JP2741875B2 - 冷凍機付きクライオスタツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、振動を伴う冷凍機を搭載したクライオスタ
ツトに係り、特に騒音の低減及び冷凍機接続部の信頼性
の向上を可能にした冷凍機付きクライオスタツトに関す
る。

〔従来の技術〕

従来の冷凍機付きクライオスタツト、特に、特開昭63
−51849号公報に記載されている医療分野で使用する人
体診断用の核磁気共鳴装置（以下、単にMRI装置と称
す）には、均一な高磁界を得るため超電導マグネツト
（以下単にマグネツトと称す）を使用する。このため、
該マグネツトを冷却収納する真空断熱したクライオスタ
ツトが必要である。マグネツトは超電導状態を保つた
め、極低温の冷媒、例えば液体ヘリウムに浸漬して冷却
する。液体ヘリウムはクライオスタツトの常温の真空容
器からクライオスタツト内に浸入する熱で徐々に蒸発す
るため、定期的に液体ヘリウムを注入補充する必要があ
る。この液体ヘリウムの蒸発量を低減すれば、液体ヘリ
ウムの消費量は低減し、運転コストは大幅に低減する。
このため、クライオスタツトに冷凍機等を取り付け、真
空容器から侵入する熱を冷凍機の寒冷で吸収し、液体ヘ
リウムの蒸発量を低減する手段が取られる。この冷凍機
は一般に往復動式の膨張機タイプなので、運転中にピス
トンの駆動音や衝突音が生じ、これが、クライオスタツ
トの真空容器に伝搬してかなりの騒音が発明する。

このため、低騒音化策として冷凍機の先端をクライオ
スタツト内の熱シールド槽又は熱シールド筒に固定し、
気密性を有したベローズを介して冷凍機の頭部を真空容
器に一体化すると共に、該駆動音源の冷凍機頭部を遮音
カバーで囲み、この遮音カバーを真空容器に固定する構
造となつていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術の構造では、冷凍機の自重及び真空圧力
荷重を剛な伝熱体を介して熱シールド槽又は熱シールド
筒で支持するため、槽又は筒自身の板厚を厚くして剛性
を大きくし、かつ、槽又は筒の支持体の剛性も大きくす
る必要がある。しかし、該支持体α一端は真空容器壁に
固定されているため、これらの剛性を大きくすれば、冷
凍機の振動が真空容器まで伝搬しまう点について配慮が
されておらず、騒音を低減できない問題やクライオスタ
ツトの重量が重くなる問題があつた。いつぽう、冷凍機
と熱シールド槽又は熱シールド筒の該伝熱体が経年変化
で弾性支持的な挙動を示す状態になつた場合ベローズで
該荷重の一部を支持する様になり、ベローズを介して真
空容器に振動が伝搬して駆動が発生する問題や、伝熱体
やベローズに振動による繰返し変位が作用して疲労破壊
が発生しクライオスタツトの信頼性が低下する等の問題
があつた。また、冷凍機頭部の遮音に関しては、冷凍機
に接続した給排気用のガス配管を通じて伝搬するガス流
動音を防止する点につていも配慮されておらず、低騒音
化できない問題があつた。

本発明の目的は、冷凍機の振動が真空容器（断熱槽）
に伝搬しにくい冷凍機付きクライオスタットを提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために被冷却体及びこの
被冷却体を冷却する冷凍機の低温端を断熱槽に納めた冷
凍機付きクライオスタットにおいて、前記断熱槽外部に
設けられた磁気シールド体に前記冷凍機を固定し、前記
冷凍機と前記断熱槽間を弾性機密手段で結合することに
より達成される。

〔作用〕

断熱槽は構造的に外部から振動が伝搬されると騒音を
発生する性質を有している。この振動は主に冷凍機から
伝搬されるものであり、この伝搬を抑制しない限り騒音
を低減することができない。断熱槽外部に設けられた磁
気シールド体に冷凍機を固定することにより振動の伝搬
を防止することができる。すなわち、上記従来技術にお
いては、真空容器内部の冷凍機が取り付けられる熱シー
ルド槽を支持するための支持体が介して真空容器に振動
が伝搬されるため、共鳴体である真空容器がこの振動に
共鳴して騒音を発生してしまうが、本発明では、真空容
器の外に設けられている磁気シールド体に冷凍機を固定
したので、この伝搬経路がなくなり、振動の伝搬を極力
抑えることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。被
検者が入る大気に導通した空洞部１を中心部に有するク
ライオスタツトは、その内部に被冷却体の起電導マグネ
ツト２を貯蔵する液体ヘリウム３、この液体ヘリウム２
を貯蔵する液体ヘリウム槽４、複数温度レベル（実施例
では約70Kと約15Kの２温度レベル）の他の被冷却体であ
る熱シールド筒5,6を内蔵し、真空容器７で大気と隔離
され内部を断熱処理例えば、積層断熱材８を巻き付け真
空断熱している。冷凍機、例えば、ソルベイ式の冷凍装
置は、ガス加圧源の圧縮機ユニツト９と冷凍機であるピ
ストン往復動式の膨張機10、及び、両者をを連通する高
圧配管11と低圧配管12とから成る。膨張機の低温部は、
クライオスタツト内に挿入され、温度約70Kに冷却した
第１ステージ13と温度約15Kに冷却した第２ステージ14
を、銅網等の弾性伝熱体15,16を介して熱シールド筒5,6
に一体化している。

クライオスタツト外側に、断熱槽以外の構成部材であ
る磁性体、例えば、鉄製の磁気シールド体17を設置し漏
えい磁界を小空間内に留めている。この磁気シールド体
の板厚は50mm以上であり、重量は数トンに達する。膨張
機10はフランジ18を介して磁気シールド体17に剛結合手
段、例えば、ボルトで完全締結されているとともに、弾
性支持手段のベローズ19及び、フランジ18を介して真空
容器７に一体化されている。

すなわち、自重数トンで固有振動数が非常に小さい磁
気シールド体に密着固定した冷凍機が発生する振動は、
磁気シールド板に吸収され。ベローズ等で接続した真空
容器には殆ど伝搬しない。それによって真空容器に共鳴
する騒音を低減できる。

また、膨張機10の頭部及び配管11,12を吸音材を内張
りした遮音カバー20で囲い、遮音カバー20を磁気シール
ド体に固定している。

膨張機10の振動は、フランジ18を介して質量が膨張機
の100倍以上にもなる磁気シールド体17に吸収されるた
め、弾性支持体のベローズ19で接続している真空容器７
にこの振動はほとんど伝搬しない。したがつて、真空容
器に共鳴する騒音はほとんど無くなり、騒音が大幅に低
減する。

また、膨張機自身が発する騒音は、接続ガスの配管,1
2を含めて膨張機頭部を囲んだ遮音カバー内で吸収さ
れ、遮音カバーを磁気シールド体に固定できるので、冷
凍機当部のガス流動音による騒音を低減できる。ので外
部にほとんど漏れず、膨張機の騒音が大幅に低減する。
一方、膨張機の自重及び真空圧力荷重は、フランジ18を
介して剛な磁気シールド体17で支持されているので、膨
張機にこれらの荷重が作用してもほとんど変位しない。
したがつて、膨張機の運転時においても振動する部分が
ないので疲労破壊等は発生せず、ベローズにき裂に生じ
て真空がリークしたり、弾性伝熱体にき裂が生じて冷却
性能が低下し熱シールド筒の温度が上昇する様なトラブ
ルが起らない信頼性の高いクライオスタツトを提供でき
る。また、熱シールド筒は膨張機の支持部材となる必要
がなく、肉厚１μｍ程度のアルミニウムで製作でき、熱
シールド槽や筒が軽量にでき、冷却速度も早くすること
ができる。

本実施例によれば、冷凍機の振動に起因する騒音を低
減でき、冷凍機付きクライオスタツトの信頼性を高め、
熱シールド槽や筒を軽量化できる効果がある。

なお、本実施例では、膨張材と真空容器をベローズで
弾性的に結合したが、振動は磁気シールド体で吸収する
ので薄肉円筒で結合しても、低騒音化を図ることができ
る。

また、膨張機に、シリンダを２重構造にしてその間に
伝熱媒体のガスヘリウム補充した２重シリンダ形を使用
しても同様な効果を生じる。

第４図は本実施例によるMRI装置の斜視図（一部断面
図を含む）を示す。ベッド21のスライダ22に被検診者を
乗せ、空洞部１内に移動させる。ボビン23外面には、核
磁気共鳴用高周波コイル24を設けている。冷凍機10は、
磁気シールド体17に支持された剛結合手段の例えばステ
ンレス製の支持アーム17aにボルト締結されており、冷
凍機10の運転振動を磁気シールド体17に吸収する。この
構成により運転騒音を72dBから54dB（Ａレンジ）に抑え
ることができる。

第２図及び第３図は本発明になる他の実施例を示すも
ので、膨張機を横方向に取付けた構造が第１図と異な
る。第３図は第２図の側面図である。本実施例では、膨
張機を横向きに取付けるため、フランジ18を磁気シール
ド体17に締結固定するまで、解体離脱可能な固定支持体
21をフランジ18に設けその端部を真空容器７に接続し、
膨張機の位置決めや、クライオスタツト輸送中の振動防
止に使用する。

本実施例によれば、膨張機を磁気シールド体に取付け
る前に、膨張機の位置決めを容易に行え、クライオスタ
ツト輸送時に磁気シールド体を分けて輸送できる効果が
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、膨張機の自重及び真空圧力荷重をク
ライオスタット外で支持したので、膨張機の振動は真空
容器には伝搬せず騒音を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す冷凍機付きクライオス
タツトの断面図、第２図は他の実施例を説明する冷凍機
付きクライオスタツトの断面図、第３図は第２図の側面
図、第４図は本発明の一実施例を用いたMRI装置の部分
断面斜視図である。 5,6……熱シールド筒、７……真空容器、10……膨張
機、17……磁気シールド体、18……フランジ、19……ベ
ローズ、20……遮音カバー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐伯 満 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭63−51849（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−97511（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被冷却体及びこの被冷却体を冷却する冷凍
   機の低温端を断熱槽に納めた冷凍機付きクライオスタッ
   トにおいて、前記断熱槽外部に設けられた磁気シールド
   体に前記冷凍機を固定し、前記冷凍機と前記断熱槽間を
   弾性機密手段で結合した冷凍機付きクライオスタット。