JPH11182959A - クライオスタット・システムの耐力手段 - Google Patents
クライオスタット・システムの耐力手段Info
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- JPH11182959A JPH11182959A JP27558898A JP27558898A JPH11182959A JP H11182959 A JPH11182959 A JP H11182959A JP 27558898 A JP27558898 A JP 27558898A JP 27558898 A JP27558898 A JP 27558898A JP H11182959 A JPH11182959 A JP H11182959A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 耐力要素としても使用できるパルス管冷凍機
を提供する。 【解決手段】 本発明は、２つの機能、つまり支持また
は懸架と冷却とを組合せ、それをパルス管冷凍機に適用
する新しいタイプの支持または懸架システムを提供す
る。パルス管は、直列または並列に配置することがで
き、単段または多段にするか、追加の液化段階を特徴と
し、超伝導磁石またはＨＴＳ導体をクライオスタット内
に懸架または支持することができる。懸架または支持部
材であるパルス管は、同時に、これに接続されたシール
ドを冷却し、シールドまたは磁石の負荷を担持すること
ができる。
を提供する。 【解決手段】 本発明は、２つの機能、つまり支持また
は懸架と冷却とを組合せ、それをパルス管冷凍機に適用
する新しいタイプの支持または懸架システムを提供す
る。パルス管は、直列または並列に配置することがで
き、単段または多段にするか、追加の液化段階を特徴と
し、超伝導磁石またはＨＴＳ導体をクライオスタット内
に懸架または支持することができる。懸架または支持部
材であるパルス管は、同時に、これに接続されたシール
ドを冷却し、シールドまたは磁石の負荷を担持すること
ができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＭＲＩまたは同様の
クライオスタット・システム（cryostat：低温保持装
置）に支持または懸架要素として使用する負荷担持ない
し耐力手段に関する。
クライオスタット・システム（cryostat：低温保持装
置）に支持または懸架要素として使用する負荷担持ない
し耐力手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】このようなシステムでは、クライオスタ
ットの種々の輻射シールドまたは容器が、ＧＭタイプま
たは他のタイプのピストン駆動の超低温冷凍機を差し込
み、クライオスタット内に置いた熱リンクにより個々の
冷却段階(stage）を接続することによって冷却される。
さらに、クライオスタットにおける超低温冷凍機の様々
な段階は、通常、銅のブレードまたは他の接触手段によ
って、そして低温ヘッドを維持し、交換することを可能
にするスリーブ・システムによって、シールドと接触す
る。共通の冷凍部をクライオスタットの内部シールドと
直接接続することは、これまで実現不可能であった。と
いうのは、これが機械的ノイズおよび振動を伝達し、画
像の品質に影響を与えるからである。画像がゆがむと、
臨床的解釈が疑わしくなる。
ットの種々の輻射シールドまたは容器が、ＧＭタイプま
たは他のタイプのピストン駆動の超低温冷凍機を差し込
み、クライオスタット内に置いた熱リンクにより個々の
冷却段階(stage）を接続することによって冷却される。
さらに、クライオスタットにおける超低温冷凍機の様々
な段階は、通常、銅のブレードまたは他の接触手段によ
って、そして低温ヘッドを維持し、交換することを可能
にするスリーブ・システムによって、シールドと接触す
る。共通の冷凍部をクライオスタットの内部シールドと
直接接続することは、これまで実現不可能であった。と
いうのは、これが機械的ノイズおよび振動を伝達し、画
像の品質に影響を与えるからである。画像がゆがむと、
臨床的解釈が疑わしくなる。
【０００３】ピストン駆動の冷凍部とは異なり、パルス
管冷凍機は、冷蔵段階ごとに蓄熱器とパルス管で構成さ
れ、これらの品目は例えば同心円管または様々な方向で
間隔をあけるなど、多くの異なる形状で配置することが
できる。パルス管冷凍機は自由に設計できるので、管を
クライオスタット内の種々の位置に配置できるように
し、管の寸法をクライオスタット内のクリアランスに合
わせて調節できるようにすることによって、新しい機会
が生じる。
管冷凍機は、冷蔵段階ごとに蓄熱器とパルス管で構成さ
れ、これらの品目は例えば同心円管または様々な方向で
間隔をあけるなど、多くの異なる形状で配置することが
できる。パルス管冷凍機は自由に設計できるので、管を
クライオスタット内の種々の位置に配置できるように
し、管の寸法をクライオスタット内のクリアランスに合
わせて調節できるようにすることによって、新しい機会
が生じる。
【０００４】パルス管冷凍機は可動部品がなく、その補
修や保守は現在のピストン駆動の冷凍部と比較するとは
るかに少ない。ピストン駆動の冷凍部の代わりにパルス
管冷凍機に交換するか、改装すると、保守間の平均時間
を大幅に伸ばすことができた。管を降りる圧力波以外に
可動部品がないので、内部クライオスタット構造に伝達
される振動の誘発レベルは、ピストン駆動の冷凍部より
数桁小さくなる。したがって、輻射シールドを冷凍部に
直接接触または結合させるあらゆる手段、たとえばハン
ダ付け、ボルト締め、ねじ留め、締め付け、接着、溶
接、摺動、圧締め、または締まり嵌めかばね押しによっ
て、またはレバー駆動の接触システムなどを使用する機
械的手段などを利用することができる。
修や保守は現在のピストン駆動の冷凍部と比較するとは
るかに少ない。ピストン駆動の冷凍部の代わりにパルス
管冷凍機に交換するか、改装すると、保守間の平均時間
を大幅に伸ばすことができた。管を降りる圧力波以外に
可動部品がないので、内部クライオスタット構造に伝達
される振動の誘発レベルは、ピストン駆動の冷凍部より
数桁小さくなる。したがって、輻射シールドを冷凍部に
直接接触または結合させるあらゆる手段、たとえばハン
ダ付け、ボルト締め、ねじ留め、締め付け、接着、溶
接、摺動、圧締め、または締まり嵌めかばね押しによっ
て、またはレバー駆動の接触システムなどを使用する機
械的手段などを利用することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、耐力
要素としても使用できるパルス管冷凍機を提供すること
である。
要素としても使用できるパルス管冷凍機を提供すること
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】設計に非常に大きい自由
度があるので、パルス管および種々の段階、さらに蓄熱
器管は構造的部材として作用するか、構造的部材に組み
込むことができる。クライオスタットの小さい首管は、
通常はステンレス鋼で直径が３０から５０ｍｍ、肉厚が
０．２５から０．８ｍｍしかなく、１５００ｋｇを超え
るシールドおよび磁石の負荷を担持できることも、十分
確立された事実である。同じ方法で、肉厚が薄いパルス
管および蓄熱器管の両方を、これまでにない大きい負荷
を担持する強化懸架要素として使用することができる。
本発明によると、ＭＲＩシステムで少なくとも一つの支
持または懸架部材として作用する少なくとも１本の蓄熱
器管およびパルス管を含む、少なくとも１つのパルス管
蓄熱器を備える耐力手段が提供される。
度があるので、パルス管および種々の段階、さらに蓄熱
器管は構造的部材として作用するか、構造的部材に組み
込むことができる。クライオスタットの小さい首管は、
通常はステンレス鋼で直径が３０から５０ｍｍ、肉厚が
０．２５から０．８ｍｍしかなく、１５００ｋｇを超え
るシールドおよび磁石の負荷を担持できることも、十分
確立された事実である。同じ方法で、肉厚が薄いパルス
管および蓄熱器管の両方を、これまでにない大きい負荷
を担持する強化懸架要素として使用することができる。
本発明によると、ＭＲＩシステムで少なくとも一つの支
持または懸架部材として作用する少なくとも１本の蓄熱
器管およびパルス管を含む、少なくとも１つのパルス管
蓄熱器を備える耐力手段が提供される。
【０００７】パルス管冷凍機は、支持部材の一体部品で
よい。パルス管冷凍機は、多段パルス管冷凍機でよい。
単段および多段パルス管冷凍機は、直列または並列で接
続してもよい。パルス管冷凍機を懸架部材として使用す
る場合、それは熱シールドまたは超伝導磁石システムを
支持することができる。パルス管冷凍機を支持部材の部
品として組み込む場合、支持部材はHeim/SSC/Hartwigフ
ァミリーまたはMarsing タイプでよい。本発明の種々の
実施形態について、添付図面を参照しながら次に説明す
る。
よい。パルス管冷凍機は、多段パルス管冷凍機でよい。
単段および多段パルス管冷凍機は、直列または並列で接
続してもよい。パルス管冷凍機を懸架部材として使用す
る場合、それは熱シールドまたは超伝導磁石システムを
支持することができる。パルス管冷凍機を支持部材の部
品として組み込む場合、支持部材はHeim/SSC/Hartwigフ
ァミリーまたはMarsing タイプでよい。本発明の種々の
実施形態について、添付図面を参照しながら次に説明す
る。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明による冷凍部の配置構成を示
す。それぞれ２０Ｋおよび８０Ｋの２つの輻射シールド
２，４があり、３００Ｋの外部真空ケース６がある。幾
つかの冷凍部８，１０，１２，１６が並列に配置され、
電磁弁箱１８が磁石から十分距離を置いて配置され、磁
気シールドによって磁気的に保護されており、したがっ
て電磁弁システムは磁界を弱めることなく補修すること
ができる。首管開口部を１９で示す。続く図２から図９
は、ＭＲＩおよび介入型ＭＲＩの種々の標準型および開
放型システムのクライオスタットに使用可能なパルス管
耐力手段の幾つかの配置構成を示す。システムはそれぞ
れ、用途に応じて異なる利点を有する。
す。それぞれ２０Ｋおよび８０Ｋの２つの輻射シールド
２，４があり、３００Ｋの外部真空ケース６がある。幾
つかの冷凍部８，１０，１２，１６が並列に配置され、
電磁弁箱１８が磁石から十分距離を置いて配置され、磁
気シールドによって磁気的に保護されており、したがっ
て電磁弁システムは磁界を弱めることなく補修すること
ができる。首管開口部を１９で示す。続く図２から図９
は、ＭＲＩおよび介入型ＭＲＩの種々の標準型および開
放型システムのクライオスタットに使用可能なパルス管
耐力手段の幾つかの配置構成を示す。システムはそれぞ
れ、用途に応じて異なる利点を有する。
【０００９】２段超低温冷凍機システムでは、典型的に
は、シールドおよび磁石または他の負荷を担持するた
め、冷凍部を成す４本の管を使用することができる。パ
ルス管冷凍機の設計により、管の外周に例えばエポキシ
含浸布を巻いて、任意の管を強化することができる。こ
れは、適用した強化手段の量およびタイプに応じて、管
を追加的に強化する。管は、樹脂を硬化するよう加熱で
きると非常に都合がよい。補強は、パルス管か蓄熱器
管、またはその両方で行うことができる。ＰＴＲ管の外
表面は、種々の設計の制約により、軸方向か半径方向、
またはその両方で補強材またはリブを使用することで、
さらに補強することができる。宇宙産業で周知の既存の
構造的懸架および支持部材でも、パルス管冷凍機の外被
として使用することができる。クライオスタットの設計
が異なれば、それにより適する懸架および支持の幾何学
的構造も異なる。円形または円錐形は、超低温構造また
は磁石形成器に簡単に接続できるよう、端部にねじを切
ることができる。例えば環状、角度のついたコイル形、
分散した、つまり枝分かれした形、屈曲形、引っ張り検
査のプローブの形、または標準のフォーク・ヘッドのデ
ザインに組み込むなど、他の形状が有利なこともある。
は、シールドおよび磁石または他の負荷を担持するた
め、冷凍部を成す４本の管を使用することができる。パ
ルス管冷凍機の設計により、管の外周に例えばエポキシ
含浸布を巻いて、任意の管を強化することができる。こ
れは、適用した強化手段の量およびタイプに応じて、管
を追加的に強化する。管は、樹脂を硬化するよう加熱で
きると非常に都合がよい。補強は、パルス管か蓄熱器
管、またはその両方で行うことができる。ＰＴＲ管の外
表面は、種々の設計の制約により、軸方向か半径方向、
またはその両方で補強材またはリブを使用することで、
さらに補強することができる。宇宙産業で周知の既存の
構造的懸架および支持部材でも、パルス管冷凍機の外被
として使用することができる。クライオスタットの設計
が異なれば、それにより適する懸架および支持の幾何学
的構造も異なる。円形または円錐形は、超低温構造また
は磁石形成器に簡単に接続できるよう、端部にねじを切
ることができる。例えば環状、角度のついたコイル形、
分散した、つまり枝分かれした形、屈曲形、引っ張り検
査のプローブの形、または標準のフォーク・ヘッドのデ
ザインに組み込むなど、他の形状が有利なこともある。
【００１０】図２は、パルス管冷凍機を懸架要素として
使用できる種々の方法を示す。図２は、１、２または３
段パルス管冷凍機を以下のように使用して同時に支持
し、冷却する種々の形状を示す。単段パルス管冷凍機２
８および３４は、それぞれ外部真空ケース２６ａからの
外部シールド２６、外部シールド２６からの内部シール
ド２６を冷却し、支持する。２段パルス管冷凍機３０，
２２および３８はそれぞれ、外部真空ケースからの２つ
のシールドを冷却して支持し、外部真空ケースからの外
部シールドおよびヘリウム容器を冷却して支持し、外部
真空ケースからの２つのシールドおよびヘリウム容器を
冷却して支持するが、この場合、冷凍機は例えばガラス
強化エポキシ樹脂などの断熱区域３６によって拡張さ
れ、ヘリウム容器を支持する。３段パルス管冷凍機２
４，３２は、外部真空ケースからの２つのシールドおよ
びヘリウム容器を冷却し、支持する。シールドを直接冷
却できるというオプションにより、超低温冷凍機を交換
する必要が生じた場合に、熱境界スリーブを設ける必要
がない。冷凍部の保守が不要だからである。
使用できる種々の方法を示す。図２は、１、２または３
段パルス管冷凍機を以下のように使用して同時に支持
し、冷却する種々の形状を示す。単段パルス管冷凍機２
８および３４は、それぞれ外部真空ケース２６ａからの
外部シールド２６、外部シールド２６からの内部シール
ド２６を冷却し、支持する。２段パルス管冷凍機３０，
２２および３８はそれぞれ、外部真空ケースからの２つ
のシールドを冷却して支持し、外部真空ケースからの外
部シールドおよびヘリウム容器を冷却して支持し、外部
真空ケースからの２つのシールドおよびヘリウム容器を
冷却して支持するが、この場合、冷凍機は例えばガラス
強化エポキシ樹脂などの断熱区域３６によって拡張さ
れ、ヘリウム容器を支持する。３段パルス管冷凍機２
４，３２は、外部真空ケースからの２つのシールドおよ
びヘリウム容器を冷却し、支持する。シールドを直接冷
却できるというオプションにより、超低温冷凍機を交換
する必要が生じた場合に、熱境界スリーブを設ける必要
がない。冷凍部の保守が不要だからである。
【００１１】図２はパルス管懸架システムの原理を示す
が、懸架システムは同心状の設計か、並列で作成するこ
とができる。図３は、並列で、管とともに長くなってヘ
リウム容器を支持し、輻射シールド間のクリアランスを
維持するパルスおよび冷凍機の管を示す。シールドの負
荷を担持する２段２脚パルス管冷凍機を図３に示し、こ
れは水平のクライオスタットの軸２３と並列である。外
部真空ケース２６ａから熱シールド２６の負荷を支持す
る２段パルス管冷凍機３２ａも示す。
が、懸架システムは同心状の設計か、並列で作成するこ
とができる。図３は、並列で、管とともに長くなってヘ
リウム容器を支持し、輻射シールド間のクリアランスを
維持するパルスおよび冷凍機の管を示す。シールドの負
荷を担持する２段２脚パルス管冷凍機を図３に示し、こ
れは水平のクライオスタットの軸２３と並列である。外
部真空ケース２６ａから熱シールド２６の負荷を支持す
る２段パルス管冷凍機３２ａも示す。
【００１２】図４を参照すると、図示のタイプのパルス
管冷凍機は、パルス管冷凍機を柱状の支持体に統合した
応用例を示し、その設計はHeim、Marsing 、SCC 、Hart
wigなど、超低温設計でよく知られている。１本の柱、
特にHeimの柱は、直径１１０ｍｍで９０００ｋｇの負荷
を達成した。Heim、Hartwig 、SSC およびMarsing の柱
状支持体は、超低温冷凍機の設計に非常に統合しやすく
なっている。図４では、超低温容器４０が、パルス管冷
凍機４４に組み込んだ支持スタンド４２に支持されてい
る。冷凍機４４は熱シールド４６、４８を支持し、冷却
するため、それに接続されている。パルス管冷凍機５０
は、ヘリウム容器構造５２および熱シールド４６、４８
も支持し、同時にシールドを冷却している。懸架システ
ム５１は、??? として使用されるパルス管冷凍機であ
る。
管冷凍機は、パルス管冷凍機を柱状の支持体に統合した
応用例を示し、その設計はHeim、Marsing 、SCC 、Hart
wigなど、超低温設計でよく知られている。１本の柱、
特にHeimの柱は、直径１１０ｍｍで９０００ｋｇの負荷
を達成した。Heim、Hartwig 、SSC およびMarsing の柱
状支持体は、超低温冷凍機の設計に非常に統合しやすく
なっている。図４では、超低温容器４０が、パルス管冷
凍機４４に組み込んだ支持スタンド４２に支持されてい
る。冷凍機４４は熱シールド４６、４８を支持し、冷却
するため、それに接続されている。パルス管冷凍機５０
は、ヘリウム容器構造５２および熱シールド４６、４８
も支持し、同時にシールドを冷却している。懸架システ
ム５１は、??? として使用されるパルス管冷凍機であ
る。
【００１３】冷凍部の管および蓄熱器の管は、同心円上
に配置するか、蓄熱器の管は柱状支持体から間隔をあけ
ることができる。負の熱膨張Hartwig タイプの要素で構
成されたこの柱の配置構成は、直径わずか５０ｍｍ、外
壁厚４ｍｍでも５０００キログラムを超える重量を支持
できることも知られているので、このようなシステムは
低温超伝導磁石を支持するための要求を完全に満たすこ
とになる。主に、Heim柱は、例えば磁石または容器の表
面に取り付けた構造の永久熱接点があるような設計であ
る。この支持管材料は、接触の圧力および印加圧力に関
して特定の要件に合わせて調整することもできる。
に配置するか、蓄熱器の管は柱状支持体から間隔をあけ
ることができる。負の熱膨張Hartwig タイプの要素で構
成されたこの柱の配置構成は、直径わずか５０ｍｍ、外
壁厚４ｍｍでも５０００キログラムを超える重量を支持
できることも知られているので、このようなシステムは
低温超伝導磁石を支持するための要求を完全に満たすこ
とになる。主に、Heim柱は、例えば磁石または容器の表
面に取り付けた構造の永久熱接点があるような設計であ
る。この支持管材料は、接触の圧力および印加圧力に関
して特定の要件に合わせて調整することもできる。
【００１４】さらに、この方法でパルス管を取り込む
と、隣接する表面に良好に接触することができ、熱伝導
値が向上するが、他の方法では、通常、しっかりねじ留
めするなど、外力を加えて接触抵抗を克服しなければな
らない。したがって、統合したパルス管冷凍機とHeim柱
冷凍部とを、単段または多段冷凍部であるシールドの支
持部材として使用することができ、さらなるエポキシ管
をHeim柱の冷凍段階に接続することが実現可能である。
この配置構成は、開放型で寒冷剤のないシステムにこの
タイプのパルス管を使用する場合は、特に重要である。
この場合、Heimパルス管冷凍機の温度範囲は３００Ｋか
ら４．２Ｋまで（または４．２Ｋ以上）まで下がり、上
述のようにコイル形成器の表面に直接取り付けられる。
多くの応用例に非常に有利なのは、これらのタイプの柱
が、常温から４．２Ｋまで長い熱路を有し、したがって
パルス管冷凍機の冷却段階に小さい熱負荷しかかけない
ことである。パルス管の高温側の端を外部真空ケースに
しっかり固定する場合、冷凍機の熱収縮は、可撓部品を
導入することによって克服することができる。例えば１
組の皿ばねまたは他のばねタイプまたはベローをHeim柱
の下に配置し、ばねは図５によるとボルトによって案内
される。剛性接続の場合に熱収縮を補償しなければなら
ないなら、これＣＦＲＰ（炭素繊維複合材）を取り付け
て、所望の負の熱膨張を提供することによって行うこと
ができる。
と、隣接する表面に良好に接触することができ、熱伝導
値が向上するが、他の方法では、通常、しっかりねじ留
めするなど、外力を加えて接触抵抗を克服しなければな
らない。したがって、統合したパルス管冷凍機とHeim柱
冷凍部とを、単段または多段冷凍部であるシールドの支
持部材として使用することができ、さらなるエポキシ管
をHeim柱の冷凍段階に接続することが実現可能である。
この配置構成は、開放型で寒冷剤のないシステムにこの
タイプのパルス管を使用する場合は、特に重要である。
この場合、Heimパルス管冷凍機の温度範囲は３００Ｋか
ら４．２Ｋまで（または４．２Ｋ以上）まで下がり、上
述のようにコイル形成器の表面に直接取り付けられる。
多くの応用例に非常に有利なのは、これらのタイプの柱
が、常温から４．２Ｋまで長い熱路を有し、したがって
パルス管冷凍機の冷却段階に小さい熱負荷しかかけない
ことである。パルス管の高温側の端を外部真空ケースに
しっかり固定する場合、冷凍機の熱収縮は、可撓部品を
導入することによって克服することができる。例えば１
組の皿ばねまたは他のばねタイプまたはベローをHeim柱
の下に配置し、ばねは図５によるとボルトによって案内
される。剛性接続の場合に熱収縮を補償しなければなら
ないなら、これＣＦＲＰ（炭素繊維複合材）を取り付け
て、所望の負の熱膨張を提供することによって行うこと
ができる。
【００１５】図５を参照すると、パルス管冷凍機を統合
したHeim/SCCタイプの柱の断面図が図示されている。図
５はさらに、外部真空ケース（ＯＶＣ）側から磁石側ま
で、種々の接点で経験される温度も示す。パルス管冷凍
機５０は、蓄熱器管５２内に封入され、これは補強材５
４を設けることができる。エポキシ管５６がさらに補強
する。アルミ管５８は、矢印Ｙ方向の収縮を見越してあ
る。エポキシ管とアルミおよびエポキシ管との間の空間
に断熱材６０を設ける。位置６２には種々のばねタイプ
またはベローを配置する。パルス管は、支持構造にしっ
かり固定し、良好な熱接触を提供することができる。
したHeim/SCCタイプの柱の断面図が図示されている。図
５はさらに、外部真空ケース（ＯＶＣ）側から磁石側ま
で、種々の接点で経験される温度も示す。パルス管冷凍
機５０は、蓄熱器管５２内に封入され、これは補強材５
４を設けることができる。エポキシ管５６がさらに補強
する。アルミ管５８は、矢印Ｙ方向の収縮を見越してあ
る。エポキシ管とアルミおよびエポキシ管との間の空間
に断熱材６０を設ける。位置６２には種々のばねタイプ
またはベローを配置する。パルス管は、支持構造にしっ
かり固定し、良好な熱接触を提供することができる。
【００１６】パルス管を柱中に導入するのではなく、パ
ルス管は、Heim柱の形態をとり、支持部材の一体部品に
なるよう設計することもできる。図５に示す形状の利点
は、シールドへの熱リンクが最も簡単に実現され、それ
と同時に柱からシールドへの熱負荷が最小になることで
ある。先行技術の設計では、このタイプの柱は通常、
「窓」を通る輻射による熱漏出を生じる。この新タイプ
の設計は、それ自体を冷却し、さらに窓の熱損失を保護
し、したがって熱損失をなくす構造部材を示す。しっか
り固定すると、収縮／膨張は、位置６２でばね付きのイ
ンタフェースを使用するか、他の補償手段を使用するこ
とによって補償することができる。
ルス管は、Heim柱の形態をとり、支持部材の一体部品に
なるよう設計することもできる。図５に示す形状の利点
は、シールドへの熱リンクが最も簡単に実現され、それ
と同時に柱からシールドへの熱負荷が最小になることで
ある。先行技術の設計では、このタイプの柱は通常、
「窓」を通る輻射による熱漏出を生じる。この新タイプ
の設計は、それ自体を冷却し、さらに窓の熱損失を保護
し、したがって熱損失をなくす構造部材を示す。しっか
り固定すると、収縮／膨張は、位置６２でばね付きのイ
ンタフェースを使用するか、他の補償手段を使用するこ
とによって補償することができる。
【００１７】図６は、市販されている支持要素７２を使
用してパルス管冷凍機（図示せず）を収容する超低温ス
タンド７０の例を示す。要素７２は、シールドへの単純
な接続を容易にできるよう、支柱に統合した銅のインタ
フェース・プレートまたは輪で強化した区域を有する。
側部支持システム７４も設けることができる。
用してパルス管冷凍機（図示せず）を収容する超低温ス
タンド７０の例を示す。要素７２は、シールドへの単純
な接続を容易にできるよう、支柱に統合した銅のインタ
フェース・プレートまたは輪で強化した区域を有する。
側部支持システム７４も設けることができる。
【００１８】本明細書で述べるパルス管耐力システムは
きわめてコンパクトで、例えば磁石とシールドの支持部
を組み込んだり、冷却用にシールドを熱的にリンクした
りするなど、種々の機能を組み合わせる。また、支持機
構を同時に冷却し、いわゆる窓（つまり残さねばならな
い組立クリアランスのせいで、通常は完全には閉鎖しな
い区域）を閉じることができ、これは外部から内部シー
ルドへ透過する輻射の量が大幅に減少させる。
きわめてコンパクトで、例えば磁石とシールドの支持部
を組み込んだり、冷却用にシールドを熱的にリンクした
りするなど、種々の機能を組み合わせる。また、支持機
構を同時に冷却し、いわゆる窓（つまり残さねばならな
い組立クリアランスのせいで、通常は完全には閉鎖しな
い区域）を閉じることができ、これは外部から内部シー
ルドへ透過する輻射の量が大幅に減少させる。
【００１９】さらに、本発明は、コンパクトな設計が最
も重要であるＭＲＩシステムに使用すると最も効率的に
することができる。パルス管の外殻およびバッファ・ボ
リューム(buffer volume）は、真空容器の外側に位置す
ることができ、シリンダが円柱に挿入されて、例えば第
１または第２段のパルス管冷凍機を備える。Heim柱のさ
らなる利点は、パルス管の管構成の底部が冷却段階であ
り、熱パイプに接続できることである。用途によって
は、熱パイプを冷凍機に直接取り付けることが重要であ
る。熱パイプをピストン駆動冷却器に取り付ける原理が
知られている。このテクノロジーを、図７および図８に
示す設計に適用することができる。
も重要であるＭＲＩシステムに使用すると最も効率的に
することができる。パルス管の外殻およびバッファ・ボ
リューム(buffer volume）は、真空容器の外側に位置す
ることができ、シリンダが円柱に挿入されて、例えば第
１または第２段のパルス管冷凍機を備える。Heim柱のさ
らなる利点は、パルス管の管構成の底部が冷却段階であ
り、熱パイプに接続できることである。用途によって
は、熱パイプを冷凍機に直接取り付けることが重要であ
る。熱パイプをピストン駆動冷却器に取り付ける原理が
知られている。このテクノロジーを、図７および図８に
示す設計に適用することができる。
【００２０】図７は、冷凍機と磁石を収容するヘリウム
容器８４との間を接続する熱パイプ８２を有する、湿式
開放または標準型磁石システムに取り付けたパルス管冷
凍機８０を示す。熱パイプは磁石を急速に冷却する。図
８は、磁石を急冷するために冷凍機と磁石８５の間を接
続する熱パイプ８２を有する、乾式開放型または標準型
磁石システムに取り付けたパルス管冷凍機８０を示す。
第１段階に取り付けた熱パイプが磁石の冷却を容易に
し、必要な時間を最小限に短縮する。冷却が実施された
後、または磁石の温度が規定温度に到達した後、熱パイ
プは、磁石のみの支持体として上記のエポキシ管の機能
を引き継ぐ。熱パイプがエポキシまたは他の伝導率の低
い材料、または肉厚の薄い金属管とエポキシまたは他の
プラスチックの裏打ち材との組合せで作成されるので、
磁石に降りてくる寄生熱は小さい。超伝導磁石が常態に
なると、超低温熱パイプは作動を再開し、再び短時間で
磁石を冷却する。
容器８４との間を接続する熱パイプ８２を有する、湿式
開放または標準型磁石システムに取り付けたパルス管冷
凍機８０を示す。熱パイプは磁石を急速に冷却する。図
８は、磁石を急冷するために冷凍機と磁石８５の間を接
続する熱パイプ８２を有する、乾式開放型または標準型
磁石システムに取り付けたパルス管冷凍機８０を示す。
第１段階に取り付けた熱パイプが磁石の冷却を容易に
し、必要な時間を最小限に短縮する。冷却が実施された
後、または磁石の温度が規定温度に到達した後、熱パイ
プは、磁石のみの支持体として上記のエポキシ管の機能
を引き継ぐ。熱パイプがエポキシまたは他の伝導率の低
い材料、または肉厚の薄い金属管とエポキシまたは他の
プラスチックの裏打ち材との組合せで作成されるので、
磁石に降りてくる寄生熱は小さい。超伝導磁石が常態に
なると、超低温熱パイプは作動を再開し、再び短時間で
磁石を冷却する。
【００２１】さらに、図９を参照すると、パルス管の第
１段階２００を、磁石２０４に直接取り付けた熱パイプ
または圧縮柱２０２に取り付けることができる。蓄熱器
２０８を備えるパルス管の第２段階２０６は、熱パイプ
と平行に設計して、初期冷却が実施されたら、磁石を直
接指示し、冷却する。これは、乾式磁石の設計に特に適
する。図９は、外部真空ケース２１０、例えば５０Ｋの
輻射シールド２１２、例えば１５Ｋの輻射シールド２１
４、およびさらなる圧縮柱２１６も示す。外部弁箱Ｓ
は、圧縮機に接続するため、１対のホース２１８を有す
る。磁石２０４はヘリウム容器２２０に収容される。
１段階２００を、磁石２０４に直接取り付けた熱パイプ
または圧縮柱２０２に取り付けることができる。蓄熱器
２０８を備えるパルス管の第２段階２０６は、熱パイプ
と平行に設計して、初期冷却が実施されたら、磁石を直
接指示し、冷却する。これは、乾式磁石の設計に特に適
する。図９は、外部真空ケース２１０、例えば５０Ｋの
輻射シールド２１２、例えば１５Ｋの輻射シールド２１
４、およびさらなる圧縮柱２１６も示す。外部弁箱Ｓ
は、圧縮機に接続するため、１対のホース２１８を有す
る。磁石２０４はヘリウム容器２２０に収容される。
【００２２】図１０を参照すると、磁石９２および熱シ
ールド９０の懸架部材として作用するパルス管冷凍機９
０が図示されている。外部真空容器１０４から支持さ
れ、ヘリウム容器および熱シールド９６を支持するパル
ス管冷凍機９４も図示されている。位置１００で液化す
るための措置もある。また、補強したパルス管１０２
は、クライオスタット輸送のためのストッパまたはバン
パとして作用する機能も有することができ、さらにシス
テムに印加される機械的負荷を担持することもできる。
この機能は、輸送中の容器の動きに限定され、通常の運
転時には容器とストッパとの接触はない。
ールド９０の懸架部材として作用するパルス管冷凍機９
０が図示されている。外部真空容器１０４から支持さ
れ、ヘリウム容器および熱シールド９６を支持するパル
ス管冷凍機９４も図示されている。位置１００で液化す
るための措置もある。また、補強したパルス管１０２
は、クライオスタット輸送のためのストッパまたはバン
パとして作用する機能も有することができ、さらにシス
テムに印加される機械的負荷を担持することもできる。
この機能は、輸送中の容器の動きに限定され、通常の運
転時には容器とストッパとの接触はない。
【００２３】冷凍機懸架システムをクライオスタット・
スタンドに組み込むことは、次世代のＭＲＩシステムに
は特に重要である。このようなシステムでは、１つの超
低温冷凍機または並列および／または直列で分散したパ
ルス管冷凍機の冷凍部の組を、各スタンドに挿入するこ
とができ、これでシステムがコンパクトになり、費用効
率がよくなる。これは、例えば一つの冷凍部が特にシー
ルドまたは直接的な磁石の冷却に必要なヘリウム交換ガ
スを供給できなくなった場合などに、冗長性に関しても
特に重要である。
スタンドに組み込むことは、次世代のＭＲＩシステムに
は特に重要である。このようなシステムでは、１つの超
低温冷凍機または並列および／または直列で分散したパ
ルス管冷凍機の冷凍部の組を、各スタンドに挿入するこ
とができ、これでシステムがコンパクトになり、費用効
率がよくなる。これは、例えば一つの冷凍部が特にシー
ルドまたは直接的な磁石の冷却に必要なヘリウム交換ガ
スを供給できなくなった場合などに、冗長性に関しても
特に重要である。
【００２４】図１１および図１２を参照すると、ゼロ損
失または寒冷剤のないタイプのＭＲＩ開放Ｃタイプ設計
に使用する、単段または２段構成の耐力ツイン・タイプ
・パルス管の配置構成が図示されている。磁石１１２は
ヘリウム容器１１０内に収容され、容器は輻射シールド
１１４、例えば８Ｋのシールドに囲まれている。第１お
よび第２パルス管１２４，１２６は、任意選択の熱パイ
プまたは支持部材１２２を介してヘリウム容器１１０に
接続される。熱交換機１２８が、各パルス管１２４，１
２６に接続される。パルス管１２４，１２６には、共通
の蓄熱器管１３０を設ける。数本の柱１１６がヘリウム
容器１１０および輻射シールド１１４を外部真空ケース
１２０から懸架または支持する。外部弁箱１１８は、線
１３０を介して柱１１６および圧縮器との接続部を有す
る。任意選択のバッファ・ボリューム１３２も設けるこ
とができる。図１１に示すツインの配置構成は、円周方
向に異なる位置、または好ましくは開放型システムの縦
軸または水平軸に沿った２つの位置に、同じ温度を供給
することができる。
失または寒冷剤のないタイプのＭＲＩ開放Ｃタイプ設計
に使用する、単段または２段構成の耐力ツイン・タイプ
・パルス管の配置構成が図示されている。磁石１１２は
ヘリウム容器１１０内に収容され、容器は輻射シールド
１１４、例えば８Ｋのシールドに囲まれている。第１お
よび第２パルス管１２４，１２６は、任意選択の熱パイ
プまたは支持部材１２２を介してヘリウム容器１１０に
接続される。熱交換機１２８が、各パルス管１２４，１
２６に接続される。パルス管１２４，１２６には、共通
の蓄熱器管１３０を設ける。数本の柱１１６がヘリウム
容器１１０および輻射シールド１１４を外部真空ケース
１２０から懸架または支持する。外部弁箱１１８は、線
１３０を介して柱１１６および圧縮器との接続部を有す
る。任意選択のバッファ・ボリューム１３２も設けるこ
とができる。図１１に示すツインの配置構成は、円周方
向に異なる位置、または好ましくは開放型システムの縦
軸または水平軸に沿った２つの位置に、同じ温度を供給
することができる。
【００２５】本発明は、ＮＭＲ、ＭＲＩシステム、およ
び保存タンクまたはＨＴＣ用途などの関連分野に特に関
連がある。運転時には、先行技術の懸架システムは通
常、シールド・システムに加えて磁石の負荷を担持し、
したがって冷却しなければならない。これは、通常、蒸
発損を最小限にするようヘリウム容器への熱漏出を最小
限にするため、各懸架要素を冷却しなければならない複
数熱ステーションまたは熱リンクによって達成される。
本発明のさらなる利点は、この懸架システムが、ヘリウ
ム容器への追加の熱入力を発生することなく、自分で冷
却することである。パルス管をＭＲＩシステムのタレッ
トに挿入して、外部容器にしっかり接続した支持棒とし
て作用させることができることも理解される。タレット
は、パルス管を取り付けるか改装し、首管アセンブリに
しっかり固定して、シールドおよび可能であれば磁石の
負荷を担持できるような設計である。したがって、パル
ス管冷凍機は、パルス管を冷却器管に接続する点で可撓
性があるよう設計できることも理解される。これは、天
井が低い設置場所で冷凍機を改装する場合に、最も重要
である。当業者には、請求の範囲内で種々の変更または
代替構成が可能であることも理解される。
び保存タンクまたはＨＴＣ用途などの関連分野に特に関
連がある。運転時には、先行技術の懸架システムは通
常、シールド・システムに加えて磁石の負荷を担持し、
したがって冷却しなければならない。これは、通常、蒸
発損を最小限にするようヘリウム容器への熱漏出を最小
限にするため、各懸架要素を冷却しなければならない複
数熱ステーションまたは熱リンクによって達成される。
本発明のさらなる利点は、この懸架システムが、ヘリウ
ム容器への追加の熱入力を発生することなく、自分で冷
却することである。パルス管をＭＲＩシステムのタレッ
トに挿入して、外部容器にしっかり接続した支持棒とし
て作用させることができることも理解される。タレット
は、パルス管を取り付けるか改装し、首管アセンブリに
しっかり固定して、シールドおよび可能であれば磁石の
負荷を担持できるような設計である。したがって、パル
ス管冷凍機は、パルス管を冷却器管に接続する点で可撓
性があるよう設計できることも理解される。これは、天
井が低い設置場所で冷凍機を改装する場合に、最も重要
である。当業者には、請求の範囲内で種々の変更または
代替構成が可能であることも理解される。
【図１】本発明による冷凍機の配置構成を示す。
【図２】パルス管冷凍機を懸架要素として使用する種々
の方法を示す。
の方法を示す。
【図３】並列のパルス及び冷凍機管の配置構成を示す。
【図４】支柱に組み込んだパルス管冷凍機を示す。
【図５】パルス管冷凍機を含む支柱の断面図を示す。
【図６】パルス管冷凍機を収容する支持要素を含む、超
低温スタンドを示す。
低温スタンドを示す。
【図７】湿式開放または標準型磁石システムに取り付け
たパルス管冷凍機を示す。
たパルス管冷凍機を示す。
【図８】乾式開放または標準型磁石システムに取り付け
たパルス管冷凍機を示す。
たパルス管冷凍機を示す。
【図９】並列の第１および第２段階を有するパルス管冷
凍機を示す。
凍機を示す。
【図１０】磁石及び熱シールド・アセンブリ用の懸架部
材として作用するパルス管冷凍機を示す。
材として作用するパルス管冷凍機を示す。
【図１１】種々のＭＲＩシステム用の耐力ツイン・タイ
プ・パルス管の配置構成の側面図を示す。
プ・パルス管の配置構成の側面図を示す。
【図１２】種々のＭＲＩシステム用の耐力ツイン・タイ
プ・パルス管の配置構成の上面図を示す。
プ・パルス管の配置構成の上面図を示す。
２ 輻射シールド ４ 輻射シールド ６ 外部真空ケース ８ 冷凍部 １０ 冷凍部 １２ 冷凍部 １６ 冷凍部 １８ 電磁弁箱 １９ 首管開口部 ２２ ２段パルス管冷凍機 ２４ ３段パルス管冷凍機 ２６ 内／外部シールド ２６ａ 外部真空ケース ２８ 単段パルス管冷凍機 ３０ ２段パルス管冷凍機 ３２ ３段パルス管冷凍機 ３２ａ ２段パルス管冷凍機 ３４ 単段パルス管冷凍機 ３６ 断熱区域 ３８ ２段パルス管冷凍機 ４０ 寒冷剤容器 ４２ 支持スタンド ４４ パルス管冷凍機 ４６ 熱シールド ４８ 熱シールド ５０ パルス管冷凍機 ５１ 懸架システム ５２ ヘリウム容器 ５４ 補強材 ５６ エポキシ管 ５８ アルミ管 ６０ 断熱材 ６２ 位置 ７０ 超低温スタンド ７２ 支持要素 ７４ 支持システム ８０ パルス管冷凍機 ８２ 熱パイプ ８４ ヘリウム容器 ８５ 磁石 ９０ パルス管冷凍機 ９２ 磁石 ９４ パルス管冷凍機 ９６ 熱シールド １００ 位置 １０２ 補強パルス管 １０４ 外部真空容器 １１０ ヘリウム容器 １１４ 輻射シールド １１６ 柱 １１８ 輻射シールド １２２ 支持部材 １２４ 第１パルス管 １２６ 第２パルス管 １２８ 熱交換器 １３０ 蓄熱器管 １３２ バッファ・ボリューム ２００ 第１段階 ２０２ 圧縮柱 ２０４ 磁石 ２０６ 第２段階 ２０８ 蓄熱器 ２１０ 外部真空ケース ２１２ 輻射シールド ２１４ 輻射シールド ２１６ 圧縮柱 ２１８ ホース ２２０ ヘリウム容器
Claims (19)
- 【請求項１】 クライオスタット・システム内で、支持
または懸架部材として作用する少なくとも１本の蓄熱器
管およびパルス管を含む単一パルス管冷凍機を備える耐
力手段。 - 【請求項２】 パルス管冷凍機が支持部材の一体部品で
ある、請求項１に記載の耐力手段。 - 【請求項３】 パルス管冷凍機が多段パルス管冷凍機で
ある、請求項１または２に記載の耐力手段。 - 【請求項４】 単段および多段パルス管冷凍機の構成が
並列または直列に接続される、請求項１から３のいずれ
か１項に記載の耐力手段。 - 【請求項５】 パルス管および蓄熱器管が特定の幾何学
的形状である、請求項１から４のいずれか１項に記載の
耐力手段。 - 【請求項６】 パルス管冷凍機が、熱シールドまたは超
伝導磁石システムに接続する懸架部材として使用され
る、請求項１、３、４および５のいずれか１項に記載の
耐力手段。 - 【請求項７】 パルス管冷凍機の第１段階が第１熱シー
ルドを冷却し、パルス管冷凍機の第２段階が第２熱シー
ルドを冷却する、請求項３から６のいずれか１項に記載
の耐力手段。 - 【請求項８】 パルス管冷凍機の第１段階が第１熱シー
ルドを冷却しながら、より高温の熱シールドを向き、パ
ルス管冷凍機の第２段階が、より低温の熱シールドを向
き、これによって熱損失を伴わずに２つの熱シールド間
のクリアランスを固定することができる、請求項７に記
載の耐力手段。 - 【請求項９】 パルス管が、開放型の垂直または水平の
クライオスタット・システムを冷却する１本または複数
本の管構成に分岐する、請求項６から８のいずれか１項
に記載の耐力手段。 - 【請求項１０】 支持部材がHeim族、Marsing タイプま
たはHartwig タイプである、請求項２に記載の耐力手
段。 - 【請求項１１】 第１および第２段階が、異なる方向に
配置されて熱シールドを支持する、請求項７に記載の耐
力手段。 - 【請求項１２】 第１および第２段階が、磁石または熱
シールドのみ、または両方を支持するよう配置される、
請求項７に記載の耐力手段。 - 【請求項１３】 パルス管冷凍機が、熱シールドのみを
懸垂して冷却するよう配置される、請求項６に記載の耐
力手段。 - 【請求項１４】 パルス管冷凍機が直接冷凍部として配
置され、磁石のインタフェースを冷却して磁石を懸垂す
る、請求項６に記載の耐力手段。 - 【請求項１５】 パルス管が補強される、請求項６から
１０のいずれか１項に記載の耐力手段。 - 【請求項１６】 パルス管冷凍機の一つの段階が液化段
階である、請求項３から１５のいずれか１項に記載の耐
力手段。 - 【請求項１７】 支持部材の下に可撓部品を含む、請求
項１０に記載の耐力手段。 - 【請求項１８】 請求項１から１７のいずれか１項に記
載の耐力手段を含むＭＲＩシステム。 - 【請求項１９】 請求項１から１７のいずれか１項に記
載の耐力手段を含むＮＭＲシステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9720634.6 | 1997-09-30 | ||
| GB9720634A GB2329699A (en) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | Load bearing means in cryostat systems |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11182959A true JPH11182959A (ja) | 1999-07-06 |
Family
ID=10819765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27558898A Pending JPH11182959A (ja) | 1997-09-30 | 1998-09-29 | クライオスタット・システムの耐力手段 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0905435A3 (ja) |
| JP (1) | JPH11182959A (ja) |
| GB (1) | GB2329699A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012104781A (ja) * | 2010-11-15 | 2012-05-31 | Railway Technical Research Institute | 車両に搭載されるパルス管冷凍機による高温超電導磁石冷却システム |
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| PL235257B1 (pl) * | 2017-12-02 | 2020-06-15 | Czechowski Michal Ma Consulting | Urządzenie do samoobsługowej wymiany butli, zwłaszcza gazowych |
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| US5711157A (en) * | 1995-05-16 | 1998-01-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Cooling system having a plurality of cooling stages in which refrigerant-filled chamber type refrigerators are used |
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- 1997-09-30 GB GB9720634A patent/GB2329699A/en not_active Withdrawn
-
1998
- 1998-09-08 EP EP19980116962 patent/EP0905435A3/en not_active Withdrawn
- 1998-09-29 JP JP27558898A patent/JPH11182959A/ja active Pending
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Also Published As
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|---|---|
| GB9720634D0 (en) | 1997-11-26 |
| EP0905435A2 (en) | 1999-03-31 |
| GB2329699A (en) | 1999-03-31 |
| EP0905435A3 (en) | 1999-09-01 |
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