JP2663698B2 - Cryogenic equipment - Google Patents
Cryogenic equipmentInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば磁気共鳴診断装置に使用される超
電導マグネットなどの冷却を行なう極低温装置に関する
ものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cryogenic device for cooling a superconducting magnet used in a magnetic resonance diagnostic apparatus, for example.
第２図は例えば実開昭63−43063号公報に示された従
来の極低温装置を示す断面図であり、図において、
（１）は図示しない液体ヘリウムが収容されて温度を4.
2Kに保った液体ヘリウム容器で、図示しない超電導マグ
ネットのコイル等が収納されている。（２）は冷凍機、
（３）は冷凍機（２）により冷却される被冷却部、
（４）は液体ヘリウム容器（１）を被う第１の熱シール
ド、（５）は液体ヘリウム容器（１）と第１の熱シール
ド（４）間に設けられて液体ヘリウム容器（１）は被う
第２の熱シールドで、第１および第２の熱シールド
（４），（５）はそれぞれ第２の熱シールド（５），液
体ヘリウム容器（１）へ入る放射熱を遮蔽して、熱を冷
凍機（２）へ導く。第１および第２の熱シールド
（４），（５）で被冷却部（３）を構成している。
（６）は液体ヘリウム容器（１）および第1,第２の熱シ
ールド（４），（５）が収納された真空容器で、内部を
真空に保持することにより、真空断熱している。冷凍機
（２）は真空容器（６）の外部から、真空容器（６）お
よび第１の熱シールド（４）を貫通し、第２の熱シール
ド（５）の近くまで伸延して設けられている。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a conventional cryogenic device disclosed in, for example, Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 63-43063.
In (1), liquid helium (not shown) is stored and the temperature is set to 4.
This is a liquid helium container maintained at 2K and contains a coil of a superconducting magnet (not shown). (2) is a refrigerator,
(3) is a cooled part cooled by the refrigerator (2),
(4) is a first heat shield covering the liquid helium container (1), (5) is provided between the liquid helium container (1) and the first heat shield (4), and the liquid helium container (1) is In the second heat shield to be covered, the first and second heat shields (4) and (5) shield the radiant heat entering the second heat shield (5) and the liquid helium container (1), respectively. Heat is directed to the refrigerator (2). The first and second heat shields (4) and (5) constitute a cooled part (3).
(6) is a vacuum container in which the liquid helium container (1) and the first and second heat shields (4) and (5) are housed, and the inside thereof is kept in vacuum, so that vacuum insulation is provided. The refrigerator (2) extends from the outside of the vacuum vessel (6), penetrates the vacuum vessel (6) and the first heat shield (4), and extends to the vicinity of the second heat shield (5). I have.
（７）は冷凍機（２）を取付けるためのフランジ、
（８）は真空容器（６）とフランジ（７）の間に設けら
れたベローズで、冷凍機（２）の振動を吸収する。
（９）は冷凍機（２）の第１段冷却部で、冷凍機（２）
が第１の熱シールド（４）を貫通する部分の近くに設け
られている、（10）はつば状の第１の熱接続部で、第１
段冷却部（９）と熱接触している。（11）は第１の熱伝
導板、（12）は第１のたわみ導体であり、第１の熱接続
部（10），第１の熱伝導板（11）および第１のたわみ導
体（12）で第１段冷却部（９）と第１の熱シールド
（４）の間の熱接続を行なうとともに、第１のたわみ導
体（12）で温度変化による熱収縮を吸収するようになっ
ている。（13）は筒状の第１のジャケットで、第１段冷
却部（９）および第１の熱接続部（10）を被うように設
けられ、内部にはヘリウムガスが封入されている。(7) is a flange for mounting the refrigerator (2),
(8) is a bellows provided between the vacuum vessel (6) and the flange (7) and absorbs vibration of the refrigerator (2).
(9) is a first stage cooling unit of the refrigerator (2), and the refrigerator (2)
Is provided near a portion penetrating the first heat shield (4). (10) is a first flange-shaped thermal connection portion,
It is in thermal contact with the step cooling unit (9). (11) denotes a first heat conductive plate, (12) denotes a first flexible conductor, and includes a first thermal connecting portion (10), a first thermal conductive plate (11), and a first flexible conductor (12). ), A thermal connection is made between the first-stage cooling section (9) and the first heat shield (4), and the first flexible conductor (12) absorbs heat shrinkage due to temperature change. . (13) is a cylindrical first jacket, which is provided so as to cover the first-stage cooling section (9) and the first thermal connection section (10), and has helium gas sealed therein.
（14）は冷凍機（２）の第２段冷却部で、冷凍機
（２）が第１の熱シールド（４）を貫通して、図におい
て下方に伸延した先端部に設けられている。（15）は円
板状の第２の熱接続部で、第２段冷却部（14）と熱接触
している。（16）は第２の熱伝導板、（17）は第２のた
わみ導体であり、第２の熱接続部（15），第２の熱伝導
板（16）および第２のたわみ導体（17）で第２段冷却部
（９）と第２の熱シールド（５）の間の熱接続を行なう
とともに、第２のたわみ導体（17）で温度変化による熱
収縮を吸収するようになっている。（18）は筒状の第２
のジャケットで、第２段冷却部（14）および第２の熱接
続部（15）を被うように設けられ、内部にはヘリウムガ
スが封入されている。（19）は圧縮機ユニットで、冷凍
機（２）に圧縮ヘリウムガスを供給するとともに、冷凍
機（２）に内蔵されたバルブ駆動用モータ（図示せず）
に電力を供給する。(14) is a second-stage cooling section of the refrigerator (2), which is provided at the distal end extending downward in the figure, penetrating the first heat shield (4). (15) is a disk-shaped second thermal connection part, which is in thermal contact with the second-stage cooling part (14). (16) is a second heat conductive plate, (17) is a second flexible conductor, and the second thermal connection part (15), the second thermal conductive plate (16) and the second flexible conductor (17). ), A thermal connection is made between the second-stage cooling section (9) and the second heat shield (5), and the second flexible conductor (17) absorbs heat shrinkage due to a temperature change. . (18) is a cylindrical second
Is provided so as to cover the second-stage cooling section (14) and the second thermal connection section (15), and helium gas is sealed inside. (19) is a compressor unit for supplying compressed helium gas to the refrigerator (2) and a valve driving motor (not shown) built in the refrigerator (2).
To supply power.
次に動作について説明する。液体ヘリウム容器（１）
に侵入する熱量は第1,第２の熱シールド（４），（５）
の温度によって変化し、この温度が低いほど侵入熱量が
少なくなって、液体ヘリウム容器（１）内に収納され
た、例えば超電導マグネットのコイル等を冷却している
液体ヘリウムの消費量を少なくすることができる。その
ため、一般に冷凍機（２）を使用して第1,第２の熱シー
ルド（４），（５）を冷却することにより、液体ヘリウ
ムの消費量を減らしている。Next, the operation will be described. Liquid helium container (1)
The amount of heat that penetrates into the first and second heat shields (4), (5)
The lower the temperature, the smaller the amount of invading heat, the lower the consumption of the liquid helium contained in the liquid helium container (1), for example, cooling the superconducting magnet coil and the like. Can be. Therefore, in general, the refrigerator (2) is used to cool the first and second heat shields (4) and (5), thereby reducing the consumption of liquid helium.
冷凍機（２）を運転すると、第１段，第２段冷却部
（９），（14）がそれぞれ約80K,約20Kに冷却され、そ
の結果、第１の熱接続部（10），第１の熱伝導板（11）
および第１のたわみ導体（12）を介して第１の熱シール
ド（４）が冷却され、また、第２の熱接続部（15），第
２の熱伝導板（16）および第２のたわみ導体（17）を介
して第２の熱シールド（５）が冷却される。なお、冷凍
機（２）を保守するときは第１段，第２段冷却部
（９），（14）と第1,第２の熱接続部（10），（15）と
の間で取り外しが可能である。When the refrigerator (2) is operated, the first-stage and second-stage cooling sections (9) and (14) are cooled to about 80K and about 20K, respectively. As a result, the first heat connection section (10) and the second 1 heat conduction plate (11)
And the first heat shield (4) is cooled via the first flex conductor (12), and the second thermal connection (15), the second heat conduction plate (16) and the second flexure are provided. The second heat shield (5) is cooled via the conductor (17). When the refrigerator (2) is maintained, the refrigerator (2) must be removed between the first and second cooling units (9) and (14) and the first and second thermal connection units (10) and (15). Is possible.
従来の極低温装置は以上のように構成されているの
で、冷凍機の冷却部およびこの冷却部を被うジャケット
の製作寸法誤差や熱収縮により、熱接続部と冷却部の間
の接触面圧が変化しやすく、その間の熱抵抗が大きくな
って熱シールドの温度が十分に低くならないことがあ
る。Since the conventional cryogenic device is configured as described above, the contact surface pressure between the thermal connection portion and the cooling portion is caused by manufacturing dimensional errors and thermal contraction of the cooling portion of the refrigerator and the jacket covering the cooling portion. The temperature of the heat shield may not be sufficiently low because the thermal resistance increases during that time.
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、被冷却部を十分に冷却できる極低温装置を
得ることを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a cryogenic device capable of sufficiently cooling a portion to be cooled.
この発明に係る極低温装置は、熱接続部が互いに対向
する斜面を有する二つの熱接触子から成り、この熱接触
子のうちの一方を弾性体で他方の熱接触子に向かって押
しつけるようにしたものである。The cryogenic device according to the present invention includes two thermal contacts whose thermal connecting portions have slopes facing each other, and presses one of the thermal contacts toward the other thermal contact with an elastic body. It was done.
この発明における極低温装置は、熱接続部を構成する
二つの熱接触子のうちの一方が他方に向かって押しつけ
られるので、二つの熱接触子間の接触面圧をほぼ一定に
保つことができる。In the cryogenic device according to the present invention, one of the two thermal contacts constituting the thermal connection portion is pressed toward the other, so that the contact surface pressure between the two thermal contacts can be kept substantially constant. .
以下この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明による極低温装置を示す断面図であり、図
において、（１）〜（９），（11）〜（14），（16）〜
（19）は第２図の従来例と同様であるので説明を省略す
る。（21）は第１段冷却部（９）と第１の熱シールド
（４）との間の熱接続を行なう第１の熱接続部、（22）
は第１段冷却部（９）の、図において下方に設けられた
中空円錐台状の第１の熱接触子で、斜面つまり錐面を図
において下向きにして、上下方向へ移動可能に冷凍機
（２）で支持されている。（23）は第１のジャケット
（13）の、図において下端部に取付けられた第２の熱接
触子で、第１の熱接触子（22）の錐面と対向する摺り鉢
状の上向きの斜面を有している。（24）は第1,第２の熱
接触子（22），（23）の両斜面間に配置された第１の良
伝導体で、インジウム等の熱伝導性が良く、かつ、軟ら
かい材料で作られた丸線が用いられている。第1,第２の
熱接触子（22），（23）および第１の良伝導体（24）で
第１の熱接続部（21）を構成している。（25）は第１段
冷却部（９）と第１の熱接触子（22）の間に設けられた
弾性熱伝導体で、薄い銅板をぜんまい状に巻いて形成さ
れており、図のおいて上部が第１段冷却部（９）に、そ
して下部が第１の熱接触子（22）にそれぞれ図示しない
ボルトで取り付けられている。このような弾性熱伝導体
（25）が冷凍機（２）を取り巻く円周上に８個配置され
て、第１段冷却部（９）と第１の熱接触子（22）とを熱
接続する可とう性熱伝導体、および第１の熱接触子（2
2）を図において下方へ押す弾性体を兼ねるように設け
られている。（26）は断熱材である発泡成形材で作られ
た第１の仕切板で、つば状に形成されて第１のジャケッ
ト（13）の内部をいくつかの空間に仕切っている。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. First
FIG. 1 is a sectional view showing a cryogenic device according to the present invention, wherein (1) to (9), (11) to (14), and (16) to
(19) is the same as the conventional example shown in FIG. (21) is a first thermal connection part for performing thermal connection between the first stage cooling part (9) and the first heat shield (4), (22)
Is a hollow frusto-conical first thermal contact provided in the lower part of the first stage cooling part (9) in the figure. Supported by (2). (23) is a second thermal contact attached to the lower end of the first jacket (13) in the figure, and is an upwardly facing mortar-shaped facing conical surface of the first thermal contact (22). It has a slope. (24) is a first good conductor disposed between both slopes of the first and second thermal contacts (22) and (23), and is made of a soft material having good thermal conductivity such as indium. The round wire made is used. The first and second thermal contacts (22) and (23) and the first good conductor (24) constitute a first thermal connection (21). (25) is an elastic thermal conductor provided between the first cooling unit (9) and the first thermal contact (22), which is formed by winding a thin copper plate in a spiral shape. The upper part is attached to the first stage cooling part (9), and the lower part is attached to the first thermal contact (22) by bolts (not shown). Eight such elastic heat conductors (25) are arranged on the circumference surrounding the refrigerator (2), and the first stage cooling unit (9) and the first thermal contact (22) are thermally connected. A flexible thermal conductor and a first thermal contact (2
2) is also provided so as to also serve as an elastic body that pushes downward in the figure. (26) is a first partition plate made of a foamed material that is a heat insulating material, is formed in a brim shape, and partitions the inside of the first jacket (13) into several spaces.
（27）は第２段冷却部（14）と第２の熱シールド
（５）との間の熱接続を行なう第２の熱接続部、（28）
は第１の熱接触子（22）と同様の第３の熱接触子で、第
２段冷却部（14）の図において下方に設けられている。
（29）は第２のジャケット（18）の、図において下端部
に取付けられた第４の熱接触子で、第３の熱接触子（2
8）の錐面と対向する摺り鉢状の斜面を有している。（3
0）は第１の良伝導体（24）と同様の第２の良伝導体
で、第3,第４の熱接触子（28），（29）の両斜面間に配
置されている。第3,第４の熱接触子（28），（29）およ
び第２の良伝導体（30）で第２の熱接続部（27）を構成
している。（31）は第２段冷却部（14）と第３の熱接触
子（28）とを熱接続する可とう性熱伝導体で、多数の細
い銅線を編んで形成され、両端部が図示しないボルトで
それぞれ第２段冷却部（14）と第３の熱接触子（28）に
取り付けられている。（32）は皿ばねを積み重ねて構成
された弾性体で、第３の熱接触子（28）を図において下
方へ押すようになっている。（33）は第１の仕切板（2
6）と同様の第２の仕切板で、第２のジャケット（18）
の内部を仕切っている。(27) a second heat connection part for performing a heat connection between the second stage cooling part (14) and the second heat shield (5), (28)
Is a third thermal contact similar to the first thermal contact (22), and is provided below the second stage cooling section (14) in the drawing.
(29) is a fourth thermal contact attached to the lower end of the second jacket (18) in the figure, and is a third thermal contact (2).
It has a mortar-shaped slope facing the conical surface of 8). (3
Reference numeral 0) denotes a second good conductor similar to the first good conductor (24), which is disposed between both slopes of the third and fourth thermal contacts (28) and (29). The third and fourth thermal contacts (28) and (29) and the second good conductor (30) constitute a second thermal connection (27). (31) is a flexible heat conductor for thermally connecting the second stage cooling part (14) and the third thermal contact (28), which is formed by knitting a large number of thin copper wires, and both ends are shown. The bolts are attached to the second stage cooling part (14) and the third thermal contact (28), respectively. An elastic body (32) is formed by stacking disc springs, and pushes the third thermal contact (28) downward in the figure. (33) is the first partition plate (2
A second jacket (18) with a second divider similar to 6)
Partition the interior of the
このような極低温装置の組立てに際しては、冷凍機
（２）に第１段，第２段冷却部（９），（14）、第1,第
３の熱接触子（22），（28）、第1,第２の仕切板（2
6），（33）を取り付け、更に、弾性熱伝導体（25）、
可とう性熱伝導体（31）、弾性体（32）、第1,第２の良
伝導体（24），（30）を取り付ける。一方、第1,第２の
ジャケット（13），（18）には第2,第４の熱接触子（2
3），（29）が取り付けられていて、この第1,第２のジ
ャケット（13），（18）に上記の冷凍機（２）を挿入す
る。なお、保守のために冷凍機（２）を抜き出すときは
第1,第２の熱接触子（22），（23）間、および第3,第４
の熱接触子（28），（29）間で分離できる。When assembling such a cryogenic device, first and second cooling units (9) and (14), first and third thermal contacts (22) and (28) are provided to the refrigerator (2). , The first and second partition plates (2
6) Attach (33) and elastic thermal conductor (25)
A flexible heat conductor (31), an elastic body (32), and first and second good conductors (24) and (30) are attached. On the other hand, the first and second jackets (13) and (18) have the second and fourth thermal contacts (2
3) and (29) are attached, and the refrigerator (2) is inserted into the first and second jackets (13) and (18). When removing the refrigerator (2) for maintenance, the first and second thermal contacts (22) and (23) and the third and fourth thermal contacts (22) and (23) are removed.
Can be separated between the thermal contacts (28) and (29).
第１の熱接続部（21）においては弾性熱伝導体（25）
により第１の熱接触子（22）が、図において下方へ押さ
れるが、その錐面が下向きになっていて第２の熱接触子
（23）の上向きの斜面と対向しているので、第１の熱接
触子（22）が第２の熱接触子（23）に向かって押し付け
られることになる。従って、各部に製作寸法誤差や熱収
縮があっても、第1,第２の熱接触子（22），（23）は第
１の良伝導体（24）を介してほぼ一定の接触面圧を保
ち、熱抵抗が大きくなることがない。熱は第１の熱シー
ルド（４）、第１のたわみ導体（12）、第１の熱伝導板
（11）、第１のジャケット（13）の下端部、第２の熱接
触子（23）、第１の良伝導体（24）、第１の熱接触子
（22）、弾性熱伝導体（25）、第１段冷却部（９）の経
路で良好に伝わる。An elastic thermal conductor (25) at the first thermal connection (21);
As a result, the first thermal contact (22) is pushed downward in the figure, but its conical surface faces downward and faces the upward slope of the second thermal contact (23). One thermal contact (22) will be pressed against the second thermal contact (23). Therefore, even if there is a manufacturing dimensional error or thermal shrinkage in each part, the first and second thermal contacts (22) and (23) can maintain a substantially constant contact surface pressure via the first good conductor (24). And the thermal resistance does not increase. Heat is applied to the first heat shield (4), the first flexible conductor (12), the first heat conducting plate (11), the lower end of the first jacket (13), the second heat contact (23). , The first good conductor (24), the first thermal contact (22), the elastic thermal conductor (25), and the first stage cooling section (9).
第２の熱接続部（27）においても同様であり、弾性体
（32）により第３の熱接触子（28）が、図において下方
へ押され、その結果、熱は第２の熱シールド（５）、第
２のたわみ導体（17）、第２の熱伝導板（16）、第２の
ジャケット（18）の下端部、第４の熱接触子（29）、第
２の良伝導体（30）、第３の熱接触子（28）、可と性熱
伝導体（31）、第２の冷却部（14）の経路で良好に伝わ
る。The same applies to the second thermal connection (27), in which the elastic body (32) pushes the third thermal contact (28) downward in the figure, so that heat is transferred to the second thermal shield (27). 5), the second flexible conductor (17), the second heat conductive plate (16), the lower end of the second jacket (18), the fourth thermal contact (29), the second good conductor ( 30), the third thermal contact (28), the flexible thermal conductor (31), and the second cooling section (14).
また、第1,第２のジャケット（13），（18）内では、
図において上部が高温に、下部が低温になる。第1,第２
のジャケット（13），（18）内にはそれぞれ第1,第２の
仕切板（16），（33）が設けられて、空間がいくつかに
区画されているので、たとえ冷凍機（２）を傾けて使用
するような場合でも、第1,第２のジャケット（13），
（18）の内部全体で対流することがなく、従って、高温
部から低温部への熱の侵入が防止される。In the first and second jackets (13) and (18),
In the figure, the upper part has a high temperature and the lower part has a low temperature. 1st, 2nd
The jackets (13) and (18) are provided with first and second partition plates (16) and (33), respectively, and are divided into several spaces. Even if you use it at an angle, the first and second jackets (13),
There is no convection in the entire interior of (18), so that the intrusion of heat from the high-temperature portion to the low-temperature portion is prevented.
以上のように、この発明によれば熱接続部の二つの熱
接触子のうちの一方が他方に向かって押し付けられるよ
うに構成したので、二つの熱接触子間の接触面圧をほぼ
一定に保つことができ、被冷却部を十分に冷却できる効
果がある。As described above, according to the present invention, since one of the two thermal contacts of the thermal connection portion is configured to be pressed toward the other, the contact surface pressure between the two thermal contacts is made substantially constant. Therefore, there is an effect that the part to be cooled can be sufficiently cooled.
第１図はこの発明の一実施例による極低温装置を示す断
面図、第２図は従来の極低温装置を示す断面図である。 図において、（２）は冷凍機、（３）は被冷却部、
（９）は第１段冷却部、（13）は第１のジャケット、
（14）第２段冷却部、（18）は第２のジャケット、（2
1）は第１の熱接続部、（22），（23）は第1,第２の熱
接触子、（25）は弾性熱伝導体、（26）は第１の仕切
板、（27）は第２の熱接続部、（28），（29）は第3,第
４の熱接触子、（31）は可とう性熱伝導体、（32）は弾
性体、（33）は第２の仕切板である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。FIG. 1 is a sectional view showing a cryogenic device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing a conventional cryogenic device. In the figure, (2) is a refrigerator, (3) is a part to be cooled,
(9) is the first stage cooling section, (13) is the first jacket,
(14) Second stage cooling section, (18) second jacket, (2
1) is a first thermal connection portion, (22) and (23) are first and second thermal contacts, (25) is an elastic thermal conductor, (26) is a first partition plate, (27) Is a second thermal connection, (28) and (29) are third and fourth thermal contacts, (31) is a flexible heat conductor, (32) is an elastic body, and (33) is a second It is a partition plate. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
れる被冷却部、および上記冷却部と被冷却部との間の熱
接続を行う熱接続部を備えたものにおいて、上記熱接続
部が互いに対向する斜面を有する二つの熱接続子から成
り、上記熱接触子のうちの冷凍機に取り付けた側の一方
の上記熱接触子を移動可能に設け、一方の上記熱接触子
と上記冷却部とを可とう性熱伝導体で熱接続するととも
に、弾性体で一方の上記熱接触子を他方の上記熱接触子
に向かって押しつけるようにしたことを特徴とする極低
温装置。1. A refrigerator comprising: a refrigerator; a cooled portion cooled by a cooling portion of the refrigerator; and a thermal connection portion for performing thermal connection between the cooling portion and the cooled portion. The part is composed of two thermal connectors having slopes facing each other, and one of the thermal contacts on the side attached to the refrigerator is movably provided, and one of the thermal contacts and A cryogenic device, wherein a cooling section is thermally connected with a flexible heat conductor, and one of the thermal contacts is pressed against the other thermal contact by an elastic body.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2238692A JP2663698B2 (en) | 1990-09-05 | 1990-09-05 | Cryogenic equipment |
| DE4143393A DE4143393C2 (en) | 1990-09-05 | 1991-09-05 | Cyrostat |
| GB9118963A GB2248490B (en) | 1990-09-05 | 1991-09-05 | Cryostat |
| DE4129547A DE4129547C2 (en) | 1990-09-05 | 1991-09-05 | Cryostat |
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