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WO2020003579A1 - 超電導マグネット - Google Patents

超電導マグネット Download PDF

Info

Publication number
WO2020003579A1
WO2020003579A1 PCT/JP2019/003969 JP2019003969W WO2020003579A1 WO 2020003579 A1 WO2020003579 A1 WO 2020003579A1 JP 2019003969 W JP2019003969 W JP 2019003969W WO 2020003579 A1 WO2020003579 A1 WO 2020003579A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pipe
refrigerant
container
superconducting magnet
radiation shield
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/003969
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
泰作 五明
直樹 岩本
井上　達也
知徳 田中
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to JP2020527180A priority Critical patent/JP7019042B2/ja
Priority to CN201980041503.4A priority patent/CN112292739B/zh
Priority to US17/051,178 priority patent/US11227709B2/en
Publication of WO2020003579A1 publication Critical patent/WO2020003579A1/ja

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/04—Cooling
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
    • A61B5/055—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/80—Constructional details
    • H10N60/81—Containers; Mountings

Definitions

  • the present invention relates to a superconducting magnet.
  • Patent Document 1 As a prior document which discloses the configuration of a superconducting magnet, there is Japanese Patent No. 5868562 (Patent Document 1).
  • the superconducting magnet described in Patent Document 1 includes a superconducting coil, a refrigerant container, a radiation shield, a vacuum container, a refrigerator, a first exhaust pipe, and a first pressure relief valve.
  • the refrigerator is inserted into a cylinder provided to connect the vacuum container to the refrigerant container.
  • the first freezing stage of the refrigerator is in indirect contact with the radiation shield.
  • the second refrigeration stage of the refrigerator is located at an upper portion inside the refrigerant container and reliquefies the vaporized helium gas.
  • the methods for reducing the power consumption of the refrigerator there is a method of performing an intermittent operation in which the operation of the refrigerator is repeatedly started and stopped.
  • the operation time of the machine can be shortened.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and can reduce power consumption of a refrigerator by reducing the amount of heat entering a refrigerant container and improving cooling efficiency in the refrigerant container. And a superconducting magnet.
  • the superconducting magnet according to the present invention includes a superconducting coil, a refrigerant container, a radiation shield, a first pipe, a second pipe, a refrigerator, and a connection pipe.
  • the refrigerant container contains a refrigerant for cooling the superconducting coil and the superconducting coil.
  • the radiation shield is disposed between the refrigerant container and a vacuum container that houses the refrigerant container, and surrounds the refrigerant container.
  • the first pipe is connected to the refrigerant container from outside the vacuum container.
  • the second pipe is connected to the refrigerant container from outside the vacuum container.
  • the refrigerator is fixed so as to seal the end of the second pipe, and is inserted into the second pipe so as to form a flow path of the refrigerant between the refrigerator and the second pipe.
  • the connection pipe connects the inside of the first pipe and the inside of the second pipe inside the vacuum vessel.
  • the connection pipe includes a first connection part connected to the first pipe, and a second connection part connected to the second pipe.
  • the second connection part is located between the vacuum vessel and the radiation shield.
  • the connection pipe since the inside of the first pipe and the inside of the second pipe are communicated with each other by the connection pipe, a circulating flow in which the refrigerant circulates naturally due to the density difference can be generated.
  • the refrigerant is cooled when the circulating flow passes through the flow path formed between the refrigerator and the second pipe, so that the cooling efficiency in the refrigerant container can be improved.
  • the refrigerant flows through each of the first pipe and the second pipe, it is possible to suppress heat intrusion into the refrigerant container due to heat conduction through each of the first pipe and the second pipe. As a result, the power consumption of the refrigerator in the superconducting magnet can be reduced.
  • FIG. 2 is a front view showing the superconducting magnet according to Embodiment 1 of the present invention. It is the side view which looked at the superconducting magnet of FIG. 1 from the arrow II direction.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the superconducting magnet of FIG. 1 as viewed from the direction of arrows III-III.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a part IV in FIG. 3, showing a circulating flow of a vaporized refrigerant.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a superconducting magnet according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the superconducting magnet of FIG.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a superconducting magnet according to a modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a superconducting magnet according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 9 is an enlarged view of a portion IX in FIG. 8, showing a circulating flow of a vaporized refrigerant.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a superconducting magnet according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a superconducting magnet according to Embodiment 5 of the present invention. It is a figure which expands the XII part of FIG. 11, and shows the circulation flow of the vaporized refrigerant
  • FIG. 1 is a front view showing a superconducting magnet according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the superconducting magnet of FIG. 1 as viewed from the direction of arrow II.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the superconducting magnet of FIG. FIG. 3 shows only the upper cross section of the superconducting magnet. 1 to 3, each component is simplified for simplicity.
  • superconducting magnet 100 includes superconducting coil 110, refrigerant container 120, vacuum container 130, radiation shield 140, first pipe 150, and first It has a pressure relief valve 151, a second pipe 160, a refrigerator 165, a third pipe 155, a second pressure relief valve 156, and a connection pipe 170.
  • the superconducting magnet 100 does not necessarily need to include the third pipe 155 and the second pressure relief valve 156.
  • an electrode rod or the like inserted from outside the vacuum vessel 130 may be used as an electrode described later.
  • the refrigerant container 120 contains a refrigerant for cooling the superconducting coil 110 and the superconducting coil 110.
  • refrigerant container 120 contains superconducting coil 110 in a state of being immersed in liquid refrigerant 10.
  • the liquid refrigerant 10 is liquid helium in the present embodiment, but may be liquid nitrogen or the like.
  • the portion other than the superconducting coil 110 and the liquid refrigerant 10 in the refrigerant container 120 is filled with the vaporized refrigerant 10G.
  • the refrigerant container 120 functions as a low-temperature container for maintaining the superconducting coil 110 at an extremely low temperature of 5K or less.
  • the refrigerant container 120 is provided with two openings that allow the inside and the outside of the refrigerant container 120 to communicate with each other, a first pipe 150 is connected to one of the openings, and a second pipe is connected to the other opening. 160 are connected.
  • Refrigerant container 120 is made of, for example, stainless steel.
  • the vacuum container 130 contains the refrigerant container 120.
  • the vacuum container 130 has a hollow cylindrical shape substantially similar to the outer shape of the refrigerant container 120.
  • the vacuum container 130 is provided with two openings at positions corresponding to the two openings of the refrigerant container 120.
  • the inside of the vacuum container 130 is depressurized to a high vacuum state in order to improve the heat insulation of the refrigerant container 120. More specifically, the pressure from the inside of the vacuum vessel 130 to the outside of the refrigerant vessel 120 is reduced to a high vacuum state.
  • the vacuum vessel 130 is made of, for example, stainless steel.
  • the radiation shield 140 is disposed between the refrigerant container 120 and the vacuum container 130 and surrounds the refrigerant container 120.
  • the radiation shield 140 has a hollow cylindrical shape substantially similar to the refrigerant container 120.
  • the radiation shield 140 has two openings at positions corresponding to the two openings of the refrigerant container 120.
  • Radiation shield 140 is provided to reduce heat radiation from vacuum vessel 130 to refrigerant vessel 120.
  • the radiation shield 140 is preferably made of a material having high light reflectance and heat conductivity, and is made of, for example, aluminum.
  • the first pipe 150 is connected to the refrigerant container 120 from outside the vacuum container 130.
  • the first pipe 150 extends in the radial direction of the refrigerant container 120 from the outside of the vacuum container 130 toward the refrigerant container 120.
  • the first pipe 150 serves as a flow path for the vaporized refrigerant 10G.
  • a first thermal anchor 141 is disposed at a position corresponding to the radiation shield 140.
  • the first thermal anchor 141 is a block-shaped member made of a material having a high thermal conductivity, such as copper or aluminum.
  • the first thermal anchor 141 is connected to one opening of the radiation shield 140 via a flexible conductor (not shown).
  • the first piping 150 is indirectly cooled by the first refrigeration stage of the refrigerator 165, but the details will be described later.
  • the end of the first pipe 150 on the side of the vacuum vessel 130 is located outside the vacuum vessel 130.
  • the end of the first pipe 150 on the side of the refrigerant container 120 is located inside the refrigerant container 120 in the present embodiment.
  • An outer peripheral surface of the first pipe 150 on the refrigerant container 120 side is connected to one opening provided in the refrigerant container 120.
  • the first pipe 150 and the refrigerant container 120 are connected to each other by welding or the like.
  • the first pipe 150 and the refrigerant container 120 may be connected to each other via a flange. Note that an end of the first pipe 150 on the refrigerant container 120 side may be connected to an opening provided in the refrigerant container 120.
  • the first pipe 150 is made of, for example, stainless steel.
  • the first pressure relief valve 151 is connected to the first pipe 150 outside the vacuum vessel 130.
  • the first pressure relief valve 151 has a function of preventing the internal pressure in the refrigerant container 120 from excessively rising. That is, when the pressure of the refrigerant container 120 excessively rises, the first pressure relief valve 151 is opened, so that the vaporized refrigerant 10G in the refrigerant container 120 is discharged to the atmosphere.
  • the second pipe 160 is connected to the refrigerant container 120 from outside the vacuum container 130.
  • the second pipe 160 extends in the radial direction of the refrigerant container 120 from the outside of the vacuum container 130 toward the refrigerant container 120.
  • the second pipe 160 has a second thermal anchor 142 at the center in the extending direction of the second pipe 160.
  • each of the refrigerant container 120 side and the vacuum container 130 side with respect to the second thermal anchor 142 has a different outer diameter according to the outer diameter of the refrigerator 165.
  • the end of the second pipe 160 on the vacuum vessel 130 side is located outside the vacuum vessel 130.
  • a flange of the refrigerator 165 is fixed to an end of the second pipe 160 on the vacuum vessel 130 side.
  • the end of the second pipe 160 on the refrigerant container 120 side is connected to an opening provided in the refrigerant container 120 in the present embodiment.
  • the second pipe 160 and the refrigerant container 120 are connected to each other by welding or the like.
  • the second pipe 160 and the refrigerant container 120 may be connected to each other via a flange.
  • the end of the second pipe 160 on the side of the refrigerant container 120 may be located inside the refrigerant container 120.
  • the outer peripheral surface on the refrigerant container 120 side of the second pipe 160 is connected to the other opening provided in the refrigerant container 120.
  • the superconducting magnet 100 used in the magnetic imaging apparatus is installed in a room temperature environment such as a medical examination room of a hospital, heat always enters the radiation shield 140 from the vacuum vessel 130, and further heat flows from the radiation shield 140 to the refrigerant vessel 120. Always invade.
  • the vaporized refrigerant 10G continues to be generated inside the refrigerant container 120 due to heat intrusion into the refrigerant container 120, the internal pressure of the refrigerant container 120 increases due to an increase in the amount of the vaporized refrigerant 10G.
  • a refrigerator 165 is provided in the superconducting magnet 100 in order to discharge the heat that has entered the refrigerant container 120 to the outside of the refrigerant container 120.
  • the refrigerator 165 is fixed so as to seal the end of the second pipe 160, and is inserted into the second pipe 160 so as to form a flow path of the vaporized refrigerant 10G with the second pipe 160.
  • the end of the second pipe 160 is the end of the second pipe 160 on the side of the vacuum vessel 130.
  • the flow path of the vaporized refrigerant 10G formed between the second pipe 160 and the refrigerator 165 will be described later.
  • the refrigerator 165 includes a first freezing stage 166 and a second freezing stage 167.
  • a Gifford-McMahon refrigerator or a pulse tube refrigerator having such a two-stage refrigerator is used as the refrigerator 165.
  • the cooling capacity of the refrigerator 165 changes according to the temperature of each refrigeration stage.
  • the first refrigerating stage 166 is provided at a central portion of the refrigerator 165 in the longitudinal direction
  • the second refrigerating stage 167 is provided at a distal end of the refrigerator 165 in the longitudinal direction.
  • the temperature of the first refrigeration stage 166 of the refrigerator 165 is, for example, 30K or more and 60K or less, and the cooling capacity of the first refrigeration stage 166 is, for example, 20W or more and 70W or less,
  • the temperature of second refrigeration stage 167 is, for example, 4K, and the cooling capacity of second refrigeration stage 167 is, for example, 1W.
  • the first refrigeration stage 166 is located in a region between the vacuum vessel 130 and the radiation shield 140 inside the second pipe 160.
  • the region between the vacuum vessel 130 and the radiation shield 140 inside the second pipe 160 is defined as the area between the vacuum vessel 130 and the radiation shield 140 in the extending direction of the second pipe 160 inside the second pipe 160. Means the area between
  • the first refrigeration stage 166 is located inside the second pipe 160 in a region between a later-described second connection portion and the radiation shield 140.
  • the region between the second connection portion and the radiation shield 140 inside the second pipe 160 is defined as the region between the second connection portion and the radiation shield in the extending direction of the second pipe 160 inside the second pipe 160. 140 means the area.
  • the second refrigeration stage 167 is located in at least one of a region between the radiation shield 140 and the refrigerant container 120 inside the second pipe 160 and an upper region inside the refrigerant container 120.
  • the second refrigeration stage 167 may be located in a region between the radiation shield 140 and the refrigerant container 120 inside the second pipe 160, or may be located in an upper region inside the refrigerant container 120. It may be located over the region between the radiation shield 140 and the refrigerant container 120 inside the second pipe 160 and the upper region inside the refrigerant container 120.
  • the second thermal anchor 142 is a block-shaped member made of a material having a high thermal conductivity, such as copper or aluminum.
  • the second thermal anchor 142 is connected to the other opening of the radiation shield via a flexible conductor (not shown).
  • the first freezing stage 166 is in direct contact with the second thermal anchor 142 and indirectly cools the radiation shield 140 via the second thermal anchor 142. Since the radiation shield 140 is in indirect contact with the first thermal anchor 141, by cooling the radiation shield 140, the first pipe 150 can be cooled by heat conduction through the first thermal anchor 141.
  • the second refrigeration stage 167 cools the vaporized refrigerant 10G inside the refrigerant container 120.
  • the second thermal anchor 142 or the first refrigeration stage 166 is provided with a refrigerant flow path (not shown) so that the vaporized refrigerant 10G flows into the second pipe 160.
  • the coolant channel may be provided in both the second thermal anchor 142 and the first refrigeration stage 166.
  • the structure of the coolant channel is, for example, a structure in which a groove is formed in at least one of the second thermal anchor 142 and the first freezing stage 166 at a contact portion between the second thermal anchor 142 and the first freezing stage 166. You may.
  • the temperature of the vaporized refrigerant 10G in the second pipe 160 becomes lower toward the refrigerant container 120 by being cooled by the refrigerator 165.
  • the density of the vaporized refrigerant 10G in the second pipe 160 becomes higher toward the refrigerant container 120 side.
  • the third pipe 155 extends from the outside of the vacuum vessel 130 toward the refrigerant vessel 120. At least a portion of the third pipe 155 extends along the first pipe 150 while being separated from the first pipe 150 inside the first pipe 150.
  • the first pipe 150 and the third pipe 155 are electrically insulated from each other. Specifically, the third pipe 155 is disposed so as to penetrate the first pipe 150, and the third pipe 155 is fixed to the first pipe 150 via an insulating portion 157 at this penetrating portion.
  • the end of the third pipe 155 on the vacuum vessel 130 side is located outside the vacuum vessel 130 and the first pipe 150.
  • the end of the third pipe 155 on the side of the refrigerant container 120 is located in at least one of the inside of the first pipe 150 and the inside of the refrigerant container 120.
  • the end of the third pipe 155 on the side of the refrigerant container 120 is substantially the same as the end of the first pipe 150 on the side of the refrigerant container 120 in the extending direction of the first pipe 150. Are located in
  • the third pipe 155 forms an auxiliary flow path for the vaporized refrigerant 10G.
  • Third pipe 155 is made of, for example, stainless steel.
  • the third pipe 155 is used, together with the first pipe 150, also as an electrode for flowing a current through the superconducting coil 110.
  • Each of first pipe 150 and third pipe 155 is connected to superconducting coil 110 by current lead 180.
  • the second pressure relief valve 156 is connected to the third pipe 155 at the end outside the vacuum vessel 130.
  • the terminus of the third pipe 155 is the end of the third pipe 155 on the vacuum vessel 130 side.
  • the second pressure relief valve 156 has a function of preventing the internal pressure of the refrigerant container 120 from excessively rising.
  • connection pipe 170 connects the inside of the first pipe 150 and the inside of the second pipe 160 inside the vacuum vessel 130.
  • the connection pipe 170 is made of, for example, a material such as stainless steel or aluminum.
  • connection pipe 170 is a flexible pipe.
  • connection pipe 170 includes a first connection part 171 connected to the first pipe 150 and a second connection part 172 connected to the second pipe 160.
  • the second connection part 172 is located between the vacuum vessel 130 and the radiation shield 140.
  • first connection portion 171 is also located between vacuum container 130 and radiation shield 140.
  • connection pipe 170 is connected to the first pipe 150 by welding or the like at the first connection portion 171 so that the vaporized refrigerant 10G in the first pipe 150 does not leak.
  • the connection pipe 170 may be connected to the first pipe 150 via a flange at the first connection portion 171.
  • connection pipe 170 is connected to the second pipe 160 by welding or the like at the second connection portion 172 so that the vaporized refrigerant 10G in the second pipe 160 does not leak.
  • the connection pipe 170 may be connected to the second pipe 160 via a flange at the second connection portion 172.
  • connection pipe 170 that is, from the first connection part 171 connected to the first pipe 150 to the second connection part 172 connected to the second pipe 160, the vacuum vessel 130 It is arranged in a vacuum atmosphere inside.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a section IV in FIG. 3 showing a circulating flow of the vaporized refrigerant.
  • the refrigerant 10G inside the first pipe 150 is heated by the heat which has entered the first pipe 150 from outside the vacuum vessel 130 and the temperature thereof rises.
  • the refrigerant 10G whose temperature has risen has its specific gravity decreased and rises.
  • a flow in which the refrigerant 10G rises is generated inside the first pipe 150.
  • the refrigerant 10G that has risen inside the first pipe 150 flows into the connection pipe 170.
  • the temperature of the refrigerant 10G slightly increases due to the influence of the radiant heat from the vacuum vessel 130.
  • the refrigerant 10G flowing through the connection pipe 170 flows into a region between the vacuum vessel 130 and the radiation shield 140 inside the second pipe 160. Inside the second pipe 160, a first refrigeration stage 166 is also located in a region between the vacuum vessel 130 and the radiation shield 140. Therefore, the refrigerant 10 ⁇ / b> G that has flowed into the second pipe 160 from the connection pipe 170 is cooled when flowing along the first refrigeration stage 166. Since the cooled refrigerant 10G increases in specific gravity and descends, it passes through the refrigerant flow path between the first refrigeration stage 166 and the second pipe 160, flows toward the refrigerant container 120, and flows to the second refrigeration stage 167. Heading.
  • the refrigerant 10G When flowing along the second refrigeration stage 167, the refrigerant 10G is further cooled by the second refrigeration stage 167, and its specific gravity increases and descends. Thus, the flow of the refrigerant 10G toward the refrigerant container 120 is generated inside the second pipe 160.
  • a circulating flow in which the refrigerant 10G circulates in the order of the refrigerant container 120, the first pipe 150, the connection pipe 170, the second pipe 160, and the refrigerant container 120 naturally occurs. Due to the circulation of the refrigerant 10G, each of the first pipe 150 and the third pipe 155 is cooled by the sensible heat of the refrigerant 10G. Thereby, heat invasion into the refrigerant container 120 due to heat conduction through each of the first pipe 150 and the third pipe 155 can be suppressed.
  • the refrigerant 10G can pass through each of the first refrigeration stage 166 and the second refrigeration stage 167. Since the cooling performance of the first refrigeration stage 166 is greater than the cooling performance of the second refrigeration stage 167, the superconducting magnet 100 according to the present embodiment differs from the conventional superconducting magnet that cools the refrigerant only by the second refrigeration stage 167. In comparison, the heat load on the second refrigeration stage 167 can be reduced, and the cooling efficiency of the refrigerator 165 can be improved. As a result, the cooling efficiency in the refrigerant container 120 can be improved.
  • connection pipe 170 is located inside the vacuum vessel 130, heat intrusion from the outside of the vacuum vessel 130 into the connection pipe 170 is small, so that the cooling efficiency in the refrigerant vessel 120 is effectively improved. Can be.
  • the superconducting magnet 100 includes the connection pipe 170 that connects the inside of the first pipe 150 and the inside of the second pipe 160 inside the vacuum container 130, and the refrigerator 165
  • the second connection part 172 which is inserted into the second pipe 160 so as to form a flow path of the refrigerant 10G between the second pipe 160 and the second pipe 160 is connected to the vacuum vessel 130 And the radiation shield 140.
  • first refrigeration stage 166 is located in the area between vacuum vessel 130 and radiation shield 140 inside second pipe 160
  • second refrigeration stage 167 is , In the second pipe 160, at least one of a region between the radiation shield 140 and the refrigerant container 120 and an upper region inside the refrigerant container 120.
  • the first refrigeration stage 166 is located inside the second pipe 160 in the region between the second connection portion 172 and the radiation shield 140, so that the circulation flow is
  • the refrigerant 10G can be effectively cooled in the first freezing stage 166 by directly passing through the first freezing stage 166.
  • superconducting magnet 100 extends toward the refrigerant container 120 from the outside of vacuum container 130, and at least a part of first superconducting magnet 150 is separated from first pipe 150 inside first pipe 150. There is further provided a third pipe 155 extending along the pipe 150. When the pressure of the refrigerant 10G increases, the internal pressure of the refrigerant container 120 can be prevented from rising excessively by opening each end of the first pipe 150 and the third pipe 155.
  • the first refrigeration stage 166 only needs to be located in a region between the vacuum vessel 130 and the radiation shield 140 inside the second pipe 160, and the second connection 160 is not necessarily required inside the second pipe 160. It does not need to be located in the area between the part 172 and the radiation shield 140. That is, the first refrigeration stage 166 may be located in a region between the vacuum vessel 130 and the second connection portion 172 inside the second pipe 160. Also in this case, the refrigerant 10G that has flowed into the region between the vacuum vessel 130 and the radiation shield 140 inside the second pipe 160 can be cooled by the first refrigeration stage 166.
  • the region between the vacuum vessel 130 and the second connection portion 172 inside the second pipe 160 is defined as the area between the vacuum vessel 130 and the second vessel 160 in the extending direction of the second pipe 160 inside the second pipe 160. It means an area between the connection part 172 and the connection part 172.
  • Embodiment 2 FIG.
  • the superconducting magnet according to the second embodiment of the present invention differs from the superconducting magnet 100 according to the first embodiment of the present invention in that only the configuration of the first pipe is different from the superconducting magnet 100 according to the first embodiment of the present invention. Is not repeated.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a superconducting magnet according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the superconducting magnet of FIG. 5 as seen from the direction of arrows VI-VI. In FIG. 5, only the upper cross section of the superconducting magnet is shown. In FIG. 5, each configuration is simplified for simplicity.
  • the superconducting magnet according to the second embodiment of the present invention further includes a heat radiating portion 259 provided on the inner surface of the first pipe 150 on the refrigerant container 120 side from the first connecting portion 171.
  • a heat radiating portion 259 provided on the inner surface of the first pipe 150 on the refrigerant container 120 side from the first connecting portion 171.
  • the heat dissipating portion 259 is made of, for example, a material having high thermal conductivity, such as copper or aluminum. Further, as shown in FIG. 6, the superconducting magnet according to the present embodiment includes a plurality of heat radiating portions 259, and each of the plurality of heat radiating portions 259 is spaced apart from each other in the circumferential direction of first pipe 150. And are arranged. Each of the plurality of heat radiating portions 259 is located at an interval with respect to the third pipe 155.
  • the first pipe 150 When the vaporized refrigerant 10G in the first pipe 150 flows through the gap between the heat radiating section 259 and the third pipe 155 and the gap between the heat radiating sections 259 due to the circulating flow, the first pipe 150 causes the heat radiating section 259 to flow. Heat exchange with the refrigerant 10G through the heat exchanger. As a result, the first pipe 150 is cooled by directly exchanging heat with the refrigerant 10G and indirectly exchanging heat with the refrigerant 10G via the radiator 259. The refrigerant 10G that has cooled the first pipe 150 is cooled by the first refrigeration stage 166, so that sensible heat is transported.
  • the distance between the heat radiating portion 259 and the third pipe 155 is not particularly limited, but does not impair the workability at the time of assembling the superconducting magnet. It is necessary to have an interval enough to ensure the insulation distance.
  • the shape of the heat radiating portion 259 is a fin shape extending along the extending direction of the first pipe 150, but is not limited thereto.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a superconducting magnet according to a modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows the same cross-sectional view as FIG.
  • heat radiating portion 259 is provided on the outer surface of third pipe 155.
  • the heat radiating section 259 may be provided on each of the inner surface of the first pipe 150 and the outer surface of the third pipe 155.
  • the heat radiating portion 259 provided on the outer surface of the third pipe 155 is disposed between the heat radiating portions 259 provided on the inner surface of the first pipe 150.
  • the third pipe 155 exchanges heat with the refrigerant 10G via the radiator 259.
  • the third pipe 155 is cooled by directly exchanging heat with the refrigerant 10G and indirectly exchanging heat with the refrigerant 10G via the radiator 259.
  • the refrigerant 10G that has cooled the third pipe 155 is cooled by the first refrigeration stage 166, so that sensible heat is transported.
  • the radiator 259 is provided on at least one of the inner surface of the first pipe 150 and the outer surface of the third pipe 155 on the refrigerant container 120 side from the first connection part 171, so that the first pipe
  • the temperature of at least one of the first pipe 150 and the third pipe 155 can be lowered. That is, the amount of heat that enters at least one of the first pipe 150 and the third pipe 155 into the refrigerant container 120 can be reduced, and the cooling efficiency inside the refrigerant container 120 can be improved.
  • Embodiment 3 the superconducting magnet according to Embodiment 3 of the present invention will be described.
  • the superconducting magnet according to the third embodiment of the present invention is different from the superconducting magnet 100 in the configuration of each of the connection pipe and the radiation shield. Therefore, the same configuration as the superconducting magnet 100 according to the first embodiment of the present invention will be described. Do not repeat.
  • FIG. 8 is a sectional view showing a configuration of a superconducting magnet according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the circulating flow of the vaporized refrigerant by enlarging the portion IX in FIG. 8. In FIG. 8, only the upper cross section of the superconducting magnet is shown. In FIGS. 8 and 9, each component is simplified for simplicity.
  • connection pipe 370 is in indirect contact with radiation shield 340. Specifically, the outer peripheral surface of the connection pipe 370 is indirectly in contact with the radiation shield 140 via the heat conducting part 375.
  • the first connection portion 371 of the connection pipe 370 is located between the radiation shield 140 and the refrigerant container 120.
  • the second connection portion 172 of the connection pipe 370 is located between the vacuum vessel 130 and the radiation shield 340 as in the first embodiment of the present invention.
  • the radiation shield 340 is provided with a through hole 343 at a position between one opening and the other opening.
  • connection pipe 370 passes through the through hole 343 from the first connection portion 371 located between the radiation shield 140 and the refrigerant container 120 and the second connection portion located between the vacuum container 130 and the radiation shield 340. 172 are provided.
  • the heat conducting portion 375 is made of a material having a relatively high heat conductivity.
  • Heat conducting portion 375 is made of, for example, copper. It is preferable that the heat conducting portion 375 is formed of a flexible conductor having flexibility.
  • the heat conducting portion 375 is not necessarily provided, and the outer peripheral surface of the connection pipe 370 may be in direct contact with the radiation shield 340. In this case, the outer peripheral surface of the connection pipe 370 comes into contact with the edge of the through hole 343 provided in the radiation shield 340.
  • the superconducting magnet according to the present embodiment employs, as the superconducting magnet according to Embodiment 1 of the present invention, the driving force based on the density difference of vaporized refrigerant 10G in second pipe 160.
  • the circulation flow of the refrigerant 10G naturally occurs. That is, a circulation flow in which the refrigerant 10G circulates in the order of the refrigerant container 120, the first pipe 150, the connection pipe 370, the second pipe 160, and the refrigerant container 120 naturally occurs.
  • the refrigerant 10G can transport the heat that has entered the refrigerant container 120 to the first refrigeration stage 166 of the refrigerator 165 using the sensible heat of the vaporized refrigerant 10G.
  • the cooling efficiency in the refrigerant container 140 can be improved.
  • connection pipe 370 since the outer peripheral surface of connection pipe 370 is in direct or indirect contact with radiation shield 340, vaporized refrigerant 10G flowing in connection pipe 370 and radiation shield 340 are connected. And heat exchange is performed via the connection pipe 370. By this heat exchange, the temperature of the radiation shield 340 can be lowered, so that heat intrusion from the radiation shield 340 to the refrigerant container 120 due to radiation can be reduced. Thus, the amount of heat required to cool the inside of the refrigerant container 120 can be reduced, and the cooling efficiency of the refrigerant container 120 can be further improved.
  • Embodiment 4 FIG.
  • the superconducting magnet according to the fourth embodiment of the present invention is the same as the superconducting magnet according to the third embodiment of the present invention because only the configuration of the first pipe is different from the superconducting magnet according to the third embodiment of the present invention. The description of the configuration will not be repeated.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a superconducting magnet according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 10, only the upper cross section of the superconducting magnet is shown. In FIG. 10, each configuration is simplified for simplicity.
  • the superconducting magnet according to Embodiment 4 of the present invention further includes a heat radiating portion 459 provided on the inner surface of first pipe 150 on the refrigerant container 120 side from first connecting portion 371. .
  • the heat radiating portion 459 is made of, for example, a material having a high thermal conductivity, such as copper or aluminum. Further, the superconducting magnet according to the present embodiment includes a plurality of heat radiating portions 459 similarly to the superconducting magnet according to the second embodiment of the present invention. Are spaced from each other in the circumferential direction. Each of the plurality of heat radiating portions 459 is located at an interval with respect to the third pipe 155.
  • the first pipe 150 When the vaporized refrigerant 10G in the first pipe 150 flows through the gap between the heat radiating section 459 and the third pipe 155 and the gap between the heat radiating sections 459 due to the circulating flow, the first pipe 150 causes the heat radiating section 459 to flow. Heat exchange with the refrigerant 10G through the heat exchanger. As a result, the first pipe 150 is cooled by directly exchanging heat with the refrigerant 10G and indirectly exchanging heat with the refrigerant 10G via the radiator 459. The refrigerant 10G that has cooled the first pipe 150 is cooled by the first refrigeration stage 166, so that sensible heat is transported.
  • the distance between the heat radiating portion 459 and the third pipe 155 is not particularly limited, but does not impair the workability at the time of assembling the superconducting magnet. It is necessary to have an interval enough to ensure the insulation distance.
  • the shape of the heat radiating portion 459 is a fin shape extending along the extending direction of the first pipe 150, but is not limited thereto. Further, similarly to the modification of the second embodiment of the present invention, heat radiating portion 459 may be provided on the outer surface of third pipe 155.
  • the radiator 459 is provided on at least one of the inner surface of the first pipe 150 and the outer surface of the third pipe 155 on the refrigerant container 120 side from the first connection part 371, so that the first pipe
  • the temperature of at least one of the first pipe 150 and the third pipe 155 can be lowered. That is, the amount of heat that enters at least one of the first pipe 150 and the third pipe 155 into the refrigerant container 120 can be reduced, and the cooling efficiency inside the refrigerant container 120 can be improved.
  • Embodiment 5 FIG.
  • the superconducting magnet according to the fifth embodiment of the present invention differs from the superconducting magnet 100 according to the first embodiment of the present invention in that only the configuration of the third pipe is different from the superconducting magnet 100 according to the first embodiment of the present invention. Is not repeated.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a superconducting magnet according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 12 is an enlarged view of a part XII in FIG. 11, showing a circulating flow of the vaporized refrigerant. 11 and 12, each configuration is simplified for simplicity.
  • third pipe 555 has hole 558 connecting the inside and the outside of third pipe 555.
  • refrigerant 10G generated by vaporization inside refrigerant container 120 flows between first pipe 150 and third pipe 555 by circulating flow, It also flows inside the third pipe 555.
  • the third pipe 555 is cooled by directly exchanging heat with the refrigerant 10G on each of the outer side and the inner side.
  • the refrigerant 10G flows to the connection pipe 170 while joining with the refrigerant 10G flowing between the first pipe 150 and the third pipe 555. In this way, the refrigerant 10G that has cooled the first pipe 150 and cooled the third pipe 555 from both the outside and the inside flows through the connection pipe 170, and then flows through the first refrigeration stage of the refrigerator 165.
  • the hole 558 is disposed at a position facing the first connection portion 171 of the connection pipe 170.
  • coolant 10G which flowed inside the 3rd piping 555 is arrange
  • positioned is not limited to the said position.
  • the hole 558 may be disposed above a position facing the first connection portion 171 or may be disposed below a position facing the first connection portion 171.
  • the hole 558 does not necessarily have to face the first connection part 171.
  • one hole 558 is provided in the third pipe 555, but a plurality of holes 558 may be provided.
  • the plurality of holes 558 may be arranged along the extending direction of the third pipe 555, or may be arranged along the circumferential direction of the third pipe 555.
  • the size and shape of the hole 558 are not particularly limited as long as the strength of the third pipe 555 is maintained.
  • the vaporized refrigerant 10G also flows inside the third pipe 555 due to the circulating flow.
  • the heat transfer area between the refrigerant 10G and the first pipe 150 is increased, and the temperature of the third pipe 555 is lowered.

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Abstract

超電導マグネット(１００)は、超電導コイル(１１０)と、冷媒容器(１２０)と、輻射シールド(１４０)と、第１配管(１５０)と、第２配管(１６０)と、冷凍機(１６５)と、接続配管(１７０)とを備えている。冷凍機(１６５)は、第２配管(１６０)の末端を封じるように固定され、かつ、第２配管(１６０)との間に冷媒(１０Ｇ)の流路を構成するように第２配管(１６０)に挿入されている。接続配管(１７０)は、真空容器(１３０)の内側において、第１配管(１５０)と第２配管(１６０)の内部とを連通させている。接続配管(１７０)は、第１配管(１５０)に接続する第１接続部(１７１)と、第２配管(１６０)に接続する第２接続部(１７２)とを含んでいる。第２接続部(１７２)は、真空容器(１３０)と輻射シールド(１４０)との間に位置している。

Description

超電導マグネット
　本発明は、超電導マグネットに関する。
　超電導マグネットの構成を開示した先行文献として、特許第５８６８５６２号（特許文献１）がある。特許文献１に記載された超電導マグネットは、超電導コイルと、冷媒容器と、輻射シールドと、真空容器と、冷凍機と、第１排気管と、第１放圧弁とを備える。冷凍機は、真空容器から冷媒容器まで繋がるように設けられたシリンダに挿入されている。冷凍機の第１冷凍ステージは、輻射シールドと間接的に接触している。冷凍機の第２冷凍ステージは、冷媒容器の内部の上部に位置して、気化したヘリウムガスを再液化している。
特許第５８６８５６２号
　一般的な超電導マグネットにおいては、冷媒容器に接続された配管の熱伝導および輻射シールドからの輻射により冷媒容器に侵入した熱を冷媒容器の外へ排熱するために、超電導マグネットの稼働時には、冷凍機を連続で運転するため、消費電力が大きくなる。
　冷凍機の消費電力を低減する方法の一つとして、冷凍機の運転と停止とを繰り返す間欠運転を行なう方法がある。冷凍機を間欠運転する場合、冷凍機の停止時において冷媒容器内の圧力上昇に要する時間が長いほど、また、冷凍機の運転再開時において冷媒容器内の圧力低下に要する時間が短いほど、冷凍機の作動時間を短くすることができる。
　冷凍機の停止時の冷媒容器内の圧力上昇に要する時間を長くするためには、冷媒容器への熱侵入量を低減する必要がある。冷凍機の運転再開時の冷媒容器内の圧力低下に要する時間を短くするためには、冷媒容器内の冷却効率を向上する必要がある。
　本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、冷媒容器内への熱侵入量を低減するとともに、冷媒容器内の冷却効率を向上させることにより、冷凍機の消費電力を低減できる、超電導マグネットを提供することを目的とする。
　本発明に基づく超電導マグネットは、超電導コイルと、冷媒容器と、輻射シールドと、第１配管と、第２配管と、冷凍機と、接続配管とを備えている。冷媒容器は、超電導コイルを冷却するための冷媒および超電導コイルを収容している。輻射シールドは、冷媒容器と、冷媒容器を収容する真空容器との間に配置され、冷媒容器の周りを囲んでいる。第１配管は、真空容器の外側から冷媒容器に接続されている。第２配管は、真空容器の外側から冷媒容器に接続されている。冷凍機は、第２配管の末端を封じるように固定され、かつ、第２配管との間に冷媒の流路を構成するように第２配管に挿入されている。接続配管は、真空容器の内側において、第１配管の内部と第２配管の内部とを連通させている。接続配管は、第１配管に接続する第１接続部と、第２配管に接続する第２接続部とを含んでいる。第２接続部は、真空容器と輻射シールドとの間に位置している。
　本発明によれば、第１配管の内部と第２配管の内部とを接続配管によって連通させていることにより、密度差によって冷媒が自然に循環する循環流を発生させることができる。この循環流が、冷凍機と第２配管との間に構成された流路を通過する際に冷媒が冷却されることにより、冷媒容器内の冷却効率を向上することができる。また、第１配管および第２配管の各々を冷媒が通流するため、第１配管および第２配管の各々を通じた熱伝導による冷媒容器内への熱侵入を抑制することができる。ひいては、超電導マグネットにおける冷凍機の消費電力を低減できる。
本発明の実施の形態１に係る超電導マグネットを示す正面図である。 図１の超電導マグネットを矢印ＩＩ方向から見た側面図である。 図１の超電導マグネットをＩＩＩ－ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 図３のＩＶ部を拡大して、気化した冷媒の循環流を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る超電導マグネットの構成を示す断面図である。 図５の超電導マグネットのＶＩ－ＶＩ線矢印方向から見た断面図である。 本発明の実施の形態２の変形例に係る超電導マグネットの構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る超電導マグネットの構成を示す断面図である。 図８のＩＸ部を拡大して、気化した冷媒の循環流を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る超電導マグネットの構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態５に係る超電導マグネットの構成を示す断面図である。 図１１のＸＩＩ部を拡大して、気化した冷媒の循環流を示す図である。
　以下、本発明の各実施の形態に係る超電導マグネットについて図面を参照して説明する。以下の実施の形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。以下の実施の形態においては、円筒型の超電導マグネットについて説明するが、必ずしも円筒型の超電導マグネットに限定されるものではなく、開放型の超電導マグネットにも本発明を適用できる。
　実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る超電導マグネットを示す正面図である。図２は、図１の超電導マグネットを矢印ＩＩ方向から見た側面図である。図３は、図１の超電導マグネットをＩＩＩ－ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。なお、図３においては超電導マグネットの上側の断面のみ図示している。また、図１から図３においては、簡単のため、各構成を簡略化して示している。
　図１～図３に示すように、本実施の形態１に係る超電導マグネット１００は、超電導コイル１１０と、冷媒容器１２０と、真空容器１３０と、輻射シールド１４０と、第１配管１５０と、第１放圧弁１５１と、第２配管１６０と、冷凍機１６５と、第３配管１５５と、第２放圧弁１５６と、接続配管１７０とを備えている。ただし、超電導マグネット１００は、第３配管１５５と第２放圧弁１５６とを必ずしも備えなくてよい。超電導マグネット１００が第３配管１５５と第２放圧弁１５６とを備えていない場合、後述する電極として、真空容器１３０の外側から挿入される電極棒などが用いられてもよい。
　冷媒容器１２０は、超電導コイル１１０を冷却するための冷媒および超電導コイル１１０を収容している。本実施の形態において、冷媒容器１２０は、超電導コイル１１０を液状の冷媒１０に浸漬した状態で収容している。液状の冷媒１０は、本実施の形態においては、液体ヘリウムであるが、液体窒素などでもよい。冷媒容器１２０内の超電導コイル１１０および液状の冷媒１０以外の部分は、気化した冷媒１０Ｇで満たされている。液状の冷媒１０が液体ヘリウムである場合、冷媒容器１２０は、超電導コイル１１０を５Ｋ以下の極低温に維持するための低温容器として機能する。
　冷媒容器１２０には、冷媒容器１２０の内部と外部とを連通させる２つの開口部が設けられており、一方の開口部に第１配管１５０が接続されており、他方の開口部に第２配管１６０が接続されている。冷媒容器１２０は、たとえばステンレス鋼で構成されている。
　真空容器１３０は、冷媒容器１２０を収容している。真空容器１３０は、冷媒容器１２０の外形と略相似形の中空円筒状の形状を有している。真空容器１３０には、冷媒容器１２０の２つの開口部に対応する位置に、２つの開口部が設けられている。真空容器１３０の内部は、冷媒容器１２０の断熱性を向上させるため、高真空状態まで減圧されている。より具体的には、真空容器１３０の内側から冷媒容器１２０の外側までの部分が、高真空状態まで減圧されている。真空容器１３０は、たとえばステンレス鋼で構成されている。
　輻射シールド１４０は、冷媒容器１２０と真空容器１３０との間に配置され、冷媒容器１２０の周りを囲んでいる。輻射シールド１４０は、冷媒容器１２０と略相似形の中空円筒状の形状を有している。輻射シールド１４０には、冷媒容器１２０の２つの開口部に対応する位置に、２つの開口部が設けられている。輻射シールド１４０は、真空容器１３０から冷媒容器１２０への熱輻射を低減するために設置される。輻射シールド１４０は、光の反射率および熱伝導率の大きい材料で構成されていることが好ましく、たとえばアルミニウムで構成されている。
　第１配管１５０は、真空容器１３０の外側から冷媒容器１２０に接続されている。第１配管１５０は、真空容器１３０の外側から冷媒容器１２０に向けて冷媒容器１２０の径方向に延在している。第１配管１５０は気化した冷媒１０Ｇの流路となる。第１配管１５０の外周面上において、輻射シールド１４０に対応する位置に、第１サーマルアンカ１４１が配置されている。第１サーマルアンカ１４１は、熱伝導率の大きい銅またはアルミニウム等の材料で構成されたブロック状の部材である。第１サーマルアンカ１４１は、図示しない可撓導体を介して輻射シールド１４０の一方の開口部に接続されている。第１配管１５０は、冷凍機１６５の第１冷凍ステージによって間接的に冷却されているが、詳細については後述する。
　第１配管１５０の真空容器１３０側の端部は、真空容器１３０の外側に位置している。第１配管１５０の冷媒容器１２０側の端部は、本実施の形態において、冷媒容器１２０内に位置している。第１配管１５０の冷媒容器１２０側の外周面が、冷媒容器１２０に設けられた一方の開口部と接続されている。第１配管１５０と冷媒容器１２０とは、溶接などにより互いに接続されている。第１配管１５０と冷媒容器１２０とが、フランジを介して互いに接続されていてもよい。なお、第１配管１５０の冷媒容器１２０側の端部が、冷媒容器１２０に設けられた開口部に接続されていてもよい。第１配管１５０は、たとえばステンレス鋼で構成されている。
　本実施の形態において、第１放圧弁１５１は、真空容器１３０の外側において、第１配管１５０に接続されている。第１放圧弁１５１は、冷媒容器１２０内の内部圧力の過上昇を防ぐ機能を有する。すなわち、冷媒容器１２０の圧力が過上昇した場合に、第１放圧弁１５１が開くことにより、冷媒容器１２０内の気化した冷媒１０Ｇが大気へと放出される。
　第２配管１６０は、真空容器１３０の外側から冷媒容器１２０に接続されている。第２配管１６０は、真空容器１３０の外側から冷媒容器１２０に向けて冷媒容器１２０の径方向に延在している。本実施の形態において、第２配管１６０は、第２配管１６０の延在方向における中央部において第２サーマルアンカ１４２を有している。第２配管１６０においては、第２サーマルアンカ１４２より冷媒容器１２０側および真空容器１３０側の各々が、冷凍機１６５の外径に応じて、互いに異なる外径を有している。
　第２配管１６０の真空容器１３０側の端部は真空容器１３０の外側に位置している。第２配管１６０の真空容器１３０側の端部に、冷凍機１６５のフランジが固定されている。
　一方、第２配管１６０の冷媒容器１２０側の端部は、本実施の形態においては、冷媒容器１２０に設けられた開口部に接続されている。第２配管１６０と冷媒容器１２０とは、溶接などにより互いに接続されている。第２配管１６０と冷媒容器１２０とが、フランジを介して互いに接続されていてもよい。なお、第２配管１６０の冷媒容器１２０側の端部が、冷媒容器１２０内に位置していてもよい。この場合、第２配管１６０の冷媒容器１２０側の外周面が、冷媒容器１２０に設けられた他方の開口部と接続されている。
　磁気イメージング装置に用いられる超電導マグネット１００は、病院の診察室などの室温環境に設置されるため、真空容器１３０から輻射シールド１４０へ熱が常に侵入し、さらに、輻射シールド１４０から冷媒容器１２０へ熱が常に侵入する。冷媒容器１２０への熱侵入により、冷媒容器１２０の内部で気化した冷媒１０Ｇが発生し続けると、気化した冷媒１０Ｇの物質量が増大することにより、冷媒容器１２０の内部圧力が上昇する。冷媒容器１２０の内部圧力が高くなりすぎると、冷媒容器１２０が破損すること、または、液状の冷媒１０の温度が上昇して超電導コイル１１０を超電導状態に維持できなくなることがある。そこで、冷媒容器１２０内へ侵入した熱を冷媒容器１２０の外へ排出するために、超電導マグネット１００に冷凍機１６５が設置されている。
　冷凍機１６５は、第２配管１６０の末端を封じるように固定され、かつ、第２配管１６０との間に気化した冷媒１０Ｇの流路を構成するように第２配管１６０に挿入されている。第２配管１６０の末端とは、第２配管１６０の真空容器１３０側の端部である。第２配管１６０と冷凍機１６５との間に構成される気化した冷媒１０Ｇの流路については、後述する。
　本実施の形態において、冷凍機１６５は、第１冷凍ステージ１６６と、第２冷凍ステージ１６７とを含んでいる。冷凍機１６５としては、このような２段の冷凍ステージを有するギフォード・マクマホン型冷凍機またはパルスチューブ冷凍機が用いられる。冷凍機１６５の冷却能力は、各々の冷凍ステージの温度により変化する。第１冷凍ステージ１６６は、冷凍機１６５の長手方向の中央部に設けられており、第２冷凍ステージ１６７は、冷凍機１６５の長手方向の先端部に設けられている。
　液状の冷媒１０として液体ヘリウムを用いる場合、冷凍機１６５の第１冷凍ステージ１６６の温度は、たとえば３０Ｋ以上６０Ｋ以下であり、第１冷凍ステージ１６６の冷却能力は、たとえば２０Ｗ以上７０Ｗ以下であり、第２冷凍ステージ１６７の温度は、たとえば４Ｋであり、第２冷凍ステージ１６７の冷却能力は、たとえば１Ｗである。
　第１冷凍ステージ１６６は、第２配管１６０の内部において、真空容器１３０と輻射シールド１４０との間の領域に位置している。なお、第２配管１６０の内部において、真空容器１３０と輻射シールド１４０との間の領域とは、第２配管１６０の内部において、第２配管１６０の延在方向における真空容器１３０と輻射シールド１４０との間の領域を意味する。
　本実施の形態においては、第１冷凍ステージ１６６は、第２配管１６０の内部において、後述する第２接続部と輻射シールド１４０との間の領域に位置している。なお、第２配管１６０の内部において、第２接続部と輻射シールド１４０との間の領域とは、第２配管１６０の内部において、第２配管１６０の延在方向における第２接続部と輻射シールド１４０との間の領域を意味する。
　第２冷凍ステージ１６７は、第２配管１６０の内部における輻射シールド１４０と冷媒容器１２０との間の領域、および、冷媒容器１２０の内部における上方の領域の、少なくとも一方に位置している。
　すなわち、第２冷凍ステージ１６７は、第２配管１６０の内部における輻射シールド１４０と冷媒容器１２０との間の領域に位置していてもよいし、冷媒容器１２０の内部における上方の領域に位置していてもよいし、第２配管１６０の内部における輻射シールド１４０と冷媒容器１２０との間の領域、および、冷媒容器１２０の内部における上方の領域の、各々に亘って位置していてもよい。
　第２サーマルアンカ１４２は、熱電導率の大きい銅またはアルミニウムなどの材料で構成されたブロック状の部材である。第２サーマルアンカ１４２は、図示しない可撓導体を介して輻射シールドの他方の開口部に接続されている。
　第１冷凍ステージ１６６は、第２サーマルアンカ１４２に直接的に接触しており、第２サーマルアンカ１４２を介して間接的に輻射シールド１４０を冷却している。輻射シールド１４０は、第１サーマルアンカ１４１に間接的に接触しているため、輻射シールド１４０を冷却することにより、第１サーマルアンカ１４１を通じた熱伝導によって第１配管１５０を冷却することができる。第２冷凍ステージ１６７は、冷媒容器１２０の内部の気化した冷媒１０Ｇを冷却している。
　ここで、第２配管１６０と冷凍機１６５との間に構成される気化した冷媒１０Ｇの流路について説明する。第２サーマルアンカ１４２または第１冷凍ステージ１６６には、第２配管１６０の内部に気化した冷媒１０Ｇが流れるように、図示しない冷媒流路が設けられている。冷媒流路は、第２サーマルアンカ１４２および第１冷凍ステージ１６６の両方に設けられていてもよい。
　冷媒流路の構造は、たとえば、第２サーマルアンカ１４２と第１冷凍ステージ１６６との接触部において、第２サーマルアンカ１４２および第１冷凍ステージ１６６の少なくとも一方に溝が形成されている構造であってもよい。
　第２配管１６０内の気化した冷媒１０Ｇの温度は、冷凍機１６５によって冷却されることにより、冷媒容器１２０側に向かうほど小さくなる。第２配管１６０内の気化した冷媒１０Ｇの密度は、冷媒容器１２０側に向かうほど高くなる。
　本実施の形態において、第３配管１５５は、真空容器１３０の外側から冷媒容器１２０に向けて延在している。第３配管１５５の少なくとも一部は、第１配管１５０の内部において第１配管１５０と離間しつつ第１配管１５０に沿って延在している。
　第１配管１５０と第３配管１５５とは互いに電気的に絶縁されている。具体的には、第３配管１５５は第１配管１５０を貫通するように配置されており、第３配管１５５は、この貫通箇所において絶縁部１５７を介して第１配管１５０に固定されている。第３配管１５５の真空容器１３０側の端部は、真空容器１３０および第１配管１５０の外側に位置している。第３配管１５５の冷媒容器１２０側の端部は、第１配管１５０の内部、および、冷媒容器１２０の内部の少なくとも一方に位置している。本実施の形態において、第３配管１５５の冷媒容器１２０側の端部は、第１配管１５０の冷媒容器１２０側の端部と、第１配管１５０の延在方向において略同一の位置となるように配置されている。
　第３配管１５５は、気化した冷媒１０Ｇの補助流路を構成している。第３配管１５５は、たとえばステンレス鋼で構成されている。第３配管１５５は、第１配管１５０とともに、超電導コイル１１０に電流を流すための電極としても使用される。第１配管１５０および第３配管１５５の各々は、電流リード１８０で超電導コイル１１０と接続されている。
　本実施の形態において、第２放圧弁１５６は、第３配管１５５において、真空容器１３０より外側の末端に接続されている。第３配管１５５の末端とは、第３配管１５５の真空容器１３０側の端部である。第１配管１５０に接続された第１放圧弁１５１と同様に、第２放圧弁１５６は、冷媒容器１２０の内部圧力の過上昇を防ぐ機能を有する。
　接続配管１７０は、真空容器１３０の内側において、第１配管１５０の内部と第２配管１６０の内部とを連通させている。接続配管１７０は、たとえば、ステンレスまたはアルミニウムなどの材料で構成されている。本実施の形態において、接続配管１７０は、フレキシブル管である。
　接続配管１７０は、第１配管１５０に接続する第１接続部１７１と、第２配管１６０に接続する第２接続部１７２とを含んでいる。第２接続部１７２は、真空容器１３０と輻射シールド１４０との間に位置している。また、本実施の形態においては、第１接続部１７１も、真空容器１３０と輻射シールド１４０との間に位置している。
　接続配管１７０は、第１接続部１７１において、第１配管１５０内の気化した冷媒１０Ｇが漏洩しないように、溶接などにより第１配管１５０に接続されている。接続配管１７０は、第１接続部１７１において、フランジを介して第１配管１５０に接続されていてもよい。
　接続配管１７０は、第２接続部１７２において、第２配管１６０内の気化した冷媒１０Ｇが漏洩しないように、溶接などにより第２配管１６０に接続されている。接続配管１７０は、第２接続部１７２において、フランジを介して第２配管１６０に接続されていてもよい。
　本実施の形態においては、接続配管１７０の全体、すなわち、第１配管１５０と接続している第１接続部１７１から、第２配管１６０と接続している第２接続部１７２まで、真空容器１３０の内部の真空雰囲気中に配置されている。
　ここで、本実施の形態に係る超電導マグネット１００において、冷媒容器１２０内で気化した冷媒１０Ｇが自然に循環するような循環流が発生するメカニズムについて図４を参照して説明する。図４は、図３のＩＶ部を拡大して、気化した冷媒の循環流を示す図である。
　まず、第１配管１５０の内部の冷媒１０Ｇは、真空容器１３０の外部から第１配管１５０を伝わって侵入した熱によって加熱され、温度が上昇する。温度が上昇した冷媒１０Ｇは、比重が減少して上昇する。その結果、図４に示すように、第１配管１５０の内部において、冷媒１０Ｇが上昇する流れが発生する。
　第１配管１５０の内部を上昇した冷媒１０Ｇは、接続配管１７０に流入する。第１配管１５０から接続配管１７０を通って第２配管１６０に向かって流れる際に、冷媒１０Ｇは、真空容器１３０からの輻射熱の影響により、温度が少し上昇する。
　接続配管１７０を流れた冷媒１０Ｇは、第２配管１６０の内部において、真空容器１３０と輻射シールド１４０との間の領域に流入する。第２配管１６０の内部において、真空容器１３０と輻射シールド１４０との間の領域には、第１冷凍ステージ１６６も位置している。このため、接続配管１７０から第２配管１６０に流入した冷媒１０Ｇは、第１冷凍ステージ１６６に沿って流動する際に冷却される。冷却された冷媒１０Ｇは、比重が増加して下降するため、第１冷凍ステージ１６６と第２配管１６０との間の冷媒流路を通過して冷媒容器１２０側に流れ、第２冷凍ステージ１６７へ向かう。
　第２冷凍ステージ１６７に沿って流動する際、冷媒１０Ｇは、第２冷凍ステージ１６７によってさらに冷却され、比重が増加して下降する。このように、第２配管１６０の内部において、冷媒容器１２０に向かう冷媒１０Ｇの流れが発生する。
　第２配管１６０の内部において、冷媒容器１２０に向かう冷媒１０Ｇの流れが発生することにより、第２配管１６０の内部における真空容器１３０と輻射シールド１４０との間の領域の内圧が低下するため、接続配管１７０内の冷媒１０Ｇが第２配管１６０の内部に引き込まれる流れが発生する。また、冷媒容器１２０の内部において、第２配管１６０側から第１配管１５０に向かう、冷媒１０Ｇの流れが発生する。
　このように、本実施の形態においては、冷媒容器１２０、第１配管１５０、接続配管１７０、第２配管１６０、冷媒容器１２０の順に冷媒１０Ｇが循環する循環流が自然発生する。この冷媒１０Ｇの循環流が生じることにより、第１配管１５０および第３配管１５５の各々は、冷媒１０Ｇの顕熱により冷却される。これにより、第１配管１５０および第３配管１５５の各々を通じた熱伝導による冷媒容器１２０内への熱侵入を抑制することができる。
　また、この循環流により、冷媒１０Ｇを、第１冷凍ステージ１６６および第２冷凍ステージ１６７の各々を通過させることができる。第１冷凍ステージ１６６の冷却性能は、第２冷凍ステージ１６７の冷却性能より大きいため、本実施の形態に係る超電導マグネット１００においては、第２冷凍ステージ１６７のみで冷媒を冷却する従来の超電導マグネットと比較して、第２冷凍ステージ１６７の熱負荷を低減でき、冷凍機１６５の冷却効率を向上することができる。その結果、冷媒容器１２０内の冷却効率を向上することができる。
　さらに、接続配管１７０が真空容器１３０の内側に位置しているため、真空容器１３０の外側から接続配管１７０内への熱侵入が少ないため、冷媒容器１２０内の冷却効率を効果的に向上することができる。
　上記のように、本実施の形態に係る超電導マグネット１００は、真空容器１３０の内側において、第１配管１５０と第２配管１６０の内部とを連通させる接続配管１７０を備え、冷凍機１６５が、第２配管１６０との間に冷媒１０Ｇの流路を構成するように第２配管１６０に挿入されているとともに、接続配管１７０と第２配管１６０とを接続する第２接続部１７２が、真空容器１３０と輻射シールド１４０との間に位置している。
　これにより、冷媒容器１２０内で気化した冷媒１０Ｇが密度差によって自然に循環する循環流を発生させることができる。この循環流によって、第２配管１６０内の冷凍機１６５と第２配管１６０との間に構成された流路中にて冷媒１０Ｇを冷却することができるため、冷媒容器１２０内の冷却効率を向上することができる。
　また、第１配管１５０および第２配管１６０の各々を気化した冷媒１０Ｇが通流するため、第１配管１５０および第２配管１６０の各々を通じた熱伝導による冷媒容器１２０内への熱侵入を抑制することができる。ひいては、超電導マグネット１００における冷凍機１６５の消費電力を低減できる。
　さらに、本実施の形態においては、第１冷凍ステージ１６６が、第２配管１６０の内部において、真空容器１３０と輻射シールド１４０との間の領域に位置しており、かつ、第２冷凍ステージ１６７が、第２配管１６０の内部における輻射シールド１４０と冷媒容器１２０との間の領域、および、冷媒容器１２０の内部における上方の領域の、少なくとも一方に位置している。
　これにより、冷媒１０Ｇを、第１冷凍ステージ１６６および第２冷凍ステージ１６７の各々に通過させることができるため、第２冷凍ステージ１６７の熱負荷を低減させて冷凍機１６５の冷却効率を向上させることができる。ひいては、冷媒容器１２０内の冷却効率を向上させることができる。
　さらに、本実施の形態においては、第１冷凍ステージ１６６が、第２配管１６０の内部において、第２接続部１７２と輻射シールド１４０との間の領域に位置していることにより、循環流が第１冷凍ステージ１６６を直接通過するようにして、第１冷凍ステージ１６６にて冷媒１０Ｇを効果的に冷却することができる。
　さらに、本実施の形態に係る超電導マグネット１００は、真空容器１３０の外側から冷媒容器１２０に向けて延在し、少なくとも一部が第１配管１５０の内部において第１配管１５０と離間しつつ第１配管１５０に沿って延在する第３配管１５５をさらに備えている。冷媒１０Ｇの圧力が高まったときには、第１配管１５０および第３配管１５５の各々の末端を開放することにより、冷媒容器１２０の内部圧力の過上昇を防ぐことができる。
　なお、第１冷凍ステージ１６６は、第２配管１６０の内部において、真空容器１３０と輻射シールド１４０との間の領域に位置していればよく、必ずしも、第２配管１６０の内部において、第２接続部１７２と輻射シールド１４０との間の領域に位置していなくてもよい。すなわち、第１冷凍ステージ１６６は、第２配管１６０の内部において、真空容器１３０と第２接続部１７２との間の領域に位置していてもよい。この場合にも、第２配管１６０の内部において、真空容器１３０と輻射シールド１４０との間の領域に流入した冷媒１０Ｇを、第１冷凍ステージ１６６によって冷却することができる。なお、第２配管１６０の内部において、真空容器１３０と第２接続部１７２との間の領域とは、第２配管１６０の内部において、第２配管１６０の延在方向における真空容器１３０と第２接続部１７２との間の領域を意味する。
　実施の形態２．
　以下、本発明の実施の形態２に係る超電導マグネットについて説明する。本発明の実施の形態２に係る超電導マグネットは、第１配管の構成のみが本発明の実施の形態１に係る超電導マグネット１００と異なるため、本発明の実施の形態１に係る超電導マグネット１００と同様である構成については説明を繰り返さない。
　図５は、本発明の実施の形態２に係る超電導マグネットの構成を示す断面図である。図６は、図５の超電導マグネットのＶＩ－ＶＩ線矢印方向から見た断面図である。なお、図５においては超電導マグネットの上側の断面のみ図示している。また、図５においては、簡単のため、各構成を簡略化して示している。
　本発明の実施の形態２に係る超電導マグネットは、図５および図６に示すように、第１接続部１７１より冷媒容器１２０側において、第１配管１５０の内面に設けられた放熱部２５９をさらに備えている。
　放熱部２５９は、たとえば、熱伝導率の大きい銅またはアルミニウムなどの材料で構成されている。また、図６に示すように、本実施の形態に係る超電導マグネットは、複数の放熱部２５９を備えており、複数の放熱部２５９の各々は、第１配管１５０の周方向に互いに間隔をおいて配置されている。複数の放熱部２５９の各々は、第３配管１５５に対して間隔をあけて位置している。
　第１配管１５０内の気化した冷媒１０Ｇが、循環流により、放熱部２５９と第３配管１５５との隙間、および、放熱部２５９同士の隙間を流れる際に、第１配管１５０が放熱部２５９を介して冷媒１０Ｇと熱交換する。その結果、第１配管１５０は、冷媒１０Ｇと直接的に熱交換をするとともに、放熱部２５９を介して冷媒１０Ｇと間接的に熱交換することにより、冷却される。第１配管１５０を冷却した冷媒１０Ｇが、第１冷凍ステージ１６６にて冷却されることにより、顕熱輸送される。
　なお、放熱部２５９と第３配管１５５との間隔は、特に限定されるものではないが、超電導マグネットの組立時の工作性を阻害せず、また、第１配管１５０と第３配管１５５との絶縁距離が確保できる程度の間隔が必要である。
　本実施の形態においては、放熱部２５９の形状は、第１配管１５０の延在方向に沿って延びるフィン形状であるが、これに限られない。
　図７は、本発明の実施の形態２の変形例に係る超電導マグネットの構成を示す断面図である。図７においては、図６と同一の断面視にて図示している。
　図７に示すように、本発明の実施の形態２の変形例に係る超電導マグネットにおいては、放熱部２５９は、第３配管１５５の外面に設けられている。なお、放熱部２５９は、第１配管１５０の内面、および、第３配管１５５の外面の、各々に設けられていてもよい。この場合、第１配管１５０の内面に設けられた放熱部２５９同士の間に、第３配管１５５の外面に設けられた放熱部２５９が配置される。
　本変形例においては、第１配管１５０内の気化した冷媒１０Ｇが、循環流により、放熱部２５９と第１配管１５０との隙間、および、放熱部２５９同士の隙間を流れる際に、第３配管１５５が放熱部２５９を介して冷媒１０Ｇと熱交換する。その結果、第３配管１５５は、冷媒１０Ｇと直接的に熱交換をするとともに、放熱部２５９を介して冷媒１０Ｇと間接的に熱交換することにより、冷却される。第３配管１５５を冷却した冷媒１０Ｇが、第１冷凍ステージ１６６にて冷却されることにより、顕熱輸送される。
　上記のように、第１接続部１７１より冷媒容器１２０側において、第１配管１５０の内面および第３配管１５５の外面のうち少なくとも一方に、放熱部２５９が設けられていることにより、第１配管１５０内を流れる気化した冷媒１０Ｇとの熱交換面積を増加させて、第１配管１５０および第３配管１５５の少なくとも一方の温度を低くすることができる。すなわち、第１配管１５０および第３配管１５５の少なくとも一方から冷媒容器１２０内への熱侵入量を低減することができ、ひいては、冷媒容器１２０内の冷却効率を向上することができる。
　実施の形態３．
　以下、本発明の実施の形態３に係る超電導マグネットについて説明する。本発明の実施の形態３に係る超電導マグネットは、接続配管および輻射シールドの各々の構成が超電導マグネット１００と異なるため、本発明の実施の形態１に係る超電導マグネット１００と同様である構成については説明を繰り返さない。
　図８は、本発明の実施の形態３に係る超電導マグネットの構成を示す断面図である。図９は、図８のＩＸ部を拡大して、気化した冷媒の循環流を示す図である。なお、図８においては超電導マグネットの上側の断面のみ図示している。また、図８および図９においては、簡単のため、各構成を簡略化して示している。
　本発明の実施の形態３に係る超電導マグネットにおいては、図８および図９に示すように、接続配管３７０の外周面が、輻射シールド３４０に間接的に接触している。具体的には、接続配管３７０の外周面が、熱伝導部３７５を介して、輻射シールド１４０に間接的に接触している。
　本実施の形態において、接続配管３７０の第１接続部３７１は、輻射シールド１４０と冷媒容器１２０との間に位置している。接続配管３７０の第２接続部１７２は、本発明の実施の形態１と同様に、真空容器１３０と輻射シールド３４０との間に位置している。輻射シールド３４０には、一方の開口部と他方の開口部との間の位置に、貫通孔３４３が設けられている。
　接続配管３７０は、輻射シールド１４０と冷媒容器１２０との間に位置する第１接続部３７１から、貫通孔３４３を通過して、真空容器１３０と輻射シールド３４０との間に位置する第２接続部１７２まで、設けられている。
　熱伝導部３７５は、熱伝導率が比較的大きい材料で構成されていることが好ましい。熱伝導部３７５は、たとえば、銅で構成されている。熱伝導部３７５は、可撓性を有する撓み導体で構成されていることが好ましい。
　なお、熱伝導部３７５は必ずしも設けられていなくてもよく、接続配管３７０の外周面が、輻射シールド３４０に直接的に接触していてもよい。この場合、接続配管３７０の外周面が、輻射シールド３４０に設けられた貫通孔３４３の縁部と接触する。
　図９に示すように、本実施の形態に係る超電導マグネットは、本発明の実施の形態１に係る超電導マグネットと同様に、第２配管１６０内における気化した冷媒１０Ｇの密度差を駆動力とする、冷媒１０Ｇの循環流が自然発生する。すなわち、冷媒容器１２０、第１配管１５０、接続配管３７０、第２配管１６０、冷媒容器１２０の順に冷媒１０Ｇが循環する循環流が自然発生する。冷媒１０Ｇは、この循環流により、冷媒容器１２０内に侵入した熱を、気化した冷媒１０Ｇの顕熱を利用して冷凍機１６５の第１冷凍ステージ１６６に輸送することができる。ひいては、冷媒容器１４０内の冷却効率を向上させることができる。
　さらに、本実施の形態に係る超電導マグネットは、接続配管３７０の外周面が、輻射シールド３４０に直接的または間接的に接触しているため、接続配管３７０内を流れる気化した冷媒１０Ｇと輻射シールド３４０との間で、接続配管３７０を介した熱交換が行なわれる。この熱交換により、輻射シールド３４０の温度を低くすることができるため、輻射シールド３４０から冷媒容器１２０への輻射による熱侵入を低減することができる。これにより、冷媒容器１２０内を冷却するために必要となる熱量を低減でき、ひいては、冷媒容器１２０の冷却効率をさらに向上させることができる。
　実施の形態４．
　以下、本発明の実施の形態４に係る超電導マグネットについて説明する。本発明の実施の形態４に係る超電導マグネットは、第１配管の構成のみが本発明の実施の形態３に係る超電導マグネットと異なるため、本発明の実施の形態３に係る超電導マグネットと同様である構成については説明を繰り返さない。
　図１０は、本発明の実施の形態４に係る超電導マグネットの構成を示す断面図である。なお、図１０においては超電導マグネットの上側の断面のみ図示している。また、図１０においては、簡単のため、各構成を簡略化して示している。
　本発明の実施の形態４に係る超電導マグネットは、図１０に示すように、第１接続部３７１より冷媒容器１２０側において、第１配管１５０の内面に設けられた放熱部４５９をさらに備えている。
　放熱部４５９は、たとえば、熱伝導率の大きい銅またはアルミニウムなどの材料で構成されている。また、本実施の形態に係る超電導マグネットは、本発明の実施の形態２に係る超電導マグネットと同様に、複数の放熱部４５９を備えており、複数の放熱部４５９の各々は、第１配管１５０の周方向に互いに間隔をおいて配置されている。複数の放熱部４５９の各々は、第３配管１５５に対して間隔をあけて位置している。
　第１配管１５０内の気化した冷媒１０Ｇが、循環流により、放熱部４５９と第３配管１５５との隙間、および、放熱部４５９同士の隙間を流れる際に、第１配管１５０が放熱部４５９を介して冷媒１０Ｇと熱交換する。その結果、第１配管１５０は、冷媒１０Ｇと直接的に熱交換をするとともに、放熱部４５９を介して冷媒１０Ｇと間接的に熱交換することにより、冷却される。第１配管１５０を冷却した冷媒１０Ｇが、第１冷凍ステージ１６６にて冷却されることにより、顕熱輸送される。
　なお、放熱部４５９と第３配管１５５との間隔は、特に限定されるものではないが、超電導マグネットの組立時の工作性を阻害せず、また、第１配管１５０と第３配管１５５との絶縁距離が確保できる程度の間隔が必要である。
　本実施の形態においては、放熱部４５９の形状は、第１配管１５０の延在方向に沿って延びるフィン形状であるが、これに限られない。また、本発明の実施の形態２の変形例と同様に、放熱部４５９は、第３配管１５５の外面に設けられていてもよい。
　上記のように、第１接続部３７１より冷媒容器１２０側において、第１配管１５０の内面および第３配管１５５の外面のうち少なくとも一方に、放熱部４５９が設けられていることにより、第１配管１５０内を流れる気化した冷媒１０Ｇとの熱交換面積を増加させて、第１配管１５０および第３配管１５５の少なくとも一方の温度を低くすることができる。すなわち、第１配管１５０および第３配管１５５の少なくとも一方から冷媒容器１２０内への熱侵入量を低減することができ、ひいては、冷媒容器１２０内の冷却効率を向上することができる。
　実施の形態５．
　以下、本発明の実施の形態５に係る超電導マグネットについて説明する。本発明の実施の形態５に係る超電導マグネットは、第３配管の構成のみが本発明の実施の形態１に係る超電導マグネット１００と異なるため、本発明の実施の形態１に係る超電導マグネット１００と同様である構成については説明を繰り返さない。
　図１１は、本発明の実施の形態５に係る超電導マグネットの構成を示す断面図である。図１２は、図１１のＸＩＩ部を拡大して、気化した冷媒の循環流を示す図である。図１１および図１２においては、簡単のため、各構成を簡略化して示している。
　図１１に示すように、本発明の実施の形態５に係る超電導マグネット５００においては、第３配管５５５が、第３配管５５５の内部と外部とを接続する孔部５５８を有している。
　図１２に示すように、本実施の形態においては、冷媒容器１２０の内部で気化することにより発生した冷媒１０Ｇが、循環流により、第１配管１５０と第３配管５５５との間を流れるとともに、第３配管５５５の内部にも流れる。その結果、第３配管５５５は、外部側および内部側の各々において冷媒１０Ｇと直接的に熱交換することにより、冷却される。
　第３配管５５５の内部を流れることにより第３配管５５５を内部側から冷却した冷媒１０Ｇは、第３配管５５５の内部から、孔部５５８を通過して、第３配管５５５の外部へ流れる。この冷媒１０Ｇは、第１配管１５０と第３配管５５５との間を流れる冷媒１０Ｇと合流しつつ、接続配管１７０へと流れる。このようにして、第１配管１５０を冷却し、かつ、第３配管５５５を外部側および内部側の両方から冷却した冷媒１０Ｇは、接続配管１７０を流れたのち、冷凍機１６５の第１冷凍ステージ１６６にて冷却されることにより、顕熱輸送される。
　本実施の形態においては、孔部５５８の少なくとも一部が、接続配管１７０の第１接続部１７１と対向する位置に配置されている。なお、第３配管５５５の内部を流れた冷媒１０Ｇが、孔部５５８を通って接続配管１７０へ流入するように配置されていれば、孔部５５８が配置される位置は、当該位置に限定されない。孔部５５８は、第１接続部１７１と対向する位置より上方に配置されていてもよいし、第１接続部１７１と対向する位置より下方に配置されていてもよい。孔部５５８は、必ずしも、第１接続部１７１と対向していなくてもよい。
　また、本実施の形態においては、第３配管５５５に、１つの孔部５５８が設けられているが、複数の孔部５５８が設けられていてもよい。複数の孔部５５８は、第３配管５５５の延在方向に沿って配置されていてもよいし、第３配管５５５の周方向に沿って配置されていてもよい。また、孔部５５８の大きさおよび形状の各々は、第３配管５５５の強度が保たれるものであれば、特に制限されない。
　上記のように、孔部５５８が第３配管５５５に設けられることで、循環流により、第３配管５５５の内部にも気化した冷媒１０Ｇが流れる。これにより、冷媒１０Ｇと第１配管１５０との伝熱面積の大きさを維持しつつ、冷媒１０Ｇと第３配管５５５との伝熱面積を増加させて、第３配管５５５の温度を低くすることができる。すなわち、第１配管１５０および第３配管５５５の各々から冷媒容器１２０内への熱侵入量を低減することができ、ひいては、冷媒容器１２０内の冷却効率を向上させることができる。
　なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
　１０，１０Ｇ　冷媒、１００　超電導マグネット、１１０　超電導コイル、１２０　冷媒容器、１３０　真空容器、１４０，３４０　輻射シールド、１４１　第１サーマルアンカ、１４２　第２サーマルアンカ、１５０　第１配管、１５１　第１放圧弁、１５５，５５５　第３配管、１５６　第２放圧弁、１５７　絶縁部、１６０　第２配管、１６５　冷凍機、１６６　第１冷凍ステージ、１６７　第２冷凍ステージ、１７０，３７０　接続配管、１７１，３７１　第１接続部、１７２　第２接続部、１８０　電流リード、２５９，４５９　放熱部、３４３　貫通孔、３７５　熱伝導部、５５８　孔部。

Claims (7)

  1. 　超電導コイルと、
    　前記超電導コイルを冷却するための冷媒および前記超電導コイルを収容する冷媒容器と、
    　前記冷媒容器と、該冷媒容器を収容する真空容器との間に配置され、前記冷媒容器の周りを囲む輻射シールドと、
    　前記真空容器の外側から前記冷媒容器に接続された第１配管と、
    　前記真空容器の外側から前記冷媒容器に接続された第２配管と、
    　前記第２配管の末端を封じるように固定され、かつ、前記第２配管との間に前記冷媒の流路を構成するように前記第２配管に挿入された冷凍機と、
    　前記真空容器の内側において、前記第１配管の内部と前記第２配管の内部とを連通させる接続配管とを備え、
    　前記接続配管は、前記第１配管に接続する第１接続部と、前記第２配管に接続する第２接続部とを含み、
    　前記第２接続部は、前記真空容器と前記輻射シールドとの間に位置している、超電導マグネット。
  2. 　前記冷凍機は、第１冷凍ステージと、第２冷凍ステージとを含み、
    　前記第１冷凍ステージは、前記第２配管の内部において、前記真空容器と前記輻射シールドとの間の領域に位置し、
    　前記第２冷凍ステージは、前記第２配管の内部における前記輻射シールドと前記冷媒容器との間の領域、および、前記冷媒容器の内部における上方の領域の、少なくとも一方に位置する、請求項１に記載の超電導マグネット。
  3. 　前記第１冷凍ステージは、前記第２配管の内部において、前記第２接続部と前記輻射シールドとの間の領域に位置している、請求項２に記載の超電導マグネット。
  4. 　前記真空容器の外側から前記冷媒容器に向けて延在し、少なくとも一部が前記第１配管の内部において前記第１配管と離間しつつ前記第１配管に沿って延在する第３配管をさらに備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超電導マグネット。
  5. 　前記第１接続部より冷媒容器側において、前記第１配管の内面および前記第３配管の外面のうち少なくとも一方に設けられた放熱部をさらに備える、請求項４に記載の超電導マグネット。
  6. 　前記第３配管は、前記第３配管の内部と外部とを接続する孔部を有し、
    　前記第３配管の内部と前記接続配管の内部とは、前記孔部を通じて互いに連通している、請求項４または請求項５に記載の超電導マグネット。
  7. 　前記接続配管の外周面が、前記輻射シールドに直接的または間接的に接触している、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超電導マグネット。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114038645B (zh) * 2022-01-11 2022-04-12 宁波健信核磁技术有限公司 一种气冷电流引线及超导磁体系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004235653A (ja) * 2004-02-09 2004-08-19 Mitsubishi Electric Corp 超電導マグネット
JP5868562B1 (ja) * 2015-04-10 2016-02-24 三菱電機株式会社 超電導マグネット
WO2016093085A1 (ja) * 2014-12-09 2016-06-16 株式会社日立製作所 磁気共鳴イメージング装置及び冷凍機の運転制御方法
JP2017183526A (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 冷凍ユニットのメンテナンス方法及び冷凍ユニット

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06163251A (ja) 1992-11-25 1994-06-10 Sumitomo Electric Ind Ltd 極低温容器
JP4796995B2 (ja) * 2007-06-11 2011-10-19 株式会社日立製作所 超伝導磁石装置、およびこれを用いた磁気共鳴撮像装置、並びに核磁気共鳴装置
US9799433B2 (en) * 2013-07-11 2017-10-24 Mitsubishi Electric Corporation Superconducting magnet
JP2017511463A (ja) 2014-04-17 2017-04-20 ヴィクトリア・リンク・リミティド 極低温度に冷却されるコンポーネントから延びる細長い熱伝導性構造を効果的に冷却する極低温流体回路設計
CN106663514B (zh) * 2014-09-03 2018-04-17 三菱电机株式会社 超导磁体

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004235653A (ja) * 2004-02-09 2004-08-19 Mitsubishi Electric Corp 超電導マグネット
WO2016093085A1 (ja) * 2014-12-09 2016-06-16 株式会社日立製作所 磁気共鳴イメージング装置及び冷凍機の運転制御方法
JP5868562B1 (ja) * 2015-04-10 2016-02-24 三菱電機株式会社 超電導マグネット
JP2017183526A (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 冷凍ユニットのメンテナンス方法及び冷凍ユニット

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