(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体ヘリウムタンクと、
前記液体ヘリウムタンク内に配置される超電導磁石巻線と、
前記液体ヘリウムタンクを囲む真空ジャケットと、
前記真空ジャケットを通過するコールドヘッドであって、前記真空ジャケットの外壁に溶接される温端部、及び、前記液体ヘリウムタンク内に配置される低温ステーションを有する、コールドヘッドと、
前記真空ジャケット内に配置され、前記コールドヘッドに固定されるか又は前記コールドヘッドと一体化される熱交換器と
を含む、超電導磁石において、
前記熱交換器は、前記液体ヘリウムタンクと流体連通する入口及び周囲空気と流体連通する出口を有する流体通路を含むことを特徴とする、超電導磁石。
【請求項２】
前記コールドヘッドは更に、前記真空ジャケットの外側に配置され、前記コールドヘッドの前記温端部に接続される電動駆動アセンブリであって、周囲空気に露出されている１つ以上のコネクタを含む、電導駆動アセンブリを含む、請求項１に記載の超電導磁石。
【請求項３】
前記コールドヘッドは、円筒形コールドヘッドである、請求項１又は２に記載の超電導磁石。
【請求項４】
前記コールドヘッドは、
前記コールドヘッドの前記温端部である一方の端部及び中間低温ステーションを画定する他方の端部を有する第１段セクションと、
前記中間低温ステーションに接続され、前記液体ヘリウムタンク内に入り込んで前記液体ヘリウムタンク内に配置される低温ステーションを画定する第２段セクションと、
を含み、
前記熱交換器は、少なくとも前記第１段セクションに固定されるか又は前記第１段セクションと一体化される、請求項１から３のいずれか一項に記載の超電導磁石。
【請求項５】
前記熱交換器は、前記第１段セクションには固定されるが、前記第２段セクションには固定されない、請求項４に記載の超電導磁石。
【請求項６】
前記熱交換器は、
前記コールドヘッドの前記第１段セクションに固定されるか又は前記第１段セクションと一体化される第１の熱交換器セクションと、
前記コールドヘッドの前記第２段セクションに固定されるか又は前記第２段セクションと一体化される第２の熱交換器セクションと、
を含む、請求項４に記載の超電導磁石。
【請求項７】
前記第２の熱交換器セクションは、前記液体ヘリウムタンクと流体連通する前記熱交換器の前記入口を含み、
前記第１の熱交換器セクションは、周囲空気と流体連通する前記熱交換器の前記出口を含み、
前記熱交換器は更に、前記第１の熱交換器セクションと前記第２の熱交換器セクションとを直列に接続する流体導管を含む、請求項６に記載の超電導磁石。
【請求項８】
前記真空ジャケット内に配置され、前記液体ヘリウムタンクを囲む熱シールドを更に含み、
前記中間低温ステーションは、前記熱シールドと熱的に接触する、請求項４から７のいずれか一項に記載の超電導磁石。
【請求項９】
前記熱交換器は更に、
前記真空ジャケットと前記液体ヘリウムタンクとで共有される共通壁を通過する入口流体導管を含み、前記入口流体導管は、前記熱交換器の前記流体通路の前記入口と前記液体ヘリウムタンクとの流体連通を提供する、請求項１から８のいずれか一項に記載の超電導磁石。
【請求項１０】
前記熱交換器は更に、
前記真空ジャケットの前記外壁を通過し、前記熱交換器の前記流体通路の前記出口と周囲空気との流体連通を提供する出口流体導管を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の超電導磁石。
【請求項１１】
前記熱交換器の前記流体通路は、蛇行状流体通路、螺旋状流体通路又はマルチチャネル流体通路のうちの１つ以上を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の超電導磁石。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の超電導磁石であって、ほぼ円筒形であり、水平ボアを画定する前記超電導磁石と、
前記超電導磁石によって前記水平ボア内に発生する静磁場に傾斜磁場を重ね合わせる傾斜磁場コイルのセットと、
を含む、磁気共鳴撮像デバイス。
【請求項１３】
液体ヘリウムタンクと、前記液体ヘリウムタンク内に配置される超電導磁石巻線と、前記液体ヘリウムタンクを囲む真空ジャケットと、前記真空ジャケットの外壁に溶接されるコールドヘッドの温端部から前記液体ヘリウムタンク内に配置される低温ステーションに前記真空ジャケット内を通過する前記コールドヘッドと、前記真空ジャケット内に配置され、前記コールドヘッドに固定されるか又は前記コールドヘッドと一体化される熱交換器と、を含む超電導磁石と併せて行われる方法において、
前記熱交換器は、前記液体ヘリウムタンクと流体連通する入口及び周囲空気と流体連通する出口を有し、前記方法は、
前記コールドヘッドの電源を切るステップと、
前記コールドヘッドの電源が切られている間、前記熱交換器を介して前記液体ヘリウムタンクから周囲空気に気体ヘリウムを流すステップと、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項１４】
前記コールドヘッドの電源が切られている間、前記超電導磁石を輸送するステップを更に含み、これにより、前記熱交換器を介する前記液体ヘリウムタンクから周囲空気への気体ヘリウムの流れが輸送中のヘリウムボイルオフを低減する、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下は、一般に、超電導磁石技術、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）技術、熱管理技術及び関連技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム用の典型的な超電導磁石では、超電導巻線が、真空ジャケットに周りを囲まれた液体ヘリウム（ＬＨｅ）タンク内の液体ヘリウムに浸漬されている。シート材料の高伝導性熱シールドが真空ジャケット内に配置されてＬＨｅタンクの周りを囲んでいる。製造後、真空が引かれ、ＬＨｅタンクは液体ヘリウムで満たされる。液体ヘリウムを極低温度（即ち、４Ｋ以下）に維持するために、コールドヘッドを使用してＬＨｅタンクが冷却される。コールドヘッドの第１段が真空ボリュームの中に入り込み、第１段の低温ステーションが、熱シールドに取り付けられた熱バスに接続する高熱伝導性リンクによって熱シールドに接続される。コールドヘッドの第２段が液体ヘリウムボリューム内へと入り、ＬＨｅタンク内の液体ヘリウムの液面の上方の気体ヘリウム過剰圧力内に配置される。輸送中、コールドヘッドの電源は切られ、磁石は液体ヘリウムチャージが投入された状態で輸送される。コールドヘッドの電源が切られている状態では、輸送中に液体ヘリウムチャージを液体状態に保つように真空ジャケットによって十分に断熱される。
【発明の概要】
【０００３】
以下に、新規かつ改良されたシステム及び方法を開示する。
【０００４】
１つの開示される態様では、超電導磁石は、液体ヘリウムタンクと、液体ヘリウムタンク内に配置される超電導磁石巻線と、液体ヘリウムタンクを囲む真空ジャケットとを含む。コールドヘッドが真空ジャケットを通過する。コールドヘッドは、真空ジャケットの外壁に溶接された温端部と、液体ヘリウムタンク内に配置される低温ステーションとを有する。熱交換器が、真空ジャケット内に配置され、コールドヘッドに固定されているか又はそれと一体化されている。熱交換器は、液体ヘリウムタンクと流体連通する入口と、周囲空気と流体連通する出口とを有する流体通路を含む。
【０００５】
前述の超電導磁石を利用する開示される方法の態様では、コールドヘッドの電源が切られている間、気体ヘリウムが熱交換器を介して液体ヘリウムタンクから周囲空気に流れ、これにより動作していないコールドヘッドが冷却される。したがって、例えばコールドヘッドの電源が切られている間の超電導磁石の輸送中、熱交換器を介する液体ヘリウムタンクから周囲空気への気体ヘリウムの流れが、輸送中のヘリウムボイルオフを低減する。
【０００６】
別の開示される態様では、コールドヘッドは、温端部と第１段低温ステーションを画定する他方の端部とを有する第１段セクションと、第１段低温ステーションに接続される近位端及び第２段低温ステーションを画定する遠位端を有する第２段セクションと、少なくとも第１段セクションに固定されるか又はそれと一体化される熱交換器とを含む。熱交換器は、入口及び出口を有する流体通路を含む。
【０００７】
１つの利点は、液体ヘリウム（ＬＨｅ）のボイルオフが低減される超電導磁石が提供される点にある。
【０００８】
別の利点は、コールドヘッドが動作停止する長い期間中にクエンチが発生する可能性が低減された超電導磁石が提供される点にある。
【０００９】
別の利点は、液体ヘリウムチャージで長距離輸送が可能な超電導磁石が提供される点にある。
【００１０】
別の利点は、より長い時間の間コールドヘッドの動作を停止して、長距離輸送、長時間メンテナンス等を促進できる超電導磁石が提供される点にある。
【００１１】
別の利点は、コールドヘッドの電源が切られている期間又はコールドヘッドが動作していない期間中に液体ヘリウムの蒸発が低減される超電導磁石が提供される点にある。
【００１２】
本開示を読み、理解すれば当業者には明らかとなるように、所与の実施形態は、前述の利点のいくつかの特徴を提供し、及び／又は、他の利点を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明は、様々なコンポーネント及びコンポーネントの構成、また、様々なステップ及びステップの構成の形を取ってよい。図面は、好適な実施形態を例示するに過ぎず、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。
【００１４】
【図１】図１は、熱交換器がコールドヘッドの第１段に固定されているか又はそれと一体化されている当該コールドヘッドを含む磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムの側断面図を概略的に示す。
【図２】図２は、コールドヘッド及び熱交換器を示す図１の側断面図の一部の拡大図を概略的に示す。
【図３】図３は、熱交換器がコールドヘッドの第１段及び第２段の両方に固定されているか又はそれらと一体化されている変形実施形態の図２と同様の拡大図を概略的に示す。
【図４】図４は、図１の超電導磁石に液体ヘリウム（ＬＨｅ）を満たし、当該磁石を工場から目的地まで輸送する過程を図式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
前述のように、ＬＨｅタンクを満たした後、コールドヘッドの電源が切られ、ＭＲ磁石は、液体ヘリウムチャージが投入され、真空が引かれた状態で、目的地まで輸送される。航空輸送の場合、コールドヘッドの電源は輸送期間中ずっと切られたままにされる。船輸送の場合、ＭＲ磁石は冷却される。しかし、この場合でも、造船所での積み下ろし及び造船所への／造船所からのトラック輸送中に、コールドヘッドの動作が停止されている時間が長い。液体ヘリウムは、能動的に冷却されないと、例えばヘリウムベントベローズといった設けられているベント経路を介してゆっくりとボイルオフする。
【００１６】
コールドヘッドは、通常、例えば気体ヘリウムを作業低温流体として使用して、冷却サイクルを実行するモータ駆動ディスプレーサを含むステンレス鋼シリンダと、内部銅スクリーンとを含む。磁石に取り付けられたコールドヘッドは、真空ジャケットの中に入り込み、真空ジャケットの外壁に溶接される温端部と、液体ヘリウムタンク内に配置された低温ステーションとを有する。一般的に使用されている二段式コールドヘッドでは、温端部と、例えば真空ジャケット内の液体ヘリウムタンク内に配置された低温ステーションとの間の中間位置にある中間低温ステーションがある。この構成では、中間低温ステーションが一般に第１段低温ステーションと呼ばれ、液体ヘリウムタンク内に配置された低温ステーションが第２段低温ステーションと呼ばれる。第１段低温ステーションは、第２段低温ステーションよりも高い温度にある（しかし、周囲温度よりも依然としてかなり低い）。コールドヘッドの動作中、冷却サイクルは、ステンレス鋼シリンダを極低温度（例えば幾つかの市販されているコールドヘッドでは、約４Ｋ〜１０Ｋ）まで冷却するように動作する。液体ヘリウムタンク内の遠位端が最も低温に冷却される（したがって、第２段低温ステーションが形成される）。
【００１７】
しかし、コールドヘッドの動作が停止すると、ステンレス鋼シリンダ、具体的には第１段低温ステーション及び第２段低温ステーションが温かくなる。これにより、真空ジャケットの外壁に溶接された温端部から液体ヘリウムタンク内の第２段低温ステーションに熱が伝導され、したがって、液体ヘリウムを加熱する熱漏れ経路ができる。これは、液体ヘリウムをより急速にボイルオフさせる。したがって、動作停止したコールドヘッドによって形成される熱漏れ経路により、輸送距離が制限されたり、輸送オプションが制約されたりする。
【００１８】
同様の問題は、超電導磁石のコールドヘッドが長時間にわたって、例えばメンテナンス中、長時間の停電中、ＭＲＩシステムの再配置中などに動作停止されるといつでも発生する可能性がある。超電導コイルは、超電導電流を継続的に流すので、液体ヘリウム量の低下は、ＭＲ磁石の「クエンチ」と呼ばれる超電導状態からの転移につながる可能性がある。
【００１９】
本明細書において開示する改良点では、熱交換器がコールドヘッドに固定される（或いは、熱交換器はコールドヘッドと一体に形成されてもよい。例えばステンレス鋼シリンダに組み込まれる）。熱交換器は、パイプ又は他の流体導管を介してＬＨｅタンク内の気体ヘリウムの過剰圧力に接続される入口と、周囲に放出する出口とを有する。したがって、気体ヘリウム（ＬＨｅタンク内では液体ヘリウムの沸点に近い低温、即ち、約４Ｋにある）は、雰囲気に放出される前に熱交換器を通って流れ、これによりコールドヘッドが冷却され、コールドヘッドにできる熱漏れ経路が軽減又は除去される。これには、低温の気体ヘリウムの顕熱冷却能力を利用して、コールドヘッドの電源が切られている期間にコールドヘッド（より具体的にはステンレス鋼シリンダのハウジング）を継続的に冷却するという利点がある。
【００２０】
図１を参照すると、超電導磁石を使用する磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）デバイス１０の側断面図が示されている。磁石は、大部分が液体ヘリウム（ＬＨｅ）で満たされているが、液体ヘリウムの液面１６の上方にガス状のヘリウム（気体ヘリウム）過剰圧力があるＬＨｅタンク１４内に配置されている超電導巻線１２を含む。例示するＭＲＩデバイス１０は、水平ボア磁石を使用する。水平ボア磁石では、超電導磁石は、ほぼ円筒形で、水平ボア１８の周りを囲む（即ち、画定する）。しかし、他の磁石形状も考えられる。ＬＨｅタンク１４の熱的分離を提供するために、真空ジャケット２０がＬＨｅタンク１４の周りを囲む。真空ジャケット２０は、外壁２２及び内壁２３を含む。例示する内壁２３は、ＬＨｅタンク１４と真空ジャケット２０とで共有される（即ち、ＬＨｅタンク１４と真空ジャケット２０との間に境界を形成する）。別の実施形態では、ＬＨｅタンクと真空ジャケットとは、この境界に別々の壁を有してもよく、これらの壁は一緒に溶接されるか又は他の方法で一致させられる。真空ジャケット２０は更に、その端部の真空気密封止を提供するのに十分な側壁２４、２５等を含む。真空ジャケット２０に含まれる真空ボリュームは、図１にハッチングで概略的に示されている。アルミニウム合金板金（又は銅合金板金又は他の高熱伝導性板金）といった頑丈な熱伝導性材料で作られた熱シールド２６が、真空ボリューム（即ち、真空ジャケット２０の内側）に配置されることが好適であり、また、ＬＨｅタンク１４の周囲を囲む。熱シールド２６は、内側真空ジャケット壁２３から離間して、熱シールド２６からＬＨｅタンク１４への熱伝導を回避する。幾つかの実施形態では、熱シールド２６は、互いから離間する２つ以上の熱シールド層（変形例は図示せず）を含み、最も内側のシールド層が内側真空ジャケット壁２３から離間していてよい。
【００２１】
引き続き図１を参照し、また、更に図２を参照すると、コールドヘッド３０は、ヘリウムといった作動流体を使用して冷却サイクルを実行して、ＬＨｅタンク１４の能動的冷却を提供し、また、例示する実施形態では、熱シールド２６の能動的冷却も提供する。コールドヘッド３０は、真空ジャケット２０を貫通する。コールドヘッド３０の温端部３２は、１つ以上の溶接部３３により真空ジャケットの外壁２２に溶接されている。（なお、コールドヘッド３０の幾つかの特徴は、図２に示す拡大図でのみ参照符号が付けられている）。電動駆動アセンブリ３４が、コールドヘッド３０の温端部３２に接続され（温端部の一部と見なされてよい）、ディスプレーサ（内部コンポーネント。図示せず）を駆動して冷却サイクルに従って作動流体の周期的な圧縮及び膨張を引き起こすモータを含む。電動駆動アセンブリ３４の少なくとも遠位端部が真空ジャケット２０の外側にあり、したがって周囲空気に露出されている。この露出端は、１つ以上の電力ケーブル及び作動流体を注入するための１つ以上のホース（ケーブル及びホースは図示しない）を取り付けるためのコネクタ３６を含む。例示するコールドヘッド３０は、円筒形のコールドヘッドであることが好適であるが、他の形状も考えられる。
【００２２】
例示するコールドヘッド３０は、一方の端部が温端部３２であり、他方の端部が中間（即ち、第１段の）低温ステーション４２を画定する第１段セクション４０と、中間（即ち、第１段の）低温ステーション４２に接続され、ＬＨｅタンク１４の中に入り込んでＬＨｅタンク１４内に配置された第２段の低温ステーション４６を画定する第２段セクション４４とを含む２段デザインである。第１段セクション４０及び第２段セクション４４はそれぞれ、ディスプレーサがその中を通るステンレス鋼シリンダハウジングを含み、第２段セクション４４は通常第１段セクション４０よりも小さい直径を有する。（つまり、第１段セクション４０は第１の直径を有する円筒形であり、第２段セクション４４は第１の直径よりも小さい第２の直径を有する円筒形である）。内壁２３を通る第２段セクション４４の進入部は、環状溶接又は他の真空気密封止を使用して適切に封止される。
【００２３】
第１段低温ステーション４２は、熱シールド２６に溶接、ろう付け又は他の方法で固定された熱バス５２と接続する高伝導性熱リンク５０によって熱シールド２６と接続されている。第２段低温ステーション４６は、ＬＨｅタンク１４内の液体ヘリウムの液面１６より上方のガス状ヘリウム過剰圧力内に配置されている。コールドヘッド３０は、第２段低温ステーション４６をヘリウムの液化温度以下に冷却し、第１段低温ステーション４２をより高い温度（ただし、熱シールド２６がＬＨｅタンク１４の効果的な熱遮断を提供するのに十分に冷たい）に冷却するようにデザイン及び操作される。コールドヘッド３０は、真空気密封止を提供するために、通常外側真空壁２２及び内側真空壁２３に溶接されている。
【００２４】
超電導磁石を動作させるために、適切な充填ライン（図示せず）を介して液体ヘリウムチャージがＬＨｅタンク１４に投入される。充填ライン又は別の進入経路はまた、磁石巻線１２に接続し、磁石巻線１２を励磁するための導電性リード線等（図示せず）を挿入することを可能にする。これらの巻線１２を流れる静電流は、水平ボア磁石である例示的な場合では、図１に示すように、水平である静磁場Ｂ０を発生させる。磁石巻線１２の電流を、所望の｜Ｂ０｜磁場強度を提供するために選択されたレベルまで上昇させた後、接点を引き抜くことができ、その後、超電導磁石巻線１２のゼロ電気抵抗により、電流が永続的に流れ続けることが確実にされる。この時点から、ＬＨｅタンク１４内の液体ヘリウムチャージを維持する必要がある。さもなければ、超電導巻線１２は、磁石巻線１２の超電導臨界温度を超える温度まで温まり、磁石のクエンチをもたらす可能性がある。（液体ヘリウムチャージを取り除く必要がある場合に制御された動作停止を提供するには、リード線を再び挿入し、液体ヘリウムチャージを取り除く前に磁石電流をゼロまで下げることが好適である）。
【００２５】
ＭＲＩデバイスは、Ｘ、Ｙ及び／又はＺ方向においてＢ０磁場に選択された傾斜磁場を重ね合わせるための傾斜磁場コイル５４のセット、磁気共鳴信号を励起及び／又は検出するための全身無線周波数（ＲＦ）コイル（図示せず）、ＭＲＩデバイス１０のボア１８内に撮像のために患者又は他の撮像対象を入れるための患者カウチ（図示せず）等といった当技術分野において知られている様々な他のコンポーネントを任意選択的に含む。
【００２６】
コールドヘッド３０は、コールドヘッドが動作しているときにＬＨｅタンク１４を有益に冷却する。ただし、コールドヘッドの電源が切られることがある。これは、メンテナンスや磁石の輸送等の準備のために意図的に行われることもあれば、何らかの誤動作により意図せずに起きることもある。コールドヘッドの電源が長時間切られていると、コールドヘッドは温まり始め、温端部３２及び電導駆動ユニット３４に接触している周囲空気からの熱がＬＨｅタンク１４に伝導される熱漏れ経路ができる。したがって、コールドヘッド３０は、電源が切られていると熱的な不利益が生じる。
【００２７】
ここで特に図２を参照すると、動いていないコールドヘッド３０によって生じる熱漏れ経路は、真空ジャケット２０内に配置され、コールドヘッド３０に固定されているか又はそれと一体化された熱交換器６０を設けることにより軽減される。熱交換器６０は、ＬＨｅタンク１４と流体連通する入口６４と、周囲空気と流体連通する出口６６とを有する流体通路６２を含む。このために、例示する実施形態では、入口流体導管７０が、真空ジャケット２０とＬＨｅタンク１４とで共有される共通壁２３を通過する。入口流体導管７０は、熱交換器６０の流体通路６２の入口６４とＬＨｅタンク１４との流体連通を提供する。同様に、出口流体導管７２が、真空ジャケット２０の外壁２２を通過し、熱交換器６０の流体通路６２の出口６６と周囲空気との流体連通を提供する。動作中、ＬＨｅタンク１４からの気体ヘリウムが、気体ヘリウムの過剰圧力によって入口流体導管７０内に注入され、流体通路６２を通って流れ、そこから出口流体導管７２に流れて周囲空気に放出される。気体ヘリウムは、流体通路６２を通って流れる際にコールドヘッド３０からの熱を吸収する。
【００２８】
この熱伝達を促進するために、熱交換器６０の流体通路６２は、好適には、大きい接触面積を提供するように円筒形コールドヘッド３０の周りに蛇行状又は螺旋状である。更に又は或いは、流体通路６２は、マルチチャネル流体通路であってよく、即ち、流体通路６２は、気体ヘリウムが入口６４から出口６６に流れるための複数の経路を提供してもよい。熱交換器６０は、任意の従来の熱交換器デザインを採用してこの熱伝達を増進してよい。１つの例示的な実施形態では、熱交換器は、コールドヘッド３０の周りに巻き付けられた金属シェルを含み、流体通路６２はこの金属シェルにドリル加工、フライス加工又は別の方法で形成される。このアプローチでは、金属シェルは、流体通路６２から円筒形コールドヘッド３０への熱伝導経路を提供する。最大の熱接触のために、熱交換器６０は（例示する円筒形の）コールドヘッド３０の全周に巻き付くことが好適である。製造の利便性のために、金属シェルは、隣接するセグメントの入口と出口との間に管接続部を使用して、個別のセグメント、例えばそれぞれが６０°の円弧にまたがる６つの弓形セグメントに分割することができる。熱交換器６０は、金属シェルの代わりに、シリコンタイプ又はアクリルタイプの熱伝導性シートといったより柔軟な別の熱伝導性材料のシェル又はセグメントを使用してもよく、流体通路６２はシートに埋め込まれた管である。これらは、適切な熱交換器デザインの例示的な例に過ぎない。
【００２９】
別の実施形態では、熱交換器６０はコールドヘッド３０と一体である。例えばコールドヘッド３０は、例えばステンレス鋼シリンダで作られたハウジング、例えば第１段セクション４０のハウジングを形成するより大径シリンダ及び第２段セクション４４のハウジングを形成するより小径シリンダを使用してよい。この一体デザインでは、コールドヘッド３０の円筒形ステンレス鋼ハウジング４０、４４は、熱交換器の流体通路６２を形成する管が適切に埋め込まれ、コールドヘッド３０の円筒形ステンレス鋼ハウジング４０、４４はまた、熱交換器６０の本体も形成する。
【００３０】
別の考えられる実施形態として、熱交換器６０は、コールドヘッド３０の周りに巻き付けられ、コールドヘッド３０の円筒形ステンレス鋼ハウジング４０、４４の外面に溶接、ろう付け又は他の方法で固定されるステンレス鋼管を含んでもよい。このアプローチは、製造が簡単であるか又は既存のコールドヘッドに後付けすることができるが、他の例示するデザインに比べて熱伝達表面積が小さくなる。
【００３１】
図１及び図２の実施形態では、熱交換器６０は、コールドヘッド３０の第１段セクション４０に固定されているが、コールドヘッド３０の第２段セクション４４には固定されていない。熱は、周囲空気からコールドヘッド３０の温端部３２に流れるので、熱交換器６０を介して、（第２段セクション４４は冷却せずに）第１段セクション４０だけを冷却することは大きな利益をもたらす。
【００３２】
しかし、ここで図３を参照すると、変形実施形態は、第２段セクション４４の熱交換器を介した冷却も提供する。図３の実施形態は、図１と同じ超電導磁石と、図１及び図２と同じコールドヘッド３０とを含む。図３の実施形態は、図３の実施形態では、熱交換器６０１、６０２が、コールドヘッド３０の第１段セクション４０に固定されているか又はそれと一体化されている第１の熱交換器セクション６０１（第１の流体通路６２１を有する）と、コールドヘッド３０の第２段セクション４４に固定されているか又はそれと一体化されている追加の第２の熱交換器セクション６０２（第２の流体通路６２２を有する）とを含む点で、図２の実施形態とは異なる。第２の熱交換器セクション６０２は、入口流体導管７０を介してＬＨｅタンクと流体連通する熱交換器６０１、６０２の入口６４を含む。第１の熱交換器セクション６０１は、出口流体導管７２を介して周囲空気と流体連通する熱交換器の出口６６を含む。熱交換器６０１、６０２は更に、第１の熱交換器セクション６０１と第２の熱交換器セクション６０２とを直列に接続する流体導管７４を含む。つまり、気体ヘリウムは、入口６４に流れ込み、第２の熱交換器セクション６０２を通って、次に流体導管７４を通って第１の熱交換器セクション６０１に入り、最後に第１の熱交換器セクション６０１の出口６６から出て周囲空気の中に放出される。
【００３３】
開示される熱交換器６０は、気体ヘリウムの過剰圧力のベント経路を提供することと、ＬＨｅタンク１４内の低温気体ヘリウムの顕熱冷却能力を利用して、コールドヘッド３０の電源が切られている（又は、より一般的には低温冷却を提供するように動作していない）期間にわたってコールドヘッド３０を冷却することとの２つの利点を有する。
【００３４】
熱交換器６０から漏れる気体ヘリウムは真空ジャケット２０に含まれる真空に入るので、熱交換器６０は耐ヘリウム漏洩性でなければならない。この真空空間内への過度のガス漏れは、ＬＨｅタンク１４の断熱性を損なう可能性があり、極端な場合、液体ヘリウムの急速な沸騰や、潜在的な磁石クエンチ又は損傷につながる可能性がある。
【００３５】
図４を参照して、液体ヘリウムチャージを投入して、図１のＭＲＩデバイス１０の超電導磁石を輸送する過程が説明される。製造された磁石から始めて、ステップ８０において、外側真空壁２２上の適切な真空連結器（図１には図示せず）を使用して真空ジャケット２０が排気される。ステップ８１において、液体ヘリウムタンク１４が排気される。ステップ８２において、コールドヘッド３０の電源が入れられ、ステップ８４において、液体ヘリウム（ＬＨｅ）チャージが、外側真空壁２２を通過する充填ライン（図１には図示せず）を介して投入される。なお、ステップ８２、８４は異なる順序で行われてよく及び／又は当技術分野で知られている追加のステップが行われてもよいことが理解されよう。通常、ステップ８４は、液体ヘリウムをＬＨｅタンク１４に流し込む前に、ＬＨｅタンク１４から排気することを伴う。超電導磁石に液体ヘリウムを充填した後、ステップ８６において、コールドヘッド３０の電源が、超電導磁石（液体ヘリウムチャージで満たされている）が輸送される輸送ステップ９０の準備として切られる。ステップ９０の間、コールドヘッド３０を冷却すると共に、ＬＨｅタンク１４内の気体ヘリウムの過剰圧力用のベント経路を提供するように熱交換器６０が動作する。ＬＨｅタンク１４内の気体ヘリウムは、液体ヘリウムの液面１６の上方の過剰圧力であるため、気体ヘリウムは、液体ヘリウムの沸騰温度より高いが比較的近い温度、即ち、（ほぼ）大気圧で約４Ｋにある。したがって、コールドヘッド３０が動作していなくても、熱交換器６０が動作して、動いていないコールドヘッド３０を冷却する受動的機構を提供し、これは翻って、ＬＨｅタンク１４内の液体ヘリウムの蒸発率を低下させる。液体ヘリウム蒸発率のこの低下により、より長い輸送時間を可能にし、したがって、より長い輸送距離が達成可能になる。目的地に到着した後、ステップ９２において、コールドヘッド３０の電源が再び入れられ、その後、ＬＨｅタンク１４が能動的に冷却される。
【００３６】
コールドヘッド３０と熱的に結合された開示される熱交換器６０の利点は、図４を参照して説明したように、磁石の輸送中にあるが、コールドヘッド３０の電源が長時間にわたって切られている又はそうでなければ動作していない任意の手順又は状況についても、例えばメンテナンス中、長時間の停電中又はコールドヘッド３０を介する能動的冷却を損なう又は妨げるコールドヘッド３０の故障中等にコールドヘッド３０の電源が切られている間も同様の利点があることが理解されるであろう。このような状況では、液体ヘリウムの蒸発が減少することにより、液体ヘリウムチャージが過度に激減する可能性が低くなり、液体ヘリウムの枯渇が磁石のクエンチにつながる可能性が低くなる。
【００３７】
本発明は、好適な実施形態を参照して説明された。前述の詳細な説明を読んで理解すると、他の人が修正態様及び変更態様を想到することができるであろう。本発明は、添付の特許請求の範囲又はその均等物の範囲内にある限り、このようなすべての修正態様及び変更態様を含むと解釈されることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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