JPH09283324A - 貫通管アセンブリ - Google Patents
貫通管アセンブリInfo
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- JPH09283324A JPH09283324A JP8349190A JP34919096A JPH09283324A JP H09283324 A JPH09283324 A JP H09283324A JP 8349190 A JP8349190 A JP 8349190A JP 34919096 A JP34919096 A JP 34919096A JP H09283324 A JPH09283324 A JP H09283324A
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- JP
- Japan
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- tube
- assembly
- bellows
- penetration
- attached
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- 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F25D19/00—Arrangement or mounting of refrigeration units with respect to devices or objects to be refrigerated, e.g. infrared detectors
- F25D19/006—Thermal coupling structure or interface
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
- F17C2203/03—Thermal insulations
- F17C2203/0391—Thermal insulations by vacuum
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
- F17C2221/01—Pure fluids
- F17C2221/016—Noble gases (Ar, Kr, Xe)
- F17C2221/017—Helium
-
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- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2223/00—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
- F17C2223/01—Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
- F17C2223/0146—Two-phase
- F17C2223/0153—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
- F17C2223/0161—Liquefied gas, e.g. LPG, GPL cryogenic, e.g. LNG, GNL, PLNG
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2270/00—Applications
- F17C2270/05—Applications for industrial use
- F17C2270/0527—Superconductors
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- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 超伝導マグネット・アセンブリのベローズ貫
通管からヘリウム容器までの熱伝導熱負荷を減少させる
ことのできる貫通管アセンブリを提供する。 【解決手段】 スリーブ・アセンブリ42は、ヘリウム
・ボイルオフ・ガスをベローズ14の渦巻き14cと密
に接触させて流す。アセンブリ42は、熱硬化性の積層
材料から成る圧延された円筒管44で構成されている。
管の外径には、螺旋形のパターンでテープ54が巻かれ
ている。テープ54の外周表面がベローズの内径に接触
するように、スリーブの直径及びテープ・ラッピングの
厚さは選定されている。スリーブは熱伝導負荷を最小に
するような厚さで製造されている。テープ54のストリ
ップの相次ぐターンは、螺旋形のチャンネル56によっ
て隔てられている。チャンネル56は、ボイルオフ・ガ
スがボイルオフ・ガスの出口に向かって流れるときの流
路を形成している。ガスがアセンブリ42の周りを螺旋
状に進むときに、ガスは渦巻き14c及び配線62を冷
却する。
通管からヘリウム容器までの熱伝導熱負荷を減少させる
ことのできる貫通管アセンブリを提供する。 【解決手段】 スリーブ・アセンブリ42は、ヘリウム
・ボイルオフ・ガスをベローズ14の渦巻き14cと密
に接触させて流す。アセンブリ42は、熱硬化性の積層
材料から成る圧延された円筒管44で構成されている。
管の外径には、螺旋形のパターンでテープ54が巻かれ
ている。テープ54の外周表面がベローズの内径に接触
するように、スリーブの直径及びテープ・ラッピングの
厚さは選定されている。スリーブは熱伝導負荷を最小に
するような厚さで製造されている。テープ54のストリ
ップの相次ぐターンは、螺旋形のチャンネル56によっ
て隔てられている。チャンネル56は、ボイルオフ・ガ
スがボイルオフ・ガスの出口に向かって流れるときの流
路を形成している。ガスがアセンブリ42の周りを螺旋
状に進むときに、ガスは渦巻き14c及び配線62を冷
却する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、クライオスタットの構
成に関し、更に詳しくは、本発明は、磁気共鳴イメージ
ング・システムにおいて超伝導マグネット・コイルを冷
却するために使用される液体ヘリウムのような冷却材を
収容するクライオスタットの構成に関する。
成に関し、更に詳しくは、本発明は、磁気共鳴イメージ
ング・システムにおいて超伝導マグネット・コイルを冷
却するために使用される液体ヘリウムのような冷却材を
収容するクライオスタットの構成に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、コイル付きマグネット
は、ある特性を有している線で巻かれていれば、極めて
低温の環境に配置することにより、例えばクライオスタ
ット(低温保持装置)、又は液体ヘリウム等の冷凍剤を
収容している圧力容器に封入することにより超伝導性に
することができる。極度の低温によって、マグネット・
コイルの抵抗が無視できるレベルまで小さくなる。最初
(ある期間の間、例えば10分間)、コイルに電源を接
続してコイルに電流を導入すると、電源を除去した後も
無視できる抵抗のために、コイルに電流が流れ続ける。
これにより、磁界が維持される。超伝導マグネットは、
例えば磁気共鳴イメージング((magnetic resonance i
maging)以後「MRI」と表す。)の分野で広範な用途
がある。
は、ある特性を有している線で巻かれていれば、極めて
低温の環境に配置することにより、例えばクライオスタ
ット(低温保持装置)、又は液体ヘリウム等の冷凍剤を
収容している圧力容器に封入することにより超伝導性に
することができる。極度の低温によって、マグネット・
コイルの抵抗が無視できるレベルまで小さくなる。最初
(ある期間の間、例えば10分間)、コイルに電源を接
続してコイルに電流を導入すると、電源を除去した後も
無視できる抵抗のために、コイルに電流が流れ続ける。
これにより、磁界が維持される。超伝導マグネットは、
例えば磁気共鳴イメージング((magnetic resonance i
maging)以後「MRI」と表す。)の分野で広範な用途
がある。
【0003】公知の超伝導マグネット・システムは、複
数対(例えば、3対)の超伝導マグネット・コイルを有
している円筒形のマグネット・カートリッジと、マグネ
ット・カートリッジを取り囲んでいると共に、マグネッ
トを冷却するための液体ヘリウムで満たされている円環
形状(ドーナツ形)の内側のクライオスタット容器
(「ヘリウム容器」)と、ヘリウム容器を取り囲んでい
る円環形状の低温熱放射シールドと、低温熱放射シール
ドを取り囲んでいる円環形状の高温熱放射シールドと、
高温熱放射シールドを取り囲んでいると共に、排気され
ている円環形状の外側のクライオスタット容器(「真空
容器」)とを含んでいる。
数対(例えば、3対)の超伝導マグネット・コイルを有
している円筒形のマグネット・カートリッジと、マグネ
ット・カートリッジを取り囲んでいると共に、マグネッ
トを冷却するための液体ヘリウムで満たされている円環
形状(ドーナツ形)の内側のクライオスタット容器
(「ヘリウム容器」)と、ヘリウム容器を取り囲んでい
る円環形状の低温熱放射シールドと、低温熱放射シール
ドを取り囲んでいる円環形状の高温熱放射シールドと、
高温熱放射シールドを取り囲んでいると共に、排気され
ている円環形状の外側のクライオスタット容器(「真空
容器」)とを含んでいる。
【0004】MRIシステムで使用されている主マグネ
ット・コイル、種々の補正コイル及び種々の勾配コイル
に電気エネルギを供給する必要があるので、容器壁を少
なくとも1回貫通しなければならない。真空容器とヘリ
ウム容器との間の円環形状の容積内に真空を維持しつ
つ、真空容器とヘリウム容器との間の熱伝導を最小にす
るように、これらの貫通を設計しなければならない。更
に、貫通は真空容器及びヘリウム容器の熱膨張及び熱収
縮の差を補償しなければならない。マグネットのクェン
チングの際に、即ちマグネットがその超伝導状態を失っ
た際に、貫通はヘリウム・ガスの流路としての役目も果
たす。
ット・コイル、種々の補正コイル及び種々の勾配コイル
に電気エネルギを供給する必要があるので、容器壁を少
なくとも1回貫通しなければならない。真空容器とヘリ
ウム容器との間の円環形状の容積内に真空を維持しつ
つ、真空容器とヘリウム容器との間の熱伝導を最小にす
るように、これらの貫通を設計しなければならない。更
に、貫通は真空容器及びヘリウム容器の熱膨張及び熱収
縮の差を補償しなければならない。マグネットのクェン
チングの際に、即ちマグネットがその超伝導状態を失っ
た際に、貫通はヘリウム・ガスの流路としての役目も果
たす。
【0005】マグネットの貫通管として、ベローズを使
用することが知られている。ベローズの渦巻きにより、
付加的な熱の長さ(典型的には、直線長さの4倍)が得
られる。しかしながら、渦巻きにより熱長さが付加され
ても、ヘローズからヘリウム容器までの熱伝導負荷はか
なり大きく(設計によっては、総熱負荷の10〜15%
に)なり得る。システムのボイルオフを最小限にするこ
とがクライオスタットの設計者の目標であるので、熱負
荷が小さくなると、ヘリウムの消費が減少するので、ラ
イフサイクル・コストが著しく低減する。従って、ベロ
ーズからヘリウム容器までの熱負荷を低減する構造設計
の特徴を組み込む必要がある。
用することが知られている。ベローズの渦巻きにより、
付加的な熱の長さ(典型的には、直線長さの4倍)が得
られる。しかしながら、渦巻きにより熱長さが付加され
ても、ヘローズからヘリウム容器までの熱伝導負荷はか
なり大きく(設計によっては、総熱負荷の10〜15%
に)なり得る。システムのボイルオフを最小限にするこ
とがクライオスタットの設計者の目標であるので、熱負
荷が小さくなると、ヘリウムの消費が減少するので、ラ
イフサイクル・コストが著しく低減する。従って、ベロ
ーズからヘリウム容器までの熱負荷を低減する構造設計
の特徴を組み込む必要がある。
【0006】
【発明の概要】本発明は、ベローズ貫通管からヘリウム
容器までの熱伝導熱負荷を減少させて、真空容器の外側
の1点から真空容器の内側の1点までの電気リード線の
貫通を容易にするためのアセンブリである。本発明によ
れば、これは、ベローズの渦巻きの内側に一体スリーブ
・アセンブリを据え付けることにより達成される。この
一体スリーブ・アセンブリは、ボイルオフ・ガス出口に
向かって流れる傾向のあるヘリウム・ボイルオフ・ガス
をベローズの渦巻きと密に接触させて流すような設計に
なっている。これにより、ヘリウム・ボイルオフ・ガス
は、普通はベローズの渦巻きからヘリウム容器に伝導さ
れるはずの熱の一部を阻止したり、又は除去する。
容器までの熱伝導熱負荷を減少させて、真空容器の外側
の1点から真空容器の内側の1点までの電気リード線の
貫通を容易にするためのアセンブリである。本発明によ
れば、これは、ベローズの渦巻きの内側に一体スリーブ
・アセンブリを据え付けることにより達成される。この
一体スリーブ・アセンブリは、ボイルオフ・ガス出口に
向かって流れる傾向のあるヘリウム・ボイルオフ・ガス
をベローズの渦巻きと密に接触させて流すような設計に
なっている。これにより、ヘリウム・ボイルオフ・ガス
は、普通はベローズの渦巻きからヘリウム容器に伝導さ
れるはずの熱の一部を阻止したり、又は除去する。
【0007】本発明の好ましい実施例によれば、スリー
ブ・アセンブリは、積層された熱硬化性の材料で作成さ
れている円筒形の圧延された管を含んでいる。管の外径
には、螺旋形のパターンでテープが巻かれている。螺旋
形に巻かれたテープの外周表面がベローズの内径に当接
するように、スリーブの直径及びテープ・ラッピングの
厚さが選定されている。スリーブは、熱伝導負荷を最小
にするように比較的小さな厚さで製造されている。螺旋
形のテープのストリップ(細長い切れ)の相次ぐターン
は、螺旋形のチャンネルによって隔てられており、この
螺旋形のチャンネルは、ヘリウム・ボイルオフ・ガスが
ボイルオフ・ガスの出口に向かって流れるときの流路を
形成している。ヘリウム・ガスがスリーブ・アセンブリ
の周りを螺旋状に進むときに、ガスがベローズの渦巻き
を冷却し、これにより、熱伝導損失が最小になる。又、
ガスがベローズの渦巻きの内側を進むことにより、渦巻
きの内側のヘリウム・ガスの伝導が最小になる。
ブ・アセンブリは、積層された熱硬化性の材料で作成さ
れている円筒形の圧延された管を含んでいる。管の外径
には、螺旋形のパターンでテープが巻かれている。螺旋
形に巻かれたテープの外周表面がベローズの内径に当接
するように、スリーブの直径及びテープ・ラッピングの
厚さが選定されている。スリーブは、熱伝導負荷を最小
にするように比較的小さな厚さで製造されている。螺旋
形のテープのストリップ(細長い切れ)の相次ぐターン
は、螺旋形のチャンネルによって隔てられており、この
螺旋形のチャンネルは、ヘリウム・ボイルオフ・ガスが
ボイルオフ・ガスの出口に向かって流れるときの流路を
形成している。ヘリウム・ガスがスリーブ・アセンブリ
の周りを螺旋状に進むときに、ガスがベローズの渦巻き
を冷却し、これにより、熱伝導損失が最小になる。又、
ガスがベローズの渦巻きの内側を進むことにより、渦巻
きの内側のヘリウム・ガスの伝導が最小になる。
【0008】本発明の結果、ヘリウム・ボイルオフ・ガ
スの流れ断面積は小さい。この小さな流れ面積によっ
て、ヘリウム・ガスの速度が大きくなり、これにより、
対流熱伝達係数が大きくなる。スリーブ・アセンブリは
又、管の内径に沿って取り付けられている計装配線(レ
ベル・センサ、ダイオード等)を有している。このよう
にして、スリーブ・アセンブリは、ベローズの渦巻きを
冷却すると共にスリーブ・アセンブリに対する計装配線
を冷却するというヘリウム・ガスとしての二重の目的を
果たす。
スの流れ断面積は小さい。この小さな流れ面積によっ
て、ヘリウム・ガスの速度が大きくなり、これにより、
対流熱伝達係数が大きくなる。スリーブ・アセンブリは
又、管の内径に沿って取り付けられている計装配線(レ
ベル・センサ、ダイオード等)を有している。このよう
にして、スリーブ・アセンブリは、ベローズの渦巻きを
冷却すると共にスリーブ・アセンブリに対する計装配線
を冷却するというヘリウム・ガスとしての二重の目的を
果たす。
【0009】
【実施例】図1に示すように、公知の超伝導マグネット
・システムは、複数対(例えば、3対)の超伝導マグネ
ット・コイル(図示していない)を有している円筒形の
マグネット・カートリッジ2と、マグネット・カートリ
ッジ2を取り囲んでいると共に、マグネットを冷却する
ための液体ヘリウムで満たされている円環形状(ドーナ
ツ形)のヘリウム容器4と、ヘリウム容器4を取り囲ん
でいる円環形状の低温熱放射シールド6と、低温熱放射
シールド6を取り囲んでいる円環形状の高温熱放射シー
ルド8と、高温熱放射シールド8を取り囲んでいると共
に、排気されている円環形状の真空容器10とを含んで
いる。MRIシステムで用いられる主マグネット・コイ
ル、種々の補正コイル及び種々の勾配コイルに電気エネ
ルギを供給するために、種々の電気リード線が真空容器
の外側から容器の壁を貫通しなければならない。これは
従来、電気リード線へのアクセスが行えるように、ヘリ
ウム容器、真空容器及び放射シールドを貫通する貫通管
アセンブリ12によって達成されている。
・システムは、複数対(例えば、3対)の超伝導マグネ
ット・コイル(図示していない)を有している円筒形の
マグネット・カートリッジ2と、マグネット・カートリ
ッジ2を取り囲んでいると共に、マグネットを冷却する
ための液体ヘリウムで満たされている円環形状(ドーナ
ツ形)のヘリウム容器4と、ヘリウム容器4を取り囲ん
でいる円環形状の低温熱放射シールド6と、低温熱放射
シールド6を取り囲んでいる円環形状の高温熱放射シー
ルド8と、高温熱放射シールド8を取り囲んでいると共
に、排気されている円環形状の真空容器10とを含んで
いる。MRIシステムで用いられる主マグネット・コイ
ル、種々の補正コイル及び種々の勾配コイルに電気エネ
ルギを供給するために、種々の電気リード線が真空容器
の外側から容器の壁を貫通しなければならない。これは
従来、電気リード線へのアクセスが行えるように、ヘリ
ウム容器、真空容器及び放射シールドを貫通する貫通管
アセンブリ12によって達成されている。
【0010】図2に更に詳しく示されているように、従
来の貫通管アセンブリは、ステンレス鋼ベローズ14の
ような軸方向に伸長可能な構造を含んでいる。ベローズ
14の上側端のフランジ14aは、貫通管支持ハウジン
グ16のフランジにボルトで固定されており(図8を参
照)、貫通管支持ハウジング16は、真空容器10に装
着されている。ベローズ14の下側端のフランジ14b
は、遷移片18に接合されており、遷移片18は、ヘリ
ウム容器4の開口に装着されている。ステンレス鋼で作
成されているベローズと、アルミニウム合金で作成され
ているヘリウム容器との接合を容易にするために、遷移
片18は、ステンレス鋼で作成されている中央部18a
と、アルミニウム合金で作成されている周辺部18bと
で構成されている。ステンレス鋼部18aは、ステンレ
ス鋼ベローズのフランジ14bに摩擦溶接されている。
アルミニウム合金部18bは、アルミニウム合金のヘリ
ウム容器4に溶接されている。
来の貫通管アセンブリは、ステンレス鋼ベローズ14の
ような軸方向に伸長可能な構造を含んでいる。ベローズ
14の上側端のフランジ14aは、貫通管支持ハウジン
グ16のフランジにボルトで固定されており(図8を参
照)、貫通管支持ハウジング16は、真空容器10に装
着されている。ベローズ14の下側端のフランジ14b
は、遷移片18に接合されており、遷移片18は、ヘリ
ウム容器4の開口に装着されている。ステンレス鋼で作
成されているベローズと、アルミニウム合金で作成され
ているヘリウム容器との接合を容易にするために、遷移
片18は、ステンレス鋼で作成されている中央部18a
と、アルミニウム合金で作成されている周辺部18bと
で構成されている。ステンレス鋼部18aは、ステンレ
ス鋼ベローズのフランジ14bに摩擦溶接されている。
アルミニウム合金部18bは、アルミニウム合金のヘリ
ウム容器4に溶接されている。
【0011】図3に示すように、ベローズ14は、多数
の渦巻き14cを含んでいる。ベローズは、渦巻きが撓
めるように設計されている。ベローズの渦巻きは撓むの
で、上側のベローズのフランジ14aと独立に、下側の
ベローズのフランジ14bは移動することができる。こ
の構成により、例えば熱収縮差により、即ち超伝導マグ
ネット・アセンブリの輸送中に、ヘリウム容器4と真空
容器10との間の相対運動が可能となる。
の渦巻き14cを含んでいる。ベローズは、渦巻きが撓
めるように設計されている。ベローズの渦巻きは撓むの
で、上側のベローズのフランジ14aと独立に、下側の
ベローズのフランジ14bは移動することができる。こ
の構成により、例えば熱収縮差により、即ち超伝導マグ
ネット・アセンブリの輸送中に、ヘリウム容器4と真空
容器10との間の相対運動が可能となる。
【0012】シム・リード線アセンブリ20への(ヘリ
ウム容器の内側にあり、図示されていない)補正コイル
の接続を容易にするために、コネクタ・プラットホーム
22が遷移片18の下部18bにボルトで固定されてい
る。シム・リード線は、ステンレス鋼管50にエポキシ
樹脂で接着されたシム管24を含んでいる管アセンブリ
内に収容されている。シム・リード線はコネクタ26を
介して、コネクタ・プラットホーム22に接続されてい
る。電力リード線は、電力リード線ポート52を介して
プレナム34に入り込んでいると共に、コネクタ28を
介してコネクタ・プラットホーム22に接続されてい
る。
ウム容器の内側にあり、図示されていない)補正コイル
の接続を容易にするために、コネクタ・プラットホーム
22が遷移片18の下部18bにボルトで固定されてい
る。シム・リード線は、ステンレス鋼管50にエポキシ
樹脂で接着されたシム管24を含んでいる管アセンブリ
内に収容されている。シム・リード線はコネクタ26を
介して、コネクタ・プラットホーム22に接続されてい
る。電力リード線は、電力リード線ポート52を介して
プレナム34に入り込んでいると共に、コネクタ28を
介してコネクタ・プラットホーム22に接続されてい
る。
【0013】従来行われているやり方では、いわゆる
「バッフル・トリー」を使用して、ベローズ14の内部
容積を水平に分割する。この「バッフル・トリー」は、
複数の薄い環状のバッフル76を含んでおり、バッフル
76は、バッフル支持管78にエポキシ樹脂で接着され
ている。バッフル支持管78は、積層された熱硬化性材
料(例えば、後で詳細に説明するG10材料)で作成さ
れている。バッフル76は、複数の円筒形のスペーサ8
2によって垂直方向に間隔を置いて配置されており、ス
ペーサ82は又、バッフル支持管78にエポキシ樹脂で
接着されている。バッフル支持管78は、管24及び5
0の一部を取り囲んでいると共に、その上端をカバー・
プレート48に装着することにより支持されている。各
々のバッフル76は、マイラ・シートで作成されてい
る。バッフルによってベローズの内部容積が分割されて
いるので、貫通管内のヘリウム・ガスは熱的に層状とな
り、カバー・プレート48からコネクタ・プラットホー
ム22への熱放射は減少する。マグネットのクェンチン
グの際には、これらのバッフルはヘリウム・ガスの圧力
と動的な流れとによって爆発的に開放するので、ヘリウ
ム・ガスは貫通管を介してクライオスタットを出ること
ができる。
「バッフル・トリー」を使用して、ベローズ14の内部
容積を水平に分割する。この「バッフル・トリー」は、
複数の薄い環状のバッフル76を含んでおり、バッフル
76は、バッフル支持管78にエポキシ樹脂で接着され
ている。バッフル支持管78は、積層された熱硬化性材
料(例えば、後で詳細に説明するG10材料)で作成さ
れている。バッフル76は、複数の円筒形のスペーサ8
2によって垂直方向に間隔を置いて配置されており、ス
ペーサ82は又、バッフル支持管78にエポキシ樹脂で
接着されている。バッフル支持管78は、管24及び5
0の一部を取り囲んでいると共に、その上端をカバー・
プレート48に装着することにより支持されている。各
々のバッフル76は、マイラ・シートで作成されてい
る。バッフルによってベローズの内部容積が分割されて
いるので、貫通管内のヘリウム・ガスは熱的に層状とな
り、カバー・プレート48からコネクタ・プラットホー
ム22への熱放射は減少する。マグネットのクェンチン
グの際には、これらのバッフルはヘリウム・ガスの圧力
と動的な流れとによって爆発的に開放するので、ヘリウ
ム・ガスは貫通管を介してクライオスタットを出ること
ができる。
【0014】コネクタ・プラットホーム22は、円筒形
の部分22aを有しており、この円筒形の部分22aに
よって、プラット・ホームは遷移片にボルトで固定され
ている。部分22aの壁は、少なくとも1つの開口30
を有しており、開口30を介して、ヘリウム容器4の内
部容積は、貫通管の内部と流体が通じている。このよう
にして、開口30によって、ヘリウム・ボイルオフ・ガ
スの流路が得られる。マグネットのクェンチングの際に
は、液体ヘリウムが突如、ガスとなり、ヘリウム容器か
ら漏れる。ヘリウム・ガスはバッフル76を片寄らせ
て、貫通管支持ハウジング16の上部に装着されている
プレナム32の内部容積を満たす。マグネットのクェン
チングが無い場合には、プレナム32の内部容積とベン
ト・アダプタ34との間の流体の通じ合いがバースト・
ディスク36によって阻止される。バースト・ディスク
36は、プレナム容積の内側のヘリウム・ガス圧力が所
定の閾値に達したときに破裂するように設計されてい
る。次に、ヘリウム・ガスは、ベント・アダプタ34に
取り付けられているベント・パイプ(図示していない)
から漏れ出る。
の部分22aを有しており、この円筒形の部分22aに
よって、プラット・ホームは遷移片にボルトで固定され
ている。部分22aの壁は、少なくとも1つの開口30
を有しており、開口30を介して、ヘリウム容器4の内
部容積は、貫通管の内部と流体が通じている。このよう
にして、開口30によって、ヘリウム・ボイルオフ・ガ
スの流路が得られる。マグネットのクェンチングの際に
は、液体ヘリウムが突如、ガスとなり、ヘリウム容器か
ら漏れる。ヘリウム・ガスはバッフル76を片寄らせ
て、貫通管支持ハウジング16の上部に装着されている
プレナム32の内部容積を満たす。マグネットのクェン
チングが無い場合には、プレナム32の内部容積とベン
ト・アダプタ34との間の流体の通じ合いがバースト・
ディスク36によって阻止される。バースト・ディスク
36は、プレナム容積の内側のヘリウム・ガス圧力が所
定の閾値に達したときに破裂するように設計されてい
る。次に、ヘリウム・ガスは、ベント・アダプタ34に
取り付けられているベント・パイプ(図示していない)
から漏れ出る。
【0015】図2に示すように、ベローズは、複数の可
撓性銅編組(ブレード)38を介して高温熱放射シール
ド8に熱的に結合されている。ベローズは又、複数の可
撓性銅編組(ブレード)40を介して低温熱放射シール
ド6に熱的に結合されている。熱放射シールドはクライ
オクーラ(低温冷却器)に熱的に結合されている。ベロ
ーズの熱は、ヘリウム容器4に伝導されないで、銅編組
38及び40を介して熱シールドに伝導されていること
が望ましい。しかしながら、従来の貫通管の設計では、
ベローズからヘリウム容器への熱伝導負荷はかなり大き
い。ベローズからヘリウム容器への熱伝導は、ヘリウム
・ガスのボイルオフの一因となる。
撓性銅編組(ブレード)38を介して高温熱放射シール
ド8に熱的に結合されている。ベローズは又、複数の可
撓性銅編組(ブレード)40を介して低温熱放射シール
ド6に熱的に結合されている。熱放射シールドはクライ
オクーラ(低温冷却器)に熱的に結合されている。ベロ
ーズの熱は、ヘリウム容器4に伝導されないで、銅編組
38及び40を介して熱シールドに伝導されていること
が望ましい。しかしながら、従来の貫通管の設計では、
ベローズからヘリウム容器への熱伝導負荷はかなり大き
い。ベローズからヘリウム容器への熱伝導は、ヘリウム
・ガスのボイルオフの一因となる。
【0016】本発明によれば、ベローズの渦巻きの内側
に一体スリーブ・アセンブリ42を装着することによ
り、ベローズからヘリウム容器への熱伝導が減少させら
れる。このスリーブ・アセンブリは、ボイルオフ・ガス
出口に向かって上向きに流れる傾向があるヘリウム・ボ
イルオフ・ガスをベローズの渦巻きと密に接触させて流
すような設計になっている。これにより、ヘリウム・ボ
イルオフ・ガスは、普通はベローズの渦巻きからヘリウ
ム容器に伝導されるはずの熱の一部を阻止したり、又は
除去する。
に一体スリーブ・アセンブリ42を装着することによ
り、ベローズからヘリウム容器への熱伝導が減少させら
れる。このスリーブ・アセンブリは、ボイルオフ・ガス
出口に向かって上向きに流れる傾向があるヘリウム・ボ
イルオフ・ガスをベローズの渦巻きと密に接触させて流
すような設計になっている。これにより、ヘリウム・ボ
イルオフ・ガスは、普通はベローズの渦巻きからヘリウ
ム容器に伝導されるはずの熱の一部を阻止したり、又は
除去する。
【0017】図4に示すように、スリーブ・アセンブリ
42は、円筒形の管44と、管44に連結されている環
状のフランジ46とを含んでいる。フランジ46は、ア
ルミニウムで作成されている。スリーブ・アセンブリ
は、その間にO(オー)リング・シール80を入れて、
フランジ46を貫通管支持ハウジング16にボルトで固
定することにより装着されている(図8を参照)。フラ
ンジ46の内径は、管44の外径よりもわずかに大き
い。管の軸がフランジ46の平面と垂直になり、且つベ
ローズの軸と同軸になるように、管44の上端はエポキ
シ樹脂によって、フランジ46の内径に取り付けられて
いる。
42は、円筒形の管44と、管44に連結されている環
状のフランジ46とを含んでいる。フランジ46は、ア
ルミニウムで作成されている。スリーブ・アセンブリ
は、その間にO(オー)リング・シール80を入れて、
フランジ46を貫通管支持ハウジング16にボルトで固
定することにより装着されている(図8を参照)。フラ
ンジ46の内径は、管44の外径よりもわずかに大き
い。管の軸がフランジ46の平面と垂直になり、且つベ
ローズの軸と同軸になるように、管44の上端はエポキ
シ樹脂によって、フランジ46の内径に取り付けられて
いる。
【0018】熱伝導負荷が最小となるように、管44は
比較的薄い壁(典型的には、65ミル厚)となるように
製造されている。好ましい実施例によれば、管44は、
積層された熱硬化性の材料で作成されている圧延された
管である。例えば、1つの適当な積層された熱硬化性の
材料は、グレードG10である。グレードG10は、エ
ポキシ樹脂接着材を使用して積層された連続的なフィラ
メント形のガラス繊維の織物である。G10材料の圧延
された管は、繊維状シートをしみ込ませた材料の積層
を、心棒上で張力を加えるか、若しくは加熱された圧力
ロールの間で、又はそれらの両方で圧延し、心棒上で圧
延した後に、炉で焼いたもので作成されている。グレー
ドG10の材料は、室温及び低温での機械的な強さ(曲
げ、衝撃及び結合の強さ)が極めて大きく、乾燥した状
態及び湿気のある状態での誘電損及び絶縁耐力の特性が
良好である。本発明の好ましい実施例によれば、管44
の外径には、螺旋形のパターンでテープ54の層が巻か
れている。螺旋形に巻かれたテープの外周表面がベロー
ズの内径に当接するように、スリーブの直径及びテープ
・ラッピングの厚さは選定されている。例えば、巻かれ
るテープは、7ミル厚のパーマセル(Permacel)・テー
プの2層とすることができる。パーマセル・テープは織
物(繊維)形のテープである。この例では、螺旋形のテ
ープのストリップ(小片)の相次ぐターンは、深さ14
ミルの螺旋形のチャンネル56によって隔てられてい
る。織物形のテープは、その軟らかさによりガスケット
として作用することができる。テープはベローズの渦巻
きの隣りで「密封」することにより、ヘリウム・ガスの
流路を形成する。
比較的薄い壁(典型的には、65ミル厚)となるように
製造されている。好ましい実施例によれば、管44は、
積層された熱硬化性の材料で作成されている圧延された
管である。例えば、1つの適当な積層された熱硬化性の
材料は、グレードG10である。グレードG10は、エ
ポキシ樹脂接着材を使用して積層された連続的なフィラ
メント形のガラス繊維の織物である。G10材料の圧延
された管は、繊維状シートをしみ込ませた材料の積層
を、心棒上で張力を加えるか、若しくは加熱された圧力
ロールの間で、又はそれらの両方で圧延し、心棒上で圧
延した後に、炉で焼いたもので作成されている。グレー
ドG10の材料は、室温及び低温での機械的な強さ(曲
げ、衝撃及び結合の強さ)が極めて大きく、乾燥した状
態及び湿気のある状態での誘電損及び絶縁耐力の特性が
良好である。本発明の好ましい実施例によれば、管44
の外径には、螺旋形のパターンでテープ54の層が巻か
れている。螺旋形に巻かれたテープの外周表面がベロー
ズの内径に当接するように、スリーブの直径及びテープ
・ラッピングの厚さは選定されている。例えば、巻かれ
るテープは、7ミル厚のパーマセル(Permacel)・テー
プの2層とすることができる。パーマセル・テープは織
物(繊維)形のテープである。この例では、螺旋形のテ
ープのストリップ(小片)の相次ぐターンは、深さ14
ミルの螺旋形のチャンネル56によって隔てられてい
る。織物形のテープは、その軟らかさによりガスケット
として作用することができる。テープはベローズの渦巻
きの隣りで「密封」することにより、ヘリウム・ガスの
流路を形成する。
【0019】図2に示すように、チャンネル56は、ボ
イルオフ・ガス入口56a(即ち、螺旋形のチャンネル
56の始まり)から、螺旋形上向きに、ベローズ・フラ
ンジ14aとスリーブ・アセンブリ・フランジ46とを
隔てている容積58に至るヘリウム・ボイルオフ・ガス
の流路を形成している。容積58は図8に詳しく示され
ている。図6に示すように、フランジ46は、ベント管
64の一端を受け入れるための垂直な円形の孔66を有
している。ベント管64の他端は、プレナム36を貫通
して周囲の大気と通じているボイルオフ・ガス出口に連
結されている。孔66は、容積58と流れが通じてい
る。容積58に到達したヘリウム・ボイルオフ・ガス
は、ベント管64を介してボイルオフ・ガス出口に流れ
る。
イルオフ・ガス入口56a(即ち、螺旋形のチャンネル
56の始まり)から、螺旋形上向きに、ベローズ・フラ
ンジ14aとスリーブ・アセンブリ・フランジ46とを
隔てている容積58に至るヘリウム・ボイルオフ・ガス
の流路を形成している。容積58は図8に詳しく示され
ている。図6に示すように、フランジ46は、ベント管
64の一端を受け入れるための垂直な円形の孔66を有
している。ベント管64の他端は、プレナム36を貫通
して周囲の大気と通じているボイルオフ・ガス出口に連
結されている。孔66は、容積58と流れが通じてい
る。容積58に到達したヘリウム・ボイルオフ・ガス
は、ベント管64を介してボイルオフ・ガス出口に流れ
る。
【0020】図5に示すように、螺旋形のチャンネル5
6は、ベローズの渦巻きの内側の容積60と流れが通じ
ている。ヘリウム・ボイルオフ・ガスがスリーブ・アセ
ンブリの周りを螺旋状に進むにつれて、ガスは容積60
の内側にも流れる。これにより、渦巻きの内側のヘリウ
ム・ガスの伝導は最小になる。典型的には、解析の示す
ところによれば、渦巻き内のヘリウム・ガスの伝導は、
渦巻きの長さに沿った熱伝導から生じる熱負荷の50%
である。
6は、ベローズの渦巻きの内側の容積60と流れが通じ
ている。ヘリウム・ボイルオフ・ガスがスリーブ・アセ
ンブリの周りを螺旋状に進むにつれて、ガスは容積60
の内側にも流れる。これにより、渦巻きの内側のヘリウ
ム・ガスの伝導は最小になる。典型的には、解析の示す
ところによれば、渦巻き内のヘリウム・ガスの伝導は、
渦巻きの長さに沿った熱伝導から生じる熱負荷の50%
である。
【0021】プロトタイプのスリーブ・アセンブリを製
造して、超伝導マグネット内の典型的なベローズ管内で
試験した。試験結果の示すところによれば、スリーブ・
アセンブリを据え付けない場合に比べて、スリーブ・ア
センブリを据え付けた場合には、ボイルオフは0.02
リットル/時間、減少した。従って、本発明に従ってス
リーブ・アセンブリを据え付けることにより、ボイルオ
フの仕様が0.2リットル/時間のシステムの場合に、
ボイルオフを10%減少させることができる。
造して、超伝導マグネット内の典型的なベローズ管内で
試験した。試験結果の示すところによれば、スリーブ・
アセンブリを据え付けない場合に比べて、スリーブ・ア
センブリを据え付けた場合には、ボイルオフは0.02
リットル/時間、減少した。従って、本発明に従ってス
リーブ・アセンブリを据え付けることにより、ボイルオ
フの仕様が0.2リットル/時間のシステムの場合に、
ボイルオフを10%減少させることができる。
【0022】図6に示すように、本発明のもう1つの側
面によれば、スリーブ・アセンブリは、管44の内径に
沿って取り付けられている(例えば、レベル・センサ及
びマグネット・ヒータのための)計装配線62を有して
いる。スリーブとベローズとの間の容積内をヘリウム・
ガスが上向きに螺旋状に進むにつれて、ベローズの渦巻
きを冷却するヘリウム・ガスは、計装配線62も冷却す
る。図7に示すように、配線62は、ベント管64を通
って垂直に伸びていると共に、フランジ46の下面に形
成されているチャンネル68と、管44に形成されてい
る孔70とを通って水平に伸びている。チャンネル68
はエポキシ樹脂で満たされて、線(ワイヤ)を定位置に
保持している。孔70を出たときに、線(ワイヤ)62
は扇形に広がり、図7に示すように管44の内径に沿っ
て平行に垂直方向に下降し続け、低温エポキシ樹脂を使
用して、管44の内径に沿ってエポキシ樹脂で接着され
る。低温エポキシ樹脂をしみ込ませたガラス繊維織物7
2を使用することにより、管の内径に対して線62を保
持している。配線62はコネクタ74で終端しており、
コネクタ74には、計器のコネクタ(図示していない)
が結合されている。
面によれば、スリーブ・アセンブリは、管44の内径に
沿って取り付けられている(例えば、レベル・センサ及
びマグネット・ヒータのための)計装配線62を有して
いる。スリーブとベローズとの間の容積内をヘリウム・
ガスが上向きに螺旋状に進むにつれて、ベローズの渦巻
きを冷却するヘリウム・ガスは、計装配線62も冷却す
る。図7に示すように、配線62は、ベント管64を通
って垂直に伸びていると共に、フランジ46の下面に形
成されているチャンネル68と、管44に形成されてい
る孔70とを通って水平に伸びている。チャンネル68
はエポキシ樹脂で満たされて、線(ワイヤ)を定位置に
保持している。孔70を出たときに、線(ワイヤ)62
は扇形に広がり、図7に示すように管44の内径に沿っ
て平行に垂直方向に下降し続け、低温エポキシ樹脂を使
用して、管44の内径に沿ってエポキシ樹脂で接着され
る。低温エポキシ樹脂をしみ込ませたガラス繊維織物7
2を使用することにより、管の内径に対して線62を保
持している。配線62はコネクタ74で終端しており、
コネクタ74には、計器のコネクタ(図示していない)
が結合されている。
【0023】説明のため、本発明の好ましい実施例を開
示してきた。本発明の広い概念から逸脱しない変更及び
変形は、クライオスタットの貫通管の構成に関する当業
者には容易に考え付き得る。例えば、テープの層数は、
テープの厚さ及び螺旋形のチャンネルの所望の深さに応
じて変化させることができる。更に、開示された好まし
い実施例は、単一の螺旋形のテープ・ラッピングを有し
ているが、外径の周りに2つ以上の螺旋を平行に巻いて
ヘリウム・ボイルオフ・ガスに対する多数の螺旋形の流
路を形成し得ることは明らかである。このような変更及
び変形をすべて包含するように、特許請求の範囲は記載
されている。
示してきた。本発明の広い概念から逸脱しない変更及び
変形は、クライオスタットの貫通管の構成に関する当業
者には容易に考え付き得る。例えば、テープの層数は、
テープの厚さ及び螺旋形のチャンネルの所望の深さに応
じて変化させることができる。更に、開示された好まし
い実施例は、単一の螺旋形のテープ・ラッピングを有し
ているが、外径の周りに2つ以上の螺旋を平行に巻いて
ヘリウム・ボイルオフ・ガスに対する多数の螺旋形の流
路を形成し得ることは明らかである。このような変更及
び変形をすべて包含するように、特許請求の範囲は記載
されている。
【図1】超伝導マグネット・アセンブリのための従来の
クライオスタットの概略断面図であって、アセンブリの
軸方向の中間平面に沿って見た概略断面図である。
クライオスタットの概略断面図であって、アセンブリの
軸方向の中間平面に沿って見た概略断面図である。
【図2】本発明の好ましい一実施例による貫通管アセン
ブリの概略断面図であって、図1の軸方向の中間平面部
に垂直な半径方向の平面に沿って見た概略断面図であ
る。
ブリの概略断面図であって、図1の軸方向の中間平面部
に垂直な半径方向の平面に沿って見た概略断面図であ
る。
【図3】図2に示す貫通管アセンブリに組み込まれてい
るベローズの概略断面図である。
るベローズの概略断面図である。
【図4】図2に示す貫通管アセンブリに組み込まれてい
るスリーブ・アセンブリの概略側面図である。
るスリーブ・アセンブリの概略側面図である。
【図5】本発明の好ましい実施例によるスリーブ・アセ
ンブリによって形成されている螺旋形のガス流経路の一
部の概略断面図である。
ンブリによって形成されている螺旋形のガス流経路の一
部の概略断面図である。
【図6】本発明の好ましい実施例によるスリーブ・アセ
ンブリの概略断面図である。
ンブリの概略断面図である。
【図7】図6のスリーブ・アセンブリの一部の概略断面
図であって、計装配線の貫通を詳細に示す概略断面図で
ある。
図であって、計装配線の貫通を詳細に示す概略断面図で
ある。
【図8】本発明の好ましい実施例による貫通支持ハウジ
ングに取り付けられているスリーブ・アセンブリ及びベ
ローズの一部の概略断面図である。
ングに取り付けられているスリーブ・アセンブリ及びベ
ローズの一部の概略断面図である。
4 ヘリウム容器 10 真空容器 14 ベローズ 16 貫通管支持ハウジング 18 遷移片 42 スリーブ・アセンブリ 44 円筒形の管 46 環状のフランジ 54 螺旋形のテープ 56 螺旋形のチャンネル 62 計装配線 64 ベント管 66 垂直な円形の孔 70 孔
Claims (8)
- 【請求項1】 真空容器(10)により取り囲まれてい
るヘリウム容器(4)を有している超伝導マグネット・
システム用の貫通管アセンブリであって、 前記真空容器に取り付けられている貫通支持ハウジング
(16)と、 ヘリウム容器に取り付けられている遷移片(18)と、 前記貫通支持ハウジングに取り付けられている上端と、
前記遷移片に取り付けられている下端とを有している軸
方向に収縮可能な構造(14)と、 軸と、上端と、下端と、外周表面と、内周表面とを有し
ている円筒形の管(44)と、該管の前記上端に取り付
けられていると共に、前記軸に全体的に垂直な環状のフ
ランジ(46)とを含んでいるスリーブ・アセンブリ
(42)であって、前記フランジは、金属合金で作成さ
れていると共に、前記管は、非金属材料で作成されてお
り、前記スリーブ・アセンブリの前記フランジは、前記
貫通支持ハウジングに取り付けられていると共に、前記
軸方向に収縮可能な構造の内側に伸びている前記管に取
り付けられており、前記管の前記外周表面は、前記軸方
向に収縮可能な構造から隔てられているスリーブ・アセ
ンブリ(42)とを備えた貫通管アセンブリ。 - 【請求項2】 前記軸方向に収縮可能な構造は、ベロー
ズを含んでいる請求項1に記載の貫通管アセンブリ。 - 【請求項3】 前記スリーブ・アセンブリは更に、前記
管の前記外周表面に取り付けられている螺旋状に上昇し
た構造(54)を含んでおり、該螺旋状に上昇した構造
は、螺旋形のチャンネル(56)を画定している請求項
1に記載の貫通管アセンブリ。 - 【請求項4】 前記管は、積層された熱硬化性の材料で
作成されている請求項1に記載の貫通管アセンブリ。 - 【請求項5】 前記積層された熱硬化性の材料は、エポ
キシ樹脂接着材を用いて積層された連続的なフィラメン
ト形のガラス繊維の織物である請求項4に記載の貫通管
アセンブリ。 - 【請求項6】 前記螺旋状に上昇した構造は、螺旋形に
巻かれたテープを含んでいる請求項1に記載の貫通管ア
センブリ。 - 【請求項7】 前記管の前記内周表面に取り付けられて
いると共に、前記管の孔(70)と、前記フランジの孔
(66)とを貫通している計装配線(62)を更に含ん
でいる請求項1に記載の貫通管アセンブリ。 - 【請求項8】 前記螺旋形のチャンネルと流れが通じて
いる前記フランジの孔(66)に挿入されているベント
管(64)を更に含んでいる請求項3に記載の貫通管ア
センブリ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/580106 | 1995-12-29 | ||
| US08/580,106 US5657634A (en) | 1995-12-29 | 1995-12-29 | Convection cooling of bellows convolutions using sleeve penetration tube |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09283324A true JPH09283324A (ja) | 1997-10-31 |
Family
ID=24319732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8349190A Withdrawn JPH09283324A (ja) | 1995-12-29 | 1996-12-27 | 貫通管アセンブリ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5657634A (ja) |
| EP (1) | EP0781956B1 (ja) |
| JP (1) | JPH09283324A (ja) |
| DE (1) | DE69634719T2 (ja) |
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| JP2012250033A (ja) * | 2011-05-31 | 2012-12-20 | General Electric Co <Ge> | クライオスタット熱負荷を低減するための貫通チューブアセンブリ |
| JP2012250032A (ja) * | 2011-05-31 | 2012-12-20 | General Electric Co <Ge> | クライオスタット熱負荷を低減するための貫通チューブアセンブリ |
| WO2017047164A1 (ja) * | 2015-09-15 | 2017-03-23 | 三菱電機株式会社 | 超電導磁石装置 |
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| US6109042A (en) * | 1998-12-12 | 2000-08-29 | General Electric Company | Superconducting magnet burst disk venting mechanism |
| GB0125188D0 (en) * | 2001-10-19 | 2001-12-12 | Oxford Magnet Tech | A pulse tube refrigerator sleeve |
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1995
- 1995-12-29 US US08/580,106 patent/US5657634A/en not_active Expired - Lifetime
-
1996
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- 1996-12-19 DE DE69634719T patent/DE69634719T2/de not_active Expired - Lifetime
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