(57)【要約】  超電導磁石は、液体ヘリウムタンク１４と、液体ヘリウムタンク内に配置された超電導磁石巻線１２と、液体ヘリウムタンクの周りを囲む真空ボリューム２４を含む真空ジャケット壁２０、２２、２６と、真空ボリューム内に配置され、液体ヘリウムタンクの周りを囲むサーマルシールド３０とを含む。サーマルバス５０がサーマルシールドに固定されている。サーマルバスは、サーマルバスを通る流体通路６０を含む一体型熱交換器を含む。入口流体導管６２が、液体ヘリウムタンクを流体通路の入口に接続し、出口流体導管６４が、流体通路の出口を周囲空気に接続する。サーマルバス５０は、熱伝導性接続部４６によってコールドヘッド４０の第１ステージコールドステーションに接続されている。
2020513977.tif 000002
【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た超電導磁石巻線と、
前記液体ヘリウムタンクの周りを囲む真空ボリュームを含む真空ジャケット壁と、
前記真空ボリューム内に配置され、前記液体ヘリウムタンクの周りを囲むサーマルシールドと、
前記サーマルシールドに固定され、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熱交換器と、
を含む、超電導磁石。
【請求項２】
前記真空ボリュームと前記液体ヘリウムタンクとを隔てる、前記真空ジャケット壁の内側真空ジャケット壁を通る入口流体導管を更に含み、前記入口流体導管は、前記液体ヘリウムタンクを前記熱交換器の前記流体通路の前記入口に接続する、請求項１に記載の超電導磁石。
【請求項３】
前記真空ジャケット壁の外側真空ジャケット壁を通り、前記熱交換器の前記流体通路の前記出口を周囲空気に接続する出口流体導管を更に含む、請求項１又は２に記載の超電導磁石。
【請求項４】
前記熱交換器は、サーマルバスであり、前記サーマルバスを通る前記流体通路は、前記サーマルバスの材料が、前記サーマルバスを通る前記流体通路の壁を画定するように前記サーマルバスを通る開口である、請求項１乃至３の何れか一項に記載の超電導磁石。
【請求項５】
前記熱交換器は、サーマルバスであり、前記サーマルバスを通る前記流体通路は、前記流体通路の壁を形成するために、前記サーマルバスとは別箇で、前記サーマルバスに埋め込まれた導管を含む、請求項１乃至３の何れか一項に記載の超電導磁石。
【請求項６】
前記熱交換器の前記流体通路は、蛇行流体通路を含む、請求項１乃至５の何れか一項に記載の超電導磁石。
【請求項７】
前記熱交換器の前記流体通路は、複数の流体通路を含む、請求項１乃至６の何れか一項に記載の超電導磁石。
【請求項８】
前記複数の流体通路の入口を接続する入口マニホルドと、
前記複数の流体通路の出口を接続する出口マニホルドと、
を更に含む、請求項７に記載の超電導磁石。
【請求項９】
前記真空ジャケット壁に溶接され、前記真空ボリューム内に配置された第１ステージコールドステーション及び前記液体ヘリウムタンク内に配置された第２ステージコールドステーションを有するコールドヘッドを更に含み、
前記熱交換器は、熱伝導性接続部によって、前記第１ステージコールドステーションに接続されるサーマルバスである、請求項１乃至８の何れか一項に記載の超電導磁石。
【請求項１０】
前記サーマルシールドは、互いから離間される１つ以上のサーマルシールド層を含み、各サーマルシールド層は、高熱伝導性シートを含み、前記熱交換器は、高熱伝導性材料を含む、請求項１乃至９の何れか一項に記載の超電導磁石。
【請求項１１】
前記熱交換器は、前記サーマルシールドに溶接されるか又はろう付けされる、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の超電導磁石。
【請求項１２】
形状がほぼ円筒形で、水平方向ボアを画定する、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の超電導磁石と、
前記超電導磁石によって前記水平方向ボア内に生成された静磁場に傾斜磁場を重ね合わせるように配置された１組の傾斜磁場コイルと、
を含む、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）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た超電導磁石巻線と、前記液体ヘリウムタンクの周りを囲む真空ボリュームを含む真空ジャケット壁と、前記真空ジャケット壁に溶接され、前記真空ボリューム内に配置された第１ステージコールドステーション及び前記液体ヘリウムタンク内に配置された第２ステージコールドステーションを有するコールドヘッドと、前記真空ボリューム内に配置され、前記液体ヘリウムタンクの周りを囲むサーマルシールドと、前記サーマルシールドに固定され、前記第１ステージコールドステーションに熱的に接続されるサーマルバスと、を含む超電導磁石と共に行われる方法であって、
前記コールドヘッドをオフにするステップと、
前記コールドヘッドがオフにされている間に、前記サーマルバスを通る流体通路を介して、前記液体ヘリウムタンクから周囲空気中へと気体ヘリウムを流すステップと、
を含む、方法。
【請求項１４】
前記コールドヘッドがオフにされている間に、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、前記サーマルバスを通る前記流体通路を介する前記液体ヘリウムタンクから周囲空気中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。
【請求項１５】
液体ヘリウムタンク内に配置された超電導巻線を含む超電導磁石の前記液体ヘリウムタンクを熱遮蔽するためのサーマルシールド装置であって、
前記液体ヘリウムタンクの周りを囲むようなサイズ及び形状にされた高熱伝導性シートの１つ以上のサーマルシールド層を含むサーマルシールドと、
前記サーマルシールドに固定され、サーマルバスを通る流体通路を含む一体型熱交換器を含む、前記サーマルバスと、
を含む、サーマルシールド装置。
【請求項１６】
前記液体ヘリウムタンクを、前記サーマルバスを通る前記流体通路の入口に接続する入口流体導管と、
前記サーマルバスを通る前記流体通路の出口を周囲空気に接続する出口流体導管と、
を更に含む、請求項１５に記載のサーマルシールド装置。
【請求項１７】
前記サーマルバスを通る前記流体通路は、
（ｉ）前記サーマルバスの材料が、前記サーマルバスを通る前記流体通路の壁を画定するように、前記サーマルバスを通る開口であるか、又は、
（ｉｉ）前記流体通路の壁を形成するために、前記サーマルバスとは別箇で、前記サーマルバスに埋め込まれた導管である、請求項１５又は１６に記載のサーマルシールド装置。
【請求項１８】
前記サーマルバスを通る前記流体通路は、蛇行流体通路を含む、請求項１５乃至１７の何れか一項に記載のサーマルシールド装置。
【請求項１９】
前記サーマルバスを通る前記流体通路は、複数の流体通路を含む、請求項１５乃至１８の何れか一項に記載のサーマルシールド装置。
【請求項２０】
前記サーマルバスは、高熱伝導率材料を含む、請求項１５乃至１９の何れか一項に記載のサーマルシールド装置。
【請求項２１】
前記サーマルバスは、前記サーマルシールドに溶接されるか又はろう付けされる、請求項１５乃至２０の何れか一項に記載のサーマルシールド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下は、概して、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サーマルシールドが真空ジャケット内に配置されて、ＬＨｅタンクの周りを囲む。製造後、真空が引かれ、ＬＨｅタンクが液体ヘリウムで満たされる。液体ヘリウムを極低温（即ち、４Ｋ以下）に保持するために、コールドヘッドを使用してＬＨｅ容器が冷凍される。コールドヘッドの第１ステージが、真空ボリュームを貫通し、第１ステージコールドステーションが、サーマルシールドに取り付けられたサーマルバスに接続する高熱伝導性リンクによってサーマルシールドに接続される。コールドヘッドの第２ステージが、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超過圧力内に配置されるように液体ヘリウムボリューム内へと続く。
【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、超電導磁石が、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た超電導磁石巻線と、液体ヘリウムタンクの周りを囲む真空ボリュームを含む真空ジャケット壁と、真空ボリューム内に配置され、液体ヘリウムタンクの周りを囲むサーマルシールドとを含む。熱交換器がサーマルシールドに固定され、流体通路が、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。熱交換器はサーマルバスであってよい。第１ステージコールドステーションが真空ボリューム内に配置され、第２ステージコールドステーションが液体ヘリウムタンク内に配置された状態で、コールドヘッドを真空ジャケット壁に溶接することができ、サーマルバスは、熱伝導性接続部によって第１ステージコールドステーションに適切に接続される。
【０００５】
別の開示される態様では、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）デバイスが、前段に説明される超電導磁石を含む。超電導磁石は、ほぼ円筒形で、水平方向ボアを画定する。超電導磁石によって水平方向ボア内に生成された静磁場に傾斜磁場を重ね合わせるために、１組の傾斜磁場コイルが配置される。別の開示される態様では、前段に説明される超電導磁石と併せて行われる方法が、コールドヘッドをオフにするステップと、コールドヘッドがオフにされている間に、サーマルバスを通る流体通路を介して、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。次に、コールドヘッドがオフにされている間に、超電導磁石が輸送され、これにより、サーマルバスを通る流体通路を介した液体ヘリウムタンクから周囲空気中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、液体ヘリウムタンク内に配置された超電導巻線を含む超電導磁石の上記液体ヘリウムタンクを熱遮蔽するためのサーマルシールド装置が開示される。サーマルシールド装置は、液体ヘリウムタンクの周りを囲むようなサイズ及び形状のアルミニウム合金板金の１つ以上のサーマルシールド層を含むサーマルシールドと、サーマルシールドに固定されるサーマルバスとを含む。サーマルバスは、サーマルバスを通る流体通路を含む一体型熱交換器を含む。
【０００７】
１つの利点は、液体ヘリウム（ＬＨｅ）のボイルオフが少ない超電導磁石が提供される点にある。
【０００８】
別の利点は、コールドヘッドが遮断され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、熱漏れの少ない気体ヘリウムベントを有する超電導磁石が提供される点にある。
【００１０】
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である。
【００１１】
別の利点は、長距離の輸送、長時間メンテナンス等を容易にするために、長期間コールドヘッドを遮断することができる超電導磁石が提供される点である。
【００１２】
別の利点は、本明細書に開示される一体型熱交換器を有するサーマルバスによるサーマルシールドの冷却により、コールドヘッドがオフにされている期間又は動作できない期間中の液体ヘリウム蒸発が低減された超電導磁石が提供される点にある。
【００１３】
別の利点は、本明細書に開示される一体型熱交換器を有するサーマルバスによるサーマルシールドの追加冷却により、より小さく及び／又はよりエネルギー効率の良いコールドヘッドを有する超電導磁石が提供される点である。
【００１４】
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、所定の実施形態は、前述の利点のいずれも提供しない、又は、１つ、２つ以上若しくはすべてを提供するか、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】
【００１５】
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ことのみを目的とし、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。
【００１６】
【図１】図１は、一体型熱交換器を有するサーマルバスを含む磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムの側断面図を示す。
【図２】図２は、一体型熱交換器を有するサーマルバスを示す図１の側断面図の一部の拡大図を示す。
【図３】図３は、一体型熱交換器を有するサーマルバスの例示的な実施形態の上面図を示す。
【図４】図４は、一体型熱交換器を有するサーマルバスの別の例示的な実施形態の側面図、上面図及び端面図を示し、上面図のみに、接続された気体ヘリウム入口マニホルド及び出口マニホルドを示す。
【図５】図５は、図１の超電導磁石を液体ヘリウム（ＬＨｅ）でチャージし、それを工場から目的地まで輸送するプロセスを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ＬＨｅタンクが充填された後、コールドヘッドがオフにされ、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、目的地に出荷される。航空便の場合、コールドヘッドは、輸送期間中ずっとオフのままにされる。船便の場合、ＭＲ磁石は冷凍される。しかし、この場合でも、積み下ろし及び造船所へのトラック輸送中にコールドヘッドの電源が切られている時間が長い。液体ヘリウムは、能動的に冷凍されないと、ゆっくりとボイルオフする。通常、ヘリウムベントベローズといったベント経路が、ボイルオフによって生成された任意の気体ヘリウム超過圧力の圧力除去経路として設けられている。進入流路及び放出流路（例えば液体ヘリウム充填ライン及び圧力除去ベント経路）は、熱が漏れる経路である。これらの懸念事項により、出荷距離が制限されるか、又は、出荷オプションが制約される可能性がある。
【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、ＭＲＩシステムの再配置中等に電源が切られているときに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、液体ヘリウムの減少は、ＭＲ磁石の「クエンチ」と呼ばれる超電導状態からの転移を引き起こす可能性がある。
【００１９】
本明細書において開示する改良点では、サーマルシールドのバスバーが、一体型熱交換器を含むように変更される。一体型熱交換器の入口は、ＬＨｅタンク内の気体ヘリウム超過圧力へのパイプ又は他の流体導管に接続され、一体型熱交換器の出口は、雰囲気中へと放出する。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（つまり、〜４Ｋ）に近い低温にある）は、大気中への放出前にサーマルバスの熱交換器を流れる。これは、気体ヘリウム超過圧力ベント経路を提供する利点があり、これにより、低温の気体ヘリウムの顕熱冷却能力を利用して、コールドヘッドがオフになっている期間のサーマルシールドの継続的な冷却が提供される。
【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）超過圧力がある液体ヘリウム（ＬＨｅ）タンク１４内に配置された超電導巻線１２を含む。例示するＭＲＩデバイス１０は、水平方向ボア磁石を使用する。水平方向ボア磁石では、超電導磁石は、ほぼ円筒形で、水平方向ボア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、周囲の真空ジャケットは、内側真空ジャケット壁２０と、外側真空ジャケット壁２２とを有し、その間に排気された真空ボリューム２４がある。つまり、真空ジャケット壁、例えば内側真空ジャケット壁２０及び外側真空ジャケット壁２２と、任意選択的に側面真空ジャケット壁２６といった追加の壁とは、真空ボリューム２４を含む。内側真空ジャケット壁２０は、真空ボリューム２４とＬＨｅタンク１４とを隔てる。外側真空ジャケット壁２２は、真空ボリューム２４と周囲空気とを隔てる。（図示しない変形実施形態では、外側真空壁２２の周りを囲む、例えば液体窒素を含む外側低温ジャケットがあることが考えられる）。図１に、真空ボリューム２４はハッチングで示されている。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サーマルシールド３０が、真空ボリューム２４内に配置され、ＬＨｅタンク１４の周りを囲む。サーマルシールド３０は、内側真空ジャケット壁２０から離間されて、サーマルシールド３０からＬＨｅタンク１４への熱伝導が回避される。幾つかの実施形態では、サーマルシールド３０は、互いから離間され、最も内側のシールド層が内側真空ジャケット壁２０から離間されている２つ以上のサーマルシールド層を含んでもよい（変形例は図示せず）。
【００２１】
図１を引き続き参照し、更に図２を参照すると、コールドヘッド４０が、ヘリウムを作動流体として使用して冷凍サイクルを実行して、サーマルシールド３０及びＬＨｅタンク１４の能動的冷却が提供される。このために、コールドヘッド４０は、外側真空壁２２を貫通して真空ボリューム２４の中に入り込む第１ステージ４２を含む。第１ステージ４２は、溶接、ろう付け又は他の方法によってサーマルシールド３０に固定されたサーマルバス５０と接続する高伝導性サーマルリンク４６によってサーマルシールド３０に接続される第１ステージコールドステーション４４を有する。コールドヘッド４０は更に、内側真空壁２０を通過してＬＨｅタンク１４に入る第２ステージ５２を含み、第２ステージ５２は、ＬＨｅタンク１４内の液体ヘリウムの液面１６の上方の気体ヘリウムの超過圧力内に配置される第２ステージコールドステーション５４を有する。コールドヘッド４０は、１つ以上の内部ピストン（図示せず）を駆動して作動ヘリウムを周期的に圧縮して、第１コールドステーション４４及び第２コールドステーション５４を冷却する冷凍サイクルを行う電動ヘッド又は他の機械的機構５６を含む。（なお、コールドヘッド４０のコンポーネント４２、４４、５２、５４、５６は、図２の拡大図にのみ示す）。コールドヘッド４０は、第２ステージコールドステーション５４をヘリウムの液化温度未満まで、また、第１ステージコールドステーション４４をより高い温度（ただし、サーマルシールド３０がＬＨｅタンク１４の効果的な熱遮蔽を提供するのに十分に冷たい）まで冷却するようデザイン及び操作される。コールドヘッド４０は、真空気密シールを提供するために、通常、外側真空壁２２及び内側真空壁２０に溶接される。
【００２２】
更に、真空ボリューム２４を排気するために適切な真空ライン接続（図示せず）が設けられ、また、充填ライン（図示せず）が溶接シールを介して真空壁２０、２２を貫通し、液体ヘリウムチャージをＬＨｅタンク１４に投入するための進入経路が設けられる。充填ライン又は適切な溶接シールを有する別の進入経路は、磁石巻線１２に接続し、磁石巻線１２を励磁するためのリード線等を挿入することも可能にする。これらの巻線１２を流れる静電流は、水平方向ボア磁石の例示する場合では、図１に示されるように、水平方向である静磁場Ｂ０を生成する。磁石巻線１２の電流を所望の磁場強度｜Ｂ０｜を提供するように選択されたレベルまで上昇させた後、接点が引き抜かれ、その後の超電導磁石巻線１２のゼロ電気抵抗によって、電流が持続的に流れ続けることが保証される。この時点以降、ＬＨｅタンク１４内の液体ヘリウムチャージは保持されるべきである。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って、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去らなければならない場合に制御された運転停止を提供するためには、リード線を再度挿入し、液体ヘリウムチャージを取り去る前に磁石電流をゼロまで下げることが好適である）。
【００２３】
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１組の傾斜磁場コイル５８、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）、患者又は他の撮像対象を、撮像のためにＭＲＩデバイス１０のボア１８内に入れるための患者台（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。
【００２４】
従来では、第１ステージコールドステーション４４をサーマルシールド３０に（例えば編組銅線４６により）接続するサーマルバスは、アルミニウム、銅、アルミニウム合金、銅合金、又は、サーマルシールド３０への取付けに適している他の高熱伝導性金属の固体棒又は他の固体片である。
【００２５】
図１及び図２を引き続き参照すると、サーマルシールド３０のサーマルバス５０は、前述の従来の固体金属サーマルバスに対して改良されて、熱交換器が組み込まれている。つまり、サーマルバス５０は熱交換器を含む。又は、別の言い方では、サーマルバス５０は一体型熱交換器を含む。このために、サーマルバス５０は、サーマルバス５０を通る流体通路６０を含む。流体通路６０は、ＬＨｅタンク１４と流体連通する入口を有する。例示する実施形態では、気密開口部を介して内側真空壁２０を通るパイプ又は他の入口流体導管６２を経由して、ＬＨｅタンク１４内の気体ヘリウムの超過圧力から流入する気体ヘリウムを受け取るように接続される入口を有する。流体通路６０は、周囲空気と流体連通する出口を有する。例示する実施形態では、溶接開口部を介して外側真空壁２２を通るパイプ又は他の出口流体導管６４を経由して周囲空気中へと放出するように接続される出口を有する。流体通路６０は、サーマルバス５０の材料が流体通路６０の壁を画定するように、サーマルバス５０を通る開口部であってもよい。又は、他の実施形態では、流体通路６０は、流体通路６０の壁を形成するようにサーマルバス５０に埋め込まれた別個のパイプ又は他の別個の導管であってもよい。
【００２６】
サーマルバス５０に流入するサーマルシールド３０からの熱は、流体通路６０を流れる低温気体ヘリウムに流れ込むことができるため、流体通路６０及びサーマルバス５０は熱交換器として動作し、これにより、熱は、気体ヘリウムの流れを介して放出ライン６４から運び出される。有利には、この熱伝達プロセスは、コールドヘッド４０がオフにされたときに作動している。コールドヘッド４０の動作によるサーマルバス５０の能動的冷却の欠如は、熱交換器を介した熱伝達を駆動するための温度差を提供する。
【００２７】
サーマルバス５０の一体型熱交換器は、気体ヘリウム超過圧力ベント経路を提供することと、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４０がオフにされている期間にサーマルシールド３０の継続的な冷却を提供することとの二重の利点を有する。有利には、一体型熱交換器を含めるためのサーマルバス５０の変更は最小限で済み、流体通路６０を追加し、流路６２、６４を、真空壁２０、２２を通る溶接通路に接続することが必要である。サーマルバス５０は、コンパクトなコンポーネントであり、例えば通常は、サーマルシールド３０に溶接された１つの金属棒又は金属横材（beam）（又は、幾つかの実施形態では、追加の熱的接触を提供するように複数の棒又は横材）のフォームファクタを有し、流体通路６０を組み込むためにサーマルバス５０を機械加工する又は処理するための取り扱いが便利になる。サーマルバスが複数の棒又は横材を含む実施形態では、これらの棒又は横材のそれぞれを通るか又はこれらの一部のみを通る流体通路６０を設けることが考えられる。
【００２８】
サーマルバス５０の一体型熱交換器はまた、ヘリウムガスが熱交換器を流れ続けるように磁石がゼロボイルオフ（ＺＢＯ）磁石でなければ、コールドヘッドがオンにされても追加の冷却力を提供することができる。他方で、磁石がＺＢＯ磁石であるならば、サーマルバス５０の一体型熱交換器は、この状態では、一体型熱交換器をヘリウムガスが流れないため、追加の冷却力を提供しない。
【００２９】
原則として、入口流体導管６２、サーマルバス５０を通る流体通路６０及び出口流体導管６４を含む流体経路は、周囲空気がＬＨｅタンク１４に入る可能性がある流路をもたらす。実際には、液体ヘリウムは、この流路６２、６０、６４を通る流れが（周囲空気がＬＨｅタンク１４に流れ込むのではなくて）ＬＨｅタンク１４から周囲空気に流れる気体ヘリウムを含むことを保証する気体ヘリウムの超過圧力をＬＨｅタンク１４内で発生させる。しかし、流路６２、６０、６４に１つの逆止弁（又は２つの逆止弁からなる冗長セット）を含めて、周囲空気のＬＨｅタンク１４への「逆流」の可能性を阻止することが考えられる。考えられる別の変形例では、流路６２、６０、６４に手動弁又は自動弁が取り付けられて、（例えばコールドヘッド４０が動作しているときに）超電導磁石の通常の動作中に流路６２、６０、６４を閉じることが可能にされる。
【００３０】
図３を参照すると、一体型熱交換器を有するサーマルバス５０の第１の非限定的な例示的実施形態が示されている。図３の実施形態では、サーマルバス５０１は単一の蛇行流体通路６０１を含む。当該手法は、構造的に簡単であるが、蛇行流体通路６０１を、サーマルバス５０１を形成するブロック内に形成することができる製造プロセスを必要とする。又は、蛇行流体通路６０１を形成する別個のパイプを、サーマルバス５０１を形成するブロックに埋め込むことができる製造プロセスを必要とする。これは、通常、例えば流体通路６０１の経路を画定する型を使用して鋳造することにより、サーマルバス５０１が形成されるのと同時に流体通路６０１を形成又は導入することが伴う。流体通路６０１の蛇行経路は、直線経路と比較して、熱伝達のための大幅に大きな表面積を有利に提供する。
【００３１】
図４の実施形態では、サーマルバス５０２は、入口マニホルド７２によって入口が外側で接続され、出口マニホルド７４によって出口が外側で接続された例示的な３つの並列直線流体通路６０２を含む。並列流体通路６０２の数は、２つ、３つ、４つ、５つ又はそれ以上であってよく、好適には、サーマルバス５０２の構造的完全性を維持しながら、熱伝達のための十分な表面積を提供するように選択される。直線流体通路６０２の利点は、サーマルバス５０２の金属ブロックを形成した後に行われる穿孔プロセス又は他の機械加工プロセスによって直線流体通路が形成可能である点である。マニホルド７２、７４は、溶接、ろう付け又は別のプロセスによって流体通路６０２に適切に接続される。
【００３２】
図４の実施形態の変形例（図示せず）では、入口マニホルド及び出口マニホルドをサーマルバス５０内に一体に形成することができる。これにより、流体通路６０は、サーマルバス５０を単一の入口及び単一の出口として通るが、サーマルバス内の複数の流路に分岐する。なお、図３及び図４の実施形態は、サーマルバス５０を通る流体通路６０が、複数の蛇行流体通路を含むことができるように、様々に組み合わせられてもよい。
【００３３】
例示する実施形態は、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４０がオフにされている期間にサーマルシールド３０を継続的に冷却する熱交換器として動作する二次機能を行うように変更されたサーマルバス５０を有利に利用する。しかし、サーマルバスとは別箇のコンポーネントとして熱交換器を設けることが考えられる。例えばサーマルバスとは別箇の熱交換器を、その入口が液体ヘリウムタンクに流体連通し、出口が周囲空気と流体連通した状態で、サーマルバス又はサーマルシールドに追加的に取り付けることもできる。
【００３４】
図５を参照して、図１のＭＲＩデバイス１０の液体ヘリウムチャージを投入して、超電導磁石を輸送するプロセスを説明する。磁石が製造された状態から開始して、ステップ８０において、真空ボリューム２４は、外側真空壁２２上の適切な真空連結器（図１には図示せず）を使用して排気される。ステップ８１において、ＬＨｅタンク１４を排気する。ステップ８２において、コールドヘッド４０がオンにされ、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を通る充填ライン（図１には図示せず）を介して投入される。当然ながら、ステップ８２、８４は、異なる順序で行われてもよく、及び／又は、当技術分野において知られている追加のステップが行われてもよい。通常、ステップ８４は、液体ヘリウムをＬＨｅタンク１４に入れる前に、ＬＨｅタンク１４から空気を抜くことが伴う。超電導磁石を液体ヘリウムでチャージした後、ステップ８６において、コールドヘッド４０がオフにされた後、輸送ステップ９０において、（液体ヘリウムチャージが充填された）超電導磁石が輸送される。ステップ９０の間、サーマルバス５０の熱交換器は、サーマルシールド３０の冷却を提供すると共に、ＬＨｅタンク１４内の気体ヘリウムの超過圧力のためのベント経路を提供するように動作する。ＬＨｅタンク１４内の気体ヘリウムは、液体ヘリウムの液面１６の上方の超過圧力であるため、気体ヘリウムは、液体ヘリウムの沸点より高いが比較的近い温度、つまり、大気圧において（大気圧の近くで）で約４Ｋにある。したがって、コールドヘッド４０が動作していなくても、サーマルバス５０の熱交換器が、サーマルシールド３０を冷却するための受動的機構を提供するように動作し、これは、次に、ＬＨｅタンク１４内の液体ヘリウムの蒸発率を減少させる。液体ヘリウム蒸発率のこの減少により、より長い輸送時間が可能になり、したがって、より長い輸送距離を達成することができる。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４０が再びオンにされ、その後、ＬＨｅタンク１４の能動的冷却が提供される。磁石がＺＢＯ磁石である場合、サーマルバス５０の熱交換器によって提供されていた追加の冷却は、ヘリウムガス流の停止により、ゼロボイルオフ状態が達成されると停止される。他方、磁石がＺＢＯ磁石ではない場合、サーマルバス５０の熱交換器は、ステップ９２においてコールドヘッド４０がオンにされた後も追加の冷却力を提供し続ける。したがって、非ＺＢＯ磁石の場合、サーマルバス５０の熱交換器は、よりエネルギー効率の良いコールドヘッド、例えばより小さいコールドヘッドを、及び／又は、より低い電気エネルギー入力で使用することを可能にする。
【００３５】
図５を参照して、磁石の輸送中の一体型熱交換器を有するサーマルバス５０によってもたらされる利点が説明されたが、当然ながら、例えばメンテナンス中にコールドヘッド４０がオフにされる間、長時間の停電の間、若しくは、コールドヘッドを介する能動的冷却に支障を来す若しくは妨げるコールドヘッド４０の故障中の間等、コールドヘッド４０がオフにされるか、若しくは、長時間の間動作させられる任意の手順又は状況について、同様の利点が得られる。このような状況では、液体ヘリウムの蒸発が少ないため、液体ヘリウムチャージが過度に枯渇する可能性が低くなり、液体ヘリウムの枯渇による磁石のクエンチが生じる可能性が低くなる。
【００３６】
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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【図５】
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【国際調査報告】
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