(57)【要約】【課題】液体ヘリウムが蒸発して液面が下がり超電導コイルが液体ヘリウムに浸漬されなくなっても超電導状態を安定して保ち、さらに冷却時に超電導コイルに無理な力がかかることがない超電導電磁石を提供する。【解決手段】上部超電導コイル８が配置された上部低温容器１と下部超電導コイル９が配置された下部低温容器３とを均一磁場空間を挟んで対向配置し、上部低温容器１と下部低温容器３との間を低温容器連結部５で連結するとともに上部低温容器１と下部低温容器３と低温容器連結部５とから形成される空間に液体ヘリウム７が充填され、上部低温容器１内に液面計１３を備え、上部低温容器１に固定されることなく上部超電導コイル８に取り付けられた熱伝導体１２を有し、熱伝導体１２の下端は液体ヘリウム７の液面より下方にあるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部超電導コイルが配置された上部低温容器と下部超電導コイルが配置された下部低温容器とを均一磁場空間を挟んで対向配置し、上部低温容器と下部低温容器との間を低温容器連結部で連結するとともに上部低温容器と下部低温容器と低温容器連結部とから形成される空間に液体ヘリウムが充填され、上部低温容器内に液面計を備える超電導電磁石において、上部低温容器に固定されることなく上部超電導コイルに取り付けられた熱伝導体を有し、熱伝導体の下端は液体ヘリウムの液面より下方にあることを特徴とする超電導電磁石。
【請求項２】
熱伝導体は、銅またはアルミニウムからなる屈曲性導体であることを特徴とする請求項１記載の超電導電磁石。
【請求項３】
熱伝導体は、上部低温容器に設けられた液体ヘリウム注液手段の近傍に取り付けられたことを特徴とする請求項１または２記載の超電導電磁石。
【請求項４】
熱伝導体は、上下方向に形成された本体部と液体ヘリウムの液面に面するフィン部とからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超電導電磁石。
【請求項５】
熱伝導体は、少なくとも上端側を断熱材によって被覆され、下端は露出されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超電導電磁石。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の超電導電磁石と、上部超電導コイルの下端より下方かつ熱伝導体の下端より上方の範囲であらかじめ設定された設定高さと液体ヘリウムの液面高さとを比較する比較手段と、液体ヘリウムの液面高さが前記設定高さ以下の場合に報知する報知手段とを備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超電導電磁石の技術分野に属するものであり、とくに超電導コイルの冷却方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
医療用の断層撮像装置のひとつとして磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）が知られている。ＭＲＩ装置の静磁場発生源として使用される超電導電磁石の構成には、水平円筒ソレノイド型と開放型とがある。開放型とは、超電導コイルまたは超電導コイル群が配置された上下一対の低温容器を所定の間隔で対向配置し、広い開口部を備えるものである。このような開放型の超電導電磁石は、患者の開放感と医療関係者の患者へのアクセス性のため、急速に普及している。
【０００３】
開放型の従来の超電導電磁石は、上部超電導コイルが上部低温容器内に配置され、下部超電導コイルが下部低温容器内に配置されており、各低温容器には液体ヘリウムが封入されている。上部低温容器と下部低温容器とは、所定の間隔で上下対向配置している。上部低温容器と下部低温容器との間は、低温容器連結部で連結されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、他の従来の超電導電磁石は、上部超電導コイル群と下部超電導コイル群とが、液体ヘリウムに浸漬されることなく、所定の間隔で上下対向配置されている。液体ヘリウムが充填された低温容器と上部超電導コイル群及び下部超電導コイル群とは、熱伝導体によって熱的に接続されている。低温容器と熱伝導体の接続方法として、溶接またはろう付けが記載されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３０３７１３号公報（図４−図１０）
【特許文献２】特開２００３−１７８９１３号公報（図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように構成された超電導電磁石では、液体ヘリウムが蒸発して液面が下がった場合に、上部超電導コイルが液体ヘリウムに浸漬されなくなってしまうので温度が上昇してしまい、超電導状態が安定して保てないという問題があった。
また、特許文献２のように構成された超電導電磁石では、低温容器と熱伝導体との熱収縮量の差により、冷却時に超電導コイルに無理な力がかかるという問題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、液体ヘリウムが蒸発して液面が下がり超電導コイルが液体ヘリウムに浸漬されなくなっても超電導状態を安定して保ち、さらに冷却時に超電導コイルに無理な力がかかることがない超電導電磁石を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明における超電導電磁石は、上部超電導コイルが配置された上部低温容器と下部超電導コイルが配置された下部低温容器とを均一磁場空間を挟んで対向配置し、上部低温容器と下部低温容器との間を低温容器連結部で連結するとともに上部低温容器と下部低温容器と低温容器連結部とから形成される空間に液体ヘリウムが充填され、上部低温容器内に液面計を備える超電導電磁石において、上部低温容器に固定されることなく上部超電導コイルに取り付けられた熱伝導体を有し、熱伝導体の下端は液体ヘリウムの液面より下方にあるものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、液体ヘリウムが蒸発して液面が下がり超電導コイルが液体ヘリウムに浸漬されなくなっても超電導状態を安定して保ち、さらに冷却時に超電導コイルに無理な力がかかることがない超電導電磁石を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明が適用される超電導電磁石の実施の形態１を説明するための断面図である。超電導電磁石１００は、上部超電導コイル８と下部超電導コイル９との間に均一磁場空間を形成する。ここでは、上部及び下部超電導コイルが各１個の場合を例示するが、複数の超電導コイルからなる上部超電導コイル群及び下部超電導コイル群とすることは、適宜選択できる。
【００１１】
上部超電導コイル８は上部低温容器１の内部に配置され、下部超電導コイル９は下部低温容器３の内部に配置され、上部低温容器１と下部低温容器３とは均一磁場空間を挟んで対向配置されている。上部低温容器１は、超電導温度を維持するために上部真空断熱容器２に収容されており、下部低温容器３は、同様に下部真空断熱容器４に収容されている。上部低温容器１と下部低温容器３との間は、低温容器連結管５で連結されており、上部真空断熱容器２と下部真空断熱容器４との間は、真空断熱容器連結管６で連結されている。上部低温容器１と下部低温容器３と低温容器連結管５とから形成される空間（低温容器空間）には、液体ヘリウム７が充填される。上部低温容器１の内部には、液体ヘリウム７の液面高さを計測するための液面計１３が配置されている。
【００１２】
上部低温容器１の上側には、蒸発したヘリウムガスを排気したり、液体ヘリウム７を注液したり、超電導電磁石１００を励磁したりするためのサービスポート１０が配置されており、サービスポート１０の内部には液体ヘリウム注液管１１が装備されている。
【００１３】
上部超電導コイル８には、銅またはアルミニウムなどの高熱伝導性金属からなる熱伝導体１２が取り付けられている。ここで、液面計１３で計測される液体ヘリウム７の液面高さが許容範囲より下がってきたら、液体ヘリウム注液管１１から液体ヘリウム７が注液されるので、熱伝導体１２の下端は、液体ヘリウム７の液面より下方にあるように維持される。すなわち、液体ヘリウム７が蒸発して液面が下がり、上部超電導コイル８が液体ヘリウム７に浸漬されなくなっても、熱伝導体１２の下端は常に液体ヘリウム７に浸漬されている。これによって、上部超電導コイル８は、熱伝導体１２を介して冷却されるので温度上昇を抑制でき、超電導状態を安定して保つことができる。
【００１４】
また、熱伝導体１２は、上部低温容器１に対して接触しない構造もしくは接触しても固着されていない構造とするなどして、上部低温容器１に固定されていない。そのため、上部低温容器１と熱伝導体１２とは、冷却時に熱収縮する際に互いを拘束することはないから、両者の熱収縮量の差によって上部超電導コイル８に無理な力がかかるということがない。
【００１５】
また、熱伝導体１２は、高熱伝導性の金属板でもよいが、屈曲性導体であることが好ましい。すなわち、屈曲性導体であればフレキシブルに曲げることができるので、熱伝導体１２を配置する場合に、上部低温容器１の内部に配置される各種部品との干渉を容易に避けることができる。さらに、熱伝導体１２を上部超電導コイル８に取り付けた後でも、上部低温容器１の内部の配線作業などが容易になる。なお、屈曲性導体の例として銅編組線がある。銅編組線を用いた場合には、図２のように各銅線１２０の少なくとも一箇所の直径相当部分（図中、破線の楕円部分）は液体ヘリウム７に浸漬されるように、液体ヘリウム７の液面高さが管理されるものとする。
【００１６】
また、熱伝導体１２は、上部超電導コイル８の適宜箇所に取り付けることができるが、液体ヘリウム注液管１１の近傍に取り付けられることが好ましい。液体ヘリウム７を注液する場合には、常温領域から熱侵入しやすい液体ヘリウム注液管１１の近傍が温度上昇する傾向にあるので、このように熱伝導体１２を設けると、液体ヘリウム注液時の上部超電導コイル８の温度上昇を抑制するには効果的である。これによって、一段と安定して超電導状態を保持できる。
【００１７】
また、配線作業性の観点から、一個の上部超電導コイル８に対して、一個の熱伝導体１２を取り付けることが好ましい。熱伝導体１２の長さは設計的に選択できる。
【００１８】
このようにして得られた超電導電磁石１００をＭＲＩ装置に用いる場合、次のような構成とするのが好ましい。まず、液面計１３によって計測される液体ヘリウム７の液面高さが許容範囲以下とならないように、上部超電導コイル８の下端より下方でしかも熱伝導体１２の下端より上方の範囲であらかじめ設定された設定高さと液体ヘリウム７の液面高さとを比較する比較手段を備える。この設定高さは、使用者が適宜変更できるものでもよい。さらにこの比較結果に基づき、液体ヘリウム７の液面高さがこの設定高さ以下の場合に、ランプの点灯などによって報知する報知手段とを備える。これによって、使用者は液体ヘリウム７の補充時機を適切に知ることができる。
【００１９】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２を説明するための断面図である。この実施の形態は、実施の形態１における熱伝導体１２を、上下方向に形成された本体部１２ａと液体ヘリウム７の液面に面するフィン部１２ｂとで形成した変形例である。とくに超電導電磁石１００を常温から冷却する際に蒸発する冷媒ガスを有効に利用するために、冷媒ガスに触れやすいフィン部１２ａを設け、フィン部１２ａから本体部１２ａを介して上部超電導コイル８を冷却するものである。
【００２０】
超電導電磁石１００を常温から冷却する場合、まず液体窒素や液体ヘリウムといった冷媒を低温容器空間に注液する。この冷媒は、液体ヘリウム注液管１１から注液してもよく、別の冷却用治具を取り付けて注液してもよい。続いて、冷媒が蒸発して、その蒸発した冷媒ガスで低温容器空間内を冷却する。このとき、冷媒ガスに触れやすいフィン部１２ａを設けたことで熱伝導体１２が冷却されやすくなり、上部超電導コイル８の冷却効果が向上する。そのため、常温から冷却する際の冷媒の使用量を低減できる。
【００２１】
なお、冷媒として液体窒素を用いた場合、超電導温度まで冷却するために液体ヘリウムに置換する必要がある。例えば、液体窒素抜取配管を別に設け、そこから一旦溜めた液体窒素を抜き取り（低温容器空間内を加圧して液体窒素を追い出す）、その後で液体ヘリウムを注液することで置換できる。
【００２２】
実施の形態３．
図４は、実施の形態３を説明するための断面図である。この実施の形態は、実施の形態１における熱伝導体１２を、少なくとも上端側が断熱材１４によって被覆され、下端は露出されているようにした変形例である。断熱材１４の被覆範囲は、液体ヘリウム７の許容される液面高さより上端側全体を含むことが好ましい。こうすれば、熱伝導体１２は、下端が液体ヘリウム７に触れており、それ以外の液体ヘリウム７に触れていない部分が常に断熱材１４で被覆されている。そのため、熱伝導体１２のヘリウムガス領域における温度上昇を抑制できるので、上部超電導コイル８の温度上昇を効果的に抑制し、一段と安定して超電導状態を保持できる。さらに、熱伝導体１２の取り付け面積を低減できるので、配線作業性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施の形態１を説明するための超電導電磁石の断面図である。
【図２】実施の形態１を説明するための液体ヘリウムに浸漬した銅線の模式図である。
【図３】実施の形態２を説明するための超電導電磁石の断面図である。
【図４】実施の形態３を説明するための超電導電磁石の断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  上部低温容器、３  下部低温容器、５  低温容器連結管、７  液体ヘリウム、８  上部超電導コイル、９  下部超電導コイル、１１  液体ヘリウム注液管、１２  熱伝導体、１３  液面計、１４  断熱材、１００  超電導電磁石。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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