[发明专利]超导电磁铁装置、其冷却方法以及磁共振成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及超导电磁铁装置、其冷却方法以及磁共振成像装置。

背景技术

超导磁铁装置由超导线圈、与其并联设置的永久电流开关构成。该超导电磁铁装置，在将上述的永久电流开关置于开的状态下从励磁电源向超导线圈进行电流供给，然后在将永久电流开关置于闭的状态下使来自励磁电源的供给电流减小为零，从而能够进行在由超导线圈以及永久电流开关构成的超导状态的闭合电路中电流几乎没有衰减地持续流通的永久电流运转。由此超导电磁铁装置能够长期保持磁场。

在永久电流运转中因常电导转移而在超导线圈中产生电阻的情况下，超导线圈的蓄积能量通过焦耳发热转换为热能量，线圈温度上升。如果该蓄积能量全部在超导线圈中消耗，则可能引起过大的温度上升而在超导线圈中发生性能劣化或烧损。为了避免该问题，在上述电路中，在常电导转移发生后向与超导线圈并联设置的保护电阻供给电流，在超导线圈和保护电阻中消耗能量，从而抑制超导线圈的温度上升。

在现有的超导电磁铁装置中，为了将以上述的超导线圈或永久电流开关为代表的构成元件保持为超导状态，多采用在以液氦或液氮为代表的制冷剂中浸渍使用的浸渍冷却方式、将冷冻机和构成元件用热传导性优良的金属热连接进行冷却的传导冷却方式。但是，当上述的冷却方式导致装置大型化时，在浸渍冷却方式中需要大量的制冷剂，在传导冷却方式中冷却对象物内的温度梯度增大而无法保持为所需的温度。因此，在以核聚变装置为代表的大型装置中，采用在装置内部设置制冷剂流路并通过泵强制地循环的强制冷却方式(专利文献1)。并且，提出有在以磁共振成像装置(MRI)为代表的中型装置中，利用通过超导线圈等热源而气化的制冷剂与液化的制冷剂的密度差和自然对流使制冷剂在流路内循环的热对流方式(专利文献2)的方案。

附带说一下，为了将超导电磁铁装置保持为超导状态，多采用在以液氦或液氮为代表的制冷剂中浸渍超导元件的浸渍冷却方式、将冷冻机和构成元件用热传导性优良的金属热连接进行冷却的传导冷却方式。但是，在核聚变装置或磁共振成像装置(MRI)等大型装置中，为了避免制冷剂使用量增大或冷却对象物内部的温度梯度增大，采用在装置内部设置的流路中使制冷剂循环的强制冷却方式或热对流方式。

这里，将使超导电磁铁装置从常温冷却的作业称为初始冷却。关于该初始冷却，在上述的浸渍冷却方式中，首先，将以液氮为代表的制冷剂从制冷剂导入口送入装置内部，将通过装置内部的热而气化的制冷剂从制冷剂排出口排出。并且，其后通过使装置内部达到制冷剂的液化温度而在内部制冷剂以保持液化的状态留存，保持浸渍超导元件的状态结束初始冷却。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7-122422号公报(图1等)

专利文献2：日本特开平6-342721号公报(图1等)

发明内容

发明所要解决的课题

另外，在上述的冷却方式中，在强制冷却方式(专利文献1)和热对流方式(专利文献2)中，仅使制冷剂流路的一部分与超导元件热接触，因此与浸渍冷却方式相比热传导率较小(是因为冷却效率较差)。因此，在强制冷却方式和热对流方式中，存在无法在短时间内完成初始冷却的课题。

并且，上述这种超导电磁铁装置需要长期保持极低温状态，但是存在由于某种原因导致温度上升的情况。例如可知停电导致冷冻机停止、线圈的一部分常电导转移、因其焦耳发热导致线圈整体爆发地常电导转移的猝熄(quench)现象。另外，在浸渍冷却方式的情况下，制冷剂作为蓄冷剂发挥作用而抑制温度上升。但是，在上述那样的强制冷却方式和热对流方式中作为蓄冷剂发挥作用的材料在流路内仅存在少量，因此与浸渍冷却相比难以抑制温度上升。因此，也可以考虑将成为蓄冷剂的物质在装置内部预先存储的方法，但是由于需要在内部新设构造物而存在导致装置大型化等课题。

根据以上的点，本发明的课题在于提供冷却性能优良且使用方便的超导电磁铁装置、其冷却方法以及磁共振成像装置。

用于解决课题的手段

本发明构成的超导磁铁装置，具备：制冷剂进行循环的制冷剂循环流路；对上述制冷剂循环流路中的制冷剂蒸气进行冷却的冷冻机；通过上述循环的制冷剂进行冷却的超导线圈；与上述超导线圈热接触，并且具有内部空间的保护电阻；向上述保护电阻内的内部空间供给高沸点制冷剂的高沸点制冷剂供给部，该高沸点制冷剂与上述制冷剂相比沸点高且通过上述制冷剂冻结；以及至少收纳上述制冷剂循环流路、上述超导线圈以及上述保护电阻的真空隔热容器。其它构成，在后述的实施方式中详细说明。

发明的效果