JP2007194258A - 超伝導磁石装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超伝導磁石装置において、冷凍機を容易に着脱できる構造であって、冷凍機が停止しても、液体ヘリウムの消費量を少なく、被冷却物の冷却を長時間にわたって可能とすること。
【解決手段】超伝導磁石装置５０は、超伝導コイル３及びヘリウム２を収納した低温容器１、熱シールド１２、真空容器１４、冷凍機ポート４０、冷凍機ポート内に着脱可能に装着され、冷却部である第１ステージ５及び第２ステージ６を有する多段式冷凍機を備える。冷凍機ポート４０の一部を構成する高熱伝導体の第１伝熱部材１０を熱シールド１２に熱的に接続する。第１ステージ５に熱的に接続して装着た高熱伝導体の第２伝熱部材９を第１伝熱部材６に熱的に接続して着脱可能に接合する。冷凍機４が停止した際に蒸発するヘリウムガス２ｂを冷凍機ポート４０内を通して第１伝熱部材１０または第２伝熱部材９と熱交換させてから真空容器１４外に吐出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超伝導磁石装置に係り、特に冷凍機を備えたＭＲＩ用超伝導磁石装置に好適なものである。

従来の超電導マグネット装置として、特開２００５−５５００３号公報（特許文献１）に示されたものがある。この超電導マグネット装置は、超電導コイル及びこの超電導コイルを冷却する液体ヘリウムを収納した熱シールドと、この熱シールドを収納した真空容器と、この真空容器から熱シールドに至るスリーブと、このスリーブ内に着脱可能に装着され、熱シールドを冷却する１段目冷却シリンダと熱シールドを冷却する２段目冷却シリンダとを有する多段式冷凍機と、を備えて構成されている。

また、従来の冷却手段付きクライオスタットとして、特許第２９６１６１９号公報（特許文献２）に示されたものがある。この冷却手段付きクライオスタットは、超電導マグネット及びこの超電導マグネットを冷却する液体ヘリウムを収納した低温容器と、この低温容器を収納した第２の熱シールド筒と、この第２の熱シールド筒を収納した第１の熱シールド筒と、この第１の熱シールド筒を収納した真空容器と、この真空容器内の第１真空室と第１の熱シールド筒内の第２真空室とに連通する空間にまたがって設けられた気密隔壁と、この気密隔壁内に着脱可能に装着され、第１熱シールド筒を冷却する第１低温部と第２熱シールド筒を冷却する第２低温部とを有する多段式冷凍機と、を備えて構成されている。

特開２００５−５５００３号公報（図５） 特許第２９６１６１９号公報

特許文献１及び特許文献２には、冷凍機を装置から着脱することができることが開示されているものの、冷凍機の運転が停止した場合における被冷却物（超電導コイルまたは超電導マグネット）の冷却を長時間にわたって維持することについては開示されていない。特許文献１の超電導マグネット装置または特許文献２の冷却手段付きクライオスタットにおいて、冷凍機の運転が停止すると、外部からの熱侵入により熱シールド内の液体ヘリウムまたは低温容器内の液体ヘリウムが蒸発するので、この蒸発したヘリウムガスを外部に放出して熱シールド内の圧力または低温容器内の圧力の上昇を防ぐことが必要である。このヘリウムガスを単に放出すると高価な寒剤であるヘリウムの消費が著しく多くなってしまうと共に、外部からの熱侵入によって液体ヘリウムの温度が急激に上昇して被冷却物の冷却が短時間で行えなくなってしまう、という問題が生ずる。特に、病院で臨床用に使用されるＭＲＩ用超伝導磁石装置の場合には、冷凍機が一定の期間停止した場合でも超伝導磁石装置がクエンチしないことが切望されている。

本発明の目的は、冷凍機を容易に着脱できる構造であって、冷凍機が停止しても、液体ヘリウムの消費量を少なくできると共に、被冷却物の冷却を長時間にわたって可能とする超伝導磁石装置を提供することにある。

前述の目的を達成するために、本発明は、超伝導コイル及びこの超伝導コイルを冷却するヘリウムを収納した低温容器と、前記低温容器を収納した熱シールドと、前記熱シールドを収納した真空容器と、前記真空容器から前記熱シールドを貫通して前記低温容器に至る冷凍機ポートと、前記冷凍機ポート内に着脱可能に装着され、前記熱シールドを冷却する第１ステージと前記ヘリウムを冷却する第２ステージとを有する多段式冷凍機と、を備えた超伝導磁石装置であって、前記冷凍機ポートに高熱伝導体で形成された第１伝熱部材を有すると共に、この第１伝熱部材を前記熱シールドに熱的に接続し、前記多段式冷凍機の第１ステージに高熱伝導体で形成された第２伝熱部材を熱的に接続して装着すると共に、この第２伝熱部材を前記第１伝熱部材に着脱可能に接合し、前記多段式冷凍機が停止した際に当該低温容器内で蒸発するヘリウムガスを前記冷凍機ポート内を通して前記第１伝熱部材または前記第２伝熱部材と熱交換させてから前記真空容器外に吐出するようにしたことにある。

係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記第１伝熱部材の内周面に凹テーパ面を形成し、前記第２伝熱部材の外周面に凸テーパ面を形成し、前記第２伝熱部材の凸テーパ面を前記第１伝熱部材の凹テーパ面に嵌合して前記第２伝熱部材を前記第１伝熱部材に着脱可能としたこと。
（２）前記真空容器を低熱伝導率のステンレス鋼で構成し、前記冷凍機ポートを異材継手と伸縮自在のベローズとから構成し、前記異材継手の一方を高熱伝導率の銅またはアルミニウムなどの前記第１伝熱部材で構成すると共に、前記異材継手の他方を低熱伝導率のステンレス鋼の低熱伝導部材で構成し、前記ベローズをステンレス鋼製として前記低熱伝導部材と前記真空容器とを繋ぐように設けたこと。
（３）前記多段式冷凍機が停止した際に前記低温容器内で蒸発するヘリウムガスを前記冷凍機ポート内の一側から導いて前記第２伝熱部材及び前記第１ステージを冷却するガス流路を前記第１ステージに対する前記第２伝熱部材の装着面に形成したこと。
（４）前記ガス流路を前記第１ステージの外周面に巻回するように螺旋状の溝で形成したこと。
（５）前記多段式冷凍機が停止した際に前記低温容器内で蒸発するヘリウムガスを前記冷凍機ポート内の一側から導いて前記第１伝熱部材または前記第２伝熱部材を冷却するガス流路を前記第１伝熱部材または前記第２伝熱部材の内部を貫通するように形成したこと。
（６）前記多段式冷凍機が停止した際に前記低温容器内で蒸発するヘリウムガスを前記冷凍機ポート内の一側から導いて前記第２伝熱部材を冷却するガス流路を前記第２伝熱部材の外周面に巻回するように螺旋状に形成したこと。
（７）前記ガス流路を通ったヘリウムガスを前記熱シールドと熱交換させてから前記真空容器を貫通させて大気中で逆止弁と接続したこと。
（８）前記多段式冷凍機と前記冷凍機ポートとの間に形成される空間に多孔質ポリマーを設置したこと。
（９）前記超伝導コイルはＭＲＩ用超伝導コイルであり、前記低温容器内に格納されたヘリウムは気液２相の気体ヘリウムと液体ヘリウムとからなり、前記ＭＲＩ用超伝導コイルを前記液体ヘリウムに浸漬したこと。

本発明によれば、冷凍機を容易に着脱できる構造であって、冷凍機が停止しても、液体ヘリウム２ａの消費量を少なくできると共に、被冷却物の冷却を長時間にわたって可能とする超伝導磁石装置を提供することができる。

以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。なお、本発明は、それぞれの実施形態を適宜に組み合わせることにより、さらに効果的なものとすることができる。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の超伝導磁石装置を図１から図３を用いて説明する。図１は本発明の第１実施形態の超伝導磁石装置の要部断面図、図２は図１の第１ステージ及び第２伝熱部材を示す図、図３は図１の超伝導磁石装置の全体斜視図である。本実施形態では、病院で臨床用に使用されるＭＲＩ用超伝導磁石装置の例である。

超伝導磁石装置５０は、低温容器１、熱シールド１２、真空容器１４、冷凍機ポート４０、冷凍機４、熱交換器７、冷却ガス管１６、逆止弁１７を主な構成要素として備えて構成されている。

低温容器１は、ＭＲＩにおける超伝導コイル３と、この超伝導コイル３を冷却する寒剤であるヘリウム２とを収納するものであり、ステンレス鋼で形成されている。ヘリウム２は、超伝導コイル３を浸漬して冷却する液体寒剤である液体ヘリウム２ａと、寒剤ガスであるヘリウムガス２ｂとの気液２相で構成されている。ヘリウムガス２ｂは、安全上の観点（低温容器１内圧力の過剰な上昇の抑制）から、その低温容器１の自由空間の一部に形成されるものであり、液体ヘリウム２ａが蒸発することなどによって形成される。

熱シールド１２は、外部の熱が低温容器１に侵入することを抑制するためのものであり、低温容器１を収納するように設置されている。この熱シールド１２は、低温容器１の温度と真空容器１４の温度との中間の温度に冷却されると共に、低温容器１との間の空間を真空に保持している。この熱シールド１２の外周には積層断熱材１３が設置されている。この積層断熱材１３は室温の真空容器１４からの輻射熱を遮蔽するものである。

真空容器１４は、外部の熱が熱シールド１２、低温容器１に侵入することを抑制するためのものであり、低熱伝導率のステンレス鋼で構成して熱シールド１２を収納するように設置されている。この真空容器１４は、大気に接して配置されると共に、熱シールド１２との間の空間を真空に保持している。

冷凍機ポート４０は、冷凍機４の冷却部を真空容器１４内に挿入するためのものであり、真空容器１４から熱シールド１２を貫通して低温容器１に至る筒状の部材で構成されている。この冷凍機ポート４０は、その一側が低温容器１の開口を通して低温容器１内に連通されていると共に、その他側が真空容器１の開口を通して大気側に開放されている。この真空容器１の開口は冷凍機４により閉鎖されている。冷凍機ポート４０内の一側の空間はヘリウムガス２ｂで満たされている。冷凍機ポート４０の一側端部は低温容器１に接続され、冷凍機ポート４０の他側端部は真空容器１４に接続されている。

冷凍機４は、多段式冷凍機で構成されており、冷凍機ポート４０内に冷凍機冷却部が挿入され、真空容器１４に着脱可能に装着されている。冷凍機４は、熱シールド１２を冷却する冷却部である第１ステージ５と、ヘリウム２を冷却する冷却部である第２ステージ６とを有しており、本実施形態では２段式冷凍機である。冷凍機４の冷凍性能は、第１ステージ５の温度が６０Ｋのとき６０Ｗ、第２ステージ６の温度が４Ｋのとき１Ｗ程度以上の性能が望ましい。

熱交換器７は、低温容器１内に配置され、冷凍機４の第２ステージ６に、高熱伝導率で柔軟性に富んだインジューム箔８を介して熱的に接続されている。これによって、熱交換器７は第２ステージ６で４Ｋに冷却される。熱交換器７は、図示状態ではヘリウムガス２ｂ中に位置されており、低温容器１内で蒸発したヘリウムガス２ｂを凝縮させて液化し、液体ヘリウム２ａを冷却する。なお、熱交換器７の端部が液体ヘリウム２ａ中にあるときは自然対流によって液体ヘリウム２ａを冷却することが可能である。

冷却ガス管１６は、冷凍機ポート４０内のヘリウムガス２ｂを真空容器１４の外部に導くための配管である。冷却ガス管１６の一側端部は冷凍機ポート４０の穴１５ａに連通され、他側端部は真空容器１４の外部に開放されている。この冷却ガス管１６の途中部分は熱シールド１２に熱的に接続され、冷却ガス管１６を通って外部に導かれるヘリウムガス２ｂにより熱シールド１２を冷却可能としている。

逆止弁１７は、真空容器１４の外部に位置する冷却ガス管１６の出口部に設置され、低温容器１内の圧力が所定圧力以上に上昇すると開路されるように構成されている。即ち、低温容器１内の圧力が上昇して冷凍機ポート４０及び冷却ガス管１６内の圧力が上昇し、逆止弁１７の冷凍機ポート４０側が大気側よりも所定圧力以上に上昇すると、逆止弁１７は自動的に開路されて低温容器１内のヘリウムガス２ｂは冷凍機ポート４０及び冷却ガス管１６内を通って大気中に放出される。逆止弁１７の冷凍機ポート４０側が大気側よりも所定圧力以下に低下すると、逆止弁１７は自動的に閉路されてヘリウムガス２ｂの放出が停止される。

換言すれば、低温容器１の内部の圧力は冷凍機４の性能が侵入熱をはるかに上回る場合に負圧となり、大気が低温容器１内に逆流してくる。これを防止する逆止弁１７がヘリウムガス２ｂの吐出部に接続されている。低温容器１の内圧が負圧になると逆止弁１７が閉じ、大気は流れなくなるが、低温容器１の内圧が正圧の場合、逆止弁１７が開き低温容器１内のヘリウムガス２ｂが大気中に流れる。

上述した冷凍機ポート４０は、材質の異なる異材継手４１と、伸縮自在のベローズ１５とから構成されている。ベローズ１５は異材継手４１の軸方向両側から延びるように設けられている。

異材継手４１は、高熱伝導率の銅またはアルミニウムなどで形成された第１伝熱部材１０と、低熱伝導率のステンレス鋼などで形成された低熱伝導部材１１とを一体に接続して構成されている。第１伝熱部材１０は、第２伝熱部材９から熱シールド１２への熱伝達する機能を備えており、そのために高熱伝導体で形成されている。

ベローズ１５は、低熱伝導率のステンレス鋼などで形成され、第１伝熱部材１０と、低温容器１及び真空容器１４との間を低熱伝導部材１１と共に繋ぐように設けられている。ベローズ１５及び低熱伝導部材１１は第１伝熱部材１０と低温容器１及び真空容器１４との間における熱伝導が少ないことが求められており、そのために低熱伝導体で形成されている。

異材継手４１の両端はステンレス鋼であるため、異材継手４１と真空容器１４との接合、及び、異材継手４１と低温容器１との接合はいずれもＴＩＧ溶接ができる。なお、本実施形態では、第１ステージ５と真空容器１４および低温容器１との位置が離れているため、異材継手４１と真空容器１４、及び、異材継手４１と低温容器１の間にステンレス鋼のベローズ１５を接続している。ベローズ１５の代わりにステンレス製の管を接続してもよい。

第１伝熱部材１０は熱シールド側の端部から外側に突出するフランジ部１０ａを有している。このフランジ部１０ａは熱シールド１２に熱的に接続されている。また、第１伝熱部材１０は第１ステージ側の端部から内側に突出するフランジ部１０ｂを有している。フランジ部１０ｂの内周面は凹テーパ面１０ｃに形成されている。低熱伝導部材１１は第１伝熱部材１０の両側とベローズ１５とを繋ぐためのものである。ベローズ１５は、冷凍機４が冷えて熱収縮が起きたときでも凹テーパ面１０ｃと凸テーパ面９ｂとの密着を保持するために収縮自在となっている。なお、異材継手４１と真空容器１４間に復元力を持たせるためのバネを設けるようにしても良い。

冷凍機１の第１ステージ５には、図１及び図２に示すように、高熱伝導体で形成された第２伝熱部材９が熱的に接続して装着されている。この第２伝熱部材９は第１伝熱部材１０に熱的に接続して着脱可能に接合される。これによって、冷凍機４が故障した場合などに、冷凍機４を取外して修理することができる。

この接合は、具体的には、第２伝熱部材９の外周面に凹テーパ面１０ｃの傾斜面と合致する傾斜面である凸テーパ面９ｂが形成され、この第２伝熱部材９の凸テーパ面９ｂが第１伝熱部材９の凹テーパ面１０ｃに嵌合することにより行われる。これによって、冷凍機４の着脱を容易にしつつ、凹テーパ面１０ｃと凸テーパ面９ｂとの伝熱面積の増大及び良好な熱的接触が図れる。凹テーパ面１０ｃと凸テーパ面９ｂとの接触部の隙間には高熱伝導率のヘリウムガス２ｂが介在していること、その隙間が微少であることから、凹テーパ面１０ｃと凸テーパ面９ｂとが接触さえしていれば接触面圧によらず一定の熱抵抗値が得られ、第２伝熱部材９と第１伝熱部材１０との間の熱抵抗を０．１Ｋ／Ｗ以下に小さくすることができる。従って、何回、着脱しても安定した冷却性能が得られる効果がある。

なお、嵌合された第２伝熱部材９と第１伝熱部材１０とにより、冷凍機ポート４０内が２つの空間に区画されることとなり、後述するガス流路１８により一側の空間から他側の空間へのヘリウムガス２ｂの流れを作り出せるようになっている。

第１ステージ５に対する第２伝熱部材９の装着面には、冷凍機４が停止した際に、低温容器１内で蒸発するヘリウムガス２ｂを冷凍機ポート４０内の一側（図１の下側）から導いて第２伝熱部材９及び第１ステージ５を冷却して冷凍機ポート４０内の他側（図１の上側）へ流出するガス流路１８が形成されている。このガス流路１８は第１ステージ５の外周面に巻回するように螺旋状の溝で形成されている。

冷凍機ポート４の第１伝熱部材１０、低熱伝導部材１１、ベローズ１５、第２伝熱部材９、第１ステージ５、第２ステージ６は、何れも円筒状に形成され、同心に配置されている。

超伝導磁石装置５０は、図５に示すように、真空容器１４が上部真空容器２６と下部真空容器２７に分離された構成となっている。患者はこの上下真空容器２６、２７の間に入るようにできている。このような構成により、患者がこの中に入ったとき、閉塞感が少ないので患者の負担が軽減できる特長がある。なお、２８は液体ヘリウム２ａ及び超伝導コイル３に電流を供給するサービスポートである。

通常の冷凍機４が動作中においては、冷凍機４の第１ステージ５及び第２ステージ６の冷熱によって熱シールド１２及び熱交換器７が冷却され、熱シールド１２の温度が６０Ｋ以下に冷却されると共に、熱交換器７が４Ｋ程度に冷却されて熱交換器７の表面ではヘリウムガス２ｂが凝縮され液化される。このため、冷凍機運転中はヘリウム液が消費することなく安定して超伝導磁石装置を運転することができる。

そして、停電等によって冷凍機４の運転が停止すると、冷凍機４の第１ステージ５および第２ステージ６の冷却能力がなくなり、また、熱シールド１２の温度も上昇する。このため、低温容器１からの輻射熱や、熱シールド１２と低温容器１とを連結する荷重支持体等からの伝導熱が増加する。また、真空容器１４から冷凍機４の第１ステージ５及び第１ステージ５から第２ステージ６への伝導熱よって低温容器１への侵入熱が増大する。これらによって、低温容器１内の圧力が上昇し、逆止弁１７が開くので、低温容器１内の上部の蒸発した４Ｋの冷たいヘリウムガス２ｂは図１及び図２の矢印の方向に流れ、大気に放出される。

即ち、低温容器１内の上部の蒸発したヘリウムガス２ｂは、冷凍機ポート４０の一側空間内に入り、矢印６１のように流れて第２ステージ６を顕熱で冷却した後、ガス流路１８内に流入する。ガス流路１８内に流入したヘリウムガス２ｂは、矢印６２に示すように、螺旋状に形成される溝内を通って高熱伝導体の第２伝熱部材９と広い接触面積で熱交換して第２伝熱部材９を顕熱で冷却する。第２伝熱部材９と接触している高熱伝導体の第１伝熱部材１０も熱伝導及び固体間の接触によって冷却される。冷却された第１伝熱部材１０は熱シールド１２に熱的に接続されているので、熱シールド１２が冷却されることとなり、熱シールド１２の機能（即ち、外部の熱が低温容器１に侵入することを抑制する機能）が保持される。

ガス流路１８を通ったヘリウムガス２ｂは、冷凍機ポート４０の他側空間内に入り、矢印６３のように流れ、冷凍機ポート４０の穴１５ａを通って冷却ガス管１６に流入する。この冷却ガス管１６は熱シールド１２に熱的に接続されているので、ヘリウムガス２ｂが矢印６４のように冷却ガス管１６を通る際に、熱シールド１２もヘリウムガス２ｂの顕熱で冷却される。ちなみに、ヘリウム２の液界面のガス温度は４．５Ｋである。また、熱シールド１２の温度は４０Ｋから６０Ｋとガス温度より高いため、顕熱による冷却熱量は大きい。そして、冷却ガス管１６を通ったヘリウムガス２ｂは、逆止弁１７を経て矢印６５のように大気中に放出される。

このように、冷凍機１が停止したとき、冷凍機１の冷却部である第１ステージ５及び第２ステージ６と熱シールド１２とが冷却されるので、液体ヘリウム２ａへの侵入熱量が増加するのを低減でき、これによって液体ヘリウム２ａの消費量を少なくできると共に、被冷却物である超伝導コイル３の冷却を長時間にわたって可能とする。従って、冷凍機１の停止時に長時間にわたってクエンチなしでＭＲＩ用超伝導磁石装置を運転することができる。

なお、ヘリウムガス２ｂの粘性は低温になるほど小さく、密度は低温になるほど大きくなり、動粘性係数は温度が低いほど小さい。このため、圧損は、同じ形状では、低温の方が小さくなる。伝熱面積を稼ぐため、流路断面積を小さくし、流路長さを長くしても１０Ｋ以下の低温ではあまり問題にならない。従って、細い流路を持つガス流路１８は冷却性能を高くできるので、冷凍機の第１ステージ温度５を下げる効果がある。また、第２ステージ６への侵入熱量は、第１ステージ５の温度に依存している。液体ヘリウム２ａの液面に近い第２ステージ６の温度を低温に維持するためには、第１ステージ５の温度を下げることが有効な手段である。また、第２ステージ６から液体ヘリウム２ａへの侵入熱量も少なくできる効果がある。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の超伝導磁石装置について図４を用いて説明する。図４は本発明の第２実施形態の超伝導磁石装置の要部断面図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第２実施形態では、第１伝熱部材１０にガス流路１９が設けられ、第１実施形態のガス流路１８が第２伝熱部材９に設けられていることと相違している。また、このガス流路１９は、ストレートで細い円形の穴で形成されており、その本数が多数で構成されている点でも第１実施形態と相違している。

この第２実施形態によれば、ガス流路１９によって熱シールド１２及び第１ステージ５を冷却する機能を備えていると共に、ヘリウムガス２ｂで第１伝熱部材１０を直接冷却する構成であるため、熱シールド１２の冷却を優先的に冷却する場合に有効である。

また、この第２実施形態では、輻射熱を遮蔽するための遮蔽板２０とその遮蔽板２０を支持固定する支持棒２１とを冷凍機ポート４０のそれぞれの空間内に設置している。これによって、冷凍機４０内を通しての輻射熱の進入を低減することができ、特に冷凍機４の運転停止時に有効である。なお、冷凍機ポート４０の一側の支持棒２１は第２伝熱部材９を利用して固定されている。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態の超伝導磁石装置について図５を用いて説明する。図５は本発明の第３実施形態の超伝導磁石装置の要部断面図である。この第３実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第３実施形態では、第１伝熱部材１０の外周に高熱伝導のパイプによるガス流路２４を設けたものである。このガス流路２４の一側は第１伝熱部材１０を貫通する穴１０ｄに連通され、他側は冷却ガス管１６に直接連通するように接続されている。穴１０ｄは冷凍機ポート４０の一側空間に開口されている。

この第３実施形態によれば、ガス流路２４によって熱シールド１２及び第１ステージ５を冷却する機能を備えていると共に、ヘリウムガス２ｂで第１伝熱部材１０を直接冷却して第１伝熱部材１０を通して熱シールド１２冷却し、しかもガス流路２４からヘリウムガス２ｂを冷却ガス管１６に直接導いて熱シールド１２を冷却する構成であるため、熱シールド１２の冷却を特に優先的に冷却する場合に有効である。

また、この第３実施形態では、室温と第１ステージの間で且つ冷凍機４の外周のヘリウムガス２ｂの空間に多孔質ポリマー２５が設置されていると共に、第１ステージ５と第２ステージ６との間に多孔質ポリマー２５が設置されている。この多孔質ポリマー２５は高分子材料であり、熱伝導率が通常のポリマーより小さい。このような多孔質ポリマー２５はヘリウムガス２ｂの対流抑制効果があり、対流による侵入熱量が軽減できる。また、第１ステージ５と第２ステージ６間に設置された多孔質ポリマー２５は冷凍機ポート４０内における流路断面積が小さくするので、冷凍機４の運転停止時におけるヘリウムガス２ｂの流速を速くすることができ、第２ステージ６と第１ステージ５との間のベローズ１５及び多孔質ポリマー２５との熱伝導率を向上することができ、これらのベローズ１５及び多孔質ポリマー２５の温度を下げることができるので侵入熱をさらに小さくできる。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態の超伝導磁石装置について図６を用いて説明する。図６は本発明の第４実施形態の超伝導磁石装置の全体斜視図である。この第４実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第４実施形態の超伝導磁石装置５０は、円筒形の超電導コイルを水平にしたＭＲＩ用超伝導磁石装置である。患者が水平中空円筒２９内に入るようにできている。この場合、これまでと超伝導コイルの向きは変わっているが、これまで述べてきた冷凍機４の第１ステージ周りの冷却構造は同じにできる、従って、本冷却構造は、円筒型超伝導コイルを２個上下に並べたＭＲＩ用超伝導磁石装置および円筒型超電導コイルを水平にしたＭＲＩ用超伝導コイルの両方とも使用可能である。

本発明の第１実施形態の超伝導磁石装置の要部断面図である。 第１ステージ及び第２伝熱部材を示す図である。 図１の超伝導磁石装置の全体斜視図である。 本発明の第２実施形態の超伝導磁石装置の要部断面図である。 本発明の第３実施形態の超伝導磁石装置の要部断面図である。 本発明の第４実施形態の超伝導磁石装置の全体斜視図である。

符号の説明

１…低温容器、２…ヘリウム、２ａ…液体ヘリウム、２ｂ…ヘリウムガス、３…超伝導コイル（被冷却物）、４…冷凍機、５…第１ステージ、６…第２ステージ、７…熱交換器、９…第２伝熱部材、１０…第１伝熱部材、１０ａ…フランジ部、１０ｂ…フランジ部、１０ｃ…凹テーパ面、１１…低熱伝導部材、１２…熱シールド、１４…真空容器、１５…ベローズ、１６…冷却ガス管、１７…逆止弁、１８、１９、２３、２４…ガス流路、２５…多孔質ポリマー、４０…冷凍機ポート、５０…超伝導磁石装置、６１〜６５…ヘリウムガスの流れ方向。

Claims (10)

1. 超伝導コイル及びこの超伝導コイルを冷却するヘリウムを収納した低温容器と、
   前記低温容器を収納した熱シールドと、
   前記熱シールドを収納した真空容器と、
   前記真空容器から前記熱シールドを貫通して前記低温容器に至る冷凍機ポートと、
   前記冷凍機ポート内に着脱可能に装着され、前記熱シールドを冷却する第１ステージと前記ヘリウムを冷却する第２ステージとを有する多段式冷凍機と、を備えた超伝導磁石装置であって、
   前記冷凍機ポートに高熱伝導体で形成された第１伝熱部材を有すると共に、この第１伝熱部材を前記熱シールドに熱的に接続し、
   前記多段式冷凍機の第１ステージに高熱伝導体で形成された第２伝熱部材を熱的に接続して装着すると共に、この第２伝熱部材を前記第１伝熱部材に着脱可能に接合し、
   前記多段式冷凍機が停止した際に当該低温容器内で蒸発するヘリウムガスを前記冷凍機ポート内を通して前記第１伝熱部材または前記第２伝熱部材と熱交換させてから前記真空容器外に吐出するようにしたこと、
   を特徴とする超伝導磁石装置。
2. 請求項１に記載の超伝導磁石装置において、前記第１伝熱部材の内周面に凹テーパ面を形成し、前記第２伝熱部材の外周面に凸テーパ面を形成し、前記第２伝熱部材の凸テーパ面を前記第１伝熱部材の凹テーパ面に嵌合して前記第２伝熱部材を前記第１伝熱部材に着脱可能としたこと、を特徴とする超伝導磁石装置。
3. 請求項２に記載の超伝導磁石装置において、前記真空容器を低熱伝導率のステンレス鋼で構成し、前記冷凍機ポートを異材継手と伸縮自在のベローズとから構成し、前記異材継手の一方を高熱伝導率の銅またはアルミニウムなどの前記第１伝熱部材で構成すると共に、前記異材継手の他方を低熱伝導率のステンレス鋼の低熱伝導部材で構成し、前記ベローズをステンレス鋼製として前記低熱伝導部材と前記真空容器とを繋ぐように設けたこと、を特徴とする超伝導磁石装置。
4. 請求項１または２に記載の超伝導磁石装置において、前記多段式冷凍機が停止した際に前記低温容器内で蒸発するヘリウムガスを前記冷凍機ポート内の一側から導いて前記第２伝熱部材及び前記第１ステージを冷却するガス流路を前記第１ステージに対する前記第２伝熱部材の装着面に形成したこと、を特徴とする超伝導磁石装置。
5. 請求項４に記載の超伝導磁石装置において、前記ガス流路を前記第１ステージの外周面に巻回するように螺旋状の溝で形成したこと、を特徴とする超伝導磁石装置。
6. 請求項１または２に記載の超伝導磁石装置において、前記多段式冷凍機が停止した際に前記低温容器内で蒸発するヘリウムガスを前記冷凍機ポート内の一側から導いて前記第１伝熱部材または前記第２伝熱部材を冷却するガス流路を前記第１伝熱部材または前記第２伝熱部材の内部を貫通するように形成したこと、を特徴とする超伝導磁石装置。
7. 請求項１または２に記載の超伝導磁石装置において、前記多段式冷凍機が停止した際に前記低温容器内で蒸発するヘリウムガスを前記冷凍機ポート内の一側から導いて前記第２伝熱部材を冷却するガス流路を前記第２伝熱部材の外周面に巻回するように螺旋状に形成したこと、を特徴とする超伝導磁石装置。
8. 請求項４から７の何れかに記載の超伝導磁石装置において、前記ガス流路を通ったヘリウムガスを前記熱シールドと熱交換させてから前記真空容器を貫通させて大気中で逆止弁と接続したこと、を特徴とする超伝導磁石装置。
9. 請求項１から８の何れかに記載の超伝導磁石装置において、前記多段式冷凍機と前記冷凍機ポートとの間に形成される空間に多孔質ポリマーを設置したこと、を特徴とする超伝導磁石装置。
10. 請求項１から９の何れかに記載の超伝導磁石装置において、前記超伝導コイルはＭＲＩ用超伝導コイルであり、前記低温容器内に格納されたヘリウムは気液２相の気体ヘリウムと液体ヘリウムとからなり、前記ＭＲＩ用超伝導コイルを前記液体ヘリウムに浸漬したこと、を特徴とする超伝導磁石装置。
    

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