專利名稱：超導(dǎo)磁鐵裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超導(dǎo)磁鐵裝置，特別是適用于具備冷凍機(jī)的磁共振成像(MRI)用超導(dǎo)磁鐵裝置。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有的超導(dǎo)磁鐵裝置，有特開2005-55003號(hào)公報(bào)(圖5)(專利文獻(xiàn)1)所公開的裝置。該超導(dǎo)磁鐵裝置具備熱屏蔽罩，其容納超導(dǎo)電線圈及冷卻該超導(dǎo)電線圈的液體氦；真空容器，其容納該熱屏蔽罩；套筒，其從該真空容器到達(dá)熱屏蔽罩；以及多級冷凍機(jī)，其可裝卸地安裝在該套筒內(nèi)，并具有冷卻熱屏蔽罩的第一級冷卻部冷卻汽缸和冷卻熱屏蔽罩的第二級冷卻部冷卻汽缸。
另外，作為現(xiàn)有的具有冷卻機(jī)構(gòu)的低溫恒溫器，有專利第2961619號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)所公開的裝置。該具有冷卻機(jī)構(gòu)的低溫恒溫器具備低溫容器，其容納超導(dǎo)磁鐵及冷卻該超導(dǎo)磁鐵的液體氦；第二熱屏蔽筒，其容納該低溫容器；第一熱屏蔽筒，其容納該第二熱屏蔽筒；真空容器，其容納該第一熱屏蔽筒；氣密隔壁，其橫跨連通該真空容器內(nèi)的第一真空室和第一熱屏蔽筒內(nèi)的第二真空室的空間而設(shè)置；以及多級冷凍機(jī)，其可裝卸地安裝在該氣密隔壁內(nèi)，并具有冷卻第一熱屏蔽筒的第一低溫部和冷卻第二熱屏蔽筒的第二低溫部。
在專利文獻(xiàn)1及專利文獻(xiàn)2中，雖然公開了可以從裝置裝卸冷凍機(jī)的內(nèi)容，但未公開關(guān)于在冷凍機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止的場合長時(shí)間維持被冷卻物(超導(dǎo)電線圈或超導(dǎo)磁鐵)的冷卻的內(nèi)容。在專利文獻(xiàn)1的超導(dǎo)磁鐵裝置或?qū)＠墨I(xiàn)2的具有冷卻機(jī)構(gòu)的低溫恒溫器中，若冷凍機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)停止，則由于來自外部的熱侵入使熱屏蔽罩內(nèi)的液體氦或低溫恒溫器內(nèi)的液體氦蒸發(fā)，所以需要向外部放出該蒸發(fā)的氦氣而防止熱屏蔽罩內(nèi)的壓力或低溫容器內(nèi)的壓力上升。但產(chǎn)生如下問題，即若僅放出該氦氣，則高價(jià)的作為制冷劑的氦的消耗明顯增多，并且由于來自外部的熱侵入使液體氦的溫度急劇上升而不能以短時(shí)間進(jìn)行被冷卻物的冷卻。特別是在醫(yī)院用于臨床用的MRI用超導(dǎo)磁鐵裝置的場合，希望在冷凍機(jī)停止一定期間的情況下也不會(huì)使超導(dǎo)磁鐵裝置猝熄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種即使冷凍機(jī)停止也能減少液體氦的消耗量，并且可長時(shí)間進(jìn)行被冷卻物的冷卻的、可容易裝卸冷凍機(jī)的構(gòu)造的超導(dǎo)磁鐵裝置。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是一種超導(dǎo)磁鐵裝置，具備低溫容器，其容納超導(dǎo)線圈及冷卻該超導(dǎo)線圈的氦；熱屏蔽罩，其容納上述低溫容器；真空容器，其容納上述熱屏蔽罩；冷凍機(jī)通道，其從上述真空容器貫通上述熱屏蔽罩到達(dá)上述低溫容器；以及多級冷凍機(jī)，其可裝卸地安裝在上述冷凍機(jī)通道內(nèi)，并具有冷卻上述熱屏蔽罩的第一級冷卻部和冷卻上述氦的第二級冷卻部，其特征在于，在上述冷凍機(jī)通道內(nèi)具有用高導(dǎo)熱體形成的第一傳熱部件，并且將該第一傳熱部件與上述熱屏蔽罩熱連接，在上述多級冷凍機(jī)的第一級冷卻部上熱連接安裝用高導(dǎo)熱體形成的第二傳熱部件，并且將該第二傳熱部件可裝卸地與上述第一傳熱部件接合，當(dāng)上述多級冷凍機(jī)停止時(shí)，使在該低溫容器內(nèi)蒸發(fā)的氦氣通過上述冷凍機(jī)通道與上述第一傳熱部件或上述第二傳熱部件進(jìn)行熱交換后排出到上述真空容器外。
這種本發(fā)明的更優(yōu)選的具體構(gòu)成例如下。
(1)在上述第一傳熱部件的內(nèi)周面形成凹錐形面，在上述第二傳熱部件的外周面形成凸錐形面，將上述第二傳熱部件的凸錐形面與上述第一傳熱部件的凹錐形面嵌合，而使上述第二傳熱部件可裝卸于上述第一傳熱部件。
(2)用低導(dǎo)熱率的不銹鋼構(gòu)成上述真空容器，由異材接頭和伸縮自如的波紋管構(gòu)成上述冷凍機(jī)通道，用高導(dǎo)熱率的銅或鋁等的上述第一傳熱部件構(gòu)成上述異材接頭的一方，并且用低導(dǎo)熱率的不銹鋼的低導(dǎo)熱部件構(gòu)成上述異材接頭的另一方，將上述波紋管做成不銹鋼制并設(shè)置成連接上述低導(dǎo)熱部件和上述真空容器。
(3)在上述第二傳熱部件相對上述第一級冷卻部的安裝面上形成氣體流道，當(dāng)上述多級冷凍機(jī)停止時(shí)該氣體流道從上述冷凍機(jī)通道內(nèi)的一側(cè)導(dǎo)入在上述低溫容器內(nèi)蒸發(fā)的氦氣而冷卻上述第二傳熱部件及上述第一級冷卻部。
(4)用螺旋狀的槽形成上述氣體流道，以便卷繞在上述第一級冷卻部的外周面上。
(5)貫通上述第一傳熱部件或上述第二傳熱部件的內(nèi)部地形成氣體流道，當(dāng)上述多級冷凍機(jī)停止時(shí)該氣體流道從上述冷凍機(jī)通道內(nèi)的一側(cè)導(dǎo)入在上述低溫容器內(nèi)蒸發(fā)的氦氣而冷卻上述第一傳熱部件或上述第二傳熱部件。
(6)螺旋狀形成氣體流道，以便卷繞上述第二傳熱部件的外周面，當(dāng)上述多級冷凍機(jī)停止時(shí)該氣體流道從上述冷凍機(jī)通道內(nèi)的一側(cè)導(dǎo)入在上述低溫容器內(nèi)蒸發(fā)的氦氣而冷卻上述第二傳熱部件。
(7)使通過上述氣體流道的氦氣與上述熱屏蔽罩進(jìn)行熱交換后貫通上述真空容器，而在大氣中與止回閥連接。
(8)在形成于上述多級冷凍機(jī)和上述冷凍機(jī)通道之間的空間內(nèi)設(shè)置多孔聚合物。
(9)上述超導(dǎo)線圈是MRI用超導(dǎo)線圈，儲(chǔ)存在上述低溫容器內(nèi)的氦由氣液2相的氣體氦和液體氦構(gòu)成，將上述MRI用超導(dǎo)線圈浸漬在上述液體氦中。
本發(fā)明具有以下效果。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種即使冷凍機(jī)停止也能減少液體氦2a的消耗量，并且可長時(shí)間進(jìn)行被冷卻物的冷卻的可容易裝卸冷凍機(jī)的構(gòu)造的超導(dǎo)磁鐵裝置。


圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的超導(dǎo)磁鐵裝置的主要部分剖視圖。
圖2是表示第一級冷卻部及第二傳熱部件的圖。
圖3是圖1的超導(dǎo)磁鐵裝置的全體立體圖。
圖4是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的超導(dǎo)磁鐵裝置的主要部分剖視圖。
圖5是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的超導(dǎo)磁鐵裝置的主要部分剖視圖。
圖6是本發(fā)明的第四實(shí)施方式的超導(dǎo)磁鐵裝置的全體立體圖。
圖中1-低溫容器；2-氦；2a-液體氦；2b-氦氣；3-超導(dǎo)線圈(被冷卻物)；4-冷凍機(jī)；5-第一級冷卻部；6-第二級冷卻部；7-熱交換器；9-第二傳熱部件；10-第一傳熱部件；10a-凸緣部；10b-凸緣部；10c-凹錐形面；11-低導(dǎo)熱部件；12-熱屏蔽罩；14-真空容器；15-波紋管；16-冷卻氣體管；17-止回閥；18、19、23、24-氣體流道；25-多孔聚合物；40-冷凍機(jī)通道；50-超導(dǎo)磁鐵裝置；61～65-氦氣的流動(dòng)方向。
具體實(shí)施例方式
以下，使用

本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式。各實(shí)施方式的圖中的相同標(biāo)記表示相同物或相當(dāng)物。另外，通過適當(dāng)組合各實(shí)施方式，本發(fā)明可以做成更有效的裝置。
第一實(shí)施方式使用圖1～圖3說明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的超導(dǎo)磁鐵裝置。圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的超導(dǎo)磁鐵裝置的主要部分剖視圖，圖2是表示圖1的第一級冷卻部及第二傳熱部件的圖，圖3是圖1的超導(dǎo)磁鐵裝置的全體立體圖。在本實(shí)施方式中，是在醫(yī)院用于臨床用的MRI用超導(dǎo)磁鐵裝置的例子。
超導(dǎo)磁鐵裝置50作為主要的構(gòu)成元件具備低溫容器1、熱屏蔽罩12、真空容器14、冷凍機(jī)通道40、冷凍機(jī)4、熱交換器7、冷卻氣體管16以及止回閥17。
低溫容器1是容納MRI的超導(dǎo)線圈3和冷卻該超導(dǎo)線圈3的作為制冷劑的氦2的構(gòu)件，用不銹鋼形成。氦2由浸漬并冷卻超導(dǎo)線圈3的作為液體制冷劑的液體氦2a和作為制冷劑氣體的氦氣2b的氣液2相構(gòu)成。從安全上(抑制低溫容器1內(nèi)壓力的過度的上升)考慮，氦氣2b形成于該低溫容器1的自由空間的一部分中，通過蒸發(fā)液體氦2a等而形成。
熱屏蔽罩12是用于抑制外部的熱侵入到低溫容器1中的構(gòu)件，設(shè)置成能容納低溫容器1。該熱屏蔽罩12被冷卻為低溫容器1的溫度和真空容器14的溫度的中間溫度，并且將與低溫容器1之間的空間保持為真空。在該熱屏蔽罩12的外周上設(shè)有層壓絕熱件13。該層壓絕熱件13是屏蔽來自室溫的真空容器14的輻射熱的構(gòu)件。
真空容器14是用于抑制外部的熱侵入到熱屏蔽罩12、低溫容器1中的構(gòu)件，用低導(dǎo)熱率的不銹鋼構(gòu)成并可容納熱屏蔽罩12。該真空容器14接觸大氣配置，同時(shí)，將與熱屏蔽罩12之間的空間保持為真空。
冷凍機(jī)通道40是用于將冷凍機(jī)4的冷卻部插入到真空容器14內(nèi)的構(gòu)件，用從真空容器14貫通熱屏蔽罩12到達(dá)低溫容器1的筒狀的部件構(gòu)成。該冷凍機(jī)通道40其一側(cè)通過低溫容器1的開口連通到低溫容器1內(nèi)，并且其另一側(cè)通過真空容器14的開口向大氣側(cè)開放。該真空容器14的開口被冷凍機(jī)4封閉。冷凍機(jī)通道40內(nèi)的一側(cè)的空間用氦氣2b充滿。冷凍機(jī)通道40的一側(cè)端部與低溫容器1連接，冷凍機(jī)通道40的另一側(cè)端部與真空容器14連接。
冷凍機(jī)4用多級冷凍機(jī)構(gòu)成，在冷凍機(jī)通道40內(nèi)插入冷凍機(jī)冷卻部，可裝卸地安裝在真空容器14上。冷凍機(jī)4具有作為冷卻熱屏蔽罩12的冷卻部的第一級冷卻部5和作為冷卻氦2的冷卻部的第二級冷卻部6，在本實(shí)施方式中是2級冷凍機(jī)。冷凍機(jī)4的冷凍性能最好是如下性能，即在第一級冷卻部5的溫度為60K時(shí)是60W，在第二級冷卻部6的溫度為4K時(shí)是1W以上。
熱交換器7配置在低溫容器1內(nèi)，通過高導(dǎo)熱率并富于柔性的銦箔8與冷凍機(jī)4的第二級冷卻部6熱連接。由此，熱交換器7用第二級冷卻部6被冷卻為4K。在圖示狀態(tài)中熱交換器7位于氦氣2b中，使在低溫容器1內(nèi)蒸發(fā)的氦氣2b凝結(jié)而液化，冷卻液體氦2a。另外，在熱交換器7的端部處于液體氦2a中時(shí)，通過自然對流可以冷卻液體氦2a。
冷卻氣體管16是用于向真空容器14的外部引導(dǎo)冷凍機(jī)通道40內(nèi)的氦氣2b的管道。冷卻氣體管16的一側(cè)端部與冷凍機(jī)通道40的孔15a連通，另一側(cè)端部向真空容器14的外部開放。該冷卻氣體管16的中途部分與熱屏蔽罩12熱連接，利用通過冷卻氣體管16導(dǎo)出到外部的氦氣2b可以冷卻熱屏蔽罩12。
止回閥17設(shè)置在位于真空容器14的外部上的冷卻氣體管16的出口部，并構(gòu)成為若低溫容器1內(nèi)的壓力上升到規(guī)定壓力以上則被打開。即，若低溫容器1內(nèi)的壓力上升且冷凍機(jī)通道40及冷卻氣體管16內(nèi)的壓力上升，而使止回閥17的冷凍機(jī)通道40側(cè)比大氣側(cè)還上升到規(guī)定壓力以上，則止回閥17自動(dòng)被打開而低溫容器1內(nèi)的氦氣2b通過冷凍機(jī)通道40及冷卻氣體管16內(nèi)放出到大氣中。若止回閥17的冷凍機(jī)通道40側(cè)比大氣側(cè)還下降到規(guī)定壓力以下，則止回閥17自動(dòng)被閉路而停止氦氣2b的放出。
換言之，在冷凍機(jī)4的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過侵入熱的場合，低溫容器1的內(nèi)部壓力成為負(fù)壓，大氣逆流到低溫容器1內(nèi)。防止它的止回閥17連接到氦氣2b的排出部。若低溫容器1的內(nèi)部壓力成為負(fù)壓則止回閥17關(guān)閉，大氣不能流動(dòng)，在低溫容器1的內(nèi)部壓力為正壓的場合，止回閥17打開使低溫容器1內(nèi)的氦氣2b流向大氣中。
上述冷凍機(jī)通道40由材質(zhì)不同的異材接頭41和伸縮自如的波紋管15構(gòu)成。波紋管15從異材接頭41的軸向兩側(cè)延伸地設(shè)置。
一體連接第一傳熱部件10和低導(dǎo)熱部件11構(gòu)成異材接頭41，該第一傳熱部件10用高導(dǎo)熱率的銅或鋁等形成，該低導(dǎo)熱部件11用低導(dǎo)熱率的不銹鋼等形成。第一傳熱部件10具備從第二傳熱部件9向熱屏蔽罩12的傳遞熱的功能，因此用高導(dǎo)熱體形成。
波紋管15用低導(dǎo)熱率的不銹鋼等形成，將第一傳熱部件10和低溫容器1及真空容器14之間與低導(dǎo)熱部件11一起連接。波紋管15及低導(dǎo)熱部件11要求在第一傳熱部件10和低溫容器1及真空容器14之間的導(dǎo)熱少，因此用低導(dǎo)熱體形成。
異材接頭41的兩端是不銹鋼，所以異材接頭41和真空容器14的接合以及異材接頭41和低溫容器1的接合都能進(jìn)行TIG焊接。另外，在本實(shí)施方式中，第一級冷卻部5和真空容器14及低溫容器1的位置相離，所以在異材接頭41和真空容器14以及異材接頭41和低溫容器1之間連接不銹鋼的波紋管15。也可以連接不銹鋼制的管來代替波紋管15。
第一傳熱部件10具有從熱屏蔽罩側(cè)的端部向外側(cè)突出的凸緣部10a.。該凸緣部10a與熱屏蔽罩12熱連接。另外，第一傳熱部件10具有從第一級冷卻部側(cè)的端部向內(nèi)側(cè)突出的凸緣部10b。凸緣部10b的內(nèi)周面形成為凹錐形面10c。低導(dǎo)熱部件11是用于連接第一傳熱部件10的兩側(cè)和波紋管15的構(gòu)件。波紋管15可自由伸縮，以便在冷凍機(jī)變冷而引起熱收縮時(shí)也保持凹錐形面10c和凸錐形面9b的密合。另外，也可以在異材接頭41和真空容器14之間設(shè)置用于具有復(fù)原力的彈簧。
如圖1及圖2所示，在冷凍機(jī)1的第一級冷卻部5上熱連接安裝有用高導(dǎo)熱體形成的第二傳熱部件9。該第二傳熱部件9與第一傳熱部件10熱連接并可裝卸地接合。由此，在冷凍機(jī)4發(fā)生故障的場合等，可以拆卸冷凍機(jī)4進(jìn)行修理。
該接合具體如下進(jìn)行，即在第二傳熱部件9的外周面形成與凹錐形面10c的傾斜面吻合的傾斜面即凸錐形面9b，該第二傳熱部件9的凸錐形面9b與第一傳熱部件10的凹錐形面10c嵌合。由此，使冷凍機(jī)4的裝卸變得容易，并且實(shí)現(xiàn)凹錐形面10c和凸錐形面9b的傳熱面積的增大及良好的熱接觸。由于在凹錐形面10c和凸錐形面9b的接觸部的間隙中介有高導(dǎo)熱率的氦氣2b，且該間隙微小，所以與接觸壓力無關(guān)而只要凹錐形面10c和凸錐形面9b接觸就得到一定的熱電阻值，可以將第二傳熱部件9和第一傳熱部件10之間的熱電阻減小到0.1K/W以下。從而，有即使裝卸多少次也能得到穩(wěn)定的冷卻性能的效果。
另外，通過被嵌合的第二傳熱部件9和第一傳熱部件10，冷凍機(jī)通道40內(nèi)被劃分為兩個(gè)空間，利用后述氣體流道18形成氦氣2從一側(cè)的空間向另一側(cè)的空間的流動(dòng)。
在第二傳熱部件9相對第一級冷卻部5的安裝面上形成有氣體流道18，當(dāng)冷凍機(jī)4停止時(shí)，該氣體流道18從冷凍機(jī)通道40內(nèi)的一側(cè)(圖1的下側(cè))導(dǎo)入在低溫容器1內(nèi)蒸發(fā)的氦氣2b而冷卻第二傳熱部件9及第一級冷卻部5并將該氦氣2b向冷凍機(jī)通道40內(nèi)的另一側(cè)(圖1的上側(cè))流出。該氣體流道18用螺旋狀的槽形成，以便卷繞在第一級冷卻部5的外周面。
冷凍機(jī)通道40的第一傳熱部件10、低導(dǎo)熱部件11、波紋管15、第二傳熱部件9、第一級冷卻部5、第二級冷卻部6全都形成為圓筒狀，并同心配置。
如圖5所示，超導(dǎo)磁鐵裝置50成為真空容器14分離為上部真空容器26和下部真空容器27的結(jié)構(gòu)?；颊呖蛇M(jìn)入到該上下真空容器26、27之間。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在患者進(jìn)入其中時(shí)閉塞感少，所以具有能減輕患者的負(fù)擔(dān)的特長。另外，標(biāo)記28是向液體氦2a及超導(dǎo)線圈3供給電流的輔助口。
在通常的冷凍機(jī)4工作中，利用冷凍機(jī)4的第一級冷卻部5及第二級冷卻部6的冷熱來冷卻熱屏蔽罩12及熱交換器7，使熱屏蔽罩12的溫度被冷卻到60K以下，同時(shí)熱交換器7被冷卻到4K左右，在熱交換器7的表面使氦氣2b凝結(jié)而液化。因此，在冷凍機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中可以不用消耗氦液體而穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)超導(dǎo)磁鐵裝置。
另外，若由于停電等使冷凍機(jī)4的運(yùn)轉(zhuǎn)停止，則冷凍機(jī)4的第一級冷卻部5及第二級冷卻部6的冷卻能力消失，而且熱屏蔽罩12的溫度也上升。因此，來自低溫容器1的輻射熱或來自連結(jié)熱屏蔽罩12和低溫容器1的載荷支撐體等的傳導(dǎo)熱增加。而且，由于從真空容器14向冷凍機(jī)4的第一級冷卻部5的傳導(dǎo)熱以及從第一級冷卻部5向第二級冷卻部6的傳導(dǎo)熱，使向低溫容器1的侵入熱增大。由此，低溫容器1內(nèi)的壓力上升，止回閥17打開，所以低溫容器1內(nèi)上部的蒸發(fā)的4K的冷氦氣2b向圖1及圖2的箭頭方向流動(dòng)，放出到大氣中。
即，低溫容器1內(nèi)上部的蒸發(fā)的氦氣2b進(jìn)入冷氣機(jī)通道40的一側(cè)空間內(nèi)，如箭頭61流動(dòng)而用顯熱冷卻第二級冷卻部6后，流入氣體流道18內(nèi)。流入氣體流道18內(nèi)的氦氣2b如箭頭62所示通過螺旋狀形成的槽內(nèi)，以寬的接觸面積與高導(dǎo)熱體的第二傳熱部件9進(jìn)行熱交換，而用顯熱冷卻第二傳熱部件。與第二傳熱部件9接觸的高導(dǎo)熱體的第一傳熱部件10也通過熱傳導(dǎo)及固體間的接觸而被冷卻。由于被冷卻的第一傳熱部件10與熱屏蔽罩12熱接觸，所以冷卻熱屏蔽罩12，從而保持熱屏蔽罩12的功能(即，抑制外部的熱侵入到低溫容器1的功能)。
通過氣體流道18的氦氣2b進(jìn)入冷氣機(jī)通道40的另一側(cè)空間內(nèi)，如箭頭63所示那樣流動(dòng)，通過冷凍機(jī)通道40的孔15a流入冷卻氣體管16內(nèi)。由于該冷卻氣體管16與熱屏蔽罩12熱接觸，所以當(dāng)氦氣2b如箭頭64所示那樣通過冷卻氣體管16時(shí)，熱屏蔽罩12也被氦氣2b的顯熱冷卻。順便說一下，氦2的液界面的氣體溫度是4.5K。另外，熱屏蔽罩12的溫度為40K～60K比氣體溫度高，所以根據(jù)顯熱的冷卻熱量大。然后，通過冷卻氣體管16的氦氣2b經(jīng)過止回閥17如箭頭65所示那樣放出到大氣中。
這樣，在冷凍機(jī)1停止時(shí)，作為冷凍機(jī)1的冷卻部的第一級冷卻部5及第二級冷卻部6和熱屏蔽罩12被冷卻，所以可以減少向液體氦2a的侵入熱量的增加，由此可以減少液體氦2a的消耗量，并且可長時(shí)間進(jìn)行作為被冷卻物的超導(dǎo)線圈3的冷卻。從而，可以在冷凍機(jī)1停止時(shí)長時(shí)間無猝熄地運(yùn)轉(zhuǎn)MRI用超導(dǎo)磁鐵裝置。
另外，越是低溫氦氣2b的粘性越小，越是低溫密度越大，溫度越低動(dòng)粘度系數(shù)越小。因此，在相同形狀下低溫的一方壓力損失越小。為了獲得傳熱面積，即使減小流道截面積并延長流道長度，在10K以下的低溫下也不會(huì)有問題。從而，具有細(xì)流道的氣體流道18可以提高冷卻性能，所以有降低冷凍機(jī)的第一級冷卻部5的溫度的效果。另外，向第二級冷卻部6的侵入熱量依賴于第一級冷卻部5的溫度。為了將接近液體氦2a的液面的第二級冷卻部6的溫度維持在低溫，降低第一級冷卻部5的溫度是有效的方法。而且，還有可減少從第二級冷卻部6向液體氦2a的侵入熱量的效果。
第二實(shí)施方式接著，使用圖4說明本發(fā)明的第二實(shí)施方式的超導(dǎo)磁鐵裝置。圖4是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的超導(dǎo)磁鐵裝置的主要部分剖視圖。該第二實(shí)施方式在以下敘述的方面與第一實(shí)施方式不同，在其他方面與第一實(shí)施方式基本上相同，所以省略重復(fù)說明。
在該第二實(shí)施方式中，在第一傳熱部件10上設(shè)有氣體流道19，與第一實(shí)施方式的氣體流道18設(shè)在第二傳熱部件9上的情況不同。而且，該氣體流道19用直且細(xì)的圓形的孔形成，其條數(shù)為多個(gè)，在這方面也與第一實(shí)施方式不同。
根據(jù)該第二實(shí)施方式，具備利用氣體流道19冷卻熱屏蔽罩12及第一級冷卻部5的功能，并且是用氦氣2b直接冷卻第一傳熱部件10的結(jié)構(gòu)，所以對優(yōu)先冷卻熱屏蔽罩12的情況有效。
另外，在第二實(shí)施方式中，將用于屏蔽輻射熱的屏蔽板20和支撐固定該屏蔽板20的支撐棒21設(shè)置在冷凍機(jī)通道40的各個(gè)空間內(nèi)。由此，可以減少輻射熱通過冷凍機(jī)40內(nèi)的進(jìn)入，特別對冷凍機(jī)4的運(yùn)轉(zhuǎn)停止時(shí)有效。另外，冷凍機(jī)通道40的一側(cè)的支撐棒21利用第二傳熱部件9固定。
第三實(shí)施方式接著，使用圖5說明本發(fā)明的第三實(shí)施方式的超導(dǎo)磁鐵裝置。圖5是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的超導(dǎo)磁鐵裝置的主要部分剖視圖。該第三實(shí)施方式在以下敘述的方面與第一實(shí)施方式不同，在其他方面與第一實(shí)施方式基本上相同，所以省略重復(fù)說明。
在該第三實(shí)施方式中，在第一傳熱部件10的外周上設(shè)有利用高導(dǎo)熱的導(dǎo)管的氣體流道24。該氣體流道24的一側(cè)與貫通第一傳熱部件10的孔10d連通，另一側(cè)與冷卻氣體管16直接連通地連接。孔10d向冷凍機(jī)通道40的一側(cè)空間開口。
根據(jù)該第三實(shí)施方式，具備利用氣體流道24冷卻熱屏蔽罩12及第一級冷卻部5的功能，同時(shí)，用氦氣2b直接冷卻第一傳熱部件10并通過第一傳熱部件10冷卻熱屏蔽罩12，而且從氣體流道24向冷卻氣體管16直接導(dǎo)入氦氣2b而冷卻熱屏蔽罩12，所以特別對優(yōu)先冷卻熱屏蔽罩12的情況有效。
另外，在該第三實(shí)施方式中，在室溫和第一級冷卻部之間且冷凍機(jī)4的外周的氦氣2b的空間內(nèi)設(shè)有多孔聚合物25，同時(shí)，在第一級冷卻部5和第二級冷卻部6之間設(shè)有多孔聚合物25。該多孔聚合物25是高分子材料，導(dǎo)熱率比通常的聚合物小。這種多孔聚合物25具有抑制氦氣2b的對流的效果，可以減輕由于對流的侵入熱量。另外，設(shè)在第一級冷卻部5和第二級冷卻部6之間的多孔聚合物25在冷凍機(jī)通道40內(nèi)的流道截面積小，所以可以加快冷凍機(jī)4的運(yùn)轉(zhuǎn)停止時(shí)的氦氣2b的流速，可以提高在第二級冷卻部6和第一級冷卻部5之間的波紋管15以及與多孔聚合物25的導(dǎo)熱率，從而可以降低這些波紋管15及多孔聚合物25的溫度，所以可以進(jìn)一步減小侵入熱。
第四實(shí)施方式接著，使用圖6說明本發(fā)明的第四實(shí)施方式的超導(dǎo)磁鐵裝置。圖6是本發(fā)明的第四實(shí)施方式的超導(dǎo)磁鐵裝置的全體立體圖。該第四實(shí)施方式在以下敘述的方面與第一實(shí)施方式不同，在其他方面與第一實(shí)施方式基本上相同，所以省略重復(fù)說明。
該第四實(shí)施方式的超導(dǎo)磁鐵裝置50是將圓筒形的超導(dǎo)線圈做成水平的MRI用超導(dǎo)磁鐵裝置。做成可以使患者進(jìn)入到水平空心圓筒29內(nèi)。在這種場合，雖然與之前相比超導(dǎo)線圈的方向改變，但是之前所述的冷凍機(jī)4的第一級冷卻部周圍的冷卻構(gòu)造可以做成相同的構(gòu)造。從而，本冷卻構(gòu)造可使用于上下排列2個(gè)圓筒型超導(dǎo)線圈的MRI用超導(dǎo)磁鐵裝置以及水平設(shè)置圓筒型超導(dǎo)線圈的MRI用超導(dǎo)磁鐵裝置的雙方。
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)磁鐵裝置，具備低溫容器，其容納超導(dǎo)線圈以及冷卻該超導(dǎo)線圈的氦；熱屏蔽罩，其容納上述低溫容器；真空容器，其容納上述熱屏蔽罩；冷凍機(jī)通道，其從上述真空容器貫通上述熱屏蔽罩到達(dá)上述低溫容器；以及多級冷凍機(jī)，其可裝卸地安裝在上述冷凍機(jī)通道內(nèi)，具有冷卻上述熱屏蔽罩的第一級冷卻部和冷卻上述氦的第二級冷卻部，其特征在于，在上述冷凍機(jī)通道內(nèi)具有用高導(dǎo)熱體形成的第一傳熱部件，同時(shí)，將該傳熱部件與上述熱屏蔽罩熱連接，在上述多級冷凍機(jī)的第一級冷卻部上熱連接安裝用高導(dǎo)熱體形成的第二傳熱部件，同時(shí)，將該第二傳熱部件可裝卸地與上述第一傳熱部件接合，當(dāng)上述多級冷凍機(jī)停止時(shí)，使在該低溫容器內(nèi)蒸發(fā)的氦氣通過上述冷凍機(jī)通道與上述第一傳熱部件或上述第二傳熱部件進(jìn)行熱交換后排出到上述真空容器外。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁鐵裝置，其特征在于，在上述第一傳熱部件的內(nèi)周面形成凹錐形面，在上述第二傳熱部件的外周面形成凸錐形面，將上述第二傳熱部件的凸錐形面與上述第一傳熱部件的凹錐形面嵌合，而使上述第二傳熱部件可裝卸于上述第一傳熱部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超導(dǎo)磁鐵裝置，其特征在于，用低導(dǎo)熱率的不銹鋼構(gòu)成上述真空容器，由異材接頭和伸縮自如的波紋管構(gòu)成上述冷凍機(jī)通道，用高導(dǎo)熱率的銅或鋁等的上述第一傳熱部件構(gòu)成上述異材接頭的一方，同時(shí)，用低導(dǎo)熱率的不銹鋼的低導(dǎo)熱部件構(gòu)成上述異材接頭的另一方，將上述波紋管做成不銹鋼制并設(shè)置成連接上述低導(dǎo)熱部件和上述真空容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超導(dǎo)磁鐵裝置，其特征在于，在上述第二傳熱部件相對上述第一級冷卻部的安裝面上形成氣體流道，當(dāng)上述多級冷凍機(jī)停止時(shí)，該氣體流道從上述冷凍機(jī)通道內(nèi)的一側(cè)導(dǎo)入在上述低溫容器內(nèi)蒸發(fā)的氦氣而冷卻上述第二傳熱部件及上述第一級冷卻部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超導(dǎo)磁鐵裝置，其特征在于，用螺旋狀的槽形成上述氣體流道，以便卷繞上述第一級冷卻部的外周面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超導(dǎo)磁鐵裝置，其特征在于，將氣體流道形成為貫通上述第一傳熱部件或上述第二傳熱部件的內(nèi)部，當(dāng)上述多級冷凍機(jī)停止時(shí)，該氣體流道從上述冷凍機(jī)通道內(nèi)的一側(cè)導(dǎo)入在上述低溫容器內(nèi)蒸發(fā)的氦氣而冷卻上述第一傳熱部件或上述第二傳熱部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超導(dǎo)磁鐵裝置，其特征在于，螺旋狀形成氣體流道，以便卷繞上述第二傳熱部件的外周面，當(dāng)上述多級冷凍機(jī)停止時(shí)，該氣體流道從上述冷凍機(jī)通道內(nèi)的一側(cè)導(dǎo)入在上述低溫容器內(nèi)蒸發(fā)的氦氣而冷卻上述第二傳熱部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求4～7中任一項(xiàng)所述的超導(dǎo)磁鐵裝置，其特征在于，使通過上述氣體流道的氦氣與上述熱屏蔽罩進(jìn)行熱交換后貫通上述真空容器，而在大氣中與止回閥連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的超導(dǎo)磁鐵裝置，其特征在于，在形成于上述多級冷凍機(jī)和上述冷凍機(jī)通道之間的空間內(nèi)設(shè)置多孔聚合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的超導(dǎo)磁鐵裝置，其特征在于，上述超導(dǎo)線圈是MRI用超導(dǎo)線圈，儲(chǔ)存在上述低溫容器內(nèi)的氦由氣液2相的氣體氦和液體氦構(gòu)成，將上述MRI用超導(dǎo)線圈浸漬在上述液體氦中。
全文摘要
本發(fā)明在超導(dǎo)磁鐵裝置中，是可容易裝卸冷凍機(jī)的構(gòu)造，即使冷凍機(jī)停止也能減少液體氦的消耗量，并可長時(shí)間進(jìn)行被冷卻物的冷卻。超導(dǎo)磁鐵裝置具備容納超導(dǎo)線圈及氦的低溫容器；熱屏蔽罩；真空容器；冷凍機(jī)通道；及多級冷凍機(jī)，其可裝卸地安裝在冷凍機(jī)通道內(nèi)并具有作為冷卻部的第一級冷卻部及第二級冷卻部。將構(gòu)成冷凍機(jī)通道的一部分的高導(dǎo)熱體的第一傳熱部件與熱屏蔽罩熱連接。將熱連接安裝于第一級冷卻部上的高導(dǎo)熱體的第二傳熱部件與第一傳熱部件熱連接并可裝卸地接合。當(dāng)冷凍機(jī)停止時(shí)使蒸發(fā)的氦氣通過冷凍機(jī)通道內(nèi)與第一傳熱部件或第二傳熱部件進(jìn)行熱交換后排出到真空容器外。
文檔編號(hào)H01F6/04GK101030469SQ200710001948
公開日2007年9月5日 申請日期2007年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月17日
發(fā)明者根本武夫, 千葉知雄 申請人:株式會(huì)社日立制作所