JP2000331820A - 開放設計型超伝導マグネット - Google Patents
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 冷凍剤ガス用再凝縮器の故障により液体冷凍
剤源が枯渇するような場合におけるライドスルー期間を
延長することができる開放設計型再凝縮式超伝導マグネ
ットを提供する。 【解決手段】 開放設計型再凝縮式超伝導マグネット
（１０）は通路（３７）によって接続された上部および
下部冷凍剤用容器（３２、３３）を備え、通路は上部冷
凍剤用容器の底面（４４）の上方まで伸びて、冷凍剤の
液面レベルが低下した場合に液体冷凍剤（４６）の流れ
を遮断して上部冷凍剤用容器内に液体冷凍剤を貯留でき
るようにする。障害を補正する必要があることを示すた
めに信号が発生される（６２）。
剤源が枯渇するような場合におけるライドスルー期間を
延長することができる開放設計型再凝縮式超伝導マグネ
ットを提供する。 【解決手段】 開放設計型再凝縮式超伝導マグネット
（１０）は通路（３７）によって接続された上部および
下部冷凍剤用容器（３２、３３）を備え、通路は上部冷
凍剤用容器の底面（４４）の上方まで伸びて、冷凍剤の
液面レベルが低下した場合に液体冷凍剤（４６）の流れ
を遮断して上部冷凍剤用容器内に液体冷凍剤を貯留でき
るようにする。障害を補正する必要があることを示すた
めに信号が発生される（６２）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超伝導の保持(rid
e-through)期間を延長させるための冷凍剤貯留を有する
分離型クライオスタット式超伝導マグネットに関する。
e-through)期間を延長させるための冷凍剤貯留を有する
分離型クライオスタット式超伝導マグネットに関する。
【０００２】
【発明の背景】周知のように、超伝導マグネットは、極
低温の環境下にこのマグネットを置くこと（たとえば、
クライオスタット内すなわち液体ヘリウムその他の冷凍
剤を収容した圧力容器内にマグネットを封入するなど）
によって超伝導状態とすることができる。この極低温に
よってマグネット・コイルの超伝導状態が保証される。
すなわち、はじめに（比較的短時間）コイルを電源に接
続すると、電源が除去された後も抵抗がないため電流が
流れ続け、これにより強い磁場が維持される。超伝導マ
グネットは、磁気共鳴イメージング（以下、ＭＲＩとい
う）の分野で広い用途が知られている。
低温の環境下にこのマグネットを置くこと（たとえば、
クライオスタット内すなわち液体ヘリウムその他の冷凍
剤を収容した圧力容器内にマグネットを封入するなど）
によって超伝導状態とすることができる。この極低温に
よってマグネット・コイルの超伝導状態が保証される。
すなわち、はじめに（比較的短時間）コイルを電源に接
続すると、電源が除去された後も抵抗がないため電流が
流れ続け、これにより強い磁場が維持される。超伝導マ
グネットは、磁気共鳴イメージング（以下、ＭＲＩとい
う）の分野で広い用途が知られている。
【０００３】従来の、初期ＭＲＩ装置で見られる別の問
題として、ＭＲＩ装置が、患者の撮影用にあけられた中
央のボア（空洞）を有する円筒状構造体の内部に封入さ
れたソレノイド・マグネットを利用しているということ
がある。しかし、こうした配置においては、患者は実際
上高温のボア内に閉じこめられたようになり、患者によ
っては閉鎖恐怖を引き起こしかねない。患者を本質的に
完全には閉じこめることがない開放設計型構造が望まし
いことが、認識されるようになって久しい。しかしなが
ら、開放設計型マグネットにより、数多くの技術的問題
や困難が生じている。
題として、ＭＲＩ装置が、患者の撮影用にあけられた中
央のボア（空洞）を有する円筒状構造体の内部に封入さ
れたソレノイド・マグネットを利用しているということ
がある。しかし、こうした配置においては、患者は実際
上高温のボア内に閉じこめられたようになり、患者によ
っては閉鎖恐怖を引き起こしかねない。患者を本質的に
完全には閉じこめることがない開放設計型構造が望まし
いことが、認識されるようになって久しい。しかしなが
ら、開放設計型マグネットにより、数多くの技術的問題
や困難が生じている。
【０００４】開放設計型超伝導マグネットの一タイプで
は、分離型デュワー瓶すなわち分離型ヘリウム容器を利
用し、この分離されたヘリウム容器間でヘリウムの重力
による流れを可能にするために設けたヘリウム通路又は
転送路によって下部ヘリウム容器と上部ヘリウム容器を
接続している。単一のヘリウム再凝縮器が上部ヘリウム
容器に接続されていて、沸騰したヘリウム・ガスを両容
器から回収して再凝縮させて液体ヘリウムに戻す。液体
ヘリウムは、上部ヘリウム容器内に流れ込み、さらに重
力によって鉛直の転送管を通って下部ヘリウム容器へ流
れ込む。いずれかの容器内の液体ヘリウムが相当に損耗
すると、極めて望ましくないマグネットのクエンチ、す
なわちマグネットの超伝導動作の断絶が起こる可能性が
ある。液体ヘリウム供給源を補給し、続いて超伝導動作
を再開することは、コストおよびＭＲＩ装置の停止時間
の点からして経済的でない。こうした液体ヘリウムの損
耗は、たとえばヘリウム再凝縮器に付属する機械式クラ
イオクーラ(cryocooler)の故障により起こることがあ
る。クライオクーラは、ヘリウム容器を外部に対して開
口させることなくクライオクーラの交換を可能とするた
めのスリーブ内に位置させるのが一般的である。しか
し、クライオクーラの交換は、問題のある状況が検出さ
れた時から超伝導動作が停止してしまう迄の期間内に行
う必要がある。この期間はライドスルー(ride-through)
期間と呼ばれ、マグネットがクエンチを起こす迄の、超
伝導マグネット動作が継続している最終期間である。
は、分離型デュワー瓶すなわち分離型ヘリウム容器を利
用し、この分離されたヘリウム容器間でヘリウムの重力
による流れを可能にするために設けたヘリウム通路又は
転送路によって下部ヘリウム容器と上部ヘリウム容器を
接続している。単一のヘリウム再凝縮器が上部ヘリウム
容器に接続されていて、沸騰したヘリウム・ガスを両容
器から回収して再凝縮させて液体ヘリウムに戻す。液体
ヘリウムは、上部ヘリウム容器内に流れ込み、さらに重
力によって鉛直の転送管を通って下部ヘリウム容器へ流
れ込む。いずれかの容器内の液体ヘリウムが相当に損耗
すると、極めて望ましくないマグネットのクエンチ、す
なわちマグネットの超伝導動作の断絶が起こる可能性が
ある。液体ヘリウム供給源を補給し、続いて超伝導動作
を再開することは、コストおよびＭＲＩ装置の停止時間
の点からして経済的でない。こうした液体ヘリウムの損
耗は、たとえばヘリウム再凝縮器に付属する機械式クラ
イオクーラ(cryocooler)の故障により起こることがあ
る。クライオクーラは、ヘリウム容器を外部に対して開
口させることなくクライオクーラの交換を可能とするた
めのスリーブ内に位置させるのが一般的である。しか
し、クライオクーラの交換は、問題のある状況が検出さ
れた時から超伝導動作が停止してしまう迄の期間内に行
う必要がある。この期間はライドスルー(ride-through)
期間と呼ばれ、マグネットがクエンチを起こす迄の、超
伝導マグネット動作が継続している最終期間である。
【０００５】問題のある状況を検出して、クライオクー
ラの交換などにより改善処置を行うのに十分な時間が得
られるように、ライドスルー期間を延長できることが極
めて望ましい。
ラの交換などにより改善処置を行うのに十分な時間が得
られるように、ライドスルー期間を延長できることが極
めて望ましい。
【０００６】
【発明の概要】このように、超伝導マグネットのライド
スルー期間を延長させて、問題のある状況を改善するた
めの余分な時間を提供でき、かつ上記のマグネットのク
エンチの問題を回避できるシステムが特に必要となる。
スルー期間を延長させて、問題のある状況を改善するた
めの余分な時間を提供でき、かつ上記のマグネットのク
エンチの問題を回避できるシステムが特に必要となる。
【０００７】本発明の一形態によれば、開放設計型再凝
縮式超伝導マグネットは、上部および下部に分離された
冷凍剤用容器と両容器を接続する通路とを備え、その各
々の冷凍剤用容器は超伝導マグネット・コイルおよび液
体冷凍剤を収容している。上部容器内にある制御チュー
ブが、超伝導動作がクエンチを起こす液体ヘリウムの液
面レベルより上方に位置決めされて、再凝縮器動作の故
障時に下部容器内の液体ヘリウムの補給を中断させる。
これにより上部容器内に貯留ヘリウム供給源を維持し
て、超伝導動作を継続させながら再凝縮器やその他の問
題状況に対して交換や修繕を行えるようにする期間、す
なわちライドスルー期間を延長させる。
縮式超伝導マグネットは、上部および下部に分離された
冷凍剤用容器と両容器を接続する通路とを備え、その各
々の冷凍剤用容器は超伝導マグネット・コイルおよび液
体冷凍剤を収容している。上部容器内にある制御チュー
ブが、超伝導動作がクエンチを起こす液体ヘリウムの液
面レベルより上方に位置決めされて、再凝縮器動作の故
障時に下部容器内の液体ヘリウムの補給を中断させる。
これにより上部容器内に貯留ヘリウム供給源を維持し
て、超伝導動作を継続させながら再凝縮器やその他の問
題状況に対して交換や修繕を行えるようにする期間、す
なわちライドスルー期間を延長させる。
【０００８】より具体的に述べると、制御チューブの上
端によって、超伝導動作の継続および延長に必要となる
液体ヘリウム量の概ね１２倍の液体ヘリウムの貯留量を
保持する。
端によって、超伝導動作の継続および延長に必要となる
液体ヘリウム量の概ね１２倍の液体ヘリウムの貯留量を
保持する。
【０００９】
【発明の説明】図１および図２について説明すると、開
放設計型超伝導マグネット１０は、互いに平行に隔たっ
たポール・ピース１２および１３を備え、これらポール
・ピースは、一対の非磁性の接続部材すなわちポスト１
４によって分離されていると共にその一端が支持されて
いる。ポール・ピース１２および１３は、鉄などの強磁
性体製である。ポール・フェース１６は参照符号１８の
形状とし、超伝導マグネット１０の軸２２に沿った撮影
領域２０内の磁場の均一性を改善する。支柱２４により
マグネット１０は床２６に固定される。
放設計型超伝導マグネット１０は、互いに平行に隔たっ
たポール・ピース１２および１３を備え、これらポール
・ピースは、一対の非磁性の接続部材すなわちポスト１
４によって分離されていると共にその一端が支持されて
いる。ポール・ピース１２および１３は、鉄などの強磁
性体製である。ポール・フェース１６は参照符号１８の
形状とし、超伝導マグネット１０の軸２２に沿った撮影
領域２０内の磁場の均一性を改善する。支柱２４により
マグネット１０は床２６に固定される。
【００１０】全体を矢印２８で示す、撮影領域２０内の
静磁場（Ｂ0 ）は、ヘリウム容器３２および３３内のマ
グネット・コイル（全体を矢印３０で示す）によって発
生される。冷凍剤用容器３２内の補正コイル（図示せ
ず）や外部シム・ドロワー内の受動性シムなどの磁場均
一度調整（シミング）装置（全体を参照符号３６で示
す）は、当業界でよく知られる方法により撮影領域２０
内の磁場の不均一性を補償する。再凝縮器３４および対
応する機械式クライオクーラ３５（例えば、２段式ギフ
ォード・マクマホン（Ｇｉｆｆｏｒｄ−ＭｃＭａｈｏ
ｎ）クライオクーラ）により、超伝導動作に起因するヘ
リウム・ガスを再凝縮させ液体ヘリウムに戻す。再凝縮
した液体ヘリウムは、重力によって再凝縮器３４から上
部ヘリウム容器３２内に流入する。鉛直の転送チューブ
３７が、ヘリウム容器３２および３３を相互接続して、
上部ヘリウム容器３２から下部ヘリウム容器３３へのヘ
リウムの重力による流れを可能にする。
静磁場（Ｂ0 ）は、ヘリウム容器３２および３３内のマ
グネット・コイル（全体を矢印３０で示す）によって発
生される。冷凍剤用容器３２内の補正コイル（図示せ
ず）や外部シム・ドロワー内の受動性シムなどの磁場均
一度調整（シミング）装置（全体を参照符号３６で示
す）は、当業界でよく知られる方法により撮影領域２０
内の磁場の不均一性を補償する。再凝縮器３４および対
応する機械式クライオクーラ３５（例えば、２段式ギフ
ォード・マクマホン（Ｇｉｆｆｏｒｄ−ＭｃＭａｈｏ
ｎ）クライオクーラ）により、超伝導動作に起因するヘ
リウム・ガスを再凝縮させ液体ヘリウムに戻す。再凝縮
した液体ヘリウムは、重力によって再凝縮器３４から上
部ヘリウム容器３２内に流入する。鉛直の転送チューブ
３７が、ヘリウム容器３２および３３を相互接続して、
上部ヘリウム容器３２から下部ヘリウム容器３３へのヘ
リウムの重力による流れを可能にする。
【００１１】転送チューブ３７は、上部ヘリウム容器３
２の中まで伸びて、上部ヘリウム容器の底面４４の上方
に伸びる制御チューブ部分４２を形成する。上部ヘリウ
ム容器内の液体ヘリウムの液面レベルの高さが、転送チ
ューブ３７の制御チューブ４２の開放した上端すなわち
開口３９より高くなったとき、この制御チューブ部分４
２を通して、液体ヘリウムが上部ヘリウム容器と下部ヘ
リウム容器３３との間を流れる。開口３９の高さは、上
部ヘリウム容器３２の底面４４から５５乃至６５パーセ
ント、望ましくは６０パーセントの所にある。上部ヘリ
ウム容器３２に保持する液体ヘリウムの体積は、好まし
くは上部ヘリウム容器および下部ヘリウム容器３３内へ
の熱リークの比に比例させる。上部および下部ヘリウム
容器の熱リークが等しい場合には６０％となる。液体ヘ
リウム４６のレベルは液面検出器６０によって検出さ
れ、液面検出器６０はに接続される。アラーム装置６２
は、液体ヘリウムのレベルが予め選択されたレベル、た
とえばレベル６４まで低下した時に信号を出して、液体
ヘリウムのレベル低下の原因を検査する必要性があるこ
とを知らせるための指示器および可聴性のアラームを含
んでいてよい。
２の中まで伸びて、上部ヘリウム容器の底面４４の上方
に伸びる制御チューブ部分４２を形成する。上部ヘリウ
ム容器内の液体ヘリウムの液面レベルの高さが、転送チ
ューブ３７の制御チューブ４２の開放した上端すなわち
開口３９より高くなったとき、この制御チューブ部分４
２を通して、液体ヘリウムが上部ヘリウム容器と下部ヘ
リウム容器３３との間を流れる。開口３９の高さは、上
部ヘリウム容器３２の底面４４から５５乃至６５パーセ
ント、望ましくは６０パーセントの所にある。上部ヘリ
ウム容器３２に保持する液体ヘリウムの体積は、好まし
くは上部ヘリウム容器および下部ヘリウム容器３３内へ
の熱リークの比に比例させる。上部および下部ヘリウム
容器の熱リークが等しい場合には６０％となる。液体ヘ
リウム４６のレベルは液面検出器６０によって検出さ
れ、液面検出器６０はに接続される。アラーム装置６２
は、液体ヘリウムのレベルが予め選択されたレベル、た
とえばレベル６４まで低下した時に信号を出して、液体
ヘリウムのレベル低下の原因を検査する必要性があるこ
とを知らせるための指示器および可聴性のアラームを含
んでいてよい。
【００１２】超伝導マグネット１０でヘリウムの減少を
起こさせる問題が発生した場合に、制御チューブ４２は
上部ヘリウム容器３２内の液体ヘリウム４６を保持す
る。これにより、たとえばクライオクーラ３５の故障や
再凝縮器３４の再凝縮動作の停止などによって、いずれ
かのヘリウム容器の超伝導動作の継続が脅かされた場合
に、液体ヘリウム４６が上部ヘリウム容器から下部ヘリ
ウム容器３３に流出して急速に枯渇するのが防止され
る。したがって、両ヘリウム容器３２および３３内のマ
グネット・コイル３０の超伝導動作は、この期間すなわ
ちライドスルー期間の間、継続することになる。ヘリウ
ム容器３２および３３のいずれかの内部のコイル３０の
超伝導動作が断絶すると、超伝導マグネット１０はＭＲ
Ｉ撮影にとっては不安定で不適当な状態となる。また、
ヘリウム容器のいずれか一方でクエンチや磁場の崩壊が
起こると、もう一方の容器内のコイル３０にも悪影響を
与え、そのクエンチを早めることになる。そこで、クラ
イオクーラ３５の交換などによる修理に適した時間を確
保できるように超伝導動作のライドスルー期間を延長し
て、できるだけ長い間すべてのコイル３０を超伝導状態
に維持しておく必要がある。
起こさせる問題が発生した場合に、制御チューブ４２は
上部ヘリウム容器３２内の液体ヘリウム４６を保持す
る。これにより、たとえばクライオクーラ３５の故障や
再凝縮器３４の再凝縮動作の停止などによって、いずれ
かのヘリウム容器の超伝導動作の継続が脅かされた場合
に、液体ヘリウム４６が上部ヘリウム容器から下部ヘリ
ウム容器３３に流出して急速に枯渇するのが防止され
る。したがって、両ヘリウム容器３２および３３内のマ
グネット・コイル３０の超伝導動作は、この期間すなわ
ちライドスルー期間の間、継続することになる。ヘリウ
ム容器３２および３３のいずれかの内部のコイル３０の
超伝導動作が断絶すると、超伝導マグネット１０はＭＲ
Ｉ撮影にとっては不安定で不適当な状態となる。また、
ヘリウム容器のいずれか一方でクエンチや磁場の崩壊が
起こると、もう一方の容器内のコイル３０にも悪影響を
与え、そのクエンチを早めることになる。そこで、クラ
イオクーラ３５の交換などによる修理に適した時間を確
保できるように超伝導動作のライドスルー期間を延長し
て、できるだけ長い間すべてのコイル３０を超伝導状態
に維持しておく必要がある。
【００１３】制御チューブ４２の最適高さを適正に選択
することにより、上部ヘリウム容器３２と下部ヘリウム
容器３３の両容器内でコイルの超伝導動作に対する必要
性をバランスさせる。図２について説明すると、制御チ
ューブ４２の高さ４８については、上部ヘリウム容器３
２および下部ヘリウム容器３３の内部体積が同一にな
る、すなわち、V32＝V33である場合に以下のように考察
される。同一でない場合は、それに対応して計算を行う
ことができる。液体ヘリウム４６の液面レベル６４が５
％未満に下がった場合に、ヘリウム容器３２および３３
のいずれかにクエンチが起こるか起こり始めて、超伝導
動作が停止する判定する場合を考えてみる。この場合、
ヘリウムの液面レベルが概ね０乃至５％の範囲にある場
合にクエンチが起こる。
することにより、上部ヘリウム容器３２と下部ヘリウム
容器３３の両容器内でコイルの超伝導動作に対する必要
性をバランスさせる。図２について説明すると、制御チ
ューブ４２の高さ４８については、上部ヘリウム容器３
２および下部ヘリウム容器３３の内部体積が同一にな
る、すなわち、V32＝V33である場合に以下のように考察
される。同一でない場合は、それに対応して計算を行う
ことができる。液体ヘリウム４６の液面レベル６４が５
％未満に下がった場合に、ヘリウム容器３２および３３
のいずれかにクエンチが起こるか起こり始めて、超伝導
動作が停止する判定する場合を考えてみる。この場合、
ヘリウムの液面レベルが概ね０乃至５％の範囲にある場
合にクエンチが起こる。
【００１４】たとえば、ヘリウム容器３２および３３の
双方が満たされた状態で、クライオクーラ３５の故障に
伴い再凝縮器３４の動作が停止したとすると、超伝導マ
グネット１０の液体ヘリウムの全体積の５０％が各ヘリ
ウム容器内に存在することになる。上部ヘリウム容器３
２に関しては、制御チューブの高さ４８を上部ヘリウム
容器の体積の６０％が開口３９の下方にくるように位置
決めした場合、全ヘリウム体積の配分は、矢印５２で示
すように全体積の５０％が下部ヘリウム容器３３内にあ
り、矢印４８で示すように全体積の３０％が制御チュー
ブ４２の開口３９の下方にあり、そして矢印５４で示す
ように全体積の２０％が開口３９の上方にある。
双方が満たされた状態で、クライオクーラ３５の故障に
伴い再凝縮器３４の動作が停止したとすると、超伝導マ
グネット１０の液体ヘリウムの全体積の５０％が各ヘリ
ウム容器内に存在することになる。上部ヘリウム容器３
２に関しては、制御チューブの高さ４８を上部ヘリウム
容器の体積の６０％が開口３９の下方にくるように位置
決めした場合、全ヘリウム体積の配分は、矢印５２で示
すように全体積の５０％が下部ヘリウム容器３３内にあ
り、矢印４８で示すように全体積の３０％が制御チュー
ブ４２の開口３９の下方にあり、そして矢印５４で示す
ように全体積の２０％が開口３９の上方にある。
【００１５】このように、再凝縮器３４の故障の時点す
なわちゼロ時刻（Ｔ0 ）での、体積５０と５２が同一で
ある状態では、超伝導動作の継続により、両ヘリウム容
器３２および３３の内部でヘリウム４６の沸騰が継続す
る。ヘリウム・ガスが増加しても再凝縮により液体ヘリ
ウムに戻されることがないと、液体ヘリウム液面レベル
は当初、上部ヘリウム容器３２内で急速に低下しはじめ
る。この理由は、この低下が、両ヘリウム容器３２およ
び３３内のヘリウムのボイルオフ量の合計に相当し、下
部ヘリウム容器３３内でのボイルオフ量がチューブすな
わちパイプ３７を通って上部ヘリウム容器３２からの液
体ヘリウム４６で置換されて、下部ヘリウム容器３３が
満たされるようになるためである。すなわち、上部ヘリ
ウム容器３２内のヘリウムの液面レベル５０は、実質的
にいずれか一方のヘリウム容器のボイルオフ量の概ね２
倍の速度で低下することになる。
なわちゼロ時刻（Ｔ0 ）での、体積５０と５２が同一で
ある状態では、超伝導動作の継続により、両ヘリウム容
器３２および３３の内部でヘリウム４６の沸騰が継続す
る。ヘリウム・ガスが増加しても再凝縮により液体ヘリ
ウムに戻されることがないと、液体ヘリウム液面レベル
は当初、上部ヘリウム容器３２内で急速に低下しはじめ
る。この理由は、この低下が、両ヘリウム容器３２およ
び３３内のヘリウムのボイルオフ量の合計に相当し、下
部ヘリウム容器３３内でのボイルオフ量がチューブすな
わちパイプ３７を通って上部ヘリウム容器３２からの液
体ヘリウム４６で置換されて、下部ヘリウム容器３３が
満たされるようになるためである。すなわち、上部ヘリ
ウム容器３２内のヘリウムの液面レベル５０は、実質的
にいずれか一方のヘリウム容器のボイルオフ量の概ね２
倍の速度で低下することになる。
【００１６】しかし、制御チューブ４２の高さのため、
この下部ヘリウム容器に対するヘリウム置換動作はヘリ
ウムの液面レベル６４が開口３９に達するまでの間だけ
は許容されるが、その後は制御チューブにより上部ヘリ
ウム容器３２内のヘリウム体積がこれ以上急速に減少す
るのが防止されて、上部ヘリウム容器３２内に一定の貯
留量を保持する。
この下部ヘリウム容器に対するヘリウム置換動作はヘリ
ウムの液面レベル６４が開口３９に達するまでの間だけ
は許容されるが、その後は制御チューブにより上部ヘリ
ウム容器３２内のヘリウム体積がこれ以上急速に減少す
るのが防止されて、上部ヘリウム容器３２内に一定の貯
留量を保持する。
【００１７】ヘリウムの液面レベル６４が制御チューブ
４２の開口３９まで下がった時点、あるいはこれより以
前の予め定めた時点で、液面検出器６０によりアラーム
装置６２が起動され、クライオクーラ３５の交換などの
是正措置を直ちに講ずる必要があることをオペレータに
警報する。ヘリウムの液面レベル６４が開口３９に達す
ると、転送チューブ３７は実効的に作用が止まり、上部
ヘリウム容器３２から下部ヘリウム容器３３へのヘリウ
ムの流れが停止する。これにより得られる液体ヘリウム
貯留量は、両容器内でヘリウム体積が２０％まで減少す
るのにかかる時間によって実効ライドスルー期間を決定
することを可能にする。この実効ライドスルー期間は、
制御チューブ４２がない場合に得られる時間と比べて長
くなる。このように、上部容器３２内の液体ヘリウムが
それ以上枯渇するのが止まり、ヘリウム容器３２および
３３が実質的に分離されることよりライドスルー期間が
長くなる。下部ヘリウム容器３３を満たした状態に維持
するために液体ヘリウムを上部ヘリウム容器３２から転
送することがないため、上部ヘリウム容器からのヘリウ
ムのボイルオフのみによってヘリウム４６の液面レベル
が低下し、上部容器内の体積の６０％から体積の５％ま
で低下するのにかかる時間は、下部ヘリウム容器の超伝
導動作を維持するのに必要となるレベル以上まで上部容
器から下部ヘリウム容器への補充を継続してしまう場合
にかかる時間と比べ２倍となる。
４２の開口３９まで下がった時点、あるいはこれより以
前の予め定めた時点で、液面検出器６０によりアラーム
装置６２が起動され、クライオクーラ３５の交換などの
是正措置を直ちに講ずる必要があることをオペレータに
警報する。ヘリウムの液面レベル６４が開口３９に達す
ると、転送チューブ３７は実効的に作用が止まり、上部
ヘリウム容器３２から下部ヘリウム容器３３へのヘリウ
ムの流れが停止する。これにより得られる液体ヘリウム
貯留量は、両容器内でヘリウム体積が２０％まで減少す
るのにかかる時間によって実効ライドスルー期間を決定
することを可能にする。この実効ライドスルー期間は、
制御チューブ４２がない場合に得られる時間と比べて長
くなる。このように、上部容器３２内の液体ヘリウムが
それ以上枯渇するのが止まり、ヘリウム容器３２および
３３が実質的に分離されることよりライドスルー期間が
長くなる。下部ヘリウム容器３３を満たした状態に維持
するために液体ヘリウムを上部ヘリウム容器３２から転
送することがないため、上部ヘリウム容器からのヘリウ
ムのボイルオフのみによってヘリウム４６の液面レベル
が低下し、上部容器内の体積の６０％から体積の５％ま
で低下するのにかかる時間は、下部ヘリウム容器の超伝
導動作を維持するのに必要となるレベル以上まで上部容
器から下部ヘリウム容器への補充を継続してしまう場合
にかかる時間と比べ２倍となる。
【００１８】コイル３０の超伝導動作が両ヘリウム容器
３２および３３内で継続することによって余分な時間が
得られることは、クライオクーラ３５に対する点検また
は交換あるいはこの双方、あるいはその他の補修措置を
可能にし、かつ再凝縮器３４の再凝縮動作の再開を可能
にし、収集したヘリウム・ガスを再凝縮させ変換して液
体ヘリウムに戻し、マグネット１０の正常な超伝導動作
の再開を可能にする点で重要である。必要であれば、こ
の時点で液体ヘリウムを超伝導マグネット１０に追加す
ることも可能である。
３２および３３内で継続することによって余分な時間が
得られることは、クライオクーラ３５に対する点検また
は交換あるいはこの双方、あるいはその他の補修措置を
可能にし、かつ再凝縮器３４の再凝縮動作の再開を可能
にし、収集したヘリウム・ガスを再凝縮させ変換して液
体ヘリウムに戻し、マグネット１０の正常な超伝導動作
の再開を可能にする点で重要である。必要であれば、こ
の時点で液体ヘリウムを超伝導マグネット１０に追加す
ることも可能である。
【００１９】制御チューブ４２の最適な高さ４８は、具
体的な寸法の違いによってマグネットごとに様々な値と
なるが、上部ヘリウム容器３２のコイル３０がクエンチ
を起こすレベルより有意に高くする。というのも、まさ
にこの差によって、上部ヘリウム容器のクエンチが起こ
るまでの追加のライドスルー時間が得られるからであ
る。制御チューブ４２は、そのすべてが上部ヘリウム容
器３２の底面４４からの高さが同一である高さまで伸び
る２本以上のチューブで構成してもよい。
体的な寸法の違いによってマグネットごとに様々な値と
なるが、上部ヘリウム容器３２のコイル３０がクエンチ
を起こすレベルより有意に高くする。というのも、まさ
にこの差によって、上部ヘリウム容器のクエンチが起こ
るまでの追加のライドスルー時間が得られるからであ
る。制御チューブ４２は、そのすべてが上部ヘリウム容
器３２の底面４４からの高さが同一である高さまで伸び
る２本以上のチューブで構成してもよい。
【００２０】本発明を、その特定の好ましい実施態様に
関して記述してきたが、構造、部品の配置と組合わせ、
並びに使用する材料の種類に関し、本発明の精神および
範囲を逸脱することなく、様々な変更を行うことができ
ることを理解されたい。
関して記述してきたが、構造、部品の配置と組合わせ、
並びに使用する材料の種類に関し、本発明の精神および
範囲を逸脱することなく、様々な変更を行うことができ
ることを理解されたい。
【図１】本発明を含む超伝導マグネットの簡略側面断面
図である。
図である。
【図２】本発明の動作の説明に便利なように細部を示し
た図１の一部分の拡大図である。
た図１の一部分の拡大図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デビッド・ジョナサン・チャウルク アメリカ合衆国、ペンシルヴァニア州、ス ラティントン、ヴェンチャー・コート、 6210番 (72)発明者 トーマス・ジョゼフ アメリカ合衆国、ペンシルヴァニア州、マ カンジー、マグノリア・サークル、3065番 (72)発明者 ジョゼフ・アンソニー・シリンジャー アメリカ合衆国、ペンシルヴァニア州、ア レンタウン、クロックス・ロード、221番
Claims (10)
- 【請求項１】 各々が超伝導マグネット・コイル（３
０）および液体冷凍剤（４６）を含む上部および下部冷
凍剤用容器（３２、３３）を備え、これらの間に磁場を
提供する開放設計型冷凍剤再凝縮式超伝導マグネット
（１０）であって、超伝導のライドスルー動作を延長さ
せるための装置を含み、該装置が、 前記上部冷凍剤用容器に接続され、冷凍剤ガスを再凝縮
させて液体冷凍剤に戻すための再凝縮器と、 前記上部冷凍剤用容器の内部と前記下部冷凍剤用容器の
内部を接続する少なくとも１つの通路（３７）とを備え
ており、 前記通路は、前記上部冷凍剤用容器の底面（４４）より
予め選択され高さ（４８）にある開口（３９）を備え、
また 前記通路は、前記上部容器内の前記液体冷凍剤の液面レ
ベル（６４）が前記開口より上方にある限り、前記上部
冷凍剤用容器から前記下部冷凍剤用容器へ前記液体冷凍
剤を制御して転送することができ、且つ、 前記高さが、それ以下では前記上部冷凍剤用容器内の前
記マグネット・コイルの前記超伝導動作がクエンチを起
こすような液体冷凍剤の液面レベル（５６）よりも上方
にあり、 もって、前記超伝導マグネットの動作のライドスルー期
間を延長させることができることを特徴とする開放設計
型冷凍剤再凝縮式超伝導マグネット。 - 【請求項２】 前記液体冷凍剤がヘリウムである、請求
項１に記載の超伝導マグネット。 - 【請求項３】 前記液体冷凍剤が重力による流れによっ
て転送される、請求項２に記載の超伝導マグネット用の
保持制御機構。 - 【請求項４】 超伝導マグネット・コイル（３０）を含
む上部ヘリウム容器（３２）と、 超伝導マグネット・コイルを含む下部ヘリウム容器（３
３）と、 前記上部ヘリウム容器から前記下部ヘリウム容器へヘリ
ウムを重力により流れさせる少なくとも１本の転送チュ
ーブ（３７）とを備え、 前記チューブは、前記上部ヘリウム容器内で前記上部ヘ
リウム容器の底面（４４）より上方に伸びていて、前記
上部容器内のヘリウムの液面レベル（６４）が前記チュ
ーブの上端より上方にあるときにのみ、ヘリウムが前記
上部ヘリウム容器から前記下部ヘリウム容器へ流れるこ
とができるようにし、且つ前記上部ヘリウム容器の前記
底面からの前記チューブの高さ（４８）によって、前記
マグネットの超伝導動作の継続が脅かされるほどにヘリ
ウム液面レベルが低下するまでの期間、すなわち前記マ
グネットの前記超伝導動作のライドスルー期間を延長さ
せるのに十分なヘリウム貯留量が前記上部ヘリウム容器
内に保持されるように定めたことを、を特徴とする開放
設計型液体ヘリウム冷却式超伝導マグネット（１０）。 - 【請求項５】 前記上部ヘリウム容器の前記底面からの
前記チューブの最上部の高さを、前記超伝導マグネット
の前記ライドスルー期間を最長とするように選択した、
請求項４に記載の超伝導マグネット。 - 【請求項６】 前記上部ヘリウム容器の前記底面からの
前記チューブの前記高さによって、前記下部ヘリウム容
器への流出に対して、前記上部ヘリウム容器の全ヘリウ
ム体積の８０乃至２０パーセントに等しい液体ヘリウム
の量を前記上部ヘリウム容器内に保持するようにした、
請求項５に記載の超伝導マグネット。 - 【請求項７】 前記高さにより、前記下部ヘリウム容器
への重力による流れに対して、前記上部ヘリウム容器の
前記ヘリウムの体積の６０％を保持するようにした、請
求項６に記載の超伝導マグネット。 - 【請求項８】 前記上部ヘリウム容器に接続されてい
て、ヘリウム・ガスを再凝縮させて液体ヘリウムに戻す
ヘリウム再凝縮器（３４）を含んでいる、請求項７に記
載の超伝導マグネット。 - 【請求項９】 前記チューブにより、保持される液体ヘ
リウムの体積が前記マグネットの超伝導動作がクエンチ
を起こす時点の液体ヘリウムの体積の概ね１２倍になっ
たときに、液体ヘリウムの前記上部容器から前記下部容
器への流れを停止させるようにした、請求項５に記載の
超伝導マグネット。 - 【請求項１０】 前記転送チューブを複数本備える、請
求項５に記載の超伝導マグネット。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/223123 | 1998-12-30 | ||
| US09/223,123 US6011456A (en) | 1998-12-30 | 1998-12-30 | Superconducting magnet split cryostat cryogen ride-through reserve |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000331820A true JP2000331820A (ja) | 2000-11-30 |
| JP4695740B2 JP4695740B2 (ja) | 2011-06-08 |
Family
ID=22835141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP37219099A Expired - Fee Related JP4695740B2 (ja) | 1998-12-30 | 1999-12-28 | 開放設計型超伝導マグネット |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6011456A (ja) |
| EP (1) | EP1016816B1 (ja) |
| JP (1) | JP4695740B2 (ja) |
| DE (1) | DE69933982T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2001078982A (ja) * | 1999-09-16 | 2001-03-27 | Hitachi Medical Corp | 開放型磁石装置 |
| US6198371B1 (en) * | 1999-11-09 | 2001-03-06 | General Electric Company | Open magnet with floor mount |
| US6181228B1 (en) * | 1999-11-09 | 2001-01-30 | General Electric Company | Superconductive magnet including a cryocooler coldhead |
| US6150912A (en) * | 1999-11-15 | 2000-11-21 | General Electric Company | Open architecture superconducting magnet helium vessel structure |
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| US6748749B2 (en) * | 2001-03-16 | 2004-06-15 | Hitachi Medical Corporation | Open type magnetic resonance imaging apparatus |
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| EP1452884A1 (en) * | 2003-02-28 | 2004-09-01 | Hitachi, Ltd. | Superconductive magnet apparatus and magnetic resonance imaging apparatus |
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| DE69739151D1 (de) * | 1996-10-30 | 2009-01-15 | Hitachi Medical Corp | Offene supraleitende Magnetvorrichtung |
-
1998
- 1998-12-30 US US09/223,123 patent/US6011456A/en not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-12-22 EP EP99310425A patent/EP1016816B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-12-22 DE DE69933982T patent/DE69933982T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-12-28 JP JP37219099A patent/JP4695740B2/ja not_active Expired - Fee Related
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