KR20130039445A

KR20130039445A - 초전도 전자석 장치

Info

Publication number: KR20130039445A
Application number: KR1020110103990A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 해리슨
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2011-10-12
Publication date: 2013-04-22
Also published as: WO2013055079A1; EP2766741A1; EP2766741A4; CN103890601A; KR101367142B1; US20130096007A1; US20140114175A1; US8639305B2; US9144393B2

Abstract

본 발명에 따른 자기공명영상 장치는 코일 조립체의 길이 방향으로 서로 이격 배치된 복수의 냉각관과, 복수의 냉각관들의 하단에 연결되어 냉매가 복수의 냉각관들로 분산 공급되도록 하는 제 1 매니폴드와, 복수의 냉각관들의 상단에 연결되어 각 냉각관들에서 냉매를 전달받는 제 2 매니폴드를 포함하여 코일 조립체를 그 길이 방향으로 고르게 냉각할 수 있다.

Description

초전도 전자석 장치{SUPERCONDUCTIVE ELECTROMAGNET APPARATUS}

본 발명은 극저온 상태에서 초전도 자석으로 동작하는 초전도 전자석 장치에 관한 것이다.

일반적으로 초전도 전자석 장치는 전류를 인가받아 극저온 상태에서 초전도 자석으로 동작하며 강력한 자력을 발생시키는 장치이다.

이러한 초전도 전자석 장치는 전류를 인가받아 자기장을 발생시키며 극저온 상태에서 초전도 자석으로 동작하는 코일와, 코일이 수용되는 환 형상의 하우징과, 코일 조립체가 수용되며 액상의 헬륨이 수용되는 헬륨 용기와, 헬륨이 액상인 상태를 유지하도록 헬륨을 냉각하는 극저온 냉각기를 포함한다.

따라서, 코일에서 열이 발생하면 하우징 내부를 채우고 있는 액상의 헬륨이 열을 흡수하며 기체 상태로 상변화하고, 기상의 헬륨은 액상의 헬륨에 비해 상대적으로 낮은 밀도를 가지므로 밀도차에 의해 상측으로 이동한다. 상측으로 이동한 기상의 헬륨은 하우징 내부 상측에 배치된 극저온 냉각기에 의해 냉각되어 다시 액상으로 상변화하므로, 하우징 내부에 배치된 코일은 극저온 상태를 지속적으로 유지할 수 있다.

이와 같이 동작하는 초전도 전자석 장치를 사용한 장치에는 자기공명영상 장치가 포함된다. 자기공명영상 장치는 초전도 전자석 장치에서 발생한 강력한 자력에 의해 발생하는 핵자기 공명 현상을 응용하여 생체의 단층상을 얻는 장치로, 통상 MRI(Magnetic Resonance Imaging) 장치라고 한다.

본 발명의 일 측면은 코일 조립체를 그 길이 방향으로 고르게 냉각할 수 있는 초전도 전자석 장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 일 측면은 코어 조립체가 보다 안정적으로 극저온 상태를 유지할 수 있는 초전도 전자석 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 초전도 전자석 장치는 극저온으로 유지되는 코일 조립체와, 코일 조립체를 극저온으로 냉각하는 냉각장치를 포함하며, 냉각장치는 코일 조립체에 배치되며 냉매를 공급받아 코일 조립체에서 발생한 열을 흡수하는 복수의 냉각관과, 복수의 냉각관으로 냉매를 분산 공급하는 제 1 매니폴드와, 복수의 냉각관에서 냉매를 전달받는 제 2 매니폴드를 포함한다.

또한 제 1 매니폴드는 복수의 냉각관들의 하단에 연결되며, 제 2 매니폴드는 복수의 냉각관들의 상단에 연결된다.

또한 냉각장치는 제 2 매니폴드에서 전달된 냉매가 일시 저장되는 완충 챔버와, 완충 챔버에 배치되어 냉매를 냉각하는 극저온 냉각기와, 냉매를 완충 챔버에서 제 1 매니폴드로 안내하는 제 1 순환관과, 냉매를 제 2 매니폴드에서 완충 챔버로 안내하는 제 2 순환관을 더 포함한다.

또한 제 2 순환관에 연결되는 보조 냉각장치를 더 포함하며, 냉각장치는 제 2 순환관에 배치되는 제 1 밸브를 포함하며, 보조 냉각장치는 냉매를 냉각하는 보조 냉각기와, 냉매를 펌핑하는 펌프와, 일단은 제 1 밸브와 제 2 매니폴드 사이의 제 2 순환관에 연결되고 타단은 펌프의 흡입측에 연결되는 흡입관과, 일단은 제 1 밸브와 완충 챔버 사이의 제 2 순환관에 연결되고 타단은 펌프의 토출측에 연결되는 토출관과, 흡입관에 배치되어 흡입관을 개폐하는 제 2 밸브를 포함한다.

또한 보조 냉각장치는 일단이 흡입관의 일단과 제 2 밸브 사이에 연결되는 배출관과, 흡입관의 내부 압력에 따라 배출관을 개방하는 제 3 밸브를 더 포함한다.

또한 보조 냉각장치는 냉매가 저장되는 냉매 저장용기와, 일단은 흡입관의 타단과 펌프 사이에 연결되고 타단은 냉매 저장용기에 연결되는 공급관과, 공급관에 배치되어 흡입관의 내부 압력에 따라 공급관을 개방하는 제 4 밸브를 더 포함한다.

또한 보조 냉각장치는 흡입관과 토출관이 서로 열교환하게 하는 열교환유닛을 더 포함한다.

또한 냉매 저장용기는 기상의 냉매를 저장한다.

또한 코일 조립체의 외주면과 냉각관 사이에는 코일 조립체의 열이 냉각관으로 전달될 수 있도록 하는 열전달부재가 배치된다.

또한 열전달부재는 복수개가 원주 방향으로 이격 배치된다.

또한 생체의 단층상을 얻는 자기공명영상 장치를 포함한다.

또한 본 발명의 일 측면에 따른 초전도 전자석 장치는 극저온으로 유지되는 코일 조립체와, 코일 조립체를 극저온으로 냉각하는 냉각장치와, 냉각장치에 연결되어 코일 조립체에서 냉각장치가 냉각할 수 있는 양을 초과하는 양의 열이 발생했을 경우에 동작하는 보조 냉각장치를 포함한다.

상술한 바와 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 전자석 장치는 제 1 매니폴드 및 제 2 매니폴드를 통해 연결된 복수의 냉각관을 통해 코일 조립체를 그 길이 방향으로 고르게 냉각할 수 있다.

또한 상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 전자석 장치는 보조 냉각장치를 포함하므로, 냉각장치의 냉각할 수 있는 양을 초과하는 열이 발생했을 경우에도 보조 냉각장치를 동작시켜 코일 조립체가 보다 안정적으로 극저온 상태를 유지하도록 할 수 있다.

또한 보조 냉각기를 통해 헬륨 저장용기에서 공급된 헬륨을 냉각할 수 있으므로, 기상의 헬륨을 냉각장치에 보충하여 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초전도 전자석 장치에 적용된 코일조립체 및 냉각장치의 개략도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 초전도 전자석 장치에 적용된 코일조립체, 냉각장치 및 보조 냉각장치의 동작을 보인 개략도이다.

이하에서는 본 발명의 일 측면에 따른 초전도 전자석 장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상 장치에 적용된 초전도 전자석 장치는 도 1에 도시한 바와 같이 전류를 공급받아 자기장을 발생시키며 극저온 상태에서 초전도 자석으로 동작하는 코일 조립체(10)와, 코일 조립체(10)를 냉각하여 코일 조립체(10)가 극저온인 상태를 유지하도록 하는 냉각장치(20)를 포함한다.

코일 조립체(10)는 내부에 전원을 인가받아 자기장을 발생시키는 코일(미도시)을 포함한 것으로, 원환 형태의 단면을 갖도록 형성되며 그 축 방향으로 일정 길이를 갖도록 형성된다.

냉각장치(20)는 냉매를 통해 코일 조립체(10)를 극저온으로 냉각하는데, 본 실시예에서는 냉각장치(20)는 극저온인 상태에서도 액상인 상태를 유지하는 헬륨을 냉매로 사용한다.

냉각장치(20)는 기상의 냉매가 액상이 되도록 냉각하는 극저온 냉각기(21)와, 코일 조립체(10)에 배치되며 극저온 냉각기(21)에서 냉각된 냉매를 전달받아 코일 조립체(10)로부터 열을 흡수하여 코일 조립체(10)를 냉각하는 복수의 냉각관(22)과, 코일 조립체(10)로부터 열을 흡수하여 기화된 기상의 냉매를 전달받으며 기상의 냉매를 액상으로 냉각할 수 있도록 상술한 극저온 냉각기(21)가 배치되는 완충 챔버(23)와, 냉매가 냉각관(22)과 완충 챔버(23)를 순환하도록 하는 복수의 순환관(24, 25)을 포함한다.

복수의 냉각관(22)은 각각 환 형상으로 형성되어 코일 조립체(10)의 외측에 코일 조립체(10)의 길이방향으로 서로 이격배치된다. 복수의 냉각관(22)들의 일단에는 액상의 냉매가 전달되는 하나의 제 1 매니폴드(26)가 연결되며, 복수의 냉각관(22)들의 타단에는 복수의 냉각관(22)들에서 발생한 기상의 냉매를 전달받는 하나의 제 2 매니폴드(27)가 연결된다. 본 실시예에서는 냉매의 순환이 열 사이폰 현상을 통해 이루어질 수 있도록 제 1 매니폴드(26)는 복수의 냉각관(22)들의 하단에 연결되고 제 2 매니폴드(27)는 복수의 냉각관(22)들의 상단에 연결된다.

복수의 순환관(24, 25)은 일단은 완충 챔버(23)에 연결되고 타단은 제 1 매니폴드(26)에 연결되어 완충 챔버(23)에서 극저온 냉각기(21)에 의해 액상으로 냉각된 냉매를 제 1 매니폴드(26)로 안내하는 제 1 순환관(24)과, 일단은 제 2 매니폴드(27)에 연결되고 타단은 완충 챔버(23)에 연결되어 코일 조립체(10)로부터 열을 흡수하여 기화된 기상의 냉매를 제 2 매니폴드(27)에서 완충 챔버(23)로 안내하는 제 2 순환관(25)을 포함한다. 따라서 제 1 매니폴드(26)는 제 1 순환관(24)을 통해 전달된 액상의 냉매를 복수의 냉각관들에 분산 공급하며, 제 2 매니폴드(27)는 복수의 냉각관(22)들 각각에서 발생한 기상의 냉매를 모아 제 2 순환관(25)에 전달한다.

냉각관(22)과 코일 조립체(10)의 외면 사이에는 열전달율이 높은 금속 등으로 이루어져 코일 조립체(10)의 열이 용이하게 냉각관(22)에 전달될 수 있도록 하는 열전달부재(28)가 배치되어 있다. 열전달부재(28)는 환 형상으로 형성된 냉각관(22)과 대응하도록 복수개가 코일 조립체(10)의 외면에 원주 방향으로 이격 배치된다.

그러므로, 코일 조립체(10)로부터 열전달부재(28)를 통해 열을 흡수하여 냉각관(22)에서 발생한 기상의 냉매는 액상의 냉매와의 밀도차에 의해 냉각관(22)의 상단에 연결된 제 2 매니폴드(27)로 이동하여 제 2 매니폴드(27)에서 모이고, 제 2 순환관(25)을 통해 완충 챔버(23)에 전달되어 완충 챔버(23)에 배치된 극저온 냉각기(21)에 의해 냉각되어 다시 액상으로 상변화한다. 또한 완충 챔버(23)에 임시 저장되어 있던 액상의 냉매는 자중에 의해 제 1 순환관(24)을 통해 냉각관(22)의 하단에 연결된 제 1 매니폴드(26)에 전달되어 제 1 매니폴드(26)를 통해 복수의 냉각관(22)으로 분산 공급된다.

상술한 바와 같이 제 1 매니폴드(26)를 통해 복수의 냉각관(22)들에 냉매가 분산 공급되도록 함으로서 코일 조립체(10)를 그 길이 방향으로 고르게 냉각할 수 있다. 또한 냉각장치(20)에서 냉매의 순환은 액상인 냉매와 기상의 냉매의 밀도 차이, 즉, 열 사이폰 현상을 통해 이루어지므로, 냉각장치(20)를 간단하게 구성할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도 전자석 장치가 적용된 자기공명영상 장치를 설명한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 초전도 전자석 장치가 적용된 자기공명영상 장치는 이전 실시예에 제시된 자기공명영상 장치와 동일한 구조의 코일 조립체(10) 및 냉각장치(20)를 포함하며, 코일 조립체(10)에서 냉각장치(20)가 냉각할 수 있는 양을 초과하는 양의 열이 발생할 경우 이에 대응할 수 있도록 하는 보조 냉각장치(30)를 포함한다.

본 실시예에서 보조 냉각장치(30)는 냉각장치(20)의 제 2 순환관(25)에 연결되어 제 2 순환관(25)을 통해 전달된 기상의 냉매를 냉각한 후 다시 제 2 순환관(25)에 전달하여, 기상의 냉매가 냉각장치(20)의 극저온 냉각기(21)에 의해 냉각되기 이전에 미리 한번 냉각된 후 극저온 냉각기(21)에 의해 다시 냉각되도록 한다.

보조 냉각장치(30)로 냉매가 선택적으로 순환될 수 있도록 하기 위해 냉각장치(20)의 제 2 순환관(25)에는 제 2 순환관(25)의 압력에 따라 제 2 순환관(25)을 선택적으로 개폐하는 제 1 밸브(V1)가 배치된다.

보조 냉각장치(30)는 기상의 냉매를 냉각하는 보조 냉각기(31)와, 기상의 냉매를 펌핑하여 기상의 냉매가 보조 냉각장치(30)를 순환하도록 하는 펌프(32)와, 일단은 제 2 매니폴드(27)와 제 1 밸브(V1) 사이의 제 2 순환관(25)에 연결되고 타단은 펌프(32)의 흡입측에 연결되어 펌프(32)로 흡입되는 냉매를 안내하는 흡입관(33)과, 일단은 제 1 밸브(V1)와 완충 챔버(23) 사이의 제 2 순환관(25)에 연결되고 타단은 펌프(32)의 토출측에 연결되어 펌프(32)에서 토출된 냉매를 다시 제 2 순환관(25)으로 안내하는 토출관(34)과, 흡입관(33)에 배치되어 흡입관(33)의 내부 압력에 따라 흡입관(33)을 선택적으로 개폐하는 제 2 밸브(V2)를 포함하며, 상술한 보조 냉각기(31)는 토출관(34)에 인접하게 배치되어 토출관(34)을 통과하는 기상의 냉매로부터 열을 흡수하도록 되어 있다.

상기에서 제 1 밸브(V1)와 제 2 밸브(V2)는 서로 반대로 동작한다. 즉, 코일 조립체(10)에서 극저온 냉각기(21)가 냉각할 수 있는 양 이하로 열이 발생할 경우에는 제 1 밸브(V1)는 제 2 순환관(25)을 개방하고, 제 2 밸브(V2)는 흡입관(33)을 폐쇄하여 냉각장치(20)로만 냉매가 순환되도록 하다가, 코일 조립체(10)에서 극저온 냉각기(21)가 액상으로 냉각할 수 있는 양을 초과하는 양의 열이 발생할 경우에는 반대로 제 1 밸브(V1)는 제 2 순환관(25)을 폐쇄하고 제 2 밸브(V2)는 흡입관(33)을 개방하여 보조 냉각장치(30)로도 냉매가 순환되도록 하여, 보조 냉각기(31)에 의해서도 냉매가 냉각될 수 있도록 한다.

또한 본 실시예에서 보조 냉각장치(30)는 코일 조립체(10)에서 냉각장치(20) 및 보조 냉각장치(30)가 냉각할 수 있는 양을 초과하는 양으로 열이 발생할 경우 이를 배출하고 이를 다시 보충할 수 있도록 되어 있다.

이를 위해 보조 냉각장치(30)는 일단이 흡입관(33)의 일단과 제 1 밸브(V1) 사이의 흡입관(33)에 연결되어 흡입관(33)을 통과하는 기상의 냉매 일부가 배출될 수 있도록 안내하는 배출관(35)과, 배출관(35)에 배치되어 흡입관(33)의 내부 압력에 따라 배출관(35)을 개폐하는 제 3 밸브(V3)와, 냉매가 저장되는 냉매 저장용기(36)와, 일단은 흡입관(33)의 타단과 펌프(32) 사이의 흡입관(33)에 연결되고 타단은 냉매 저장용기(36)에 연결되는 공급관(37)과, 공급관(37)에 배치되어 흡입관(33)의 내부 압력에 따라 공급관을 개방하는 제 4 밸브(V4)를 포함한다. 상기에서 제 1 밸브(V1), 제 2 밸브(V2), 제 3 밸브(V3) 및 제 4 밸브(V4)는 모두 제 2 순환관(25)의 내부 압력에 따라 개폐동작을 수행한다.

또한 보조 냉각장치(30)는 흡입관(33)을 통과하는 냉매와, 토출관(34)을 통과하는 냉매가 서로 열교환할 수 있도록 하는 열교환유닛(38)을 더 포함한다. 따라서, 냉매 저장용기(36)에서 공급관(37)을 통해 공급된 냉매는 흡입관(33)을 통과하는 냉매에 의해 냉각되고, 반대로 흡입관(33)을 통과하는 냉매는 냉매 저장용기(36)에서 공급된 냉매에 의해 가열된다.

상기에서 냉매 저장용기(36)에서 공급된 냉매는 토출관(34)을 따라 이동하는 과정에서 열교환유닛(38)과, 보조 냉각기(31)에 의해 차례로 냉각된 후 완충 챔버(23)에 전달되고 완충 챔버(23)에서 극저온 냉각기(21)에 의해 다시 냉각된다. 따라서, 냉매 저장용기(36)에서 기상의 냉매, 즉 기상의 헬륨을 공급하더라도 열교환유닛(38), 보조 냉각기(331) 및 극저온 냉각기(21)를 통해 액상으로 냉각시킬 수 있으므로 냉매 저장용기(36)에 기상의 냉매를 저장하여 냉매 저장용기(36)가 기상의 냉매을 공급하도록 할 수 있다.

다음은 이와 같이 구성된 초전도 전자석 장치의 동작을 상세히 설명한다.

먼저, 코일 조립체(10)에서 극저온 냉각기(21)가 냉각할 수 있는 양 이하의 열이 발생할 경우를 살펴보면 아래와 같다.

초전도 전자석 장치의 동작 중 코일 조립체(10)에서 열이 발생하면, 열은 열전달부재(28)들을 통해 냉각관(22)들에 각각 전달되고, 복수의 냉각관(22) 내의 액상의 냉매 중 일부를 기상으로 상변화시킨다.

상술한 바와 같이 냉매가 극저온 냉각기(21)에 의해 냉각될 수 있는 양 이하의 열이 발생할 경우, 제 1 밸브(V1)는 제 2 순환관(25)을 개방하며, 제 2 밸브(V2)는 흡입관(33)을 폐쇄하여 냉매는 냉각장치(20)로만 순환된다.

각 냉각관(22)에서 발생한 기상의 냉매는 액상의 냉매에 비해 상대적으로 낮은 밀도를 가지므로, 기상의 냉매는 밀도차에 의해 각 냉각관(22)들의 상단에 연결된 제 2 매니폴드(27)로 이동하여 모이고, 제 2 순환관(25)을 따라 완충 챔버(23)로 유입된다. 완충 챔버(23)에는 극저온 냉각기(21)가 배치되어 있으므로, 기상의 냉매는 완충 챔버(23) 내에서 극저온 냉각기(21)에 의해 냉각되어 다시 액상으로 상변화한다.

또한 완충 챔버(23) 내의 액상의 냉매 중 일부는 자중에 의해 제 1 순환관(24) 및 제 1 매니폴드(26)을 따라 이동하여 복수의 냉각관(22)으로 분산 공급된다.

다음으로 코일 조립체(10)에서 극저온 냉각기(21)가 냉각할 수 있는 양을 초과하는 양의 열이 발생하되, 극저온 냉각기(21) 및 보조 냉각기(31)가 냉각할 수 있는 양 이하의 열이 발생할 경우를 살펴보면 아래와 같다.

상기와 같은 경우 도 3에 도시한 바와 같이 제 1 밸브(V1)는 제 2 순환관(25)을 폐쇄하고, 제 2 밸브(V2)는 흡입관(33)을 개방한다. 또한 펌프(32)가 구동되면서 기상의 냉매가 흡입관(33)을 통해 펌프(32)에 흡입되었다가 토출관(34)을 통해 토출된다.

본 실시예에서 보조 냉각기(31)는 토출관(34)을 통과하는 기상의 냉매로부터 열을 흡수하도록 되어 있으므로, 토출관(34)을 통과하는 기상의 냉매는 보조 냉각기(31)에 의해 일차로 냉각된 후, 다시 제 2 순환관(25)에 전달되어 제 2 순환관(25)을 통해 완충 챔버(23)로 유입된다. 보조 냉각기(31)에 의해 일차로 냉각된 기상의 냉매는 완충 챔버(23)에는 극저온 냉각기(21)에 의해 다시 냉각되어 액상으로 상변화한다.

다음으로 코일 조립체(10)에서 극저온 냉각기(21) 및 보조 냉각기(31)가 냉각할 수 있는 양을 초과하는 양의 열이 코일 조립체(10)에서 발생할 경우를 살펴보면 아래와 같다.

상기와 같은 경우 도 4에 도시한 바와 같이 제 1 밸브(V1)는 제 2 순환관(25)을 폐쇄하고, 제 2 밸브(V2)는 흡입관(33)을 개방한다. 또한 제 3 밸브(V3)는 배출관(35)을 개방하여 흡입관(33)을 통과하는 기상의 냉매 일부를 배출관(35)을 통해 배출하고, 나머지 냉매가 펌프(32)로 흡입되어 토출관(34)을 통해 토출된다. 펌프(32)에서 토출된 기상의 냉매는 토출관(34)을 통과하며 보조 냉각기(31)에 의해 일차로 냉각된 후, 다시 제 2 순환관(25)에 전달되어 제 2 순환관(25)을 통해 완충 챔버(23)로 유입된다. 보조 냉각기(31)에 의해 일차로 냉각된 기상의 냉매는 완충 챔버(23)에는 극저온 냉각기(21)에 의해 다시 냉각되어 액상으로 상변화한다.

극저온 냉각기(21) 및 보조 냉각기(31)에 의한 냉각이 진행됨에 따라 제 2 순환관(25)의 압력은 감소하며, 제 2 순환관(25)의 압력이 일정 이하로 낮아지면 제 3 밸브(V3)는 다시 배출관(35)을 폐쇄하여 추가적인 냉매의 배출이 이루어지지 않도록 한다.

계속해서 극저온 냉각기(21) 및 보조 냉각기(31)에 의한 냉각이 진행됨에 따라 제 2 순환관(25)의 압력은 점진적으로 낮아지는데, 상기와 같이 일부 냉매가 배출관(35)을 통해 외부로 배출된 상태이므로, 제 2 순환관(25)의 내부 압력은 적정 압력 이하로 낮아진다.

제 2 순환관(25)의 내부 압력이 적정 압력 이하로 낮아지면, 도 5에 도시한 바와 같이 제 4 밸브(V4)가 공급관(37)을 개방한다. 그에 따라 냉매 저장용기(36)에 저장되었던 기상의 냉매는 공급관(37)을 통해 토출관(34)에 전달되고, 냉매 저장용기(36)에서 공급된 냉매는 열교환유닛(38)을 통과한다.

이때, 흡입관(33)을 통과하는 기상의 냉매는 냉각관(22)에서 전달된 것이므로 기상이기는 하나 매우 낮은 온도를 유지하고 있는 반면 냉매 저장용기(36)에서 전달된 기상의 냉매는 상온 수준이므로 온도 차이가 매우 크다. 따라서, 냉매 저장용기(36)에서 전달된 기상의 냉매는 열교환유닛(38)에서 흡입관(33)을 통과하는 기상의 냉매와 열교환하며 일차로 냉각된다.

열교환유닛(38)에서 일차로 냉각된 기상의 냉매는 보조 냉각기(31)에 의해 다시 냉각된 후 제 2 순환관(25)을 통해 완충 챔버(23)로 전달되고, 완충 챔버(23)에서 극저온 냉각기(21)에 의해 최종적으로 냉각되어 액상으로 상변화한다.

본 실시예에서 냉각장치(20) 및 보조 냉각장치(30)에서는 헬륨을 냉매로 사용하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 헬륨 외에도 질소 등 다양한 물질들을 냉매로 사용할 수 있다.

본 실시예에서는 코일 조립체(10) 및 극저온 냉각기(21)에 의해 냉매가 액상에서 기상으로 또는 기상에서 액상으로 상변화하고, 냉매의 상변화에 따라 냉매가 냉각장치(20)를 순환하도록 되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상변화 없이 기상의 냉매 또는 액상의 냉매가 코일 조립체(10)에서 발생한 열에 의해 가열되어 온도가 변하고, 그 온도 변화에 따른 냉매의 밀도 변화에 따라 냉각장치(20)를 순환하도록 하는 것도 가능하다.

또한, 본 실시예에서는 기상의 냉매만이 제 2 매니폴드(27)로 유입되도록 되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 기상과 액상이 혼합된 상태인 냉매가 제 2 매니폴드(27)에 유입될 수도 있다.

본 발명은 상기에서 기재된 실시예들에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

10: 코일 조립체 20: 냉각장치
21: 극저온 냉각기 22: 냉각관
23: 완충 챔버 24: 제 1 순환관
25: 제 2 순환관 26: 제 1 매니폴드
27: 제 2 매니폴드 28: 열전달부재
30: 보조 냉각장치 31: 보조 냉각기
32: 펌프 33: 흡입관
34: 토출관 35: 배출관
36: 냉매 저장용기 37: 공급관

Claims

극저온으로 유지되는 코일 조립체와,
상기 코일 조립체를 극저온으로 냉각하는 냉각장치를 포함하며,
상기 냉각장치는 상기 코일 조립체에 배치되며 냉매를 공급받아 상기 코일 조립체에서 발생한 열을 흡수하는 복수의 냉각관과, 상기 복수의 냉각관으로 냉매를 분산 공급하는 제 1 매니폴드와, 상기 복수의 냉각관에서 냉매를 전달받는 제 2 매니폴드를 포함하는 초전도 전자석 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 매니폴드는 상기 복수의 냉각관들의 하단에 연결되며, 상기 제 2 매니폴드는 상기 복수의 냉각관들의 상단에 연결되는 초전도 전자석 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 냉각장치는 상기 제 2 매니폴드에서 전달된 냉매가 일시 저장되는 완충 챔버와, 상기 완충 챔버에 배치되어 냉매를 냉각하는 극저온 냉각기와, 냉매를 상기 완충 챔버에서 상기 제 1 매니폴드로 안내하는 제 1 순환관과, 냉매를 상기 제 2 매니폴드에서 상기 완충 챔버로 안내하는 제 2 순환관을 더 포함하는 초전도 전자석 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제 2 순환관에 연결되는 보조 냉각장치를 더 포함하며,
상기 냉각장치는 상기 제 2 순환관에 배치되는 제 1 밸브를 포함하며,
상기 보조 냉각장치는 냉매를 냉각하는 보조 냉각기와, 냉매를 펌핑하는 펌프와, 일단은 상기 제 1 밸브와 상기 제 2 매니폴드 사이의 제 2 순환관에 연결되고 타단은 상기 펌프의 흡입측에 연결되는 흡입관과, 일단은 상기 제 1 밸브와 상기 완충 챔버 사이의 제 2 순환관에 연결되고 타단은 상기 펌프의 토출측에 연결되는 토출관과, 상기 흡입관에 배치되어 상기 흡입관을 개폐하는 제 2 밸브를 포함하는 초전도 전자석 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 보조 냉각장치는 일단이 상기 흡입관의 일단과 상기 제 2 밸브 사이에 연결되는 배출관과, 상기 흡입관의 내부 압력에 따라 상기 배출관을 개방하는 제 3 밸브를 더 포함하는 초전도 전자석 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 보조 냉각장치는 냉매가 저장되는 냉매 저장용기와, 일단은 상기 흡입관의 타단과 상기 펌프 사이에 연결되고 타단은 상기 냉매 저장용기에 연결되는 공급관과, 상기 공급관에 배치되어 상기 흡입관의 내부 압력에 따라 상기 공급관을 개방하는 제 4 밸브를 더 포함하는 초전도 전자석 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 보조 냉각장치는 상기 흡입관과 상기 토출관이 서로 열교환하게 하는 열교환유닛을 더 포함하는 초전도 전자석 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 냉매 저장용기는 기상의 냉매를 저장하는 자기공명영상 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 코일 조립체의 외주면과 상기 냉각관 사이에는 상기 코일 조립체의 열이 상기 냉각관으로 전달될 수 있도록 하는 열전달부재가 배치되는 초전도 전자석 장치.
제 9 항에 있어서
상기 열전달부재는 복수개가 원주 방향으로 이격 배치되는 초전도 전자석 장치.
제 1 항에 있어서,
생체의 단층상을 얻는 자기공명영상 장치를 포함하는 초전도 전자석 장치.
극저온으로 유지되는 코일 조립체와,
상기 코일 조립체를 극저온으로 냉각하는 냉각장치와,
상기 냉각장치에 연결되어 상기 코일 조립체에서 상기 냉각장치가 냉각할 수 있는 양을 초과하는 양의 열이 발생했을 경우에 동작하는 보조 냉각장치를 포함하는 초전도 전자석 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 냉각장치는 상기 코일 조립체에 배치되며 냉매를 공급받아 상기 코일 조립체에서 발생한 열을 흡수하는 복수의 냉각관과, 상기 복수의 냉각관의 하단에 연결되는 제 1 매니폴드와, 상기 복수의 냉각관의 상단에 연결되는 제 2 매니폴드와, 상기 제 2 매니폴드에서 전달된 냉매가 일시 저장되는 완충 챔버와, 상기 완충 챔버에 배치되어 냉매를 냉각하는 극저온 냉각기와, 냉매를 상기 완충 챔버에서 상기 제 1 매니폴드로 안내하는 제 1 순환관과, 냉매를 상기 제 2 매니폴드에서 상기 완충 챔버로 안내하는 제 2 순환관을 포함하는 초전도 전자석 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 냉각장치는 상기 제 2 순환관에 배치되는 제 1 밸브를 포함하며,
상기 보조 냉각장치는 냉매를 냉각하는 보조 냉각기와, 냉매를 펌핑하는 펌프와, 일단은 상기 제 1 밸브와 상기 제 2 매니폴드 사이의 제 2 순환관에 연결되고 타단은 상기 펌프의 흡입측에 연결되는 흡입관과, 일단은 상기 제 1 밸브와 상기 완충 챔버 사이의 제 2 순환관에 연결되고 타단은 상기 펌프의 토출측에 연결되는 토출관과, 상기 흡입관에 배치되는 제 2 밸브를 포함하는 초전도 전자석 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 보조 냉각장치는 일단이 상기 흡입관의 일단과 상기 제 2 밸브 사이에 연결되는 배출관과, 상기 흡입관의 내부 압력에 따라 상기 배출관을 개방하는 제 3 밸브를 더 포함하는 초전도 전자석 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 보조 냉각장치는 냉매가 저장되는 냉매 저장용기와, 일단은 상기 흡입관의 타단과 상기 펌프 사이에 연결되고 타단은 상기 냉매 저장용기에 연결되는 공급관과, 상기 공급관에 배치되어 상기 흡입관의 내부 압력에 따라 상기 공급관을 개방하는 제 4 밸브를 더 포함하는 초전도 전자석 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 보조 냉각장치는 상기 흡입관과 상기 토출관이 서로 열교환하게 하는 열교환유닛을 더 포함하는 초전도 전자석 장치.
제 12 항에 있어서,
생체의 단층상을 얻는 자기공명영상 장치를 포함하는 초전도 전자석 장치.