(57)【要約】      （修正有）【課題】ヘリウム製造施設で、低温ヘリウムガスを用いて磁石の超電導コイルに冷却を提供するための方法を開示する。【解決手段】低温ガス状ヘリウムを現場のヘリウム液化装置３から磁石１に供給し、前記ガス状ヘリウムを前記磁石のクライオスタットに流す。前記ヘリウムは前記現場ヘリウム液化装置から磁石の温度が安定するまで供給される。低温液体ヘリウムは、追加の冷却を提供し、そしてヘリウム溜めを充填する。ヘリウム製造施設で磁石の充填及び磁石の励磁が行われているときに由来する気化ヘリウムを回収する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリウム製造施設で、低温ヘリウムガスを用いて磁石の超電導コイルに冷却を提供するための方法であって、低温ガス状ヘリウムを現場のヘリウム液化装置から前記磁石に供給し、前記ガス状ヘリウムを前記磁石のクライオスタットに流すことを含む方法。
【請求項２】
前記ガス状ヘリウムの温度が２０Ｋである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ヘリウムが前記現場ヘリウム液化装置から磁石の温度が安定するまで供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
液体ヘリウムを充填された前記磁石が、磁気共鳴イメージング及び核磁気共鳴からなる群から選ばれる装置で使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記クライオスタットがその指定設計最大量に充填されるまで前記現場ヘリウム液化装置から前記磁石に充填することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記低温ヘリウムガスを前記磁石から回収することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ヘリウム製造施設で磁石への液体ヘリウム充填に由来する気化ヘリウムを回収することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記気化ヘリウムがヘリウム精製装置に供給される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記気化及び精製ヘリウムがヘリウム液化装置に供給される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ヘリウム液化装置が液体ヘリウムを前記磁石に供給する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ヘリウム製造施設で励磁が行われている磁石に由来する気化ヘリウムを回収することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記気化ヘリウムが、超電導コイルの液体ヘリウム内への発熱及び超電導コイルから液体ヘリウム内へのエネルギーの散逸からなる群から選ばれるプロセスの結果である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記気化ヘリウムがまずガス回収管路に回収される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ガス回収管路がヘリウムガス回収システムと流体連結している、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ヘリウムガス回収システムがヘリウムガスバッグである、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[001]本発明は、ヘリウム製造施設で、超電導磁石のためのヘリウム冷却プロセスとその後の励磁プロセスをヘリウム回収プロセスと統合するための方法を提供する。さらに詳しくは、本発明は、低温ヘリウムガスを使用した磁石の超電導コイルの冷却、その後の磁石のヘリウムクライオスタット（ヘリウム溜め）への液体ヘリウムの充填、これらの作業に由来する随伴ヘリウムガスの回収、磁石を励磁している間の通常のボイルオフ時のヘリウムの回収、及び磁石の通電（励磁）中に発生しうるクエンチの結果放出されるヘリウムガスの回収を提供する。
【背景技術】
【０００２】
[002]超電導又はその他の種類の磁石を採用した磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）及び核磁気共鳴（ＮＭＲ）システムは医療診断などの分野で使用されている。超電導磁石は、ヘリウム溜めに入っている液体ヘリウムに少なくとも部分的に浸漬されたメインコイルを有するコイルアセンブリを含む。該ヘリウム溜めは、典型的には、二重の熱シールドに包囲された上にさらに真空の閉鎖容器に収容されている。Ｎｂ−Ｔｉ超電導コイルは通常約４ケルビンの温度で動作し、Ｎｂ−Ｓｎ超電導コイルは通常約１０ケルビンの温度で動作する。コイルアセンブリをそのような温度に冷却すると超電導性になり、更なる著しいエネルギー入力をせずとも磁場強度が維持される。超電導磁石の運転に必要なのは冷却剤の存在である。この冷却剤は典型的には、磁石コイルの材料を超電導状態に到達させるのに必要な低温を達成できる液体ヘリウムである。この低温の必要性は、磁石内のヘリウム溜めが、磁石コイルを超電導にするのに足るほど低温の、十分な量の液体ヘリウムで満たされていなければならないことを必要とする。
【０００３】
[003]典型的には、ヘリウムによる磁石アセンブリの冷却とその後の充填は、最初に磁石製造施設で行われ、その後、医療診断施設などの顧客サイトで時々繰り返される。ヘリウムは材料に冷却を提供する過程で温まり、一部のヘリウムは気化する。その結果、磁石は、初期の冷却運転中に定期的に及び継続運転中に一定期間ごとに、ヘリウムを再充填する必要がある。この充填及び再充填操作は注意深く実施されねばならない。なぜならば、ヘリウムへの接触は危険であり、ヘリウムの不適切な取扱いはヘリウムを無駄にしかねないからである。超電導コイルに通電する前に、磁石に液体ヘリウムを充填しなければならない。
【０００４】
[004]これらの充填及び再充填操作は、ヘリウムを製造サイト又は顧客サイトに輸送せねばならず、超電導コイル周囲の空間に充填する際の運転コストを追加することになるので、それ自体欠点を有している。その上、揮発によるヘリウムの損失も、ヘリウムの長距離輸送において考慮されるべき因子である。さらに、必要なヘリウムの輸送、充填及び再充填を提供するために、特別に設計された装置を製作し、消費地に設置する必要がありうる。多くの場合、ヘリウムのコストを削減するために、８０Ｋほどまでに下げる初期冷却剤として液体窒素が使用される。この窒素は、その後液体ヘリウムを導入する際、凍結防止のためにクライオスタットから除去されねばならない。
【発明の概要】
【０００５】
[005]本発明は、既存のヘリウム製造施設で、低温ヘリウムガス冷却、液体ヘリウム充填及びヘリウムガス回収システムを提供することによってこれらの困難を克服しようとする。資本コストの削減、非常に増強されたヘリウム回収、及び冷却剤としての窒素の不使用は、本発明によって実現される利点である。冷却及び試験時にＭＲＩ装置から抜けてしまうヘリウムは、ただ失われるのではなく回収できる。特殊な充填装置は、一旦製作されると、製造施設で持続的に使用される。
【０００６】
[006]本発明はさらに、磁石の超電導コイルを周囲温度から冷却するのに使用するための低温ヘリウムガス源として、現場ヘリウム液化装置の技術の使用も提供する。
[007]本発明は、ヘリウム製造施設で、磁石の超電導コイルを低温ヘリウムガスで冷却するための方法を提供し、該方法は、低温ガス状ヘリウムを現場ヘリウム液化装置のステージの一つから磁石に向かわせ、ユニットのクライオスタットに流すことを含む。ヘリウムガスがクライオスタット（ヘリウム溜め）及び磁石のコイルに冷却を提供したら、プロセスの産物は再処理のために液化装置に回収される。
【０００７】
[008]本発明はまた、充填プロセスに由来する気化産物を、磁石への液体ヘリウム充填中にヘリウム製造プラントに戻して回収する方法も提供する。
[009]本発明はさらに、磁石に対して行われる通電（励磁）プロセス中及びこのプロセスから発生しうる何らかのクエンチの結果放出される低温ガス状ヘリウムのヘリウム製造施設での回収法も提供する。
【０００８】
[0010]冷却され、液体ヘリウムを充填され、励磁された磁石はその後、超電導磁石が採用されているＭＲＩ又はＮＭＲのような装置で使用されうる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】[0011]図１は、ヘリウム製造施設で行われるヘリウム冷却及び充填操作の概略図で、低温ヘリウムガスは製造プラントの液化装置に回収される。
【図２】[0012]図２は、磁石に対して行われる通電（励磁）プロセス中及びこのプロセスから発生しうる何らかのクエンチの結果放出される低温ガス状ヘリウムの回収法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[0013]次に、本発明を図１に関して説明する。説明のために、図１中の各項目が何を表しているか、以下に手短に詳細を記す。
[0014]項目１は、冷却され、その後液体ヘリウムを充填される磁石である；
[0015]項目２は、ヘリウム精製装置である；
[0016]項目３は、液体ヘリウムのほか低温ヘリウムガスも製造するヘリウム液化装置である；
[0017]項目４は、低温ヘリウムガス供給ラインである；
[0018]項目５は、液体ヘリウム供給ラインである；
[0019]項目６は、ヘリウム回収のため磁石に接続している管路である；
[0020]項目７は、ヘリウム精製装置とヘリウム液化装置を接続する管路である。
【００１１】
[0021]温磁石１に対して冷却を開始する。これは磁石１を供給ライン４に接続することによって行われる。供給ライン４は、ヘリウム液化装置３の純ヘリウム製造ストリームに接続されている。この純ヘリウム製造ストリームはヘリウム製造施設からの直接ストリームである。このストリームは、液化装置３の設計及びプロセスにおけるそれの接続ポイントに応じて様々な温度になりうる。典型的な温度は約２０Ｋであることが示唆される。このガス供給ラインが接続されたら、ヘリウムガスをヘリウム精製装置２に戻すために、第二のライン６が磁石１に接続される。ライン６が接続されたら、低温ガスが磁石１に流入可能となり、超電導コイル及び支持構造体を冷却する。このプロセスは磁石温度が安定するまで継続される。
【００１２】
[0022]磁石の温度が安定したら、ヘリウムガス供給ライン４を切断し、液化装置３からの液体ヘリウム供給ライン５を接続して、液体ヘリウムを磁石１に流入させて冷却プロセスを続ける。液体ヘリウムの供給は、ヘリウム溜めが指定の設計最大量まで液体ヘリウムで満たされるまで続けることが許される。
【００１３】
[0023]液体ヘリウムの供給中、磁石１内での気化の結果存在する何らかのヘリウムガスは、ヘリウム精製装置２に接続されたライン６を通して回収される。精製されたヘリウムは、ライン７を通ってヘリウム液化装置３に供給できる。磁石１が指定設計最大量まで充填されたら、液体ヘリウムの流入を終了し、ライン５及び６を切断する。
【００１４】
[0024]図２は、通電（励磁）プロセス中の磁石の概略図である。説明のために、図２中の各項目が何を表しているか、以下に手短に詳細を記す。
[0025]項目１０は、液体ヘリウムを充填され、励磁された磁石である；
[0026]項目１１は、ヘリウムガス回収システムである；
[0027]項目１２は、ヘリウム圧縮装置である；
[0028]項目１３は、ヘリウム精製装置である；
[0029]項目１４は、ヘリウム液化装置である；
[0030]項目１５は、ヘリウム回収のため磁石に接続している管路である；
[0031]項目１６は、ヘリウムガスバッグと圧縮装置を接続する管路である；
[0032]項目１７は、圧縮装置とヘリウム精製装置を接続する管路である；
[0033]項目１８は、ヘリウム精製装置とヘリウム液化装置を接続する管路である；
[0034]項目１９は、ヘリウム液化装置を出て貯蔵タンクに向かう管路である。
【００１５】
[0035]冷磁石１０に対して通電（励磁）作業を開始する前に、ガス回収管路１５を磁石１０に接続する。このライン１５の目的は、励磁プロセスの結果生じた何らかのヘリウムの輸送を促進することである。このガスは、磁石１０のヘリウム溜めへの周囲熱の内部漏出(in-leak)の産物であって、超電導コイルの励磁による発熱がヘリウム溜めに散逸したために形成されたガス、又は超電導状態から非超電導状態へのコイルの一時的変化の結果、コイル内に蓄えられていた全エネルギーがヘリウム溜め内のヘリウムに散逸した場合（すなわちクエンチ）に形成されたガスであろう。
【００１６】
[0036]クエンチの場合、ガス回収ラインに放出され、その後ヘリウムガス回収システム１１に向かうガスの体積は大きく、典型的には１分未満というわずかな時間で起こる。そこで、回収ライン１５及びヘリウムガス回収システム１１を、わずかな時間でこの体積のガスを取り扱うのに適切な大きさにすることが重要である。ヘリウムガス回収システム１１としてヘリウムガスバッグが使用できる。ヘリウムガス回収システム１１から、ヘリウムはライン１６を通って圧縮装置１２に向かう。今度はそこで十分に圧力を上げてヘリウムガスを、ライン１７を通ってヘリウム精製装置１３に、ライン１８を通ってヘリウム液化装置１４に、そして最終的にライン１９を通ってヘリウム製造施設に付随する貯蔵タンク（図示せず）に導入する。ヘリウムはその後ヘリウム製造施設でオペレーターの所望どおりに使用できる。
【００１７】
[0037]本発明をその特定の態様に関して説明してきたが、当業者には、本発明の多数のその他の形態及び変更が自明であることは明らかである。本発明に添付された特許請求の範囲は、一般的に、本発明の真の精神及び範囲内にあるすべてのそのような自明の形態及び変更をカバーしていると解釈されるものとする。
【符号の説明】
【００１８】
１  磁石
２  ヘリウム精製装置
３  ヘリウム液化装置
４  低温ヘリウムガス供給ライン
５  液体ヘリウム供給ライン
６  管路
７  管路
１０  磁石
１１  ヘリウムガス回収システム
１２  ヘリウム圧縮装置
１３  ヘリウム精製装置
１４  ヘリウム液化装置
１５  管路
１６  管路
１７  管路
１８  管路
１９  管路
【図１】
2011176289.tif 000003
【図２】
2011176289.tif 000004
【外国語明細書】
2011176289000001.pdf