JP3199967B2 - 極低温装置 - Google Patents
極低温装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、たとえば超電導マグ
ネットなどを収納して冷却を行う極低温装置に関するも
のである。
ネットなどを収納して冷却を行う極低温装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来の極低温装置としては、特開平５−
２７５２３１号公報に超伝導マグネットの構造として開
示されている。図１３は、従来の円筒状に形成された極
低温装置の構成を示す断面図（円筒の軸方向に切断した
場合を示す）である。図において、１は被冷却体である
超電導コイル、２は極低温冷媒である液体ヘリウム３が
満たされている極低温冷媒槽であるヘリウム槽、４は真
空槽、５は第１輻射シールド、６は第２輻射シールド、
７は極低温装置本体の脚、８は支持部材、１０は第１段
ヒートステージ、１１は第２段ヒートステージ、１２は
第３段ヒートステージ、１５は可撓導体、２０は３段式
冷凍機である。
２７５２３１号公報に超伝導マグネットの構造として開
示されている。図１３は、従来の円筒状に形成された極
低温装置の構成を示す断面図（円筒の軸方向に切断した
場合を示す）である。図において、１は被冷却体である
超電導コイル、２は極低温冷媒である液体ヘリウム３が
満たされている極低温冷媒槽であるヘリウム槽、４は真
空槽、５は第１輻射シールド、６は第２輻射シールド、
７は極低温装置本体の脚、８は支持部材、１０は第１段
ヒートステージ、１１は第２段ヒートステージ、１２は
第３段ヒートステージ、１５は可撓導体、２０は３段式
冷凍機である。
【０００３】次に動作について説明する。なおここで
は、極低温冷媒として液体ヘリウムを使用し、磁気共鳴
イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置という）に使用す
る超電導マグネットの場合について説明する。超電導コ
イル１はヘリウム槽２の内部に収納され液体ヘリウム３
によって超電導状態に冷却されている。ヘリウム槽２は
それぞれ後述する規定の温度に冷却された第１輻射シー
ルド５および第２輻射シールド６により包囲されてお
り、常温部から侵入する輻射熱量を減らす。複数の支持
部材８はヘリウム槽２、第１輻射シールド５および第２
輻射シールド６等を断熱的に支持するものであり、真空
槽４はヘリウム槽２との間の空間を高真空に保持してい
る。また、真空槽４の端面上部に取り付けられた３段式
冷凍機２０には第１段ヒートステージ１０、第２段ヒー
トステージ１１、第３段ヒートステージ１２があり、夫
々可撓導体１５により第１輻射シールド５、第２輻射シ
ールド６、ヘリウム槽２の上部の液体ヘリウム３がガス
化している場所と熱的に接続され、第１輻射シールド５
の温度を８０Ｋ程度、また第２輻射シールド６の温度を
２０Ｋ程度に冷却すると共に、ヘリウム槽２から蒸発し
ようとするヘリウムガスを再液化する。
は、極低温冷媒として液体ヘリウムを使用し、磁気共鳴
イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置という）に使用す
る超電導マグネットの場合について説明する。超電導コ
イル１はヘリウム槽２の内部に収納され液体ヘリウム３
によって超電導状態に冷却されている。ヘリウム槽２は
それぞれ後述する規定の温度に冷却された第１輻射シー
ルド５および第２輻射シールド６により包囲されてお
り、常温部から侵入する輻射熱量を減らす。複数の支持
部材８はヘリウム槽２、第１輻射シールド５および第２
輻射シールド６等を断熱的に支持するものであり、真空
槽４はヘリウム槽２との間の空間を高真空に保持してい
る。また、真空槽４の端面上部に取り付けられた３段式
冷凍機２０には第１段ヒートステージ１０、第２段ヒー
トステージ１１、第３段ヒートステージ１２があり、夫
々可撓導体１５により第１輻射シールド５、第２輻射シ
ールド６、ヘリウム槽２の上部の液体ヘリウム３がガス
化している場所と熱的に接続され、第１輻射シールド５
の温度を８０Ｋ程度、また第２輻射シールド６の温度を
２０Ｋ程度に冷却すると共に、ヘリウム槽２から蒸発し
ようとするヘリウムガスを再液化する。
【０００４】以上のように構成された従来の極低温装置
の一般的な超電導マグネットの真空槽４の寸法は外径が
２メートル程度であり、これを床に設置した場合は脚７
が取り付けられて真空槽４の上端は高さが約２．５メー
トルに、３段式冷凍機２０の取り付け位置の高さは２メ
ートル程度になる。
の一般的な超電導マグネットの真空槽４の寸法は外径が
２メートル程度であり、これを床に設置した場合は脚７
が取り付けられて真空槽４の上端は高さが約２．５メー
トルに、３段式冷凍機２０の取り付け位置の高さは２メ
ートル程度になる。
【０００５】一方、３段式冷凍機２０は連続して運転さ
れているが、消耗部品の交換や内部の洗浄などのため定
期的に運転を停止させ、内部の部品を取り外してのメン
テナンス作業が必要である。
れているが、消耗部品の交換や内部の洗浄などのため定
期的に運転を停止させ、内部の部品を取り外してのメン
テナンス作業が必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の極低温装置は以
上のように構成されているので、第１輻射シールド５お
よび第２輻射シールド６はそれぞれ可撓導体１５により
伝導熱によって冷却されるため、熱的な接続点から離れ
た場所の温度はかなり上昇し、ヘリウム槽２への熱侵入
量が増加するという問題点があった。
上のように構成されているので、第１輻射シールド５お
よび第２輻射シールド６はそれぞれ可撓導体１５により
伝導熱によって冷却されるため、熱的な接続点から離れ
た場所の温度はかなり上昇し、ヘリウム槽２への熱侵入
量が増加するという問題点があった。
【０００７】さらに、３段式冷凍機の停止時にはそのシ
リンダーを介しての伝導熱や被冷却物の熱容量が小さい
ため輻射シールドの温度が急速に上昇し、ヘリウム槽２
への熱侵入量の増加が急激であるという問題点があっ
た。
リンダーを介しての伝導熱や被冷却物の熱容量が小さい
ため輻射シールドの温度が急速に上昇し、ヘリウム槽２
への熱侵入量の増加が急激であるという問題点があっ
た。
【０００８】また、３段式冷凍機２０の取り付け位置が
２メートルと高く、内部の部品の取り外しや取り付けな
どのメンテナンス作業は踏み台や足場の上で行う必要が
生じ、またこれらの作業のためのスペースが広く必要で
あるなど作業性が良くないなどの問題点があった。
２メートルと高く、内部の部品の取り外しや取り付けな
どのメンテナンス作業は踏み台や足場の上で行う必要が
生じ、またこれらの作業のためのスペースが広く必要で
あるなど作業性が良くないなどの問題点があった。
【０００９】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、多段式冷凍機の取り付け位置の
制約をなくすと共に、極低温冷媒槽内のガス化した冷媒
を効率良く冷却し液化することのできる極低温装置を得
ることを目的とする。
ためになされたもので、多段式冷凍機の取り付け位置の
制約をなくすと共に、極低温冷媒槽内のガス化した冷媒
を効率良く冷却し液化することのできる極低温装置を得
ることを目的とする。
【００１０】さらにこの発明は、多段式冷凍機の取り付
け位置の制約をなくすことで多段式冷凍機のメンテナン
ス作業などを行う際の作業性を向上させることの出来る
極低温装置を得ることを目的とする。
け位置の制約をなくすことで多段式冷凍機のメンテナン
ス作業などを行う際の作業性を向上させることの出来る
極低温装置を得ることを目的とする。
【００１１】また、この発明は、輻射シールドの冷却を
均一化して極低温冷媒槽への熱侵入量の増加を抑制でき
る極低温装置を得ることを目的とする。
均一化して極低温冷媒槽への熱侵入量の増加を抑制でき
る極低温装置を得ることを目的とする。
【００１２】また、この発明は、冷凍機の内部の部品の
取り外しや取り付けなどのメンテナンス作業を常温で実
施できる極低温装置を得ることを目的とする。
取り外しや取り付けなどのメンテナンス作業を常温で実
施できる極低温装置を得ることを目的とする。
【００１３】また、この発明は、多段式冷凍機の停止時
の多段式冷凍機の温度を徐々に常温まで上昇させて、多
段式冷凍機の部品交換などのメンテナンス作業などを常
温で容易に行うことの出来る極低温装置を得ることを目
的とする。
の多段式冷凍機の温度を徐々に常温まで上昇させて、多
段式冷凍機の部品交換などのメンテナンス作業などを常
温で容易に行うことの出来る極低温装置を得ることを目
的とする。
【００１４】さらにまた、この発明は、多段式冷凍機の
停止時に輻射シールドの温度上昇を緩やかにすることの
できる極低温装置を得ることを目的とする。
停止時に輻射シールドの温度上昇を緩やかにすることの
できる極低温装置を得ることを目的とする。
【００１５】また、この発明は、冷媒循環機構を複数設
ける場合に、前記冷媒循環機構を簡略化し、前記冷媒循
環機構から侵入する熱量を抑制できる極低温装置を得る
ことを目的とする。
ける場合に、前記冷媒循環機構を簡略化し、前記冷媒循
環機構から侵入する熱量を抑制できる極低温装置を得る
ことを目的とする。
【００１６】また、この発明は、冷媒循環機構を駆動す
るための電力消費を抑制し、輻射シールドの冷却を均一
化して極低温冷媒槽への熱侵入量の増加を抑制できる極
低温装置を得ることを目的とする。
るための電力消費を抑制し、輻射シールドの冷却を均一
化して極低温冷媒槽への熱侵入量の増加を抑制できる極
低温装置を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る極
低温装置は、極低温冷媒槽内で蒸発した極低温冷媒ガス
を冷媒用供給配管を経由して多段式冷凍機のヒートステ
ージに送り液化し、冷媒用供給配管を経由して再び前記
極低温冷媒槽に環流させる真空槽内に配置された冷媒循
環機構を備えたものである。
低温装置は、極低温冷媒槽内で蒸発した極低温冷媒ガス
を冷媒用供給配管を経由して多段式冷凍機のヒートステ
ージに送り液化し、冷媒用供給配管を経由して再び前記
極低温冷媒槽に環流させる真空槽内に配置された冷媒循
環機構を備えたものである。
【００１８】請求項２の発明に係る極低温装置は、極低
温装置本体の設置床面上１メートル以下の高さ位置に略
水平に多段式冷凍機を取り付けたものである。
温装置本体の設置床面上１メートル以下の高さ位置に略
水平に多段式冷凍機を取り付けたものである。
【００１９】請求項３の発明に係る極低温装置は、極低
温装置本体の設置床面上１メートル以下の高さ位置に略
垂直に多段式冷凍機を取り付けたものである。
温装置本体の設置床面上１メートル以下の高さ位置に略
垂直に多段式冷凍機を取り付けたものである。
【００２０】請求項４の発明に係る極低温装置は、極低
温冷媒槽に敷設された凝縮熱交換器および冷媒循環用配
管を経由し多段式冷凍機のヒートステージで冷却して極
低温冷媒の液化温度以下とした第２の冷媒ガスを一定圧
力で循環させ、ガス化した前記極低温冷媒を再液化する
冷媒循環機構とを備えたものである。
温冷媒槽に敷設された凝縮熱交換器および冷媒循環用配
管を経由し多段式冷凍機のヒートステージで冷却して極
低温冷媒の液化温度以下とした第２の冷媒ガスを一定圧
力で循環させ、ガス化した前記極低温冷媒を再液化する
冷媒循環機構とを備えたものである。
【００２１】請求項５の発明に係る極低温装置は、凝縮
熱交換器を極低温冷媒槽内に設けるようにしたものであ
る。
熱交換器を極低温冷媒槽内に設けるようにしたものであ
る。
【００２２】請求項６の発明に係る極低温装置は、凝縮
熱交換器を極低温冷媒槽外周面上に配置するようにした
ものである。
熱交換器を極低温冷媒槽外周面上に配置するようにした
ものである。
【００２３】請求項７の発明に係る極低温装置は、極低
温冷媒槽に敷設された凝縮熱交換器と、冷媒循環用配管
と、前記凝縮熱交換器および前記冷媒循環用配管とを経
由し多段式冷凍機のヒートステージで冷却させた第２の
冷媒を循環させ、前記ガス化した前記極低温冷媒を再液
化する冷媒循環機構とを備えた極低温装置において、前
記多段式冷凍機を極低温装置本体の設置床面上１メート
ル以下の高さ位置に略水平に取り付けるようにしたもの
である。
温冷媒槽に敷設された凝縮熱交換器と、冷媒循環用配管
と、前記凝縮熱交換器および前記冷媒循環用配管とを経
由し多段式冷凍機のヒートステージで冷却させた第２の
冷媒を循環させ、前記ガス化した前記極低温冷媒を再液
化する冷媒循環機構とを備えた極低温装置において、前
記多段式冷凍機を極低温装置本体の設置床面上１メート
ル以下の高さ位置に略水平に取り付けるようにしたもの
である。
【００２４】請求項８の発明に係る極低温装置は、極低
温冷媒槽に敷設された凝縮熱交換器と、冷媒循環用配管
と、前記凝縮熱交換器および前記冷媒循環用配管とを経
由し多段式冷凍機のヒートステージで冷却させた第２の
冷媒を循環させ、前記ガス化した前記極低温冷媒を再液
化する冷媒循環機構とを備えた極低温装置において、極
低温装置本体の設置床面上１メートル以下の高さ位置に
略垂直に多段式冷凍機を取り付けるようにしたものであ
る。
温冷媒槽に敷設された凝縮熱交換器と、冷媒循環用配管
と、前記凝縮熱交換器および前記冷媒循環用配管とを経
由し多段式冷凍機のヒートステージで冷却させた第２の
冷媒を循環させ、前記ガス化した前記極低温冷媒を再液
化する冷媒循環機構とを備えた極低温装置において、極
低温装置本体の設置床面上１メートル以下の高さ位置に
略垂直に多段式冷凍機を取り付けるようにしたものであ
る。
【００２５】請求項９の発明に係る極低温装置は、第２
の冷媒用供給配管と輻射シールドを冷却するための輻射
シールド冷却管とを有し、多段式冷凍機のヒートステー
ジを経由する第３の冷媒を第３の冷媒循環機構により前
記第２の冷媒用供給配管と前記輻射シールド冷却管とを
循環させることで前記輻射シールドや支持部材の中間部
分が冷却されるようにしたものである。
の冷媒用供給配管と輻射シールドを冷却するための輻射
シールド冷却管とを有し、多段式冷凍機のヒートステー
ジを経由する第３の冷媒を第３の冷媒循環機構により前
記第２の冷媒用供給配管と前記輻射シールド冷却管とを
循環させることで前記輻射シールドや支持部材の中間部
分が冷却されるようにしたものである。
【００２６】請求項１０の発明に係る極低温装置は、冷
媒用供給配管を熱伝導率の小さい材質により構成したも
のである。
媒用供給配管を熱伝導率の小さい材質により構成したも
のである。
【００２７】請求項１１の発明に係る極低温装置は、冷
媒循環用配管または第２の冷媒用供給配管あるいは輻射
シールド冷却管の内部をメンテナンス時に真空にするた
めの締切弁を備えたものである。
媒循環用配管または第２の冷媒用供給配管あるいは輻射
シールド冷却管の内部をメンテナンス時に真空にするた
めの締切弁を備えたものである。
【００２８】請求項１２の発明に係る極低温装置は、ガ
ス化した極低温冷媒を再液化するための冷凍機とは異な
る第３の冷媒のみを冷却するための冷凍機を別に設けた
ものである。
ス化した極低温冷媒を再液化するための冷凍機とは異な
る第３の冷媒のみを冷却するための冷凍機を別に設けた
ものである。
【００２９】請求項１３の発明に係る極低温装置は、極
低温冷媒は略大気圧のヘリウムガスもしくは水素ガスも
しくはネオンガスもしくはこれらの混合されたガスであ
り、第２の冷媒は略大気圧のヘリウムガスもしくは水素
ガスもしくはネオンガスもしくはこれらの混合されたガ
スであり、第３の冷媒は大気圧以上に加圧されたヘリウ
ムガスもしくは水素ガスもしくはネオンガスもしくはこ
れらの混合されたガスにしたものである。
低温冷媒は略大気圧のヘリウムガスもしくは水素ガスも
しくはネオンガスもしくはこれらの混合されたガスであ
り、第２の冷媒は略大気圧のヘリウムガスもしくは水素
ガスもしくはネオンガスもしくはこれらの混合されたガ
スであり、第３の冷媒は大気圧以上に加圧されたヘリウ
ムガスもしくは水素ガスもしくはネオンガスもしくはこ
れらの混合されたガスにしたものである。
【００３０】請求項１４の発明に係る極低温装置は、ブ
ロワーの夫々が共通した駆動軸で駆動される冷媒循環機
構を備えたものである。
ロワーの夫々が共通した駆動軸で駆動される冷媒循環機
構を備えたものである。
【００３１】請求項１５の発明に係る極低温装置は、多
段式冷凍機のヒートステージに取り付けられた冷媒貯蔵
用タンクと、第２の冷媒用供給配管に取り付けられた逆
止弁および放出弁とを有し、前記多段式冷凍機の停止時
には第３の冷媒が前記放出弁を経由して大気へ放出され
るようにしたものである。
段式冷凍機のヒートステージに取り付けられた冷媒貯蔵
用タンクと、第２の冷媒用供給配管に取り付けられた逆
止弁および放出弁とを有し、前記多段式冷凍機の停止時
には第３の冷媒が前記放出弁を経由して大気へ放出され
るようにしたものである。
【００３２】請求項１６の発明に係る極低温装置は、多
段式冷凍機あるいは第２の冷媒用供給配管あるいは輻射
シールド冷却管と熱的に接触できる任意の場所に設置し
た冷媒タンクと、前記第２の冷媒用供給配管と併設され
た第３の冷媒用供給配管と、第４の冷媒用の輻射シール
ド冷却管と、放出弁とを設け、前記多段式冷凍機の停止
時には前記冷媒タンク内の第４の冷媒ガスが前記第３の
冷媒用供給配管と前記第４の冷媒用の輻射シールド冷却
管と前記放出弁とを経由して大気に放出されるようにし
たものである。
段式冷凍機あるいは第２の冷媒用供給配管あるいは輻射
シールド冷却管と熱的に接触できる任意の場所に設置し
た冷媒タンクと、前記第２の冷媒用供給配管と併設され
た第３の冷媒用供給配管と、第４の冷媒用の輻射シール
ド冷却管と、放出弁とを設け、前記多段式冷凍機の停止
時には前記冷媒タンク内の第４の冷媒ガスが前記第３の
冷媒用供給配管と前記第４の冷媒用の輻射シールド冷却
管と前記放出弁とを経由して大気に放出されるようにし
たものである。
【００３３】請求項１７の発明に係る極低温装置は、第
４の冷媒を大気圧以上に加圧された酸素ガスもしくは窒
素ガスもしくは乾燥空気にしたものである。
４の冷媒を大気圧以上に加圧された酸素ガスもしくは窒
素ガスもしくは乾燥空気にしたものである。
【００３４】請求項１８の発明に係る極低温装置は、温
度が８０Ｋ以上１００Ｋ以下で磁気転移現象を起こす磁
性材料を多段式冷凍機あるいは第３の冷媒用供給配管あ
るいは輻射シールド冷却管と熱的に接触できる任意の場
所に設置したものである。
度が８０Ｋ以上１００Ｋ以下で磁気転移現象を起こす磁
性材料を多段式冷凍機あるいは第３の冷媒用供給配管あ
るいは輻射シールド冷却管と熱的に接触できる任意の場
所に設置したものである。
【００３５】請求項１９の発明に係る極低温装置は、輻
射シールド冷却管を複数の並列流路で構成すると共に、
各流路の出口付近に流量制御弁を備えるようにしたもの
である。
射シールド冷却管を複数の並列流路で構成すると共に、
各流路の出口付近に流量制御弁を備えるようにしたもの
である。
【００３６】請求項２０の発明に係る極低温装置は、輻
射シールド冷却管を複数の並列流路で構成したときに、
その並列流路の各流路の出口付近に設けた流量制御弁
が、流路の内部を流れる冷媒の温度変化に従って夫々開
度が変化するようにしたものである。
射シールド冷却管を複数の並列流路で構成したときに、
その並列流路の各流路の出口付近に設けた流量制御弁
が、流路の内部を流れる冷媒の温度変化に従って夫々開
度が変化するようにしたものである。
【００３７】
【作用】請求項１の発明における極低温装置の真空槽内
に配置された冷媒循環機構は、極低温冷媒槽内で蒸発し
た極低温冷媒ガスを冷媒用供給配管を経由して多段式冷
凍機のヒートステージに循環させて液化し、さらに冷媒
用供給配管を経由して再び前記極低温冷媒槽に戻し、多
段式冷凍機の取り付け場所の制約をなくし、多段式冷凍
機の取り付け場所を柔軟に選択できるようにすると共
に、極低温冷媒槽内のガス化した冷媒を効率良く液化す
ることを可能にする。
に配置された冷媒循環機構は、極低温冷媒槽内で蒸発し
た極低温冷媒ガスを冷媒用供給配管を経由して多段式冷
凍機のヒートステージに循環させて液化し、さらに冷媒
用供給配管を経由して再び前記極低温冷媒槽に戻し、多
段式冷凍機の取り付け場所の制約をなくし、多段式冷凍
機の取り付け場所を柔軟に選択できるようにすると共
に、極低温冷媒槽内のガス化した冷媒を効率良く液化す
ることを可能にする。
【００３８】請求項２の発明における極低温装置の多段
式冷凍機は、極低温装置本体が設置されている床面上１
メートル以下の高さ位置に前記極低温装置本体に略水平
に取り付けられているので、多段式冷凍機のメンテナン
スなどの作業を作業員は腰の高さ位置で行うことが出
来、メンテナンス作業などを行う際の作業性が向上す
る。
式冷凍機は、極低温装置本体が設置されている床面上１
メートル以下の高さ位置に前記極低温装置本体に略水平
に取り付けられているので、多段式冷凍機のメンテナン
スなどの作業を作業員は腰の高さ位置で行うことが出
来、メンテナンス作業などを行う際の作業性が向上す
る。
【００３９】請求項３の発明における極低温装置の多段
式冷凍機は、極低温装置本体が設置されている床面上１
メートル以下の高さ位置に前記極低温装置本体に略垂直
に取り付けられているので、多段式冷凍機のメンテナン
スなどの作業を作業員は腰の高さ位置で行うと共に、上
方から作業を行うことが出来、メンテナンス作業などを
行う際の作業性が向上する。
式冷凍機は、極低温装置本体が設置されている床面上１
メートル以下の高さ位置に前記極低温装置本体に略垂直
に取り付けられているので、多段式冷凍機のメンテナン
スなどの作業を作業員は腰の高さ位置で行うと共に、上
方から作業を行うことが出来、メンテナンス作業などを
行う際の作業性が向上する。
【００４０】請求項４の発明における極低温装置は、冷
媒循環機構により極低温冷媒槽に敷設された凝縮熱交換
器と冷媒循環用配管とを経由して多段式冷凍機のヒート
ステージで冷却して極低温冷媒の液化温度以下とした第
２の冷媒ガスを一定圧力で循環させ、前記極低温冷媒槽
に敷設された凝縮熱交換器によりガス化した極低温冷媒
を間接的に冷却し再液化し、多段式冷凍機の取り付け場
所の柔軟な選択を可能にすると共に、極低温冷媒槽内の
ガス化した冷媒を効率良く液化する。
媒循環機構により極低温冷媒槽に敷設された凝縮熱交換
器と冷媒循環用配管とを経由して多段式冷凍機のヒート
ステージで冷却して極低温冷媒の液化温度以下とした第
２の冷媒ガスを一定圧力で循環させ、前記極低温冷媒槽
に敷設された凝縮熱交換器によりガス化した極低温冷媒
を間接的に冷却し再液化し、多段式冷凍機の取り付け場
所の柔軟な選択を可能にすると共に、極低温冷媒槽内の
ガス化した冷媒を効率良く液化する。
【００４１】請求項５の発明における極低温装置は、冷
媒循環機構により極低温冷媒槽内に設けられている凝縮
熱交換器と冷媒循環用配管とを経由して多段式冷凍機の
ヒートステージで冷却させた第２の冷媒を循環させ、前
記極低温冷媒槽内に設けられている凝縮熱交換器により
ガス化した極低温冷媒を間接的に冷却し再液化し、多段
式冷凍機の取り付け場所の選択を可能にすると共に、極
低温冷媒槽内のガス化した冷媒を効率良く液化する。
媒循環機構により極低温冷媒槽内に設けられている凝縮
熱交換器と冷媒循環用配管とを経由して多段式冷凍機の
ヒートステージで冷却させた第２の冷媒を循環させ、前
記極低温冷媒槽内に設けられている凝縮熱交換器により
ガス化した極低温冷媒を間接的に冷却し再液化し、多段
式冷凍機の取り付け場所の選択を可能にすると共に、極
低温冷媒槽内のガス化した冷媒を効率良く液化する。
【００４２】請求項６の発明における極低温装置は、冷
媒循環機構により極低温冷媒槽外周面上に配置されてい
る凝縮熱交換器と冷媒循環用配管とを経由して多段式冷
凍機のヒートステージで冷却させた第２の冷媒を循環さ
せ、前記極低温冷媒槽外周面上に配置されている凝縮熱
交換器によりガス化した極低温冷媒を間接的に冷却し再
液化し、多段式冷凍機の取り付け場所の柔軟な選択を可
能にすると共に、極低温冷媒槽内のガス化した冷媒を効
率良く液化する。
媒循環機構により極低温冷媒槽外周面上に配置されてい
る凝縮熱交換器と冷媒循環用配管とを経由して多段式冷
凍機のヒートステージで冷却させた第２の冷媒を循環さ
せ、前記極低温冷媒槽外周面上に配置されている凝縮熱
交換器によりガス化した極低温冷媒を間接的に冷却し再
液化し、多段式冷凍機の取り付け場所の柔軟な選択を可
能にすると共に、極低温冷媒槽内のガス化した冷媒を効
率良く液化する。
【００４３】請求項７の発明における極低温装置の多段
式冷凍機は、極低温装置本体が設置されている床面上か
ら１メートル以下の高さ位置に前記極低温装置本体に略
水平に取り付けられているので、多段式冷凍機のメンテ
ナンスなどの作業を作業員は腰の高さ位置で行うことが
出来、メンテナンス作業などを行う際の作業性が向上す
る。
式冷凍機は、極低温装置本体が設置されている床面上か
ら１メートル以下の高さ位置に前記極低温装置本体に略
水平に取り付けられているので、多段式冷凍機のメンテ
ナンスなどの作業を作業員は腰の高さ位置で行うことが
出来、メンテナンス作業などを行う際の作業性が向上す
る。
【００４４】請求項８の発明における極低温装置の多段
式冷凍機は、極低温装置本体が設置されている床面上か
ら１メートル以下の高さ位置に前記極低温装置本体に略
垂直に取り付けられているので、多段式冷凍機のメンテ
ナンスなどの作業を作業員は腰の高さ位置で行うことが
出来、メンテナンス作業などを行う際の作業性が向上す
る。
式冷凍機は、極低温装置本体が設置されている床面上か
ら１メートル以下の高さ位置に前記極低温装置本体に略
垂直に取り付けられているので、多段式冷凍機のメンテ
ナンスなどの作業を作業員は腰の高さ位置で行うことが
出来、メンテナンス作業などを行う際の作業性が向上す
る。
【００４５】請求項９の発明における極低温装置は、第
２の冷媒循環機構により第３の冷媒を第２の冷媒用供給
配管と輻射シールド冷却管とを循環させ、輻射シールド
や支持部材の中間部分の冷却を行い、極低温冷媒槽への
熱侵入量の増加を抑制する。
２の冷媒循環機構により第３の冷媒を第２の冷媒用供給
配管と輻射シールド冷却管とを循環させ、輻射シールド
や支持部材の中間部分の冷却を行い、極低温冷媒槽への
熱侵入量の増加を抑制する。
【００４６】請求項１０の発明における極低温装置は、
冷媒用供給配管を熱伝導率の小さい材質により構成し、
前記冷媒用供給配管を介しての冷凍機と低温部との熱的
な結合を断ち、停止させた冷凍機の温度上昇を容易にし
て冷凍機の部品の取り外しや取り付けなどのメンテナン
ス作業を常温で実施することを可能にする。
冷媒用供給配管を熱伝導率の小さい材質により構成し、
前記冷媒用供給配管を介しての冷凍機と低温部との熱的
な結合を断ち、停止させた冷凍機の温度上昇を容易にし
て冷凍機の部品の取り外しや取り付けなどのメンテナン
ス作業を常温で実施することを可能にする。
【００４７】請求項１１の発明における極低温装置は、
冷媒循環用配管または第２の冷媒用供給配管あるいは輻
射シールド冷却管に対し締切弁を介しメンテナンス時に
外部からバキュームを行うことで、前記冷媒循環用配管
の内部または前記第２の冷媒用供給配管あるいは前記輻
射シールド冷却管の内部を真空にして、多段式冷凍機の
停止時の前記冷媒循環用配管および前記第２の冷媒用供
給配管あるいは前記輻射シールド冷却管内のガスの対流
などを介しての冷凍機と低温部との熱的な結合を断ち、
停止させた冷凍機の温度上昇を容易にして冷凍機の部品
の取り外しや取り付けなどのメンテナンス作業を常温で
実施することを可能にする。
冷媒循環用配管または第２の冷媒用供給配管あるいは輻
射シールド冷却管に対し締切弁を介しメンテナンス時に
外部からバキュームを行うことで、前記冷媒循環用配管
の内部または前記第２の冷媒用供給配管あるいは前記輻
射シールド冷却管の内部を真空にして、多段式冷凍機の
停止時の前記冷媒循環用配管および前記第２の冷媒用供
給配管あるいは前記輻射シールド冷却管内のガスの対流
などを介しての冷凍機と低温部との熱的な結合を断ち、
停止させた冷凍機の温度上昇を容易にして冷凍機の部品
の取り外しや取り付けなどのメンテナンス作業を常温で
実施することを可能にする。
【００４８】請求項１２の発明における極低温装置は、
ガス化した極低温冷媒を再液化するための冷凍機とは別
に、第３の冷媒のみを冷却する冷凍機を設け、前記極低
温冷媒と第３の冷媒とを夫々別の冷凍機により冷却し、
極低温冷媒槽内のガス化した冷媒を効率良く液化する。
ガス化した極低温冷媒を再液化するための冷凍機とは別
に、第３の冷媒のみを冷却する冷凍機を設け、前記極低
温冷媒と第３の冷媒とを夫々別の冷凍機により冷却し、
極低温冷媒槽内のガス化した冷媒を効率良く液化する。
【００４９】請求項１３の発明における極低温装置は、
極低温冷媒および第２の冷媒として略大気圧のヘリウム
ガスもしくは水素ガスもしくはネオンガスもしくはこれ
らの混合されたガスを使用し、また第３の冷媒として大
気圧以上に加圧されたヘリウムガスもしくは水素ガスも
しくはネオンガスもしくはこれらの混合されたガスを使
用して、極低温冷媒槽内のガス化した冷媒を効率的に液
化する。
極低温冷媒および第２の冷媒として略大気圧のヘリウム
ガスもしくは水素ガスもしくはネオンガスもしくはこれ
らの混合されたガスを使用し、また第３の冷媒として大
気圧以上に加圧されたヘリウムガスもしくは水素ガスも
しくはネオンガスもしくはこれらの混合されたガスを使
用して、極低温冷媒槽内のガス化した冷媒を効率的に液
化する。
【００５０】請求項１４の発明における極低温装置は、
ブロワーにより構成した冷媒循環機構を複数設けたとき
に、前記各ブロワーの駆動軸を共通した駆動軸にして、
前記冷媒循環機構の駆動機構を簡略化し、前記駆動軸か
らの熱侵入量を抑制する。
ブロワーにより構成した冷媒循環機構を複数設けたとき
に、前記各ブロワーの駆動軸を共通した駆動軸にして、
前記冷媒循環機構の駆動機構を簡略化し、前記駆動軸か
らの熱侵入量を抑制する。
【００５１】請求項１５の発明における極低温装置は、
多段式冷凍機の停止時には冷媒貯蔵用タンク内の第３の
冷媒を放出弁を経由して大気へ放出させることが可能で
あるので、前記放出弁からの第３の冷媒の大気への放出
により多段式冷凍機の停止時の輻射シールドの温度上昇
の増加の度合いを緩やかにすることが可能となる。
多段式冷凍機の停止時には冷媒貯蔵用タンク内の第３の
冷媒を放出弁を経由して大気へ放出させることが可能で
あるので、前記放出弁からの第３の冷媒の大気への放出
により多段式冷凍機の停止時の輻射シールドの温度上昇
の増加の度合いを緩やかにすることが可能となる。
【００５２】請求項１６の発明における極低温装置は、
多段式冷凍機の停止時に、多段式冷凍機あるいは第２の
冷媒用供給配管あるいは輻射シールド冷却管と熱的に接
触できる任意の場所に設置した第４の冷媒タンク内の第
４の冷媒ガスを、第２の冷媒用供給配管と併設された第
３の冷媒用供給配管と第４の冷媒用の輻射シールド冷却
管と放出弁とを経由して大気へ放出させることが可能で
あるから、前記放出弁からの前記第４の冷媒ガスの大気
への放出により多段式冷凍機の停止時の輻射シールドの
温度上昇の増加の度合いを緩やかにすることが可能とな
る。
多段式冷凍機の停止時に、多段式冷凍機あるいは第２の
冷媒用供給配管あるいは輻射シールド冷却管と熱的に接
触できる任意の場所に設置した第４の冷媒タンク内の第
４の冷媒ガスを、第２の冷媒用供給配管と併設された第
３の冷媒用供給配管と第４の冷媒用の輻射シールド冷却
管と放出弁とを経由して大気へ放出させることが可能で
あるから、前記放出弁からの前記第４の冷媒ガスの大気
への放出により多段式冷凍機の停止時の輻射シールドの
温度上昇の増加の度合いを緩やかにすることが可能とな
る。
【００５３】請求項１７の発明における極低温装置は、
第４の冷媒として大気圧以上に加圧された酸素ガスもし
くは窒素ガスもしくは乾燥空気を用いるので、放出弁か
らの前記第４の冷媒の大気への放出により多段式冷凍機
の停止時の輻射シールドの温度上昇の度合いを緩やかに
することが可能となる。。
第４の冷媒として大気圧以上に加圧された酸素ガスもし
くは窒素ガスもしくは乾燥空気を用いるので、放出弁か
らの前記第４の冷媒の大気への放出により多段式冷凍機
の停止時の輻射シールドの温度上昇の度合いを緩やかに
することが可能となる。。
【００５４】請求項１８の発明における極低温装置は、
多段式冷凍機あるいは第２の冷媒用供給配管あるいは輻
射シールド冷却管と熱的に接触できる任意の場所に設置
されて、温度が８０Ｋ以上１００Ｋ以下で磁気転移現象
を起こし比熱が増大している磁性材料のバッファ作用に
より、多段式冷凍機の停止時の輻射シールドの温度上昇
の度合いを緩やかにする。
多段式冷凍機あるいは第２の冷媒用供給配管あるいは輻
射シールド冷却管と熱的に接触できる任意の場所に設置
されて、温度が８０Ｋ以上１００Ｋ以下で磁気転移現象
を起こし比熱が増大している磁性材料のバッファ作用に
より、多段式冷凍機の停止時の輻射シールドの温度上昇
の度合いを緩やかにする。
【００５５】請求項１９の発明における極低温装置は、
輻射シールド冷却管を複数の並列流路により構成し、前
記輻射シールド冷却管における流路抵抗を小さくして冷
媒循環機構を駆動するための電力消費を抑制する。
輻射シールド冷却管を複数の並列流路により構成し、前
記輻射シールド冷却管における流路抵抗を小さくして冷
媒循環機構を駆動するための電力消費を抑制する。
【００５６】請求項２０の発明における極低温装置は、
並列流路で構成された輻射シールド冷却管の各流路の出
口付近に設けられた流量制御弁が流路内部を流れる冷媒
の温度変化に従って夫々弁開度を変化させ、並列流路の
各輻射シールド冷却管の間の温度差を少なくし、輻射シ
ールドをさらに均一化して冷却する。
並列流路で構成された輻射シールド冷却管の各流路の出
口付近に設けられた流量制御弁が流路内部を流れる冷媒
の温度変化に従って夫々弁開度を変化させ、並列流路の
各輻射シールド冷却管の間の温度差を少なくし、輻射シ
ールドをさらに均一化して冷却する。
【００５７】
実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１は実施例１の極低温装置の構成を示す断面図
である。図１において図１３と同一部分については同一
符号を付し説明を省略する。本実施例では、ＭＲＩ装置
用の超電導マグネットを冷却する極低温装置を例として
説明する。この極低温装置は３段式冷凍機が極低温装置
本体の端面下部に水平に設置される構成である。図にお
いて、２１はガス化した液体ヘリウム（極低温冷媒）を
循環させるためのブロワー（冷媒循環機構）、２２は第
３段ヒートステージ（ヒートステージ）１２に熱接触し
た状態で取り付けられている熱交換器、２３は蒸発した
ヘリウムガスを直接、熱交換器２２へ送り出すための冷
媒用供給配管、２４は熱交換器２２で冷却されたヘリウ
ムを直接ヘリウム槽（極低温冷媒槽）２へ戻すための冷
媒用供給配管である。冷媒用供給配管２３，２４はヘリ
ウム槽２の上部ガス相のある場所に開口している。ま
た、冷媒用供給配管２３，２４は、円筒の円周に沿うよ
うに配管される。
する。図１は実施例１の極低温装置の構成を示す断面図
である。図１において図１３と同一部分については同一
符号を付し説明を省略する。本実施例では、ＭＲＩ装置
用の超電導マグネットを冷却する極低温装置を例として
説明する。この極低温装置は３段式冷凍機が極低温装置
本体の端面下部に水平に設置される構成である。図にお
いて、２１はガス化した液体ヘリウム（極低温冷媒）を
循環させるためのブロワー（冷媒循環機構）、２２は第
３段ヒートステージ（ヒートステージ）１２に熱接触し
た状態で取り付けられている熱交換器、２３は蒸発した
ヘリウムガスを直接、熱交換器２２へ送り出すための冷
媒用供給配管、２４は熱交換器２２で冷却されたヘリウ
ムを直接ヘリウム槽（極低温冷媒槽）２へ戻すための冷
媒用供給配管である。冷媒用供給配管２３，２４はヘリ
ウム槽２の上部ガス相のある場所に開口している。ま
た、冷媒用供給配管２３，２４は、円筒の円周に沿うよ
うに配管される。
【００５８】次に、この実施例の動作について説明す
る。超電導コイル（被冷却体）１はヘリウム槽２の内部
に収納され液体ヘリウム（極低温冷媒）３によって超電
導状態に冷却されている。ヘリウム槽２は、それぞれ規
定の温度に冷却された第１輻射シールド５および第２輻
射シールド６によって包囲されており常温部から侵入す
る輻射熱量は少ない。複数の支持部材８はヘリウム槽
２、第１輻射シールド（輻射シールド）５および第２輻
射シールド（輻射シールド）６などを断熱的に支持する
ものであり、真空槽４はヘリウム槽２との間の空間を高
真空に保持している。
る。超電導コイル（被冷却体）１はヘリウム槽２の内部
に収納され液体ヘリウム（極低温冷媒）３によって超電
導状態に冷却されている。ヘリウム槽２は、それぞれ規
定の温度に冷却された第１輻射シールド５および第２輻
射シールド６によって包囲されており常温部から侵入す
る輻射熱量は少ない。複数の支持部材８はヘリウム槽
２、第１輻射シールド（輻射シールド）５および第２輻
射シールド（輻射シールド）６などを断熱的に支持する
ものであり、真空槽４はヘリウム槽２との間の空間を高
真空に保持している。
【００５９】真空槽４の端面下部に取り付けられた３段
式冷凍機（多段式冷却機）２０では、可撓導体１５によ
り第１段ヒートステージ（ヒートステージ）１０が第１
輻射シールド５に、第２段ヒートステージ（ヒートステ
ージ）１１が第２輻射シールド６に熱的に接続され、第
１輻射シールド５の温度を８０Ｋ程度、また第２輻射シ
ールド６の温度を２０Ｋ程度に冷却する。また第３段ヒ
ートステージ１２に取り付けられた熱交換器２２は温度
４Ｋ程度のヘリウム液化温度以下に冷却されているの
で、ヘリウム槽２の液体ヘリウムの蒸発ガスはブロワー
２１により冷媒用供給配管２３，２４と第３段ヒートス
テージ１２に取り付けられた熱交換器２２とを経由して
液体となってヘリウム槽２に循環し戻される。
式冷凍機（多段式冷却機）２０では、可撓導体１５によ
り第１段ヒートステージ（ヒートステージ）１０が第１
輻射シールド５に、第２段ヒートステージ（ヒートステ
ージ）１１が第２輻射シールド６に熱的に接続され、第
１輻射シールド５の温度を８０Ｋ程度、また第２輻射シ
ールド６の温度を２０Ｋ程度に冷却する。また第３段ヒ
ートステージ１２に取り付けられた熱交換器２２は温度
４Ｋ程度のヘリウム液化温度以下に冷却されているの
で、ヘリウム槽２の液体ヘリウムの蒸発ガスはブロワー
２１により冷媒用供給配管２３，２４と第３段ヒートス
テージ１２に取り付けられた熱交換器２２とを経由して
液体となってヘリウム槽２に循環し戻される。
【００６０】以上のように構成された極低温装置では、
ヘリウム槽２内で蒸発したヘリウムガスは冷媒用供給配
管２３とブロワー２１とにより第３段ヒートステージ１
２に取り付けられた熱交換器２２に送られて再度液化さ
れ、冷媒用供給配管２４によりヘリウム槽２に戻される
ため、冷媒用供給配管２３，２４の配置構成により３段
式冷凍機２０の取付け場所は自由に選択でき、３段式冷
凍機２０の取付け場所はヘリウム槽２の上部ガス相のあ
る場所と熱的に接触される場所でなくても良いことにな
る。
ヘリウム槽２内で蒸発したヘリウムガスは冷媒用供給配
管２３とブロワー２１とにより第３段ヒートステージ１
２に取り付けられた熱交換器２２に送られて再度液化さ
れ、冷媒用供給配管２４によりヘリウム槽２に戻される
ため、冷媒用供給配管２３，２４の配置構成により３段
式冷凍機２０の取付け場所は自由に選択でき、３段式冷
凍機２０の取付け場所はヘリウム槽２の上部ガス相のあ
る場所と熱的に接触される場所でなくても良いことにな
る。
【００６１】従って、本実施例の極低温装置では３段式
冷凍機２０の取付け場所は床からの取り付け位置の高さ
を６０ｃｍ程度にしており、作業員の腰の高さとなって
いる。このため３段式冷凍機２０の内部の部品の取り外
しや取り付けなどのメンテナンス作業に踏み台や足場の
設置が不要であり、これらの作業のためのスペースを広
く必要としない極低温装置となっている。
冷凍機２０の取付け場所は床からの取り付け位置の高さ
を６０ｃｍ程度にしており、作業員の腰の高さとなって
いる。このため３段式冷凍機２０の内部の部品の取り外
しや取り付けなどのメンテナンス作業に踏み台や足場の
設置が不要であり、これらの作業のためのスペースを広
く必要としない極低温装置となっている。
【００６２】実施例２．図２はこの発明の実施例２の極
低温装置の構成を示す断面図である。図２において図１
と同一部分については同一符号を付し説明を省略する。
本実施例の極低温装置では、３段式冷凍機２０を極低温
装置本体の端面下部に垂直に設置する。動作等は前記実
施例１における３段式冷凍機２０を水平に設置した場合
と同様であるが、３段式冷凍機の内部の部品の取り外し
や取り付けなどの作業は上下方向に行うことが可能とな
るのでメンテナンス作業はより容易になる。
低温装置の構成を示す断面図である。図２において図１
と同一部分については同一符号を付し説明を省略する。
本実施例の極低温装置では、３段式冷凍機２０を極低温
装置本体の端面下部に垂直に設置する。動作等は前記実
施例１における３段式冷凍機２０を水平に設置した場合
と同様であるが、３段式冷凍機の内部の部品の取り外し
や取り付けなどの作業は上下方向に行うことが可能とな
るのでメンテナンス作業はより容易になる。
【００６３】実施例３．図３はこの発明の実施例３の極
低温装置の構成を示す断面図である。図３において図１
と同一部分については同一符号を付し説明を省略する。
本実施例の極低温装置では、３段式冷凍機２０は極低温
装置本体の端面下部に水平に設置されると共に、ヘリウ
ム槽２内で蒸発したヘリウムガスはヘリウム槽２内の凝
縮熱交換器により間接的に冷却され再度液体に戻され
る。
低温装置の構成を示す断面図である。図３において図１
と同一部分については同一符号を付し説明を省略する。
本実施例の極低温装置では、３段式冷凍機２０は極低温
装置本体の端面下部に水平に設置されると共に、ヘリウ
ム槽２内で蒸発したヘリウムガスはヘリウム槽２内の凝
縮熱交換器により間接的に冷却され再度液体に戻され
る。
【００６４】図において、２６，２７は冷媒用供給配管
（冷媒循環用配管）、２８はブロワー（冷媒循環機
構）、３１はヘリウム槽２の上部ガス相のある場所に設
けられている凝縮熱交換器である。また、ブロワー２８
と熱交換器２２と冷媒用供給配管２６，２７と凝縮熱交
換器３１とは相互に接続された閉流路であり、内部に大
気圧程度でヘリウム槽２の圧力よりわずかに低い圧力の
ヘリウムガスが封入されている。
（冷媒循環用配管）、２８はブロワー（冷媒循環機
構）、３１はヘリウム槽２の上部ガス相のある場所に設
けられている凝縮熱交換器である。また、ブロワー２８
と熱交換器２２と冷媒用供給配管２６，２７と凝縮熱交
換器３１とは相互に接続された閉流路であり、内部に大
気圧程度でヘリウム槽２の圧力よりわずかに低い圧力の
ヘリウムガスが封入されている。
【００６５】この実施例では、第３段ヒートステージ１
２に取り付けられた熱交換器２２は温度４Ｋ程度のヘリ
ウム液化温度以下に冷却されており、ブロワー２８によ
り冷媒用供給配管２６，２７と凝縮熱交換器３１とを経
由して内部に封入されたヘリウムガスを循環させること
で、ヘリウム槽２の蒸発ガスは再び液体に戻される。
２に取り付けられた熱交換器２２は温度４Ｋ程度のヘリ
ウム液化温度以下に冷却されており、ブロワー２８によ
り冷媒用供給配管２６，２７と凝縮熱交換器３１とを経
由して内部に封入されたヘリウムガスを循環させること
で、ヘリウム槽２の蒸発ガスは再び液体に戻される。
【００６６】本実施例の極低温装置は以上のように構成
されているので、閉流路に封入されたヘリウムガスを循
環させ、ヘリウム槽２内で蒸発したしたヘリウムガスを
間接的に冷却して再液化するため、ヘリウム槽２の蒸発
ガスを直接循環させる場合に比べてゴミ等の不純物の混
入の恐れがなく、冷媒用供給配管２６，２７内の詰りな
どの故障の発生がなくなり信頼性が向上し、より取り扱
いが容易になる。
されているので、閉流路に封入されたヘリウムガスを循
環させ、ヘリウム槽２内で蒸発したしたヘリウムガスを
間接的に冷却して再液化するため、ヘリウム槽２の蒸発
ガスを直接循環させる場合に比べてゴミ等の不純物の混
入の恐れがなく、冷媒用供給配管２６，２７内の詰りな
どの故障の発生がなくなり信頼性が向上し、より取り扱
いが容易になる。
【００６７】なお、この実施例では３段式冷凍機２０を
極低温装置本体の端面下部に水平に設置した場合を示し
たが、３段式冷凍機２０を極低温装置本体の端面下部に
垂直に設置しても良い。
極低温装置本体の端面下部に水平に設置した場合を示し
たが、３段式冷凍機２０を極低温装置本体の端面下部に
垂直に設置しても良い。
【００６８】実施例４．図４はこの発明の実施例４の極
低温装置の構成を示す断面図である。図４において図３
と同一部分については同一符号を付し説明を省略する。
本実施例の極低温装置では、３段式冷凍機２０は極低温
装置本体の端面下部に水平に設置されると共に、３段式
冷凍機２０の第３段ヒートステージ１２に設けられてい
る熱交換器２２により冷却された第２の冷媒によりヘリ
ウム槽２自体が間接的に冷却されることで、ヘリウム槽
２内で蒸発したヘリウムガスはヘリウム槽２内で再度液
体に戻される。
低温装置の構成を示す断面図である。図４において図３
と同一部分については同一符号を付し説明を省略する。
本実施例の極低温装置では、３段式冷凍機２０は極低温
装置本体の端面下部に水平に設置されると共に、３段式
冷凍機２０の第３段ヒートステージ１２に設けられてい
る熱交換器２２により冷却された第２の冷媒によりヘリ
ウム槽２自体が間接的に冷却されることで、ヘリウム槽
２内で蒸発したヘリウムガスはヘリウム槽２内で再度液
体に戻される。
【００６９】図において、４１はヘリウム槽２の外周面
上に配置され取り付けられている凝縮熱交換器である。
この実施例の極低温装置の動作は前記実施例３における
ヘリウム槽２の内部に凝縮熱交換器３１を配置した場合
と同様である。
上に配置され取り付けられている凝縮熱交換器である。
この実施例の極低温装置の動作は前記実施例３における
ヘリウム槽２の内部に凝縮熱交換器３１を配置した場合
と同様である。
【００７０】なお、この実施例では３段式冷凍機２０を
極低温装置本体の端面下部に水平に設置した場合を示し
たが、３段式冷凍機２０を極低温装置本体の端面下部に
垂直に設置しても良い。
極低温装置本体の端面下部に水平に設置した場合を示し
たが、３段式冷凍機２０を極低温装置本体の端面下部に
垂直に設置しても良い。
【００７１】実施例５．図５はこの発明の実施例５の極
低温装置の構成を示す断面図である。図５において図１
と同一部分については同一符号を付し説明を省略する。
本実施例の極低温装置では、３段式冷凍機２０は極低温
装置本体の端面下部に水平に設置されると共に、ヘリウ
ム槽２内で蒸発したヘリウムガスは直接、３段式冷凍機
２０の第３段ヒートステージに設けられた熱交換器２２
に送られて冷却され液体ヘリウムに戻されてヘリウム槽
２に循環する。
低温装置の構成を示す断面図である。図５において図１
と同一部分については同一符号を付し説明を省略する。
本実施例の極低温装置では、３段式冷凍機２０は極低温
装置本体の端面下部に水平に設置されると共に、ヘリウ
ム槽２内で蒸発したヘリウムガスは直接、３段式冷凍機
２０の第３段ヒートステージに設けられた熱交換器２２
に送られて冷却され液体ヘリウムに戻されてヘリウム槽
２に循環する。
【００７２】図において、５１は第２のブロワー（第２
の冷媒循環機構）、５２は第３のブロワー（第２の冷媒
循環機構）、５３は第１段ヒートステージ（ヒートステ
ージ）１０に取り付けられている熱交換器、５４は第２
段ヒートステージ（ヒートステージ）１１に取り付けら
れている熱交換器、５５は第１輻射シールド５を冷却す
る冷媒を循環させるための第１輻射シールド冷媒用供給
配管（第２の冷媒用供給配管）、５６は第２輻射シール
ド６を冷却する冷媒を循環させるための第２輻射シール
ド冷媒用供給配管（第２の冷媒用供給配管）、５７は第
１輻射シールド５の外周面上に配置され取り付けられて
いる第１輻射シールド冷却管（輻射シールド冷却管）、
５８は第２輻射シールド６の外周面上に配置され取り付
けられている第２輻射シールド冷却管（輻射シールド冷
却管）である。
の冷媒循環機構）、５２は第３のブロワー（第２の冷媒
循環機構）、５３は第１段ヒートステージ（ヒートステ
ージ）１０に取り付けられている熱交換器、５４は第２
段ヒートステージ（ヒートステージ）１１に取り付けら
れている熱交換器、５５は第１輻射シールド５を冷却す
る冷媒を循環させるための第１輻射シールド冷媒用供給
配管（第２の冷媒用供給配管）、５６は第２輻射シール
ド６を冷却する冷媒を循環させるための第２輻射シール
ド冷媒用供給配管（第２の冷媒用供給配管）、５７は第
１輻射シールド５の外周面上に配置され取り付けられて
いる第１輻射シールド冷却管（輻射シールド冷却管）、
５８は第２輻射シールド６の外周面上に配置され取り付
けられている第２輻射シールド冷却管（輻射シールド冷
却管）である。
【００７３】また、第１輻射シールド５の外周面上に配
置取り付けられた輻射シールド冷却管５７は、第１輻射
シールド冷媒用供給配管５５と第３のブロワー５２と熱
交換器５３と相互に接続され閉流路を構成し、内部に大
気圧以上に加圧されたヘリウムガスが封入されている。
同様に、第２輻射シールド６の外周面上に配置取り付け
られた輻射シールド冷却管５８は、第２輻射シールド冷
媒用供給配管５６と第２のブロワー５１と熱交換器５４
と相互に接続され閉流路を構成し、内部に大気圧以上に
加圧されたヘリウムガスが封入されている。
置取り付けられた輻射シールド冷却管５７は、第１輻射
シールド冷媒用供給配管５５と第３のブロワー５２と熱
交換器５３と相互に接続され閉流路を構成し、内部に大
気圧以上に加圧されたヘリウムガスが封入されている。
同様に、第２輻射シールド６の外周面上に配置取り付け
られた輻射シールド冷却管５８は、第２輻射シールド冷
媒用供給配管５６と第２のブロワー５１と熱交換器５４
と相互に接続され閉流路を構成し、内部に大気圧以上に
加圧されたヘリウムガスが封入されている。
【００７４】以上の構成により、第１輻射シールド５は
全域にわたり温度が冷凍機の第１段ヒートステージ１０
の温度８０Ｋに維持できる。また、第２輻射シールド６
も同様に全域にわたり冷凍機の第２段ヒートステージ１
１の温度２０Ｋに維持できる。これはヘリウム槽２への
熱侵入量をより抑制する効果がある。また第３段ヒート
ステージ１２に取り付けられた熱交換器２２は温度４Ｋ
程度のヘリウム液化温度以下に冷却されているので、ヘ
リウム槽２内の蒸発ガスは第１のブロワー２１によって
冷媒用供給配管２３，２４を経由して液体となってヘリ
ウム槽２に循環する。
全域にわたり温度が冷凍機の第１段ヒートステージ１０
の温度８０Ｋに維持できる。また、第２輻射シールド６
も同様に全域にわたり冷凍機の第２段ヒートステージ１
１の温度２０Ｋに維持できる。これはヘリウム槽２への
熱侵入量をより抑制する効果がある。また第３段ヒート
ステージ１２に取り付けられた熱交換器２２は温度４Ｋ
程度のヘリウム液化温度以下に冷却されているので、ヘ
リウム槽２内の蒸発ガスは第１のブロワー２１によって
冷媒用供給配管２３，２４を経由して液体となってヘリ
ウム槽２に循環する。
【００７５】この実施例の極低温装置は以上のように構
成されているので、第１輻射シールド５、第２輻射シー
ルド６に対する３段式冷凍機２０の取付場所も自由に選
択できるようになり、実施例１の場合より３段式冷凍機
２０の取付け場所の自由度がさらに広がる。このため３
段式冷凍機２０の内部部品の取り外しや取り付けなどの
メンテナンス作業に踏み台や足場の設置が不要であり、
またこれらの作業のためのスペースを広く必要とせず、
熱侵入量の少ない極低温装置となる。
成されているので、第１輻射シールド５、第２輻射シー
ルド６に対する３段式冷凍機２０の取付場所も自由に選
択できるようになり、実施例１の場合より３段式冷凍機
２０の取付け場所の自由度がさらに広がる。このため３
段式冷凍機２０の内部部品の取り外しや取り付けなどの
メンテナンス作業に踏み台や足場の設置が不要であり、
またこれらの作業のためのスペースを広く必要とせず、
熱侵入量の少ない極低温装置となる。
【００７６】なお、この実施例では３段式冷凍機２０を
極低温装置本体の端面下部に水平に設置した場合を示し
たが、３段式冷凍機２０を極低温装置本体の端面下部に
垂直に設置しても良い。
極低温装置本体の端面下部に水平に設置した場合を示し
たが、３段式冷凍機２０を極低温装置本体の端面下部に
垂直に設置しても良い。
【００７７】また、冷媒用供給配管２３，２４，第１輻
射シールド冷媒用供給配管５５，第２輻射シールド冷媒
用供給配管５６を熱伝導率の小さい材料で構成すること
で、３段式冷凍機２０の停止時でもその３段式冷凍機２
０のシリンダーを介しての伝導熱を少なくすることが出
来る。この結果、３段式冷凍機２０の内部の部品の取り
外しや取り付けなどのメンテナンス作業に際しては、３
段式冷凍機２０の停止時に３段式冷凍機２０の温度は容
易に常温に上昇し、シリンダーを含め全体の温度を常温
で実施できるので作業が容易になる。
射シールド冷媒用供給配管５５，第２輻射シールド冷媒
用供給配管５６を熱伝導率の小さい材料で構成すること
で、３段式冷凍機２０の停止時でもその３段式冷凍機２
０のシリンダーを介しての伝導熱を少なくすることが出
来る。この結果、３段式冷凍機２０の内部の部品の取り
外しや取り付けなどのメンテナンス作業に際しては、３
段式冷凍機２０の停止時に３段式冷凍機２０の温度は容
易に常温に上昇し、シリンダーを含め全体の温度を常温
で実施できるので作業が容易になる。
【００７８】実施例６．図６はこの発明の実施例６の極
低温装置の構成を示す断面図である。図６において図５
と同一部分については同一符号を付し説明を省略する。
本実施例の極低温装置では、凝縮熱交換器をヘリウム槽
２内の上部ガス相部分に設置している。また図示してい
ないが、凝縮熱交換器をヘリウム槽２の外周面上に設置
した場合でも動作および効果等は同様である。
低温装置の構成を示す断面図である。図６において図５
と同一部分については同一符号を付し説明を省略する。
本実施例の極低温装置では、凝縮熱交換器をヘリウム槽
２内の上部ガス相部分に設置している。また図示してい
ないが、凝縮熱交換器をヘリウム槽２の外周面上に設置
した場合でも動作および効果等は同様である。
【００７９】図において、６２は冷媒用供給配管２４か
ら分岐した配管に設けられた締切弁、６３は第１輻射シ
ールド冷媒用供給配管５５から分岐した配管に設けられ
た締切弁、６４は第２輻射シールド冷媒用供給配管５６
から分岐した配管に設けられた締切弁である。
ら分岐した配管に設けられた締切弁、６３は第１輻射シ
ールド冷媒用供給配管５５から分岐した配管に設けられ
た締切弁、６４は第２輻射シールド冷媒用供給配管５６
から分岐した配管に設けられた締切弁である。
【００８０】この実施例では、メンテナンス作業の際に
はこれらの締切弁６２，６３，６４を介して、冷媒用供
給配管２３，第１輻射シールド冷媒用供給配管５５，第
２輻射シールド冷媒用供給配管５６の内部を真空に引く
ことができる。この結果、配管内のガスによる熱の移動
がなくなり、３段式冷凍機２０のシリンダー部の温度を
常温まで容易に上げることができる。
はこれらの締切弁６２，６３，６４を介して、冷媒用供
給配管２３，第１輻射シールド冷媒用供給配管５５，第
２輻射シールド冷媒用供給配管５６の内部を真空に引く
ことができる。この結果、配管内のガスによる熱の移動
がなくなり、３段式冷凍機２０のシリンダー部の温度を
常温まで容易に上げることができる。
【００８１】また、３段式冷凍機の内部部品の取り外し
や取り付けなどのメンテナンス作業を常温の３段式冷凍
機に対し行うことが出来、さらにこれらの作業のための
スペースを広く必要としない極低温装置となる。また、
循環させるヘリウムガスは封入されており、ヘリウム槽
２内の蒸発ガスと異なりゴミ等の不純物の混入の恐れが
なく、より取り扱いが容易になる。
や取り付けなどのメンテナンス作業を常温の３段式冷凍
機に対し行うことが出来、さらにこれらの作業のための
スペースを広く必要としない極低温装置となる。また、
循環させるヘリウムガスは封入されており、ヘリウム槽
２内の蒸発ガスと異なりゴミ等の不純物の混入の恐れが
なく、より取り扱いが容易になる。
【００８２】実施例７．図７はこの発明の実施例７の極
低温装置の構成を示す断面図である。図７において図５
と同一部分については同一符号を付し説明を省略する。
本実施例の極低温装置では、２段式冷凍機と３段式冷凍
機を極低温装置本体の端面下部で水平に併設している。
低温装置の構成を示す断面図である。図７において図５
と同一部分については同一符号を付し説明を省略する。
本実施例の極低温装置では、２段式冷凍機と３段式冷凍
機を極低温装置本体の端面下部で水平に併設している。
【００８３】図において、７１は極低温装置本体の端面
下部に設けられた２段式冷凍機（多段式冷凍機）、７２
は２段式冷凍機７１の第１段ヒートステージに取り付け
られた熱交換器、７３は２段式冷凍機７１の第２段ヒー
トステージに取り付けられた熱交換器である。
下部に設けられた２段式冷凍機（多段式冷凍機）、７２
は２段式冷凍機７１の第１段ヒートステージに取り付け
られた熱交換器、７３は２段式冷凍機７１の第２段ヒー
トステージに取り付けられた熱交換器である。
【００８４】この実施例では、２段式冷凍機７１の第１
段ヒートステージに取り付けられた熱交換器７２が第１
輻射シールド５を冷却し、第２段ヒートステージに取り
付けられた熱交換器７３が第２輻射シールド６を冷却す
る。また、３段式冷凍機２０の第３段ヒートステージ１
２に取り付けられた熱交換器２２がヘリウム槽２内で蒸
発したヘリウムガスを再液化する。
段ヒートステージに取り付けられた熱交換器７２が第１
輻射シールド５を冷却し、第２段ヒートステージに取り
付けられた熱交換器７３が第２輻射シールド６を冷却す
る。また、３段式冷凍機２０の第３段ヒートステージ１
２に取り付けられた熱交換器２２がヘリウム槽２内で蒸
発したヘリウムガスを再液化する。
【００８５】このように３段式冷凍機２０および２段式
冷凍機７１を夫々取り付ける場所の自由度がさらに広が
り、本実施例では３段式冷凍機２０および２段式冷凍機
７１を極低温装置本体の端面下部に水平に併設したが、
それぞれ異なった場所、例えばお互いに反対側でメンテ
ナンス作業がより実施しやすい場所に取り付けても良
い。また垂直に取り付けても良い。このため３段式冷凍
機２０の内部部品の取り外しや取り付けなどのメンテナ
ンス作業に踏み台や足場の設置が不要であり、またこれ
らの作業のためのスペースを広く必要とせず、熱侵入量
の少ない極低温装置となる。
冷凍機７１を夫々取り付ける場所の自由度がさらに広が
り、本実施例では３段式冷凍機２０および２段式冷凍機
７１を極低温装置本体の端面下部に水平に併設したが、
それぞれ異なった場所、例えばお互いに反対側でメンテ
ナンス作業がより実施しやすい場所に取り付けても良
い。また垂直に取り付けても良い。このため３段式冷凍
機２０の内部部品の取り外しや取り付けなどのメンテナ
ンス作業に踏み台や足場の設置が不要であり、またこれ
らの作業のためのスペースを広く必要とせず、熱侵入量
の少ない極低温装置となる。
【００８６】実施例８．また、以上説明した実施例で
は、極低温冷媒として液体ヘリウム、極低温冷媒槽とし
てヘリウム槽、第２，第３の冷媒としてヘリウムガスを
例にしたが、超電導マグネットの動作温度によっては、
水素ガスもしくはネオンガスもしくはこれらの混合ガス
も使用することが可能である。
は、極低温冷媒として液体ヘリウム、極低温冷媒槽とし
てヘリウム槽、第２，第３の冷媒としてヘリウムガスを
例にしたが、超電導マグネットの動作温度によっては、
水素ガスもしくはネオンガスもしくはこれらの混合ガス
も使用することが可能である。
【００８７】実施例９．図８は本発明の極低温装置を超
電導リニアモータに適用したときの一実施例であり、リ
ニアモータ用超電導マグネットの断面図である。８１は
レーストラック形状の超電導コイル、８２はヘリウム
槽、８５は第１輻射シールド、８６，８７は冷媒用供給
配管、８８は２段式冷凍機、８９は第１段ヒートステー
ジに取り付けられた熱交換器、９０は第２段ヒートステ
ージに取り付けられた熱交換器、９１は第１輻射シール
ドを冷却するための冷媒用供給配管９３に設けられた第
１輻射シールド冷却用ブロワー、９２は冷媒用供給配管
８６に設けられ、ヘリウム槽８２内で蒸発したヘリウム
ガスを熱交換器９０に送り込むブロワー、９４は第１輻
射シールドを冷却するための第１輻射シールド冷却用配
管、９５は支持部材であり、構成が若干異なるが前記実
施例５の極低温装置と同様に機能する。
電導リニアモータに適用したときの一実施例であり、リ
ニアモータ用超電導マグネットの断面図である。８１は
レーストラック形状の超電導コイル、８２はヘリウム
槽、８５は第１輻射シールド、８６，８７は冷媒用供給
配管、８８は２段式冷凍機、８９は第１段ヒートステー
ジに取り付けられた熱交換器、９０は第２段ヒートステ
ージに取り付けられた熱交換器、９１は第１輻射シール
ドを冷却するための冷媒用供給配管９３に設けられた第
１輻射シールド冷却用ブロワー、９２は冷媒用供給配管
８６に設けられ、ヘリウム槽８２内で蒸発したヘリウム
ガスを熱交換器９０に送り込むブロワー、９４は第１輻
射シールドを冷却するための第１輻射シールド冷却用配
管、９５は支持部材であり、構成が若干異なるが前記実
施例５の極低温装置と同様に機能する。
【００８８】実施例１０．図９はこの発明の実施例１０
の極低温装置の３段式冷凍機２０付近の構成を示す部分
断面図である。図１０において図５，図６，図７と同一
部分については同一符号を付し説明を省略する。本実施
例の極低温装置では、３段式冷凍機２０を極低温装置本
体の端面下部に水平に設け、また第１のブロワー２１，
第２のブロワー５１，第３のブロワー５２も極低温装置
本体の端面下部に水平に併設する。
の極低温装置の３段式冷凍機２０付近の構成を示す部分
断面図である。図１０において図５，図６，図７と同一
部分については同一符号を付し説明を省略する。本実施
例の極低温装置では、３段式冷凍機２０を極低温装置本
体の端面下部に水平に設け、また第１のブロワー２１，
第２のブロワー５１，第３のブロワー５２も極低温装置
本体の端面下部に水平に併設する。
【００８９】図において、１０１は第１のブロワー２
１，第２のブロワー５１，第３のブロワー５２の共通駆
動軸（駆動軸）、１０２は駆動軸モータである。３個の
第１のブロワー２１，第２のブロワー５１，第３のブロ
ワー５２は共通駆動軸１０１で駆動されるのでこの共通
駆動軸を介して外部から侵入する熱は順次ブロワーで吸
収され、最低温度部の第１のブロワー２１では侵入する
熱は僅少となる。
１，第２のブロワー５１，第３のブロワー５２の共通駆
動軸（駆動軸）、１０２は駆動軸モータである。３個の
第１のブロワー２１，第２のブロワー５１，第３のブロ
ワー５２は共通駆動軸１０１で駆動されるのでこの共通
駆動軸を介して外部から侵入する熱は順次ブロワーで吸
収され、最低温度部の第１のブロワー２１では侵入する
熱は僅少となる。
【００９０】実施例１１．図１０はこの発明の実施例１
１の極低温装置の構成を示す断面図であり、３段式冷凍
機２０の第１段ヒートステージと第１輻射シールド５と
を模式的に展開して示している。図において、１１１は
大気圧以上に加圧されたヘリウムガスの入った冷媒貯蔵
用タンクである。１１２は第１輻射シールド５に取り付
けられた磁性材料であり、輻射シールド冷却管１１３で
８０Ｋに冷却されているときには磁気転移により比熱が
増大している。１１４は放出弁、１１５は逆止弁、１１
６は前記ヘリウムガスを循環させるためのブロワー、１
１７は冷媒用供給配管（第２の冷媒用供給配管）であ
る。
１の極低温装置の構成を示す断面図であり、３段式冷凍
機２０の第１段ヒートステージと第１輻射シールド５と
を模式的に展開して示している。図において、１１１は
大気圧以上に加圧されたヘリウムガスの入った冷媒貯蔵
用タンクである。１１２は第１輻射シールド５に取り付
けられた磁性材料であり、輻射シールド冷却管１１３で
８０Ｋに冷却されているときには磁気転移により比熱が
増大している。１１４は放出弁、１１５は逆止弁、１１
６は前記ヘリウムガスを循環させるためのブロワー、１
１７は冷媒用供給配管（第２の冷媒用供給配管）であ
る。
【００９１】この実施例では、大気圧以上に加圧された
ヘリウムガスの入った冷媒貯蔵用タンク１１１を３段式
冷凍機２０の第１段ヒートステージで冷却しておく。３
段式冷凍機２０の停止時には、冷媒貯蔵用タンク１１１
内の圧が上昇し、冷媒貯蔵用タンク１１１のヘリウムガ
スは逆止弁１１５の作用で輻射シールド冷却管１１３を
経由して放出弁１１４から大気へ放出される。
ヘリウムガスの入った冷媒貯蔵用タンク１１１を３段式
冷凍機２０の第１段ヒートステージで冷却しておく。３
段式冷凍機２０の停止時には、冷媒貯蔵用タンク１１１
内の圧が上昇し、冷媒貯蔵用タンク１１１のヘリウムガ
スは逆止弁１１５の作用で輻射シールド冷却管１１３を
経由して放出弁１１４から大気へ放出される。
【００９２】また第１輻射シールド５に取り付けられた
磁性材料１１２は、温度が８０Ｋ以上１００Ｋ以下で磁
気転移現象を起こす物質、例えばＧｄＭｎ２などであ
り、輻射シールド冷却管１１３で８０Ｋに冷却されて磁
気転移により比熱が増大している。３段式冷凍機２０の
停止時には熱容量の大きい磁性材料１１２のバッファー
作用で第１輻射シールド５の温度は緩やかに上昇する。
磁性材料１１２は、温度が８０Ｋ以上１００Ｋ以下で磁
気転移現象を起こす物質、例えばＧｄＭｎ２などであ
り、輻射シールド冷却管１１３で８０Ｋに冷却されて磁
気転移により比熱が増大している。３段式冷凍機２０の
停止時には熱容量の大きい磁性材料１１２のバッファー
作用で第１輻射シールド５の温度は緩やかに上昇する。
【００９３】実施例１２．図１１はこの発明の実施例１
２の極低温装置の構成を示す断面図であり、図１０と同
様に３段式冷凍機２０の第１段ヒートステージと第１輻
射シールド５とを模式的に展開して示している。図にお
いて、１２０は磁性材料であり、８０Ｋに冷却されてい
るときには磁気転移により比熱が増大している。１２１
はブロワーであり、輻射シールド冷却管１２４に設けら
れている。１２２は３段式冷凍機２０のヒートステージ
に取り付けられた熱交換器、輻射シールド冷却管（第４
の冷媒用の輻射シールド冷却管）１２５は輻射シールド
冷却管１２４と併設されている。１２６は輻射シールド
冷却管１２５に設けられた放出弁、１２７は酸素ガスの
入った冷媒タンク、１２８は冷媒用供給配管（第２の冷
媒用供給配管）１２９と併設された冷媒用供給配管（第
３の冷媒用供給配管）である。
２の極低温装置の構成を示す断面図であり、図１０と同
様に３段式冷凍機２０の第１段ヒートステージと第１輻
射シールド５とを模式的に展開して示している。図にお
いて、１２０は磁性材料であり、８０Ｋに冷却されてい
るときには磁気転移により比熱が増大している。１２１
はブロワーであり、輻射シールド冷却管１２４に設けら
れている。１２２は３段式冷凍機２０のヒートステージ
に取り付けられた熱交換器、輻射シールド冷却管（第４
の冷媒用の輻射シールド冷却管）１２５は輻射シールド
冷却管１２４と併設されている。１２６は輻射シールド
冷却管１２５に設けられた放出弁、１２７は酸素ガスの
入った冷媒タンク、１２８は冷媒用供給配管（第２の冷
媒用供給配管）１２９と併設された冷媒用供給配管（第
３の冷媒用供給配管）である。
【００９４】この実施例では、大気圧以上に加圧された
酸素ガスの入った冷媒タンク１２７は３段式冷凍機２０
の第１段ヒートステージで冷却されているので内部の酸
素ガスは液体状態である。３段式冷凍機２０の停止時に
は冷媒タンク１２７内の酸素ガスの温度が上昇して冷媒
用供給配管１２８と輻射シールド冷却管１２５と放出弁
１２６とを経由して大気に放出される。このとき液体状
態からガス化への潜熱も利用できるので第１輻射シール
ド５の温度上昇が緩やかになる。なお、冷媒タンク１２
７への酸素ガスの注入は、３段式冷凍機の運転中に大気
に連通した図示していない放出孔から放出弁１２６を経
由して行う。
酸素ガスの入った冷媒タンク１２７は３段式冷凍機２０
の第１段ヒートステージで冷却されているので内部の酸
素ガスは液体状態である。３段式冷凍機２０の停止時に
は冷媒タンク１２７内の酸素ガスの温度が上昇して冷媒
用供給配管１２８と輻射シールド冷却管１２５と放出弁
１２６とを経由して大気に放出される。このとき液体状
態からガス化への潜熱も利用できるので第１輻射シール
ド５の温度上昇が緩やかになる。なお、冷媒タンク１２
７への酸素ガスの注入は、３段式冷凍機の運転中に大気
に連通した図示していない放出孔から放出弁１２６を経
由して行う。
【００９５】この実施例では冷媒タンク１２７には酸素
ガスが注入される場合について説明したが、窒素ガスや
乾燥空気でも同様の効果がある。また熱容量の大きい磁
性材料１２０のバッファー作用との併用で３段式冷凍機
２０の停止時の輻射シールドの温度上昇がより緩やかに
なる。
ガスが注入される場合について説明したが、窒素ガスや
乾燥空気でも同様の効果がある。また熱容量の大きい磁
性材料１２０のバッファー作用との併用で３段式冷凍機
２０の停止時の輻射シールドの温度上昇がより緩やかに
なる。
【００９６】実施例１３．図１２はこの発明の実施例１
３の極低温装置の構成を示す模式図であり、ＭＲＩ装置
用の超電導マグネットの軸方向の断面であり、３段式冷
凍機２０の第１段ヒートステージと第１輻射シールド５
とを模式に展開して示してある。図１２において図１１
と同一部分については同一符号を付し説明を省略する。
この実施例では、輻射シールド冷却管が複数の並列流路
輻射シールド冷却管１３２で構成され、各流路の出口付
近には流量制御弁１３３が設けられている。
３の極低温装置の構成を示す模式図であり、ＭＲＩ装置
用の超電導マグネットの軸方向の断面であり、３段式冷
凍機２０の第１段ヒートステージと第１輻射シールド５
とを模式に展開して示してある。図１２において図１１
と同一部分については同一符号を付し説明を省略する。
この実施例では、輻射シールド冷却管が複数の並列流路
輻射シールド冷却管１３２で構成され、各流路の出口付
近には流量制御弁１３３が設けられている。
【００９７】並列流路輻射シールド冷却管１３２は輻射
シールド冷却管の並列流路として複数設けられているの
で、輻射シールド冷却管の内径が実質的に大きくなるの
で全体の流路抵抗が少なくなりブロワー駆動モータへ供
給する電力が少なくて済み、第１輻射シールド５の温度
分布がより均一になる。また流量制御弁１３３は内部を
流れる冷媒の温度変化に従って弁開度が変化するため、
並列流路輻射シールド冷却管１３２間の温度差がなくな
る。
シールド冷却管の並列流路として複数設けられているの
で、輻射シールド冷却管の内径が実質的に大きくなるの
で全体の流路抵抗が少なくなりブロワー駆動モータへ供
給する電力が少なくて済み、第１輻射シールド５の温度
分布がより均一になる。また流量制御弁１３３は内部を
流れる冷媒の温度変化に従って弁開度が変化するため、
並列流路輻射シールド冷却管１３２間の温度差がなくな
る。
【００９８】ところで上記説明では、ＭＲＩ装置用超電
導マグネットの場合について述べたが、その他超電導マ
グネットを利用する極低温装置例えば、超電導リニアモ
ータ、超電導電磁推進船などに利用できることは言うま
でもない。
導マグネットの場合について述べたが、その他超電導マ
グネットを利用する極低温装置例えば、超電導リニアモ
ータ、超電導電磁推進船などに利用できることは言うま
でもない。
【００９９】
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、極低温冷媒槽と多段式冷凍機とを冷媒用供給配管に
より接続するように構成したので、極低温冷媒槽内で蒸
発した極低温冷媒ガスが冷媒用供給配管を経由して多段
式冷凍機のヒートステージに循環し液化され前記極低温
冷媒槽に戻されるので、前記多段式冷凍機の取り付け場
所を柔軟に選択でき、極低温冷媒槽内で蒸発した極低温
冷媒ガスは冷媒用供給配管を経由して多段式冷凍機のヒ
ートステージで直接冷却され、極低温冷媒槽内のガス化
した冷媒を効率的に液化できる極低温装置が得られる効
果がある。
ば、極低温冷媒槽と多段式冷凍機とを冷媒用供給配管に
より接続するように構成したので、極低温冷媒槽内で蒸
発した極低温冷媒ガスが冷媒用供給配管を経由して多段
式冷凍機のヒートステージに循環し液化され前記極低温
冷媒槽に戻されるので、前記多段式冷凍機の取り付け場
所を柔軟に選択でき、極低温冷媒槽内で蒸発した極低温
冷媒ガスは冷媒用供給配管を経由して多段式冷凍機のヒ
ートステージで直接冷却され、極低温冷媒槽内のガス化
した冷媒を効率的に液化できる極低温装置が得られる効
果がある。
【０１００】請求項２の発明によれば、多段式冷凍機を
極低温装置本体の設置される床面上１メートル以下の高
さ位置に略水平に取り付けるように構成したので、メン
テナンス作業などを行う作業員の腰の高さより低い位置
に多段式冷凍機が取り付けられることになり、多段式冷
凍機のメンテナンス作業などを行う際の作業性を向上さ
せた極低温装置が得られる効果がある。
極低温装置本体の設置される床面上１メートル以下の高
さ位置に略水平に取り付けるように構成したので、メン
テナンス作業などを行う作業員の腰の高さより低い位置
に多段式冷凍機が取り付けられることになり、多段式冷
凍機のメンテナンス作業などを行う際の作業性を向上さ
せた極低温装置が得られる効果がある。
【０１０１】請求項３の発明によれば、多段式冷凍機を
極低温装置本体の設置される床面上１メートル以下の高
さ位置に略垂直に取り付けるように構成したので、メン
テナンス作業などを行う作業員の腰の高さより低い位置
に多段式冷凍機が上下に取り付けられることになり、多
段式冷凍機のメンテナンス作業などを行う際の作業性を
向上させた極低温装置が得られる効果がある。
極低温装置本体の設置される床面上１メートル以下の高
さ位置に略垂直に取り付けるように構成したので、メン
テナンス作業などを行う作業員の腰の高さより低い位置
に多段式冷凍機が上下に取り付けられることになり、多
段式冷凍機のメンテナンス作業などを行う際の作業性を
向上させた極低温装置が得られる効果がある。
【０１０２】請求項４の発明によれば、極低温冷媒槽に
敷設された凝縮熱交換器と多段式冷凍機とを冷媒循環用
配管により接続するようにして、冷媒循環機構により多
段式冷凍機のヒートステージに送られて極低温冷媒の液
化温度以下に冷却された第２の冷媒ガスを一定圧力で循
環させて極低温冷媒槽内で蒸発した極低温冷媒ガスが間
接的に冷却され液化されるように構成したので、前記多
段式冷凍機の取り付け場所を柔軟に選択でき、極低温冷
媒槽内で蒸発した極低温冷媒ガスを効率的に液化できる
極低温装置が得られる効果がある。
敷設された凝縮熱交換器と多段式冷凍機とを冷媒循環用
配管により接続するようにして、冷媒循環機構により多
段式冷凍機のヒートステージに送られて極低温冷媒の液
化温度以下に冷却された第２の冷媒ガスを一定圧力で循
環させて極低温冷媒槽内で蒸発した極低温冷媒ガスが間
接的に冷却され液化されるように構成したので、前記多
段式冷凍機の取り付け場所を柔軟に選択でき、極低温冷
媒槽内で蒸発した極低温冷媒ガスを効率的に液化できる
極低温装置が得られる効果がある。
【０１０３】請求項５の発明によれば、極低温冷媒槽内
に設けられた凝縮熱交換器および第２の冷媒循環用配管
とを経由し多段式冷凍機のヒートステージで冷却させた
第２の冷媒を循環させ、ガス化した前記極低温冷媒を極
低温冷媒槽内の凝縮熱交換器で冷却して再液化する冷媒
循環機構を備えるように構成したので、前記多段式冷凍
機の取り付け場所を柔軟に選択でき、極低温冷媒槽内で
蒸発した極低温冷媒ガスを前記極低温冷媒槽内で効率的
に液化できる極低温装置が得られる効果がある。
に設けられた凝縮熱交換器および第２の冷媒循環用配管
とを経由し多段式冷凍機のヒートステージで冷却させた
第２の冷媒を循環させ、ガス化した前記極低温冷媒を極
低温冷媒槽内の凝縮熱交換器で冷却して再液化する冷媒
循環機構を備えるように構成したので、前記多段式冷凍
機の取り付け場所を柔軟に選択でき、極低温冷媒槽内で
蒸発した極低温冷媒ガスを前記極低温冷媒槽内で効率的
に液化できる極低温装置が得られる効果がある。
【０１０４】請求項６の発明によれば、極低温冷媒槽の
外周面上に配置された凝縮熱交換器および冷媒循環用配
管とを経由し多段式冷凍機のヒートステージで冷却させ
た第２の冷媒を循環させ、前記ガス化した前記極低温冷
媒を冷却して再液化する冷媒循環機構を備えるように構
成したので、前記多段式冷凍機の取り付け場所を柔軟に
選択でき、極低温冷媒槽内で蒸発した極低温冷媒ガスを
前記極低温冷媒槽外周面上から効率的に冷却して液化で
きる極低温装置が得られる効果がある。
外周面上に配置された凝縮熱交換器および冷媒循環用配
管とを経由し多段式冷凍機のヒートステージで冷却させ
た第２の冷媒を循環させ、前記ガス化した前記極低温冷
媒を冷却して再液化する冷媒循環機構を備えるように構
成したので、前記多段式冷凍機の取り付け場所を柔軟に
選択でき、極低温冷媒槽内で蒸発した極低温冷媒ガスを
前記極低温冷媒槽外周面上から効率的に冷却して液化で
きる極低温装置が得られる効果がある。
【０１０５】請求項７の発明によれば、冷媒循環機構に
より循環される第２の冷媒を冷却するためのヒートステ
ージを有した多段式冷凍機を、極低温装置本体の設置さ
れる床面上１メートル以下の高さ位置に略水平に取り付
けるように構成したので、メンテナンス作業などを行う
作業員の腰の高さより低い位置に多段式冷凍機が取り付
けられることになり、多段式冷凍機のメンテナンス作業
などを行う際の作業性を向上させた極低温装置が得られ
る効果がある。
より循環される第２の冷媒を冷却するためのヒートステ
ージを有した多段式冷凍機を、極低温装置本体の設置さ
れる床面上１メートル以下の高さ位置に略水平に取り付
けるように構成したので、メンテナンス作業などを行う
作業員の腰の高さより低い位置に多段式冷凍機が取り付
けられることになり、多段式冷凍機のメンテナンス作業
などを行う際の作業性を向上させた極低温装置が得られ
る効果がある。
【０１０６】請求項８の発明によれば、冷媒循環機構に
より循環される第２の冷媒を冷却するためのヒートステ
ージを有した多段式冷凍機を、極低温装置本体の設置さ
れる床面上１メートル以下の高さ位置に略垂直に取り付
けるように構成したので、メンテナンス作業などを行う
作業員の腰の高さより低い位置に多段式冷凍機が上下に
取り付けられることになり、多段式冷凍機のメンテナン
ス作業などを行う際の作業性を向上させた極低温装置が
得られる効果がある。
より循環される第２の冷媒を冷却するためのヒートステ
ージを有した多段式冷凍機を、極低温装置本体の設置さ
れる床面上１メートル以下の高さ位置に略垂直に取り付
けるように構成したので、メンテナンス作業などを行う
作業員の腰の高さより低い位置に多段式冷凍機が上下に
取り付けられることになり、多段式冷凍機のメンテナン
ス作業などを行う際の作業性を向上させた極低温装置が
得られる効果がある。
【０１０７】請求項９の発明によれば、多段式冷凍機の
ヒートステージを経由する第３の冷媒を第２の冷媒循環
機構により第２の冷媒用供給配管と輻射シールド冷却管
とを循環させることで輻射シールドや支持部材の中間部
分が冷却されるように構成したので、輻射シールドを均
一に冷却することができ、極低温冷媒槽への熱侵入量の
増加を抑制できる極低温装置が得られる効果がある。
ヒートステージを経由する第３の冷媒を第２の冷媒循環
機構により第２の冷媒用供給配管と輻射シールド冷却管
とを循環させることで輻射シールドや支持部材の中間部
分が冷却されるように構成したので、輻射シールドを均
一に冷却することができ、極低温冷媒槽への熱侵入量の
増加を抑制できる極低温装置が得られる効果がある。
【０１０８】請求項１０の発明によれば、多段式冷凍機
のヒートステージを経由する第３の冷媒を、第２の冷媒
循環機構により熱伝導率の小さい材質で構成した第２の
冷媒用供給配管と輻射シールド冷却管とを循環させ、輻
射シールドや支持部材の中間部分を冷却するように構成
したので、第２の冷媒用供給配管と輻射シールド冷却管
とを介して侵入する熱を抑制することができ、輻射シー
ルドや支持部材の中間部分の冷却を効率的に行うことが
でき、また、多段式冷凍機の停止時には多段式冷凍機の
温度は容易に常温に上昇するので多段式冷凍機の内部の
部品の取り外しや取り付けなどのメンテナンス作業を常
温で実施できる極低温装置が得られる効果がある。
のヒートステージを経由する第３の冷媒を、第２の冷媒
循環機構により熱伝導率の小さい材質で構成した第２の
冷媒用供給配管と輻射シールド冷却管とを循環させ、輻
射シールドや支持部材の中間部分を冷却するように構成
したので、第２の冷媒用供給配管と輻射シールド冷却管
とを介して侵入する熱を抑制することができ、輻射シー
ルドや支持部材の中間部分の冷却を効率的に行うことが
でき、また、多段式冷凍機の停止時には多段式冷凍機の
温度は容易に常温に上昇するので多段式冷凍機の内部の
部品の取り外しや取り付けなどのメンテナンス作業を常
温で実施できる極低温装置が得られる効果がある。
【０１０９】請求項１１の発明によれば、冷媒循環用配
管および第２の冷媒用供給配管あるいは輻射シールド冷
却管の内部をメンテナンス時に真空にするための締切弁
を備えるように構成したので、多段式冷凍機の停止時の
多段式冷凍機の温度を容易に常温まで上昇させることが
できる極低温装置が得られる効果がある。
管および第２の冷媒用供給配管あるいは輻射シールド冷
却管の内部をメンテナンス時に真空にするための締切弁
を備えるように構成したので、多段式冷凍機の停止時の
多段式冷凍機の温度を容易に常温まで上昇させることが
できる極低温装置が得られる効果がある。
【０１１０】請求項１２の発明によれば、第３の冷媒の
みを冷却する冷凍機を、極低温冷媒槽内でガス化した極
低温冷媒を再液化するための冷凍機とは別に設けるよう
に構成したので、冷凍機夫々の取付け位置を柔軟に選択
でき、また極低温冷媒槽内で蒸発した極低温冷媒ガスは
専用の冷凍機により冷却されるため、極低温冷媒槽内の
ガス化した冷媒を効率的に液化できる極低温装置が得ら
れる効果がある。
みを冷却する冷凍機を、極低温冷媒槽内でガス化した極
低温冷媒を再液化するための冷凍機とは別に設けるよう
に構成したので、冷凍機夫々の取付け位置を柔軟に選択
でき、また極低温冷媒槽内で蒸発した極低温冷媒ガスは
専用の冷凍機により冷却されるため、極低温冷媒槽内の
ガス化した冷媒を効率的に液化できる極低温装置が得ら
れる効果がある。
【０１１１】請求項１３の発明によれば、極低温冷媒と
して略大気圧のヘリウムガスもしくは水素ガスもしくは
ネオンガスもしくはこれらの混合されたガスを使用し、
また第２の冷媒として略大気圧のヘリウムガスもしくは
水素ガスもしくはネオンガスもしくはこれらの混合され
たガスを使用し、また第３の冷媒として大気圧以上に加
圧されたヘリウムガスもしくは水素ガスもしくはネオン
ガスもしくはこれらの混合されたガスを使用するように
構成したので、極低温冷媒槽内のガス化した冷媒を効率
的に冷却できる極低温装置画得られる効果がある。
して略大気圧のヘリウムガスもしくは水素ガスもしくは
ネオンガスもしくはこれらの混合されたガスを使用し、
また第２の冷媒として略大気圧のヘリウムガスもしくは
水素ガスもしくはネオンガスもしくはこれらの混合され
たガスを使用し、また第３の冷媒として大気圧以上に加
圧されたヘリウムガスもしくは水素ガスもしくはネオン
ガスもしくはこれらの混合されたガスを使用するように
構成したので、極低温冷媒槽内のガス化した冷媒を効率
的に冷却できる極低温装置画得られる効果がある。
【０１１２】請求項１４の発明によれば、冷媒循環機構
をブロワーにより構成したときに、該ブロワーの夫々を
共通した駆動軸で駆動するように構成したので、冷媒循
環機構を簡略化でき、前記冷媒循環機構からの熱侵入量
を抑制できる極低温装置が得られる効果がある。
をブロワーにより構成したときに、該ブロワーの夫々を
共通した駆動軸で駆動するように構成したので、冷媒循
環機構を簡略化でき、前記冷媒循環機構からの熱侵入量
を抑制できる極低温装置が得られる効果がある。
【０１１３】請求項１５の発明によれば、多段式冷凍機
の停止時には、多段式冷凍機のヒートステージに取り付
けられた冷媒貯蔵用タンク内の第３の冷媒が第２の冷媒
用供給配管に取り付けられた放出弁を経由して大気へ放
出できるように構成したので、多段式冷凍機の停止時に
輻射シールドの温度上昇の度合いを緩やかにできる極低
温装置が得られる効果がある。
の停止時には、多段式冷凍機のヒートステージに取り付
けられた冷媒貯蔵用タンク内の第３の冷媒が第２の冷媒
用供給配管に取り付けられた放出弁を経由して大気へ放
出できるように構成したので、多段式冷凍機の停止時に
輻射シールドの温度上昇の度合いを緩やかにできる極低
温装置が得られる効果がある。
【０１１４】請求項１６の発明によれば、多段式冷凍機
の停止時に、多段式冷凍機あるいは第２の冷媒用供給配
管あるいは輻射シールド冷却管と熱的に接触できる任意
の場所に設置した冷媒タンク内の第４の冷媒ガスを、前
記第２の冷媒用供給配管と併設させた第３の冷媒用供給
配管と第４の冷媒用の輻射シールド冷却管と放出弁とを
経由して大気に放出するように構成したので、多段式冷
凍機の停止時に輻射シールドの温度上昇の度合いを緩や
かにすることのできる極低温装置が得られる効果があ
る。
の停止時に、多段式冷凍機あるいは第２の冷媒用供給配
管あるいは輻射シールド冷却管と熱的に接触できる任意
の場所に設置した冷媒タンク内の第４の冷媒ガスを、前
記第２の冷媒用供給配管と併設させた第３の冷媒用供給
配管と第４の冷媒用の輻射シールド冷却管と放出弁とを
経由して大気に放出するように構成したので、多段式冷
凍機の停止時に輻射シールドの温度上昇の度合いを緩や
かにすることのできる極低温装置が得られる効果があ
る。
【０１１５】請求項１７の発明によれば、第４の冷媒と
して大気圧以上に加圧された酸素ガスもしくは窒素ガス
もしくは乾燥空気を使用するように構成したので、多段
式冷凍機の停止時に輻射シールドの温度上昇の度合いを
緩やかにすることのできる極低温装置が得られる効果が
ある。
して大気圧以上に加圧された酸素ガスもしくは窒素ガス
もしくは乾燥空気を使用するように構成したので、多段
式冷凍機の停止時に輻射シールドの温度上昇の度合いを
緩やかにすることのできる極低温装置が得られる効果が
ある。
【０１１６】請求項１８の発明によれば、温度が８０Ｋ
以上１００Ｋ以下で磁気転移現象を起こす磁性材料を多
段式冷凍機あるいは第２の冷媒用供給配管あるいは輻射
シールド冷却管と熱的に接触できる任意の場所に設置す
るように構成したので、多段式冷凍機の停止時に輻射シ
ールドの温度上昇の度合をさらに緩やかにすることので
きる極低温装置が得られる効果がある。
以上１００Ｋ以下で磁気転移現象を起こす磁性材料を多
段式冷凍機あるいは第２の冷媒用供給配管あるいは輻射
シールド冷却管と熱的に接触できる任意の場所に設置す
るように構成したので、多段式冷凍機の停止時に輻射シ
ールドの温度上昇の度合をさらに緩やかにすることので
きる極低温装置が得られる効果がある。
【０１１７】請求項１９の発明によれば、第２の冷媒用
供給配管および輻射シールド冷却管の複数の並列流路の
各流路の出口付近に流量制御弁を備えるように構成した
ので、流路抵抗が小さくなり、冷媒循環機構を駆動する
ための電力消費を抑制することができる極低温装置が得
られる効果がある。
供給配管および輻射シールド冷却管の複数の並列流路の
各流路の出口付近に流量制御弁を備えるように構成した
ので、流路抵抗が小さくなり、冷媒循環機構を駆動する
ための電力消費を抑制することができる極低温装置が得
られる効果がある。
【０１１８】請求項２０の発明によれば、第２の冷媒用
供給配管および輻射シールド冷却管の複数の並列流路の
各流路の出口付近に、流路の内部を流れる第３の冷媒の
温度変化に従って夫々開度が変化する流量制御弁を備え
るように構成したので、冷媒循環機構を駆動するための
電力消費を抑制すると共に、輻射シールドの冷却を均一
化して極低温冷媒槽への熱侵入量の増加を抑制できる極
低温装置が得られる効果がある。
供給配管および輻射シールド冷却管の複数の並列流路の
各流路の出口付近に、流路の内部を流れる第３の冷媒の
温度変化に従って夫々開度が変化する流量制御弁を備え
るように構成したので、冷媒循環機構を駆動するための
電力消費を抑制すると共に、輻射シールドの冷却を均一
化して極低温冷媒槽への熱侵入量の増加を抑制できる極
低温装置が得られる効果がある。
【図１】 この発明の実施例１の極低温装置の構成を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】 この発明の実施例２の極低温装置の構成を示
す断面図である。
す断面図である。
【図３】 この発明の実施例３の極低温装置の構成を示
す断面図である。
す断面図である。
【図４】 この発明の実施例４の極低温装置の構成を示
す断面図である。
す断面図である。
【図５】 この発明の実施例５の極低温装置の構成を示
す断面図である。
す断面図である。
【図６】 この発明の実施例６の極低温装置の構成を示
す断面図である。
す断面図である。
【図７】 この発明の実施例７の極低温装置の構成を示
す断面図である。
す断面図である。
【図８】 この発明の実施例９の極低温装置の構成を示
す断面図である。
す断面図である。
【図９】 この発明の実施例１０の極低温装置の３段式
冷凍機付近の構成を示す部分断面図である。
冷凍機付近の構成を示す部分断面図である。
【図１０】 この発明の実施例１１の極低温装置の構成
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図１１】 この発明の実施例１２の極低温装置の構成
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図１２】 この発明の実施例１３の極低温装置の構成
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図１３】 従来の極低温装置の構成を示す断面図であ
る。
る。
１ 超電導コイル（被冷却体）、２ ヘリウム槽（極低
温冷媒槽）、３ 液体ヘリウム（極低温冷媒）、４ 真
空槽、５ 第１輻射シールド（輻射シールド）、６ 第
２輻射シールド（輻射シールド）、８ 支持部材、１０
第１段ヒートステージ（ヒートステージ）、１１ 第
２段ヒートステージ（ヒートステージ）、１２ 第３段
ヒートステージ（ヒートステージ）、２０ ３段式冷凍
機（多段式冷凍機）、２１ ブロワー（冷媒循環機
構）、２３，２４ 冷媒用供給配管、２６，２７ 冷媒
用供給配管（冷媒循環用配管）、２８ ブロワー（冷媒
循環機構）、３１，４１ 凝縮熱交換器、５１ 第２の
ブロワー（第２の冷媒循環機構）、５２ 第３のブロワ
ー（第２の冷媒循環機構）、５５ 第１輻射シールド冷
媒用供給配管（第２の冷媒用供給配管）、５６ 第２輻
射シールド冷媒用供給配管（第２の冷媒用供給配管）、
５７ 第１輻射シールド冷却管（輻射シールド冷却
管）、５８ 第２輻射シールド冷却管（輻射シールド冷
却管）、６２，６３，６４ 締切弁、７１ ２段式冷凍
器（多段式冷凍機）、１０１ 共通駆動軸（駆動軸）、
１１１ 冷媒貯蔵用タンク、１１２，１２０ 磁性材
料、１１３，１２４ 輻射シールド冷却管、１１４，１
２６ 放出弁、１１５ 逆止弁、１１７冷媒用供給配管
（第２の冷媒用供給配管）、１２１ ブロワー、１２５
輻射シールド冷却管（第４の冷媒用の輻射シールド冷
却管）、１２７ 冷媒タンク、１２８ 冷媒用供給配管
（第３の冷媒用供給配管）、１２９ 冷媒用供給配管
（第２の冷媒用供給配管）、１３３ 流量制御弁。
温冷媒槽）、３ 液体ヘリウム（極低温冷媒）、４ 真
空槽、５ 第１輻射シールド（輻射シールド）、６ 第
２輻射シールド（輻射シールド）、８ 支持部材、１０
第１段ヒートステージ（ヒートステージ）、１１ 第
２段ヒートステージ（ヒートステージ）、１２ 第３段
ヒートステージ（ヒートステージ）、２０ ３段式冷凍
機（多段式冷凍機）、２１ ブロワー（冷媒循環機
構）、２３，２４ 冷媒用供給配管、２６，２７ 冷媒
用供給配管（冷媒循環用配管）、２８ ブロワー（冷媒
循環機構）、３１，４１ 凝縮熱交換器、５１ 第２の
ブロワー（第２の冷媒循環機構）、５２ 第３のブロワ
ー（第２の冷媒循環機構）、５５ 第１輻射シールド冷
媒用供給配管（第２の冷媒用供給配管）、５６ 第２輻
射シールド冷媒用供給配管（第２の冷媒用供給配管）、
５７ 第１輻射シールド冷却管（輻射シールド冷却
管）、５８ 第２輻射シールド冷却管（輻射シールド冷
却管）、６２，６３，６４ 締切弁、７１ ２段式冷凍
器（多段式冷凍機）、１０１ 共通駆動軸（駆動軸）、
１１１ 冷媒貯蔵用タンク、１１２，１２０ 磁性材
料、１１３，１２４ 輻射シールド冷却管、１１４，１
２６ 放出弁、１１５ 逆止弁、１１７冷媒用供給配管
（第２の冷媒用供給配管）、１２１ ブロワー、１２５
輻射シールド冷却管（第４の冷媒用の輻射シールド冷
却管）、１２７ 冷媒タンク、１２８ 冷媒用供給配管
（第３の冷媒用供給配管）、１２９ 冷媒用供給配管
（第２の冷媒用供給配管）、１３３ 流量制御弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｒ 33/3815 Ａ６１Ｂ 5/05 ３６０ Ｈ０１Ｆ 6/04 Ｇ０１Ｎ 24/06 ５１０Ｄ (72)発明者 長尾 政志 尼崎市塚口本町八丁目１番１号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (56)参考文献 特開 平２−96304（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−116868（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−86870（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−332655（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−164374（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−52480（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−37071（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−140275（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−81361（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−6267（ＪＰ，Ｕ) 特公 平４−45740（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25D 3/10 A61B 5/05 360 F25B 9/00 G01N 24/06 510 H01F 7/22
Claims (20)
- 【請求項１】 被冷却体を収納し、前記被冷却体を冷却
する極低温冷媒を貯液した極低温冷媒槽と、該極低温冷
媒槽を包囲する輻射シールドと、前記極低温冷媒槽およ
び前記輻射シールドを包囲する真空槽と、前記極低温冷
媒槽を保持するための支持部材と、前記輻射シールドを
冷却すると共にガス化した前記極低温冷媒を再液化する
多段式冷凍機とを備えた極低温装置において、前記極低
温冷媒槽内で蒸発した極低温冷媒ガスを冷媒用供給配管
を経由して前記多段式冷凍機のヒートステージに送り液
化し、冷媒用供給配管を経由して再び前記極低温冷媒槽
に環流させる前記真空槽内に配置された冷媒循環機構を
備えたことを特徴とする極低温装置。 - 【請求項２】 前記多段式冷凍機は、極低温装置本体の
設置床面上１メートル以下の高さ位置に略水平に取り付
けられていることを特徴とする請求項１に記載の極低温
装置。 - 【請求項３】 前記多段式冷凍機は、極低温装置本体の
前記設置床面上１メートル以下の高さ位置に略垂直に取
り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の極
低温装置。 - 【請求項４】 被冷却体を収納し、前記被冷却体を冷却
する極低温冷媒を貯液した極低温冷媒槽と、該極低温冷
媒槽を包囲する輻射シールドと、前記極低温冷媒槽およ
び前記輻射シールドを包囲する真空槽と、前記極低温冷
媒槽を保持するための支持部材と、前記輻射シールドを
冷却すると共にガス化した前記極低温冷媒を再液化する
ための多段式冷凍機を備えた極低温装置において、前記
極低温冷媒槽に敷設された凝縮熱交換器および冷媒循環
用配管を経由し前記多段式冷凍機のヒートステージで冷
却して前記極低温冷媒の液化温度以下とした第２の冷媒
ガスを一定圧力で循環させ、前記ガス化した前記極低温
冷媒を再液化する冷媒循環機構とを備えたことを特徴と
する極低温装置。 - 【請求項５】 前記凝縮熱交換器は、前記極低温冷媒槽
内に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の
極低温装置。 - 【請求項６】 前記凝縮熱交換器は、前記極低温冷媒槽
外周面上に配置されていることを特徴とする請求項４に
記載の極低温装置。 - 【請求項７】 前記多段式冷凍機は、極低温装置本体の
設置床面上１メートル以下の高さ位置に略水平に取り付
けられていることを特徴とする請求項４から請求項６の
いずれか１項に記載の極低温装置。 - 【請求項８】 前記多段式冷凍機は、極低温装置本体の
設置床面上１メートル以下の高さ位置に略垂直に取り付
けられていることを特徴とする請求項４から請求項６い
ずれか１項に記載の極低温装置。 - 【請求項９】 第２の冷媒用供給配管と前記輻射シール
ドを冷却するための輻射シールド冷却管とを有し、前記
多段式冷凍機のヒートステージを経由する第３の冷媒を
第２の冷媒循環機構により前記第２の冷媒用供給配管と
前記輻射シールド冷却管とを循環させることで前記輻射
シールドや前記支持部材の中間部分が冷却されることを
特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載
の極低温装置。 - 【請求項１０】 熱伝導率の小さい材質により前記冷媒
用供給配管を構成したことを特徴とする請求項９に記載
の極低温装置。 - 【請求項１１】 前記冷媒循環用配管または前記第２の
冷媒用供給配管あるいは前記輻射シールド冷却管の内部
をメンテナンス時に真空にするための締切弁を備えたこ
とを特徴とする請求項４から請求項９のいずれか１項に
記載の極低温装置。 - 【請求項１２】 第３の冷媒のみを冷却する冷凍機を、
ガス化した前記極低温冷媒を再液化するための冷凍機と
は別に設けたことを特徴とする請求項９または請求項１
０に記載の極低温装置。 - 【請求項１３】 極低温冷媒は略大気圧のヘリウムガス
もしくは水素ガスもしくはネオンガスもしくはこれらの
混合されたガスであり、第２の冷媒は略大気圧のヘリウ
ムガスもしくは水素ガスもしくはネオンガスもしくはこ
れらの混合されたガスであり、第３の冷媒は大気圧以上
に加圧されたヘリウムガスもしくは水素ガスもしくはネ
オンガスもしくはこれらの混合されたガスであることを
特徴とする請求項９、請求項１０及び請求項１２のいず
れか１項に記載の極低温装置。 - 【請求項１４】 前記冷媒循環機構をブロワーにより構
成すると共に、該ブロワーの夫々を共通した駆動軸で駆
動することを特徴とする請求項９に記載の極低温装置。 - 【請求項１５】 前記多段式冷凍機のヒートステージに
取り付けられた冷媒貯蔵用タンクと、第２の冷媒用供給
配管に取り付けられた逆止弁および放出弁とを有し、前
記多段式冷凍機の停止時には前記第３の冷媒が前記放出
弁を経由して大気へ放出されることを特徴とする請求項
９または請求項１０に記載の極低温装置。 - 【請求項１６】 前記多段式冷凍機あるいは前記第２の
冷媒用供給配管あるいは前記輻射シールド冷却管と熱的
に接触できる任意の場所に設置した冷媒タンクと、前記
第３の冷媒用供給配管と併設された第３の冷媒用供給配
管と、第４の冷媒用の輻射シールド冷却管と、放出弁と
を設け、前記多段式冷凍機の停止時には前記冷媒タンク
内の第４の冷媒ガスが前記第３の冷媒用供給配管と前記
第４の冷媒用の輻射シールド冷却管と前記放出弁とを経
由して大気に放出されることを特徴とする請求項９から
請求項１５のいずれか１項に記載の極低温装置。 - 【請求項１７】 第４の冷媒は大気圧以上に加圧された
酸素ガスもしくは窒素ガスもしくは乾燥空気であること
を特徴とする請求項１６に記載の極低温装置。 - 【請求項１８】 温度が８０Ｋ以上１００Ｋ以下で磁気
転移現象を起こす磁性材料を前記多段式冷凍機あるいは
前記第２の冷媒用供給配管あるいは前記輻射シールド冷
却管と熱的に接触できる任意の場所に設置したことを特
徴とする請求項９から請求項１７のいずれか１項に記載
の極低温装置。 - 【請求項１９】 前記輻射シールド冷却管が複数の並列
流路で構成され、各流路の出口付近に流量制御弁を備え
ていることを特徴とする請求項９から請求項１８のいず
れか１項に記載の極低温装置。 - 【請求項２０】 前記各流量制御弁は前記流路の内部を
流れる冷媒の温度変化に従って夫々開度が変化すること
を特徴とした請求項１９に記載の極低温装置。
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| CN111578588B (zh) * | 2020-05-08 | 2021-11-30 | 海信（山东）冰箱有限公司 | 冰箱 |
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