JP2978575B2 - 超電導装置 - Google Patents

超電導装置

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JP2978575B2
JP2978575B2 JP5631891A JP5631891A JP2978575B2 JP 2978575 B2 JP2978575 B2 JP 2978575B2 JP 5631891 A JP5631891 A JP 5631891A JP 5631891 A JP5631891 A JP 5631891A JP 2978575 B2 JP2978575 B2 JP 2978575B2
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    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
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    • G01R33/421—Screening of main or gradient magnetic field

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超電導装置に係り、例え
ばグラジェントコイルを用いパルス変動磁場を発生させ
る核磁気共鳴装置、負荷電流の変化により、変動磁場の
発生する超電導発電機，超電導変圧器や超電導エネルギ
ー貯蔵装置、あるいはシールド板まわりの相対変位によ
り、相互インダクタンスの変化するような機械振動を受
ける超電導磁石装置等に好適な超電導装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の超電導装置において、変動磁場に
より熱シールド板に発生する渦電流を抑制する技術が特
開昭64−59910 号公報に開示されている。
【０００３】この技術は、ＭＲＩ−ＣＴ装置を例にあ
げ、超電導マグネット用低温容器の内筒に設けられ、変
動磁界を発生させるグラジェントコイルをパルス的に作
動させる時、前記低温容器の周囲を覆っている熱シール
ド板の内筒側に誘起される渦電流を抑制して被写体断層
像への歪みを少なくしようと、銅やアルミニウム等の熱
伝導の良い材料からなる熱シールド板の内筒側を冷却媒
体槽の周方向に凹凸を有する筒体で構成して周長を長く
し、その分渦電流が流れる方向の電気抵抗を大きくし、
渦電流を低減させようとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術の様な熱シールド板に凹凸を付与して展開長を増加
させ、及び薄板化による抵抗の増分では渦電流を抑制す
るに不十分である。
【０００５】即ち、例えば、周長を２倍、板厚を１／２
にしても、電気抵抗は４倍にしか増えない。この場合
は、渦電流による発熱は冷却媒体への熱侵入量を増大さ
せ、更に、渦電流の減衰時間が長引くと、渦電流により
生ずる磁場エコーが被写体断層像への歪として現われる
ため、渦電流が減衰するのを待つ必要があり、撮像間隔
が長くなり、単位時間内での撮像の出力枚数が減ること
になる。
【０００６】また、機械振動を連続的に受ける、例えば
船舶等のような場所に設置される超電導磁石を例に考え
れば、機械振動により熱シールド板まわりの相対変化が
出て、相互インダクタンスが変化し、渦電流が発生す
る。機械振動が連続的であれば、渦電流による発熱も連
続的であり、冷却媒体への熱侵入量が増大してしまう。
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とす
るところは、変動磁場があったり、相互インダクタンス
の変化するような機械振動を受けても熱シールド効果を
損うことなく渦電流を低減することのできる超電導装
置、及びそれに採用される熱シールド板の製作方法を提
供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は超電導コイルが
冷却媒体中に浸漬されるコイル容器の周囲を覆う熱シー
ルド板として、電気抵抗の高い領域にステンレス鋼等の
非磁性材、又はＥＲＰ等の樹脂板を用い、熱伝導の高い
領域にアルミニウム、又は銅等の部材を用い、これ等を
交互に周方向に、又必要に応じ軸方向にも交互に構成す
るようにしたものである。
【０００８】即ち、アルミニウムとステンレス鋼の電気
抵抗と熱伝導度の定数は大略下記の表１の通りである。
【０００９】
【表１】
【００１０】（表１中の単位，抵抗…μΩ−cm，熱伝導
度ｃａｌ／cm2／sec／℃／cm）上記表１より、電気抵抗
を高くする部分にステンレス鋼を用い、熱伝導度を高く
する部分にアルミニウムを用いれば理想とする熱シール
ド板が得られることが分かる。
【００１１】更に、本発明では上記熱シールド板を電気
抵抗の高い部材と熱伝導の高い部材を圧延、又は爆着す
ることで両者のクラッド板を作り、該クラッド板の熱伝
導の高い部材を残すところを部分的にマスキングし、他
の部分を化学的に腐蝕液中でエッチング除去して、電気
抵抗の高い部材上に熱伝導の高い部材を所定間隔をもっ
て残すようにして製作したものである。
【００１２】
【作用】上記本発明の超電導装置における熱シールド板
の構成にすれば、例えばＭＲＩ−ＣＴでは、グラジェン
トコイルのパルス的な作動により熱シールド板の周方向
に渦電流が流れるが、この渦電流を電気抵抗の高い領域
で十分に抑制できる。
【００１３】又、主として電気抵抗の高い領域に発生し
た渦電流損による熱は、交互に配置された熱伝導の高い
領域に伝達され、熱シールド板の軸方向に沿って流れ、
熱シールド冷却用冷媒へと伝達されることになる。
【００１４】
【実施例】以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳
細に説明する。
【００１５】図１に本発明の超電導装置の一実施例の概
略構成を示す。
【００１６】該図において、１は超電導コイルで、この
超電導コイル１は、冷媒２を満したコイル容器３の中に
浸漬されている。このコイル容器３の外周側を覆う形で
300Ｋに維持されている第１熱シールド板４が、コイル
容器３の内周側を覆う形で７８Ｋに維持されている第２
熱シールド板１４が設けられており、これ等全体を真空
容器５内に収容している。
【００１７】そして、本実施例では上記第２熱シールド
板１４は、電気抵抗の高い領域14ａと熱伝導の高い領域
１４ｂとが周方向に交互に構成されている。
【００１８】このような本実施例の構成とすることによ
り、周方向の電気抵抗は、その高い領域１４ａの部分で
十分高い値に抑え、又、熱伝導は、軸方向にその高い領
域１４ｂの部分で伝達することができる。
【００１９】従って、変動磁場があったり、相互インダ
クタンスの変化するような機械振動を受けても、熱シー
ルド効果を損うことなく渦電流を低減することができ
る。
【００２０】図２は、図１における第２熱シールド板１
４の横断面を示したもので、上述した電気抵抗の高い領
域１４ａにステンレス鋼，オーステナイト系超合金，チ
タン、又はジルコニウム等の非磁性材を用い、熱伝導の
高い領域１４ｂにはアルミニウム、又は銅等を用い、こ
れ等を交互に接合して熱シールド板を構成している。こ
れ等の接合方法としては、例えばステンレス鋼とアルミ
ニウムの接合に、チタン等のインサートメタルを入れ拡
散接合する等の方法がとられる。
【００２１】本実施例によれば、第２熱シールド板１４
の板厚を、電気抵抗の高い部材14ａ、又は熱伝導の高い
部材１４ｂより厚くなることはなく、第２熱シールド板
１４を空間スペース上薄くしたい場合用法には、スペー
ス的に余裕を生む効果がある。
【００２２】図３は、図１における第２熱シールド板１
４の他の実施例の横断面を示したもので、電気抵抗の高
い部材１４ａを全周に配置し、この上に熱伝導の高い部
材４ｂを重ねた構成としたものである。電気抵抗の高い
部材１４ａ、及び熱伝導の高い部材１４ｂの材質は、前
記図２の説明で示したものと同様の材料である。
【００２３】電気抵抗の高い部材１４ａと熱伝導の高い
部材１４ｂを重ね合わせる方法の一例としては、先ずス
テンレス鋼とアルミニウムのクラッド板を圧延、又は爆
着等の方法で作り、このクラッド板を、アルミニウムを
残すところを部分的にマスキングし、他の部分を化学的
に腐蝕液中でエッチング除去して、電気抵抗の高い部材
１４ａの上に、熱伝導の高い部分１４ｂを残す方法があ
る。
【００２４】この他、電気抵抗の高い部材１４ａの上に
必要な部分のみ熱伝導の高い部材１４ｂを重ね、これら
両者を爆着、または高温高圧の静圧で接合する等の方法
でも作られる。
【００２５】又、電気抵抗の高い部材１４ａとしては、
ＥＲＰ等の樹脂板を用い、この上に熱伝導の高い部材１
４ｂを重ね貼り合わせる構成としてもよい。
【００２６】この場合、電気抵抗の高い部材１４ａのＦ
ＲＰの内外周には輻射率を上げるために薄いアルミ等を
蒸着するとよい。
【００２７】図４に本発明の超電導装置に採用される第
２熱シールド板の他の構成を示す。該図に示す例は、電
気抵抗の高い領域１４ａと熱伝導の高い領域１４ｂを、
超電導コイルの周方向と軸方向に交互に配置して第２熱
シールド板を構成したものである。
【００２８】電気抵抗の高い領域１４ａと熱伝導の高い
領域１４ｂを両方向に交互に構成する方法としては、前
述した図２、または図３の構造が可能である。
【００２９】本実施例の構成では、熱伝導の高い部材１
４ｂを周方向に接ぐ場合は、熱伝導の高い部材１４ｂ
を、周方向の電気抵抗を小さくしないような幅と厚みを
選定する必要がある。
【００３０】本実施例によれば、熱シールド板の面全体
の温度分布を比較的均一にならす効果がある。
【００３１】図５に本発明の他の実施例を示す。
【００３２】本実施例では、電気抵抗の高い部材１４ａ
の上に配置された熱伝導の高い部材１４ｂの部分を中空
として、この中空部分に冷媒６を流すようにしたもので
ある。
【００３３】この実施例では、熱シールド板の冷却効果
をさらに高める効果がある。
【００３４】図６は、本発明の他の実施例を示すもの
で、図１と同一部分は同一符号で示す。
【００３５】本実施例は、熱シールド板が二重に構成さ
れたものである。即ち、図１で説明した構成の熱シール
ド板１４の外側に、更に他の熱シールド板７を設けたも
のである。この熱シールド板７も電気抵抗の高い領域７
ａと、熱伝導の高い領域７ｂを交互に構成している。
【００３６】この実施例では、さらに、熱シールドの性
能を高める効果がある。上記では、シールドの層数が二
重の例を示したが、二重以上の多層シールド板について
も、さらに効果が期待できる。
【００３７】更に、特に図示して説明しないが、電気抵
抗の高い領域を、超電導磁石装置にとって好適となるパ
ターンで配置してもよい。この様なパターン化により熱
シールドの性能を特に向上できる。
【００３８】
【発明の効果】以上説明した本発明の超電導装置によれ
ば、変動磁場があったり、相互インダクタンスの変化す
るような機械振動を受けて熱シールド板の周方向に渦電
流が流れるが、この渦電流を電気抵抗の高い領域で十分
に抑制でき、又、たとえ発生した渦電流損による熱は、
熱伝導の高い領域に伝達され、熱シールド板の軸方向に
沿って流れて速やかに伝達される。
【００３９】従って、熱シールド板の冷却性能を損うこ
となく、熱シールド板の電気抵抗を高くできるので、熱
シールド板に発生する渦電流を十分に低い値に抑制し
得、此種超電導装置には非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超電導装置の概略構成を示す部分断面
斜視図。
【図２】本発明の超電導装置に採用される熱シールド板
の横断面図。
【図３】本発明の超電導装置に採用される熱シールド板
の他の例を示す横断面図。
【図４】本発明の超電導装置に採用される熱シールド板
の他の例を示す部分斜視図。
【図５】本発明の超電導装置に採用される熱シールド板
の他の例を示す横断面図。
【図６】本発明の超電導装置の他の実施例を示す部分斜
視図。
【符号の説明】
１…超電導コイル、２，６…冷媒、３…コイル容器、
４，７，１４…熱シールド板、５…真空容器、７ａ，１
４ａ…電気抵抗の高い領域、７ｂ，１４ｂ…熱伝導の高
い領域。
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 史男 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 笠原 直紀 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 後藤 文彦 茨城県日立市幸町三丁目２番１号 日立 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 福本 英士 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社 日立製作所 エネルギー研究所内 (72)発明者 亀岡 陽子 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社 日立製作所 エネルギー研究所内 (72)発明者 坂本 茂 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−217611（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−187606（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01F 6/00 ZAA H01F 6/04 ZAA H01F 6/06 ZAA

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】超電導コイルと、該超電導コイルが冷却媒
    体中に浸漬されるコイル用容器と、該コイル容器の周囲
    を覆う熱シールド板と、該熱シールド板、及び前記コイ
    ル容器を収納する真空容器とを備えた超電導装置におい
    て、前記熱シールド板は、非磁性材とアルミニウム、又
    は銅とが前記超電導コイルの周方向交互に配置されて構
    成されていることを特徴とする超電導装置。
  2. 【請求項２】請求項１において、前記非磁性材は、ステ
    ンレス鋼，オーステナイト系超合金，チタン、あるいは
    ジルコニウムであることを特徴とする超電導装置。
  3. 【請求項３】超電導コイルと、該超電導コイルが冷却媒
    体中に浸漬されるコイル用容器と、該コイル容器の周囲
    を覆う熱シールド板と、該熱シールド板、及び前記コイ
    ル容器を収納する真空容器とを備えた超電導装置におい
    て、前記熱シールド板は、樹脂板とアルミニウム、又は
    銅とが前記超電導コイルの周方向交互に配置されて構成
    されていることを特徴とする超電導装置。
  4. 【請求項４】超電導コイルと、該超電導コイルが冷却媒
    体中に浸漬されるコイル用容器と、該コイル容器の周囲
    を覆う熱シールド板と、該熱シールド板、及び前記コイ
    ル容器を収納する真空容器とを備えた超電導装置におい
    て、前記熱シールド板は、非磁性材を全周に配置し、該
    非磁性材上にアルミニウム、又は銅を前記超電導コイル
    の周方向に所定の間隔をもって配置して構成されている
    ことを特徴とする超電導装置。
  5. 【請求項５】請求項４において、前記非磁性材は、ステ
    ンレス鋼，オーステナイト系超合金，チタン、あるいは
    ジルコニウムであることを特徴とする超電導装置。
  6. 【請求項６】電気抵抗の高い部材と熱伝導の高い部材を
    圧延、又は爆着することで両者のクラッド板を作り、該
    クラッド板の熱伝導の高い部材を残すところを部分的に
    マスキングし、他の部分を化学的に腐蝕液中でエッチン
    グ除去して、電気抵抗の高い部材上に熱伝導の高い部材
    を所定間隔をもつて残すようにしたことを特徴とする熱
    シールド板の製作方法。
  7. 【請求項７】超電導コイルと、該超電導コイルが冷却媒
    体中に浸漬されるコイル用容器と、該コイル容器の周囲
    を覆う熱シールド板と、該熱シールド板、及び前記コイ
    ル容器を収納する真空容器とを備えた超電導装置におい
    て、前記熱シールド板は、電気抵抗の高い領域と熱伝導
    の高い領域とが前記超電導コイルの周方向と軸方向に交
    互に位置して構成されていることを特徴とする超電導装
    置。
  8. 【請求項８】超電導コイルと、該超電導コイルが冷却媒
    体中に浸漬されるコイル用容器と、該コイル容器の周囲
    を覆う熱シールド板と、該熱シールド板、及び前記コイ
    ル容器を収納する真空容器とを備えた超電導装置におい
    て、前記熱シールド板は、非磁性材とアルミニウム、又
    は銅とが前記超電導コイルの周方向と軸方向に交互に配
    置されて構成されていることを特徴とする超電導装置。
  9. 【請求項９】請求項８において、前記非磁性材は、ステ
    ンレス鋼，オーステナイト系超合金，チタン、あるいは
    ジルコニウムであることを特徴とする超電導装置。
  10. 【請求項１０】超電導コイルと、該超電導コイルが冷却
    媒体中に浸漬されるコイル用容器と、該コイル容器の周
    囲を覆う熱シールド板と、該熱シールド板、及び前記コ
    イル容器を収納する真空容器とを備えた超電導装置にお
    いて、前記熱シールド板は、電気抵抗の高い部材を全周
    に配置し、該電気抵抗の高い部材上に熱伝導の高い中空
    状の部材を前記超電導コイルの周方向に所定の間隔をも
    って配置して構成されていると共に、前記熱伝導の高い
    部材の中空部分には冷媒を流通させるようにしたことを
    特徴とする超電導装置。
  11. 【請求項１１】超電導コイルと、該超電導コイルが冷却
    媒体中に浸漬されるコイル容器と、該コイル容器の周囲
    を覆う熱シールド板と、該熱シールド板、及び前記コイ
    ル容器を収容する真空容器とを備えた超電導装置におい
    て、前記熱シールド板の外周に、所定間隔をもって他の
    熱シールド板を少なくとも１つ設け、それぞれの熱シー
    ルド板は、電気抵抗の高い領域と熱伝導の高い領域とが
    前記超電導コイルの周方向に交互に位置して構成されて
    いることを特徴とする超電導装置。
  12. 【請求項１２】超電導コイルと、該超電導コイルが冷却
    媒体中に浸漬されるコイル用容器と、該コイル容器の周
    囲を覆う熱シールド板と、該熱シールド板、及び前記コ
    イル容器を収容する真空容器とを備えた超電導装置にお
    いて、前記熱シールド板の外周に、所定間隔をもって他
    の熱シールド板を少なくとも１つ設け、それぞれの熱シ
    ールド板は、非磁性材とアルミニウム、又は銅とが前記
    超電導コイルの周方向に交互に配置されて構成されてい
    ることを特徴とする超電導装置。
  13. 【請求項１３】超電導コイルと、該超電導コイルが冷却
    媒体中に浸漬されるコイル用容器と、該コイル容器の周
    囲を覆う熱シールド板と、該熱シールド板、及び前記コ
    イル容器を収容する真空容器とを備えた超電導装置にお
    いて、前記熱シールド板は、電気抵抗の高い部材を前記
    超電導コイルに好適なパターン分布を有するように配置
    し、該電気抵抗の高い部材上に熱伝導率の高い部材を配
    置して構成されていること特徴とする超電導装置。
  14. 【請求項１４】超電導コイルと、該超電導コイルが冷却
    媒体中に浸漬されるコイル用容器と、該コイル容器の周
    囲を覆う熱シールド板と、該熱シールド板、及び前記コ
    イル容器を収容する真空容器とを備えた超電導装置にお
    いて、前記熱シールド板は、渦電流が生じる部分が周方
    向に分割され、その分割された各間に、発生した渦電流
    損による熱を除去する部材が配置されて構成されている
    ことを特徴とする超電導装置。
  15. 【請求項１５】超電導コイルと、該超電導コイルが冷却
    媒体中に浸漬されるコイル用容器と、該コイル容器の外
    周部を覆う第１熱シールド板と、前記コイル容器の内周
    部を覆う第２熱シールド板と、該第１、及び第２熱シー
    ルド板、及び前記コイル容器を収納する真空容器とを備
    えた超電導装置において、前記第２熱シールド板は、電
    気抵抗の高い領域と熱伝導の高い領域とが前記熱電導コ
    イルの周方向に交互に位置して構成されていることを特
    徴とする超電導装置。
  16. 【請求項１６】超電導コイルと、該超電導コイルが冷却
    媒体中に浸漬されるコイル用容器と、該コイル容器の外
    周部を覆う第１熱シールド板と、前記コイル容器の内周
    部を覆う第２熱シールド板と、該第１、及び第２熱シー
    ルド板、及び前記コイル容器を収容する真空容器とを備
    えた超電導装置において、前記第２熱シールド板は、非
    磁性材とアルミニウム、又は銅とが前記超電導コイルの
    周方向に交互に配置されて構成されていることを特徴と
    する超電導装置。
  17. 【請求項１７】超電導コイルと、該超電導コイルが冷却
    媒体中に浸漬されるコイル用容器と、該コイル容器の外
    周部を覆う第１熱シールド板と、前記コイル容器の内周
    部を覆う第２熱シールド板と、該第１、及び第２熱シー
    ルド板、及び前記コイル容器を収納する真空容器とを備
    えた超電導装置において、前記第２熱シールド板は、電
    気抵抗の高い部材を全周に配置し、該電気抵抗の高い部
    材上に熱伝導率の高い部材を前記超電導コイルの周方向
    に所定の間隔をもって配置して構成されていることを特
    徴とする超電導装置。
  18. 【請求項１８】超電導コイルと、該超電導コイルが冷却
    媒体中に浸漬されるコイル用容器と、該コイル容器の外
    周部を覆う第１熱シールド板と、前記コイル容器の内周
    部を覆う第２熱シールド板と、該第１、及び第２熱シー
    ルド板、及び前記コイル容器を収容する真空容器とを備
    えた超電導装置において、前記第２熱シールド板は、非
    磁性材を全周に配置し、該非磁性材上にアルミニウム、
    又は銅を前記超電導コイルの周方向に所定の間隔をもっ
    て配置して構成されていることを特徴とする超電導装
    置。
  19. 【請求項１９】超電導コイルと、該超電導コイルが冷却
    媒体中に浸漬されるコイル用容器と、該コイル容器の外
    周部を覆う第１熱シールド板と、前記コイル容器の内周
    部を覆う第２熱シールド板と、該第１、及び第２熱シー
    ルド板、及び前記コイル容器を収納する真空容器とを備
    えた超電導装置において、前記第２熱シールド板は、電
    気抵抗の高い領域と熱伝導の高い領域とが前記熱電導コ
    イルの周方向と軸方向に交互に位置して構成されている
    ことを特徴とする超電導装置。
  20. 【請求項２０】超電導コイルと、該超電導コイルが冷却
    媒体中に浸漬されるコイル用容器と、該コイル容器の外
    周部を覆う第１熱シールド板と、前記コイル容器の内周
    部を覆う第２熱シールド板と、該第１、及び第２熱シー
    ルド板、及び前記コイル容器を収納する真空容器とを備
    えた超電導装置において、前記第２熱シールド板は、非
    磁性材とアルミニウム、又は銅とが前記超電導コイルの
    周方向と軸方向に交互に配置されて構成されていること
    を特徴とする超電導装置。
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