知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ ジーイー・プレシジョン・ヘルスケア・エルエルシーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-10
(45)【発行日】2023-03-20
(54)【発明の名称】極低温装置用高温超電導電流リードアセンブリ
(51)【国際特許分類】
H01F 6/06 20060101AFI20230313BHJP
【ＦＩ】
H01F6/06 150
H01F6/06 ZAA
H01F6/06 500
【請求項の数】
14
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021082001
(22)【出願日】2021-05-13
(65)【公開番号】P2022016296
(43)【公開日】2022-01-21
【審査請求日】2021-07-01
(31)【優先権主張番号】16/923,321
(32)【優先日】2020-07-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】319011672
【氏名又は名称】ジーイー・プレシジョン・ヘルスケア・エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(74)【代理人】
【識別番号】100151286
【弁理士】
【氏名又は名称】澤木 亮一
(72)【発明者】
【氏名】ジャンイン・リン
(72)【発明者】
【氏名】ロンジー・ジャン
(72)【発明者】
【氏名】リヤン・イェ
(72)【発明者】
【氏名】スチュアート・ポール・フェルサム
(72)【発明者】
【氏名】トーマス・エドワード・モラン
(72)【発明者】
【氏名】アーンスト・ウルフギャング・スタウトナー
【審査官】秋山 直人
(56)【参考文献】
【文献】特開平０７－２９７０２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５０－１１８２８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５９－１１３６７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５６－０９１４１１（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０１６－０７６３４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表平０８－５０４３００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－００２３０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２３０９８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１９－５３４４０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－０８２４８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－２０７５０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０００－５０２８４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－０６９４２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭６３－０４９２６４（ＪＰ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｆ ６／０６
Ｈ０１Ｆ ６／０４
Ｈ０１Ｆ ６／００
Ｈ０１Ｌ ３９／０４
Ｂ３３Ｙ １０／００
Ｂ３３Ｙ ５０／００
Ｂ３３Ｙ ８０／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
極低温システム（１００）のリードアセンブリ（１１２）を製造する方法（９００）であって、第１の端部と、前記第１の端部の反対側の第２の端部と、を有する熱交換器（２０２）の３次元（３Ｄ）モデルを開発するステップ（９０２）であって、前記熱交換器（２０２）は、前記第１の端部から前記第２の端部まで前記熱交換器（２０２）を通って長手方向に延在する複数のチャネル（２１２）を含み、前記複数のチャネル（２１２）は前記熱交換器（２０２）内に複数の熱表面（２１６）を形成し、前記熱交換器（２０２）は横断面（２１４）を有する、ステップ（９０２）と、
前記横断面の面積を減少させることおよび前記複数の熱表面（２１６）を増加させることの少なくとも一方によって前記３Ｄモデルを修正するステップ（９０４）と、
前記修正された３Ｄモデルに従って導電性かつ熱伝導性材料を使用して前記熱交換器（２０２）を積層造形するステップ（９０６）と、
ＨＴＳストリップを含む高温超伝導体（ＨＴＳ）アセンブリ（１１８）を提供するステップと、
前記熱交換器（２０２）の前記第２の端部で前記ＨＴＳアセンブリ（１１８）を前記熱交換器（２０２）に接続するステップと、
を含む方法（９００）。
【請求項2】
前記３Ｄモデルを修正するステップは、前記熱交換器（２０２）の前記横断面の前記面積を最小化するステップと、
前記熱交換器（２０２）の前記複数の熱表面（２１６）を最大化するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法（９００）。
【請求項3】
前記熱交換器（２０２）は、軸方向に延在し、前記複数のチャネル（２１２）を形成する複数のフィン（２２８）を含む、請求項１に記載の方法（９００）。
【請求項4】
前記複数のチャネル（２１２）は螺旋状である、請求項１に記載の方法（９００）。
【請求項5】
前記熱交換器（２０２）は、前記熱交換器（２０２）の内部でジグザグ状になり、前記複数のチャネル（２１２）を形成する複数のバッフル（８０２）を含む、請求項１に記載の方法（９００）。
【請求項6】
前記ＨＴＳアセンブリ（１１８）を提供するステップは、前記ＨＴＳストリップをエンクロージャ（１１０２）で封入するステップをさらに含み、前記エンクロージャ（１１０２）は、Ｇ－１０で構成される、請求項１に記載の方法（９００）。
【請求項7】
前記第１の端部における前記熱交換器（２０２）の温度を約１５０ケルビン（Ｋ）に維持しながら、前記第２の端部における前記熱交換器（２０２）の温度を試験するステップと、前記第２の端部における前記熱交換器（２０２）の前記温度が５０Ｋよりも大きい場合には、前記３Ｄモデルを修正するステップを繰り返すステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法（９００）。
【請求項8】
温度を試験するステップは、前記熱交換器（２０２）の熱交換のコンピュータシミュレーションに基づいて前記熱交換器（２０２）の前記温度を試験するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法（９００）。
【請求項9】
極低温システム（１００）の製造方法であって、前記極低温システムは、
極低温装置（１０４）を収容する容器（１０２）と、
前記容器（１０２）に埋め込まれ、前記極低温装置（１０４）に電流を供給するように構成されたリードアセンブリ（１１２）と、を含み、前記リードアセンブリ（１１２）は、
導電性かつ熱伝導性材料で構成され、電源に電気的に接続するように構成された第１の端部と、前記第１の端部の反対側の第２の端部と、を有する熱交換器（２０２）であって、前記第１の端部と前記第２の端部との間で前記熱交換器（２０２）を通って延在する複数のチャネル（２１２）をさらに含み、前記複数のチャネル（２１２）が前記熱交換器（２０２）内に複数の熱表面（２１６）を形成し、前記熱交換器（２０２）が横断面を有する、熱交換器（２０２）と、
前記熱交換器（２０２）の前記第２の端部において前記極低温装置（１０４）と前記熱交換器（２０２）との間に結合され、ＨＴＳストリップを含む高温超伝導体（ＨＴＳ）アセンブリと、を含み、
前記極低温システムの製造方法は、
前記熱交換器（２０２）の前記第２の端部における温度が前記極低温装置（１０４）のランピング中に前記ＨＴＳストリップの臨界超伝導温度以下になるように、前記熱交換器（２０２）の前記横断面および前記複数の熱表面（２１６）を、積層造形プロセスにおいて動的に修正することを含む、極低温システム（１００）の製造方法。
【請求項10】
前記熱交換器（２０２）は、軸方向に延在し、前記複数のチャネル（２１２）を形成する複数のフィン（２２８）を含む、請求項９に記載の極低温システム（１００）。
【請求項11】
前記複数のチャネル（２１２）は螺旋状である、請求項９に記載の極低温システム（１００）。
【請求項12】
前記熱交換器（２０２）は、前記熱交換器（２０２）の内部でジグザグ状になり、前記複数のチャネル（２１２）を形成する複数のバッフル（８０２）を含む、請求項９に記載の極低温システム（１００）。
【請求項13】
前記ＨＴＳアセンブリ（１１８）は、前記ＨＴＳストリップを封入するエンクロージャ（１１０２）をさらに含み、前記エンクロージャ（１１０２）は、Ｇ－１０で構成される、請求項９に記載の極低温システム（１００）。
【請求項14】
極低温システム（１００）のリードアセンブリ（１１２）の製造方法であって、前記極低温システム（１００）は極低温装置（１０４）を収容する容器（１０２）を含み、前記リードアセンブリ（１１２）は、導電性かつ熱伝導性材料で構成され、電源に電気的に接続するように構成された第１の端部と、前記第１の端部の反対側の第２の端部と、を有する熱交換器（２０２）であって、前記第１の端部から前記第２の端部まで前記熱交換器（２０２）を通って延在する複数のチャネル（２１２）をさらに含み、前記複数のチャネル（２１２）が前記熱交換器（２０２）内に複数の熱表面（２１６）を形成し、前記熱交換器（２０２）が横断面を有する、熱交換器（２０２）と、
前記熱交換器（２０２）の前記第２の端部において前記熱交換器（２０２）に結合され、前記極低温装置（１０４）に結合するように構成された高温超伝導体（ＨＴＳ）アセンブリであって、ＨＴＳストリップを含む高温超伝導体（ＨＴＳ）アセンブリと、を含み、
前記リードアセンブリ（１１２）は、前記極低温装置（１０４）に電流を供給するように構成され、前記容器（１０２）に埋め込まれるようにさらに構成され、
前記リードアセンブリの製造方法は、
前記熱交換器（２０２）の寸法および構造を、積層造形プロセス中に動的に修正することであって、使用時に前記修正された熱交換器（２０２）の前記第２の端部の温度が前記極低温装置（１０４）のランピング中に前記ＨＴＳストリップの臨界超伝導温度以下になるように、前記熱交換器（２０２）の寸法および構造を積層造形プロセス中に動的に修正することを含む、リードアセンブリ（１１２）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の分野は、一般に、リードアセンブリのシステムおよびリードアセンブリの製造方法に関し、より詳細には、極低温システムの極低温装置用のリードアセンブリを製造するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0002】
極低温システムは、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム用の超伝導磁石、超伝導変圧器、発電機、および電子機器などの極低温装置を含む。極低温装置を超伝導状態で動作させるために、極低温装置を液化ヘリウムなどの冷却源と接触させたままにすることによって極低温装置を冷却する。極低温装置が特定の動作状態に達するために、電力が極低温装置に供給される。例えば、ＭＲＩシステムの超伝導磁石を一定の磁場強度（例えば、１．５テスラ（Ｔ））まで上昇させる場合、室温の電源から磁石用の超伝導磁石に電力を供給し、電流から磁場を発生させる。電流は、リードアセンブリを介して極低温装置に供給される。
【0003】
さらに、リードアセンブリは、従来、鋳造、機械加工、または金属射出成形などの方法によって製造されている。これらの製造プロセスでは、リードアセンブリの設計を変更する必要があるか、または変更した場合、新しい金型を提供する必要があり、これは時間と費用がかかる可能性がある。
【0004】
少なくともいくつかの公知のリードアセンブリおよびリードアセンブリの公知の設計プロセスは、特定の問題を起こしやすく、リードアセンブリの改善が望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】米国特許第９５５２９０６号明細書
【発明の概要】
【0006】
一態様では、極低温システムのリードアセンブリを製造する方法が提供される。本方法は、第１の端部と、第１の端部の反対側の第２の端部と、を有する熱交換器の３次元（３Ｄ）モデルを開発するステップを含む。熱交換器は、第１の端部から第２の端部まで熱交換器を通って長手方向に延在する複数のチャネルを含み、複数のチャネルは熱交換器内に複数の熱表面を形成し、熱交換器は横断面を有する。本方法は、横断面の面積を減少させること、および複数の熱表面を増加させることの少なくとも一方によって３Ｄモデルを修正するステップをさらに含む。本方法はまた、修正された３Ｄモデルに従って導電性かつ熱伝導性材料を使用して熱交換器を積層造形するステップを含む。さらに、本方法は、ＨＴＳストリップを含む高温超伝導体（ＨＴＳ）アセンブリを提供するステップと、熱交換器の第２の端部においてＨＴＳアセンブリを熱交換器に接続するステップと、を含む。
【0007】
別の態様では、極低温システムが提供される。極低温システムは、極低温装置およびリードアセンブリを収容する容器を含む。リードアセンブリは、容器に埋め込まれ、極低温装置に電流を供給するように構成される。リードアセンブリは、熱交換器およびＨＴＳアセンブリを含む。熱交換器は、導電性かつ熱伝導性材料から構成され、電源に電気的に接続するように構成された第１の端部と、第１の端部の反対側の第２の端部と、を有する。熱交換器は、第１の端部と第２の端部との間で熱交換器を通って延在する複数のチャネルをさらに含み、複数のチャネルは、熱交換器内に複数の熱表面を形成する。熱交換器は横断面を有する。ＨＴＳアセンブリは、熱交換器の第２の端部において極低温装置と熱交換器との間に結合され、ＨＴＳアセンブリはＨＴＳストリップを含む。熱交換器の断面および複数の熱表面は、熱交換器の第２の端部における温度が極低温装置のランピング中にＨＴＳストリップの臨界超伝導温度以下になるように、積層造形プロセスにおいて動的に修正される。
【0008】
さらに別の態様では、極低温システムのリードアセンブリが提供される。極低温システムは、極低温装置を収容する容器を含む。リードアセンブリは、熱交換器およびＨＴＳアセンブリを含む。熱交換器は、導電性かつ熱伝導性材料から構成され、電源に電気的に接続するように構成された第１の端部と、第１の端部の反対側の第２の端部と、を有する。熱交換器は、第１の端部から第２の端部まで熱交換器を通って延在する複数のチャネルをさらに含む。複数のチャネルは、熱交換器内に複数の熱表面を形成する。熱交換器は横断面を有する。ＨＴＳアセンブリは、熱交換器の第２の端部において熱交換器に結合され、極低温装置に結合するように構成され、ＨＴＳアセンブリはＨＴＳストリップを含む。リードアセンブリは、極低温装置に電流を供給するように構成され、容器内に埋め込まれるようにさらに構成される。熱交換器の寸法および構造は、使用時に、修正された熱交換器の第２の端部における温度が極低温装置のランピング中にＨＴＳストリップの臨界超伝導温度以下になるように、積層造形プロセス中に動的に修正される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1A】例示的な極低温システムの概略図である。
【図5A】公知の電流リードの断面図である。
【図8】本開示の一態様による熱交換器の別の例示的な設計を示す図である。
【図9A】本開示の一態様による熱交換器のもう１つの例示的な設計を示す図である。
【図10】熱交換器を製造する例示的な方法のフローチャートを示す図である。
【図12A】例示的な高温超伝導体（ＨＴＳ）ストリップを示す図である。
【図13A】リードアセンブリのＨＴＳ導体を保護する機構を用いて実装された例示的なリードアセンブリを示す図である。
【図14】リードアセンブリのＨＴＳ導体を保護する別の機構を備えた別の例示的なリードアセンブリ実装を示す図である。
【図15】リードアセンブリの例示的なポカヨーク設計を示す図である。
【図16A】上部コネクタおよびインターコネクタに結合された例示的な熱交換器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本開示は、リードアセンブリのシステム、ならびにリードアセンブリを設計および製造する方法を含む。本明細書に開示するリードアセンブリは、極低温システムに埋め込まれてもよい。極低温システム内の極低温装置を冷却するための極低温剤の蒸発速度は、リードアセンブリの高効率の熱交換器および非熱伝導性高温超伝導体（ＨＴＳ）アセンブリのために比較的遅い。電流リード設計は、極低温蒸発を最小限にするように最適化される。本明細書で使用される場合、材料は、銅または他の導電性材料と比較して、材料が比較的小さな熱を伝導する場合、熱的に非伝導性である。本明細書に開示するリードアセンブリは、極低温で堅牢であり、熱収縮によって引き起こされる過渡的な熱および応力に耐えることができる。方法の態様は、一部は明らかであり、一部は以下の説明で明示的に説明される。
【0011】
図１Ａは、例示的な極低温システム１００を示す。図１Ｂは、図１Ａに示す極低温システム１００の一部の拡大図を示す。極低温システム１００は、極低温装置１０４を収容する容器１０２を含むことができる。極低温装置１０４は、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システム、核磁気共鳴（ＮＭＲ）、またはＮＭＲ高磁場磁石システムで使用される超伝導磁石であってもよい。いくつかの実施形態では、極低温装置１０４は、モータ、発電機、故障電流リミッタ、エネルギー貯蔵装置、粒子加速器、中規模磁石、および実験室用磁石であってもよい。超伝導磁石は、超伝導導体のワイヤを有し、超伝導コイル導体に電流を流すことによって磁場を生成する超伝導コイル（図示せず）を含むことができる。超伝導磁石は、極低温装置１０４が約４Ｋ～約１０Ｋの温度範囲内で動作するように、４．２ケルビン（Ｋ）の沸点を有する極低温剤、例えば液体ヘリウムによって冷却することができる。この温度範囲内で、超伝導コイルは電気抵抗を有さず、電気から熱を生成しない。
【0012】
極低温システム１００は、コールドヘッド極低温冷凍機１０６をさらに含むことができる。図示するコールドヘッド極低温冷凍機１０６は、第１のステージ１０８および第２のステージ１１０を備えている。第１のステージ１０８は、第２のステージ１１０よりも高い動作温度を有してもよい。例えば、第１のステージ１０８は約５０Ｋの動作温度を有することができ、第２のステージ１１０は約４Ｋの動作温度を有することができる。結果として、容器１０２は約４Ｋの温度に維持され、極低温剤の蒸発速度は低下または制限される。
【0013】
例示的な実施形態では、極低温システム１００は、リードアセンブリ１１２をさらに含む。リードアセンブリ１１２は、室温にある電源１１４に電気的に接続するように構成され、極低温装置１０４に電流を供給するように構成される。リードアセンブリ１１２は、特定の通電容量に合わせて設計されている。極低温装置１０４および電源１１４と電流ループを形成するために、極低温システム１００には２つのリードアセンブリが含まれる。リードアセンブリ１１２は、約４Ｋの極低温装置１０４と電源１１４との間の電気的接触を約２７３Ｋ以上の室温で提供する。
【0014】
公知の極低温システムでは、極低温装置１０４の電流は、アクセスネックを通って容器１０２に挿入され、極低温装置１０４のランピングプロセス中に極低温装置１０４に電気的に接続される取り外し可能なリードアセンブリを介して供給される。超伝導磁石の場合、ランピングプロセスは、磁石の磁場をゼロから１．５テスラ（Ｔ）、３Ｔ、またはそれ以上などの所望の磁場強度にランプアップするプロセスであり、電流リード設計は磁場強度の増加と共に変化し、熱交換器の再設計を必要とする場合がある。極低温装置１０４が所望の状態に達した後に、例えば、超伝導磁石が所望の磁場強度に達すると、取り外し可能なリードアセンブリは、リードアセンブリも熱伝導性であるため、容器１０２への熱の伝導および極低温剤の蒸発速度の増加を回避するために取り外される。取り外し可能なリードアセンブリと極低温装置１０４との間の電気的接続は信頼性が低く、効果的な電気的接続を確立するための追加の手段、例えば、インジウムのような比較的柔らかい金属でのはんだ付けまたは締結具によるクランプまたは潤滑による恒久的な接続を含む手段を必要とする場合がある。取り外し可能なアセンブリはまた、容器１０２内に過剰な熱を伝導する大きなコアを有し、これは過剰な量の極低温剤を蒸発させ、極低温装置１０４をランプアップするコストを増加させる。さらに、取り外し可能なアセンブリの挿入および取り外しは、容器１０２内に空気を導入し、容器１０２内に深刻な氷結を引き起こし、極低温装置１０４へのアクセスネックまたは電気端子へのアクセスを遮断する。
【0015】
別の公知の極低温システムでは、リードアセンブリは、容器１０２のアクセスネックに恒久的に取り付けられるか、またはそれに埋め込まれる。しかしながら、公知の埋め込みリードアセンブリは、容器１０２に永久的な熱負荷を加え、容器１０２内の極低温剤の蒸発速度を増加させる。
【0016】
例示的な実施形態では、リードアセンブリ１１２は、高温超伝導体（ＨＴＳ）アセンブリ１１８（図１Ａ）を含む。ＨＴＳアセンブリ１１８は、ＨＴＳ導体１２０を含む。ＨＴＳは、絶対ゼロよりも高い臨界超伝導温度、例えば約９０Ｋの臨界超伝導温度を有する超伝導導体である。臨界超伝導温度は、電流に対して超伝導性である材料の最高温度である。しかしながら、ＨＴＳ導体１２０は熱的に非伝導性である。さらに、ＨＴＳアセンブリ１１８は、全体として熱的に非伝導性であるように構成される。ＨＴＳアセンブリ１１８は、必ずしもそうである必要はないが、コールドヘッド極低温冷凍機１０６に結合されてもよい。ＨＴＳアセンブリ１１８は、５０Ｋで動作するときに電気から熱を生成せず、熱的に非伝導性であるため、ＨＴＳアセンブリ１１８を通る容器１０２への熱負荷は常に制限され、極低温剤の蒸発速度を著しく低下させる。いくつかの実施形態では、リードアセンブリが電流を伝導していないとき、ＨＴＳアセンブリ１１８は熱的に非伝導性であり、ＨＴＳアセンブリ１１８の温度は電流が流れていないため、超伝導臨界温度以下に維持する必要がないため、極低温剤の蒸発速度はゼロまたはゼロ付近であり得る。
【0017】
図２は、例示的なリードアセンブリ１１２を示す。ＨＴＳアセンブリ１１８に加えて、リードアセンブリ１１２は熱交換器２０２を含む。熱交換器２０２は、熱交換器２０２における極低温剤の特定の滞留時間および／または熱交換器２０２にわたる特定の圧力降下のために設計される。熱交換器２０２は、第１の端部２０４および第２の端部２０５を含む。熱交換器２０２は、銅、アルミニウム、銅合金、アルミニウム合金、複合材料、セラミックなどの導電性かつ熱伝導性を有する材料で構成される。熱交換器２０２は、第１の端部２０４で電源１１４に電気的に接続するように構成される。熱交換器２０２は、第２の端部２０５でＨＴＳアセンブリ１１８に結合される。熱交換器２０２は、極低温装置１０４のランピング中にＨＴＳアセンブリ１１８をＨＴＳ導体１２０の臨界超伝導温度以下に維持するように構成される。その結果、リードアセンブリ１１２をコールドヘッド極低温冷凍機１０６に接続する必要がなくなり、極低温剤の蒸発速度の低下により、極低温装置１０４のランピングコストを低減することができる。さらに、リードアセンブリ１１２をコールドヘッド極低温冷凍機１０６に接続する必要がないので、リードアセンブリ１１２は、独立型リードアセンブリであってもよく、これは極低温システム１００の残りの部分とは別個に制御され、リードアセンブリ１１２を制御することにより電源を遠隔でオンに切り替えることによって極低温システム１００を自動ランピングさせるように遠隔制御されてもよい。加えて、リードアセンブリ１１２の冷却機構は単純化され、従来のリードアセンブリにおける熱交換器２０２およびＨＴＳ１１８のための別個の冷却機構の代わりに、熱交換器２０２およびＨＴＳ１１８の両方が極低温剤によって冷却される。
【0018】
リードアセンブリ１１２は、熱交換器２０２およびＨＴＳアセンブリ１１８を封入するスリーブ２０６をさらに含む。リードアセンブリ１１２は、上部コネクタ２０８および下部コネクタ２１０をさらに含むことができる。上部コネクタ２０８および下部コネクタ２１０は、ろう付け銅などの導電性材料からなる。上部コネクタ２０８は、電源１１４に電気的に接続し、熱交換器の第１の端部２０４で熱交換器２０２に結合するように構成される。下部コネクタ２１０は、極低温装置１０４に電気的に接続し、電力を供給するように構成される。下部コネクタ２１０は、ＨＴＳアセンブリ１１８に結合され、ＨＴＳアセンブリ１１８のＨＴＳ導体１２０に電気的に接続される。
【0019】
動作中、ランピング中、リードアセンブリ１１２は電源１１４に電気的に接続され、極低温装置１０４に電流を供給する。電源１１４と極低温装置１０４との間の電気的接続は、上部コネクタ２０８、熱交換器２０２、ＨＴＳアセンブリ１１８のＨＴＳ導体１２０、および下部コネクタ２１０を介して確立される。ランピングが完了すると、電源１１４はリードアセンブリ１１２から切り離される。ＨＴＳアセンブリ１１８は熱伝導性ではないため、容器１０２への熱負荷は制限される。その結果、リードアセンブリ１１２を容器１０２に埋め込むことができ、極低温剤の蒸発をほとんど引き起こさない。
【0020】
図３Ａ～図３Ｃは、例示的な上部コネクタ２０８に結合された例示的な熱交換器２０２の側面図（図３Ａ）、下部斜視図（図３Ｂ）、および上部斜視図（図３Ｃ）を示す。図４Ａ～図４Ｃは、熱交換器２０２の断面図を示す。図４Ａは、図３Ａの横断面線４Ａ－４Ａに沿った熱交換器２０２の軸方向断面図を示す。図４Ｂは、断面線４Ｂ－４Ｂに沿った熱交換器２０２の長手方向断面図を示す。図４Ｃは、図４Ｂの一部の拡大図である。
【0021】
例示的な実施形態では、熱交換器２０２は、複数のチャネル２１２を含む。一例では、チャネルはフィン２２８によって形成される。チャネル２１２は、熱交換器２０２の第１の端部２０４から熱交換器２０２の第２の端部２０５まで熱交換器２０２を通って長手方向に延在する。蒸気および／または熱は、チャネル２１２を通ってリードアセンブリ１１２およびＨＴＳアセンブリ１１８の外部に／から流れる。チャネル２１２は、図４Ａの横断面２１４に示されている。チャネル２１２はまた、蒸気と接触する熱表面２１６を画定する。熱交換器２０２の第１の端部２０４において、断面２１４上のフィン２２８などの中実構造は、熱交換器に出入りする蒸気の流れを妨げる。一方、チャネル２１２の熱表面２１６は、蒸気と熱交換器との間の熱交換を容易にする。したがって、チャネルの構成および組み合わせ、ならびに断面２１４の面積は、熱交換のために圧力降下を減少させ、熱表面の表面積を増加させて、制御された蒸気流を可能にするように設計される。このような設計は、熱交換器２０２の熱交換効率を高める。いくつかの実施形態では、断面２１４の面積が最小化され、熱表面２１６が最大化される。一例では、熱表面２１６をさらに増加させ、熱の対流を増加させるために乱流を導入するために、熱表面２１６を粗面化または未研磨にして粗さを増加させることができる。
【0022】
図５Ａ～図５Ｄは、断面５２６を有する公知の電流リード５０２と本明細書に開示する熱交換器２０２との熱性能の対比を示す。図５Ａは、公知の電流リード５０２の断面５２６を示し、図５Ｂは、公知の電流リード５０２の熱性能を示す。図５Ｃは、熱交換器２０２の断面２１４を示し、図５Ｄは、熱交換器２０２の熱性能を示す。図５Ｂおよび図５Ｄは、熱交換器２０２、５０２の熱性能をモデル化する有限要素解析（ＦＥＡ）などのコンピュータシミュレーションの結果である。公知の電流リード５０２は、公知の電流リード５０２の内部５０６に沿って等間隔に配置された１０個の溝５０４を含む。一方、熱交換器２０２は、複数のフィン２２８を有する。図５Ｃに示す熱交換器２０２の断面２１４は縮尺通りではない。第１の端部２０４、５０８における熱交換器２０２、５０２の温度は、２７３Ｋに設定される。公知の電流リード５０２の断面５２６および熱交換器２０２の断面２１４の外径２２４は、同じままである。熱交換器２０２、５０２は、同じ長さ２３２を有する（図４Ｂ参照）。両方の熱交換器２０２、５０２は、６．２５リットル／時（Ｌ／時）の速度で気体ヘリウムによって冷却される。図５Ｂに示すように、第２の端部５１０における公知の電流リード５０２の温度は約２２８Ｋである。対照的に、第２の端部２０５における熱交換器２０２の温度は約２７Ｋであり、これはＨＴＳ導体１２０が超伝導状態で動作するのに適している。長さ２３２、外径２２４、およびチャネルサイズは、第１の端部２０４および第２の端部２０５の温度などの用途に応じて調整されてもよい。
【0023】
図６Ａおよび図６Ｂは、熱交換器２０２の断面の設計を示す。図６Ａおよび図６Ｂに示す例では、熱交換器２０２の断面６０２、６０４の外径２２４は同じである。図６Ａでは、熱交換器２０２は、図５Ｃに示す熱交換器２０２と同様の設計を有し、熱交換器２０２は、フィン２２８の厚さ２２１が図５Ｃに示す熱交換器２０２よりも小さく、隣接するフィン２２８間の間隙２２３が図６Ａに示す熱交換器２０２の方が大きいことを除いて、フィン２２８間に間隙２２３を有するフィン２２８を含む。厚さ２２１および間隙２２３は、熱交換器２０２が本明細書に開示するように機能することを可能にする他の寸法であってもよい。図６Ｂでは、熱交換器２０２は、横断面６０４に円形孔２１２として示されている円筒状構成のチャネル２１２を有する。断面６０４における全中実面積２３８に対する全空隙面積２３６の比は、熱交換器の熱性能を最適化するように選択される。全空隙面積２３６は、すべての孔２１２によって占められている断面６０４の総面積である。全中実面積２３８は、孔２１２によって占められていない断面６０４の総面積である。比率の一例は、約１：２または０．５である。いくつかの実施形態では、熱交換器２０２は、断面６０４に約１００個の孔を有することができる。孔２１２の直径２３４および全中実面積２３８に対する全空隙面積２３６の比は、熱交換器２０２の熱性能要件に応じて変化してもよい。
【0024】
図７Ａおよび図７Ｂは、熱交換器２０２の別の例示的な設計を示す。図７Ａは、熱交換器２０２の断面７０２を示す。図７Ｂは、熱交換器２０２の一部の斜視図を示す。図５Ｃおよび図６Ａに示す熱交換器２０２とは異なり、熱交換器２０２は、熱交換器２０２を第１のセクション７０６と第２のセクション７０８とに分割するために、第１の端部２０４から第２の端部２０５まで長手方向に、かつ横方向に延在する隔壁７０４をさらに含む。フィン２２８は、断面７０２の隔壁７０４から延在する。第１のセクション７０６および第２のセクション７０８におけるフィン２２８の厚さ２２１および間隙２２３は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。第１のおよび第２のセクション７０６、７０８の隔壁７０４から延在するフィン２２８の位置および向きは、第１のセクション７０６のフィン２２８が第２のセクション７０８の間隙２２３の位置で隔壁７０４から延在するようにフィンが交互配置されることをもたらし、逆もまた同様である。交互配置されたフィンを有する熱交換器２０２は、交互配置されていないフィンを有する熱交換器２０２よりも、機械加工などの従来のプロセスで製造することが比較的容易である。
【0025】
図８、図９Ａ、および図９Ｂは、熱交換器２０２のより例示的な設計を示す。熱交換器２０２は、螺旋状チャネル８１２（図８）を含むことができる。螺旋状チャネル８１２は、直線チャネル２１２を有する前述の例示的な熱交換器のチャネルによって提供される表面積とは対照的に、熱表面２１６によって提供される表面積を増加させる。図８には２つの螺旋状チャネル８１２が示されているが、螺旋状チャネル８１２の数は、熱交換器２０２が本明細書に開示するように機能することを可能にする１つ、３つ、または他の数であってもよい。図９Ａおよび図９Ｂは、ジグザグ状チャネル１８１２を有する熱交換器２０２を示す。図９Ａは、熱交換器２０２の縦断面図を示す。図９Ｂは、図９Ａの線９Ｂ－９Ｂに沿った部分縦断面図である。図９Ａおよび図９Ｂでは、熱交換器２０２は、複数のバッフル８０２を含む。バッフル８０２は、熱交換器２０２の内側にあり、熱交換器２０２を通るジグザグ経路を生成するために交互に横方向に、熱交換器２０２の内部を横切って内側および部分的に横方向に延在し、ジグザグ状チャネル１８１２を形成する。ジグザグ状チャネル１８１２が１つ含まれる場合には、チャネル１８１２は、熱交換器２０２の内側横断面と同じ幅であってもよい（図９Ｂを参照）。ジグザグ状チャネル１８１２はまた、直線チャネル２１２に対して熱交換器２０２の熱表面２１６を増加させる。１つのジグザグ状チャネルが示され説明されているが、熱交換器２０２は、熱交換器２０２が本明細書に記載のように機能することを可能にする１つ、２つ、３つ、または他の数のジグザグ状チャネル１８１２を含んでもよい。熱交換器２０２は、円筒形であってもよく、または直方体などの他の形状であってもよい（図９Ａおよび図９Ｂ）。
【0026】
熱交換器２０２は、焼結、鋳造、機械加工、および金属射出成形などの従来の金属製造プロセスによって製造することができる。従来の金属製造プロセスと比較して、積層造形プロセスを使用した熱交換器２０２の設計の調整および微調整は、鋳造、金型、または製造システムの複雑な変更を必要とする従来の製造方法に関連する課題なしに達成することができる。
【0027】
図１０は、熱交換器を積層造形する例示的な方法９００のフローチャートである。積層造形法は３Ｄ印刷とも呼ばれる。積層造形法では、３Ｄモデルに基づいて３Ｄ対象物が製造される。３Ｄモデルは、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデルであってもよい。３Ｄモデルが積層造形システムに提供された後に、システムは、３Ｄモデルに基づいて３Ｄ対象物を生成し、材料が一緒に追加され、例えば液体分子または粉末粒子が一緒に、通常は層ごとに融着される。例示的な実施形態では、方法９００は、熱交換器の３次元（３Ｄ）モデルを開発するステップ９０２を含む。熱交換器は、本明細書に開示する例示的な熱交換器２０２のいずれかである。方法９００は、３Ｄモデルを動的に修正するステップ９０４をさらに含むことができる。３Ｄモデルは、熱交換器が使用される環境の性能要件を満たすように修正される。３Ｄモデルの１つまたは複数の構造的特徴は、所望の熱交換器性能を達成するように修正することができる。３Ｄモデルは、熱交換器のフィンの厚さを減少させるなど、熱交換器の断面積を減少させることによって修正することができる。熱交換器の熱表面は、調整中に増加させることができる。熱交換器内のチャネルの形状は、調整中に変更することができる。熱交換器の断面積および熱表面は、熱交換器の熱交換効率に影響を及ぼす２つの重要な要因である。断面積の減少および／または熱表面の増加は、熱交換器の熱交換効率を高める。したがって、熱交換器の３Ｄモデルは、断面積を最小化すること、および／または熱表面を最大化することによって修正することができる。いくつかの実施形態では、熱交換器および上部コネクタは、積層造形プロセスによって単一の一体部品として製造されてもよい。
【0028】
一実施形態では、本明細書に記載の熱交換器のいずれかを含むベース設計が提供される。熱交換器の熱性能は、ＦＥＡプログラムでシミュレートおよび推定される。次いで、熱交換器は、３Ｄ積層造形プロセスで印刷され、極低温システムで試験される。試験結果およびシミュレーション結果は、シミュレーションが指定された許容レベル内の熱交換器の熱性能を表すかどうかを評価するために比較される。指定された許容誤差レベルが満たされている場合には、シミュレーションを使用して、別の熱交換器を印刷する前に、シミュレーションにおける熱交換器の設計を動的に修正することができる。設計、シミュレーション、サンプル試験、および設計の改善のプロセスを繰り返すことができる。熱交換器の設計は、最小特徴厚さ、最小間隙距離、および特徴垂直角度などの３Ｄ印刷の限界によって制限され得る。熱交換をさらに増加させるために、螺旋状および／またはジグザグ状のチャネルを熱交換器に含めることができる。
【0029】
例示的な実施形態では、方法９００は、修正された３Ｄモデルに従って熱交換器を積層造形するステップ９０６をさらに含む。例示的な積層造形プロセスは、電子ビーム積層造形または選択的レーザ溶融であってもよい。製造された熱交換器は、例えば、特定の条件下で第２の端部の熱交換器の温度が５０Ｋ以下であるなど、必要な熱性能を満たすかどうかを確認するために試験することができる。例えば、熱交換器を極低温システムに含め、熱交換器の第２の端部の温度を監視することによって、熱交換器を試験することができる。いくつかの実施形態では、熱交換器は、極低温システムにおける熱交換器の熱性能をシミュレートするＦＥＡ解析などのコンピュータシミュレーションによって試験することができる。熱交換器が必要な熱性能を満たさない場合には、３Ｄモデルは、断面を縮小し、熱表面を増加させ、および／またはチャネルの形状または設計を変更することによって調整される。熱交換器が必要な熱性能を満たすまで、試験および修正を繰り返すことができる。
【0030】
積層造形プロセスは、例えば必要な表面積に関して熱交換器の微調整を可能にする。適切な３Ｄモデルが設計されると、焼結または金網などの従来の製造方法を使用して、３Ｄモデルを使用してリードアセンブリを製造することができる。
【0031】
図１１Ａは、リードアセンブリ１１２のための例示的なＨＴＳアセンブリ１１８を示す。図１１Ｂは、ＨＴＳアセンブリ１１８の分解図を示す。ＨＴＳアセンブリ１１８に含まれるＨＴＳ導体１２０は、ＨＴＳストリップ１２０であってもよい。ＨＴＳアセンブリ１１８は、エンクロージャ１１０２をさらに含んでもよい。エンクロージャ１１０２は、別個の部分１１０２ａ～１１０２ｄを含むことができる。エンクロージャ１１０２は、非導電性かつ非熱伝導性の材料で構成される。例示的な材料はＧ－１０である。ＨＴＳアセンブリ１１８は、端子１１０４をさらに含んでもよい。端子１１０４は、ＨＴＳ導体１２０の各端部でＨＴＳ導体１２０に電気的に接続され、ＨＴＳ導体１２０に電気的接続を提供する。端子１１０４は、銅などの導電性材料からなる。
【0032】
ＨＴＳアセンブリを組み立てるために、エンクロージャの部分１１０２ａ～１１０２ｄは、ＨＴＳ導体１２０を内部に封入し、ＨＴＳ導体１２０の端部で端子１１０４を保持するように互いにクランプ締めされてもよい。端子１１０４は、ＨＴＳ導体１２０の端部にはんだ付けまたは圧力でクランプ締めされてもよい。エンクロージャ１１０２は、蒸気流によって引き起こされる振動からＨＴＳ導体１２０を保護する。エンクロージャ１１０２はまた、ＨＴＳ導体１２０の形状を維持するための剛性構造を提供する。
【0033】
図１２Ａ～図１２Ｂは、例示的なＨＴＳ導体１２０および銅導体との比較を示す。ＨＴＳ導体１２０は、ＨＴＳストリップである（図１２Ａ）。ＨＴＳ導体１２０は、希土類バリウム銅酸化物（ＲｅＢＣＯ）で被覆された導体であってもよい。ＨＴＳ導体１２０は、絶対ゼロ（０Ｋ）よりも高い温度、例えば約５０～６０Ｋの超伝導状態で電気を伝導する。超伝導状態では、ＨＴＳ導体１２０は電気抵抗を有さず、電気から熱を生成しない。銅導体１２０２などの従来の導体と比較して、ＨＴＳ導体は、従来の銅導体１２０２よりも、本明細書に記載のプロセスによって開発された熱交換器設計とより効果的に結合することができる電流リードアセンブリのよりコンパクトな設計を可能にする。銅導体はかさばり、ＨＴＳ導体では、同じ量の電流を運ぶために必要な材料は、銅導体１２０２よりも少量でよい（図１２Ｂを参照）。ＨＴＳ導体１２０は、同じ量の電流を搬送するための銅導体１２０２よりもはるかに軽量である。さらに、電気と熱の両方を伝導する銅導体１２０２と比較して、ＨＴＳ導体１２０は、銅導体１２０２よりもはるかに小さい熱伝導率を有する。例えば、極低温では、銅導体１２０２は１０００Ｗ／ｍ・Ｋを超える熱伝導率を有するが、ＨＴＳ導体１２０は約１０～２０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する。したがって、ＨＴＳ導体１２０を通って極低温装置１０４に伝達される熱は制限される。
【0034】
例示的な実施形態では、極低温装置１０４のランピング中に、ＨＴＳ導体１２０を通って流れる電流量は、１０００アンペア（Ａ）を超えることができる。ＨＴＳ導体１２０を囲む温度がＨＴＳ導体１２０の超伝導臨界温度を超えると、ＨＴＳ導体１２０は超伝導条件下では動作せず、代わりにＨＴＳ導体１２０が電気抵抗を有する通常の条件下で動作する。１０００Ａを超える電流がＨＴＳ導体１２０を通って流れると、電気から大量の熱が発生し、ＨＴＳ導体１２０を損傷または焼損する可能性がある。
【0035】
図１３Ａ～図１３Ｂは、温度センサ１３０２を含むことによってＨＴＳ導体１２０を保護する例示的な機構を示す。図１３Ａは、温度センサ１３０２に含まれるリードアセンブリ１１２を示す。図１３Ｂは、熱交換器２０２および上部コネクタ２０８を含むリードアセンブリ１１２の上側部分の底部斜視図を示す。温度センサ１３０２は、熱交換器２０２の底部１３０４に設置されてもよく、熱交換器２０２は、ＨＴＳアセンブリ１１８と接触する。温度センサ１３０２は、リードアセンブリ１１２が過熱するのを防止するためにＨＴＳアセンブリ１１８に設置されてもよい。複数の温度センサ１３０２は、上部コネクタ２０８または熱交換器上の他の位置など、リードアセンブリ１１２上の他の位置に設置されてもよい。温度センサ１３０２は、ＨＴＳアセンブリ１１８および／またはリードアセンブリ１１２の温度を監視するために使用される。ＨＴＳアセンブリ１１８が５０Ｋなどの所定のしきい値に達すると、保護動作を開始することができる。保護動作は、ＨＴＳアセンブリ１１８を保護するための動作を行うためにオペレータに警報を鳴らすこと、極低温剤からの蒸気冷却を増加させて温度を下げること、または電流をオフにすることのうちの１つまたは複数を含んでもよい。
【0036】
図１４は、ＨＴＳ導体１２０を保護する別の例示的な機構を示す。ＨＴＳアセンブリ１１８は、熱伝導性金属の層１４０２を含むことができる。層１４０２は、ＨＴＳ導体１２０にはんだ付けされてもよい。層１４０２は、比較的低い熱伝導率を有する。層１４０２の例示的な材料は真鍮である。ＨＴＳ導体１２０が超伝導条件下で動作しない場合、ＨＴＳ導体１２０によって生成された熱は、層１４０２に伝達され、熱交換器２０２および容器１０２に送出されて、ＨＴＳ導体１２０が過熱されないようにすることができる。層１４０２が容器１０２内に熱を伝導するため、熱は常に容器１０２内に漏れ、その結果、極低温剤損失に関連するコストが増加する。
【0037】
ＨＴＳ導体１２０の導通状態は温度に敏感であるため、リードアセンブリ１１２は、ポカヨーク設計（図１５）を含むことができる。この設計では、リードアセンブリ１１２は、上部コネクタ２０８を覆うカバー１５０２を含むことができる。カバー１５０２は、ゴムまたはシリコーンなどの非導電性材料からなる。カバー１５０２は、電気的接続を行う前に取り外さなければならない。したがって、ＨＴＳアセンブリ１１８の温度が超伝導臨界温度以下でない場合に、電気が誤ってＨＴＳアセンブリ１１８を通って流れることはない。
【0038】
図１６Ａ～図１６Ｆは、リードアセンブリ１１２を組み立てるプロセスの段階を示す。図１６Ａおよび図１６Ｂは、第２の端部２０５で熱交換器２０２に結合され得るインターコネクタ１６０２を示す。図１６Ｂは、インターコネクタ１６０２の底部斜視図を示す。インターコネクタ１６０２は、ろう付けされた銅で構成されてもよい。インターコネクタ１６０２は、第１のスロット１６０４および第２のスロット１６０６を有してもよい。第１のスロット１６０４は、熱が通過することを可能にし、冷却に使用され得る。第２のスロット１６０６は、ＨＴＳアセンブリ１１８の端子１１０４（図１１Ａおよび図１１Ｂ参照）を挿入してはんだ付けし、ＨＴＳアセンブリ１１８と熱交換器２０２との間の電気的接触を確立するために使用されてもよい。図１６Ｃは、ＨＴＳアセンブリ１１８がインターコネクタ１６０２で熱交換器２０２に結合されることを示す。スリーブ１６０８を使用して、熱交換器２０２およびＨＴＳアセンブリ１１８（図１６Ｄ）を覆うことができる。スリーブ１６０８は、リードアセンブリ１１２の構造的支持を提供し、リードアセンブリ１１２をリードアセンブリ１１２の周囲から電気的に絶縁する。スリーブ１６０８は、Ｇ－１０で構成されてもよい。図１６Ｅは、その後に、下部コネクタ２１０がＨＴＳアセンブリ１１８の他方の端子１１０４（図１１Ａおよび図１１Ｂ参照）に結合されてスリーブ１６０８に結合されることを示す。スリーブ１６０８は、温度センサ１３０２を設置することができるように、１つまたは複数の窓１６０１を含むことができる。温度センサ１３０２が設置された後に、窓１６０１はパッチが当てられ、シールされる。インターコネクタ１６０２、ＨＴＳアセンブリ１１８、下部コネクタ２１０、および／または上部コネクタなどの導電性構成要素の結合は、はんだ付けによって達成されてもよい。
【0039】
本明細書に記載のシステムおよび方法の少なくとも１つの技術的効果は、（ａ）ランピング中に極低温剤の蒸発の減少を引き起こす極低温装置用の埋め込みリードアセンブリ、（ｂ）リードアセンブリに電流が流れていないときに極低温剤の蒸発が０またはほぼ０である埋め込みリードアセンブリ、（ｃ）埋め込みリードアセンブリ用の高効率熱交換器、（ｄ）積層造形法を用いて熱交換器およびリードアセンブリを設計および製造する工程、および（ｅ）極低温システムの極低温装置に電力を供給するためにＨＴＳアセンブリに結合された熱交換器を有する埋め込みリードアセンブリを含む極低温システムを含む。
【0040】
ノイズおよびアーチファクトを低減するシステムおよび方法の例示的な実施形態が、詳細に上述されている。システムおよび方法は、本明細書に記載の特定の実施形態に限定されず、むしろ、システムの構成要素および／または方法の動作は、本明細書に記載の他の構成要素および／または動作とは独立してかつ別個に利用されてもよい。さらに、記載された構成要素および／または動作はまた、他のシステム、方法、および／または装置において定義されるか、またはそれらと組み合わせて使用されてもよく、本明細書に記載されたシステムのみによる実施に限定されない。
【0041】
本発明の様々な実施形態の特定の特徴は、いくつかの図面に示され、他の図面には示されない場合があるが、これは単に便宜上のものである。本発明の原理によれば、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または特許請求することができる。
【0042】
本明細書は、最良の様式を含む本発明を開示するため、およびどのような当業者も、任意の装置またはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込まれた方法の実施を含む本発明の実践を可能にするために、実施例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
【0043】
［実施態様１］
極低温システム（１００）のリードアセンブリ（１１２）を製造する方法（９００）であって、
第１の端部と、前記第１の端部の反対側の第２の端部と、を有する熱交換器（２０２）の３次元（３Ｄ）モデルを開発するステップ（９０２）であって、前記熱交換器（２０２）は、前記第１の端部から前記第２の端部まで前記熱交換器（２０２）を通って長手方向に延在する複数のチャネル（２１２）を含み、前記複数のチャネル（２１２）は前記熱交換器（２０２）内に複数の熱表面（２１６）を形成し、前記熱交換器（２０２）は横断面（２１４）を有する、ステップ（９０２）と、
前記断面の面積を減少させることおよび前記複数の熱表面（２１６）を増加させることの少なくとも一方によって前記３Ｄモデルを修正するステップ（９０４）と、
前記修正された３Ｄモデルに従って導電性かつ熱伝導性材料を使用して前記熱交換器（２０２）を積層造形するステップ（９０６）と、
ＨＴＳストリップを含む高温超伝導体（ＨＴＳ）アセンブリ（１１８）を提供するステップと、
前記熱交換器（２０２）の前記第２の端部で前記ＨＴＳアセンブリ（１１８）を前記熱交換器（２０２）に接続するステップと、
を含む方法（９００）。
［実施態様２］
前記３Ｄモデルを修正するステップは、
前記熱交換器（２０２）の前記断面の前記面積を最小化するステップと、
前記熱交換器（２０２）の前記複数の熱表面（２１６）を最大化するステップと、
をさらに含む、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様３］
前記熱交換器（２０２）は、軸方向に延在し、前記複数のチャネル（２１２）を形成する複数のフィン（２２８）を含む、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様４］
前記複数のチャネル（２１２）は螺旋状である、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様５］
前記熱交換器（２０２）は、前記熱交換器（２０２）の内部でジグザグ状になり、前記複数のチャネル（２１２）を形成する複数のバッフル（８０２）を含む、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様６］
前記ＨＴＳアセンブリ（１１８）を提供するステップは、前記ＨＴＳストリップをエンクロージャ（１１０２）で封入するステップをさらに含み、前記エンクロージャ（１１０２）は、非導電性かつ非熱伝導性材料で構成される、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様７］
前記材料はＧ－１０である、実施態様６に記載の方法（９００）。
［実施態様８］
前記第１の端部における前記熱交換器（２０２）の温度を約１５０ケルビン（Ｋ）に維持しながら、前記第２の端部における前記熱交換器（２０２）の温度を試験するステップと、
前記第２の端部における前記熱交換器（２０２）の前記温度が５０Ｋよりも大きい場合には、前記３Ｄモデルを修正するステップを繰り返すステップと、
をさらに含む、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様９］
温度を試験するステップは、前記熱交換器（２０２）の熱交換のコンピュータシミュレーションに基づいて前記熱交換器（２０２）の前記温度を試験するステップをさらに含む、実施態様８に記載の方法（９００）。
［実施態様１０］
極低温システム（１００）であって、
極低温装置（１０４）を収容する容器（１０２）と、
前記容器（１０２）に埋め込まれ、前記極低温装置（１０４）に電流を供給するように構成されたリードアセンブリ（１１２）と、を含み、前記リードアセンブリ（１１２）は、
導電性かつ熱伝導性材料で構成され、電源に電気的に接続するように構成された第１の端部と、前記第１の端部の反対側の第２の端部と、を有する熱交換器（２０２）であって、前記第１の端部と前記第２の端部との間で前記熱交換器（２０２）を通って延在する複数のチャネル（２１２）をさらに含み、前記複数のチャネル（２１２）が前記熱交換器（２０２）内に複数の熱表面（２１６）を形成し、前記熱交換器（２０２）が横断面を有する、熱交換器（２０２）と、
前記熱交換器（２０２）の前記第２の端部において前記極低温装置（１０４）と前記熱交換器（２０２）との間に結合され、ＨＴＳストリップを含む高温超伝導体（ＨＴＳ）アセンブリと、を含み、
前記熱交換器（２０２）の前記断面および前記複数の熱表面（２１６）は、前記熱交換器（２０２）の前記第２の端部における温度が前記極低温装置（１０４）のランピング中に前記ＨＴＳストリップの臨界超伝導温度以下になるように、積層造形プロセスにおいて動的に修正される、極低温システム（１００）。
［実施態様１１］
前記熱交換器（２０２）は、軸方向に延在し、前記複数のチャネル（２１２）を形成する複数のフィン（２２８）を含む、実施態様１０に記載の極低温システム（１００）。
［実施態様１２］
前記複数のチャネル（２１２）は螺旋状である、実施態様１０に記載の極低温システム（１００）。
［実施態様１３］
前記熱交換器（２０２）は、前記熱交換器（２０２）の内部でジグザグ状になり、前記複数のチャネル（２１２）を形成する複数のバッフル（８０２）を含む、実施態様１０に記載の極低温システム（１００）。
［実施態様１４］
前記ＨＴＳアセンブリ（１１８）は、前記ＨＴＳストリップを封入するエンクロージャ（１１０２）をさらに含み、前記エンクロージャ（１１０２）は、非導電性かつ非熱伝導性材料で構成される、実施態様１０に記載の極低温システム（１００）。
［実施態様１５］
極低温システム（１００）のリードアセンブリ（１１２）であって、前記極低温システム（１００）は極低温装置（１０４）を収容する容器（１０２）を含み、前記リードアセンブリ（１１２）は、
導電性かつ熱伝導性材料で構成され、電源に電気的に接続するように構成された第１の端部と、前記第１の端部の反対側の第２の端部と、を有する熱交換器（２０２）であって、前記第１の端部から前記第２の端部まで前記熱交換器（２０２）を通って延在する複数のチャネル（２１２）をさらに含み、前記複数のチャネル（２１２）が前記熱交換器（２０２）内に複数の熱表面（２１６）を形成し、前記熱交換器（２０２）が横断面を有する、熱交換器（２０２）と、
前記熱交換器（２０２）の前記第２の端部において前記熱交換器（２０２）に結合され、前記極低温装置（１０４）に結合するように構成された高温超伝導体（ＨＴＳ）アセンブリであって、ＨＴＳストリップを含む高温超伝導体（ＨＴＳ）アセンブリと、を含み、
前記リードアセンブリ（１１２）は、前記極低温装置（１０４）に電流を供給するように構成され、前記容器（１０２）に埋め込まれるようにさらに構成され、前記熱交換器（２０２）の寸法および構造は、使用時に前記修正された熱交換器（２０２）の前記第２の端部の温度が前記極低温装置（１０４）のランピング中に前記ＨＴＳストリップの臨界超伝導温度以下になるように、積層造形プロセス中に動的に修正される、リードアセンブリ（１１２）。
［実施態様１６］
前記熱交換器（２０２）の前記断面の面積が最小化され、前記熱交換器（２０２）の前記複数の熱表面（２１６）が最大化される、実施態様１５に記載のリードアセンブリ（１１２）。
［実施態様１７］
前記熱交換器（２０２）は、軸方向に延在し、前記複数のチャネル（２１２）を形成する複数のフィン（２２８）を含む、実施態様１５に記載のリードアセンブリ（１１２）。
［実施態様１８］
前記複数のチャネル（２１２）は螺旋状である、実施態様１５に記載のリードアセンブリ（１１２）。
［実施態様１９］
前記ＨＴＳアセンブリ（１１８）は、前記ＨＴＳストリップを封入するエンクロージャ（１１０２）をさらに含み、前記エンクロージャ（１１０２）は、非導電性かつ非熱伝導性材料で構成される、実施態様１５に記載のリードアセンブリ（１１２）。
［実施態様２０］
前記材料はＧ－１０である、実施態様１５に記載のリードアセンブリ（１１２）。
極低温システム（１００）のリードアセンブリ（１１２）を製造する方法（９００）であって、
第１の端部と、前記第１の端部の反対側の第２の端部と、を有する熱交換器（２０２）の３次元（３Ｄ）モデルを開発するステップ（９０２）であって、前記熱交換器（２０２）は、前記第１の端部から前記第２の端部まで前記熱交換器（２０２）を通って長手方向に延在する複数のチャネル（２１２）を含み、前記複数のチャネル（２１２）は前記熱交換器（２０２）内に複数の熱表面（２１６）を形成し、前記熱交換器（２０２）は横断面（２１４）を有する、ステップ（９０２）と、
前記断面の面積を減少させることおよび前記複数の熱表面（２１６）を増加させることの少なくとも一方によって前記３Ｄモデルを修正するステップ（９０４）と、
前記修正された３Ｄモデルに従って導電性かつ熱伝導性材料を使用して前記熱交換器（２０２）を積層造形するステップ（９０６）と、
ＨＴＳストリップを含む高温超伝導体（ＨＴＳ）アセンブリ（１１８）を提供するステップと、
前記熱交換器（２０２）の前記第２の端部で前記ＨＴＳアセンブリ（１１８）を前記熱交換器（２０２）に接続するステップと、
を含む方法（９００）。
［実施態様２］
前記３Ｄモデルを修正するステップは、
前記熱交換器（２０２）の前記断面の前記面積を最小化するステップと、
前記熱交換器（２０２）の前記複数の熱表面（２１６）を最大化するステップと、
をさらに含む、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様３］
前記熱交換器（２０２）は、軸方向に延在し、前記複数のチャネル（２１２）を形成する複数のフィン（２２８）を含む、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様４］
前記複数のチャネル（２１２）は螺旋状である、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様５］
前記熱交換器（２０２）は、前記熱交換器（２０２）の内部でジグザグ状になり、前記複数のチャネル（２１２）を形成する複数のバッフル（８０２）を含む、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様６］
前記ＨＴＳアセンブリ（１１８）を提供するステップは、前記ＨＴＳストリップをエンクロージャ（１１０２）で封入するステップをさらに含み、前記エンクロージャ（１１０２）は、非導電性かつ非熱伝導性材料で構成される、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様７］
前記材料はＧ－１０である、実施態様６に記載の方法（９００）。
［実施態様８］
前記第１の端部における前記熱交換器（２０２）の温度を約１５０ケルビン（Ｋ）に維持しながら、前記第２の端部における前記熱交換器（２０２）の温度を試験するステップと、
前記第２の端部における前記熱交換器（２０２）の前記温度が５０Ｋよりも大きい場合には、前記３Ｄモデルを修正するステップを繰り返すステップと、
をさらに含む、実施態様１に記載の方法（９００）。
［実施態様９］
温度を試験するステップは、前記熱交換器（２０２）の熱交換のコンピュータシミュレーションに基づいて前記熱交換器（２０２）の前記温度を試験するステップをさらに含む、実施態様８に記載の方法（９００）。
［実施態様１０］
極低温システム（１００）であって、
極低温装置（１０４）を収容する容器（１０２）と、
前記容器（１０２）に埋め込まれ、前記極低温装置（１０４）に電流を供給するように構成されたリードアセンブリ（１１２）と、を含み、前記リードアセンブリ（１１２）は、
導電性かつ熱伝導性材料で構成され、電源に電気的に接続するように構成された第１の端部と、前記第１の端部の反対側の第２の端部と、を有する熱交換器（２０２）であって、前記第１の端部と前記第２の端部との間で前記熱交換器（２０２）を通って延在する複数のチャネル（２１２）をさらに含み、前記複数のチャネル（２１２）が前記熱交換器（２０２）内に複数の熱表面（２１６）を形成し、前記熱交換器（２０２）が横断面を有する、熱交換器（２０２）と、
前記熱交換器（２０２）の前記第２の端部において前記極低温装置（１０４）と前記熱交換器（２０２）との間に結合され、ＨＴＳストリップを含む高温超伝導体（ＨＴＳ）アセンブリと、を含み、
前記熱交換器（２０２）の前記断面および前記複数の熱表面（２１６）は、前記熱交換器（２０２）の前記第２の端部における温度が前記極低温装置（１０４）のランピング中に前記ＨＴＳストリップの臨界超伝導温度以下になるように、積層造形プロセスにおいて動的に修正される、極低温システム（１００）。
［実施態様１１］
前記熱交換器（２０２）は、軸方向に延在し、前記複数のチャネル（２１２）を形成する複数のフィン（２２８）を含む、実施態様１０に記載の極低温システム（１００）。
［実施態様１２］
前記複数のチャネル（２１２）は螺旋状である、実施態様１０に記載の極低温システム（１００）。
［実施態様１３］
前記熱交換器（２０２）は、前記熱交換器（２０２）の内部でジグザグ状になり、前記複数のチャネル（２１２）を形成する複数のバッフル（８０２）を含む、実施態様１０に記載の極低温システム（１００）。
［実施態様１４］
前記ＨＴＳアセンブリ（１１８）は、前記ＨＴＳストリップを封入するエンクロージャ（１１０２）をさらに含み、前記エンクロージャ（１１０２）は、非導電性かつ非熱伝導性材料で構成される、実施態様１０に記載の極低温システム（１００）。
［実施態様１５］
極低温システム（１００）のリードアセンブリ（１１２）であって、前記極低温システム（１００）は極低温装置（１０４）を収容する容器（１０２）を含み、前記リードアセンブリ（１１２）は、
導電性かつ熱伝導性材料で構成され、電源に電気的に接続するように構成された第１の端部と、前記第１の端部の反対側の第２の端部と、を有する熱交換器（２０２）であって、前記第１の端部から前記第２の端部まで前記熱交換器（２０２）を通って延在する複数のチャネル（２１２）をさらに含み、前記複数のチャネル（２１２）が前記熱交換器（２０２）内に複数の熱表面（２１６）を形成し、前記熱交換器（２０２）が横断面を有する、熱交換器（２０２）と、
前記熱交換器（２０２）の前記第２の端部において前記熱交換器（２０２）に結合され、前記極低温装置（１０４）に結合するように構成された高温超伝導体（ＨＴＳ）アセンブリであって、ＨＴＳストリップを含む高温超伝導体（ＨＴＳ）アセンブリと、を含み、
前記リードアセンブリ（１１２）は、前記極低温装置（１０４）に電流を供給するように構成され、前記容器（１０２）に埋め込まれるようにさらに構成され、前記熱交換器（２０２）の寸法および構造は、使用時に前記修正された熱交換器（２０２）の前記第２の端部の温度が前記極低温装置（１０４）のランピング中に前記ＨＴＳストリップの臨界超伝導温度以下になるように、積層造形プロセス中に動的に修正される、リードアセンブリ（１１２）。
［実施態様１６］
前記熱交換器（２０２）の前記断面の面積が最小化され、前記熱交換器（２０２）の前記複数の熱表面（２１６）が最大化される、実施態様１５に記載のリードアセンブリ（１１２）。
［実施態様１７］
前記熱交換器（２０２）は、軸方向に延在し、前記複数のチャネル（２１２）を形成する複数のフィン（２２８）を含む、実施態様１５に記載のリードアセンブリ（１１２）。
［実施態様１８］
前記複数のチャネル（２１２）は螺旋状である、実施態様１５に記載のリードアセンブリ（１１２）。
［実施態様１９］
前記ＨＴＳアセンブリ（１１８）は、前記ＨＴＳストリップを封入するエンクロージャ（１１０２）をさらに含み、前記エンクロージャ（１１０２）は、非導電性かつ非熱伝導性材料で構成される、実施態様１５に記載のリードアセンブリ（１１２）。
［実施態様２０］
前記材料はＧ－１０である、実施態様１５に記載のリードアセンブリ（１１２）。
【符号の説明】
【0044】
１００ 極低温システム
１０２ 容器
１０４ 極低温装置
１０６ コールドヘッド極低温冷凍機
１０８ 第１のステージ
１１０ 第２のステージ
１１２ リードアセンブリ
１１４ 電源
１１８ ＨＴＳアセンブリ
１２０ ＨＴＳ導体／ＨＴＳストリップ
２０２ 熱交換器
２０４ 第１の端部
２０５ 第２の端部
２０６ スリーブ
２０８ 上部コネクタ
２１０ 下部コネクタ
２１２ チャネル／孔
２１４ 横断面
２１６ 熱表面
２２１ 厚さ
２２３ 間隙
２２４ 外径
２２８ フィン
２３２ 長さ
２３４ 直径
２３６ 全空隙面積
２３８ 全中実面積
５０２ 電流リード／熱交換器
５０４ 溝
５０６ 電流リードの内部
５０８ 第１の端部
５１０ 第２の端部
５２６ 断面
６０２ 断面
６０４ 断面
７０２ 断面
７０４ 隔壁
７０６ 第１のセクション
７０８ 第２のセクション
８０２ バッフル
８１２ 螺旋状チャネル
９００ 方法
９０２ ステップ
９０４ ステップ
９０６ ステップ
１１０２ エンクロージャ
１１０２ａ エンクロージャの部分
１１０２ｂ エンクロージャの部分
１１０２ｃ エンクロージャの部分
１１０２ｄ エンクロージャの部分
１１０４ 端子
１２０２ 銅導体
１３０２ 温度センサ
１３０４ 底部
１４０２ 層
１５０２ カバー
１６０１ 窓
１６０２ インターコネクタ
１６０４ 第１のスロット
１６０６ 第２のスロット
１６０８ スリーブ
１８１２ ジグザグ状チャネル
１０２ 容器
１０４ 極低温装置
１０６ コールドヘッド極低温冷凍機
１０８ 第１のステージ
１１０ 第２のステージ
１１２ リードアセンブリ
１１４ 電源
１１８ ＨＴＳアセンブリ
１２０ ＨＴＳ導体／ＨＴＳストリップ
２０２ 熱交換器
２０４ 第１の端部
２０５ 第２の端部
２０６ スリーブ
２０８ 上部コネクタ
２１０ 下部コネクタ
２１２ チャネル／孔
２１４ 横断面
２１６ 熱表面
２２１ 厚さ
２２３ 間隙
２２４ 外径
２２８ フィン
２３２ 長さ
２３４ 直径
２３６ 全空隙面積
２３８ 全中実面積
５０２ 電流リード／熱交換器
５０４ 溝
５０６ 電流リードの内部
５０８ 第１の端部
５１０ 第２の端部
５２６ 断面
６０２ 断面
６０４ 断面
７０２ 断面
７０４ 隔壁
７０６ 第１のセクション
７０８ 第２のセクション
８０２ バッフル
８１２ 螺旋状チャネル
９００ 方法
９０２ ステップ
９０４ ステップ
９０６ ステップ
１１０２ エンクロージャ
１１０２ａ エンクロージャの部分
１１０２ｂ エンクロージャの部分
１１０２ｃ エンクロージャの部分
１１０２ｄ エンクロージャの部分
１１０４ 端子
１２０２ 銅導体
１３０２ 温度センサ
１３０４ 底部
１４０２ 層
１５０２ カバー
１６０１ 窓
１６０２ インターコネクタ
１６０４ 第１のスロット
１６０６ 第２のスロット
１６０８ スリーブ
１８１２ ジグザグ状チャネル
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図16D】
【図16E】
【図16F】
