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公開番号2025033751
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023139703
出願日2023-08-30
発明の名称磁場発生装置及び核磁気共鳴装置
出願人株式会社アイシン
代理人弁理士法人ネクスト
主分類G01N 24/00 20060101AFI20250306BHJP(測定;試験)
要約【課題】仮に冷凍機が一時的に停止されても従来に比べてより長く超電導体の超電導特性を維持でき、冷凍機の小型化及び設計の自由度も向上した磁場発生装置及び磁場発生装置を備えた核磁気共鳴装置を提供する。
【解決手段】内部に液体冷媒14を蓄えた冷媒容器15と、液体冷媒14からの伝熱によって超電導遷移温度以下の温度に冷却された状態で保持される超電導体12と、冷熱を生成する冷凍機4と、冷凍機4により生成された冷熱を冷媒容器15に伝熱することにより液体冷媒14を冷却するベローズ管21と、を有するように構成する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
内部に液体冷媒を蓄えた冷媒容器と、
前記液体冷媒からの伝熱によって超電導遷移温度以下の温度に冷却された状態で保持される超電導体と、
冷熱を生成する冷凍機と、
前記冷凍機により生成された冷熱を前記冷媒容器に伝熱することにより前記液体冷媒を冷却する冷熱伝熱部材と、を有する磁場発生装置。
続きを表示（約 330 文字）【請求項２】
前記冷熱伝熱部材は、前記冷凍機により生成された冷熱の温度が前記液体冷媒の沸点に対応する温度より高い場合、或いは前記冷凍機が運転を停止する場合において前記冷凍機と前記冷媒容器との間の熱経路を遮断する遮断機構を備える請求項１に記載の磁場発生装置。
【請求項３】
前記冷熱伝熱部材は、伸縮可能な管状部材であって、
前記遮断機構は、前記熱経路を遮断する場合に前記管状部材の内部を真空状態とし、前記管状部材を収縮させて前記管状部材と前記冷媒容器との間を離間させることにより前記熱経路を遮断する請求項２に記載の磁場発生装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の磁場発生装置を含む核磁気共鳴装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場を発生させる磁場発生装置、及びその磁場発生装置により発生した磁場を用いる核磁気共鳴装置に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来より核磁気共鳴（ＮＭＲ）を利用した分析技術や画像診断技術について各種実用化されている。核磁気共鳴は、磁場を与えられた状態の原子核に外部から電磁波を照射したときに、原子核がそれぞれの化学的環境に応じた特定の電磁波を吸収する現象であり、これらの核磁気共鳴現象を利用した核磁気共鳴装置としては、例えば核磁気共鳴現象を利用して試料の構造を分析する核磁気共鳴分析装置（ＮＭＲ分析装置）や、核磁気共鳴現象を利用して生体内の内部の情報を画像にする磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ装置）などがある。
【０００３】
これらの核磁気共鳴装置（以下、ＮＭＲ装置と略す）は、装置の一部として磁場を発生する磁場発生装置を備えているが、特にＮＭＲ装置では、発生する磁場強度が大きい程、信号の感度と分解能が高くなるため、ＮＭＲ装置には強い磁場を発生する磁場発生装置を備えることが望まれている。そして、このような強磁場を発生する磁場発生装置における磁場の発生源（磁極）としては超電導体が用いられているが、超電導体は強磁場を発生した状態（超電導現象）を維持する為に超電導遷移温度（臨界温度）以下の低温に冷却する必要がある。そこで例えば特許第７１８１５２９号公報には、冷凍機と超電導バルク磁石を銅などの熱伝導部材で接続し、冷凍機で発生した冷熱を熱伝導部材によって超電導体に直接伝熱し、超電導体を超電導遷移温度以下に冷却可能とする技術について提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第７１８１５２９号公報（段落００２５－００２６、００５３－００５４、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１のように冷凍機によって発生させた冷熱を超電導体に直接伝熱して冷却する方式では、超電導体の特性を維持するために冷凍機を常時動作させる必要があり、停止させることができない。仮に何らかの理由で冷凍機が停止してしまい、超電導体の温度が上昇することで超電導特性が下がると、必要な磁場特性が維持できなくなるため、回復には煩雑な作業を伴う再着磁が必要となる。従って、停電時や装置の運搬時等に備えて大型のバッテリを備え付ける必要が生じていた。
【０００６】
一方で、液体冷媒によって超電導体を冷却する技術も提案されているが、そのような技術ではコスト面や気化による内圧の上昇を抑える目的で気化した液体冷媒を冷凍機によって再液化することが望まれている。しかしながら、そのような再液化に用いる為の冷凍機は、潜熱分の冷凍性能が必要となるので冷凍機のサイズがより大型化する問題があり、更に冷媒を再液化する為には冷凍機の冷却部は冷媒の気相に置く必要があるので構成場所が限定される不自由さも伴う。
【０００７】
本発明は前記従来における問題点を解消するためになされたものであり、超電導体の冷却を液体冷媒からの伝熱で行うとともに、液体冷媒を蓄えた冷媒容器を冷凍機で冷却して液体冷媒の気化を防止することにより、仮に冷凍機が一時的に停止されても従来に比べてより長く超電導体の超電導特性を維持でき、冷凍機の小型化及び設計の自由度も向上した磁場発生装置及び磁場発生装置を備えた核磁気共鳴装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため本発明に係る磁場発生装置は、内部に液体冷媒を蓄えた冷媒容器と、前記液体冷媒からの伝熱によって超電導遷移温度以下の温度に冷却された状態で保持される超電導体と、冷熱を生成する冷凍機と、前記冷凍機により生成された冷熱を前記冷媒容器に伝熱することにより前記液体冷媒を冷却する冷熱伝熱部材と、を有する。
また、前記冷熱伝熱部材は、前記冷凍機により生成された冷熱の温度が前記液体冷媒の沸点に対応する温度より高い場合、或いは前記冷凍機が運転を停止する場合において前記冷凍機と前記冷媒容器との間の熱経路を遮断する遮断機構を備えても良い。
【０００９】
また、本発明に係る核磁気共鳴装置は、上記磁場発生装置を少なくとも含む核磁気共鳴装置とする。
【発明の効果】
【００１０】
前記構成を有する本発明に係る磁場発生装置によれば、超電導体の冷却を液体冷媒からの伝熱で行うとともに、冷凍機によって液体冷媒を蓄えた冷媒容器を冷却することによって、液体冷媒の気化を防止することが可能となる。また、超電導体は冷凍機によって直接冷却されずに液体冷媒を介して冷却されるので、仮に冷凍機が一時的に停止されても冷媒が保持されている間は温度は保たれるため、従来に比べてより長く超電導体の超電導特性を維持できる。従って、停電時に備えて大型のバッテリを備え付ける必要がなく、電源の無い状態で運搬することも可能になる。また、冷凍機は冷媒容器を冷却するので冷凍機の冷却部を冷媒の気相に置く必要がなく、設計の自由度も向上する。
また、冷熱伝熱部材が遮断機構を備える場合には、冷凍機と冷媒容器との間の熱経路の遮断により、更に長く超電導体の超電導特性を維持できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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