JP2007127298A - Cryogenic device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent inflow of atmospheric air into a refrigerating machine sleeve in replacing the refrigerating machine of a cryogenic device. <P>SOLUTION: The inflow of outside air into a refrigerating machine insertion space can be prevented by forming a purge gas flow directing to a device external side from a storing case 14 side in the space by introducing a purge gas into the refrigerating machine insertion space from the external through a purge gas introduction tube 80 when the refrigerating machine 30 is taken out from the refrigerating machine insertion space connected with the storing case 14 and the external of the device. The purge gas introduction tube 80 is disposed along the refrigerating machine 30, and can be inserted and removed with respect to the refrigerating machine insertion space with the refrigerating machine 30. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、超伝導磁石等を冷却するための極低温装置に関するものである。   The present invention relates to a cryogenic device for cooling a superconducting magnet or the like.

従来、超伝導磁石(超伝導マグネット)等を冷却するための極低温装置として、極低温冷凍機を装備したものが知られている。その例を図5に示す。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a cryogenic device for cooling a superconducting magnet (superconducting magnet) or the like, a device equipped with a cryogenic refrigerator is known. An example is shown in FIG.

図示の装置は、MRI(磁気共鳴診断装置)として利用されるもので、ソレノイド型超伝導磁石10を内蔵し、このソレノイド型超伝導磁石10の中心軸が水平方向を向くように同磁石10が配置される横置き型のものとなっている。   The illustrated apparatus is used as an MRI (Magnetic Resonance Diagnosis Apparatus), and includes a solenoid type superconducting magnet 10, and the magnet 10 is arranged so that the central axis of the solenoid type superconducting magnet 10 faces in the horizontal direction. It is a horizontal type that is placed.

図例の装置は冷媒式のもので、液体ヘリウムからなる冷媒12を収容する格納容器14と、この格納容器14を外側から囲む熱シールド体16と、この熱シールド体16をさらに外側から囲む真空容器18とを備え、前記冷媒12中に前記超伝導磁石10が浸漬されている。前記格納容器14と前記真空容器18との間の空隙では真空状態が保たれており、この空隙内に前記熱シールド体16が配置されている。   The illustrated apparatus is of a refrigerant type, and includes a storage container 14 that contains a refrigerant 12 made of liquid helium, a heat shield body 16 that surrounds the storage container 14 from the outside, and a vacuum that further surrounds the heat shield body 16 from the outside. And the superconducting magnet 10 is immersed in the refrigerant 12. A vacuum state is maintained in the gap between the storage container 14 and the vacuum container 18, and the heat shield body 16 is disposed in the gap.

この装置の中央には、水平方向に延びる磁場利用空間20が確保されており、この磁場利用空間20を取り囲むように、前記格納容器14、前記熱シールド体16、及び前記真空容器18がそれぞれドーナツ状に形成されている。   A magnetic field utilization space 20 extending in the horizontal direction is secured at the center of the apparatus, and the containment vessel 14, the heat shield body 16, and the vacuum vessel 18 are respectively donuts so as to surround the magnetic field utilization space 20. It is formed in a shape.

前記格納容器14及び前記熱シールド体16には、それぞれ、その天壁から上方に延びるスリーブ24,26が形成され、前記熱シールド体16のスリーブ26の内側に前記格納容器14のスリーブ24の上端部分が下から挿入されている。そして、これらスリーブ24,26の内側の空間に冷凍機30が挿脱可能に配置されるようになっている。すなわち、両スリーブ24,26は、その内側に冷凍機30が挿脱される冷凍機挿入空間を形成する冷凍機挿入部を構成している。   The storage container 14 and the heat shield body 16 are respectively formed with sleeves 24 and 26 extending upward from the top wall thereof, and the upper end of the sleeve 24 of the storage container 14 is inside the sleeve 26 of the heat shield body 16. The part is inserted from the bottom. And the refrigerator 30 is arrange | positioned in the space inside these sleeves 24 and 26 so that insertion or removal is possible. That is, both the sleeves 24 and 26 constitute a refrigerator insertion portion that forms a refrigerator insertion space into which the refrigerator 30 is inserted and removed.

前記冷凍機30は、格納容器14内で前記冷媒12が蒸発することにより生成された冷媒ガスを再凝縮させるためのもので、この再凝縮により、冷媒12の消費量及び補充頻度が大幅に低減される。   The refrigerator 30 is for recondensing the refrigerant gas generated by the evaporation of the refrigerant 12 in the storage container 14, and the consumption and replenishment frequency of the refrigerant 12 are greatly reduced by the recondensation. Is done.

図例では、前記冷凍機30として2段式のGM冷凍機が用いられている。具体的に、この冷凍機30は、上下方向に延びる略円柱状の全体形状をなし、その中段部分に第1冷却ステージ31を有し、下端部分に前記第1冷却ステージ31よりも設定温度の低い第2冷却ステージ32を有している。そして、前記第1冷却ステージ31が前記熱シールド体16のスリーブ26に熱伝導可能に連結されるとともに、前記第2冷却ステージ32に再凝縮器であるフィン34が熱伝導可能に接続されていて、このフィン34が前記格納容器14のスリーブ24内に配置されている。このフィン34の表面の冷却温度は冷媒12の凝縮温度(ヘリウムの場合には4.2K)よりも低い温度に設定されており、このフィン34の表面に冷媒ガスが接触することにより当該フィン34の表面上で当該冷媒ガスが再凝縮するようになっている。   In the illustrated example, a two-stage GM refrigerator is used as the refrigerator 30. Specifically, the refrigerator 30 has a substantially cylindrical overall shape extending in the up-down direction, has a first cooling stage 31 in the middle part thereof, and has a set temperature lower than that of the first cooling stage 31 in the lower end part. A low second cooling stage 32 is provided. The first cooling stage 31 is connected to the sleeve 26 of the heat shield body 16 so as to be able to conduct heat, and a fin 34 as a recondenser is connected to the second cooling stage 32 so as to be able to conduct heat. The fin 34 is disposed in the sleeve 24 of the storage container 14. The cooling temperature of the surface of the fin 34 is set to a temperature lower than the condensing temperature of the refrigerant 12 (4.2 K in the case of helium), and the fin 34 is brought into contact with the surface of the fin 34 by the refrigerant gas. The refrigerant gas is recondensed on the surface.

なお、前記格納容器14には、同容器14の内圧が一定以上になるのを回避するための安全装置36が設けられている。この安全装置36は、前記格納容器14から外部に連通するように設けられた安全排出管37と、この安全排出管37の上端の出口に設けられた逆止弁からなる安全弁38とで構成され、前記格納容器14内の圧力が一定以上になると同容器14内の余剰のヘリウムガスを装置外部へ逃がす役割を果たす。   The storage container 14 is provided with a safety device 36 for avoiding the internal pressure of the container 14 from exceeding a certain level. The safety device 36 includes a safety discharge pipe 37 provided so as to communicate with the outside from the storage container 14, and a safety valve 38 including a check valve provided at an outlet at the upper end of the safety discharge pipe 37. When the pressure in the storage container 14 becomes a certain level or more, the helium gas in the container 14 is released to the outside of the apparatus.

ところで、このような極低温装置では、前記冷凍機30について定期的なメンテナンス作業を行う必要がある。一般には、前記スリーブ24,26内から前記冷凍機30を抜き取り、同スリーブ24,26内に新しい冷凍機30を挿入した後、この冷凍機30を起動させて定常状態まで移行させるといった作業が行われる。   By the way, in such a cryogenic apparatus, it is necessary to perform regular maintenance work on the refrigerator 30. In general, after the refrigerator 30 is removed from the sleeves 24 and 26, a new refrigerator 30 is inserted into the sleeves 24 and 26, and then the refrigerator 30 is started to move to a steady state. Is called.

このメンテナンス作業の際、前記冷凍機30をスリーブ24,26内から抜き取ったときに、それまで冷凍機30が占めていた容積分に相当する外気が装置外部から流入するおそれがあり、このような外気の流入があると、当該外気に含まれる酸素や水素、水蒸気といった比較的凝固点の高い成分が一瞬のうちにスリーブ24,26内で凍結してしまう不都合が生じる。このような凍結が生じると、その後新たに挿入する冷凍機30の第1冷却ステージ31と熱シールド体16との間の熱伝導率が低下する等して、当該冷凍機30の能力が十分発揮できなくなるおそれがある。   During the maintenance work, when the refrigerator 30 is extracted from the sleeves 24 and 26, there is a possibility that outside air corresponding to the volume occupied by the refrigerator 30 may flow from the outside of the apparatus. If there is an inflow of outside air, there arises a disadvantage that components having a relatively high freezing point such as oxygen, hydrogen, and water vapor contained in the outside air freeze in the sleeves 24 and 26 in an instant. When such freezing occurs, the thermal conductivity between the first cooling stage 31 and the heat shield body 16 of the refrigerator 30 to be newly inserted thereafter decreases, and thus the capacity of the refrigerator 30 is sufficiently exhibited. There is a risk that it will not be possible.

そこで、このような不都合を解消するための手段として、従来、下記特許文献1に記載されるような方法が提案されている。この方法は、前記冷凍機が挿入されているスリーブを外側から塞ぐように膨張収縮可能なメンテナンス袋を取付け、このメンテナンス袋内に冷媒ガスを入れて冷媒雰囲気にした状態で、当該メンテナンス袋に形成されているグローブを利用して当該メンテナンス袋内の冷凍機を袋外からメンテナンス操作するようにしたものである。
特開平5−223379号公報(第3頁〜第5頁、図4)
Therefore, as a means for solving such inconvenience, a method as described in Patent Document 1 below has been proposed. In this method, a maintenance bag that can be expanded and contracted is installed so as to close the sleeve in which the refrigerator is inserted from the outside, and the maintenance bag is formed in the maintenance bag in a state where a refrigerant gas is put into the maintenance bag. The maintenance operation of the refrigerator in the maintenance bag is performed from the outside of the bag by using the glove that is provided.
JP-A-5-223379 (pages 3-5, FIG. 4)

前記特許文献1に記載される方法では、冷凍機のメンテナンス作業の度にわざわざメンテナンス袋を別途取り付ける必要がある。さらに、当該メンテナンス袋内を冷媒ガス雰囲気にするために当該袋内から大気を吸引するための排気用ブロアや当該袋内に冷媒ガスを供給するガスボンベ等を用意しなければならず、その準備は非常に面倒なものとなる。   In the method described in Patent Document 1, it is necessary to separately attach a maintenance bag every time the maintenance work of the refrigerator is performed. Furthermore, in order to make the inside of the maintenance bag a refrigerant gas atmosphere, an exhaust blower for sucking air from the bag, a gas cylinder for supplying refrigerant gas into the bag, and the like must be prepared. It becomes very troublesome.

また、前記メンテナンス袋内でのメンテナンス作業は、作業者がグローブを介して袋内に手を差し入れるようにして行わなければならず、その作業は容易でない。   Further, the maintenance work in the maintenance bag must be performed by an operator inserting his / her hand into the bag through a glove, and the work is not easy.

本発明は、このような事情に鑑み、冷凍機のメンテナンス作業の際、この冷凍機が挿入されているスリーブ内に大気等が流入するのを有効に抑止しながら、当該メンテナンス作業を容易に行うことを可能にする技術の提供を目的とする。   In view of such circumstances, the present invention easily performs the maintenance work while effectively suppressing air and the like from flowing into the sleeve in which the refrigerator is inserted during the maintenance work of the refrigerator. The purpose is to provide technology that makes this possible.

本発明者等は、前記課題を解決するための手段として、少なくとも前記冷凍機挿入空間内から前記冷凍機を引き抜く際、この冷凍機挿入空間内に装置外部からパージガス導入管を通じてパージガスを導入して同冷凍機挿入空間内に前記格納容器側から装置外部側に向かうパージガス流を形成することにより、この冷凍機挿入空間内に外気が流入するのを防ぐ方法に想到した。   As means for solving the above problems, the present inventors introduced purge gas from the outside of the apparatus through the purge gas introduction pipe into the refrigerator insertion space when pulling out the refrigerator from at least the refrigerator insertion space. The inventors have conceived a method for preventing the outside air from flowing into the refrigerator insertion space by forming a purge gas flow from the storage container side toward the outside of the apparatus in the refrigerator insertion space.

しかしながら、このような方法では、前記パージガス中に誤って一定以上の高凝固点不純物(例えば水や二酸化炭素)が混じっている場合に、この不純物が固化して前記パージガス導入管の閉塞を招くことがあり、このような閉塞状態を解除するにはパージガス導入管中の温度を上げて前記の固化した不純物を気化する必要が生じる。このとき、前記パージガス導入管が例えば極低温装置の装置本体側に固定的に設置されているとすると、当該導入管を加温するには超電導マグネットの消磁及び昇温を伴う極低温装置全体の運転停止を行わなければならず、その後の装置の立上げに多大な時間とコストを費やさなければならないことになる。   However, in such a method, when a certain amount of high freezing point impurities (for example, water or carbon dioxide) are mistakenly mixed in the purge gas, the impurities may solidify and cause the purge gas introduction pipe to be blocked. In order to release such a closed state, it is necessary to raise the temperature in the purge gas introduction pipe and vaporize the solidified impurities. At this time, if the purge gas introduction pipe is fixedly installed on the apparatus main body side of the cryogenic apparatus, for example, the entire cryogenic apparatus with demagnetization and temperature rise of the superconducting magnet is required to heat the introduction pipe. The operation must be stopped, and a great deal of time and cost must be spent on the subsequent startup of the apparatus.

また、装置全体の運転を止めずに部分的な加熱で前記パージガス導入管内の固化物を溶融(液化)する方法も考えられるが、この方法を実施してもその液化した不純物は前記パージガス導入管を通じて低温の格納容器内に流下し、ここで再び固化してしまうので、抜本的な解決とはならない。   In addition, a method of melting (liquefying) the solidified substance in the purge gas introduction pipe by partial heating without stopping the operation of the entire apparatus is conceivable. Even if this method is carried out, the liquefied impurities remain in the purge gas introduction pipe. It flows down into a low temperature containment vessel and solidifies again here, which is not a radical solution.

本発明は、以上記したような背景からなされたものであり、被冷却体を格納する格納容器と、この格納容器内に格納される前記被冷却体の冷却に寄与する冷熱を発生させる冷凍機とを備えた極低温装置において、前記格納容器の内部と装置外部とにつながって装置外部から前記冷凍機が挿入可能である冷凍機挿入空間を囲む冷凍機挿入部と、前記冷凍機挿入空間から装置外部へ前記冷凍機が引き抜かれたときに当該冷凍機挿入空間内に外気が流入するのを防ぐためのパージガスを装置外部から前記冷凍機挿入空間内に導入して前記格納容器側から装置外部側に向かうパージガス流を形成するためのパージガス導入管とを備え、このパージガス導入管は、前記冷凍機に沿って設けられて当該冷凍機とともに前記冷凍機挿入空間に対して挿脱されるように構成されているものである。   The present invention has been made from the background as described above, and a storage container for storing a cooled object, and a refrigerator that generates cold heat that contributes to cooling the cooled object stored in the stored container. A cryogenic device comprising: a refrigerator insertion portion that is connected to the inside of the containment vessel and the outside of the device and surrounds the refrigerator insertion space into which the refrigerator can be inserted from the outside of the device; and from the refrigerator insertion space A purge gas for preventing outside air from flowing into the refrigerator insertion space when the refrigerator is pulled out of the apparatus is introduced into the refrigerator insertion space from the outside of the apparatus, and the storage container side is connected to the outside of the apparatus. And a purge gas introduction pipe for forming a purge gas flow toward the side. The purge gas introduction pipe is provided along the refrigerator and is inserted into and removed from the refrigerator insertion space together with the refrigerator. Those that are configured.

また本発明は、被冷却体を格納する格納容器を備えた極低温装置に設けられ、この格納容器内に格納される前記被冷却体の冷却に寄与する冷熱を発生させる冷凍機を含む極低温装置用冷凍機ユニットであって、前記冷凍機が、前記極低温装置の外部と前記格納容器の内部とにつながるように当該極低温装置に形成された冷凍機挿入空間内に当該極低温装置の外部から挿入可能となる外形を有するとともに、この冷凍機が前記冷凍機挿入空間から装置外部へ引き抜かれたときに当該冷凍機挿入空間内に外気が流入するのを防ぐためのパージガスを装置外部から前記冷凍機挿入空間内に導入して前記格納容器側から装置外部側に向かうパージガス流を形成するためのパージガス導入管を備え、このパージガス導入管が前記冷凍機に沿って設けられて当該冷凍機とともに前記冷凍機挿入空間に対して挿脱されるように構成されているものである。   The present invention also includes a cryogenic device that includes a refrigerator that is provided in a cryogenic apparatus having a storage container for storing a cooled object, and that generates cold heat that contributes to cooling of the cooled object stored in the storage container. A refrigerator unit for an apparatus, wherein the refrigerator is connected to a refrigerator insertion space formed in the cryogenic apparatus so as to be connected to the outside of the cryogenic apparatus and the inside of the containment vessel. It has an external shape that can be inserted from the outside, and purge gas for preventing outside air from flowing into the refrigerator insertion space when the refrigerator is pulled out from the refrigerator insertion space to the outside of the apparatus. A purge gas introduction pipe for introducing a purge gas flow into the refrigerator insertion space to form a purge gas flow from the storage container side toward the outside of the apparatus is provided, and the purge gas introduction pipe is provided along the refrigerator. Those that are configured to be inserted and removed with respect to the refrigerator insertion space together with the refrigerator.

以上の構成によれば、冷凍機挿入空間内に冷凍機が挿入されている状態で、この冷凍機に沿って設けられたパージガス導入管を通じて前記冷凍機挿入空間内にパージガスを導入することにより、当該冷凍機挿入空間内に格納容器側から装置外部側に向かうパージガス流を形成することができ、このようなパージガス流を形成しながら前記冷凍機を前記冷凍機挿入空間から抜き取ることにより、その抜き取り時に装置外部から前記冷凍機挿入空間内に大気等が流入するのを有効に抑止することができる。   According to the above configuration, in a state where the refrigerator is inserted in the refrigerator insertion space, by introducing the purge gas into the refrigerator insertion space through the purge gas introduction pipe provided along the refrigerator, A purge gas flow from the storage container side toward the outside of the apparatus can be formed in the refrigerator insertion space, and by removing the refrigerator from the refrigerator insertion space while forming such a purge gas flow, Sometimes, air or the like can be effectively prevented from flowing into the refrigerator insertion space from the outside of the apparatus.

ここで、仮にパージガス中の不純物が凝固して前記パージガス導入管を閉塞させる事態が発生しても、このパージガス導入管を冷凍機とともに冷凍機挿入空間から抜き取ることによって、極低温装置本体の運転には著しい影響を与えることなく、当該装置本体の外部で前記パージガス導入管の復旧(加熱等)を行うことができる。   Here, even if the impurities in the purge gas solidify and the purge gas introduction pipe is closed, the purge gas introduction pipe is removed from the refrigerator insertion space together with the refrigerator to operate the cryogenic apparatus main body. The purge gas introduction pipe can be restored (heating, etc.) outside the apparatus main body without significantly affecting the apparatus.

本発明に係る極低温装置は、いわゆる冷媒式のもの、すなわち、前記格納容器が前記被冷却体を冷却するための液体状の冷媒を収容してこの冷媒中に前記被冷却体が浸漬される状態で当該被冷却体を格納するものであり、前記冷凍機は前記格納容器内で前記冷媒が蒸発して生じた冷媒ガスを前記冷凍機挿入空間内で再凝縮させるものであってもよいし、いわゆる無冷媒式のもの、すなわち、前記冷凍機が前記格納空間内の被冷却体に熱伝導可能となるように接続されているものであってもよい。   The cryogenic apparatus according to the present invention is a so-called refrigerant type, that is, the containment vessel stores a liquid refrigerant for cooling the object to be cooled, and the object to be cooled is immersed in the refrigerant. The cooling object may be stored in a state, and the refrigerator may recondense the refrigerant gas generated by evaporation of the refrigerant in the storage container in the refrigerator insertion space. The so-called refrigerant-free type, that is, the refrigerator may be connected to the object to be cooled in the storage space so as to be able to conduct heat.

前者の冷媒式のものにおいては、前記パージガス導入管のガス排出口が前記冷凍機挿入空間内において前記冷凍機の挿入方向奥側端部(例えば冷媒ガスを再凝縮させるためのフィン等の再凝縮部)よりも奥方の位置で装置外部側に向くように配置されていることが、より好ましい。この構成によれば、前記冷凍機挿入空間が前記格納容器側に開口していても、その格納容器側から装置外部側に向かう安定したパージガス流を形成して、当該パージガスが前記格納容器側に流入するのを抑止することが可能である。   In the former refrigerant type, the gas discharge port of the purge gas introduction pipe is in the refrigerating machine insertion space at the end in the insertion direction of the refrigerating machine (for example, recondensing fins or the like for recondensing refrigerant gas) It is more preferable that it is arranged so as to face the outside of the apparatus at a position farther away than the part. According to this configuration, even if the refrigerator insertion space is open to the storage container side, a stable purge gas flow from the storage container side toward the outside of the apparatus is formed, and the purge gas is directed to the storage container side. It is possible to suppress the inflow.

本発明では、前記パージガス導入管が冷凍機に沿って設けられていればよく、その具体的な配管態様は問わない。例えば、前記パージガス導入管が前記冷凍機の周囲に巻付けられている構成とすれば、当該導入管が冷凍機から離れにくく、より円滑に冷凍機とパージガス導入管とを冷凍機挿入空間に対して挿脱することが可能になる。   In the present invention, the purge gas introduction pipe only needs to be provided along the refrigerator, and the specific piping mode is not limited. For example, if the purge gas introduction pipe is wound around the refrigerator, the introduction pipe is not easily separated from the refrigerator, and the refrigerator and the purge gas introduction pipe are more smoothly connected to the refrigerator insertion space. Can be inserted and removed.

本発明では、前記冷凍機挿入空間に前記冷凍機が挿入された状態で当該冷凍機挿入空間の装置外部側端部がパージガス排出通路を残して塞がれるとともに、前記パージガス排出通路に前記パージガスの前記装置外部への排出方向の流れのみを許容する逆止弁が設けられていることが、より好ましい。   In the present invention, in the state where the refrigerator is inserted into the refrigerator insertion space, the outside end portion of the refrigerator insertion space is closed leaving a purge gas discharge passage, and the purge gas is inserted into the purge gas discharge passage. More preferably, a check valve that allows only the flow in the discharge direction to the outside of the apparatus is provided.

この構成によれば、冷凍機挿入空間から冷凍機を引き抜く前の状態においても、同空間内にパージガス導入管からパージガス導入管を導入して前記逆止弁から同空間外へ排出することにより、前記冷凍機挿入空間内に良好なパージガス流を形成することができる。このように、冷凍機の引抜き作業を行う前の段階から安定したパージガス流を形成しておくことにより、大気等が前記冷凍機挿入空間内に流入するのをより有効に抑止することが可能になる。   According to this configuration, even in a state before the refrigerator is pulled out from the refrigerator insertion space, by introducing the purge gas introduction pipe from the purge gas introduction pipe into the space and discharging the check valve to the outside of the space, A good purge gas flow can be formed in the refrigerator insertion space. In this way, by forming a stable purge gas flow from the stage prior to the drawing operation of the refrigerator, it is possible to more effectively prevent the atmosphere and the like from flowing into the refrigerator insertion space. Become.

一方、前記冷凍機の運転が定常状態になり、再凝縮室の温度が極低温(4K付近)になったとき、パージガス導入管内部には、装置外部側から冷凍機挿入空間側にかけて、室温から極低温に至る温度分布を持つパージガスが充満していることになる。このように大きな温度勾配を持つパージガスが充満するパージガス導入管には、往々にして大きな脈動や振動を起こす熱音響振動が生じるおそれがあるが、前記パージガス導入管が、バルブを有するバイパス管を介して前記冷凍機挿入空間の装置外部側端部の近傍に連通している構成とすれば、パージガス導入管を使用しないときには前記バイパス管を介して前記パージガス導入管内を大容積の冷凍機挿入空間内に連通させることによって、当該導入管内の熱音響振動の発生を抑えることが可能となる。   On the other hand, when the operation of the refrigerator is in a steady state and the temperature of the recondensing chamber is extremely low (near 4K), the inside of the purge gas introduction pipe is moved from the room temperature to the refrigerator insertion space side from the room temperature. The purge gas having a temperature distribution that reaches an extremely low temperature is filled. In such a purge gas introduction pipe filled with a purge gas having a large temperature gradient, there is a possibility that thermoacoustic vibration that often causes a large pulsation or vibration may occur. However, the purge gas introduction pipe passes through a bypass pipe having a valve. When the purge gas introduction pipe is not used, the purge gas introduction pipe is connected to the large volume refrigerator insertion space through the bypass pipe when the purge gas introduction pipe is not used. It is possible to suppress the occurrence of thermoacoustic vibration in the introduction pipe.

また、本発明では、前記冷凍機挿入空間内に導入されるパージガスが前記格納容器内に流れ込むのを抑止するガス流入抑止手段を備えることが、より好ましい。この構成によれば、冷媒ガスよりも高温のパージガスが格納容器内に流入することによる同容器内の冷媒の蒸発を抑制し、ひいては冷媒の損失を有効に削減することができる。   Moreover, in this invention, it is more preferable to provide the gas inflow suppression means which suppresses the purge gas introduce | transduced in the said refrigerator insertion space flowing into the said storage container. According to this configuration, it is possible to suppress the evaporation of the refrigerant in the container due to the purge gas having a temperature higher than that of the refrigerant gas flowing into the storage container, and to effectively reduce the loss of the refrigerant.

このガス流入抑止手段としては、例えば、前記冷凍機挿入空間と前記格納容器内の空間とを連通する連通路を形成する連通部を有し、この連通部の連通路の流路断面積が、前記冷凍機挿入空間内に前記冷凍機が挿入された状態での当該冷凍機挿入空間内の最小流路断面積より小さいものが、好適である。   As this gas inflow suppression means, for example, it has a communication part that forms a communication path that connects the refrigerator insertion space and the space in the containment vessel, and the cross-sectional area of the communication path of this communication part is A thing smaller than the minimum flow path cross-sectional area in the said refrigerator insertion space in the state which inserted the said refrigerator in the said refrigerator insertion space is suitable.

この構成によれば、前記冷凍機挿入部と格納容器とを連結する連結管の内部空間の断面積が抑えられているので、パージガス導入管から冷凍機挿入空間内に導入されたパージガスが前記連結管側すなわち格納容器側へ流入することが有効に抑止される。   According to this configuration, since the cross-sectional area of the internal space of the connection pipe that connects the refrigerator insertion portion and the storage container is suppressed, the purge gas introduced into the refrigerator insertion space from the purge gas introduction pipe is connected to the connection pipe. Inflow to the tube side, that is, the containment vessel side, is effectively suppressed.

また、前記ガス流入抑止手段としては、前記冷凍機挿入空間の格納容器側端部を開閉する弁体と、この弁体を装置外部から操作するための弁操作手段とを含むものも、有効である。   Further, as the gas inflow suppression means, it is effective to include a valve body that opens and closes a storage container side end of the refrigerator insertion space and a valve operation means for operating the valve body from the outside of the apparatus. is there.

この構成によれば、パージガス導入の際、前記弁体によって前記冷凍機挿入空間の格納容器側端部を閉じておくことにより、当該パージガスが格納容器側に流入するのを有効に抑止することができる。   According to this configuration, when introducing the purge gas, it is possible to effectively prevent the purge gas from flowing into the storage container side by closing the storage container side end of the refrigerator insertion space by the valve body. it can.

前記弁操作手段としては、前記弁体をこの弁体が前記冷凍機挿入空間の格納容器側端部を開く向きに付勢する付勢手段と、一方の端部が前記弁体に連結され、他方の端部が装置外部に導出される操作用索体とを備え、この操作用索体を装置外部から引張ることにより前記弁体が前記付勢手段の付勢力に抗して前記冷凍機挿入空間の格納容器側端部を閉じる位置に移動するように前記操作用索体が配索されているものが、好適である。   As the valve operating means, an urging means for urging the valve body in a direction in which the valve body opens the storage container side end of the refrigerator insertion space, one end is connected to the valve body, The other end portion is provided with an operation cord that is led out to the outside of the device, and the valve body is inserted against the urging force of the urging means by pulling the operation cord from the outside of the device. It is preferable that the operation cable body is routed so as to move to a position where the storage container side end of the space is closed.

この構成によれば、通常使用時には前記付勢手段によって前記弁体を開弁位置に保持しておくことにより格納容器から冷凍機挿入空間内への冷媒ガスの流入を許容する一方、パージガス導入時には装置外部から前記操作用索体を操作するだけで前記弁体を前記付勢手段の付勢力に抗して閉じておくことができる。   According to this configuration, during normal use, the urging means holds the valve body in the valve open position, thereby allowing the refrigerant gas to flow from the storage container into the refrigerator insertion space, while introducing the purge gas. The valve body can be closed against the urging force of the urging means simply by operating the operating cord from outside the apparatus.

ここで、前記操作用索体は、前記冷凍機挿入空間内に前記冷凍機が存在する状態でも装置外部からの引張操作が可能となるように当該冷凍機挿入空間における当該冷凍機の挿入位置を迂回するように配索されていることが、より好ましい。   Here, the operation cable body has the insertion position of the refrigerator in the refrigerator insertion space so that a pulling operation from the outside of the apparatus is possible even when the refrigerator is present in the refrigerator insertion space. It is more preferable that the cables are routed so as to be bypassed.

また、前記弁体のうち、この弁体がその閉弁時に相手方の弁座部分と接触する部位に前記冷凍機挿入空間の格納容器側端部と接触する部位には、当該弁体を構成する材料よりも弾性変形し易い金属材料(例えばハンダやインジウム)からなるシール層が設けられていることが、より好ましい。この構成により、当該弁体と弁座部分とのシール性を高めて、格納容器内へのパージガスの流入を抑止する効果を高めることができる。   In addition, the valve body is configured in a portion of the valve body that contacts the storage container side end of the refrigerator insertion space in a portion that contacts the valve seat portion of the other party when the valve body is closed. It is more preferable that a seal layer made of a metal material (for example, solder or indium) that is more easily elastically deformed than the material is provided. With this configuration, the sealing performance between the valve body and the valve seat portion can be improved, and the effect of suppressing the inflow of purge gas into the storage container can be enhanced.

以上のように、本発明によれば、冷凍機に沿って設けられるパージガス導入管を通じて冷凍機挿入空間内にパージガスを導入しながら同空間内から冷凍機を抜き取ることにより、その抜取り時に同空間内に大気が流入することを防ぎながら前記冷凍機のメンテナンス作業を容易に行うことができる。また、前記パージガス導入管内で不純物の固化等による閉塞が生じても、このパージガス導入管を前記冷凍機とともに前記冷凍機挿入空間から抜き取ることにより、極低温装置本体の運転にはほとんど影響を与えずに前記パージガス導入管の復旧を行うことができる。   As described above, according to the present invention, the purger is extracted from the space while introducing the purge gas into the refrigerator insertion space through the purge gas introduction pipe provided along the refrigerator. The maintenance work of the refrigerator can be easily performed while preventing air from flowing into the refrigerator. Even if the purge gas introduction pipe is clogged due to solidification of impurities, the purge gas introduction pipe is removed from the refrigerator insertion space together with the refrigerator, so that the operation of the cryogenic apparatus main body is hardly affected. In addition, the purge gas introduction pipe can be restored.

本発明の第1の実施の形態を図1に示す。なお、この実施の形態に係る極低温装置の構成は、その要部である冷凍機30の挿入部位を除いて前記図5に示したものと共通しているので、その共通部分については説明を省略し、以下、当該装置の要部のみを説明するものとする。   A first embodiment of the present invention is shown in FIG. Note that the configuration of the cryogenic apparatus according to this embodiment is the same as that shown in FIG. 5 except for the insertion portion of the refrigerator 30 which is the main part, and therefore the common parts will not be described. Hereinafter, only the main part of the apparatus will be described.

また、この実施の形態は、被冷却体として超電導磁石10を冷却する超電導マグネット装置について本発明を適用するものであるが、本発明では冷却対象を問わず、SQUID磁力計その他の超伝導素子の冷却にも適用し得るものである。   Moreover, although this embodiment applies this invention about the superconducting magnet apparatus which cools the superconducting magnet 10 as a to-be-cooled body, in this invention, regardless of cooling object, a SQUID magnetometer and other superconducting elements are used. It can also be applied to cooling.

図1は、前記極低温装置に設けられる冷凍機30と、この冷凍機30の挿入部を構成する各スリーブ24,26の具体的構造を示している。   FIG. 1 shows a specific structure of the refrigerator 30 provided in the cryogenic apparatus and the sleeves 24 and 26 constituting the insertion portion of the refrigerator 30.

既述のように、前記冷凍機30は、2段式のGM冷凍機により構成され、上下方向に延びる略円柱状の全体形状をなし、その中段部分に第1冷却ステージ31を有し、下端部分に前記第1冷却ステージ31よりも設定温度の低い第2冷却ステージ32を有している。各ステージ31,32は他の部分よりも外径の大きいフランジ状をなし、前記第2冷却ステージ32に再凝縮器であるフィン34が熱伝導可能に接続されている。そして、前記第1冷却ステージ31の外径が前記第2冷却ステージ32の外径及び前記フィン34の外径よりも大きく設定されている。   As described above, the refrigerator 30 is constituted by a two-stage GM refrigerator, has a substantially cylindrical overall shape extending in the vertical direction, has a first cooling stage 31 in its middle portion, and has a lower end. The part has a second cooling stage 32 having a set temperature lower than that of the first cooling stage 31. Each of the stages 31 and 32 has a flange shape having a larger outer diameter than the other parts, and fins 34 as recondensers are connected to the second cooling stage 32 so as to conduct heat. The outer diameter of the first cooling stage 31 is set larger than the outer diameter of the second cooling stage 32 and the outer diameter of the fins 34.

一方、前記熱シールド体16及び真空容器18には、前記冷凍機30を挿入するための貫通孔40,42がそれぞれ穿設されるとともに、その冷凍機が挿入される冷凍機挿入空間を囲む冷凍機挿入部が設けられている。具体的に、この冷凍機挿入部は、上下方向に伸縮可能なべローズからなるスリーブ44,46と、その下側の管材からなるスリーブ48とで構成されている。   On the other hand, the heat shield body 16 and the vacuum vessel 18 are provided with through holes 40 and 42 for inserting the refrigerator 30, respectively, and a refrigerator that surrounds the refrigerator insertion space into which the refrigerator is inserted. A machine insert is provided. Specifically, the refrigerator insertion portion includes sleeves 44 and 46 made of bellows that can be expanded and contracted in the vertical direction, and a sleeve 48 made of a tube material therebelow.

前記スリーブ44は、前記真空容器18の外側(上側)で前記貫通孔40を覆う位置に設けられている。このスリーブ44の下端は前記真空容器18の天壁に密着状態で連結され、上端開口部分には、前記冷凍機30に固定された冷凍機支持用フランジ50が挿脱可能に圧入されるようになっている。   The sleeve 44 is provided at a position covering the through hole 40 on the outer side (upper side) of the vacuum vessel 18. The lower end of the sleeve 44 is connected in close contact with the top wall of the vacuum vessel 18, and a refrigerator supporting flange 50 fixed to the refrigerator 30 is press-fitted into the upper end opening part so as to be detachable. It has become.

この冷凍機支持用フランジ50は、前記冷凍機30に固定されるフランジ部52と、このフランジ部52から下方に延びる円筒状の圧入部54とを有している。前記フランジ部52は、前記冷凍機30においてその第1冷却ステージ31よりも上側の部位に固定されており、当該冷凍機30から径方向に大きく突出する形状を有している。前記圧入部54は、前記スリーブ44の上端部の内径よりもやや小さい外径を有し、その外周面上にシール用のOリング56が全周にわたって設けられている。そして、このOリング56が前記スリーブ44の上端部内周面に密着する状態(気密状態)で当該上端部に挿脱可能に圧入されるようになっている。   The refrigerator supporting flange 50 has a flange portion 52 fixed to the refrigerator 30 and a cylindrical press-fit portion 54 extending downward from the flange portion 52. The flange portion 52 is fixed to a portion above the first cooling stage 31 in the refrigerator 30 and has a shape that protrudes greatly from the refrigerator 30 in the radial direction. The press-fit portion 54 has an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the upper end portion of the sleeve 44, and a sealing O-ring 56 is provided over the entire circumference on the outer peripheral surface thereof. The O-ring 56 is press-fitted into the upper end portion so as to be insertable / removable when the O-ring 56 is in close contact with the inner peripheral surface of the upper end portion of the sleeve 44 (airtight state).

この冷凍機支持用フランジ50のフランジ部52は、高さ調節機構60を介して前記真空容器18の天壁上に支持されるようになっている。前記高さ調節機構60は、前記真空容器18の天壁上で前記貫通孔42の周囲に立設された複数本のねじ棒62と、各ねじ棒62が挿通可能な貫通孔をもつ高さ調節フランジ64と、前記各ねじ棒62に螺合されるナット66,68とを有するもので、前記冷凍機支持用フランジ50のフランジ部52に前記各ねじ棒62が挿通可能な貫通孔が設けられている。そして、下側のナット66上に前記高さ調節フランジ64を載せ、この高さ調節フランジ64に前記フランジ部52を載せてその上からナット68を締めることにより、当該フランジ部52が前記ねじ棒62に高さ調節可能に固定されるようになっている。   The flange portion 52 of the refrigerator support flange 50 is supported on the top wall of the vacuum vessel 18 via the height adjusting mechanism 60. The height adjusting mechanism 60 is a height having a plurality of screw rods 62 erected around the through hole 42 on the top wall of the vacuum vessel 18 and through holes into which the screw rods 62 can be inserted. An adjustment flange 64 and nuts 66 and 68 screwed to the screw rods 62 are provided, and through holes through which the screw rods 62 can be inserted are provided in the flange portions 52 of the refrigerator support flange 50. It has been. Then, the height adjusting flange 64 is mounted on the lower nut 66, the flange portion 52 is mounted on the height adjusting flange 64, and the nut 68 is tightened from above, thereby the flange portion 52 is connected to the screw rod. It is fixed to 62 so that the height can be adjusted.

前記スリーブ46は、前記真空容器18の天壁と、その下方に配される第1冷却用フランジ70とを連結するように配置されている。具体的に、このスリーブ46の上端は前記真空容器18の天壁における前記貫通孔42の周縁部分に密着状態で連結され、同スリーブ46の下端は前記第1冷却用フランジ70の外周部に密着状態で連結されている。また、この第1冷却用フランジ70の外周部は銅製の編組線などで構成された熱伝導体72を介して前記熱シールド体16の天壁に熱伝導可能に接続されている。   The sleeve 46 is disposed so as to connect the top wall of the vacuum vessel 18 and a first cooling flange 70 disposed below the top wall. Specifically, the upper end of the sleeve 46 is connected in close contact with the peripheral portion of the through hole 42 in the top wall of the vacuum vessel 18, and the lower end of the sleeve 46 is in close contact with the outer peripheral portion of the first cooling flange 70. Linked in state. The outer periphery of the first cooling flange 70 is connected to the top wall of the heat shield body 16 through a heat conductor 72 made of a copper braided wire or the like so as to conduct heat.

前記第1冷却用フランジ70は、中空のドーナツ板状をなし、前記冷凍機30の第2冷却ステージ32及びフィン34がともに上から挿通可能な内径を有している。そして、この第1冷却用フランジ70の内側に前記冷凍機30が挿通された状態で当該冷凍機30の第1冷却ステージ31の外縁部と前記第1冷却用フランジ70の内縁部とが接触して両者が熱伝導可能に接続されるようになっている。従って、この接続状態では、第1冷却ステージ31が前記第1冷却用フランジ70及び熱伝導体72を介して熱シールド体16を適当な温度まで冷却することが可能となる。   The first cooling flange 70 has a hollow donut plate shape, and has an inner diameter through which both the second cooling stage 32 and the fins 34 of the refrigerator 30 can be inserted from above. The outer edge portion of the first cooling stage 31 of the refrigerator 30 and the inner edge portion of the first cooling flange 70 come into contact with the refrigerator 30 inserted inside the first cooling flange 70. Both are connected so as to be able to conduct heat. Therefore, in this connection state, the first cooling stage 31 can cool the heat shield body 16 to an appropriate temperature via the first cooling flange 70 and the heat conductor 72.

なお、前記第1冷却ステージ31には、温度計測用センサを挿入するための図略の貫通孔が設けられており、この貫通孔を通じて後述のパージガスが下から上に向かって流れるようになっている。   The first cooling stage 31 is provided with a through hole (not shown) for inserting a temperature measurement sensor, and a purge gas, which will be described later, flows from below to above through the through hole. Yes.

前記スリーブ48は、前記第1冷却用フランジ70から、前記格納容器14の天壁に設けられた貫通孔74に至るまでの空間を囲むもので、当該スリーブ48の上端が前記第1冷却用フランジ70の外周部下面に密着状態で連結され、下端が前記格納容器14の天壁における前記貫通孔74の周縁部に密着状態で連結されている。   The sleeve 48 surrounds a space from the first cooling flange 70 to a through hole 74 provided in the top wall of the containment vessel 14, and the upper end of the sleeve 48 is the first cooling flange. 70 is connected in close contact with the lower surface of the outer peripheral portion, and the lower end is connected in close contact with the peripheral portion of the through hole 74 in the top wall of the storage container 14.

ここで、前記冷凍機30の長さ寸法は、その第1冷却ステージ31が前記第1冷却用フランジ70に接触するまで当該冷凍機30が挿入された状態(以下「冷凍機挿入状態」と称する。)で、当該冷凍機30の下端のフィン34が前記スリーブ48内に同スリーブ48の中間位置まで進入するように設定されている。従って、前記中間位置よりも上側の空間(スリーブ44,46,48内の空間)が冷凍機挿入空間となっている。   Here, the length dimension of the refrigerator 30 is a state in which the refrigerator 30 is inserted until the first cooling stage 31 comes into contact with the first cooling flange 70 (hereinafter referred to as “refrigerator inserted state”). )), The fin 34 at the lower end of the refrigerator 30 is set to enter the intermediate position of the sleeve 48 into the sleeve 48. Therefore, the space above the intermediate position (the space in the sleeves 44, 46, 48) is a refrigerator insertion space.

前記スリーブ48の下部であって、前記冷凍機挿入状態で前記フィン34よりも下方に位置する部分(つまり冷凍機挿入部を構成する部分よりも下方の部分)には、局所的に縮径する形状の連通部76が形成されている。この連通部76は、当該連通部76よりも上側の冷凍機挿入空間と前記格納容器14内の空間とを連通する連通路78を囲むもので、この連通路78の流路断面積は、前記冷凍機挿入状態での冷凍機挿入空間内の最小流路断面積(すなわち冷凍機30の外面とスリーブ48の内面とに挟まれる空隙部を上下方向から見た面積の最小値)よりも小さく設定されている。   The diameter of the lower portion of the sleeve 48 is locally reduced at a portion located below the fins 34 in the refrigerator insertion state (that is, a portion below the portion constituting the refrigerator insertion portion). A communicating portion 76 having a shape is formed. The communication portion 76 surrounds a communication passage 78 that communicates the refrigerator insertion space above the communication portion 76 and the space in the storage container 14. Set smaller than the minimum flow path cross-sectional area in the refrigerator insertion space when the refrigerator is inserted (that is, the minimum value of the area between the outer surface of the refrigerator 30 and the inner surface of the sleeve 48 when viewed from above and below). Has been.

この極低温装置の特徴として、前記冷凍機30に沿ってパージガス導入管80が設けられ、当該冷凍機30及びパージガス導入管80が冷凍機ユニットとして一体に前記冷凍機挿入空間に対して挿脱されるようになっている。   As a feature of this cryogenic apparatus, a purge gas introduction pipe 80 is provided along the refrigerator 30, and the refrigerator 30 and the purge gas introduction pipe 80 are integrally inserted into and removed from the refrigerator insertion space as a refrigerator unit. It has become so.

前記パージガス導入管80は、装置外部から前記冷凍機挿入空間内にパージガスを導入して格納容器14側から装置外部側に向かうパージガス流を形成するためのものであり、図例では前記冷凍機30の周囲に巻付けられている。   The purge gas introduction pipe 80 is for introducing a purge gas into the refrigerator insertion space from the outside of the apparatus to form a purge gas flow from the storage container 14 side toward the outside of the apparatus. It is wrapped around

このパージガス導入管80の中間部は、前記第1冷却用フランジ70を貫通している。同管80の上部は前記冷凍機支持用フランジ50を貫通して装置外部に導出されており、その上端(ガス入口端)にバルブ82が設けられている。このバルブ82には、図略のパージガス供給源(例えばヘリウムガスボンベ)が接続される。これに対して前記パージガス導入管80の下端部すなわちガス排出部84は、前記フィン34のさらに下方に回され、かつ、この位置で略180°転回して上向き(すなわち装置外部側向き)に指向した状態となっている。   An intermediate portion of the purge gas introduction pipe 80 passes through the first cooling flange 70. The upper portion of the pipe 80 passes through the refrigerator supporting flange 50 and is led out of the apparatus, and a valve 82 is provided at the upper end (gas inlet end) thereof. A purge gas supply source (for example, a helium gas cylinder) (not shown) is connected to the valve 82. On the other hand, the lower end portion of the purge gas introduction pipe 80, that is, the gas discharge portion 84 is rotated further below the fin 34, and is rotated approximately 180 ° at this position and directed upward (that is, toward the outside of the apparatus). It has become a state.

このパージガス導入管80としては、熱伝導率の小さい材料(例えばステンレス鋼)で構成された小径の中空管が好適である。また、前記パージガスは通常運転時における前記冷凍機挿入空間内の温度で凝固しない低沸点のものであればよいが、一般にはヘリウムガスが望ましい。   The purge gas introduction pipe 80 is preferably a small-diameter hollow pipe made of a material having a low thermal conductivity (for example, stainless steel). The purge gas may be any low boiling point gas that does not solidify at the temperature in the refrigerator insertion space during normal operation, but helium gas is generally desirable.

一方、前記冷凍機支持用フランジ50には、前記パージガス導入管80と別の位置で排気管86の一端が貫通しており、この排気管86の他端に逆止弁88が設けられている。この逆止弁88は、前記冷凍機挿入空間内の圧力が大気圧よりも一定圧力以上高くなったときにのみ開弁して当該冷凍機挿入空間内のガスを外部に放出することにより、内圧を一定以下に保持する役割を果たす。   On the other hand, one end of an exhaust pipe 86 passes through the refrigerator supporting flange 50 at a position different from the purge gas introduction pipe 80, and a check valve 88 is provided at the other end of the exhaust pipe 86. . The check valve 88 is opened only when the pressure in the refrigerator insertion space is higher than the atmospheric pressure by a certain pressure or more, and releases the gas in the refrigerator insertion space to the outside. To keep the value below a certain level.

また、装置外部において前記パージガス導入管80からはバルブ92を有するバイパス管90が分岐し、前記スリーブ44の内側空間につながっている。すなわち、前記パージガス導入管80のうち装置外部に位置する部分が前記バイパス管90を介して冷凍機挿入空間の装置外部側端部の近傍に連通可能となっている。このバイパス管90の役割については後に詳述する。   Further, a bypass pipe 90 having a valve 92 is branched from the purge gas introduction pipe 80 outside the apparatus, and is connected to the inner space of the sleeve 44. That is, a portion of the purge gas introduction pipe 80 located outside the apparatus can communicate with the vicinity of the apparatus outside side end portion of the refrigerator insertion space via the bypass pipe 90. The role of the bypass pipe 90 will be described in detail later.

さらに、この極低温装置では、前記連通路78を開閉するための弁体94と、この弁体94を装置外部から操作するための操作用索体98とが設けられている。   Further, this cryogenic device is provided with a valve body 94 for opening and closing the communication passage 78 and an operation rope 98 for operating the valve body 94 from the outside of the apparatus.

前記弁体94は、前記スリーブ48内において前記格納容器14の天壁の直上方の位置に昇降可能に配置されている。この弁体94は銅等の熱伝導性の高い材料で形成され、その上面は円錐状をなしている。一方、前記スリーブ48の前記連通部76の直下方の箇所は、前記弁体94の上面と密着可能な円錐状内面をもつ弁座部96とされ、この弁座部96と前記弁体94との密着によって、前記連通路78と格納容器14内の空間とが遮断されるようになっている。   The valve body 94 is disposed in the sleeve 48 so as to be movable up and down at a position directly above the top wall of the storage container 14. The valve body 94 is formed of a material having high thermal conductivity such as copper, and its upper surface has a conical shape. On the other hand, a portion of the sleeve 48 immediately below the communication portion 76 is a valve seat portion 96 having a conical inner surface that can be brought into close contact with the upper surface of the valve body 94. The valve seat portion 96 and the valve body 94 Due to the close contact, the communication path 78 and the space in the storage container 14 are blocked.

なお、前記弁体94が前記弁座部96に密着する部位には、当該弁体94を構成する材料よりも弾性変形し易い金属材料からなるシール層を設けておくことが、より好ましい。このシール層としては、例えば、ハンダからなる層とインジウムからなる層とを積層したものなどが好適である。   It is more preferable to provide a seal layer made of a metal material that is more easily elastically deformed than the material constituting the valve body 94 at a portion where the valve body 94 is in close contact with the valve seat portion 96. As this seal layer, for example, a laminate of a solder layer and an indium layer is suitable.

前記操作用索体98は、その下端が前記弁体94の頂点部分につながれ、この弁体94を吊下げ状態で保持する。この操作用索体98は、前記弁体94から前記冷凍機30に沿って上方に導かれ、前記スリーブ44から外側に延設された案内管100を通して装置外部に導出されており、この導出端に操作板102が固定されている。この操作板102と前記案内管100の端部との間には引張ばね104が介在している。そして、この引張ばね104が引張変形していない状態で図示のように前記弁体94の上面が前記弁座部96から下方に離間する一方、当該状態から前記引張ばね104の付勢力に抗して前記操作板102を引き上げると、弁体94が上向きに引張られて当該弁体94の上面が前記弁座部96に密着するように、前記操作用索体98の長さが設定されている。   The lower end of the operation cord 98 is connected to the apex portion of the valve body 94, and the valve body 94 is held in a suspended state. The operating cord 98 is guided upward along the refrigerator 30 from the valve body 94 and led out of the apparatus through a guide tube 100 extending outward from the sleeve 44. The operation plate 102 is fixed to the main body. A tension spring 104 is interposed between the operation plate 102 and the end of the guide tube 100. Then, the upper surface of the valve body 94 is separated downward from the valve seat portion 96 as shown in the state in which the tension spring 104 is not pulled and deformed, and against the urging force of the tension spring 104 from this state. When the operation plate 102 is pulled up, the length of the operation cord 98 is set so that the valve element 94 is pulled upward and the upper surface of the valve element 94 is in close contact with the valve seat portion 96. .

なお、前記操作用索体98は、前記冷凍機挿入空間内に前記冷凍機30が挿入されていても前記の引張操作が可能となるように、この冷凍機30を迂回するように配索されており、その配索状態を保持するために前記操作用索体98を案内するガイド106が前記スリーブ44,46,48の内面適所に設けられている。   The operation cord 98 is routed so as to bypass the refrigerator 30 so that the pulling operation can be performed even if the refrigerator 30 is inserted into the refrigerator insertion space. In order to maintain the routing state, a guide 106 for guiding the operating rope 98 is provided at a suitable position on the inner surface of the sleeves 44, 46, 48.

次に、この極低温装置の使用要領を説明する。   Next, the usage point of this cryogenic apparatus will be described.

まず、通常運転は次の状態にて行うようにする。   First, normal operation is performed in the following state.

1)冷凍機挿入空間内の正規の位置に冷凍機30が挿入された状態にする。具体的には、当該冷凍機30の第1冷却ステージ31を第1冷却用フランジ70に熱伝導可能に接続するとともに、冷凍機支持用フランジ50の圧入部54をスリーブ44の上端部内側に圧入する。また、適当な高さ位置で同フランジ50のフランジ部52を高さ調節機構60のねじ棒62に固定する。具体的には、各ねじ棒62に下側ナット66によって支持された高さ調節フランジ64上に前記フランジ部52を載せ、これに上側ナット68を締め付けて固定する。   1) A state where the refrigerator 30 is inserted at a regular position in the refrigerator insertion space is set. Specifically, the first cooling stage 31 of the refrigerator 30 is connected to the first cooling flange 70 so as to allow heat conduction, and the press-fit portion 54 of the refrigerator support flange 50 is press-fitted inside the upper end portion of the sleeve 44. To do. Further, the flange portion 52 of the flange 50 is fixed to the screw rod 62 of the height adjusting mechanism 60 at an appropriate height position. Specifically, the flange portion 52 is placed on the height adjusting flange 64 supported by the lower nut 66 on each screw rod 62, and the upper nut 68 is fastened and fixed thereto.

2)操作板102は操作せずに弁体94を図示の開弁位置(弁座部96から離間した位置)に保っておく。   2) The valve plate 94 is kept in the illustrated valve opening position (position away from the valve seat portion 96) without operating the operation plate 102.

3)パージガス導入管80のバルブ82は閉じ、バイパス管90のバルブ92は開いておく。   3) The valve 82 of the purge gas introduction pipe 80 is closed and the valve 92 of the bypass pipe 90 is kept open.

この状態で、冷凍機30が定常運転にまで達すると、この冷凍機30の第1冷却ステージ31が第1冷却用フランジ70及び熱伝導体72を通じて熱シールド体16を適温まで冷却するとともに、同冷凍機30の第2冷却ステージ32がフィン34を約4Kまで冷却する状態となる。従って、格納容器14内で冷媒12が蒸発することにより生成される冷媒ガスが、同容器14の貫通孔74及び連通路78を通じて上昇しても、このガスが前記フィン34と接触することにより再凝縮され、格納容器14内に還元されることになり、これにより冷媒12の消費量及び補充頻度が著しく低減する。   In this state, when the refrigerator 30 reaches a steady operation, the first cooling stage 31 of the refrigerator 30 cools the heat shield body 16 to an appropriate temperature through the first cooling flange 70 and the heat conductor 72, and The 2nd cooling stage 32 of the refrigerator 30 will be in the state which cools the fin 34 to about 4K. Therefore, even if the refrigerant gas generated by the evaporation of the refrigerant 12 in the storage container 14 rises through the through-hole 74 and the communication path 78 of the container 14, the gas is regenerated by contacting with the fins 34. It will be condensed and reduced into the containment vessel 14, thereby significantly reducing the consumption and replenishment frequency of the refrigerant 12.

これに対し、前記冷凍機30のメンテナンス(例えば定期的なメンテナンス)を行う際には、当該冷凍機30の運転を一旦中断して当該冷凍機30を冷凍機挿入空間から抜き取り、新しい冷凍機30を前記冷凍機挿入空間内に挿入して再起動させる作業を要するが、この作業は次の手順にて行う。   On the other hand, when performing maintenance (for example, periodic maintenance) of the refrigerator 30, the operation of the refrigerator 30 is temporarily interrupted, and the refrigerator 30 is extracted from the refrigerator insertion space, and a new refrigerator 30 is obtained. Is required to be inserted into the refrigerator insertion space and restarted. This operation is performed according to the following procedure.

1)操作用索体98につながる操作板102を引張ばね104の弾性復帰力に抗して上向きに引張ることにより、弁体94の上面を弁座部96に密着させる。これにより、格納容器14内が前記弁体94よりも上方の冷凍機挿入空間から遮断されるため、この冷凍機挿入空間内に後述のパージガスが導入されても当該パージガスが格納容器14側に流入することが防がれる。また、前記弁体94の直上の連通路78の流路断面積は、冷凍機挿入空間内の最小流路断面積よりも小さいため、仮に前記弁体94の閉弁動作に不良があっても、前記パージガスが前記連通路78を通じて格納容器14側に流入することが有効に抑止される。   1) The upper surface of the valve body 94 is brought into close contact with the valve seat portion 96 by pulling the operation plate 102 connected to the operation cable body 98 upward against the elastic return force of the tension spring 104. As a result, the inside of the storage container 14 is cut off from the refrigerator insertion space above the valve body 94, so that the purge gas flows into the storage container 14 even if a purge gas described later is introduced into the refrigerator insertion space. Is prevented. In addition, since the flow passage cross-sectional area of the communication passage 78 immediately above the valve body 94 is smaller than the minimum flow passage cross-sectional area in the refrigerator insertion space, even if the valve closing operation of the valve body 94 is defective. The purge gas is effectively prevented from flowing into the storage container 14 through the communication passage 78.

2)前記バイパス管90のバルブ92を閉じてパージガス導入管80のバルブ82を開くことにより、このパージガス導入管80を通じて冷凍機挿入空間内にパージガスを導入する。具体的に、このパージガスは、冷凍機30のフィン34よりも下方の位置で、前記パージガス導入管80の下端のガス排出部84から上向きに排出されることになる。このパージガスの導入により冷凍機挿入空間内の圧力が一定以上になると排気管86の逆止弁88が開弁する。これにより、前記ガス排出部84から第2冷却ステージ32の図略の開口を通じて前記逆止弁88へ向かう(すなわち格納容器14側から装置外部側に至る)上向きのパージガス流が形成され、そのパージガスは冷凍機30全体を徐々に暖めながら前記排気管86及び逆止弁88を通じて大気に放出される。   2) By closing the valve 92 of the bypass pipe 90 and opening the valve 82 of the purge gas introduction pipe 80, the purge gas is introduced into the refrigerator insertion space through the purge gas introduction pipe 80. Specifically, the purge gas is discharged upward from the gas discharge portion 84 at the lower end of the purge gas introduction pipe 80 at a position below the fins 34 of the refrigerator 30. When the pressure in the refrigerator insertion space exceeds a certain level due to the introduction of the purge gas, the check valve 88 of the exhaust pipe 86 is opened. As a result, an upward purge gas flow is formed from the gas discharge part 84 to the check valve 88 through an opening (not shown) of the second cooling stage 32 (that is, from the storage container 14 side to the outside of the apparatus). Is discharged to the atmosphere through the exhaust pipe 86 and the check valve 88 while gradually warming the entire refrigerator 30.

3)第2冷却ステージ32及びフィン34の近傍の温度が適当な温度(例えば酸素の沸点以上の温度)まで上昇した時点で、前記パージガスの導入は継続しながら、冷凍機30を冷凍機挿入空間内から装置外部へ(すなわち上側へ)抜き取る。これに伴い、前記冷凍機30に固定されている冷凍機支持用フランジ50や排気管86、さらには前記冷凍機30に巻付けられているパージガス導入管80も前記冷凍機30と一体に装置外へ引き上げる。その際、前記パージガス導入管80とバイパス管90とは予め切り離しておく。   3) When the temperature in the vicinity of the second cooling stage 32 and the fins 34 rises to an appropriate temperature (for example, a temperature equal to or higher than the boiling point of oxygen), the introduction of the purge gas is continued, and the refrigerator 30 is inserted into the refrigerator insertion space. Pull out from the inside to the outside of the device (ie upward). Accordingly, the refrigerator supporting flange 50 and the exhaust pipe 86 fixed to the refrigerator 30 and the purge gas introduction pipe 80 wound around the refrigerator 30 are also integrated with the refrigerator 30 outside the apparatus. Pull up. At that time, the purge gas introduction pipe 80 and the bypass pipe 90 are separated in advance.

このように、パージガス流を形成しながら冷凍機30の引き抜きを行うことにより、その引抜き時に装置外部から冷凍機挿入空間内に大気や水蒸気等が流入することが有効に抑制される。   In this way, by pulling out the refrigerator 30 while forming a purge gas flow, it is possible to effectively suppress the flow of air, water vapor, or the like from the outside of the apparatus into the refrigerator insertion space during the pulling out.

ここで、前記パージガス中に誤って一定以上の高凝固点不純物(例えば水や二酸化炭素)が混じっている場合、この不純物が固化して前記パージガス導入管80の閉塞を招くことがあり、このような閉塞状態を解除するにはパージガス導入管80の中の温度を上げて前記の固化した不純物を気化する必要が生じる。このとき、比較例として図2に示すように前記パージガス導入管80が例えばスリーブ48に固定的に接続されているとすると、当該パージガス導入管80内を加温するためには、被冷却体10の昇温を伴う極低温装置全体の運転停止を行わなければならず、その後の立上げに多大な時間とコストを要することになる。特に、被冷却体が前記のような超電導磁石10である場合にはこれを一旦消磁しなければならず、その復旧に要する時間はきわめて長大なものとなる。   Here, when the purge gas is mistakenly mixed with a high freezing point impurity (for example, water or carbon dioxide) of a certain level or more, this impurity may solidify and cause the purge gas introduction pipe 80 to be blocked. In order to release the blocked state, it is necessary to raise the temperature in the purge gas introduction pipe 80 to vaporize the solidified impurities. At this time, if the purge gas introduction pipe 80 is fixedly connected to, for example, the sleeve 48 as shown in FIG. 2 as a comparative example, the object to be cooled 10 is heated in order to heat the purge gas introduction pipe 80. As a result, the entire cryogenic device must be shut down with a temperature rise of a large amount of time, and enormous time and cost are required for the subsequent startup. In particular, when the object to be cooled is the superconducting magnet 10 as described above, it must be demagnetized once, and the time required for the restoration becomes extremely long.

これに対して、図1に示す極低温装置では、前記パージガス導入管80が前記冷凍機30に沿って設けられていて、両者が一体的に冷凍機挿入空間から引き上げられるので、仮にパージガス導入管80に前記のような閉塞が生じても、極低温装置全体の運転は停止することなく、当該装置本体の外部で前記パージガス導入管80の復旧(加熱等)を行うことができる。   On the other hand, in the cryogenic apparatus shown in FIG. 1, the purge gas introduction pipe 80 is provided along the refrigerator 30, and both are integrally pulled up from the refrigerator insertion space. Even if the above-described blockage occurs in 80, the operation of the entire cryogenic apparatus is not stopped, and the purge gas introduction pipe 80 can be recovered (heating, etc.) outside the apparatus main body.

4)前記のようにして冷凍機30の引抜きを行った後、新しい冷凍機30を冷凍機挿入空間内に迅速にセットし、引抜き前の状態に戻す。すなわち、パージガス導入管80のバルブ82を閉じてバイパス管90のバルブ92を開き、弁体94を開弁位置に下げる。そして、前記冷凍機30を起動して定常状態まで移行する。   4) After extracting the refrigerator 30 as described above, the new refrigerator 30 is quickly set in the refrigerator insertion space and returned to the state before extraction. That is, the valve 82 of the purge gas introduction pipe 80 is closed, the valve 92 of the bypass pipe 90 is opened, and the valve body 94 is lowered to the valve open position. And the said refrigerator 30 is started and it transfers to a steady state.

このとき、前記バイパス管90は次のような役割を果たす。   At this time, the bypass pipe 90 plays the following role.

前記冷凍機30を再起動した後、定常状態になり、再凝縮室の温度が4K付近になったとき、パージガス導入管80内部には、室温から絶対零度付近に至る温度分布を持つヘリウムガスが充満する。このように大きな温度勾配を有するガスが充填された配管では、ガスの熱音響振動が生じると共に非常に大きな熱伝達が起こり、再凝結室へ向けての大きな熱流入が発生する(例えば、超伝導・低温工学ハンドブック、(社)低温工学協会編を参照)。しかし、前記バイパス管90を通じて前記パージガス導入管80を冷凍機挿入空間のような大容積空間に連通しておくことで、前記熱音響振動の発生を有効に抑止することが可能となる。   After the refrigerating machine 30 is restarted, when the steady state is reached and the temperature of the recondensing chamber becomes around 4K, helium gas having a temperature distribution from room temperature to near absolute zero is inside the purge gas introduction pipe 80. To charge. In such a pipe filled with a gas having a large temperature gradient, a thermoacoustic vibration of the gas occurs and a very large heat transfer occurs, resulting in a large heat inflow toward the recondensing chamber (for example, superconductivity).・ Refer to Cryogenic Engineering Handbook, edited by Cryogenic Engineering Association). However, by making the purge gas introduction pipe 80 communicate with a large volume space such as a refrigerator insertion space through the bypass pipe 90, generation of the thermoacoustic vibration can be effectively suppressed.

図3は、前記バイパス管90の効果を端著に表すデータを示したものである。同図に示されるグラフの右縦軸は、パージガス導入管80に設けられたバルブ82の位置で測定したパージガス導入管80内の圧力振動の振幅と周波数を示し、左縦軸は冷凍機30の第2冷却ステージ32の温度及び冷媒12(液体ヘリウム)の液面温度を示しており、横軸は時間を示している。   FIG. 3 shows data that clearly represents the effect of the bypass pipe 90. The right vertical axis of the graph shown in the figure shows the amplitude and frequency of pressure oscillation in the purge gas introduction pipe 80 measured at the position of the valve 82 provided in the purge gas introduction pipe 80, and the left vertical axis shows the refrigerator 30. The temperature of the 2nd cooling stage 32 and the liquid level temperature of the refrigerant | coolant 12 (liquid helium) are shown, and the horizontal axis has shown time.

同図左端に示されるように、冷凍機30が定常状態にあるときは、格納容器14の内圧は大気圧以下であり、冷媒12の液面温度は約4Kである。ここで、バルブ92を閉じてバイパス管90を閉塞すると、圧力変動の振幅や周波数が急激に上がるとともに、第2冷却ステージ32の温度が急上昇する。これは、パージガス導入管80の中で発生した熱音響振動によって大きな熱が前記第2冷却ステージ32及びフィン34に入力されたためと考えられる。その後、前記バルブ92を開いてバイパス管90を連通状態にすると、前記第2冷却ステージ32の温度は迅速に復帰している。   As shown at the left end of the figure, when the refrigerator 30 is in a steady state, the internal pressure of the storage container 14 is equal to or lower than the atmospheric pressure, and the liquid surface temperature of the refrigerant 12 is about 4K. Here, when the valve 92 is closed and the bypass pipe 90 is closed, the amplitude and frequency of the pressure fluctuation rapidly increase, and the temperature of the second cooling stage 32 rapidly increases. This is presumably because a large amount of heat was input to the second cooling stage 32 and the fins 34 due to thermoacoustic vibration generated in the purge gas introduction pipe 80. Thereafter, when the valve 92 is opened to bring the bypass pipe 90 into a communicating state, the temperature of the second cooling stage 32 is quickly restored.

なお、本発明において前記バイパス管90は必須のものではなく、パージガス導入管80の内径や管長によっては適宜省略し得るものである。また、格納容器14側へのパージガスの流入を抑止する手段である小断面積の連通部76及び弁体94は必ずしも併設しなくてもよく、いずれか一方のみ設けてもよいし、双方を省略してもよい。また、弁体94によって格納容器14側の流路を遮断する場合には、パージガス導入管80の下端部(ガス排出部84)を下に向けても結果的に上向きのパージガス流を形成することは可能である。   In the present invention, the bypass pipe 90 is not essential, and may be appropriately omitted depending on the inner diameter and length of the purge gas introduction pipe 80. Further, the small cross-sectional area communication portion 76 and the valve element 94 that are means for suppressing the inflow of the purge gas to the storage container 14 may not necessarily be provided, either one may be provided, or both may be omitted. May be. When the valve body 94 blocks the flow path on the storage container 14 side, an upward purge gas flow is formed as a result even if the lower end portion (gas discharge portion 84) of the purge gas introduction pipe 80 is directed downward. Is possible.

本発明の第2の実施の形態を図4に示す。   A second embodiment of the present invention is shown in FIG.

前記図1に示した装置は、被冷却体10を冷媒12に浸漬して冷却するものであるが、第2の実施の形態に係る装置は、冷媒を使わずに冷凍機30により直接被冷却体10を冷却する無冷媒方式のものとなっている。この装置では、前記図1に示した熱シールド体16、フィン34、及び小断面積の連通部76が省略され、前記冷凍機30の第2冷却ステージ32が被冷却体10に直結されている。   Although the apparatus shown in FIG. 1 cools the object 10 to be cooled by immersing it in the refrigerant 12, the apparatus according to the second embodiment is directly cooled by the refrigerator 30 without using the refrigerant. It is a refrigerant-free system that cools the body 10. In this apparatus, the heat shield body 16, the fins 34, and the small cross-sectional area communication portion 76 shown in FIG. 1 are omitted, and the second cooling stage 32 of the refrigerator 30 is directly connected to the body to be cooled 10. .

また、超電導マグネット10の上面から真空容器18の天壁を貫いて装置外部に至るまでの領域にスリーブ(冷凍機挿入部)110が設置されており、このスリーブ110の内側に冷凍機挿入空間が形成されている。   In addition, a sleeve (refrigerator insertion portion) 110 is installed in a region extending from the upper surface of the superconducting magnet 10 to the outside of the apparatus through the top wall of the vacuum vessel 18, and a refrigerator insertion space is provided inside the sleeve 110. Is formed.

このような装置においても、冷凍機30のメンテナンスの際には、当該冷凍機30に巻付けられているパージガス導入管80を通じてスリーブ44,46,48内の冷凍機挿入空間にパージガスを導入して上向きのパージガス流を形成しながら、当該冷凍機30を引き上げることにより、前記冷凍機挿入空間内への外気の流れ込みを有効に抑止しつつ冷凍機30の交換を行うことができる。また、前記第1の実施の形態と同様、前記冷凍機30とともにパージガス導入管80を引き上げることにより、このパージガス導入管80に閉塞が発生しても極低温装置全体の運転は停止させることなく前記パージガス導入管80の復旧を行うことができる。   Also in such an apparatus, when maintenance of the refrigerator 30 is performed, purge gas is introduced into the refrigerator insertion space in the sleeves 44, 46, 48 through the purge gas introduction pipe 80 wound around the refrigerator 30. By pulling up the refrigerator 30 while forming an upward purge gas flow, the refrigerator 30 can be replaced while effectively suppressing the flow of outside air into the refrigerator insertion space. Similarly to the first embodiment, by pulling up the purge gas introduction pipe 80 together with the refrigerator 30, even if the purge gas introduction pipe 80 is blocked, the operation of the entire cryogenic apparatus is not stopped. The purge gas introduction pipe 80 can be restored.

なお、本発明において前記パージガス導入管80は必ずしも冷凍機30に巻き付けられていなくてもよく、例えば当該冷凍機30に沿って略直線的に配管されていてもよい。ただし、図示のように冷凍機30にパージガス導入管80を巻付けるようにすれば、当該導入管80が冷凍機30から離れにくく、当該パージガス導入管80が第1冷却用フランジ70等に引掛かるといつた不都合をより確実に回避できる利点がある。あるいは、前記パージガス導入管80を前記冷凍機30の本体内に組み込むようにしてもよい。   In the present invention, the purge gas introduction pipe 80 does not necessarily have to be wound around the refrigerator 30, and may be piped substantially linearly along the refrigerator 30, for example. However, if the purge gas introduction pipe 80 is wound around the refrigerator 30 as shown in the figure, the introduction pipe 80 is unlikely to be separated from the refrigerator 30, and the purge gas introduction pipe 80 is caught by the first cooling flange 70 and the like. There is an advantage that the inconvenience can be avoided more reliably. Alternatively, the purge gas introduction pipe 80 may be incorporated in the main body of the refrigerator 30.

また、本発明では冷凍機30の具体的な構成も問わず、例えば単一段の冷凍機であってもよい。   In the present invention, the specific configuration of the refrigerator 30 is not limited, and may be, for example, a single-stage refrigerator.

本発明の第1の実施の形態にかかる極低温装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the cryogenic device concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の比較例にかかる極低温装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the cryogenic apparatus concerning the comparative example of this invention. バイパス管がないときにパージガス導入管に起因する熱音響振動の発生状況を表すグラフである。It is a graph showing the generation | occurrence | production state of the thermoacoustic vibration resulting from a purge gas introduction pipe when there is no bypass pipe. 本発明の第2の実施の形態にかかる極低温装置の全体構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the whole structure of the cryogenic device concerning the 2nd Embodiment of this invention. 従来の極低温装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the conventional cryogenic apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10 ソレノイド型超伝導磁石(被冷却体)
12 冷媒
14 格納容器
16 熱シールド体
18 真空容器
20 磁場利用空間
30 冷凍機
31 第1冷却ステージ
32 第2冷却ステージ
34 フィン
44,46,48 スリーブ(冷凍機挿入部)
70 第1冷却用フランジ
76 連通部
78 連通路
80 パージガス導入管
82 バルブ
84 ガス排出部
86 排気管
88 逆止弁
90 バイパス管
92 バルブ
94 弁体
96 弁座部
98 操作用索体
102 操作板
104 引張ばね(付勢手段)
106 ガイド
110 スリーブ(冷凍機挿入部)
10 Solenoid superconducting magnet (cooled object)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Refrigerant 14 Storage container 16 Heat shield body 18 Vacuum container 20 Magnetic field utilization space 30 Refrigerator 31 1st cooling stage 32 2nd cooling stage 34 Fin 44, 46, 48 Sleeve (refrigerator insertion part)
70 First cooling flange 76 Communication part 78 Communication path 80 Purge gas introduction pipe 82 Valve 84 Gas discharge part 86 Exhaust pipe 88 Check valve 90 Bypass pipe 92 Valve 94 Valve body 96 Valve seat part 98 Operation cord body 102 Operation plate 104 Tension spring (biasing means)
106 Guide 110 Sleeve (Refrigerator insertion part)

Claims (18)

被冷却体を格納する格納容器と、この格納容器内に格納される前記被冷却体の冷却に寄与する冷熱を発生させる冷凍機とを備えた極低温装置において、
前記格納容器の内部と装置外部とにつながって装置外部から前記冷凍機が挿入可能である冷凍機挿入空間を囲む冷凍機挿入部と、
前記冷凍機挿入空間から装置外部へ前記冷凍機が引き抜かれたときに当該冷凍機挿入空間内に外気が流入するのを防ぐためのパージガスを装置外部から前記冷凍機挿入空間内に導入して前記格納容器側から装置外部側に向かうパージガス流を形成するためのパージガス導入管とを備え、
このパージガス導入管は、前記冷凍機に沿って設けられて当該冷凍機とともに前記冷凍機挿入空間に対して挿脱されるように構成されていることを特徴とする極低温装置。
In a cryogenic apparatus comprising a storage container for storing a body to be cooled, and a refrigerator that generates cold that contributes to cooling the body to be cooled stored in the storage container.
A refrigerator insertion portion surrounding a refrigerator insertion space that is connected to the inside of the containment vessel and the outside of the apparatus and into which the refrigerator can be inserted from the outside of the apparatus;
A purge gas for preventing outside air from flowing into the refrigerator insertion space when the refrigerator is pulled out from the refrigerator insertion space to the outside of the apparatus is introduced into the refrigerator insertion space from the outside of the apparatus. A purge gas introduction pipe for forming a purge gas flow from the storage container side toward the outside of the apparatus,
The cryogenic apparatus is characterized in that the purge gas introduction pipe is provided along the refrigerator and is inserted into and removed from the refrigerator insertion space together with the refrigerator.
請求項1記載の極低温装置において、前記格納容器は前記被冷却体を冷却するための液体状の冷媒を収容してこの冷媒中に前記被冷却体が浸漬される状態で当該被冷却体を格納するものであり、前記冷凍機は前記格納容器内で前記冷媒が蒸発して生じた冷媒ガスを前記冷凍機挿入空間内で再凝縮させるものであることを特徴とする極低温装置。   2. The cryogenic apparatus according to claim 1, wherein the containment vessel stores a liquid refrigerant for cooling the object to be cooled, and the object to be cooled is immersed in the refrigerant. A cryogenic apparatus for storing, wherein the refrigerator recondenses the refrigerant gas generated by evaporation of the refrigerant in the storage container in the refrigerator insertion space. 請求項2記載の極低温装置において、前記パージガス導入管のガス排出口が前記冷凍機挿入空間内において前記冷凍機の挿入方向奥側端部よりも奥方の位置で装置外部側に向くように配置されていることを特徴とする極低温装置。   3. The cryogenic apparatus according to claim 2, wherein a gas discharge port of the purge gas introduction pipe is disposed in the refrigerator insertion space so as to face the outside of the apparatus at a position deeper than an end in the insertion direction of the refrigerator. A cryogenic device characterized by being made. 請求項1記載の極低温装置において、前記冷凍機は前記格納空間内の被冷却体に熱伝導可能となるように接続されるものであることを特徴とする極低温装置。   2. The cryogenic apparatus according to claim 1, wherein the refrigerator is connected to a cooled object in the storage space so as to be able to conduct heat. 請求項1〜4のいずれかに記載の極低温装置において、前記パージガス導入管が前記冷凍機の周囲に巻付けられていることを特徴とする極低温装置。   The cryogenic apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the purge gas introduction pipe is wound around the refrigerator. 請求項1〜5のいずれかに記載の極低温装置において、前記冷凍機挿入空間に前記冷凍機が挿入された状態で当該冷凍機挿入空間の装置外部側端部がパージガス排出通路を残して塞がれるとともに、前記パージガス排出通路に前記パージガスの前記装置外部への排出方向の流れのみを許容する逆止弁が設けられていることを特徴とする極低温装置。   The cryogenic apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein an end portion on the outside of the refrigerator insertion space is closed with a purge gas discharge passage in a state where the refrigerator is inserted into the refrigerator insertion space. A cryogenic apparatus characterized in that a check valve is provided in the purge gas discharge passage to allow only the flow of the purge gas in the discharge direction to the outside of the apparatus. 請求項1〜6のいずれかに記載の極低温装置において、前記パージガス導入管は、バルブを有するバイパス管を介して前記冷凍機挿入空間の装置外部側端部の近傍に連通していることを特徴とする極低温装置。   The cryogenic apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the purge gas introduction pipe communicates with the vicinity of the apparatus external side end of the refrigerator insertion space via a bypass pipe having a valve. Features a cryogenic device. 請求項1〜7のいずれかに記載の極低温装置において、前記冷凍機挿入空間内に導入されるパージガスが前記格納容器内に流れ込むのを抑止するガス流入抑止手段を備えたことを特徴とする極低温装置。   The cryogenic apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising gas inflow suppressing means for suppressing purge gas introduced into the refrigerator insertion space from flowing into the storage container. Cryogenic equipment. 請求項8記載の極低温装置において、前記ガス流入抑止手段として、前記冷凍機挿入空間と前記格納容器内の空間とを連通する連通路を形成する連通部を有し、この連通部の連通路の流路断面積が、前記冷凍機挿入空間内に前記冷凍機が挿入された状態での当該冷凍機挿入空間内の最小流路断面積より小さいことを特徴とする極低温装置。   9. The cryogenic apparatus according to claim 8, wherein the gas inflow suppression means has a communication portion that forms a communication passage that connects the refrigerator insertion space and the space in the containment vessel, and the communication passage of the communication portion. The cryogenic apparatus is characterized in that the flow path cross-sectional area of the refrigerator is smaller than the minimum flow path cross-sectional area in the refrigerator insertion space in a state where the refrigerator is inserted into the refrigerator insertion space. 請求項8または9記載の極低温装置において、前記ガス流入抑止手段は、前記冷凍機挿入空間から前記格納容器へのガス流路を開閉する弁体と、この弁体を装置外部から操作するための弁操作手段とを含むことを特徴とする極低温装置。   10. The cryogenic apparatus according to claim 8 or 9, wherein the gas inflow suppression means operates a valve body that opens and closes a gas flow path from the refrigerator insertion space to the containment vessel, and operates the valve body from the outside of the apparatus. And a valve operating means. 請求項10記載の極低温装置において、前記弁操作手段として、前記弁体をこの弁体が前記冷凍機挿入空間の格納容器側端部を開く向きに付勢する付勢手段と、一方の端部が前記弁体に連結され、他方の端部が装置外部に導出される操作用索体とを備え、この操作用索体を装置外部から引張ることにより前記弁体が前記付勢手段の付勢力に抗して前記冷凍機挿入空間の格納容器側端部を閉じる位置に移動するように前記操作用索体が配索されていることを特徴とする極低温装置。   11. The cryogenic apparatus according to claim 10, wherein the valve operating means is an urging means for urging the valve body in a direction in which the valve body opens the storage container side end of the refrigerator insertion space, and one end thereof. And an operating rope that is connected to the valve body and the other end is led out of the apparatus. The valve element is attached to the biasing means by pulling the operating rope from the outside of the apparatus. The cryogenic device, wherein the operation rope is routed so as to move to a position where the storage container side end of the refrigerator insertion space is closed against a force. 請求項11記載の極低温装置において、前記操作用索体は、前記冷凍機挿入空間内に前記冷凍機が存在する状態でも装置外部からの引張操作が可能となるように当該冷凍機挿入空間に挿入される冷凍機を迂回するように配索されていることを特徴とする極低温装置。   12. The cryogenic apparatus according to claim 11, wherein the operation cable body is placed in the refrigerator insertion space so that a pulling operation can be performed from outside the apparatus even when the refrigerator is present in the refrigerator insertion space. A cryogenic device characterized in that it is routed so as to bypass the inserted refrigerator. 請求項10〜12のいずれかに記載の極低温装置において、前記弁体のうち、この弁体がその閉弁時に相手方の弁座部分と接触する部位に、当該弁体を構成する材料よりも弾性変形し易い金属からなるシール層が設けられていることを特徴とする極低温装置。   The cryogenic device according to any one of claims 10 to 12, wherein a portion of the valve body that comes into contact with a counterpart valve seat portion when the valve body is closed is made of a material that constitutes the valve body. A cryogenic apparatus characterized in that a sealing layer made of a metal that is easily elastically deformed is provided. 被冷却体を格納する格納容器を備えた極低温装置に設けられ、この格納容器内に格納される前記被冷却体の冷却に寄与する冷熱を発生させる冷凍機を含む極低温装置用冷凍機ユニットであって、
前記冷凍機が、前記極低温装置の外部と前記格納容器の内部とにつながるように当該極低温装置に形成された冷凍機挿入空間内に当該極低温装置の外部から挿入可能となる外形を有するとともに、
この冷凍機が前記冷凍機挿入空間から装置外部へ引き抜かれたときに当該冷凍機挿入空間内に外気が流入するのを防ぐためのパージガスを装置外部から前記冷凍機挿入空間内に導入して前記格納容器側から装置外部側に向かうパージガス流を形成するためのパージガス導入管を備え、
このパージガス導入管が前記冷凍機に沿って設けられて当該冷凍機とともに前記冷凍機挿入空間に対して挿脱されるように構成されていることを特徴とする極低温装置用冷凍機ユニット。
A cryogenic unit for a cryogenic apparatus including a refrigerator provided in a cryogenic apparatus having a storage container for storing an object to be cooled, and generating cold heat that contributes to cooling of the object to be cooled stored in the container. Because
The refrigerator has an outer shape that can be inserted from the outside of the cryogenic device into a refrigerator insertion space formed in the cryogenic device so as to be connected to the outside of the cryogenic device and the inside of the containment vessel. With
When this refrigerator is pulled out of the refrigerator insertion space to the outside of the apparatus, a purge gas for preventing outside air from flowing into the refrigerator insertion space is introduced into the refrigerator insertion space from outside the apparatus. A purge gas introduction pipe for forming a purge gas flow from the storage container side toward the outside of the apparatus;
A cryocooler unit for a cryogenic apparatus, wherein the purge gas introduction pipe is provided along the refrigerator and is inserted into and removed from the refrigerator insertion space together with the refrigerator.
請求項14記載の極低温装置用冷凍機ユニットにおいて、前記極低温装置の格納容器は前記被冷却体を冷却するための液体状の冷媒を収容してこの冷媒中に前記被冷却体が浸漬される状態で当該被冷却体を格納するものであり、前記冷凍機は前記格納容器内で前記冷媒が蒸発して生じた冷媒ガスを前記冷凍機挿入空間内で再凝縮させるものであることを特徴とする極低温装置用冷凍機ユニット。   15. The refrigerator unit for a cryogenic apparatus according to claim 14, wherein a storage container of the cryogenic apparatus contains a liquid refrigerant for cooling the object to be cooled, and the object to be cooled is immersed in the refrigerant. And the refrigerator is configured to recondense the refrigerant gas generated by evaporation of the refrigerant in the storage container in the refrigerator insertion space. Refrigerator unit for cryogenic equipment. 請求項15記載の極低温装置用冷凍機ユニットにおいて、前記パージガス導入管のガス排出口が前記冷凍機の挿入方向奥側端部よりも奥方の位置で装置外部側に向くように配置されていることを特徴とする極低温装置用冷凍機ユニット。   The refrigerator unit for a cryogenic apparatus according to claim 15, wherein a gas discharge port of the purge gas introduction pipe is disposed so as to face the outside of the apparatus at a position deeper than an end in the insertion direction of the refrigerator. A refrigerator unit for a cryogenic device characterized by that. 請求項14記載の極低温装置用冷凍機ユニットにおいて、前記冷凍機は前記格納空間内の被冷却体に熱伝導可能となるように接続されるものであることを特徴とする極低温装置用冷凍機ユニット。   15. The refrigeration unit for a cryogenic apparatus according to claim 14, wherein the refrigerator is connected to a cooled object in the storage space so as to be able to conduct heat. Machine unit. 請求項14〜17のいずれかに記載の極低温装置用冷凍機ユニットにおいて、前記パージガス導入管が前記冷凍機の周囲に巻付けられていることを特徴とする極低温装置用冷凍機ユニット。   The refrigerator unit for a cryogenic device according to any one of claims 14 to 17, wherein the purge gas introduction pipe is wound around the refrigerator.
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