(57)【要約】  熱交換器（５）が、熱伝導性円筒容器（４０）、少なくとも１つの熱伝導性管（３０）、冷却カラム（９０）及び冷凍機コールドヘッド（１００）を含む。冷却カラム及びコールドヘッドは、ガス状ヘリウムを液体ヘリウムまで凝縮して、熱伝導性円筒容器（４０）内の液体ヘリウムの貯蔵を維持する。前記少なくとも１つの熱伝導性管（３０）は、容器（４０）の周囲に巻きつき、さらに、少なくとも１つの超伝導マグネットコイル熱交換器（２０）まで延びて戻る。管は、約１０４バール（１５００ＰＳＩ）まで又は室温の圧力から、臨界温度での約０．７５バールまでの圧力にてガス状ヘリウムを保つ選択されたループを形成する。
2014530060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリウムを含有する熱伝導性円筒容器、
前記容器の周囲に巻きつき、少なくとも１つの超伝導コイル熱交換器に閉ループで接続され、さらに、ガス状ヘリウムを含有する少なくとも１つの熱伝導性管、
前記熱伝導性円筒容器に接続され、そこからヘリウムガスを受け、さらに、そこへ液体ヘリウムを供給する冷却カラム、
前記冷却カラムに据え付けられ、前記冷却カラム内のヘリウムガスを冷たい液体ヘリウムまで凝縮する冷凍機コールドヘッド、
を含む熱交換器。
【請求項２】
前記容器の周囲に巻きついて、超伝導マグネットの作動と付随する構成要素から熱を移動させる複数の熱伝導性管のループ、
をさらに含む、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記冷凍機コールドヘッドに接続され、前記コールドヘッドまでヘリウムを供給する、及び、前記コールドヘッドからヘリウムを受ける膨張タンク、
をさらに含む、請求項１乃至２のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記熱伝導性円筒容器が、
前記容器内で水平に配置され、前記容器を、前記冷却カラムから前記液体ヘリウムを受ける下部、及び、前記冷却カラムまでガス状ヘリウムを供給する上部に分割するバッフルプレートを含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記熱伝導性管が、ステンレス鋼、銅及びアルミニウムのうち少なくとも１つ含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記熱伝導性管が密閉されて、前記ヘリウムを４．５°Ｋから２９５°Ｋまでに保つ、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記熱伝導性管が、少なくとも１０２気圧までの内部圧力に耐えるように構成される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記熱伝導性管が、可動部を有することなく温度勾配を使用して前記ガス状ヘリウムを循環させるサーモサイフォンを形成する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記熱伝導性円筒容器が、水平に延びる前後軸と向きを合わせられる、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記容器の下端に配置される、前記カラムから前記熱伝導性円筒容器への流入部分、及び、前記容器の上端に配置され、ガス状ヘリウムを前記カラムに与える、前記熱伝導性円筒容器からの流出部分、
をさらに含む、請求項９に記載の熱交換器。
【請求項１１】
可動部を有することなく温度勾配及び／又は重力を使用し、ヘリウムが、前記熱伝導性円筒容器と前記冷却カラムとの間を流れる、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記容器の周りに巻きつく前記管の一部を前記ガス状ヘリウムが離れる箇所よりも高い前記容器の周りに巻きつく前記管の一部に前記ガス状ヘリウムが入る、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１３】
複数の熱伝導性プレートをさらに含む熱交換器であって、
各プレートは、前記容器の外側に熱的に接続され、前記容器から延び、さらに、前記容器の長手方向に沿って一定の間隔で置かれ、前記管が、前記プレートと熱的に連絡して前記容器の周りに巻きつく、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記管がステンレス鋼の管であり、さらに、前記ガス状ヘリウムが前記管内で永久に密閉される、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１５】
前記冷却とループとを接続して、その間に圧力バランスを提供するマニホールド、
をさらに含む、請求項２乃至１４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１６】
超伝導磁気共鳴マグネット、
請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の熱交換器、
を含む磁気共鳴マグネットシステム。
【請求項１７】
超伝導マグネットを冷却する方法であって、
熱伝導性管の閉ループでガス状ヘリウムを循環させるステップであり、ヘリウムが、サーマルサイフォン作用を介して循環する、ステップ、
前記熱伝導性管の閉ループの下部において、前記超伝導マグネットから循環ガス状ヘリウムまで熱を移動させるステップ、
液体ヘリウムまで、システム熱交換器を介して、前記熱伝導性管の閉ループの上部において前記循環ガス状ヘリウムから熱を移動させるステップ、
前記システム熱交換器からのガス状ヘリウムを再凝縮し、さらに、凝縮したヘリウムを前記システム熱交換器まで戻すステップ、
を含む、方法。
【請求項１８】
６５から１０５バールの前記熱伝導性管の閉ループ内で密閉された前記ガス状ヘリウムを用いて室温にて開始するステップ、
冷凍機コールドヘッドを用いて、前記システム熱交換器の冷却カラムに含有されるガス状ヘリウムを冷却するステップ、
前記冷却カラム内の圧力が下がるに従い、膨張タンクからさらなるヘリウムを追加し、さらに、前記システム熱交換器において液体状態のヘリウムを形成させるステップ、
前記熱伝導性管の閉ループ内で密閉された前記ガス状ヘリウムから、前記システム熱交換器内の前記液体ヘリウムまで、熱を移動させるステップ、
前記超伝導マグネットから、前記熱伝導性管内の前記ガス状ヘリウムまで、熱を移動させるステップ、
をさらに含む、請求項１７に記載の超伝導マグネットを冷却する方法。
【請求項１９】
前記ガス状ヘリウムの圧力が約０．６５から１．４バール（１１から２０ＰＳＩ）に到達する場合に、前記超伝導マグネットを始動させるステップ、
をさらに含む、請求項１７及び１８のうちいずれか一項に記載の超伝導マグネットを冷却する方法。
【請求項２０】
クエンチの間に、前記熱伝導性管内に密閉された前記ガス状ヘリウムの圧力及び温度を上げるステップ、
前記システム熱交換器内の前記ヘリウムを、膨張タンク内に動かすステップ、
をさらに含む、請求項１８及び１９のうちいずれか一項に記載の超伝導マグネットを冷却する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、超伝導マグネットの冷却に関し、特に、熱交換器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴（ＭＲ）スキャナーは、例えば５．２°ケルビン未満の超伝導温度まで冷却される超伝導マグネットを使用する。従来、液体ヘリウムが、その熱特性のため、超伝導マグネットを冷却するために使用されてきた。しかし、液体ヘリウムは高価である。世界の多くの地域は、使用可能な液体ヘリウムの供給又は液体ヘリウムの代用品を有していない。
【０００３】
典型的に、超伝導マグネットは液体ヘリウムに浸され、液体ヘリウムは、マグネットを冷却するに従い、液体から気体に変化する。気体は、次に、マグネットまで再循環する前に、冷蔵庫若しくは熱交換器によって再度凝縮され、及び／又は、液体状態まで冷却される。液体ヘリウムを使用することに代わるものは、冷却液を維持し、次に、マグネットを臨界温度より下に維持するための熱交換の効率的な方法を必要とする。物理的スペースも、冷却装置のサイズ及び配置に対して制限を与える。
【０００４】
システムの運転開始における操作上の複雑さもある。２１℃の室温は、ほぼ２９４°Ｋであり、超伝導マグネットの正常運転温度は、典型的に、４．８°Ｋよりも下である。利用されるいかなる装置又は方法も、システムの運転開始を、標準室温から超伝導温度まで下げて適応させなければならない。この温度の変化は、圧力の変化を伴い得る。マグネットのクエンチは、マグネットの温度を７０°Ｋを超えるまで上げさせる。クエンチ又は別の結果として生じる温度の上昇の間、高価な冷却液は、システムを再度冷却することができる前に、冷却液が温度の上昇と共に膨張するに従い、失われ得る。漏洩ヘリウムは、マグネットのある空間内の酸素に取って代わり、マグネットに隣接する人に対してあり得る健康リスクを引き起こし得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願は、上記の問題等を克服する、無冷媒ＭＲマグネットに対する新しく且つ改善された効率的な熱交換器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様によると、熱交換器は、熱伝導性円筒容器、少なくとも１つの熱伝導性管、冷却カラム及び冷凍機コールドヘッドを含む。熱伝導性円筒容器はヘリウムを含有する。前記少なくとも１つの熱伝導性管（３０）は、容器の周囲に巻きつき、少なくとも１つの超伝導マグネットコイル熱交換器に閉ループで接続され、さらに、ガス状ヘリウムを含有する。冷却カラムは、熱伝導性円筒容器に接続され、そこからヘリウムガスを受け、さらに、そこへ液体ヘリウムを供給する。冷凍機コールドヘッドは、冷却カラムに据え付けられ、さらに、冷却カラム内のヘリウムガスを冷たい液体ヘリウムまで凝縮する。
【０００７】
別の態様によると、超伝導マグネットを冷却する方法は熱伝導性管の閉ループでガス状ヘリウムを循環させ、ヘリウムは、サーマルサイフォン作用を介して循環する。熱は、熱伝導性管の閉ループの下部において、超伝導マグネットから循環ガス状ヘリウムまで移動する。熱は、液体ヘリウムまで、システム熱交換器を介して、熱伝導性管の閉ループの上部において循環ガス状ヘリウムから移動する。ガス状ヘリウムは、冷凍機コールドヘッドを使用して冷却カラムにおいてシステム熱交換器から再凝縮され、さらに、凝縮されたヘリウムをシステム熱交換器まで戻す。
【０００８】
１つの利点は、ＭＲマグネットまで且つコイル熱交換器とシステム熱交換器との間で循環されるヘリウムが単一気相なことである。
【０００９】
別の利点は、ＭＲマグネットまで循環されるヘリウムが、運転開始又はクエンチの間の損失を防ぐ閉システムにあることである。
【００１０】
別の利点は、システムがヘリウムを室温にて高圧力で保つことである。
【００１１】
別の利点は、システムが完全に受動的であり、全ての冷却モード、すなわち、クールダウン、クエンチ及び通常運転の間に外部からの介入を必要としないことである。
【００１２】
別の利点は、気密密閉されたジョイントを用いて容易に生じる低い流動摩擦の損失をシステムが有することである。
【００１３】
別の利点は、室温からのシンプルな運転開始プロセスを熱交換器が受け入れることである。
【００１４】
別の利点は、熱交換器が可動部を有さないことである。
【００１５】
別の利点は、熱交換器がコンパクトであり、さらに、非常に効率的に熱を移動させることである。
【００１６】
別の利点は、高伝導性要素上に巻管（ｗｏｕｎｄ  ｔｕｂｅ）を有する大きな熱移動領域をシステムが有することである。
【００１７】
さらに、本発明のさらなる利点が、当業者には、以下の詳細な説明を読み且つ理解した後、正しく理解されることになる。
【００１８】
本発明は、種々の構成要素及び構成要素の配列において、並びに、種々のステップ及びステップの配列において具体化してもよい。図面は、好ましい実施形態を例示する目的のためだけにあり、本発明を限定するとして解釈されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】マグネットシステムにおける熱交換器の一実施形態の概略図である。
【図２】熱交換器の一実施形態の斜視図である。
【図３】冷却プレートを使用した熱交換器スリーブの一実施形態の斜視図である。
【図４】システム操作を例示した流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１を参考にすると、システムにおける熱交換器５の一実施形態が示されている。運転中マグネットコイル１０は熱を生じる。熱は、マグネットコイル１０から循環ヘリウム蒸気まで、サーモサイフォン回路における効率的なコイル熱交換器２０を介して効率的に移動する。ヘリウム蒸気は、コイル熱交換器２０とシステム熱交換器５との間を管３０内で循環する。管３０は、気密密閉された閉ループシステムである。ループの一末端にて、有利には下端にて、管及びガス状ヘリウムは、コイル熱交換器２０を介してマグネット１０から熱を吸収する。ループのもう一方の末端にて、有利には上端にて、ガス状ヘリウムは、システム熱交換器５を介して、そこに含有される液体ヘリウムに対して熱を失う。管３０は、熱交換器５の熱伝導性スリーブ又は容器４０に巻きつく。例示された実施形態において、より濃い冷たいヘリウムガスは、重力によってシステム熱交換器からコイル熱交換器まで流れ、そこで温められる。より薄い温かいガスは、システム熱交換器まで上昇し、そこで冷却される。
【００２１】
巻管３０と接触した熱伝導性容器４０は、容器４０内部の液体ヘリウムまで温かい循環ヘリウム蒸気から熱を移動させるのに十分な表面領域を提供する。その移動によって、ヘリウム蒸気は冷却され、コイル要素まで再循環し、コイル要素を冷却する。ヘリウムが容器４０の内部で温まるに従い、ヘリウムは、セプタム又はバッフルプレート６０を越えて上昇する。バッフルプレート６０は、スリーブ又は円筒状の容器４０を分割する。スリーブ又は容器４０の上部は流出部分７０に接続され、さらに、下部は流入部分８０に接続される。ヘリウムは、容器４０内で温まるに従い、上昇し且つ流出部分を出て冷却カラム９０まで流れる。一実施形態において、冷却カラムは、第１ステージのコールドヘッド、ウェットソック（ｗｅｔｓｏｃｋ）及び第２ステージのコールドヘッドを含む。温かいヘリウムガスが冷却カラム９０内で上昇するに従い、ヘリウムを冷却する冷凍機コールドヘッド１００、ウェットソック、又は、他のステージのコールドヘッドに直面する。ヘリウムが冷却されるに従い、冷たいより濃い液体まで凝縮される。冷たいより濃い液体はカラムの底まで沈む。冷たいより濃い液体は重力を用いて流れ、冷却カラム９０の底を出て、容器４０の流入部分８０まで戻る。冷たい液体ヘリウムは、スリーブ又は容器４０の底の周りを流れ、さらに、管３０内で循環するヘリウム蒸気から熱を吸収するプロセスをまた始める。コールドヘッド１００は、ほぼ４．２°Ｋまで液体ヘリウムを冷却することになる。
【００２２】
ヘリウム蒸気は、管３０において圧力下で密閉される。実施形態において、臨界温度でのヘリウムガスは、０．７５から０．８３バール（１１から１２ＰＳＩ）を行使し、室温での同じ体積のヘリウムは、６８から１０５バール（１０００から１５００ＰＳＩ）を行使する。熱移動において熱的に効率的な管３０も、４．５°Ｋまで冷却された場合にサイフォン作用において７５から０．８３バールにて流れるように、室温にて圧力６８から１０２気圧のヘリウムを維持する。ヘリウム蒸気は管内を、マグネットコイル熱交換器２０の底まで、定められていないシステム熱交換器５０の容器の周りを、及び、マグネット要素２０まで戻って流れる。ヘリウムが冷却されるに従い、ヘリウムは収縮し、さらに、サイフォン作用を生じる。いかなる可動部も伴わない。最小の温度差が必要とされる。ヘリウム蒸気が管３０において配置されると、管３０は、ＭＲマグネットの有用寿命のために気密密閉される。ステンレス鋼は、管３０に使用される材料例であり、圧力下で強度及び効率的な熱移動を提供する。製造の簡潔さのため、管は、システム熱交換器、コイル熱交換器、及び、接続管において１つの部分品であり得るか、又は、別々の部分として開始することができる。
【００２３】
容器又はスリーブ４０は、ガス状でも液体の状態でもヘリウムを含有する。最初の運転開始の間、マグネットアセンブリは、窒素冷却システム（図示せず）を用いて約７０°Ｋまで最初に冷却することができる。コールドヘッド１００は、冷却カラム９０で気密密閉される。冷却カラム９０及び容器４０は、最初に、ガス状ヘリウムのみを含有する。コールドヘッド１００がガス状ヘリウムを冷却するに従い、ヘリウムは収縮され、さらに、さらなるヘリウムが、ヘリウム膨張タンク１３０からシステム内に導入される。ヘリウムは冷却され且つより濃くなるに従い、冷却カラム９０の底まで沈み、さらに、容器４０の流入部分８０内及び容器４０の底に流れる。より冷たく濃いヘリウムは容器４０に入ると、容器４０を冷却し、さらに、管３０内の蒸気を冷却し始める。ヘリウムが熱交換器５を冷却するに従い、ヘリウムは、熱を吸収して膨張し、さらに、容器４０の上部まで上昇する。より温かく薄いヘリウムは容器４０の上部まで上昇すると、流出部分７０を流れ出て、冷却カラム９０まで戻る。冷却カラム９０内に入ると、ヘリウムは、上昇して冷凍機コールドヘッド１００に直面し、さらに、プロセスを新たに始める。ヘリウムは容器４０と冷却カラム９０とコールドヘッド１００との間で再循環されるに従い、最終的には、カラム及びシステム熱交換器５の下部において液体状態に達する。マグネット要素２０が、次に、臨界温度より下まで温度を下げる場合、マグネットを作動させることができる。
【００２４】
クエンチに続きシステムを再始動させるためのプロセスは同様である。クエンチの間に、マグネットの運転温度は、例えば７０°Ｋを超えて上昇する。コイル熱交換器におけるヘリウムガスの加熱は、サーモサイフォンを中断し、システム熱交換器への熱の移動を遅くする。システムは、運転を再始動させる前に、再冷却されなければならない。温度が上昇し始め、さらに、ヘリウムが容器４０及び冷却カラム９０内で膨張する場合、ヘリウムは、膨張タンク１３０まで移動し、損失を防ぐ。システムが再始動され、さらに、温度が下がり始めるに従い、ヘリウムは、膨張タンク１３０から冷却カラム９０内まで移動させられる。シンプル且つ順序正しい冷却のプロセスが、運転開始の間も再始動が生じた場合も維持される。
【００２５】
図２を参考にすると、熱交換器５の実施形態が、種々のマグネット要素を冷却する９個の管３０の閉ループと共に示されている。６個のループがマグネットコイル１０を冷却し、２個のループが構造要素を冷却し、さらに、１個のループが電子及び他のマグネット要素を冷却する。熱移動のための表面領域を得るために、各管３０は、上部のコネクタ１１０から底部のコネクタ１２０まで約２．７５回、容器４０の周りに巻きつく。管３０は、例えばろう付けによって、容器４０と熱的に接続される。上部の管コイルコネクタ１１０は、温かいガス状ヘリウムの流入を受ける。熱伝導性容器又はスリーブ４０は、ステンレス鋼又は銅等の熱伝導性材料から製造される。ガス状ヘリウムを冷却するための容器４０の周りの適切な数の回転の後、管３０は、開始点１１０よりも下にあるか、又は、例示された実施形態においてほぼ３時の箇所にある下部のコネクタ１２０にて容器との接触を終了する。
【００２６】
図３を参考にすると、冷却プレート２００を有したシステム熱交換器５の別の実施形態が示されている。熱伝導性プレート２００は、容器４０に熱伝導性結合で取り付けられる。ろう付け等の熱伝導性溶接が例えば使用される。円形のプレート２００は、容器４０の軸に対して垂直に容器４０の外側から延びる。管３０は、例えばプレート２００にろう付けする等、熱伝導性結合でつけられる。熱移動のためのさらなる表面領域を得るために、管３０はプレート２００の上で同心状又はらせん状に巻きつく。管は、第一にプレートにろう付け又ははんだ付けすることができ、さらに、アセンブリは、容器にろう付けすることができ、逆もまた同様にできる。温かい流入コネクタ１１０は、最も外側の端にあり、さらに、容器４０の周りをより小さなうず巻きで進み、容器の表面に最も近い箇所では最も小さなうず巻きになる。管３０の冷たい戻り管１２０は、容器４０の周りの管のうず巻きからずれた面に出る。例示された実施形態には、管３０の各冷却回路に対して１つのプレート２００がある。プレート２００は、銅又はステンレス鋼等の熱的に効率的な材料から製造される。マニホールド１５０を使用して、管の回路３０間で圧力を等しくすることができる。
【００２７】
冷却カラム９０は、スリーブ４０に直接つけられ、独立した流入及び流出に対する配管を排除する。冷却カラム９０は、スリーブ又は容器４０の中心に置かれる。４つの管３０の回路（図１）が、冷却カラム９０が容器４０と連結する側で、さらに、５つがもう一方の側で容器の周りに置かれている。マウンティングブラケット２１０を使用して、熱交換器５０は付随する構造体に取り付けられる。
【００２８】
別の実施形態は、容器４０を垂直位で配置する。容器が垂直位にある場合、プレート２００は水平に取り付けられ、いかなるバッフルプレートも使用されない。
【００２９】
熱交換器の効率は、正味の熱移動単位数（ｎｕｍｂｅｒ  ｏｆ  ｎｅｔ  ｈｅａｔ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｕｎｉｔｓ、ＮＴＵ）及びＮＴＵ＝ｈＡ／ＭＣによって定められ、ｈは熱伝達係数であり、Ａは管内部の熱伝達領域であり、Ｍはサイフォン作用による質量流量であり、さらに、Ｃはヘリウム蒸気の熱容量である。Ａは、管の長さ及び直径の関数である。ステンレス鋼、銅、又はアルミニウム等の熱伝導性材料が熟慮される。これらの熱交換器の実施形態は、コンパクトな空間において高いＮＴＵを達成する。
【００３０】
図４を参考にすると、流れ図が、ＭＲマグネットを冷却する方法を例示している。室温にて開始され（３００）、マグネットは、ＵＳ６１／２９０，２７０（ＷＯ／２０１１／０８０６３０）に記載されるように、窒素又は他の冷却システムによって約７０°Ｋまで冷却される。冷凍機コールドヘッドが、冷却カラムにおいてヘリウムを冷却する（３１０）。ヘリウムは、冷却されるに従い凝縮され、さらなるヘリウムが冷却カラムに追加される（３２０）。ヘリウムは凝縮されるに従い、容器４０内に流れる。熱が、熱伝導性管３０におけるヘリウムガスから、容器４０の空洞におけるより冷たいヘリウムまで移動する（３３０）。管内のヘリウムは、熱が移動するに従い収縮し、管３０における循環を開始させる。循環が続くに従い、より冷たいヘリウムは、マグネットのコイル熱交換器に到達する。より冷たいヘリウムガスがマグネットの周りを循環するに従い、熱が、コイル熱交換器を介してマグネットコイルからヘリウムガスまで移動する（３４０）。マグネットを冷却するこのプロセスは、マグネットの温度が臨界温度よりも下の温度になるまで続く。
【００３１】
マグネットが臨界温度よりも下の温度になると、マグネットは、超伝導マグネットとして作動する（３６０）。ヘリウムは、サーマルサイフォン作用を介して循環し続ける（３７０）。熱は、マグネットコイルからガス状ヘリウムまで移動する（３８０）。ガス状ヘリウムは、システム熱交換器を介して液体ヘリウムまでその熱を移動させる（３９０）。液体ヘリウムはガス状態まで温まり、容器内で上昇して冷却カラム内に流れる。冷凍機コールドヘッドは、ヘリウムを冷却して液体状態まで再凝縮する（４００）。液体ヘリウムは、冷却カラム内で落ち且つ容器の空洞内に流れ、サイクルは繰り返される。
【００３２】
クエンチの間（４１０）、マグネットの急速な温度の上昇によって、循環ヘリウムに対する熱移動の増加が引き起こされる。循環ヘリウムは、次に、その熱を液体ヘリウムまで移動させることになる（４２０）。急速な温度の上昇で、冷却カラム内のヘリウムは膨張することになる。システムは、システム熱交換器の冷却カラムから膨張タンク内に、膨張したヘリウムを動かして（４３０）損失を防ぐ。超伝導までマグネットを再冷却するプロセスは、システムの運転開始に対するプロセス（３００）と同じである。
【００３３】
本発明は、好ましい実施形態を参考にして記述されてきた。上記の詳細な説明を読み且つ理解した上で、修正及び変更が他の者に生じてもよい。本発明は、付随の特許請求又はその同等物の範囲内にある限り、全てのそのような修正及び変更を含むとして解釈されることが意図される。
【図１】
2014530060.tif 000003
【図２】
2014530060.tif 000004
【図３】
2014530060.tif 000005
【図４】
2014530060.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月31日(2014.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリウムを含有する熱伝導性円筒容器、
前記容器の周囲に巻きつき、少なくとも１つの超伝導コイル熱交換器に閉ループで接続され、さらに、ガス状ヘリウムを含有する少なくとも１つの熱伝導性管、
前記熱伝導性円筒容器に接続され、そこからヘリウムガスを受け、さらに、そこへ液体ヘリウムを供給する冷却カラム、
前記冷却カラムに据え付けられ、前記冷却カラム内のヘリウムガスを冷たい液体ヘリウムまで凝縮する冷凍機コールドヘッド、
を含む熱交換器。
【請求項２】
前記容器の周囲に巻きついて、超伝導マグネットの作動と付随する構成要素から熱を移動させる複数の熱伝導性管のループ、
をさらに含む、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記冷凍機コールドヘッドに接続され、前記コールドヘッドまでヘリウムを供給する、及び、前記コールドヘッドからヘリウムを受ける膨張タンク、
をさらに含む、請求項１乃至２のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記熱伝導性円筒容器が、
前記容器内で水平に配置され、前記容器を、前記冷却カラムから前記液体ヘリウムを受ける下部、及び、前記冷却カラムまでガス状ヘリウムを供給する上部に分割するバッフルプレートを含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記熱伝導性管が密閉されて、前記ヘリウムを４．５°Ｋから２９５°Ｋまでに保つ、及び／又は、少なくとも１０２気圧までの内部圧力に耐える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
ステンレス、銅又はアルミニウムの管等の前記熱伝導性管が、可動部を有することなく温度勾配を使用して前記ガス状ヘリウムを循環させるサーモサイフォンを形成する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記熱伝導性円筒容器が、水平に延びる前後軸と向きを合わせられ、さらに、可動部を有することなく温度勾配及び／又は重力を使用し、ヘリウムが、前記熱伝導性円筒容器と前記冷却カラムとの間を流れる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記容器の下端に配置される、前記カラムから前記熱伝導性円筒容器への流入部分、及び、前記容器の上端に配置され、ガス状ヘリウムを前記カラムに与える、前記熱伝導性円筒容器からの流出部分、
をさらに含む、請求項７に記載の熱交換器。
【請求項９】
可動部を有することなく温度勾配及び／又は重力を使用し、ヘリウムが、前記熱伝導性円筒容器と前記冷却カラムとの間を流れる、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記容器の周りに巻きつく前記管の一部を前記ガス状ヘリウムが離れる箇所よりも高い前記容器の周りに巻きつく前記管の一部に前記ガス状ヘリウムが入る、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１１】
複数の熱伝導性プレートをさらに含む熱交換器であって、
各プレートは、前記容器の外側に熱的に接続され、前記容器から延び、さらに、前記容器の長手方向に沿って一定の間隔で置かれ、前記管が、前記プレートと熱的に連絡して前記容器の周りに巻きつく、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記冷却とループとを接続して、その間に圧力バランスを提供するマニホールド、
をさらに含む、請求項２乃至１１のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１３】
超伝導磁気共鳴マグネット、
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の熱交換器、
を含む磁気共鳴マグネットシステム。
【請求項１４】
超伝導マグネットを冷却する方法であって、
ヘリウムの熱伝導性容器の周囲に巻きつき、さらに、少なくとも１つの超伝導コイル熱交換器に閉ループで接続され、超伝導マグネットから前記循環ガス状ヘリウムまで熱を移動させる熱伝導性管の閉ループでガス状ヘリウムを循環させるステップ、
冷却カラムに接続されて、そこからヘリウムガスを受け且つそこに液体ヘリウムを供給する前記ヘリウムの熱伝導性容器まで、前記熱伝導性管の閉ループにおいて前記循環ガス状ヘリウムから熱を移動させるステップ、
前記冷却カラムに据え付けられる冷凍機コールドヘッドによって、冷たい液体ヘリウムにガス状ヘリウムを凝縮するステップ、
を含む、方法。
【請求項１５】
６５から１０５バールの前記熱伝導性管の閉ループ内で密閉された前記ガス状ヘリウムを用いて室温にて開始するステップ、
前記冷凍機コールドヘッドを用いて、前記冷却カラムに含有されるガス状ヘリウムを冷却するステップ、
前記冷却カラム内の圧力が下がるに従い、膨張タンクからさらなるヘリウムを追加し、さらに、前記熱伝導性容器において液体状態のヘリウムを形成させるステップ、
前記熱伝導性管の閉ループ内で密閉された前記ガス状ヘリウムから、前記熱伝導性容器内の前記液体ヘリウムまで、熱を移動させるステップ、
前記超伝導マグネットから、前記熱伝導性管内の前記ガス状ヘリウムまで、熱を移動させるステップ、
をさらに含む、請求項１４に記載の超伝導マグネットを冷却する方法。
【国際調査報告】
2014530060.tif 000007
2014530060.tif 000008
2014530060.tif 000009
2014530060.tif 000010
2014530060.tif 000011