JPS60189204A - 磁石系の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、主として核スピンｍｙ層撮影設備の磁石系
に対する冷却装置に関するものである。この磁石系は通
常伝導材料のテープで作られた平板状のコイル巻線を備
え、その両前面には冷却要素が大きな面積に亘って伝熱
的に結合され、強制通流冷却剤によって冷却される。

〔従来の技術〕

この種の冷却装置が磁石系に使用されることは文献「Ｃ
ｏｍｐｕｔｅｒｔｏｍｏｇｒａｐｈｆｅ　Ｊ　第１巻（
１９８］）ｐ、２〜１０に示さ几でいる。

医学診断の分野では原子核例えば陽子の積分共鳴信号の
計算機を使用するか測定技術による分析に基いて対象身
体中のスピン密度又は緩和時間の空間分布からＸ線断層
写真に似た画像を構成する画像法が開発されている。こ
の方法は核磁気共鳴撮影法又はツオイグマトグラフイと
も呼ばれている（Ｎａｔｕｒｅ　”、　ｖｏｌ＋２４２
．１９７３．　ｐ。

１９０　Ｐ−１９１）。

核磁気共鳴断層撮影設備に対しては核磁気共鳴信号を強
めるため強力な基底磁場が希望され、この基底磁場ζ二
は高い均等性が要求される。例えば直径約５Ｑｃｍの球
状の体積内で磁場の変動が５０ｐｐｍ　以下である磁石
系が要求されている。

このような磁石系の基底磁場は一般に四個又はそれ以上
の回転対称形コイル巻線によって作られる。このコイル
巻線は磁場の強さが約２５０　ｒｎＴまでの場合通常伝
導性の良導体で作られる。巻線の構成にはピック・コイ
ルと呼ばれている平板−Ｅのもの、内部冷却型の管状中
空導体又は幅の広い金属テープが使用される。例えば銅
又はアルミニウムの金属テープを使用すると比較的簡単
な操作で高精度の結合が可能である。ｈｉＪ記の文献に
示されている磁石系では、その四個のコイル巻線がアル
ミニウムテープで作られている。

上記のような強磁場を作るために必要な電力は極めて大
きく、しかも実質上全部が熱に変換されるから、】ｏＯ
ｋＷ程度のジュール熱を少くとも部分的に適当な冷却手
段によって放出させなければならない。しかもその際個
々のコイル巻線の過大の変形は磁場の均等性の要求から
許されない。

更に技術的な安全性、例えば電気絶縁を維持するため巻
線の温度も一定の限界値を越えてはならない。このこと
からコイル巻線の温度を高度に安定化することが断層画
像の質を低下させる磁場の変動を防ぐ点から要求される
。

公知の磁石系では幅の広い金属テープが薄い絶縁層と共
に１００乃至３００ターン巻かれているから半径方向の
熱伝導は不良であり、有効な冷却はコイルの両方の前面
からだけ可能である。核スピン・トモグラフィ、二使用
する場合コ・ｒル巻線が比較的近接して設けられている
から、コイル前面に置かれる冷却手段は大きな場所をと
らないものでなければならない。更にグラジェント・コ
イル、高周波コイルおよび被検体の収容場所となってい
る半径方向の内室には冷却装置の突き出しが許されない
。

従って公知の磁石系では個々のコイル巻線を冷却するた
め巻線の両面にそＪｔぞれ一つの大きな環状のアルミニ
ウム板を設け、これに圧縮した鋼管を取りつけ冷却媒体
として水を強制的に流す。この冷却管を取りつけた環状
の板が冷却要素となっている。各巻回の両面の冷却要素
は互にねじ締めすることによりそ肚ぞれの前面に保持さ
れる。その際冷却要素と巻線の間の熱接触は永続可塑剤
（二よる。接着剤は冷却要素と巻線前面の間の熱応力に
よって破断される。可塑剤の厚さは比較的厚く選ばれ、
その熱抵抗がそれに応じて大きくなる。

更にこの固定法の場合冷却要素が巻線表面上で移動し、
各巻線の位置合せかそれに応じて乱される。

〔発明が解決すべき問題点〕

この発明の目的は、冒頭に挙げた冷却装置を改良して、
上記の難点が少くともある程度まで除去さね、金属テー
プで作られたコイル巻線の確実な前面冷却を可能にして
、核スピン断層撮影設備に対する要望が満たされるよう
にすることである。

〔問題点の解決手段〕

この目的は、コイル巻線の各前面に特定数の同形の冷却
要素を周辺方向に規則的（二装置して接着し、その際各
冷却要素（二少くとも一つの円環セクタ形の伝熱板をと
りつけ、この伝熱板には特定数の切り込みを周辺方向に
規則的に分布して設け、更に伝熱板を複数回巻かれた冷
却剤導管に伝熱結合することによって達成される。

〔作用効果〕

この発明による冷却要素の構成と使用される冷却要素の
個数、従って各要素の周辺方向の拡がりを考慮すると、
冷却要素はたわみ性にしてそれぞれのコイル巻線に面接
接着させるようにすると有利である。このコイル巻線は
周辺方向においては比較的堅く、公知構造のように巻線
と冷却要素の間に温度差があると強い機械的応力が発生
して接着部が破断されることがある。これを考えてこの
発明の冷却装置では冷却要素が周辺方向で微細セグメン
ト：二分割されているから、冷却蜀素と巻線の間の熱膨
張の差に基く接着部の破断を恐れる必要はない。ただ巻
線と冷却要素の間の接着剤の層を比較的薄くしてその間
の熱抵抗が小さくなるようにする。この外にも冷却装置
を多数の扇形冷却要素から構成し、その巻線前面の占有
面積を小さくすることは製作乞容易にする。

この発明（二よる冷却装置の有利な実施態様は特許請求
の範囲第２項以下に示されている。

〔実施例〕

図面についてこの発明とその展開を更に詳細に説明する
。

この発明による冷却装置は４？ｉｌ二前記の文献（Ｃｏ
ｍｐｕｔｅｒｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｅ　、第１巻（１９
８］　）、　ｐ。

２〜１０）に記載されている種類の核スピン断層撮影装
置の磁石系に使用されるものである。この磁石系は例え
ば４藺乃至６個の埋板状磁石コイル巻線から構成され、
これらの巻線は−っの軸に沿って前後に並べて配置され
ている。各コイルは通常伝導材料、例えば銅又はアルミ
ニウムＱ）テープを巻いたもので、各巻回の間は薄い電
気絶縁層で分離されている。巻線は環状の前面を持ち、
そこ（二この発明による冷却装置がとりつけられる。こ
の冷却装置は特殊形態の冷却要素を備えているが、その
二種類の実施形態が第１図乃至第４図に示されている。

第１図に七の正面を示した冷却要素１は、環板の一つの
断片の形の伝熱板３全備える。この断片は冷却装置の円
周全体の１７６（６０°）を占めるから、図面には示さ
れていない埋板状の磁石巻線の前面には６個の同じ形の
冷却要素ヱが設けられる。

各巻線前面には少くとも４個の冷却要素を設けるのが有
利である。伝熱板３には第２図に詳細を示した冷却剤導
管４が例えば鋳造によって組合わされ伝熱結合される。

この導管には銅のような熱の良導体が利用され、その形
はジノイド形又はメアンダー形とするのが有利である。

この導管には冷却媒体Ｍ例えば水、油又は高速空気流を
流す。冷却媒体Ｍの流れは破線Ｓおよび矢印５．６で示
されている。伝熱板３従って冷却要素ヱ全体の充分な伸
長性を確保するため、伝熱板３に半径方向の切り込み７
が入れられる。この切り込みは冷却剤導管４で覆われた
巻線前面区域内中伸びているが、直接冷却剤導管（二は
達していない。これシニよって伝熱板は冷却剤導管に対
応する形態となり、冷却剤導管は常に伝熱板材料に接し
ている。切り込みの個数は、隣接する切り込みの間の中
心角αが最高２０°、最適（二は１０°以下となるよう
（二選定される。

図示の実施例では伝熱板３が９本の切り込みにより規則
的に分割されているので、αは６°となる。

冷却要素ｌの半径方向の拡がりａは、巻線がその半径方
向の縁端である程度の柔軟性を残している限り余り問題
にする必要はない。コイル巻線の内部で個々のアルミニ
ウムテープを固定するにはテープの中央部を互に接着し
ておけばよい。テープの側縁部ではある区域全自由にし
ておき、巻線の縁端が冷却要素の熱膨張に追従できるよ
う（ニすると有利である。冷却要素の接着にはＡＩ、０
３又は石英を充填した接着剤、例えばエポキシ樹脂系の
ものが好適である。この接着剤は充分良好な熱伝導性を
示し、しかも充分な硬度を持ち冷却要素に対して他の機
械的固定手段を必要としない。

冷却要素はこの発明による構５５．（二よって巻線の前
面に適合できるので、その製作の許容差は接着剤の厚さ
だけに影響を及ぼす。これによってｌ闘という有利な接
着剤の厚さが達成される。この層は電気絶縁にも使用さ
れるので、一般に最低の厚゛さを確保する必要がある。

そのために多孔質のガラスファイバフリースを接着層の
補強Ｃ二値用すると有利である。

第２図に第１図の冷却要素の曲線■−■に沿うＩＩＩ断
面を示す。第１図と対応する部分は同じ番号で示されて
いる。第２図から冷却剤導管４の断面形状が明らかであ
る。

第１図および第２図Ｃ：おいて冷却要素２はアルミニウ
ムに鋳込んだ鋼管であるが、その他の材料例えばアルミ
ニウム、鋼、洋銀から成り、又断面形状を異にする管を
使用することも可能である。

伝熱板３も二枚の平板を組合せて作ることができる。こ
の平板はその一部を切り取り、二枚を組合せたとき冷却
剤導管を通す孔が形成されるか、あるいは直接冷却剤導
孔な形成するようにする。更Ｃ二冷却剤導管の断面形状
も一つの伝熱板の対応する形状の孔（二適合させること
ができる。冷却剤導管に薄い金属板で作ることも可能で
ある。この金属板は伝熱板の表面に冷却剤通路に対応す
る形状で溶接し、加圧して適当な冷却剤通孔断面形状と
する。

この発明の別の実施例の正面を第３図に、その曲線ｍＶ
−ＩＶに沿う断面を第４図Ｃ：示す。ここではＬ旦とし
て示さルている冷却要素は、その伝熱板１２の切り込み
が半径方向の拡がり全体に亘って作られ伝熱板が対応数
の同形セグメン）１３に分割されている点で８１図、第
２図の冷却要素ヱと異っている。この銅板で作られた伝
熱板１２の各セグメントは冷却剤導ｖ１４に伝熱結合さ
れる。

この冷却剤導管は例えば四角断面の鋼管であり。

伝熱板セグメント】３にはんだ付けされる。冷却剤導管
の断面形状は四角以外のもの、例えば環の形であっても
よい。更にその材料も銅以外の例えばアルミニウムでも
よい。アルミニウムの冷却剤導管１４は伝熱板としての
アルミニウム板１２ｉ二溶接する。

この発明ζ二よる冷却装置をとりつける埋板状の磁石コ
イル巻線に対しては、一般に少くとも二つの互（：無関
係な並列又は逆並列冷却剤流が使用される。この場合一
つのコイル巻線の両方の環状前面が一般に理想的な平坦
面でなく、互に異った状態の面であることを考慮に入れ
ておかなければならない。この面状態の差異によりそれ
にとりつけられた冷却要素との間の熱交換の効力が異る
。従って両方の冷却剤流の負荷をできるだけ等しくする
ため、冷却剤流がコイル巻線の両面を交互に通過するよ
うにする。このような冷却剤流の情況を第５図（＝示す
。円環状の磁石コイル巻線Ｗ（Ｄ、Ｊ二面Ｖと下面りに
それぞれ６個の同形の冷却要素（第１図又は第３図）が
設けられる。図を簡単ζ二するため巻線を一平面に拡げ
て示し、各冷却要素は一直線に伸ばした３６０°の巻線
環上に配置されている。更に例えば第３図（：示した冷
却要素が破線で示され、上面にあるか下面にあるかに応
じて１０！又は１０上となっている。互（＝逆並列に流
れる冷却剤流ＡとＢ（７Ｊ流れの方向は矢印で示されて
いる。両方の冷却流の冷却剤は入口２０又は２］に導入
され、出口２２又は２３から排出される。図から分るよ
うに冷却剤の流れは異る前面にあって、隣り合った冷却
要素において互に逆向きである。

又同じ前面上で隣り合った冷却要素においても冷却剤の
流ｎは互（＝逆向きであるが、この冷却剤の流れＳは冷
却剤流ＡとＢの中の異ったものに属している。

第１図と第３図の冷却要素は冷却剤導管がジノイド形又
はメアンダー形であるとしたもの１であるが、冷却剤導
管の形状は伝熱板との間（二人面積の伝熱結合が確保さ
れる限り他の形状とすることも可能である。そのために
は冷却剤導管が常に複数の巻回をもって伝熱板に伝熱結
合されなければならない。−例を挙げれば冷却剤導管を
一つ又は複数の渦巻きの形として伝熱板にとりつけるか
差し込む。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はこの発明の第１の実施例の上面図と断
面図、第３図と第４図は第２の実施例の上面図と断面図
であり、第５図はこの発明（二よる冷却装置と冷却要素
とコイル巻線との結合情況を示す。第１図、第２図にお
いて２は冷却要素。 ３は伝熱板、４は冷却剤導管であり、Ｍは冷却剤を表わ
す。 ＩＧ　５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 】）各コ・ｆ層巻線（Ｗ）のそれぞれの前面に規定数の
   同形の冷却要素（２，１０）が規則的に分布して接着さ
   れ、各冷却要素は少くとも一つの円環セクタ形の伝熱板
   を備え、この伝熱板には規定数の切り込み（７，１１）
   が周辺方向Ｃ二規則的に分布して設けられ、複数の巻回
   を持つ冷却剤導管がこの伝熱板（二伝熱結合されている
   ことを特徴とする通常伝導材料のテープで作られた環板
   状の磁石巻線を備え強制通流冷却剤Ｃ二よって冷却され
   る磁石系の冷却装置。 ２）切り込み（７，１１）が半径方向に入れられている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３）隣り合せた切り込みの間にはさまれた弧の中心角（
   α）が最高２０°、特に１０°以下であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の装置。 ４）冷却剤導管（４，ＩＩ）が正弦曲線状又は蛇行状に
   曲げられていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第３項の一つに記載の装置。 ５）冷却剤導管が螺旋形に曲げられていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項乃至第３項の一つζ二記載の
   装置。 ６）冷却剤導管（４）がそれぞれの伝熱板にはめ込まれ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５
   項の一つに記載の装置。 ７）冷却剤導管（１４）がそれぞれの伝熱板（＋２）の
   上に設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第５項の一つに記載の装置。 ８）伝熱板（土ｌ）の切り込み（１１）が伝熱板の半径
   方向の幅の全体に亘って切られていることを特徴とする
   特許請求の範囲第７項記載の装置。 ９）二つの並列又は逆並列の冷却剤流（Ａ、Ｂ）が各磁
   石コイル巻線（Ｗ）の両面（Ｖ、ｈ）（二設けられてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第８項の
   一つに記載の装置。 １０）冷却剤導管（４，１４）上で瞬り自わせる冷却要
   素Ｃ主、］亙）の前面のそ１１．ぞれ（二互に逆向きの
   冷却剤流が設けられていることを特徴とする特許請求の
   範囲第９項記載の装置。 １１）各磁石コイル巻線（Ｗ）の両方の前面の間で冷却
   剤（Ａ、Ｂ）の流れが父替していることを特徴とする特
   許請求の範囲第１０項記載の装置。 １２）各磁石コイル巻線（Ｗ）に対して少くとも四個の
   同形の冷却要素（２，１０）が設けられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至弔１１項の一つに記
   載の装置。 １３）冷却要素（互、以）と磁石コイル巻線（Ｗ）・刀
   前面（ｖ、ｈ）の間の接着剤層がガラスファイバによっ
   て補強されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項乃至第’１２項の一つに記載の装置。 １４）　導体が周縁方向に伸びる中央区域だけで互に接
   着されてコンパクトな巻回となっている環板状の磁石コ
   イル巻線に対して使用されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項乃至第１３項の一つζ二記載の装置。