JP2006078070A - Cooling device - Google Patents

Cooling device Download PDF

Info

Publication number
JP2006078070A
JP2006078070A JP2004261526A JP2004261526A JP2006078070A JP 2006078070 A JP2006078070 A JP 2006078070A JP 2004261526 A JP2004261526 A JP 2004261526A JP 2004261526 A JP2004261526 A JP 2004261526A JP 2006078070 A JP2006078070 A JP 2006078070A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat transfer
cooling
refrigerator
cooling device
transfer path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004261526A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Kanao
憲一 金尾
Katsuhiro Narasaki
勝弘 楢崎
Takenao Tsurutome
武尚 鶴留
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP2004261526A priority Critical patent/JP2006078070A/en
Publication of JP2006078070A publication Critical patent/JP2006078070A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling device adapted to cool a plurality of cooling objects by a refrigerating machine, which can efficiently cool a plurality of cooling objects differed in cooling temperature stored in the device. <P>SOLUTION: In the refrigerating machine including a vacuum vessel 41, a superconductive magnet coil 54 provided within the vacuum vessel 41, a magnetic body salt pill 58 field-applied by the magnet coil 54, a GM (Giffort-McMahon) freezer 70 generating cold air, a first heat transfer passage thermally connecting the magnetic body salt pill 58 to the freezer 70, and a second heat transfer passage thermally connecting the magnet coil 54 to the freezer 70. In this refrigerating machine, the first heat transfer passage and the second heat transfer passage are constituted to be thermally independent from each other. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は冷却装置に係り、特に冷凍機により複数の被冷却物を冷却する構成とされた冷却装置に関する。   The present invention relates to a cooling device, and more particularly to a cooling device configured to cool a plurality of objects to be cooled by a refrigerator.

一般に、低温化技術の一つとして断熱消磁法が知られている。この断熱消磁法は、磁場によって磁性体の磁場エントロピーを制御することによって温度を変化させる方法である。この断熱消磁法によれば、磁性体と印加する磁場の強さを選ぶことで、常温から1K以下の超低温まで発生することが可能である。   In general, an adiabatic demagnetization method is known as one of low temperature techniques. This adiabatic demagnetization method is a method in which the temperature is changed by controlling the magnetic field entropy of the magnetic material by a magnetic field. According to this adiabatic demagnetization method, it is possible to generate from a normal temperature to an ultra-low temperature of 1K or less by selecting a magnetic material and the strength of a magnetic field to be applied.

この断熱消磁法を利用して超低温を発生する冷却装置は、磁性体に超電導マグネットで発生させた磁場を印加すると共に、熱スイッチを介して例えばギフォード・マクマホン式冷凍機(以下、GM冷凍機とする)を磁性体に熱的に接続し、磁性体の温度を制御する構成とされている。よって、断熱消磁法を利用した冷却装置は、必然的にその内部に強い磁場が形成されることとなる。   A cooling device that generates ultra-low temperature using this adiabatic demagnetization method applies a magnetic field generated by a superconducting magnet to a magnetic material and, for example, a Gifford McMahon refrigerator (hereinafter referred to as a GM refrigerator) via a thermal switch. Is thermally connected to the magnetic body to control the temperature of the magnetic body. Therefore, a cooling device using the adiabatic demagnetization method inevitably forms a strong magnetic field inside.

上記の断熱消磁を利用した冷却装置は、例えばX線分析装置(エネルギー分散型X線分析装置等)に適用され、X線検出素子を冷却するのに用いられる。X線検出素子を冷却することにより、ノイズ低減図ることが可能となり、分析精度を高めることができる。   The cooling device using the above-described adiabatic demagnetization is applied to, for example, an X-ray analyzer (such as an energy dispersive X-ray analyzer) and used to cool an X-ray detection element. By cooling the X-ray detection element, noise can be reduced and analysis accuracy can be increased.

また、この冷却装置の稼動中は、超電導マグネットは4K程度に冷却され、また磁性体は0.05Kの超低温となる。このため、この種の冷却装置では、超電導マグネット及び磁性体等は、多段の輻射シールドが行われた真空容器内に装着された構成とされる(例えば、特許文献1参照)。   Further, during operation of this cooling device, the superconducting magnet is cooled to about 4K, and the magnetic material is at an ultra-low temperature of 0.05K. For this reason, in this kind of cooling device, a superconducting magnet, a magnetic body, etc. are set as the structure mounted in the vacuum vessel in which the multistage radiation shield was performed (for example, refer patent document 1).

図8は、従来の断熱消磁を利用した冷却装置10の一例を示す概略構成図である。同図に示すように、冷却装置10は真空容器11内に第1の輻射シールド13及び第2の輻射シールド14を有しており、第2の輻射シールド14の内部に超電導マグネットコイル12が配設されている。超電導マグネットコイル12により磁界が印加される磁性体20は、円筒状の超電導マグネットコイル12の内部に配設されている。   FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a cooling device 10 using a conventional adiabatic demagnetization. As shown in the figure, the cooling device 10 has a first radiation shield 13 and a second radiation shield 14 in a vacuum vessel 11, and a superconducting magnet coil 12 is arranged inside the second radiation shield 14. It is installed. The magnetic body 20 to which a magnetic field is applied by the superconducting magnet coil 12 is disposed inside the cylindrical superconducting magnet coil 12.

超電導マグネットコイル12及び磁性体20を冷却するGM冷凍機17は、第1冷却部18と第2冷却部19とを有している。第1冷却部18は、第1の輻射シールド13に配設された第1の冷却ステージ15と熱的に接続されている。これにより、第1の冷却ステージ15は、40K〜80Kに冷却される。また、第2冷却部19は、第2の輻射シールド14に配設された第1の冷却ステージ16に熱的に接続されている。これにより第1の冷却ステージ16は、4K程度に冷却される。   The GM refrigerator 17 that cools the superconducting magnet coil 12 and the magnetic body 20 includes a first cooling unit 18 and a second cooling unit 19. The first cooling unit 18 is thermally connected to the first cooling stage 15 disposed on the first radiation shield 13. As a result, the first cooling stage 15 is cooled to 40K to 80K. The second cooling unit 19 is thermally connected to the first cooling stage 16 disposed on the second radiation shield 14. As a result, the first cooling stage 16 is cooled to about 4K.

従来では、超電導マグネットコイル12及び磁性体20は、いずれも第1の冷却ステージ16に熱的に接続した状態で配設されており、よってGM冷凍機17に熱的に接続した第1の冷却ステージ16により共に冷却される構成とされていた。
特開平11−233332号公報
Conventionally, both the superconducting magnet coil 12 and the magnetic body 20 are disposed in a state of being thermally connected to the first cooling stage 16, and thus the first cooling thermally connected to the GM refrigerator 17. It was set as the structure cooled by the stage 16 together.
JP-A-11-233332

しかしながら、従来の冷却装置10では、GM冷凍機17により冷却される超電導マグネットコイル12及び磁性体20がいずれも第1の冷却ステージ16上に配設された構成とされていた。しかしながら、上記のように磁性体20は0.05Kの超低温に冷却されるのに対し、超電導マグネットコイル12は約6K程度で超電導を実現できる。   However, in the conventional cooling device 10, the superconducting magnet coil 12 and the magnetic body 20 that are cooled by the GM refrigerator 17 are both arranged on the first cooling stage 16. However, while the magnetic body 20 is cooled to an ultra-low temperature of 0.05K as described above, the superconducting magnet coil 12 can achieve superconductivity at about 6K.

このように従来では、冷却温度に大きく差を有する超電導マグネットコイル12と磁性体20とを同一の第1の冷却ステージ16に配設して冷却していたため、効率のよい冷却を行うことができないという問題点があった。   Thus, conventionally, since the superconducting magnet coil 12 and the magnetic body 20 having a large difference in cooling temperature are disposed on the same first cooling stage 16 for cooling, efficient cooling cannot be performed. There was a problem.

即ち、超電導マグネットコイル12は電流を流し励磁した際に必然的に温度が上昇するが、この温度の上昇は第1の冷却ステージ16を介して磁性体20に熱伝導してしまい、磁性体20の断熱消磁運転の最低温度が上昇してしまう。   In other words, the temperature of the superconducting magnet coil 12 inevitably rises when an electric current is passed through it, and this rise in temperature is conducted to the magnetic body 20 via the first cooling stage 16, and the magnetic body 20. The minimum temperature of adiabatic demagnetization operation increases.

本発明は上記の点に鑑みてさなれたものであり、装置内に冷却温度の異なる複数の被冷却物あってもそれぞれを効率的に冷却しうる冷却装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a cooling device capable of efficiently cooling a plurality of objects to be cooled having different cooling temperatures in the device.

上記課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is characterized by the following measures.

請求項1記載の発明は、
被冷却物を冷却する冷凍機と、
前記被冷却物と前記冷凍機とを熱的に接続する伝熱手段とを有する冷却装置において、
前記伝熱手段を、熱的に独立した複数の伝熱経路により構成したことを特徴とするものである。
The invention according to claim 1
A refrigerator that cools the object to be cooled;
In the cooling device having heat transfer means for thermally connecting the object to be cooled and the refrigerator,
The heat transfer means is constituted by a plurality of thermally independent heat transfer paths.

上記発明によれば、被冷却物と冷凍機との間に熱的に独立した複数の伝熱経路が設けられるため、各伝熱経路毎に異なった冷却処理を行うことが可能となる。   According to the above invention, since a plurality of thermally independent heat transfer paths are provided between the object to be cooled and the refrigerator, different cooling processes can be performed for each heat transfer path.

また、請求項2記載の発明は、
請求項1記載の冷却装置において、
前記複数の伝熱経路の少なくとも一つに熱スイッチを配設したことを特徴とするものである。
The invention according to claim 2
The cooling device according to claim 1, wherein
A thermal switch is disposed in at least one of the plurality of heat transfer paths.

上記発明によれば、熱スイッチを配設した伝熱経路は、熱の伝導をON/OFFできるため、被冷却物に対する冷却の制御を行うことが可能となる。   According to the above invention, since the heat transfer path provided with the thermal switch can turn on / off heat conduction, it is possible to control the cooling of the object to be cooled.

また、請求項3記載の発明は、
請求項1記載の冷却装置において、
前記複数の伝熱経路の各熱抵抗を異ならせたことを特徴とするものである。
The invention according to claim 3
The cooling device according to claim 1, wherein
The thermal resistances of the plurality of heat transfer paths are different.

上記発明によれば、複数の伝熱経路の各熱抵抗を異ならせたことにより、各伝熱経路の熱抵抗に応じて異なった冷却処理を行うことができる。   According to the said invention, the different cooling process according to the thermal resistance of each heat-transfer path | route can be performed by varying each thermal resistance of a several heat-transfer path | route.

また、請求項4記載の発明は、
真空容器と、
該真空容器に内設された超電導マグネットコイルと、
該超電導マグネットコイルにより磁界印加される被冷却物と、
寒冷を生成する冷凍機と、
前記被冷却物と前記冷凍機とを熱的に接続する第1の伝熱経路と、
前記超電導マグネットコイルと前記冷凍機とを熱的に接続する第2の伝熱経路とを有しており、
前記第1の伝熱経路と第2の伝熱経路とを熱的に独立した構成としたことを特徴とするものである。
The invention according to claim 4
A vacuum vessel;
A superconducting magnet coil installed in the vacuum vessel;
An object to be cooled which is applied with a magnetic field by the superconducting magnet coil;
A refrigerator that produces cold;
A first heat transfer path for thermally connecting the object to be cooled and the refrigerator;
A second heat transfer path that thermally connects the superconducting magnet coil and the refrigerator;
The first heat transfer path and the second heat transfer path are configured to be thermally independent.

上記発明によれば、第1の伝熱経路と第2の伝熱経路が熱的に独立するため、各伝熱経路毎に異なった冷却処理を行うことが可能となる。   According to the above invention, since the first heat transfer path and the second heat transfer path are thermally independent, different cooling processes can be performed for each heat transfer path.

また、請求項5記載の発明は、
請求項4記載の冷却装置において、
前記第1の伝熱経路に熱スイッチを設けたことを特徴とするものである。
The invention according to claim 5
The cooling device according to claim 4, wherein
A thermal switch is provided in the first heat transfer path.

上記発明によれば、熱スイッチにより被冷却物と冷凍機とを熱的に接続或は接続解除することができるため、被冷却物に対する冷却の制御を行うことができる。   According to the above invention, the object to be cooled and the refrigerator can be thermally connected or disconnected by the thermal switch, so that the cooling of the object to be cooled can be controlled.

また、請求項6記載の発明は、
請求項4記載の冷却装置において、
前記第1の伝熱経路の熱抵抗と、第2の伝熱経路の熱抵抗を異ならせたことを特徴とするものである。
Further, the invention described in claim 6
The cooling device according to claim 4, wherein
The heat resistance of the first heat transfer path is different from the heat resistance of the second heat transfer path.

上記発明によれば、第1の伝熱経路の熱抵抗と第2の伝熱経路の熱抵抗とを異ならせたことにより、各伝熱経路の熱抵抗に応じて異なった冷却処理を行うことができる。   According to the above invention, the heat resistance of the first heat transfer path is different from the heat resistance of the second heat transfer path, so that different cooling processes are performed according to the heat resistance of each heat transfer path. Can do.

本発明によれば、被冷却物と冷凍機との間に熱的に独立した複数の伝熱経路が設けられるため、一つの冷凍機により各伝熱経路毎に異なった冷却処理を行うことが可能となる。   According to the present invention, since a plurality of thermally independent heat transfer paths are provided between the object to be cooled and the refrigerator, different cooling processes can be performed for each heat transfer path by one refrigerator. It becomes possible.

次に、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施例である冷却装置40Aの全体構成を示す断面図であり、図2は磁性体ソルトピル58の近傍を拡大して示す図である。各図に示されるように、冷却装置40Aは大略すると真空容器41、第1の輻射シールド46、第2の輻射シールド49、断熱消磁冷凍部60、熱スイッチ65、ギフォード・マクマホン型冷凍機70(以下、GM冷凍機という)、熱リンク66、低熱抵抗フランジ106等を有した構成とされている。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of a cooling device 40A according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view showing the vicinity of a magnetic salt pill 58. As shown in each figure, the cooling device 40A is roughly composed of a vacuum vessel 41, a first radiation shield 46, a second radiation shield 49, an adiabatic demagnetization freezer 60, a heat switch 65, a Gifford McMahon refrigerator ( (Hereinafter referred to as GM refrigerator), heat link 66, low heat resistance flange 106 and the like.

真空容器41は、大略すると真空容器本体42、天板43、及び底板部材44等により構成されており、その内部に密閉された円筒空間41Aが形成されている。また、この真空容器本体42には、後述する外筒61、シールド部材64、及びフランジ95等が設けられる。   The vacuum vessel 41 is roughly constituted by a vacuum vessel main body 42, a top plate 43, a bottom plate member 44, and the like, and a sealed cylindrical space 41A is formed therein. The vacuum vessel main body 42 is provided with an outer cylinder 61, a shield member 64, a flange 95, and the like which will be described later.

真空容器本体42は円筒形状をしており、その上下端部には開口部(図示せず)が形成されている。真空容器本体42の上端部には、開口部を覆うよう天板43が配設されており、下端部には開口部を覆うよう底板部材44が配設されている。   The vacuum vessel main body 42 has a cylindrical shape, and openings (not shown) are formed at upper and lower ends thereof. A top plate 43 is disposed at the upper end portion of the vacuum vessel main body 42 so as to cover the opening portion, and a bottom plate member 44 is disposed at the lower end portion so as to cover the opening portion.

真空容器本体42の下端部に配設される底板部材44には、GM冷凍機70を真空容器41内に挿入するための開口部44Aが形成されている。また、真空容器本体42の側面部には、側方に向け延出した外筒61が配設されている。   An opening 44 </ b> A for inserting the GM refrigerator 70 into the vacuum container 41 is formed in the bottom plate member 44 disposed at the lower end of the vacuum container body 42. Further, an outer cylinder 61 extending in the lateral direction is disposed on the side surface portion of the vacuum vessel main body 42.

この外筒61は円筒空間41Aと連通しており、その内部は真空雰囲気となるよう構成されている。外筒61の真空容器本体42と接続された端部と反対側の端部(図中、右端部)には、シールド部材64が配設されている。   The outer cylinder 61 communicates with the cylindrical space 41A, and the inside thereof is configured to be in a vacuum atmosphere. A shield member 64 is disposed at the end (the right end in the drawing) opposite to the end connected to the vacuum vessel main body 42 of the outer cylinder 61.

シールド部材64は有底筒状の部材であり、その内部に同じく有底筒状の形状を有した第1のシールド部材63及び第2のシールド部材62が同心的に配設されている。また、最内周に位置する第2のシールド部材62の図中右側の端部近傍位置には検出器68が設けられている。   The shield member 64 is a bottomed cylindrical member, and a first shield member 63 and a second shield member 62 having the same bottomed cylindrical shape are disposed concentrically therein. A detector 68 is provided in the vicinity of the right end of the second shield member 62 located in the innermost periphery in the drawing.

この各シールド部材62〜64の検出器68と対向する端部には、計測用窓62A〜64Aが設けられている。この計測用窓62A〜64Aは、光や電磁波を検出器68に向け通過させるための窓である。   Measurement windows 62 </ b> A to 64 </ b> A are provided at ends of the shield members 62 to 64 facing the detector 68. The measurement windows 62 </ b> A to 64 </ b> A are windows for allowing light and electromagnetic waves to pass toward the detector 68.

また、シールド部材64の中心位置、即ち第2のシールド部材62の内部位置には、円柱状の熱リンク66が配設されている。この熱リンク66は、熱伝導率の高い材質(例えば、銅)により形成されており、図中右側端部が検出器68に熱的に接続され、図中左側端部が後述する断熱消磁冷凍部60に熱的に接続された構成とされている。   A cylindrical heat link 66 is disposed at the center position of the shield member 64, that is, at the internal position of the second shield member 62. The thermal link 66 is formed of a material having high thermal conductivity (for example, copper), the right end in the figure is thermally connected to the detector 68, and the left end in the figure is an adiabatic demagnetization refrigeration described later. It is configured to be thermally connected to the unit 60.

真空容器本体42の外周部には、フランジ95が配設されている。このフランジ95には、図5に示されるように、複数のボルト穴105が形成されている。このボルト穴105にボルト96を挿入し、フランジ95と真空容器支持体100とをボルト96により締結することで、真空容器41は、真空容器支持体100に固定支持される。   A flange 95 is disposed on the outer peripheral portion of the vacuum vessel main body 42. A plurality of bolt holes 105 are formed in the flange 95 as shown in FIG. The bolt 96 is inserted into the bolt hole 105 and the flange 95 and the vacuum vessel support 100 are fastened by the bolt 96, whereby the vacuum vessel 41 is fixedly supported by the vacuum vessel support 100.

真空容器支持体100は前記した真空容器41を支持するものであり、図4に示すように、矩形状をした2つの枠部材101,102と、その角部に立設された4本の支柱部材104とにより構成とされている。この真空容器支持体100は、後述する冷凍機支持体80と振動的に分離された構成とされている。真空容器41は、この真空容器支持体100により床上に設置される。   The vacuum vessel support 100 supports the above-described vacuum vessel 41, and as shown in FIG. 4, two rectangular frame members 101 and 102 and four support columns erected at the corners thereof. The member 104 is configured. The vacuum container support 100 is configured to be vibrationally separated from a refrigerator support 80 described later. The vacuum vessel 41 is installed on the floor by the vacuum vessel support 100.

一方、真空容器41は、その内部に第1の輻射シールド46と第2の輻射シールド49を内設した構成とされている。第1の輻射シールド46は円筒形状をしており、その内部には円筒空間46Aが形成されている。   On the other hand, the vacuum vessel 41 is configured such that a first radiation shield 46 and a second radiation shield 49 are provided therein. The first radiation shield 46 has a cylindrical shape, and a cylindrical space 46A is formed therein.

この第1の輻射シールド46は、真空容器本体42の内壁との間に隙間を介在するよう構成されている。このように、真空容器本体42と第1の輻射シールド46との間に間隙を形成することにより、真空容器本体42の外部の熱が直接第1の輻射シールド46に輻射されるのを遮断することができる。   The first radiation shield 46 is configured such that a gap is interposed between the first radiation shield 46 and the inner wall of the vacuum vessel body 42. In this way, by forming a gap between the vacuum vessel main body 42 and the first radiation shield 46, heat outside the vacuum vessel main body 42 is blocked from being directly radiated to the first radiation shield 46. be able to.

第1の輻射シールド46の側面部には、前記した第1のシールド部材63が設けられている。第1のシールド部材63は図中右方向に延出するよう形成されおり、外筒61及びシールド部材64と隙間を介在させるよう外筒61内及びシールド部材64内に配置されている。   The first shield member 63 described above is provided on the side surface of the first radiation shield 46. The first shield member 63 is formed so as to extend in the right direction in the figure, and is disposed in the outer cylinder 61 and the shield member 64 so that a gap is interposed between the outer cylinder 61 and the shield member 64.

また、第1の輻射シールド46は、その下端部が開放された構成とされており、この下端部には第1の冷却ステージ47が配設されている。この第1の冷却ステージ47は、GM冷凍機70を挿入するための開口部(図示せず)が設けられている。   Further, the first radiation shield 46 is configured such that its lower end is opened, and a first cooling stage 47 is disposed at this lower end. The first cooling stage 47 is provided with an opening (not shown) for inserting the GM refrigerator 70.

また、第1の冷却ステージ47と底板部材44との間には、支柱45が設けられており、第1の冷却ステージ47及び第1の輻射シールド46は、支柱45を介して、底板部材44に支持されている。第1の冷却ステージ47は、後述する第1のコールドヘッド75から発生する寒冷により、第1の輻射シールド46内を冷却するためのものである。   Further, a support column 45 is provided between the first cooling stage 47 and the bottom plate member 44, and the first cooling stage 47 and the first radiation shield 46 are connected to the bottom plate member 44 via the support column 45. It is supported by. The first cooling stage 47 is for cooling the inside of the first radiation shield 46 by the cold generated from the first cold head 75 described later.

第2の輻射シールド49は、第1の輻射シールド46との間に隙間を介在させるよう第1の輻射シールド46内(円筒空間46A)に配設されている。この第2の輻射シールド49は、第1の輻射シールド46との間において輻射熱が遮断されるよう機能するものである。   The second radiation shield 49 is disposed in the first radiation shield 46 (cylindrical space 46A) so that a gap is interposed between the second radiation shield 49 and the first radiation shield 46. The second radiation shield 49 functions so that radiant heat is blocked between the second radiation shield 49 and the first radiation shield 46.

また、第2の輻射シールド49も円筒形状を有しており、その内部には円筒空間49Aが形成されている。また、第2の輻射シールド49の側面部には、前記した第2のシールド部材62が第1のシールド部材63と隙間を介在させて配置されている。   The second radiation shield 49 also has a cylindrical shape, and a cylindrical space 49A is formed therein. The second shield member 62 is disposed on the side surface of the second radiation shield 49 with a gap between the first shield member 63 and the first shield member 63.

また、第2の輻射シールド49は下端部が開放された構成とされており、この下端部には第2の冷却ステージ50が配設されている。超電導マグネットコイル54及び断熱消磁冷凍部60は、この第2の冷却ステージ50の上部に配設されている。このため、第2の冷却ステージ50には、断熱消磁冷凍部60を構成する磁性体ソルトピル58を挿入するための開口部(図示せず)が設けられている。   In addition, the second radiation shield 49 is configured such that the lower end is opened, and the second cooling stage 50 is disposed at the lower end. The superconducting magnet coil 54 and the adiabatic demagnetizing / refrigeration unit 60 are disposed above the second cooling stage 50. Therefore, the second cooling stage 50 is provided with an opening (not shown) for inserting the magnetic salt pill 58 constituting the heat-insulating demagnetizing / refrigeration unit 60.

第2の冷却ステージ50と第1の冷却ステージ47との間には、支柱51が設けられており、第2の冷却ステージ50及び第2の輻射シールド49は、支柱51を介して第1の冷却ステージ47に支持されている。第2の冷却ステージ50は、後述する第2のコールドヘッド81から発生する寒冷により、第2の輻射シールド49内に配設された超電導マグネットコイル54及び磁性体ソルトピル58を冷却するためのものである。また、第2の冷却ステージ50と磁性体ソルトピル58との間には、第2の冷却ステージ50の寒冷が磁性体ソルトピル58に伝達されるのをオン/オフする熱スイッチ65が設けられている。   A support column 51 is provided between the second cooling stage 50 and the first cooling stage 47, and the second cooling stage 50 and the second radiation shield 49 are connected to the first cooling stage 51 via the support column 51. It is supported by the cooling stage 47. The second cooling stage 50 is for cooling the superconducting magnet coil 54 and the magnetic salt pill 58 disposed in the second radiation shield 49 by the cold generated from the second cold head 81 described later. is there. In addition, a thermal switch 65 is provided between the second cooling stage 50 and the magnetic salt pill 58 to turn on / off transmission of the cold of the second cooling stage 50 to the magnetic salt pill 58. .

熱リンク66は前記のように第2のシールド部材63内に配設された銅よりなる棒状部材であり、一方の端部が磁性体ソルトピル58と熱的に接続されると共に、他方の端部が検出器68と熱的に接続されている。この熱リンク66は、磁性体ソルトピル58で発生した超低温(例えば、0.05K)の寒冷により検出器66を冷却する機能を奏する。   The heat link 66 is a rod-shaped member made of copper disposed in the second shield member 63 as described above, and one end is thermally connected to the magnetic salt pill 58 and the other end. Is thermally connected to the detector 68. The thermal link 66 has a function of cooling the detector 66 by ultra-low temperature (for example, 0.05 K) generated in the magnetic salt pill 58.

検出器68は、第2のシールド部材62内に設けられており、測定用窓62A〜63Aと対向するよう配置されている。検出器68は、電子ビーム、及び電磁波(X線)等の検出を行うものであり、試料に対する分析・検査内容に応じて適宜選択される。   The detector 68 is provided in the second shield member 62, and is disposed so as to face the measurement windows 62A to 63A. The detector 68 detects an electron beam, an electromagnetic wave (X-ray), and the like, and is appropriately selected according to the contents of analysis / inspection for the sample.

冷凍機支持体80は、GM冷凍機70を支持するためのものであり、真空容器支持体100が設けられた領域よりも内側に設けられている。冷凍機支持体80は、大略するとベース91と、冷凍機固定板89と、支持部85とを有した構成とされている。   The refrigerator support 80 is for supporting the GM refrigerator 70, and is provided inside the region where the vacuum vessel support 100 is provided. In general, the refrigerator support 80 includes a base 91, a refrigerator fixing plate 89, and a support portion 85.

ベース91の上方には、4本の支持部85により支持された冷凍機固定板89が配置されている。ベース91は、床上に設置されるものである。冷凍機固定板89の中央部には、GM冷凍機70を挿入するための開口部89Aが形成されている。冷凍機固定板89には、GM冷凍機70のモータ部71がボルトを介して固定される。   Above the base 91, a refrigerator fixing plate 89 supported by four support portions 85 is disposed. The base 91 is installed on the floor. An opening 89 </ b> A for inserting the GM refrigerator 70 is formed at the center of the refrigerator fixing plate 89. The motor unit 71 of the GM refrigerator 70 is fixed to the refrigerator fixing plate 89 via bolts.

このように、真空容器支持体100が設けられた領域の内側に冷凍機支持体80を設けることにより、真空容器支持体100が設けられた領域の外側に冷凍機支持体80を設ける場合と比較して、冷却装置40Aの大きさ(フットプリント)を小さくすることができる。   Thus, by providing the refrigerator support body 80 inside the area where the vacuum container support body 100 is provided, compared with the case where the refrigerator support body 80 is provided outside the area where the vacuum container support body 100 is provided. Thus, the size (footprint) of the cooling device 40A can be reduced.

冷凍機支持体80と底板部材44との間は、GM冷凍機70を囲繞するように設けられた真空ベローズ88により接続されている。図6に示すように、振動抑制部材である真空ベローズ88は、蛇腹構造をしており、GM冷凍機70からの振動が真空容器41に伝わることを抑制するためのものである。   The refrigerator support 80 and the bottom plate member 44 are connected by a vacuum bellows 88 provided so as to surround the GM refrigerator 70. As shown in FIG. 6, the vacuum bellows 88 that is a vibration suppressing member has a bellows structure, and is for suppressing the vibration from the GM refrigerator 70 from being transmitted to the vacuum container 41.

このように、GM冷凍機70を支持する冷凍機支持体80と真空容器41との間を真空ベローズ88で接続することにより、GM冷凍機70から発生する振動が真空容器41に伝わることを抑制できる。これにより、GM冷凍機70から発生する振動が真空容器41を介して、検出器68に振動が伝わることが抑制され、検出器68の検出を精度良く行うことができる。   In this way, by connecting the refrigerator support 80 that supports the GM refrigerator 70 and the vacuum vessel 41 with the vacuum bellows 88, vibration generated from the GM refrigerator 70 is prevented from being transmitted to the vacuum vessel 41. it can. Thereby, the vibration generated from the GM refrigerator 70 is suppressed from being transmitted to the detector 68 via the vacuum container 41, and the detection of the detector 68 can be performed with high accuracy.

尚、図6は図2に示した冷却装置の領域Bに対応した部分を拡大して示す部分断面斜視図であり、また図6においてGM冷凍機70の内部構造の図示は省略してある。   6 is an enlarged partial cross-sectional perspective view showing a portion corresponding to the region B of the cooling device shown in FIG. 2, and illustration of the internal structure of the GM refrigerator 70 is omitted in FIG.

断熱消磁冷凍部60は、第2の輻射シールド49内に配設されている。この断熱消磁冷凍機60は、超伝導マグネットコイル54、磁性体ソルトピル58、及び熱スイッチ65等により構成されている。この断熱消磁冷凍部60とGM冷凍機70とにより、断熱消磁法に基づく冷却装置40Aが構成される。   The adiabatic demagnetization freezer 60 is disposed in the second radiation shield 49. The adiabatic demagnetization refrigerator 60 includes a superconducting magnet coil 54, a magnetic salt pill 58, a thermal switch 65, and the like. The adiabatic demagnetization freezer 60 and the GM refrigerator 70 constitute a cooling device 40A based on the adiabatic demagnetization method.

ここで、断熱消磁冷凍部60における断熱消磁法による冷却原理について説明する。磁性体ソルトピル58を構成する磁性原子の磁気モーメントは、温度が非常に高くない限り無秩序であり、その系のエントロピーは高い状態にある。   Here, the cooling principle by the adiabatic demagnetization method in the adiabatic demagnetization freezer 60 will be described. The magnetic moment of the magnetic atoms constituting the magnetic salt pill 58 is disordered unless the temperature is very high, and the entropy of the system is in a high state.

ここに、外部から超伝導マグネットコイル54により強い磁場を印加すると、磁気モーメントは外磁場の方向に整列し、部分的に秩序化されて、系全体のエントロピーは減少する。また、磁性体ソルトピル58を等温に保った状態で外部磁界を印加すると、磁性体ソルトピル58を構成する磁性原子の磁気モーメントは磁界の方向に配列し、系全体のエントロピーは減少する。   Here, when a strong magnetic field is applied from the outside by the superconducting magnet coil 54, the magnetic moment aligns in the direction of the external magnetic field, is partially ordered, and the entropy of the entire system decreases. When an external magnetic field is applied with the magnetic salt pill 58 kept isothermal, the magnetic moments of the magnetic atoms constituting the magnetic salt pill 58 are arranged in the direction of the magnetic field, and the entropy of the entire system is reduced.

等温磁化を行う際、磁化熱が発生し温度が上昇し、この熱を取り去った後、GM冷凍機70と磁性体ソルトピル58とを熱スイッチ65により熱的に分離して断熱状態に系を孤立させ、外部磁場を徐々に取り去ると、磁場の減少と共に磁性体ソルトピル58の温度が低下する。この断熱消磁により、液体He温度(4K)以下の極低温の寒冷を得ることができる。   When performing isothermal magnetization, heat of magnetization is generated and the temperature rises. After this heat is removed, the GM refrigerator 70 and the magnetic salt pill 58 are thermally separated by the thermal switch 65 to isolate the system into an adiabatic state. When the external magnetic field is gradually removed, the temperature of the magnetic salt pill 58 decreases as the magnetic field decreases. By this adiabatic demagnetization, it is possible to obtain an extremely low temperature cold below the liquid He temperature (4K).

超伝導マグネットコイル54は、巻枠55に超電導線52,53,67が巻回された構成とされている。この超電導マグネットコイル54は、中央に筒状開口部53Aが形成されており、磁性体ソルトピル58はこの円筒状開口部53Aの内部に配設される。上記構成とされた超伝導マグネットコイル54は、その下部に設けられた熱伝導支持部材56により第2の冷却ステージ50上に支持されている。また後述するように、第2の冷却ステージ50は、第2の可撓性高熱伝導部材84を介して第2の冷却部78(GM冷凍機70)に熱的に接続された構成とされている。   The superconducting magnet coil 54 has a configuration in which superconducting wires 52, 53, and 67 are wound around a winding frame 55. The superconducting magnet coil 54 has a cylindrical opening 53A formed at the center, and the magnetic salt pill 58 is disposed inside the cylindrical opening 53A. The superconducting magnet coil 54 having the above-described configuration is supported on the second cooling stage 50 by a heat conduction support member 56 provided below the superconducting magnet coil 54. As will be described later, the second cooling stage 50 is configured to be thermally connected to the second cooling unit 78 (GM refrigerator 70) via the second flexible high heat conducting member 84. Yes.

磁性体ソルトピル58は、図示していない収納容器内に多数の金線と、断熱消磁の際に冷却媒体となる鉄ミョウバンとが収納された構成とされている。この磁性体ソルトピル58の上端部は、熱リンク66を介して被冷却物である検出器68と熱的に接続されている。また、磁性体ソルトピル58の下端部は、熱スイッチ65を介して低熱抵抗フランジ106に接続されている。この熱スイッチ65は、磁性体ソルトピル58と第2の冷却部78(GM冷凍機70)との熱的な接続をオン/オフするためのものである。   The magnetic salt pill 58 has a structure in which a large number of gold wires and an iron alum that serves as a cooling medium in adiabatic demagnetization are stored in a storage container (not shown). The upper end portion of the magnetic salt pill 58 is thermally connected to a detector 68 that is an object to be cooled via a thermal link 66. The lower end of the magnetic salt pill 58 is connected to the low thermal resistance flange 106 via a thermal switch 65. The thermal switch 65 is for turning on / off the thermal connection between the magnetic salt pill 58 and the second cooling unit 78 (GM refrigerator 70).

低熱抵抗フランジ106は、第3の可撓性高熱伝導部材105を介して第2の冷却部78(GM冷凍機70)に熱的に接続されている。また、低熱抵抗フランジ106と第2の冷却ステージ50との間には、熱抵抗の高い断熱部材112が設けられている。よって、第2の冷却ステージ50と低熱抵抗フランジ106は、実質的に熱的に分離された構成とされている。   The low heat resistance flange 106 is thermally connected to the second cooling unit 78 (GM refrigerator 70) via the third flexible high heat conducting member 105. Further, a heat insulating member 112 having a high thermal resistance is provided between the low thermal resistance flange 106 and the second cooling stage 50. Therefore, the second cooling stage 50 and the low thermal resistance flange 106 are configured to be substantially thermally separated.

GM冷凍機70は、大略するとモータ部71、第1の冷却部73、及び第2の冷却部78等により構成されている。このGM冷凍機70は、冷却装置40Aを構成する構成部品の内、最も重量が大きなものである。本実施例では、このように重量が大であるGM冷凍機70を下部に配置し、GM冷凍機70に比べ軽量である真空容器41をGM冷凍機70よりも高い位置に配置した構成とすることにより、冷却装置40A全体としての安定性を図っている。   The GM refrigerator 70 generally includes a motor unit 71, a first cooling unit 73, a second cooling unit 78, and the like. The GM refrigerator 70 has the largest weight among the components constituting the cooling device 40A. In this embodiment, the GM refrigerator 70 having such a large weight is arranged in the lower part, and the vacuum vessel 41 that is lighter than the GM refrigerator 70 is arranged at a position higher than the GM refrigerator 70. Thus, the stability of the cooling device 40A as a whole is achieved.

GM冷凍機70は、モータ部71が最下部に位置するよう配設されている。モータ部71は、第1及び第2の冷却部73,78に設けられたシリンダ(図示せず)を駆動させるためのモータが内設されている。このモータ部71にはフランジ70Bが設けられており、フランジ70Bはボルトにより冷凍機固定板89に固定されている。これにより、GM冷凍機70は、冷凍機支持体80に支持される。   The GM refrigerator 70 is arranged such that the motor unit 71 is located at the lowermost part. The motor unit 71 includes a motor for driving cylinders (not shown) provided in the first and second cooling units 73 and 78. The motor portion 71 is provided with a flange 70B, and the flange 70B is fixed to the refrigerator fixing plate 89 with bolts. Thereby, the GM refrigerator 70 is supported by the refrigerator support body 80.

このモータ部71の上部には、底板部材44を貫通する第1の冷却部73が配設されている。この第1の冷却部73はモータ部71と一体的に構成されており、第1のシリンダ部74、第1のコールドヘッド75、及びフランジ76等により構成されている。   A first cooling portion 73 that penetrates the bottom plate member 44 is disposed on the motor portion 71. The first cooling unit 73 is configured integrally with the motor unit 71, and includes a first cylinder unit 74, a first cold head 75, a flange 76, and the like.

第1のシリンダ部74は、第1のコールドヘッド75とモータ部71との間に配設されている。第1のシリンダ部74には、図示していないシリンダが内設されている。シリンダは、モータ部71に内設されているモータにより、図中上下方向に駆動され、これにより寒冷が発生する。   The first cylinder portion 74 is disposed between the first cold head 75 and the motor portion 71. The first cylinder portion 74 is provided with a cylinder (not shown). The cylinder is driven in the vertical direction in the figure by a motor provided in the motor unit 71, thereby generating cold.

第1のコールドヘッド75は、40K程度の寒冷を発生させるものである。第1のコールドヘッド75の外周部には、円盤形状のフランジ76が配設されている。フランジ76は、第1のコールドヘッド75と熱的に接続されている。フランジ76は、第1の可撓性高熱伝導部材77を介して、第1の冷却ステージ47と熱的に接続されている。   The first cold head 75 generates a cold of about 40K. A disc-shaped flange 76 is disposed on the outer periphery of the first cold head 75. The flange 76 is thermally connected to the first cold head 75. The flange 76 is thermally connected to the first cooling stage 47 through the first flexible high heat conducting member 77.

第1の可撓性高熱伝導部材77は、第2の冷却部78を囲繞するようフランジ76と第1の冷却ステージ47との間に複数設けられている。第1の可撓性高熱伝導部材77は、可撓性を有すると共に、高熱伝導性を有しており、側面視した状態において、S字に湾曲したリボン状の部材である。第1の可撓性高熱伝導部材77には、金箔、銀箔、銅箔、及びアルミ箔からなる群のうち少なくとも一種を重ね合わせたものを用いることができる。   A plurality of first flexible high heat conducting members 77 are provided between the flange 76 and the first cooling stage 47 so as to surround the second cooling part 78. The first flexible high thermal conductive member 77 is a ribbon-like member that is flexible and has high thermal conductivity, and is curved in an S shape when viewed from the side. As the first flexible high heat conductive member 77, one obtained by superimposing at least one of the group consisting of gold foil, silver foil, copper foil, and aluminum foil can be used.

このように、フランジ76と第1の冷却ステージ47との間に、可撓性を有すると共に、第2の冷却部78を囲繞するよう高熱伝導性を有する第1の可撓性高熱伝導部材77を複数設け、第1の冷却部73と第1の冷却ステージ47との間を熱的に接続することにより、第1の冷却ステージ47及び第1の輻射シールド46の冷却を効率良く行うと共に、GM冷凍機70から発生した振動が第1の冷却ステージ47及び第1の輻射シールド46に伝わることを抑制することができる。これにより、GM冷凍機70から発生した振動が検出器68に伝わることを抑制できる。   As described above, the first flexible high heat conduction member 77 having flexibility between the flange 76 and the first cooling stage 47 and having high heat conductivity so as to surround the second cooling portion 78. And efficiently cooling the first cooling stage 47 and the first radiation shield 46 by thermally connecting the first cooling unit 73 and the first cooling stage 47, and It is possible to suppress the vibration generated from the GM refrigerator 70 from being transmitted to the first cooling stage 47 and the first radiation shield 46. Thereby, it is possible to suppress the vibration generated from the GM refrigerator 70 from being transmitted to the detector 68.

第2の冷却部78は、第1の冷却ステージ47を貫通して図中上方に延出している。この第2の冷却部78は、第1の冷却部73と一体的に構成されており、超電導マグネットコイル54及び磁性体ソルトピル58と熱的に接続されている。第2の冷却部78は、大略すると第2のシリンダ部79と、第2のコールドヘッド81と、フランジ82とを有した構成とされている。   The second cooling section 78 extends through the first cooling stage 47 upward in the drawing. The second cooling unit 78 is configured integrally with the first cooling unit 73 and is thermally connected to the superconducting magnet coil 54 and the magnetic salt pill 58. The second cooling unit 78 is roughly configured to include a second cylinder unit 79, a second cold head 81, and a flange 82.

第2のシリンダ部79は、第2のコールドヘッド81と第1のコールドヘッド75との間に配設されている。第2のシリンダ部79には、図示していないシリンダが内設されており、このシリンダが前記のモータにより図中上下方向に駆動されることにより寒冷が発生する。   The second cylinder portion 79 is disposed between the second cold head 81 and the first cold head 75. A cylinder (not shown) is provided in the second cylinder portion 79, and coldness is generated when the cylinder is driven in the vertical direction in the drawing by the motor.

第2のコールドヘッド81は、4K程度の寒冷を発生させる部分である。第2のコールドヘッド81の上部には、第2のコールドヘッド81と熱的に接続されたフランジ82が配設されている。このフランジ82は円盤形状に構成されており、第2の可撓性高熱伝導部材84を介して第2の冷却ステージ50と熱的に接続されると共に、第3の可撓性高熱伝導部材105を介して低熱抵抗フランジ106と熱的に接続されている。   The second cold head 81 is a part that generates a cold of about 4K. A flange 82 that is thermally connected to the second cold head 81 is disposed on the second cold head 81. The flange 82 is formed in a disk shape, and is thermally connected to the second cooling stage 50 via the second flexible high heat conductive member 84 and the third flexible high heat conductive member 105. It is thermally connected to the low thermal resistance flange 106 via

第2の可撓性高熱伝導部材84は、第2の冷却部78を囲繞するようフランジ82と第2の冷却ステージ50との間に複数設けられている。第3の可撓性高熱伝導部材105は、低熱抵抗フランジ106の下端を囲繞するようにフランジ82と低熱抵抗フランジ106との間に複数設けられている。第3の可撓性高熱伝導部材105は、第2の可撓性高熱伝導部材84の内側に配設されるものであるため、その形状は第2の可撓性高熱伝導部材84より小さい形状とされている。   A plurality of second flexible high heat conducting members 84 are provided between the flange 82 and the second cooling stage 50 so as to surround the second cooling unit 78. A plurality of third flexible high thermal conductive members 105 are provided between the flange 82 and the low thermal resistance flange 106 so as to surround the lower end of the low thermal resistance flange 106. Since the third flexible high heat conductive member 105 is disposed inside the second flexible high heat conductive member 84, the shape thereof is smaller than that of the second flexible high heat conductive member 84. It is said that.

この第2及び第3の可撓性高熱伝導部材84,105は、可撓性を有すると共に高熱伝導性を有しており、側面視した状態において共にS字に湾曲したリボン状の部材である。第2及び第3の可撓性高熱伝導部材84,105には、金箔、銀箔、銅箔、及びアルミ箔からなる群のうち少なくとも一種を重ね合わせたものを用いることができる。   The second and third flexible high thermal conductive members 84 and 105 are flexible and have high thermal conductivity, and are ribbon-like members that are both curved in an S shape when viewed from the side. . As the second and third flexible high thermal conductive members 84 and 105, those obtained by superimposing at least one of the group consisting of gold foil, silver foil, copper foil, and aluminum foil can be used.

このように、フランジ82と第2の冷却ステージ50との間、及びフランジ82と低熱抵抗フランジ106との間に、可撓性を有すると共に高熱伝導性を有する第2及び第3の可撓性高熱伝導部材84,105を複数設けることにより、第2の冷却ステージ50及び低熱抵抗フランジ106の冷却を効率良く行うと共に、GM冷凍機70から発生した振動が第2の冷却ステージ50及び第2の輻射シールド49に伝わることを抑制することができる。これにより、GM冷凍機70から発生した振動が検出器68に伝わることを抑制できる。   Thus, between the flange 82 and the second cooling stage 50, and between the flange 82 and the low thermal resistance flange 106, the second and third flexibility having flexibility and high thermal conductivity are provided. By providing a plurality of high heat conducting members 84 and 105, the second cooling stage 50 and the low heat resistance flange 106 are efficiently cooled, and vibrations generated from the GM refrigerator 70 are generated by the second cooling stage 50 and the second cooling stage 50. Transmission to the radiation shield 49 can be suppressed. Thereby, it is possible to suppress the vibration generated from the GM refrigerator 70 from being transmitted to the detector 68.

ここで、第2の冷却部78(GM冷凍機70)からの熱の伝達経路について考察する。前記したように、GM冷凍機70は超電導マグネットコイル54及び磁性体ソルトピル58を冷却する。   Here, the heat transfer path from the second cooling unit 78 (GM refrigerator 70) will be considered. As described above, the GM refrigerator 70 cools the superconducting magnet coil 54 and the magnetic salt pill 58.

この際、第2の冷却部78(GM冷凍機70)と磁性体ソルトピル58は、第3の可撓性高熱伝導部材105,低熱抵抗フランジ106,熱スイッチ65を介して熱的に接続されている(以下、この伝熱経路を第1の伝熱経路という)。これに対し、第2の冷却部78(GM冷凍機70)と超電導マグネットコイル54は、第2の可撓性高熱伝導部材84,第2の冷却ステージ50,熱伝導支持部材56を介して熱的に接続された構成とされている(以下、この伝熱経路を第2の伝熱経路という)。尚、この各伝熱経路を構成する部材が、請求項に記載の伝熱手段に相当する。   At this time, the second cooling unit 78 (GM refrigerator 70) and the magnetic salt pill 58 are thermally connected via the third flexible high thermal conductive member 105, the low thermal resistance flange 106, and the thermal switch 65. (Hereinafter, this heat transfer path is referred to as a first heat transfer path). On the other hand, the second cooling unit 78 (GM refrigerator 70) and the superconducting magnet coil 54 are heated via the second flexible high heat conducting member 84, the second cooling stage 50, and the heat conducting support member 56. (Hereinafter, this heat transfer path is referred to as a second heat transfer path). The members constituting each heat transfer path correspond to the heat transfer means described in the claims.

本実施例では、第2の冷却ステージ50と低熱抵抗フランジ106との間に断熱部材112に設けられることにより、第1の伝熱経路と第2の伝熱経路とは熱的に独立された構成とされている。また、第1の伝熱経路を構成する第3の可撓性高熱伝導部材105及び低熱抵抗フランジ106の熱抵抗は、第2の伝熱経路を構成する第2の可撓性高熱伝導部材84及び第2の冷却ステージ50の熱抵抗よりも小さく設定されている。   In the present embodiment, the heat insulating member 112 is provided between the second cooling stage 50 and the low thermal resistance flange 106, so that the first heat transfer path and the second heat transfer path are thermally independent. It is configured. Further, the thermal resistance of the third flexible high thermal conductive member 105 and the low thermal resistance flange 106 constituting the first heat transfer path is equal to the second flexible high thermal conductive member 84 constituting the second heat transfer path. And it is set smaller than the thermal resistance of the second cooling stage 50.

このように、本実施例に係る冷却装置40Aは、第1の伝熱経路と第2の伝熱経路が熱的に独立した構成としているため、各伝熱経路毎に異なった冷却処理を行うことが可能となる。更に、第1の伝熱経路の熱抵抗と第2の伝熱経路の熱抵抗を異ならせたことにより、各伝熱経路毎に異なった温度の冷却を行うことができる。この際、冷却温度は各伝熱経路の熱抵抗値に相関するため、各伝熱経路の熱抵抗値を適宜選定することにより、この熱抵抗値に応じて冷却温度を制御することも可能である。   Thus, since the cooling device 40A according to the present embodiment has a configuration in which the first heat transfer path and the second heat transfer path are thermally independent, different cooling processes are performed for each heat transfer path. It becomes possible. Furthermore, by making the thermal resistance of the first heat transfer path different from the heat resistance of the second heat transfer path, cooling at different temperatures can be performed for each heat transfer path. At this time, since the cooling temperature correlates with the heat resistance value of each heat transfer path, it is possible to control the cooling temperature according to the heat resistance value by appropriately selecting the heat resistance value of each heat transfer path. is there.

従って、本実施例に係る冷却装置40Aでは、一つのGM冷凍機70により、超電導マグネットコイル54と磁性体ソルトピル58を異なった温度に冷却することが可能となる。具体的には、断熱消磁運転を行うことにより磁性体ソルトピル58を0.05Kの超低温に冷却しつつ、超電導マグネットコイル54を約6K程度に冷却することができる。また、前記のように第2の冷却ステージ50と低熱抵抗フランジ106は断熱部材112により熱的に分離されているため、超電導マグネットコイル54の熱が磁性体ソルトピル58に熱伝導するようなことはない。更に、低熱抵抗フランジ106と磁性体ソルトピル58との間には熱スイッチ65が設けられているため、第2の冷却部78(GM冷凍機70)と磁性体ソルトピル58との間の冷却は、熱スイッチ65をON/OFFすることにより適宜に制御される。   Therefore, in the cooling device 40A according to the present embodiment, the superconducting magnet coil 54 and the magnetic salt pill 58 can be cooled to different temperatures by one GM refrigerator 70. Specifically, by performing the adiabatic demagnetization operation, the superconducting magnet coil 54 can be cooled to about 6K while the magnetic salt pill 58 is cooled to an ultra-low temperature of 0.05K. Further, as described above, since the second cooling stage 50 and the low thermal resistance flange 106 are thermally separated by the heat insulating member 112, the heat of the superconducting magnet coil 54 is conducted to the magnetic salt pill 58. Absent. Furthermore, since a thermal switch 65 is provided between the low thermal resistance flange 106 and the magnetic salt pill 58, the cooling between the second cooling unit 78 (GM refrigerator 70) and the magnetic salt pill 58 is as follows. It is appropriately controlled by turning on / off the thermal switch 65.

よって、冷却装置40A内に必要とする冷却温度の異なる複数の被冷却物(超電導マグネットコイル54と磁性体ソルトピル58)を設けても、GM冷凍機70から超電導マグネットコイル54及び磁性体ソルトピル58にいたる伝熱経路を独立させることにより、複数の被冷却物の相互間において悪影響を及ぼしあうことを防止でき、効率の高い冷却処理を行うことができる。   Therefore, even if a plurality of objects to be cooled (superconducting magnet coil 54 and magnetic salt pill 58) having different cooling temperatures required in the cooling device 40A are provided, the superconducting magnet coil 54 and the magnetic salt pill 58 are transferred from the GM refrigerator 70. By making independent heat transfer paths, it is possible to prevent adverse effects among a plurality of objects to be cooled, and to perform highly efficient cooling processing.

図7は、上記した冷却装置40Aの変形例を示している。上記した実施例では、断熱消磁運転を行うことにより磁性体ソルトピル58を被冷却物とした冷却装置40Aについて説明したが、本発明の適用はこれに限定されるもものではない。   FIG. 7 shows a modification of the cooling device 40A described above. In the embodiment described above, the cooling device 40A using the magnetic salt pill 58 as an object to be cooled by performing the adiabatic demagnetization operation has been described, but the application of the present invention is not limited to this.

本変形例に係る冷却装置40Bでは、被冷却物を磁性体ソルトピル58に代えて、物性測定等の試験を行う試料110としたものである。この物性試験は、試料110を低温にしつつ磁場を印加した場合の物性を測定するものである。また、本変形例においても、熱スイッチ65を設けている。このため、熱スイッチ65により第2の冷却部78と試料110との間の熱伝導(冷却)を制御することができ、物性測定の自由度を高めることができる。   In the cooling device 40B according to the present modification, the object to be cooled is replaced with the magnetic salt pill 58, and the sample 110 is used for testing physical properties and the like. This physical property test measures physical properties when a magnetic field is applied while the sample 110 is kept at a low temperature. Also in this modification, a thermal switch 65 is provided. Therefore, the heat conduction (cooling) between the second cooling unit 78 and the sample 110 can be controlled by the thermal switch 65, and the degree of freedom in measuring physical properties can be increased.

尚、本変形例以外の被冷却物に対して本願発明を適用することも可能である。更に、上記した実施例では、被冷却物がふたつ(超電導マグネットコイル54及び磁性体ソルトピル58)であったため、GM冷凍機70から被冷却物の伝熱経路も二つである例を示したが、伝熱経路も二つに限定されるものではなく、被冷却物の数、冷凍機の数等に応じて適宜数の伝熱経路を設定することも可能である。   In addition, it is also possible to apply this invention with respect to to-be-cooled objects other than this modification. Furthermore, in the above-described embodiment, since there are two objects to be cooled (the superconducting magnet coil 54 and the magnetic salt pill 58), there are two heat transfer paths from the GM refrigerator 70. The number of heat transfer paths is not limited to two, and an appropriate number of heat transfer paths can be set according to the number of objects to be cooled, the number of refrigerators, and the like.

図1は、本発明の一実施例である冷却装置の全体を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an entire cooling device according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施例である冷却装置の磁性体ソルトピルの近傍を拡大して示す図である。FIG. 2 is an enlarged view showing the vicinity of a magnetic salt pill of a cooling device according to an embodiment of the present invention. 図3は、図1に示した冷却装置の領域Aに対応した部分の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of a portion corresponding to region A of the cooling device shown in FIG. 図4は、真空容器支持体の側面図である。FIG. 4 is a side view of the vacuum vessel support. 図5は、真空容器支持体の平面図である。FIG. 5 is a plan view of the vacuum vessel support. 図6は、図1に破線で囲って示した領域Bに対応した部分の断面斜視図である。FIG. 6 is a cross-sectional perspective view of a portion corresponding to a region B surrounded by a broken line in FIG. 図7は、図1に示した冷却装置の変形例である冷却装置の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a cooling device that is a modification of the cooling device shown in FIG. 1. 図8は、従来の一例である冷却装置を示す概略構成図である。FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a cooling device as an example of the prior art.

符号の説明Explanation of symbols

40A,40B 冷却装置
41 真空容器
52,54 超電導マグネットコイル
42 真空容器本体
43 天板
44 底板部材
46 第1の輻射シールド
47 第1の冷却ステージ
49 第2の輻射シールド
50 第2の冷却ステージ
56 熱伝導支持部材
58 磁性体ソルトピル
60 断熱消磁冷凍機
65 熱スイッチ
66 熱リンク
70 GM冷凍機
73 第1の冷却部
74 第1のシリンダ部
75 第1のコールドヘッド
77,84,105 可撓性高熱伝導部材
78 第2の冷却部
79 第2のシリンダ部
81 第2のコールドヘッド
88 真空ベローズ
106 低熱抵抗フランジ
110 試料
112 断熱部材
40A, 40B Cooling device 41 Vacuum vessel 52, 54 Superconducting magnet coil 42 Vacuum vessel body 43 Top plate 44 Bottom plate member 46 First radiation shield 47 First cooling stage 49 Second radiation shield 50 Second cooling stage 56 Heat Conductive support member 58 Magnetic salt pill 60 Adiabatic demagnetization refrigerator 65 Thermal switch 66 Thermal link 70 GM refrigerator 73 First cooling section 74 First cylinder section 75 First cold head 77, 84, 105 Flexible high thermal conductivity Member 78 Second cooling part 79 Second cylinder part 81 Second cold head 88 Vacuum bellows 106 Low thermal resistance flange 110 Sample 112 Thermal insulation member

Claims (6)

被冷却物を冷却する冷凍機と、
前記被冷却物と前記冷凍機とを熱的に接続する伝熱手段とを有する冷却装置において、
前記伝熱手段を、熱的に独立した複数の伝熱経路により構成したことを特徴とする冷却装置。
A refrigerator that cools the object to be cooled;
In the cooling device having heat transfer means for thermally connecting the object to be cooled and the refrigerator,
A cooling device, wherein the heat transfer means is constituted by a plurality of thermally independent heat transfer paths.
請求項1記載の冷却装置において、
前記複数の伝熱経路の少なくとも一つに熱スイッチを配設したことを特徴とする冷却装置。
The cooling device according to claim 1, wherein
A cooling device comprising a thermal switch in at least one of the plurality of heat transfer paths.
請求項1記載の冷却装置において、
前記複数の伝熱経路の各熱抵抗を異ならせたことを特徴とする冷却装置。
The cooling device according to claim 1, wherein
The cooling device according to claim 1, wherein each of the plurality of heat transfer paths has a different thermal resistance.
真空容器と、
該真空容器に内設された超電導マグネットコイルと、
該超電導マグネットコイルにより磁界印加される被冷却物と、
寒冷を生成する冷凍機と、
前記被冷却物と前記冷凍機とを熱的に接続する第1の伝熱経路と、
前記超電導マグネットコイルと前記冷凍機とを熱的に接続する第2の伝熱経路とを有しており、
前記第1の伝熱経路と第2の伝熱経路とを熱的に独立した構成としたことを特徴とする冷却装置。
A vacuum vessel;
A superconducting magnet coil installed in the vacuum vessel;
An object to be cooled which is applied with a magnetic field by the superconducting magnet coil;
A refrigerator that produces cold;
A first heat transfer path for thermally connecting the object to be cooled and the refrigerator;
A second heat transfer path that thermally connects the superconducting magnet coil and the refrigerator;
The cooling device characterized in that the first heat transfer path and the second heat transfer path are thermally independent.
請求項4記載の冷却装置において、
前記第1の伝熱経路に熱スイッチを設けたことを特徴とする冷却装置。
The cooling device according to claim 4, wherein
A cooling device comprising a thermal switch in the first heat transfer path.
請求項4記載の冷却装置において、
前記第1の伝熱経路の熱抵抗と、第2の伝熱経路の熱抵抗を異ならせたことを特徴とする冷却装置。
The cooling device according to claim 4, wherein
A cooling device characterized in that a thermal resistance of the first heat transfer path is different from a heat resistance of the second heat transfer path.
JP2004261526A 2004-09-08 2004-09-08 Cooling device Pending JP2006078070A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004261526A JP2006078070A (en) 2004-09-08 2004-09-08 Cooling device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004261526A JP2006078070A (en) 2004-09-08 2004-09-08 Cooling device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006078070A true JP2006078070A (en) 2006-03-23

Family

ID=36157672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004261526A Pending JP2006078070A (en) 2004-09-08 2004-09-08 Cooling device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006078070A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100998383B1 (en) 2008-11-13 2010-12-03 원봉연 Biased system of magnetic field on cryogenic using a refrigerator
KR101090427B1 (en) 2009-10-22 2011-12-07 한국전력공사 Magnetic force measurement system
JP2013207018A (en) * 2012-03-28 2013-10-07 Toshiba Corp Superconducting coil cooling system
JP2015105954A (en) * 2013-11-29 2015-06-08 オックスフォード インストルメンツ ナノテクノロジー ツールス リミテッド Cryogenic cooling apparatus and system
JP2018059904A (en) * 2016-08-09 2018-04-12 ブルーカー バイオシュピン アー・ゲー Nmr device including superconducting magnet assembly and cooled sample head parts
CN114392580A (en) * 2022-03-24 2022-04-26 广东盈峰科技有限公司 Cold trap device

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100998383B1 (en) 2008-11-13 2010-12-03 원봉연 Biased system of magnetic field on cryogenic using a refrigerator
KR101090427B1 (en) 2009-10-22 2011-12-07 한국전력공사 Magnetic force measurement system
JP2013207018A (en) * 2012-03-28 2013-10-07 Toshiba Corp Superconducting coil cooling system
JP2015105954A (en) * 2013-11-29 2015-06-08 オックスフォード インストルメンツ ナノテクノロジー ツールス リミテッド Cryogenic cooling apparatus and system
JP2018059904A (en) * 2016-08-09 2018-04-12 ブルーカー バイオシュピン アー・ゲー Nmr device including superconducting magnet assembly and cooled sample head parts
US10175315B2 (en) 2016-08-09 2019-01-08 Bruker Biospin Ag NMR apparatus comprising a superconducting magnet assembly and cooled probe components
CN114392580A (en) * 2022-03-24 2022-04-26 广东盈峰科技有限公司 Cold trap device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0629635Y2 (en) Cryostat
JP4934067B2 (en) Superconducting magnet apparatus and magnetic resonance imaging apparatus
JP3996935B2 (en) Cryostat structure
JP4960539B2 (en) Zero-boil-off refrigerant-cooled recondensing superconducting magnet assembly
JP4266232B2 (en) Superconducting magnet apparatus and magnetic resonance imaging apparatus
JP4422711B2 (en) Superconducting magnet device and magnetic resonance imaging device
US20070051115A1 (en) Cryostat configuration with cryocooler and gas gap heat transfer device
JP2007027715A (en) Low magnetic field loss cold mass structure for superconducting magnet
JPH09187440A (en) Open type magnetic resonance imaging magnet
US11810711B2 (en) Cryostat assembly having a resilient, heat-conducting connection element
JP2010513924A (en) Cooled normal metal and HTSNMR probe coils with electric field shield
EP0334382B1 (en) Magnet apparatus for use in magnetic resonance imaging system
JP5972368B2 (en) Cooling container
JP2006078070A (en) Cooling device
JP3587844B1 (en) Superconducting magnet apparatus and magnetic resonance imaging apparatus using the same
JP6139795B2 (en) Dynamic boil-off reduction with improved cryogenic vessel
JP4799757B2 (en) Superconducting magnet
GB2547720A (en) Thermal shield
CN217485181U (en) Superconducting magnet device
JP2006041259A (en) Cooler
JP2004212354A (en) Nuclear magnetic resonance probe
JPH08248001A (en) Apparatus for measuring physical properties under magnetic field
JP2005144132A (en) Superconductive magnet device and magnetic resonance imaging device using the same
JP2006038395A (en) Cooling device
JP4079101B2 (en) Superconducting magnet apparatus and magnetic resonance imaging apparatus using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061016

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080312

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080318

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080519

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080715