JP2007333285A - 蓄冷器式極低温装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は蓄冷材として磁性蓄冷材を用いた蓄冷器式極低温装置に関し、磁場中で動作しても超電導磁石の発生する磁場を乱さず、また発熱による効率の低下もなく、更に装置の部品点数削減及び低コスト化を図ることを課題とする。
【解決手段】２段蓄冷器１６のシリンダ１６Ｃに磁性蓄冷材１６Ｂを収納してなる蓄冷器式極低温装置において、前記シリンダ１６Ｃの内面または外面に磁気シールド膜を２６直接形成する。
【選択図】図１
【解決手段】２段蓄冷器１６のシリンダ１６Ｃに磁性蓄冷材１６Ｂを収納してなる蓄冷器式極低温装置において、前記シリンダ１６Ｃの内面または外面に磁気シールド膜を２６直接形成する。
【選択図】図１
Description
本発明は蓄冷器式極低温装置に係り、特に蓄冷材として磁性蓄冷材を用いた蓄冷器式極低温装置に関する。
従来から、核磁気共鳴診断装置（ＭＲＩ）等の対象を極低温に冷却するためにパルス管冷凍機やＧＭ冷凍機（ギフォード・マクマホンサイクル型冷凍機）等の蓄冷器式極低温装置が用いられている。パルス管冷凍機やＧＭ冷凍機には極低温を実現するため、蓄冷材としては４Ｋ付近で相転移により比熱が大きくなる磁性蓄冷材が用いられている。この磁性蓄冷材を用いることにより、４Ｋという極低温を実現することが可能となる。
しかしながら、磁性蓄冷材を設けた蓄冷器式極低温装置をＭＲＩ等に使用した場合、磁性蓄冷材が発生する磁気ノイズがＭＲＩが生成する磁場を乱し、診断画像に悪影響を与える。この磁気ノイズの発生減としては次の要因が考えられる。
(1)ＧＭ冷凍機において、磁化した磁性蓄冷材がディスプレーサーの上下動と共に磁場中を動く
(2)パルス管冷凍機において、磁化した磁性蓄冷材がシリンダ内の圧力変動に伴うシリンダの微小な伸縮に伴い動く
(3)冷凍サイクル中の磁性蓄冷材の温度変動により、磁性蓄冷材の磁化率の変化が起こる
上記の要因により蓄冷器式極低温装置で発生する磁気ノイズが、ＭＲＩの磁場に影響を与えないようにするため、従来から蓄冷器式極低温装置に磁気ノイズがＭＲＩの磁場に影響を及ぼすのを防止するシールド部材を設けることが行われている（例えば、特許文献１参照）。
(1)ＧＭ冷凍機において、磁化した磁性蓄冷材がディスプレーサーの上下動と共に磁場中を動く
(2)パルス管冷凍機において、磁化した磁性蓄冷材がシリンダ内の圧力変動に伴うシリンダの微小な伸縮に伴い動く
(3)冷凍サイクル中の磁性蓄冷材の温度変動により、磁性蓄冷材の磁化率の変化が起こる
上記の要因により蓄冷器式極低温装置で発生する磁気ノイズが、ＭＲＩの磁場に影響を与えないようにするため、従来から蓄冷器式極低温装置に磁気ノイズがＭＲＩの磁場に影響を及ぼすのを防止するシールド部材を設けることが行われている（例えば、特許文献１参照）。
図５は、磁気シールド部材１２０を設けた、従来の蓄冷器式極低温装置の一例を示している。同図に示す蓄冷器式極低温装置は、２段式４Ｋパルス管冷凍機である。この２段式パルス管冷凍機は、１段パルス管１１２，２段パルス管１１３，１段蓄冷器１１４、２段蓄冷器１１６等により構成されている。このパルス管冷凍機は、図示しない圧縮機によりヘリウム等の作動ガスが所定の周期で高圧給気され、低圧排気されるようになっている。
また、２段蓄冷器１１６の内部には、２段蓄冷材１１６Ａと２段蓄冷材１１６Ｂとが配設されており、特に２段蓄冷材１１６Ｂとしては４Ｋ付近で相転移により比熱が大きくなる磁性蓄冷材が用いられている。この磁性蓄冷材を２段蓄冷器１１６に用いることにより、２段ステージ１１７は４Ｋという極低温とすることができる。
磁気シールド部材１２０は、この２段ステージ１１７に低温はんだを用いて固定されている。この磁気シールド部材１２０は円筒形状を有しており、２段蓄冷器１１６に内設された２段蓄冷材１１６Ｂを覆うように配設さる。また、磁気シールド部材１２０は、超電導材料であるＮｂＴｉとＣｕを交互に積層した構造を有している。
この磁気シールド部材１２０は、２段蓄冷器１１６の低温側に設けられ２段ステージ１１７に接合されるため、遷移温度以下まで冷却される。そして、パルス管冷凍機に配設された２段蓄冷材１１６Ｂに起因して、上記要因により磁気ノイズが発生した場合、磁気シールド部材１２０にはこの磁気ノイズを打ち消すように電流（渦電流）が流れ、これにより磁場の乱れをキャンセルすることができる。
特許第２６００８６９号公報
通常、上記したようなパルス管冷凍機等の蓄冷器式極低温装置をＭＲＩ等で使用する場合、蓄冷器式極低温装置はヘリウム雰囲気中で使用される。また、２段蓄冷器１１６のシリンダ１１８には温度勾配があり、２段ステージ１１７は４Ｋであるが、高温側である１段ステージ１１５は４０Ｋ程度の温度となっている。
図５に示すように、磁気シールド部材１２０は２段蓄冷材１１６Ｂを覆うために図中上方（高温側）に延出している。また、この磁気シールド部材１２０は、超電導状態を維持するため遷移温度以まで冷却されている。このため、磁気シールド部材１２０とシリンダ１１８の温度勾配との間に温度勾配の差が発生し、この温度勾配差によりヘリウム雰囲気中ではヘリウムの対流が発生する。このようにヘリウムの対流が発生すると熱損失が発生し、蓄冷器式極低温装置に冷却能力の低下が発生するという問題点が生じる。
また、従来のように磁気シールド部材１２０を２段ステージ１１７に設ける構成では、２段ステージ１１７に構造が複雑になると共に部品点数も増大し、パルス管冷凍機の小型化及び低コスト化の妨げになるという問題点もあった。更に、磁気シールド部材１２０ははんだ付けにより２段ステージ１１７に固定されるため、はんだ付け部分に経時劣化が発生する可能性もある。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、磁場中で動作しても超電導磁石の発生する磁場を乱さず、また発熱による効率の低下もなく、更に装置の部品点数削減及び低コスト化を図りうる蓄冷式極低温冷凍機を提供することを目的とする。
上記の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。
請求項１記載の発明は、
吸引した冷媒ガスを高圧にして送り出す圧縮機と、
該圧縮機と接続し、ガスの流れを切り換える切換えバルブと、
該切換えバルブと接続し内部に蓄冷材を収納してなる収納容器とを有し、
前記冷媒ガスが膨張して寒冷を発生させ、該寒冷を蓄冷材に熱交換させることを繰り返して極低温を発生させる蓄冷器式極低温装置において、
前記収納容器の内面または外面に磁気シールド膜を直接形成したことを特徴とするものである。
吸引した冷媒ガスを高圧にして送り出す圧縮機と、
該圧縮機と接続し、ガスの流れを切り換える切換えバルブと、
該切換えバルブと接続し内部に蓄冷材を収納してなる収納容器とを有し、
前記冷媒ガスが膨張して寒冷を発生させ、該寒冷を蓄冷材に熱交換させることを繰り返して極低温を発生させる蓄冷器式極低温装置において、
前記収納容器の内面または外面に磁気シールド膜を直接形成したことを特徴とするものである。
また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載の蓄冷器式極低温装置において、
前記磁気シールド膜の厚さを５〜２００μｍとしたことを特徴とするものである。
請求項１記載の蓄冷器式極低温装置において、
前記磁気シールド膜の厚さを５〜２００μｍとしたことを特徴とするものである。
また、請求項３記載の発明は、
請求項１または２記載の蓄冷器式極低温装置において、
前記磁気シールド膜の材料は、鉛ビスマスまたは二ホウ化マグネシウムのいずれかであることを特徴とするものである。
請求項１または２記載の蓄冷器式極低温装置において、
前記磁気シールド膜の材料は、鉛ビスマスまたは二ホウ化マグネシウムのいずれかであることを特徴とするものである。
また、請求項４記載の発明は、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄冷器式極低温装置において、
前記収納容器が蓄冷器であることを特徴とするものである。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄冷器式極低温装置において、
前記収納容器が蓄冷器であることを特徴とするものである。
また、請求項５記載の発明は、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄冷器式極低温装置において、
前記収納容器にはパルス管を接続し、該パルス管にはオリフィスを介してバッファタンクを接続してなるパルス管冷凍機であって、前記収納容器が蓄冷器カートリッジであることを特徴とするものである。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄冷器式極低温装置において、
前記収納容器にはパルス管を接続し、該パルス管にはオリフィスを介してバッファタンクを接続してなるパルス管冷凍機であって、前記収納容器が蓄冷器カートリッジであることを特徴とするものである。
また、請求項６記載の発明は、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄冷器式極低温装置において、
前記収納容器がシリンダ内を往復運動するディスプレーサーであることを特徴とするものである。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄冷器式極低温装置において、
前記収納容器がシリンダ内を往復運動するディスプレーサーであることを特徴とするものである。
本発明によれば、磁性蓄冷材を収納した収納容器の内面または外面に磁気シールド膜を直接形成したことにより、磁場中で動作しても超電導磁石の発生する磁場を乱さず、また、発熱による効率の低下も防止できる。また、装置の部品点数削減及び低コスト化を図ることができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。
図１は、本発明の第１実施例である蓄冷器式極低温装置を示している。本実施例では、蓄冷器式極低温装置として、２段式４Ｋパルス管冷凍機を例に挙げている。この２段式パルス管冷凍機は、シリンダ部１と、このシリンダ部１に直結されたハウジング２とを備えており、圧縮機３によりヘリウム等の作動ガスが所定の周期で２段式パルス管冷凍機に高圧給気され、また低圧排気されるようになっている。
シリンダ部１は、室温フランジ１１，２段パルス管１３，１段蓄冷器１４，１段ステージ１５，２段蓄冷器１６，及び２段ステージ１７等により構成されている。
１段パルス管１２は、上端部（高温側端）が室温フランジ１１に連結されると共に、下端部（低温側端）が１段ステージ１５に連結されている。また、１段パルス管１２の高温側端には１段高温端整流材１２Ａが配設され、低温側端には１段低温端整流材１２Ｂが配設されている。
１段蓄冷器１４は１段パルス管１２で発生した寒冷を蓄える機能を奏するものであり、高温側端が室温フランジ１１に連結されると共に、低温側端が１段ステージ１５を介して１段パルス管１２に連結されている。この１段蓄冷器１４は、シリンダ１４Ｃの上部に１段蓄冷材１４Ａが、その下部に１段蓄冷材１４Ｂ（金網）が配設されている。
２段パルス管１３は、高温側端が室温フランジ１１に連結されると共に、下端部（低温側端）が２段ステージ１７に連結されている。また、２段パルス管１３の高温側端には２段高温端整流材１３Ａが配設され、低温側端には２段低温端整流材１３Ｂが配設されている。
２段蓄冷器１６は２段パルス管１３で発生した寒冷を蓄える機能を奏するものであり、高温側端が１段ステージ１５に連結されると共に、低温側端が２段ステージ１７を介して２段パルス管１３に連結されている。この２段蓄冷器１６は、シリンダ１６Ｃ（請求項に記載の収納容器に相当する）の上部に２段蓄冷材１６Ａが、その下部に２段蓄冷材１６Ｂが配設されている。この１段蓄冷材１６Ａには、例えばＰｂが用いられ、２段蓄冷材１６Ｂは、例えばＥｒ３Ｎｉ等の磁性蓄冷材が用いられている。
一方、前記ハウジング２には、１段リザーバ２２、２段リザーバ２３、高圧側切換バルブ２４Ａ、低圧側切換バルブ２４Ｂ等が配設されている。
１段リザーバ２２は、ガス配管２１及び１段高温端整流材１２Ａを介して１段パルス管１２に接続されている。２段リザーバ２３は、ガス配管２１及び２段高温端整流材１３Ａを介して２段パルス管１３に接続されている。また、ガス配管２１は、１段蓄冷器１４の高温端にも接続されている。
高圧側切換バルブ２４Ａは、圧縮機３に一端が接続された高圧側配管２７Ａに配設されている。また、低圧側切換バルブ２４Ｂは、圧縮機３に一端が接続された低圧側配管２７Ｂに接続されている。この高圧側配管２７Ａ及び低圧側配管２７Ｂの他端部は、ガス配管２１に接続されている。この高圧側切換バルブ２４Ａ、低圧側切換バルブ２４Ｂ、及びガス配管２１に４楷書配設されたオリフィス２５は、１段パルス管１２及び２段パルス管１３において周期的に変化する作動ガスの変動圧力と体積流量との位相差を調整し、各低温端に適切に寒冷を発生させる。
ここで、２段蓄冷器１６に注目すると、本実施例では２段蓄冷器１６を構成するシリンダ１６Ｃの外周面に磁気シールド膜２６を形成した構成としている。この磁気シールド膜２６は電磁シールド特性に優れた超電導材料よりなり、具体的には鉛ビスマス、二ホウ化マグネシウム等の使用が可能である。
この磁気シールド膜２６は、シリンダ１６Ｃの表面に５〜２００μｍの厚さで形成されている。また、磁気シールド膜２６の形成範囲は、少なくとも２段蓄冷材１６Ｂが配設されている領域を覆う範囲に設定されている。従って、本実施例のようにシリンダ１６Ｃの全体を磁気シールド膜２６で覆うよう形成した構成としてもよく、また上記条件を満たす範囲でシリンダ１６Ｃに部分的に形成した構成としてもよい。また、磁気シールド膜２６の具体的な形成方法は、特に限定されるものではなく、塗布法、めっき法、蒸着法、スパッタ法等の薄膜形成技術を用いることができる。
また、上記のように磁気シールド膜２６の厚さにおいて、その臨界条件を５〜２００μｍとしたのは次の理由による。即ち、磁気シールド膜２６の厚さが５μｍ未満であると、シリンダ１６Ｃ内の圧力変動に伴いシリンダ１６Ｃが微小伸縮し、これに伴い磁化した２段蓄冷材１６Ｂ（磁性蓄冷材）も変位して磁気ノイズが発生した場合、これを有効に磁気シールドすることができないからである。また、磁気シールド膜２６の厚さが２００μｍを超えると、それ以上のシールド効果が期待できないことと、材料費が上昇すると共に形成時間が長時間化してしまうことによる。また、磁気シールド膜２６の材料として鉛ビスマスを用いた場合には、その厚さを約２０μｍ程度とした場合において、特に高い磁気シールド性を得ることができると共に、形成性の良好な磁気シールド膜２６を得ることができた。
上記のように磁性蓄冷材よりなる２段蓄冷材１６Ｂが収納されるシリンダ１６Ｃに磁気シールド膜２６を形成することにより、磁気シールド膜２６は磁気シールド部材と同様の機能を奏し、２段蓄冷材１６Ｂで発生する磁気ノイズがシリンダ１６Ｃの外部に漏れることを防止できる。よって、本実施例に係るパルス管冷凍機を核磁気共鳴診断装置（ＭＲＩ）に使用したとしても、２段蓄冷材１６Ｂで発生する磁気ノイズがＭＲＩが生成する磁場を乱すようなことはなく、診断画像に悪影響を与えることを防止できる。
また、本実施例では磁気シールド部材として機能する磁気シールド膜２６が直接シリンダ１６Ｃに膜形成されているため、この磁気シールド膜２６とシリンダ１６Ｃは同一の温度となり、両者間に温度勾配が発生するようなことはない。このため、従来の磁気シールド部材１２０を設けていた蓄冷器式極低温装置（図５参照）で発生していた、ヘリウム雰囲気での対流熱損失は無くなり、よって冷凍能力の低下を防止することができる。
更に、磁気シールド膜２６が直接シリンダ１６Ｃに形成されるため、従来のように磁気シールド部材１２０を筒状部材として２段パルス管１１３及び２段蓄冷器１１６を囲うように配設していた構成に比べ、部品点数削減、低コスト化、及びコンパクト化を図ることが可能となる。
次に、上記した第１実施例の変形例について説明する。図２及び図３は、図１に示した第１実施例の変形例を示している。尚、図２及び図３において、図１に示した構成と同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。
図２に示す第１変形例は、２段蓄冷器１６を構成するシリンダ１６Ｃの内周面に磁気シールド膜２６を形成したことを特徴とするものである。このように、磁気シールド膜２６は、シリンダ１６Ｃの外周面に形成しても、また内周面に形成してもよい。更に、外周面と内周面の双方に磁気シールド膜２６を形成することも可能である。
また、図３に示す第２変形例は、２段蓄冷器１６のシリンダとして蓄冷器カートリッジ１９を用いたものである。このように、２段蓄冷器１６のシリンダとして蓄冷器カートリッジ１９を用いることにより、メンテナンス性を高めることができる。この蓄冷器カートリッジ１９の外周面或いは内周面、または外周面と内周面の双方に磁気シールド膜２６を形成した構成としても、第１実施例と述べたのと同様の作用効果を実現することができる。尚、図３では、蓄冷器カートリッジ１９の外周面に磁気シールド膜２６を形成した例を示している。
続いて、本発明の第２実施例について説明する。
前記した第１実施例では、本発明を適用する蓄冷器式極低温装置として２段式４Ｋパルス管冷凍機を例に挙げて説明した。これに対して第２実施例は、本発明を適用する蓄冷器式極低温装置としてＧＭ冷凍機（ギフォード・マクマホンサイクル型冷凍機）を例に挙げて説明するものとする。
図４は、本発明の第２実施例であるＧＭ式冷凍機の構成例を示している。このＧＭ式冷凍機は、ヘリウム圧縮機３０、第１段目及び第２段目シリンダ３１，３２、第１段目及び第２段目ディスプレーサー３３，３４、蓄冷材３７，３８、膨張空間４１，４２等から構成されている。
ヘリウム圧縮機３０は、ヘリウムガスを圧縮して高圧ヘリウムガスを生成する。この高圧ヘリウムガスは、吸気弁Ｖ１、ガス流路３６を介して第１段目シリンダ３１内に供給される。第１段目シリンダ３１には、第２段目シリンダ３２が結合されている。
第１段目シリンダ３１、第２段目シリンダ３２内には、相互に結合された第１段目ディスプレーサー３３、第２段目ディスプレーサー３４がそれぞれ収容されている。第１段目シリンダ３１からは、軸部材Ｓが上方に延在し、駆動用モータＭに結合したクランク機構３５と結合している。
第１段目ディスプレーサー３３は内部に中空空間が形成されており、この中空空間には蓄冷材３７が配設されている。また、第２段目ディスプレーサー３４も内部に中空空間が形成されており、この中空空間には蓄冷材３８が配設されている。この第２段目ディスプレーサー３４（請求項に記載の収納容器に相当する）に収納された蓄冷材３８は、例えばＥｒ３Ｎｉ等の磁性蓄冷材が用いられている。
各ディスプレーサー３３，３４に形成された中空空間は、ガス流路４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂを介して外部と連通した構成となっている。また、第１段目ディスプレーサー３３、第２段目ディスプレーサー３４と、第１段目シリンダ３１、第２段目シリンダ３２との間には、膨張空間４１、２２が画定されている。
ヘリウム圧縮機３０から吸気弁Ｖ１を介して供給される高圧ヘリウムガスは、ガス流路３６を介して第１段目シリンダ３１内に供給され、ガス流路４３ａ、金網等で構成された第１段目用蓄冷材３７、ガス流路４３ｂを通って、第１段目膨張空間４１に供給される。第１段目膨張空間４１の圧縮ヘリウムガスは、更にガス流路４４ａ、磁性蓄冷材で構成された第２段目用蓄冷材３８、ガス流路４４ｂを通って第２段目の膨張空間４２に供給される。尚、ガス流路４３、２４は、冷媒ガスの流れを説明するために機能的に記載したものであり、実際の構造とは異なる。
吸気弁Ｖ１が閉じ、排気弁Ｖ２が開いた時には、第２段目シリンダ３２、第１段目シリンダ３１内の高圧ヘリウムガスは、吸気の場合とは逆の経路をたどってガス流路３６、排気弁Ｖ２を介してヘリウム圧縮機３０に回収される。
ＧＭ式冷凍機の作動時においては、駆動用モータＭの回転によって第１段目ディスプレーサー３３、第２段目ディスプレーサー３４が図中矢印で示すように上下に往復駆動される。第１段目ディスプレーサー３３、第２段目ディスプレーサー３４が下方に駆動された時、吸気弁Ｖ１が開き、高圧ヘリウムガスが第１段目シリンダ３１、第２段目シリンダ３２内に供給される。
駆動用モータＭによって第１段目ディスプレーサー３３、第２段目ディスプレーサー３４が上方に駆動された時、吸気弁Ｖ１が閉じ、排気弁Ｖ２が開いて、ヘリウムガスはヘリウム圧縮機３０に回収され、第１段目シリンダ３１、第２段目シリンダ３２内の膨張空間は低圧になる。この時、膨張空間４１、２２においては、ヘリウムガスの膨張によって寒冷が発生する。冷却されたヘリウムガスは、蓄冷材３８、１７を通って蓄冷材を冷却する。
次の吸気工程で供給される高圧ヘリウムガスは、蓄冷材３７、１８を通って供給されることにより冷却される。冷却されたヘリウムガスが膨張することにより、更に冷却が進む。定常状態においては、第１段目シリンダ３１の膨張空間４１が、例えば４０Ｋ〜７０Ｋ程度の温度に保たれ、第２段目シリンダ３２の膨張空間４２の温度は数Ｋ〜２０Ｋ程度の温度に保たれる。第１段目シリンダの下方を囲んで、第１段目第１段目ステージ３９が熱的に結合されており、第２段目シリンダ３２の下部分を囲んで、第２段目第２段目ステージ４０が熱的に結合している。
ここで、第２段目シリンダ３２に注目すると、本実施例では第２段目ディスプレーサー３４の外周に磁気シールド膜２６が形成された構成とされている。この磁気シールド膜２６は、第１実施例で説明したのと同様の材質、特性、及び製法を有するものである。
即ち、磁気シールド膜２６は、電磁シールド特性に優れた材料（例えば、鉛ビスマス、二ホウ化マグネシウム等）よりなり、第２段目ディスプレーサー３４の表面に５〜２００μｍの厚さで形成されている（この範囲とした理由は、第１実施例で説明したと同様の理由である）。また、磁気シールド膜２６の形成範囲は、少なくとも蓄冷材３８が配設されている領域を覆う範囲に設定されている。また、磁気シールド膜２６の具体的な形成方法は、特に限定されるものではなく、塗布法、めっき法、蒸着法、スパッタ法等の薄膜形成技術を用いることができる。
上記のように磁性蓄冷材よりなる２段蓄冷材１６Ｂが収納される第２段目ディスプレーサー３４に磁気シールド膜２６を形成することにより、本実施例に係るＧＭ冷凍機をＭＲＩに使用したとしても、２段蓄冷材１６Ｂで発生する磁気ノイズがＭＲＩが生成する磁場を乱すようなことはなく、診断画像に悪影響を与えることを防止できる。
また、本実施例では磁気シールド部材として機能する磁気シールド膜２６が第２段目ディスプレーサー３４に膜形成されているため、この磁気シールド膜２６と第２段目ディスプレーサー３４は同一の温度となり、両者間に温度勾配が発生するようなことはない。このため、従来の磁気シールド部材１２０を設けていた蓄冷器式極低温装置（図５参照）で発生していた、ヘリウム雰囲気での対流熱損失は無くなり、よって冷凍能力の低下を防止することができる。更に、磁気シールド膜２６が直接第２段目ディスプレーサー３４に形成されるため、従来に比べて部品点数削減、低コスト化、及びコンパクト化を図ることが可能となる。
１ シリンダ部
２ ハウジング
３ 圧縮機
１２ １段パルス管
１３ ２段パルス管
１４ １段蓄冷器
１４Ａ １段蓄冷材
１４Ｂ １段蓄冷材
１５ １段ステージ
１６ ２段蓄冷器
１６Ａ ２段蓄冷材
１６Ｂ ２段蓄冷材
１６Ｃ シリンダ
１７ ２段ステージ
１９ 蓄冷器カートリッジ
２２ １段リザーバ
２３ ２段リザーバ
２４Ａ 切替バルブ
２５ オリフィス
２６ 磁気シールド膜
３０ ヘリウム圧縮機
３１ 第１段目シリンダ
３２ 第２段目シリンダ
３３ 第１段目ディスプレーサー
３４ 第２段目ディスプレーサー
３５ クランク機構
３６ ガス流路
３７，３８ 蓄冷材
３９，４０ ステージ
４１，４２ 膨張空間
２ ハウジング
３ 圧縮機
１２ １段パルス管
１３ ２段パルス管
１４ １段蓄冷器
１４Ａ １段蓄冷材
１４Ｂ １段蓄冷材
１５ １段ステージ
１６ ２段蓄冷器
１６Ａ ２段蓄冷材
１６Ｂ ２段蓄冷材
１６Ｃ シリンダ
１７ ２段ステージ
１９ 蓄冷器カートリッジ
２２ １段リザーバ
２３ ２段リザーバ
２４Ａ 切替バルブ
２５ オリフィス
２６ 磁気シールド膜
３０ ヘリウム圧縮機
３１ 第１段目シリンダ
３２ 第２段目シリンダ
３３ 第１段目ディスプレーサー
３４ 第２段目ディスプレーサー
３５ クランク機構
３６ ガス流路
３７，３８ 蓄冷材
３９，４０ ステージ
４１，４２ 膨張空間
Claims (6)
- 吸引した冷媒ガスを高圧にして送り出す圧縮機と、
該圧縮機と接続し、ガスの流れを切り換える切換えバルブと、
該切換えバルブと接続し内部に蓄冷材を収納してなる収納容器とを有し、
前記冷媒ガスが膨張して寒冷を発生させ、該寒冷を蓄冷材に熱交換させることを繰り返して極低温を発生させる蓄冷器式極低温装置において、
前記収納容器の内面または外面に磁気シールド膜を直接形成したことを特徴とする蓄冷器式極低温装置。 - 前記磁気シールド膜の厚さを５〜２００μｍとしたことを特徴とする請求項１記載の蓄冷器式極低温装置。
- 前記磁気シールド膜の材料は、鉛ビスマスまたは二ホウ化マグネシウムのいずれかであることを特徴とする請求項１または２記載の蓄冷器式極低温装置。
- 前記収納容器が蓄冷器であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄冷器式極低温装置。
- 前記収納容器にはパルス管を接続し、該パルス管にはオリフィスを介してバッファタンクを接続してなるパルス管冷凍機であって、前記収納容器が蓄冷器カートリッジであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄冷器式極低温装置。
- 前記収納容器がシリンダ内を往復運動するディスプレーサーであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄冷器式極低温装置。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009293910A (ja) * | 2008-06-09 | 2009-12-17 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | パルス管冷凍機 |
| JP2009293909A (ja) * | 2008-06-09 | 2009-12-17 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 蓄冷型膨張機、パルス管冷凍機、磁気共鳴イメージング装置、核磁気共鳴装置、超伝導量子干渉素子磁束計及び蓄冷型膨張機の磁気シールド方法 |
| JP2015129592A (ja) * | 2014-01-06 | 2015-07-16 | 住友重機械工業株式会社 | パルス管冷凍機 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63245970A (ja) * | 1987-03-31 | 1988-10-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 磁気シ−ルドケ−ス |
| JPH01134998A (ja) * | 1987-11-20 | 1989-05-26 | Citizen Watch Co Ltd | 磁気シールド装置 |
| JPH05211351A (ja) * | 1992-01-30 | 1993-08-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ジョセフソン素子およびその製造方法 |
| JPH05332626A (ja) * | 1992-06-04 | 1993-12-14 | Daikin Ind Ltd | スターリング冷凍機のリニアモータ圧縮機 |
| JPH06131632A (ja) * | 1992-10-20 | 1994-05-13 | Tdk Corp | 薄膜磁気ヘッド及び磁気ディスク装置 |
| JP2600869B2 (ja) * | 1988-12-13 | 1997-04-16 | 三菱電機株式会社 | 蓄冷式極低温冷凍機 |
| JPH11211269A (ja) * | 1998-01-30 | 1999-08-06 | Toshiba Corp | 極低温装置 |
| JP2000055493A (ja) * | 1998-08-11 | 2000-02-25 | Iwatani Internatl Corp | ガスサイクル冷凍装置でのピストン緩衝装置 |
| JP2003075003A (ja) * | 2001-09-04 | 2003-03-12 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 低温装置 |
| JP2003324012A (ja) * | 2002-05-07 | 2003-11-14 | Hitachi Ltd | 二ホウ化マグネシウムを用いたｎｍｒ装置用プローブ |
| JP2006038446A (ja) * | 2004-05-11 | 2006-02-09 | Bruker Biospin Ag | 遮蔽された蓄熱材を備える磁石システム |
-
2006
- 2006-06-14 JP JP2006164836A patent/JP2007333285A/ja active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63245970A (ja) * | 1987-03-31 | 1988-10-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 磁気シ−ルドケ−ス |
| JPH01134998A (ja) * | 1987-11-20 | 1989-05-26 | Citizen Watch Co Ltd | 磁気シールド装置 |
| JP2600869B2 (ja) * | 1988-12-13 | 1997-04-16 | 三菱電機株式会社 | 蓄冷式極低温冷凍機 |
| JPH05211351A (ja) * | 1992-01-30 | 1993-08-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ジョセフソン素子およびその製造方法 |
| JPH05332626A (ja) * | 1992-06-04 | 1993-12-14 | Daikin Ind Ltd | スターリング冷凍機のリニアモータ圧縮機 |
| JPH06131632A (ja) * | 1992-10-20 | 1994-05-13 | Tdk Corp | 薄膜磁気ヘッド及び磁気ディスク装置 |
| JPH11211269A (ja) * | 1998-01-30 | 1999-08-06 | Toshiba Corp | 極低温装置 |
| JP2000055493A (ja) * | 1998-08-11 | 2000-02-25 | Iwatani Internatl Corp | ガスサイクル冷凍装置でのピストン緩衝装置 |
| JP2003075003A (ja) * | 2001-09-04 | 2003-03-12 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 低温装置 |
| JP2003324012A (ja) * | 2002-05-07 | 2003-11-14 | Hitachi Ltd | 二ホウ化マグネシウムを用いたｎｍｒ装置用プローブ |
| JP2006038446A (ja) * | 2004-05-11 | 2006-02-09 | Bruker Biospin Ag | 遮蔽された蓄熱材を備える磁石システム |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009293910A (ja) * | 2008-06-09 | 2009-12-17 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | パルス管冷凍機 |
| JP2009293909A (ja) * | 2008-06-09 | 2009-12-17 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 蓄冷型膨張機、パルス管冷凍機、磁気共鳴イメージング装置、核磁気共鳴装置、超伝導量子干渉素子磁束計及び蓄冷型膨張機の磁気シールド方法 |
| US8072219B2 (en) | 2008-06-09 | 2011-12-06 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Regenerative expansion apparatus, pulse tube cryogenic cooler, magnetic resonance imaging apparatus, nuclear magnetic resonance apparatus, superconducting quantum interference device flux meter, and magnetic shielding method of the regenerative expansion apparatus |
| JP2015129592A (ja) * | 2014-01-06 | 2015-07-16 | 住友重機械工業株式会社 | パルス管冷凍機 |
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