝。冷却台18在液体制冷剂槽104a内配置于液体制冷剂104d的外部例如液体制冷剂104d的液面的上方，以免被液体制冷剂104d浸渍。由此，冷却台18及磁性蓄冷材料23可以配置于超导磁铁102的正上方或斜上方。

如此，冷却台18配置于超导磁铁102的附近，以使磁性蓄冷材料23配置于高磁场区域106。冷却台18也配置于高磁场区域106。

脉冲管制冷机10经由凸缘部24安装于低温恒温器104。凸缘部24例如使用螺栓及螺帽等适当的紧固构件而固定于与设置于真空容器104c的相对应的凸缘部。第1级脉冲管及蓄冷器从凸缘部24的一个主表面向第1级冷却台延伸，再从那里(第2级)脉冲管20及蓄冷器22向冷却台18延伸。在凸缘部24的另一个主表面设置有室温部26。冷却台18、脉冲管20及蓄冷器22容纳于真空容器104c，室温部26配置于真空容器104c的外部。

因此，脉冲管制冷机10固定于低温恒温器104且被其支承，因此蓄冷器22即磁性蓄冷材料23也在冷却运行期间保持静止状态。磁性蓄冷材料23相对于高磁场区域106的高磁场不进行相对移动，而相对于磁场静止。

阀单元16具备压力切换阀28及马达30。压力切换阀28构成为在脉冲管20生成压力振动。压力切换阀28构造为流路切换阀，其周期性地切换压缩机12的高压侧和低压侧与冷头14即脉冲管20及蓄冷器22连接，例如采取旋转阀的形式。马达30构成为驱动压力切换阀28。压力切换阀28为旋转阀时，马达30可以是使旋转阀旋转的电动马达。

阀单元16中至少马达30配置于低磁场区域108。阀单元16整体可以配置于低磁场区域108。如上所述，低磁场区域108是指超导磁铁102在高磁场区域106产生高磁场时成为例如0.1T以下的低磁场的场所。压缩机12也配置于低磁场区域108。脉冲管制冷机10中至少室温部26可以配置于低磁场区域108。

压缩机12、冷头14及阀单元16彼此分开配置。阀单元16将压缩机12与冷头14连结，以使使工作气体能够在压缩机12与冷头14之间流通。工作气体能够通过阀单元16在压缩机12与冷头14之间流动。如上所述，冷头14安装于低温恒温器104，而压缩机12及阀单元16配置于低温恒温器104的周围或远离低温恒温器104的场所。如此，脉冲管制冷机10具有阀单元分离型的结构，即阀单元16与冷头14分开配置。

压缩机12的高压侧通过高压配管32a与阀单元16的高压端口连接，压缩机12的低压侧通过低压配管32b与阀单元16的低压端口连接。并且，阀单元16的冷头端口通过吸排气配管32c与冷头14的室温部26连接。压力切换阀28通过马达30的驱动能够切换将高压端口连接于冷头端口的第1状态与将低压端口连接于冷头端口的第2状态。高压配管32a、低压配管32b及吸排气配管32c可以是可挠性管或刚性管。

众所周知，脉冲管制冷机10为了形成将冷却台18进行冷却的热力学周期而具有相位控制机构。压力切换阀28以单体构成或构成为与根据需要设置的缓冲箱(未图示)一起作为相位控制机构工作。作为脉冲管制冷机10的相位控制机构，例如能够适当地采用双向进气型、4气门型、主动缓冲型或其他各种公知的结构，因此在此不做赘述。

通过这种结构，脉冲管制冷机10通过相对于工作气体的压力振动适当地拖延脉冲管20内的气体要件(也称为气体活塞)的位移振动的相位，从而能够在脉冲管20的低温端产生PV工作以将冷却台18进行冷却。如此，通过脉冲管制冷机10的运行，超导磁铁冷却装置100能够冷却超导磁铁102。

并且，超导磁铁冷却装置100具备用于冷却防热罩104b的罩体冷却器110。通过罩体冷却器110，防热罩104b被冷却至比冷却台18及超导磁铁102的冷却温度高的冷却温度，例如约10K～约100K。罩体冷却器110例如为单级式GM制冷机，但也可以是二级式GM制冷机、单级式或二级式脉冲管制冷机、斯特林制冷机或其他类型的超低温制冷机。罩体冷却器110安装于真空容器104c，以使使成为防热罩104b的冷却源的冷却台配置于真空容器104c内。

另外，脉冲管制冷机10的第1级冷却台与防热罩104b热隔离，且配置于防热罩104b内(液体制冷剂槽104a的外部)。但是，在一种代替性的实施方式中，可以代替罩体冷却器110(或与罩体冷却器110一起)，脉冲管制冷机10的第1级冷却台与防热罩104b热连结而利用于防热罩104b的冷却。

图1中示出的超导磁铁冷却装置100中，采用以下冷却方式：通过液体制冷剂104d冷却超导磁铁102，并通过脉冲管制冷机10冷却由此气化的液体制冷剂104d以使其再次冷凝，但超导磁铁102的冷却方式并不限于此。以下参考图2对超导磁铁102的冷却方式的另一例进行叙述。

图2为概略地表示一种实施方式所涉及的超导磁铁冷却装置100的另一例的图。图2中示出的超导磁铁冷却装置100中，采用通过传导冷却进行的冷却方式。

在此，脉冲管制冷机10的冷却台18为了冷却超导磁铁102，经由传热部件34安装于超导磁铁102。传热部件34可以是传热板、传热杆或其他传热部件。传热部件34例如可以由高纯度的铝等具有低热阻的金属或其他材料制成。或者，传热部件34可以与冷却台18相同地由例如铜等具有高热导系数的金属或其他材料形成。为了实现良好的热接触，传热部件34的一端或一部分安装于冷却台18，传热部件34的另一端或另一部分安装于超导磁铁102。另外，冷却台18为了冷却超导磁铁102，不经由传热部件34直接安装于超导磁铁102。

图2中示出的实施方式中也同样，冷却台18配置于超导磁铁102的附近，以使使磁性蓄冷材料23配置于高磁场区域106。因此，从冷却台18经由传热部件34至超导磁铁102的传热路径的长度L比较短。由此，传热损失减少，通过脉冲管制冷机10进行的超导磁铁102的冷却效率提高。例如，从冷却台18经由传热部件34至超导磁铁102的传热路径的长度L可以比超导磁铁102的直径D短。

另外，传导冷却时，低温恒温器104不具有液体制冷剂槽104a。但是，根据需求，低温恒温器104可以具有液体制冷剂槽104a，超导磁铁102可以将通过液体制冷剂104d进行的冷却与传导冷却并用而进行冷却。

图3为表示一种实施方式所涉及的超导磁铁冷却方法的流程图。该方法中，首先将冷却台18配置于超导磁铁102的附近，以使磁性蓄冷材料23配置于通过超导磁铁102的工作而成为0.8T以上且4.5T以下的高磁场的高磁场区域106(S10)。

例如，冷却台18插入于低温恒温器104内，脉冲管制冷机10的凸缘部24安装于低温恒温器104的真空容器104c。冷却台18在液体制冷剂槽104a内配置于与液体制冷剂104d不接触的场所例如液体制冷剂104d的液面的上方。或者，冷却台18可以直接或经由传热部件34安装于超导磁铁102。如此，冷却台18及磁性蓄冷材料23可以配置于超导磁铁102的正上方或斜上方。

通过将冷却台18进行冷却，超导磁铁102被冷却(S12)。通过脉冲管制冷机10的运行，冷却台18被冷却为液体氦温度以下的适当的冷却温度。超导磁铁102容纳于液体制冷剂槽104a内且被液体制冷剂104d浸渍时，通过与超导磁铁102的换热而气化的液体制冷剂104d通过冷却台18再次冷凝，再次作为液体制冷剂104d而使用于超导磁铁102的冷却。传导冷却时，冷却台18直接或经由传热部件34冷却超导磁铁102。不论何种情况，通过将冷却台18进行冷却，超导磁铁102被冷却为液体氦温度以下，以使能够在工作期间维持超导状态。

在冷却冷却台18的同时，罩体冷却器110设置于低温恒温器104时，通过罩体冷却器110的运行，防热罩104b被冷却为比冷却台18的冷却温度高的适当的冷却温度。如上所述，防热罩104b可以通过脉冲管制冷机10被冷却。

超导磁铁102通过工作而在高磁场区域106产生高磁场(S14)。如此，能够一边使超导磁铁102工作而产生利用高磁场的设备所需的高磁场，一边使用脉冲管制冷机10冷却超导磁铁102。

如上所述，在超导磁铁的冷却中典型为广泛地利用4K-GM制冷机。这种4K-GM制冷机为二级式，其在第2级蓄冷器的低温侧具有磁性蓄冷材料。GM制冷机在往复移动的置换器内置有蓄冷器，因此伴随制冷机的运行，磁性蓄冷材料也往复移动。若磁性蓄冷材料在超导磁铁所产生的高磁场的区域移动，则因磁性蓄冷材料从高磁场受到的作用，而有可能对GM制冷机的冷却性能尤其液体氦温度下的冷却性能产生影响。

例如，磁性蓄冷材料从超导磁铁所产生的高磁场受力。该力依赖于相对于超导磁铁的GM制冷机的姿势，有可能向与置换器的往复移动的方向交叉的方向作用。此时，作用于磁性蓄冷材料的力具有能够使置换器横向位移的成分。设计上，置换器与容纳置换器并且引导置换器的往复移动的缸体的内部同轴配置，并且在与缸体之间稍微具有间隙。然而，若通过高磁场，磁性蓄冷材料及置换器横向受力，则置换器相对于缸体偏心，两者间的磨损有可能局部变大和/或间隙在周向上变得不均等。这有可能对GM制冷机的冷却性能造成负面影响。

或者，若磁性蓄冷材料在超导磁铁所产生的高磁场的区域移动，则有可能在磁性蓄冷材料的表面产生涡流。涡流有可能在磁性蓄冷材料产生焦耳热，即引起磁性蓄冷材料的发热。这也有可能对GM制冷机的冷却性能造成负面影响。

作为为了减轻通过超导磁铁所产生的高磁场对磁性蓄冷材料的影响的一个措施，考虑将GM制冷机设置于充分远离超导磁铁的场所。随着远离超导磁铁102，磁场下降，因此只要GM制冷机充分远离超导磁铁，则能够忽略高磁场对磁性蓄冷材料的作用。然而，该措施可能会导致装置的大型化这样的副作用。

例如，为使用液体氦的冷却方式时，冷却台与超导磁铁之间的距离足够远时，有可能需要巨大的液体氦槽。并且，为传导冷却时，该措施必然使从GM制冷机至超导磁铁的传热路径变长，因此伴有传热损失变大这样的副作用。如此一来，为了弥补传热损失，有可能需要具有较大的制冷能力的GM制冷机。这也有可能导致装置的大型化。

而实施方式所涉及的超导磁铁冷却装置100中，超导磁铁102被脉冲管制冷机10冷却。如上所述，脉冲管制冷机10中具有磁性蓄冷材料23的蓄冷器22与冷却台18相邻而固定设置，因此与伴有蓄冷器22即磁性蓄冷材料23的的移动的GM制冷机等其他超低温制冷机相比，能够减少高磁场对制冷能力的影响。其结果，能够将磁性蓄冷材料23以及冷却台18配置于超导磁铁102的附近即高磁场区域106，因此能够将超导磁铁冷却装置100设计得紧凑。并且，脉冲管制冷机10也能够以较短的传热路径有效地冷却超导磁铁102。

图4为表示超低温制冷机的冷却温度的磁场依赖性的曲线图。图4中示出实施例所涉及的脉冲管制冷机10和比较例所涉及的GM制冷机在高磁场下的第2级冷却温度测定值。以为了将超导磁铁冷却为液体氦温度以下的用途，作为超低温制冷机的规格，要求在额定热负荷的基础上将第2级冷却温度设为4.2K以下。在此，图4中在冷却台及其周边区域产生模拟超导磁铁的高磁场，并且在冷却台施加额定热负荷的状态下的第2级冷却温度被标绘成几个高磁场的值。并且，用实线图示出基准温度的4.2K。

从图4可知，比较例所涉及的GM制冷机能够在约0.5T以下的磁场下提供约3.8K～约3.9K这样良好的冷却。若磁场达到约0.8T，则第2级冷却温度提高至约4.2K。而且，若磁场提高至超过约0.8T，则导致第2级冷却温度超过约4.2K。即，超导磁铁产生超过约0.8T的高磁场时，比较例所涉及的GM制冷机若将冷却台配置于这种高磁场区域，则无法将第2级冷却温度维持在液体氦温度以下。因此，比较例所涉及的GM制冷机为了将超导磁铁冷却至液体氦温度以下而受到必须配置于磁场成为约0.8T以下的场所这样的配置场所的限制。

对比来说，实施例所涉及的脉冲管制冷机10在约4T以下这样的更广的范围的高磁场下，能够提供约3.8K～约3.9K这样良好的冷却。若磁场达到约4.5T，则第2级冷却温度提高至约4.2K。而且，若磁场提高至超过约4.5T，则导致第2级冷却温度超过约4.2K。另外，推测该温度上升的原因在于，由于超过约4.5T的超高磁场，使得磁性蓄冷材料的比热下降。

因此，实施例所涉及的脉冲管制冷机10即使将冷却台18配置于超导磁铁102的附近，只要该场所的磁场为约4.5T以下，则能够将超导磁铁102冷却至液体氦温度或比其低的冷却温度。

另外，图4中示出的测定数据为作为GM制冷机使用住友重机械工业制的RDK-408D3且作为脉冲管制冷机10使用住友重机械工业制的RP-082B2S而获取的数据。然而，认为脉冲管制冷机10之所以比GM制冷机在高磁场下提供更良好的制冷性能，主要是因如上所述，GM制冷机中磁性蓄冷材料在运行期间移动，而脉冲管制冷机中磁性蓄冷材料不移动，不限于这些特定的机种，其他机种或其他市售品也呈现出相同的趋势。即，脉冲管制冷机10与GM制冷机相比，能够通常被视为是在0.8T～4.5T的范围或例如1T～4T的范围的高磁场下具有显著优异的抗磁性。

如以上说明，实施方式所涉及的超导磁铁冷却装置100具备：超导磁铁102，在周围产生成为0.8T以上且4.5T以下的高磁场的高磁场区域106；及脉冲管制冷机10，构成为冷却超导磁铁102。脉冲管制冷机10的冷却台18配置于超导磁铁102的附近，以使磁性蓄冷材料23配置于高磁场区域106。

如此，超导磁铁冷却装置100采用脉冲管制冷机10，由此能够减少通过超导磁铁102所产生的0.8T～4.5T的范围或例如1T～4T的范围的高磁场对例如液体氦温度的超导磁铁102的冷却的影响。因此，超导磁铁冷却装置100能够提供适合高磁场环境的超导磁铁102的冷却。

能够将冷却台18配置于超导磁铁102的附近，因此能够将超导磁铁冷却装置100设计得紧凑。并且，有可能缩短从冷却台18至超导磁铁102的传热路径，因此超导磁铁冷却装置100也能够有效地冷却超导磁铁102。

并且，实施方式所涉及的超导磁铁冷却装置100中，阀单元16的马达30配置于低磁场区域108。超导磁铁102在高磁场区域106产生0.8T以上且4.5T以下的高磁场时，选择为在低磁场区域108例如成为0.1T以下或0.05T以下或0.02T以下的低磁场。能够在高磁场下动作的马达有可能非常昂贵。通常，能够用作马达30的广泛使用的电动马达，根据规格仅仅保证在这种低磁场下正常动作。因此，将马达30配置于低磁场区域108，从而能够减少通过超导磁铁102所产生的高磁场对阀单元16的动作及超导磁铁102的冷却的影响。并且，能够采用比较廉价的马达30，并且也能够降低脉冲管制冷机10及超导磁铁冷却装置100的制造成本。

而且，冷却台18及蓄冷器22搭载于脉冲管制冷机10的冷头14，马达30搭载于脉冲管制冷机10的阀单元16。阀单元16远离冷头14配置，以使马达30配置于低磁场区域108。如此，脉冲管制冷机10作为阀单元分离型而构成，因此便于将冷头14与阀单元16设置于不同的场所，即，便于将冷却台18配置于高磁场区域106并且将马达30配置于低磁场区域108。

以上，根据实施例对本发明进行了说明。本发明并不只限于上述实施方式，本领域技术人员应当可以理解本发明能够进行各种设计变更或可以存在各种变形例，并且这种变形例也属于本发明的范围。

对有关一种实施方式而说明的各种特征也能够应用于其他实施方式。通过组合而产生的新一实施方式兼具所组合的实施方式各自的效果。

上述实施方式以阀单元分离型的脉冲管制冷机10为例进行了说明，但一种实施方式中，脉冲管制冷机的阀单元可以与冷头一体搭载。阀单元可以搭载于冷头的室温部，且在阀单元的周围设置有磁屏蔽件。由此，阀单元的马达可以配置于超导磁铁在高磁场区域产生0.8T以上且4.5T以下的高磁场时成为0.1T以下的低磁场的低磁场区域。即，可以在磁屏蔽件的内侧形成低磁场区域。

上述实施方式以GM方式的脉冲管制冷机10为例进行了说明，但一种实施方式中，超导磁铁冷却装置为了冷却超导磁铁，而可以具备斯特林方式的脉冲管制冷机或其他方式的脉冲管制冷机。并且，上述实施方式以二级式的脉冲管制冷机10为例进行了说明，但只要提供用于维持超导磁铁102的超导状态的适当的冷却，脉冲管制冷机10可以是单级式或者也可以是多级式(例如三级式)。

实施方式也能够示例性理解为如下。

超导磁铁冷却装置的特征在于，具备脉冲管制冷机，该脉冲管制冷机具备：冷却台，作为用于超导磁铁的冷却源；及蓄冷器，与所述冷却台相邻而固定设置且具有磁性蓄冷材料，所述冷却台配置于所述超导磁铁的附近，以使所述磁性蓄冷材料配置于通过所述超导磁铁的工作而成为0.8T以上且4.5T以下的高磁场的高磁场区域。

超导磁铁冷却装置可以还具备：低温恒温器，容纳所述超导磁铁及所述冷却台。

超导磁铁冷却装置可以还具备：防热罩，为了保护所述超导磁铁及所述冷却台免受热的影响而与所述超导磁铁及所述冷却台非接触配置。

超导磁铁冷却装置还可以具备：罩体冷却器，将所述防热罩冷却至比所述超导磁铁及所述冷却台高的冷却温度。

所述脉冲管制冷机可以如下：具备：脉冲管；压力切换阀，在所述脉冲管生成压力振动；及马达，驱动所述压力切换阀，所述马达配置于所述超导磁铁在所述高磁场区域产生所述高磁场时成为0.1T以下的低磁场的低磁场区域。

可以如下：所述冷却台及所述蓄冷器搭载于所述脉冲管制冷机的冷头，所述马达搭载于所述脉冲管制冷机的阀单元，所述阀单元远离所述冷头配置，以使所述马达配置于所述低磁场区域。

超导磁铁冷却装置可以还具备：液体制冷剂槽，将所述超导磁铁与液体制冷剂一起容纳，以使所述超导磁铁通过与液体制冷剂的接触而被冷却，所述冷却台将在所述液体制冷剂槽内气化的液体制冷剂再次冷凝。

所述冷却台可以为了冷却所述超导磁铁而直接或经由传热部件安装于所述超导磁铁。

Claims (6)

1.一种超导磁铁冷却装置，其特征在于，具备：

超导磁铁，在周围产生成为0.8T以上且4.5T以下的高磁场的高磁场区域；及脉冲管制冷机；

所述脉冲管制冷机具备：

冷头，其搭载有用作所述超导磁铁的冷却源的冷却台、与所述冷却台相邻而固定设置且在高温侧具有非磁性蓄冷材料并在低温侧具有磁性蓄冷材料的蓄冷器及脉冲管，

压力切换阀，在所述脉冲管生成压力振动，

马达，驱动所述压力切换阀，及

压缩机；

所述冷却台配置于所述超导磁铁的附近，以使所述磁性蓄冷材料配置于所述高磁场区域，

所述马达搭载于所述脉冲管制冷机的阀单元，并配置于所述超导磁铁在所述高磁场区域产生所述高磁场时成为0.1T以下的低磁场的低磁场区域。

2.根据权利要求1所述的超导磁铁冷却装置，其特征在于，

所述阀单元搭载于所述冷头的室温部，且在所述阀单元的周围设置有磁屏蔽件。

3.根据权利要求1所述的超导磁铁冷却装置，其特征在于，

所述压缩机、所述冷头及所述阀单元相互分离配置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的超导磁铁冷却装置，其特征在于，还具备：

液体制冷剂槽，将所述超导磁铁与液体制冷剂一起容纳，以使所述超导磁铁通过与液体制冷剂的接触而被冷却，所述冷却台将在所述液体制冷剂槽内气化的液体制冷剂再次冷凝。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的超导磁铁冷却装置，其特征在于，

所述冷却台为了冷却所述超导磁铁而直接或经由传热部件安装于所述超导磁铁。

6.一种使用脉冲管制冷机的超导磁铁冷却方法，其特征在于，

所述脉冲管制冷机具备：冷却台，用作超导磁铁的冷却源；蓄冷器，与所述冷却台相邻而固定设置且在高温侧具有非磁性蓄冷材料并在低温侧具有磁性蓄冷材料；脉冲管；压力切换阀，在所述脉冲管生成压力振动；马达，驱动所述压力切换阀；及压缩机；

所述冷却台及所述蓄冷器搭载于所述脉冲管制冷机的冷头，

所述马达搭载于所述脉冲管制冷机的阀单元，

所述方法包括以下步骤：

将所述冷却台配置于所述超导磁铁的附近，以使所述磁性蓄冷材料配置于通过所述超导磁铁的工作而成为0.8T以上且4.5T以下的高磁场的高磁场区域；

将所述马达配置于所述超导磁铁在所述高磁场区域产生所述高磁场时成为0.1T以下的低磁场的低磁场区域；及

将所述冷却台进行冷却，从而冷却所述超导磁铁。

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