JP2000171112A - 低温機器 - Google Patents
低温機器Info
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- JP2000171112A JP2000171112A JP34550298A JP34550298A JP2000171112A JP 2000171112 A JP2000171112 A JP 2000171112A JP 34550298 A JP34550298 A JP 34550298A JP 34550298 A JP34550298 A JP 34550298A JP 2000171112 A JP2000171112 A JP 2000171112A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 機器に対し1 つのみの搭載冷凍機であって
も、冷凍能力を低下させずに、傾斜角度を2 通り以上に
切り換えて運転が可能な低温機器を提供する。 【解決手段】 機器に対し1 個の冷凍機を搭載し、か
つ、機器の仕様傾斜角度を2 通り以上に切り換えて定常
運転を行う低温機器であって、鉛直下方向にシリンダヘ
ッドを配置した際に冷凍能力が最大となる冷凍機を搭載
するとともに、鉛直上方向の右手を正の角度、左手を負
の角度とし、低温機器の仕様傾斜角度の内の2 つを、鉛
直上方向に対する角度αおよびβとし、かつαおよびβ
が、−90°(度) ≦α≦90°、−90°≦β≦90°の範囲
である場合に、前記冷凍機の低温機器への搭載角度を、
鉛直方向に対し、略＋ (α−β)/2 °または略− (α−
β)/2 °とすることである。
も、冷凍能力を低下させずに、傾斜角度を2 通り以上に
切り換えて運転が可能な低温機器を提供する。 【解決手段】 機器に対し1 個の冷凍機を搭載し、か
つ、機器の仕様傾斜角度を2 通り以上に切り換えて定常
運転を行う低温機器であって、鉛直下方向にシリンダヘ
ッドを配置した際に冷凍能力が最大となる冷凍機を搭載
するとともに、鉛直上方向の右手を正の角度、左手を負
の角度とし、低温機器の仕様傾斜角度の内の2 つを、鉛
直上方向に対する角度αおよびβとし、かつαおよびβ
が、−90°(度) ≦α≦90°、−90°≦β≦90°の範囲
である場合に、前記冷凍機の低温機器への搭載角度を、
鉛直方向に対し、略＋ (α−β)/2 °または略− (α−
β)/2 °とすることである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超電導マグネット
やクライオポンプなど、冷凍機を用いて運転を行う低温
機器に関するものである。
やクライオポンプなど、冷凍機を用いて運転を行う低温
機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、低温機器としての超電導マグ
ネットやクライオポンプは、NMR(核磁気共鳴) 分光分析
装置や各種物性測定装置分野、或いは超電導リニアモー
ターカーなどの超電導マグネット利用分野、更には半導
体製造装置などの超高真空利用分野に用いられる。
ネットやクライオポンプは、NMR(核磁気共鳴) 分光分析
装置や各種物性測定装置分野、或いは超電導リニアモー
ターカーなどの超電導マグネット利用分野、更には半導
体製造装置などの超高真空利用分野に用いられる。
【０００３】そして、これら低温機器には、超電導マグ
ネットなどの冷却に用い、単体でヘリウム蒸発量をゼロ
にできる冷凍能力を有する4KGM式などの冷凍機 (以下、
単に4K冷凍機と言う) が搭載され、機器内を4K程度の極
低温に保持する。この4K冷凍機は、鉛直下方向にシリン
ダおよびシリンダヘッドを配置した際に冷凍能力が最大
となるよう設計され、低温機器に対して、鉛直下方向に
搭載および固定されて使用される。
ネットなどの冷却に用い、単体でヘリウム蒸発量をゼロ
にできる冷凍能力を有する4KGM式などの冷凍機 (以下、
単に4K冷凍機と言う) が搭載され、機器内を4K程度の極
低温に保持する。この4K冷凍機は、鉛直下方向にシリン
ダおよびシリンダヘッドを配置した際に冷凍能力が最大
となるよう設計され、低温機器に対して、鉛直下方向に
搭載および固定されて使用される。
【０００４】一方、例えば、4K冷凍機搭載の無冷媒型超
電導マグネットシステムにおいては、マグネット (クラ
イオスタット) 自体を、鉛直方向に対して平行 (縦型)
と垂直 (横型) の両方の角度 (2 方向) に切り換えて運
転する場合がある。
電導マグネットシステムにおいては、マグネット (クラ
イオスタット) 自体を、鉛直方向に対して平行 (縦型)
と垂直 (横型) の両方の角度 (2 方向) に切り換えて運
転する場合がある。
【０００５】このように、低温機器自体の傾斜角度を変
えて運転できるのは、これら低温機器が、冷媒として液
体ヘリウムを用いない、冷凍機搭載の無冷媒型であるた
めである。即ち、無冷媒型の超電導マグネットやクライ
オポンプステムにおいては、液体ヘリウムを冷媒として
用いた従来のタイプのように、使用乃至運転状態におけ
る低温機器の傾き (水平度) を液体ヘリウムの液面から
考慮する必要がなく、使用乃至運転状態における低温機
器の傾きを、用途や必要性に応じて適宜変更可能 (自由
な設置姿勢が選択可能) である。
えて運転できるのは、これら低温機器が、冷媒として液
体ヘリウムを用いない、冷凍機搭載の無冷媒型であるた
めである。即ち、無冷媒型の超電導マグネットやクライ
オポンプステムにおいては、液体ヘリウムを冷媒として
用いた従来のタイプのように、使用乃至運転状態におけ
る低温機器の傾き (水平度) を液体ヘリウムの液面から
考慮する必要がなく、使用乃至運転状態における低温機
器の傾きを、用途や必要性に応じて適宜変更可能 (自由
な設置姿勢が選択可能) である。
【０００６】このため、磁場を印加してのプロセスにあ
っては、途中で処理物に対する磁場印加方向を変更でき
る (磁場方向の2 方向切り換え) など、これまでの冷媒
型低温機器では不可能であったプロセスが可能となる。
したがって、経済効果なども含めて、機器の定常運転の
傾きを可変とした冷凍機搭載の無冷媒型低温機器に対す
る期待は大きい。
っては、途中で処理物に対する磁場印加方向を変更でき
る (磁場方向の2 方向切り換え) など、これまでの冷媒
型低温機器では不可能であったプロセスが可能となる。
したがって、経済効果なども含めて、機器の定常運転の
傾きを可変とした冷凍機搭載の無冷媒型低温機器に対す
る期待は大きい。
【０００７】しかし、このように機器全体の傾斜角度
(仕様傾斜角度) を2 通り以上に切り換えて定常運転を
行う低温機器の場合、従来では、この2 通りの定常運転
に対応して、一つの機器に対し、各々搭載角度を変えた
2 台の冷凍機を必要としていた。したがって、この分だ
け機器のコストアップや構造の複雑さや大型化につなが
っていた。
(仕様傾斜角度) を2 通り以上に切り換えて定常運転を
行う低温機器の場合、従来では、この2 通りの定常運転
に対応して、一つの機器に対し、各々搭載角度を変えた
2 台の冷凍機を必要としていた。したがって、この分だ
け機器のコストアップや構造の複雑さや大型化につなが
っていた。
【０００８】この理由は、冷凍機の冷凍能力が重力方向
に対する角度により増減するからである。また、冷凍機
は低温機器内の被冷却物に対して、可能な限り熱的に良
好な接触を得ることが重要となるが、冷凍機の仕様傾斜
角度が変化した場合、この熱的に良好な接触を得ること
が困難となるからである。
に対する角度により増減するからである。また、冷凍機
は低温機器内の被冷却物に対して、可能な限り熱的に良
好な接触を得ることが重要となるが、冷凍機の仕様傾斜
角度が変化した場合、この熱的に良好な接触を得ること
が困難となるからである。
【０００９】例えば、低温機器を水平から鉛直方向に傾
けて使用する場合、低温機器に固定されている冷凍機の
方向は鉛直方向から水平方向となる。前記した通り、4K
冷凍機の冷凍能力は鉛直方向で最大となっているため、
冷凍機の搭載角度が水平方向となることにより、重力方
向に対する角度が変わり、重力の影響により冷凍能力が
低下および不足し、極端な場合には機器内を設定極低温
に維持できなくなる。したがって、一つの機器に対し1
個の冷凍機を搭載し、かつ、機器全体の設置角度を2 通
りに切り換えて定常運転を行おうとする場合、冷凍機の
冷凍能力が最大となる角度を、当初の取り付け角度或い
は定常運転の際の一つの角度と設定しても、いずれの場
合も、定常運転により、冷凍機の運転角度を変えた場合
には、必然的に冷凍機の冷凍能力が低下することにな
る。
けて使用する場合、低温機器に固定されている冷凍機の
方向は鉛直方向から水平方向となる。前記した通り、4K
冷凍機の冷凍能力は鉛直方向で最大となっているため、
冷凍機の搭載角度が水平方向となることにより、重力方
向に対する角度が変わり、重力の影響により冷凍能力が
低下および不足し、極端な場合には機器内を設定極低温
に維持できなくなる。したがって、一つの機器に対し1
個の冷凍機を搭載し、かつ、機器全体の設置角度を2 通
りに切り換えて定常運転を行おうとする場合、冷凍機の
冷凍能力が最大となる角度を、当初の取り付け角度或い
は定常運転の際の一つの角度と設定しても、いずれの場
合も、定常運転により、冷凍機の運転角度を変えた場合
には、必然的に冷凍機の冷凍能力が低下することにな
る。
【００１０】このため、冷凍機の低温機器に対する搭載
角度を可変として、低温機器を水平から鉛直方向に傾け
て使用する場合にも、搭載する冷凍機の取り付け角度
を、冷凍能力が最大となる鉛直方向に維持する方法が考
えられる。
角度を可変として、低温機器を水平から鉛直方向に傾け
て使用する場合にも、搭載する冷凍機の取り付け角度
を、冷凍能力が最大となる鉛直方向に維持する方法が考
えられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】この冷凍機の低温機器
に対する搭載角度を変えることは、必然的に低温機器内
の被冷却物に対する冷凍機の角度を変化させることにつ
ながり、前記熱的に良好な両者の接触を保つためには、
低温機器内 (低温部分) での熱的接触部分の可動機構を
必要とする。
に対する搭載角度を変えることは、必然的に低温機器内
の被冷却物に対する冷凍機の角度を変化させることにつ
ながり、前記熱的に良好な両者の接触を保つためには、
低温機器内 (低温部分) での熱的接触部分の可動機構を
必要とする。
【００１２】しかしながら、この可動機構を、冷凍機と
低温機器内の被冷却物との熱伝達効率を低下させずに設
けること自体が困難であり、また、通常機器のコンパク
ト化のために冷凍能力が制約されている冷凍機への負荷
や、これに伴い同じ熱伝達効率を4Kなどの極低温領域で
確実に実現することの困難さを考慮すると、現実的な解
決方法とはならない。
低温機器内の被冷却物との熱伝達効率を低下させずに設
けること自体が困難であり、また、通常機器のコンパク
ト化のために冷凍能力が制約されている冷凍機への負荷
や、これに伴い同じ熱伝達効率を4Kなどの極低温領域で
確実に実現することの困難さを考慮すると、現実的な解
決方法とはならない。
【００１３】したがって、本発明は、機器に対し一つの
みの搭載冷凍機であっても、冷凍能力を低下させずに、
機器の仕様傾斜角度を2 通り以上に切り換えて運転が可
能な低温機器を提供することを目的とする。
みの搭載冷凍機であっても、冷凍能力を低下させずに、
機器の仕様傾斜角度を2 通り以上に切り換えて運転が可
能な低温機器を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この目的のための本発明
の要旨は、機器に対し1 個の冷凍機を搭載し、かつ、機
器の仕様傾斜角度を2 通り以上に切り換えて定常運転を
行う低温機器であって、鉛直下方向にシリンダヘッドを
配置した際に冷凍能力が最大となる冷凍機を搭載すると
ともに、鉛直上方向の右手を正の角度、左手を負の角度
とし、低温機器の仕様傾斜角度の内の2 つを、鉛直方向
に対する角度αおよびβとし、該仕様傾斜角度αおよび
βが、−90° (度) ≦α≦90°、−90°≦β≦90°の範
囲である場合に、前記冷凍機の低温機器への搭載角度
を、鉛直方向に対し、略＋ (α−β)/2 °または略−
(α−β)/2 °とすることである。
の要旨は、機器に対し1 個の冷凍機を搭載し、かつ、機
器の仕様傾斜角度を2 通り以上に切り換えて定常運転を
行う低温機器であって、鉛直下方向にシリンダヘッドを
配置した際に冷凍能力が最大となる冷凍機を搭載すると
ともに、鉛直上方向の右手を正の角度、左手を負の角度
とし、低温機器の仕様傾斜角度の内の2 つを、鉛直方向
に対する角度αおよびβとし、該仕様傾斜角度αおよび
βが、−90° (度) ≦α≦90°、−90°≦β≦90°の範
囲である場合に、前記冷凍機の低温機器への搭載角度
を、鉛直方向に対し、略＋ (α−β)/2 °または略−
(α−β)/2 °とすることである。
【００１５】本発明者らは、前記要旨とすることによ
り、鉛直下方向にシリンダヘッドを配置した際の最大の
冷凍能力よりは低下するものの、低温機器の2 つ以上の
傾斜角度の各々の定常運転角度に対し、一つの冷凍機
の、各々の傾斜角度での冷凍能力を最大にできることを
知見した。
り、鉛直下方向にシリンダヘッドを配置した際の最大の
冷凍能力よりは低下するものの、低温機器の2 つ以上の
傾斜角度の各々の定常運転角度に対し、一つの冷凍機
の、各々の傾斜角度での冷凍能力を最大にできることを
知見した。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明を更に図を用いて説明す
る。図1 は、低温機器2(例えばクライオスタット) の2
通りの仕様傾斜角度と、低温機器2 に搭載する冷凍機1
の搭載角度との関係を示す説明図である。図1 におい
て、冷凍機1 を搭載する低温機器2 の2 通りの仕様傾斜
角度αと、βとは、低温機器2 の定常 (使用頻度の高
い) 運転角度であり、図1 では、鉛直方向に対し (鉛直
上方からの) 角度α° (度) と、β°の2 通りの場合を
示している。
る。図1 は、低温機器2(例えばクライオスタット) の2
通りの仕様傾斜角度と、低温機器2 に搭載する冷凍機1
の搭載角度との関係を示す説明図である。図1 におい
て、冷凍機1 を搭載する低温機器2 の2 通りの仕様傾斜
角度αと、βとは、低温機器2 の定常 (使用頻度の高
い) 運転角度であり、図1 では、鉛直方向に対し (鉛直
上方からの) 角度α° (度) と、β°の2 通りの場合を
示している。
【００１７】この仕様傾斜角度αおよびβは、超電導マ
グネットやクライオポンプでは、通常、−90°≦α≦90
°、−90°≦β≦90°の範囲で用いられる。なお、図1
では鉛直上方向の右手を正の角度、左手を負の角度と
し、鉛直上方に対し左回りの角度をα、右回りの角度を
βとしているが、αとβとの鉛直上方に対する右左に制
約はなく、αとβとが共に右回りの角度であっても良
い。
グネットやクライオポンプでは、通常、−90°≦α≦90
°、−90°≦β≦90°の範囲で用いられる。なお、図1
では鉛直上方向の右手を正の角度、左手を負の角度と
し、鉛直上方に対し左回りの角度をα、右回りの角度を
βとしているが、αとβとの鉛直上方に対する右左に制
約はなく、αとβとが共に右回りの角度であっても良
い。
【００１８】そして、αとβとが共に右回りの角度であ
り、αとβとがα＜βの場合、冷凍機の低温機器への搭
載角度を、前記仕様傾斜角度がαの場合には略＋ (α−
β)/2 °、前記仕様傾斜角度がβの場合には略−( α−
β)/2 とすることが、各々の仕様傾斜角度での冷凍機の
冷凍能力を最大とすることができ好ましい。
り、αとβとがα＜βの場合、冷凍機の低温機器への搭
載角度を、前記仕様傾斜角度がαの場合には略＋ (α−
β)/2 °、前記仕様傾斜角度がβの場合には略−( α−
β)/2 とすることが、各々の仕様傾斜角度での冷凍機の
冷凍能力を最大とすることができ好ましい。
【００１９】したがって、冷凍機の搭載角度を、この2
つの搭載角度以外の角度から選択した場合には、前記従
来技術と同じことになり、必然的に冷凍機の冷凍能力が
低下することになる。
つの搭載角度以外の角度から選択した場合には、前記従
来技術と同じことになり、必然的に冷凍機の冷凍能力が
低下することになる。
【００２０】なお、前記本発明の冷凍機の搭載角度の規
定について、略＋ (α−β)/2 °および略−( α−β)/
2 とするのは、鉛直方向に対し、厳密に( α−β)/2 °
とせずとも、冷凍機の各々の傾斜角度での冷凍能力の90
% 以上を確保できれば、冷凍機の冷凍能力の著しい低下
はないので、多少の角度のズレ、例えば±10% 以内、好
ましくは± 5% 以内での角度のズレは許容される。
定について、略＋ (α−β)/2 °および略−( α−β)/
2 とするのは、鉛直方向に対し、厳密に( α−β)/2 °
とせずとも、冷凍機の各々の傾斜角度での冷凍能力の90
% 以上を確保できれば、冷凍機の冷凍能力の著しい低下
はないので、多少の角度のズレ、例えば±10% 以内、好
ましくは± 5% 以内での角度のズレは許容される。
【００２１】更に、低温機器の仕様傾斜角度は、低温機
器の通常乃至定常運転時の使用傾斜角度の意味であっ
て、低温機器では、基本的には、2 通りの通常乃至定常
運転時の仕様傾斜角度が要求される。しかし、本発明に
おいては、2 通りの仕様傾斜角度の場合だけに限定しな
い。即ち、2 通り以上の低温機器の仕様傾斜角度がある
場合、冷凍機の搭載角度は、最も使用頻度の多い2 通り
の仕様傾斜角度を選択するか、または、鉛直上方向に対
する傾斜角度のより大きい2 通りの仕様傾斜角度を選択
すれば、2 通りの仕様傾斜角度の場合よりは劣るもの
の、冷凍機の冷凍能力の低下を小さく抑制できる。
器の通常乃至定常運転時の使用傾斜角度の意味であっ
て、低温機器では、基本的には、2 通りの通常乃至定常
運転時の仕様傾斜角度が要求される。しかし、本発明に
おいては、2 通りの仕様傾斜角度の場合だけに限定しな
い。即ち、2 通り以上の低温機器の仕様傾斜角度がある
場合、冷凍機の搭載角度は、最も使用頻度の多い2 通り
の仕様傾斜角度を選択するか、または、鉛直上方向に対
する傾斜角度のより大きい2 通りの仕様傾斜角度を選択
すれば、2 通りの仕様傾斜角度の場合よりは劣るもの
の、冷凍機の冷凍能力の低下を小さく抑制できる。
【００２２】
【実施例１】図2 にクライオスタットの概略を示す通
り、4K冷凍機1 をテスト用クライオスタット2 に搭載し
て、2 つの仕様傾斜角度 (定常運転角度) で運転し、ク
ライオスタット2 中のセカンドステージ4 (3はファース
トステージ) の到達温度を比較した。クライオスタット
2 の2 つの仕様傾斜角度αおよびβを、鉛直上方向に対
し右回りの角度でα=40 °とβ=60 °を設定した。この
場合、搭載する4K冷凍機1 の搭載角度は、仕様傾斜角度
がαの場合には略＋ (α−β)/2 °、仕様傾斜角度がβ
の場合には略−( α−β)/2 とする関係から、α=40 °
に対して−10°(鉛直上方より左回り) 、β=60 °に対
して＋10°( 鉛直上方より右回り) とし、マグネット
(クライオスタット) の軸に対しては＋50°の角度で搭
載するものとした。4K冷凍機1 の諸元を表1 に示す。
り、4K冷凍機1 をテスト用クライオスタット2 に搭載し
て、2 つの仕様傾斜角度 (定常運転角度) で運転し、ク
ライオスタット2 中のセカンドステージ4 (3はファース
トステージ) の到達温度を比較した。クライオスタット
2 の2 つの仕様傾斜角度αおよびβを、鉛直上方向に対
し右回りの角度でα=40 °とβ=60 °を設定した。この
場合、搭載する4K冷凍機1 の搭載角度は、仕様傾斜角度
がαの場合には略＋ (α−β)/2 °、仕様傾斜角度がβ
の場合には略−( α−β)/2 とする関係から、α=40 °
に対して−10°(鉛直上方より左回り) 、β=60 °に対
して＋10°( 鉛直上方より右回り) とし、マグネット
(クライオスタット) の軸に対しては＋50°の角度で搭
載するものとした。4K冷凍機1 の諸元を表1 に示す。
【００２３】なお、セカンドステージ4 の到達温度はCG
R 抵抗温度計で測定した。そして、運転は、クライオス
タット2 をターボ分子ポンプ( 図示せず) を用いて、2.
0 ×10-4Torrまで室温にて真空排気した後、4K冷凍機1
の運転を開始するようにした。そして、4K冷凍機1 の運
転開始後、約8 時間でセカンドステージ4 は4K近傍に到
達した。この時点でのセカンドステージ4 の到達真空度
は8.0 ×10-7Torrであった。更に、セカンドステージ4
の4K近傍到達から、更に5 時間後の到達温度をクライオ
スタット2 の2 つの仕様傾斜角度 (α=40 °、β=60
°) について測定した。
R 抵抗温度計で測定した。そして、運転は、クライオス
タット2 をターボ分子ポンプ( 図示せず) を用いて、2.
0 ×10-4Torrまで室温にて真空排気した後、4K冷凍機1
の運転を開始するようにした。そして、4K冷凍機1 の運
転開始後、約8 時間でセカンドステージ4 は4K近傍に到
達した。この時点でのセカンドステージ4 の到達真空度
は8.0 ×10-7Torrであった。更に、セカンドステージ4
の4K近傍到達から、更に5 時間後の到達温度をクライオ
スタット2 の2 つの仕様傾斜角度 (α=40 °、β=60
°) について測定した。
【００２４】その結果、α=40 °の場合、セカンドステ
ージ4 の最低到達温度は3.96K であり、β=60 °の場合
も最低到達温度は3.96K であった。したがって、本発明
によって、クライオスタット2 の2 つの仕様傾斜角度(
α=40 °、β=60 °) によっても、冷凍機の性能が十分
発揮されることが分かる。
ージ4 の最低到達温度は3.96K であり、β=60 °の場合
も最低到達温度は3.96K であった。したがって、本発明
によって、クライオスタット2 の2 つの仕様傾斜角度(
α=40 °、β=60 °) によっても、冷凍機の性能が十分
発揮されることが分かる。
【００２５】比較のために、冷凍機の搭載角度が水平方
向となる角度 (クライオスタット2の鉛直上方に対する
仕様傾斜角度が40°) でクライオスタット2 を運転した
場合、セカンドステージ4 の最低到達温度は、4.51K で
あった。この事実から冷凍機が水平状態では4K冷凍機の
能力が十分発揮されないことが分かり、更に、本発明に
より、冷凍機が水平状態でも、冷凍性能の低下が抑制さ
れていることが分かる。
向となる角度 (クライオスタット2の鉛直上方に対する
仕様傾斜角度が40°) でクライオスタット2 を運転した
場合、セカンドステージ4 の最低到達温度は、4.51K で
あった。この事実から冷凍機が水平状態では4K冷凍機の
能力が十分発揮されないことが分かり、更に、本発明に
より、冷凍機が水平状態でも、冷凍性能の低下が抑制さ
れていることが分かる。
【００２６】更に、クライオスタット2 の2 つの仕様傾
斜角度 (α=40 °、β=60 °) に加えて、もう1 つの仕
様傾斜角度 (γ=80 °) が加わった場合を、前記例と同
じ運転条件で試験した。なお、4K冷凍機1 の搭載角度は
前記例と同じとした。この場合、セカンドステージ4 の
仕様傾斜角度 (γ=80 °) の最低到達温度は4.05K であ
った。したがって、この事実から、前記α°、β°とい
う2 通りの低温機器の仕様傾斜角度に加えて、2 通り以
上の低温機器の仕様傾斜角度となった場合でも、冷凍機
の冷凍能力の低下を小さく抑制できることが分かる。
斜角度 (α=40 °、β=60 °) に加えて、もう1 つの仕
様傾斜角度 (γ=80 °) が加わった場合を、前記例と同
じ運転条件で試験した。なお、4K冷凍機1 の搭載角度は
前記例と同じとした。この場合、セカンドステージ4 の
仕様傾斜角度 (γ=80 °) の最低到達温度は4.05K であ
った。したがって、この事実から、前記α°、β°とい
う2 通りの低温機器の仕様傾斜角度に加えて、2 通り以
上の低温機器の仕様傾斜角度となった場合でも、冷凍機
の冷凍能力の低下を小さく抑制できることが分かる。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【実施例２】図3 に示す通り、実施例１と同じ表1 の諸
元の4K冷凍機5 を、NbTi合金系超電導マグネット7 とと
もに、テスト用クライオスタット6 に搭載して、2 つの
仕様傾斜角度 (定常運転角度) に対するセカンドステー
ジの到達温度を比較した。クライオスタット6 の2 つの
仕様傾斜角度として、マグネットのボアが鉛直方向(α=
0°、図3(b)) と水平方向 (β=90 °図3(c)) の2 通り
に設定した。この場合、搭載する4K冷凍機1 の搭載角度
は、クライオスタット6 のいずれの仕様傾斜角度に対し
ても、( α−β)/2 、即ち45°と−45°とした。
元の4K冷凍機5 を、NbTi合金系超電導マグネット7 とと
もに、テスト用クライオスタット6 に搭載して、2 つの
仕様傾斜角度 (定常運転角度) に対するセカンドステー
ジの到達温度を比較した。クライオスタット6 の2 つの
仕様傾斜角度として、マグネットのボアが鉛直方向(α=
0°、図3(b)) と水平方向 (β=90 °図3(c)) の2 通り
に設定した。この場合、搭載する4K冷凍機1 の搭載角度
は、クライオスタット6 のいずれの仕様傾斜角度に対し
ても、( α−β)/2 、即ち45°と−45°とした。
【００２９】図4 に、マグネットのボアを鉛直方向( α
=0°、図3(b)) に設置して定常運転した場合の冷却の様
子（超電導マグネットの冷却曲線）をファーストステー
ジおよびセカンドステージの両ステージについて示す
(□印がファーストステージ、○印がセカンドステージ)
。図4 に示す通り、4K冷凍機の運転開始後、およそ21
時間にてセカンドステージの冷却が終了し、マグネット
励磁可能な状態となった。この後、5 時間経過した時点
でのマグネット各部 (図3 のA 、B 、C 、D ) の温度を
測定した。各部の到達温度測定後、10A/min の励磁速度
でマグネット各部を励磁して、クエンチ時の最大発生磁
場を測定した。また、マグネットのボアが水平方向 (β
=90 °図3(c)) の定常運転の場合についても、図3(b)と
全く同様の冷却条件で到達温度とクエンチ時の最大発生
磁場を測定した。なお、電流リードにはBi-2223 系の酸
化物超電導体の中空バルクを用いた。これらの結果を表
2 に示す。
=0°、図3(b)) に設置して定常運転した場合の冷却の様
子（超電導マグネットの冷却曲線）をファーストステー
ジおよびセカンドステージの両ステージについて示す
(□印がファーストステージ、○印がセカンドステージ)
。図4 に示す通り、4K冷凍機の運転開始後、およそ21
時間にてセカンドステージの冷却が終了し、マグネット
励磁可能な状態となった。この後、5 時間経過した時点
でのマグネット各部 (図3 のA 、B 、C 、D ) の温度を
測定した。各部の到達温度測定後、10A/min の励磁速度
でマグネット各部を励磁して、クエンチ時の最大発生磁
場を測定した。また、マグネットのボアが水平方向 (β
=90 °図3(c)) の定常運転の場合についても、図3(b)と
全く同様の冷却条件で到達温度とクエンチ時の最大発生
磁場を測定した。なお、電流リードにはBi-2223 系の酸
化物超電導体の中空バルクを用いた。これらの結果を表
2 に示す。
【００３０】また、比較のために、前記クライオスタッ
ト6 の2 つの仕様傾斜角度に対し、搭載する4K冷凍機5
の搭載角度が (α−β)/2 となる関係から外れる運転角
度で運転した例、即ち、4K冷凍機の搭載角度を0 °( 鉛
直方向下方、図3(d)、αが45°) および−90°( 水平方
向、図3(e)、βが45°) となる運転角度とした例の、マ
グネット各部( 図3 のA 、B 、C 、D ) の到達温度と、
最大発生磁場を、前記実施例と同様に測定した。
ト6 の2 つの仕様傾斜角度に対し、搭載する4K冷凍機5
の搭載角度が (α−β)/2 となる関係から外れる運転角
度で運転した例、即ち、4K冷凍機の搭載角度を0 °( 鉛
直方向下方、図3(d)、αが45°) および−90°( 水平方
向、図3(e)、βが45°) となる運転角度とした例の、マ
グネット各部( 図3 のA 、B 、C 、D ) の到達温度と、
最大発生磁場を、前記実施例と同様に測定した。
【００３１】この表2 に示す通り、マグネットのボア
(クライオスタット6)が垂直、或いは水平の仕様傾斜角
度運転の場合( 図3(b)、(c))のいずれも、マグネット各
部の到達温度とクエンチ時の最大発生磁場は殆ど同じ
で、4K冷凍機の搭載角度を、鉛直方向上方に対する角度
を45°とした発明の効果が立証されている。
(クライオスタット6)が垂直、或いは水平の仕様傾斜角
度運転の場合( 図3(b)、(c))のいずれも、マグネット各
部の到達温度とクエンチ時の最大発生磁場は殆ど同じ
で、4K冷凍機の搭載角度を、鉛直方向上方に対する角度
を45°とした発明の効果が立証されている。
【００３２】また、4K冷凍機の搭載角度が鉛直方向下方
となるように運転した場合 (図3(d)) に冷凍機効率が最
大となり、また、4K冷凍機の搭載角度が水平方向となる
ように運転した場合 (図3(e)) に冷凍効率が最小となっ
ている。
となるように運転した場合 (図3(d)) に冷凍機効率が最
大となり、また、4K冷凍機の搭載角度が水平方向となる
ように運転した場合 (図3(e)) に冷凍効率が最小となっ
ている。
【００３３】即ち、4K冷凍機の搭載角度が鉛直方向下方
となす角度が、0 °、45°、90°の順に最大発生磁場が
減少しており、冷凍能力が減少していることが確認でき
る。特に、4K冷凍機の搭載角度が水平となるように設置
した場合( 図3(e)) には、最大発生磁場が4.7Tと低い値
にとどまり、マグネットの性能が十分発揮されないこと
が確認された。したがって、搭載する4K冷凍機1 の搭載
角度が (α−β)/2 となる関係から外れる運転角度で運
転した場合には、4K冷凍機の搭載角度が鉛直方向下方と
なるように運転した場合 (図3(d)) 以外には、図3(e)の
ように冷凍効率が著しく低下することが分かる。
となす角度が、0 °、45°、90°の順に最大発生磁場が
減少しており、冷凍能力が減少していることが確認でき
る。特に、4K冷凍機の搭載角度が水平となるように設置
した場合( 図3(e)) には、最大発生磁場が4.7Tと低い値
にとどまり、マグネットの性能が十分発揮されないこと
が確認された。したがって、搭載する4K冷凍機1 の搭載
角度が (α−β)/2 となる関係から外れる運転角度で運
転した場合には、4K冷凍機の搭載角度が鉛直方向下方と
なるように運転した場合 (図3(d)) 以外には、図3(e)の
ように冷凍効率が著しく低下することが分かる。
【００３４】
【表２】
【００３５】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明により、1 個
のみの搭載冷凍機であっても、冷凍能力を低下させず
に、機器の仕様傾斜角度を2 通り以上に切り換えて運転
が可能な低温機器を提供することができる。
のみの搭載冷凍機であっても、冷凍能力を低下させず
に、機器の仕様傾斜角度を2 通り以上に切り換えて運転
が可能な低温機器を提供することができる。
【図１】本発明の実施態様を示し、低温機器の仕様傾斜
角度と、低温機器に搭載する冷凍機の搭載角度との関係
を示す説明図である。
角度と、低温機器に搭載する冷凍機の搭載角度との関係
を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例を示し、4K冷凍機をクライオス
タットに搭載した概略構造を示す説明図である。
タットに搭載した概略構造を示す説明図である。
【図３】本発明の実施例を示し、クライオスタットのセ
カンドステージの到達温度を示す説明図である。
カンドステージの到達温度を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例を示し、超電導マグネットの冷
却曲線を示す説明図である。
却曲線を示す説明図である。
1:4K 冷凍機、2:クライオスタット、3:ファーストステ
ージ、4: セカンドステージ、5:4K冷凍機、6:クライオ
スタット、7: 超電導マグネット、
ージ、4: セカンドステージ、5:4K冷凍機、6:クライオ
スタット、7: 超電導マグネット、
Claims (5)
- 【請求項１】 機器に対し1 個の冷凍機を搭載し、か
つ、機器の仕様傾斜角度を2 通り以上に切り換えて定常
運転を行う低温機器であって、鉛直下方向にシリンダヘ
ッドを配置した際に冷凍能力が最大となる冷凍機を搭載
するとともに、鉛直上方向の右手を正の角度、左手を負
の角度とし、低温機器の仕様傾斜角度の内の2 つを、鉛
直上方向に対する角度αおよびβとし、かつαおよびβ
が、−90° (度) ≦α≦90°、−90°≦β≦90°の範囲
である場合に、前記冷凍機の低温機器への搭載角度を、
鉛直方向に対し、略＋ (α−β)/2 °または略− (α−
β)/2 °とすることを特徴とする低温機器。 - 【請求項２】 前記αおよびβが、鉛直上方向に対し右
回りの角度である請求項１に記載の低温機器。 - 【請求項３】 前記αとβとがα＜βの場合、冷凍機の
低温機器への搭載角度を、前記仕様傾斜角度がαの場合
には略＋ (α−β)/2 °、前記仕様傾斜角度がβの場合
には略−( α−β)/2 とする請求項１または２に記載の
低温機器。 - 【請求項４】 前記冷凍機が4K冷凍機である請求項１乃
至３のいずれか１項に記載の低温機器。 - 【請求項５】 前記低温機器が超電導マグネット或いは
クライオポンプである請求項１乃至４のいずれか１項に
記載の低温機器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34550298A JP2000171112A (ja) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | 低温機器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34550298A JP2000171112A (ja) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | 低温機器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000171112A true JP2000171112A (ja) | 2000-06-23 |
Family
ID=18377024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34550298A Pending JP2000171112A (ja) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | 低温機器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000171112A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002093616A (ja) * | 2000-09-18 | 2002-03-29 | Hitachi Medical Corp | 開放型超電導磁石装置及びこれを用いた磁気共鳴イメージング装置 |
-
1998
- 1998-12-04 JP JP34550298A patent/JP2000171112A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002093616A (ja) * | 2000-09-18 | 2002-03-29 | Hitachi Medical Corp | 開放型超電導磁石装置及びこれを用いた磁気共鳴イメージング装置 |
| JP4565721B2 (ja) * | 2000-09-18 | 2010-10-20 | 株式会社日立メディコ | 超電導磁石装置、及びｍｒｉ装置 |
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