JP4472715B2 - Cryogenic refrigerator - Google Patents

Cryogenic refrigerator Download PDF

Info

Publication number
JP4472715B2
JP4472715B2 JP2007065530A JP2007065530A JP4472715B2 JP 4472715 B2 JP4472715 B2 JP 4472715B2 JP 2007065530 A JP2007065530 A JP 2007065530A JP 2007065530 A JP2007065530 A JP 2007065530A JP 4472715 B2 JP4472715 B2 JP 4472715B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic
regenerator
stage
disposed
magnetic shield
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2007065530A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008224161A (en
Inventor
元和 齋藤
名堯 許
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP2007065530A priority Critical patent/JP4472715B2/en
Publication of JP2008224161A publication Critical patent/JP2008224161A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4472715B2 publication Critical patent/JP4472715B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F25B9/145Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1406Pulse-tube cycles with pulse tube in co-axial or concentric geometrical arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1408Pulse-tube cycles with pulse tube having U-turn or L-turn type geometrical arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1415Pulse-tube cycles characterised by regenerator details
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1421Pulse-tube cycles characterised by details not otherwise provided for
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/10Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point with several cooling stages

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Description

本発明は極低温冷凍機に係り、特に磁性蓄冷材をシリンダ等の収納部内に充填した蓄冷器を有する極低温冷凍機に関する。   The present invention relates to a cryogenic refrigerator, and more particularly, to a cryogenic refrigerator having a regenerator filled with a magnetic regenerator material in a storage portion such as a cylinder.

一般に、極低温(例えば、4K程度)を生成しうる冷凍機として、ギフォードマクマホン型冷凍機(以下、GM冷凍機という)やパルス管冷凍機が知られている。GM冷凍機は蓄冷材が内設されたディスプレーサを駆動手段でシリンダ内で往復移動させることにより断熱膨張させ、これにより寒冷を発生させる構成としている。一方、パルス管冷凍機は、GM冷凍機のディスプレーサのような可動部分が低温部に無く、構造が簡単で振動の少ない冷凍機として期待されている。   In general, Gifford McMahon type refrigerators (hereinafter referred to as GM refrigerators) and pulse tube refrigerators are known as refrigerators capable of generating extremely low temperatures (for example, about 4K). The GM refrigerator is configured to adiabatic expansion by reciprocally moving a displacer provided with a regenerator material in a cylinder by a driving means, thereby generating cold. On the other hand, the pulse tube refrigerator is expected as a refrigerator having a simple structure and less vibration, such as a displacer of a GM refrigerator, having no moving parts in the low temperature portion.

これらの冷凍機は、例えば医療分野等において診断画像を生成するのに用いるMRI(核磁気共鳴:Magnetic Resonance Imaging)やNMR(核磁気共鳴:Nuclear Magnetic Resonance)の冷却装置として使用される。このようにMRIやNMRに適用される場合、冷凍機はヘリウム環境下で使用される。   These refrigerators are used as cooling devices for MRI (Magnetic Magnetic Resonance Imaging) and NMR (Nuclear Magnetic Resonance) used for generating diagnostic images in the medical field, for example. Thus, when applied to MRI and NMR, the refrigerator is used in a helium environment.

ところで、このMRIやNMRでは、冷凍機で磁気ノイズが発生すると、MRIやNMRが生成する磁場を乱してしまい診断画像に悪影響を与えることが知られている。ところが、近年では各種冷凍機に用いられる蓄冷材として、磁性蓄冷材が多用されるようになってきている。これは、磁性蓄冷材は一般の蓄冷材に比べて蓄冷効率が高く、これを用いることにより極低温を効率よく実現できることによる。   By the way, in MRI and NMR, it is known that when magnetic noise is generated in a refrigerator, a magnetic field generated by MRI or NMR is disturbed and adversely affects a diagnostic image. However, in recent years, a magnetic regenerator material has been frequently used as a regenerator material used in various refrigerators. This is because the magnetic regenerator material has a higher regenerator efficiency than a general regenerator material, and by using this, a cryogenic temperature can be efficiently realized.

このように磁性蓄冷材を使用した場合、GM冷凍機の場合には前記のようにディスプレーサがシリンダ内で往復移動するため、ディスプレーサに内設された磁性蓄冷材もMRIやNMRが生成する磁場内で移動して磁場を乱してしまう。   When a magnetic regenerator material is used in this way, in the case of a GM refrigerator, the displacer reciprocates in the cylinder as described above. Therefore, the magnetic regenerator material provided in the displacer is also within the magnetic field generated by MRI or NMR. It will move and disturb the magnetic field.

また、パルス管冷凍機の場合には、GM冷凍機のように磁性蓄冷材がMRIやNMRが生成する磁場内を大きく移動するようなことはないが、作動ガスの導入・吸引によって蓄冷器内の圧力が低圧と高圧との間で脈動し、これによって蓄冷器が軸方向に数十μの範囲延び縮みする。この蓄冷器の伸び縮みによって、蓄冷器内の磁性蓄冷材が移動し、やはりMRIやNMRが生成する磁場を乱してしまう。   In the case of a pulse tube refrigerator, the magnetic regenerator material does not move significantly in the magnetic field generated by MRI or NMR as in the case of the GM refrigerator. Pulsates between a low pressure and a high pressure, which causes the regenerator to expand and contract in the axial direction by several tens of microns. The expansion and contraction of the regenerator moves the magnetic regenerator material in the regenerator and disturbs the magnetic field generated by MRI and NMR.

更に、冷凍サイクル中の磁性蓄冷材の温度変化により、磁性蓄冷材の磁化率に変化が発生する。この磁化率の変化もMRIやNMRが生成する磁場を乱す原因となる。   Furthermore, a change occurs in the magnetic susceptibility of the magnetic regenerator material due to the temperature change of the magnetic regenerator material during the refrigeration cycle. This change in magnetic susceptibility also disturbs the magnetic field generated by MRI or NMR.

これを防止する方法としては、例えば特許文献1に開示されているように、磁性蓄冷材が配設された部位をシート状のシールド材で巻くことにより、MRIやNMRが生成する磁場に対して磁性蓄冷材を磁気的に遮蔽することが考えられる。ところで、シールド材を用いて効率的な磁気シールドを行うためには、シールド板を極低温に冷却する必要がある。しかしながら、シート状のシールド材を磁性蓄冷材が配設された部位に配設する構成では、シールド板を適正に冷却することが困難で、磁性蓄冷材をMRIやNMRが生成する磁場に対して確実に遮蔽することができないという問題点がある。   As a method for preventing this, for example, as disclosed in Patent Document 1, by winding a portion where a magnetic regenerator material is disposed with a sheet-like shield material, against a magnetic field generated by MRI or NMR It is conceivable to magnetically shield the magnetic regenerator material. By the way, in order to perform an efficient magnetic shield using a shield material, it is necessary to cool the shield plate to an extremely low temperature. However, in the configuration in which the sheet-like shield material is disposed in the portion where the magnetic regenerator material is disposed, it is difficult to properly cool the shield plate, and the magnetic regenerator material is prevented from being generated by a magnetic field generated by MRI or NMR. There is a problem that it cannot be reliably shielded.

これに対し、磁気シールドを確実に冷却できるものとして、磁気シールドを冷凍ステージに配設する方法が考えられる。図7は、この方法をパルス管冷凍機100に適用した例を示している。同図に示すパルス管冷凍機100は、いわゆる2段式のパルス管冷凍機であり、よって1段パルス管112、2段パルス管113、1段蓄冷管114、1段ステージ115、2段ステージ116、2段ステージ117を有した構成とされている。   On the other hand, as a method for reliably cooling the magnetic shield, a method of arranging the magnetic shield on the refrigeration stage can be considered. FIG. 7 shows an example in which this method is applied to the pulse tube refrigerator 100. The pulse tube refrigerator 100 shown in the figure is a so-called two-stage pulse tube refrigerator, and therefore, a first-stage pulse tube 112, a two-stage pulse tube 113, a first-stage regenerator tube 114, a first-stage stage 115, a two-stage stage. 116 and a two-stage stage 117.

このパルス管冷凍機100は、2段ステージ116のシリンダ118内にスペーサ116Aと磁性蓄冷材116Bを設けた構成とされている。また、磁性蓄冷材116Bを磁気的に外部に対して遮蔽する磁気シールド119は、2段ステージ117にはんだ付けされた構成とされている。この磁気シールド119は超伝導材料であるNbTiとCuを交互に積層した構造とされており、2段パルス管113及び2段ステージ116を囲繞しうる筒状形状とされている。   The pulse tube refrigerator 100 is configured such that a spacer 116A and a magnetic regenerator material 116B are provided in a cylinder 118 of a two-stage stage 116. The magnetic shield 119 that magnetically shields the magnetic regenerator material 116B from the outside is configured to be soldered to the two-stage stage 117. The magnetic shield 119 has a structure in which NbTi and Cu, which are superconductive materials, are alternately laminated, and has a cylindrical shape that can surround the two-stage pulse tube 113 and the two-stage stage 116.

この構成とされたパルス管冷凍機100は、磁気シールド119が極低温(例えば、4K)に冷却される2段ステージ117に配設されているため、磁気シールド119は還移温度以下まで冷却されている。このため、磁気シールド119は超伝導状態となり、よってパルス管冷凍機100が駆動して磁性蓄冷材116Bが移動し、これにより磁気ノイズが発生したとしても、磁気シールド119ではこの磁気ノイズを打ち消すように電流が流れ、よって磁場の乱れをキャンセルすることができる。
特開2006−038446号公報
In the pulse tube refrigerator 100 configured as described above, since the magnetic shield 119 is disposed on the two-stage stage 117 that is cooled to a very low temperature (for example, 4K), the magnetic shield 119 is cooled to the return temperature or lower. ing. For this reason, the magnetic shield 119 is in a superconducting state, so that even if the pulse refrigerating machine 100 is driven and the magnetic regenerator material 116B moves, and magnetic noise is generated by this, the magnetic shield 119 cancels this magnetic noise. A current flows through the magnetic field, so that the disturbance of the magnetic field can be canceled.
JP 2006-038446 A

前記したように、MRIやNMRに使用する場合、パルス管冷凍機100はヘリウム環境下で使用される。このヘリウムは、熱容量が比較的大きなものである(5193 J/(kg*K)。また、2段パルス管113及び2段ステージ116の各シリンダには熱勾配があり、2段ステージ117では4Kであるが、2段ステージ116の高温端側(1段ステージ115)では10K程度である。   As described above, when used for MRI and NMR, the pulse tube refrigerator 100 is used in a helium environment. This helium has a relatively large heat capacity (5193 J / (kg * K)), and each cylinder of the two-stage pulse tube 113 and the two-stage stage 116 has a thermal gradient, and the two-stage stage 117 has 4K. However, the temperature on the high temperature end side (first stage 115) of the second stage 116 is about 10K.

しかしながら、磁気シールド119は超伝導状態を維持するため、還移温度以下まで冷却されており、2段パルス管113及び2段ステージ116の各シリンダとの間に温度差が発生する。よって、上記のシリンダの温度勾配と、磁気シールド119の温度勾配の差により、ヘリウム雰囲気下では図7に矢印で示すヘリウム対流が発生し、これにより熱損失が発生してパルス管冷凍機100の冷凍能力の低下が生じてしまうという問題点があった。   However, in order to maintain the superconducting state, the magnetic shield 119 is cooled to the return temperature or lower, and a temperature difference is generated between each cylinder of the second-stage pulse tube 113 and the second-stage stage 116. Therefore, due to the difference between the temperature gradient of the cylinder and the temperature gradient of the magnetic shield 119, helium convection as shown by arrows in FIG. 7 occurs in the helium atmosphere, which causes heat loss and the pulse tube refrigerator 100. There was a problem that the refrigerating capacity would be reduced.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、磁性蓄冷材を使用してもこれによる外部磁場への影響を抑制しつつ、かつ、ヘリウム環境下等で使用しても冷凍能力の向上を図り得る極低温冷凍機を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and even if a magnetic regenerator material is used, the effect on the external magnetic field is suppressed, and even if it is used in a helium environment, the refrigerating capacity is improved. It aims at providing the cryogenic refrigerator which can aim at.

上記の課題を解決するために、本発明に係る極低温冷凍機では、磁性蓄冷材を蓄冷材収納部材内に配設した蓄冷器と、前記蓄冷材収納部材と前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記磁性蓄冷材で発生する磁気ノイズを遮蔽する磁気シールドと、前記磁気シールドと前記蓄冷材収納部材との間に配設され、前記磁気シールドとその全面で対向するよう配設された第1の断熱材と、前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記蓄冷器の低温端側に形成された接続部において前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材とを熱的に接続すると共に、該接続部以外の部位では前記磁気シールドと対向するよう配設された第2の断熱材とを有することを特徴とするものである。   In order to solve the above problems, in the cryogenic refrigerator according to the present invention, a regenerator in which a magnetic regenerator material is disposed in a regenerator material storage member, and between the regenerator material storage member and the magnetic regenerator material. A magnetic shield that shields magnetic noise generated by the magnetic regenerator material, and is disposed between the magnetic shield and the regenerator material storage member, and is disposed so as to face the magnetic shield across its entire surface. In addition, the magnetic shield and the magnetic regenerator material are thermally connected to each other at a connection portion that is disposed between the first heat insulating material, the magnetic shield and the magnetic regenerator material, and is formed on the low temperature end side of the regenerator. And a second heat insulating material disposed so as to face the magnetic shield at a portion other than the connecting portion.

また、上記の課題を解決するために、本発明に係る極低温冷凍機では、磁性蓄冷材をシリンダ内に配設した蓄冷器と、低温端が前記蓄冷器の低温端と接続されるパルス管と、該パルス管の高温端と接続される位相調節機構と、前記シリンダと前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記磁性蓄冷材で発生する磁気ノイズを遮蔽する磁気シールドと、前記磁気シールドと前記シリンダとの間に配設され、前記磁気シールドとその全面で対向するよう配設された第1の断熱材と、前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記蓄冷器の低温端側に形成された接続部において前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材とを熱的に接続すると共に、該接続部以外の部位では前記磁気シールドと対向するよう配設された第2の断熱材とを有することを特徴とするものである。   In order to solve the above problems, in the cryogenic refrigerator according to the present invention, a regenerator in which a magnetic regenerator material is disposed in a cylinder, and a pulse tube having a low-temperature end connected to a low-temperature end of the regenerator. A phase adjusting mechanism connected to the high temperature end of the pulse tube, a magnetic shield disposed between the cylinder and the magnetic regenerator material, and shielding magnetic noise generated by the magnetic regenerator material, and the magnetic Disposed between a shield and the cylinder, disposed between the magnetic shield and the magnetic regenerator, a first heat insulating material disposed so as to face the magnetic shield and the entire surface thereof, The magnetic shield and the magnetic regenerator material are thermally connected at a connection portion formed on the low temperature end side of the regenerator, and at a portion other than the connection portion, the second is arranged to face the magnetic shield. Having heat insulation It is an butterfly.

また、上記の課題を解決するために、本発明に係る極低温冷凍機では、磁性蓄冷材を筒状部の内部に配設したディスプレーサと、前記ディスプレーサをシリンダ内で往復移動させる移動機構と、前記ディスプレーサの筒状部と前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記磁性蓄冷材で発生する磁気ノイズを遮蔽する磁気シールドと、前記磁気シールドと前記ディスプレーサの筒状部との間に配設され、前記磁気シールドとその全面で対向するよう配設された第1の断熱材と、前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記蓄冷器の低温端側に形成された接続部において前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材とを熱的に接続すると共に、該接続部以外の部位では前記磁気シールドと対向するよう配設された第2の断熱材とを有することを特徴とするものである。   In order to solve the above problems, in the cryogenic refrigerator according to the present invention, a displacer in which a magnetic regenerator material is disposed inside a cylindrical portion, a moving mechanism for reciprocating the displacer in the cylinder, A magnetic shield disposed between the cylindrical portion of the displacer and the magnetic regenerator material for shielding magnetic noise generated by the magnetic regenerator material, and disposed between the magnetic shield and the cylindrical portion of the displacer. Provided between the magnetic shield and the magnetic regenerator, and formed on the low temperature end side of the regenerator. And thermally connecting the magnetic shield and the magnetic regenerator material at the connecting portion, and having a second heat insulating material disposed to face the magnetic shield at a portion other than the connecting portion. It is an butterfly.

また、上記発明に係る極低温冷凍機は超伝導装置、クライオポンプ装置、極低温計測分析装置、核磁気共鳴装置に適用することができる。   Further, the cryogenic refrigerator according to the invention can be applied to a superconducting device, a cryopump device, a cryogenic measurement analyzer, and a nuclear magnetic resonance apparatus.

本発明によれば、シリンダと磁性蓄冷材との間に磁気シールドを配設したことにより、蓄冷器と磁気シールドとの間に対流が発生することはなく、熱損失を低減することができる。また、磁気シールドが磁性蓄冷材と近接した構成となるため、磁性蓄冷材で発生する磁気ノイズの低減を有効に図ることができる。   According to the present invention, since the magnetic shield is disposed between the cylinder and the magnetic regenerator material, convection does not occur between the regenerator and the magnetic shield, and heat loss can be reduced. In addition, since the magnetic shield has a configuration close to the magnetic regenerator material, it is possible to effectively reduce magnetic noise generated in the magnetic regenerator material.

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。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1実施例である冷凍機を示している。本実施例では、冷凍機としてパルス冷凍機1Aを例に挙げている。このパルス冷凍機1Aは、MRIやNMRに使用される2段式4Kパルス管冷凍機であり、ヘリウム環境下で使用されるものである。   FIG. 1 shows a refrigerator according to a first embodiment of the present invention. In this embodiment, a pulse refrigerator 1A is taken as an example of a refrigerator. This pulse refrigerator 1A is a two-stage 4K pulse tube refrigerator used for MRI and NMR, and is used in a helium environment.

パルス冷凍機1Aは、シリンダ部Aと、このシリンダ部Aに直結されたハウジングBとを備えた構成とされている。このパルス冷凍機1Aには、圧縮機3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、また低圧排気されるようになっている。   The pulse refrigerator 1A includes a cylinder part A and a housing B directly connected to the cylinder part A. The pulse refrigerator 1A is supplied with a working gas such as helium by a compressor 3 at a high pressure and exhausted at a low pressure by a compressor 3.

上記シリンダ部Aは、大略すると1段パルス管12、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、その高温端部が室温フランジ11に接続されると共に、低温端部が1段ステージ15に接続されている。2段パルス管13は、その高温端部が室温フランジ11に接続されると共に、低温端部が2段ステージ17に接続されている。   The cylinder part A is roughly composed of a first stage pulse tube 12, a second stage pulse tube 13, a first stage regenerator 14, a first stage 15, a second stage regenerator 16, a second stage 17 and the like. The first stage pulse tube 12 has a high temperature end connected to the room temperature flange 11 and a low temperature end connected to the first stage 15. The two-stage pulse tube 13 has a high-temperature end connected to the room temperature flange 11 and a low-temperature end connected to the two-stage stage 17.

1段蓄冷器14は、その高温端部が室温フランジ11に接続されると共に、低温端部が1段ステージ15に接続されている。この1段蓄冷器14の内部には、図示しないスペーサ及び蓄冷材が配設されている。   The first stage regenerator 14 has a high temperature end connected to the room temperature flange 11 and a low temperature end connected to the first stage 15. A spacer and a regenerator material (not shown) are disposed inside the first-stage regenerator 14.

また、2段蓄冷器16は、その高温端部が1段ステージ15に接続されると共に、低温端部が2段ステージ17に接続されている。この2段蓄冷器16を構成するシリンダ18の内部には、上部にスペーサ16Aが、また下部に磁性蓄冷材16Bが充填されている。   The two-stage regenerator 16 has a high temperature end connected to the first stage 15 and a low temperature end connected to the second stage 17. The cylinder 18 constituting the two-stage regenerator 16 is filled with a spacer 16A at the top and a magnetic regenerator 16B at the bottom.

更に、1段ステージ15の内部には、1段パルス管12と1段蓄冷器14とを接続するする配管、及び1段蓄冷器14と2段蓄冷器16とを接続する配管(いずれも図示せず)が形成されている。よって作動ガスは、1段パルス管12と1段蓄冷器14との間、及び1段蓄冷器14と2段蓄冷器16との間で移動できる構成とされている。また、2段ステージ17には、2段パルス管13と2段蓄冷器16とを接続する配管(図示せず)が形成されている。よって作動ガスは、2段パルス管13と2段蓄冷器16との間においても移動できる構成とされている。   Further, inside the first stage 15, a pipe connecting the first stage pulse tube 12 and the first stage regenerator 14, and a pipe connecting the first stage regenerator 14 and the second stage regenerator 16 (both are shown in the figure). (Not shown) is formed. Therefore, the working gas is configured to be movable between the first stage pulse tube 12 and the first stage regenerator 14 and between the first stage regenerator 14 and the second stage regenerator 16. In addition, a pipe (not shown) for connecting the two-stage pulse tube 13 and the two-stage regenerator 16 is formed in the second stage 17. Therefore, the working gas is configured to be able to move between the two-stage pulse tube 13 and the two-stage regenerator 16.

尚、1段パルス管12の高温端と低温端にはそれぞれ整流材12Aと12Bが連結され、2段パルス管13の高温端と低温端にも同様に整流材13A、13Bが連結されている。   The rectifying materials 12A and 12B are connected to the high-temperature end and the low-temperature end of the first-stage pulse tube 12, respectively, and the rectifying materials 13A and 13B are similarly connected to the high-temperature end and the low-temperature end of the two-stage pulse tube 13, respectively. .

一方、ハウジングBは、内部にガス配管26、1段リザーバ22、2段リザーバ23、切り替えバルブ24A,25B、及び4個のオリフィス25等を設けた構成とされている。   On the other hand, the housing B is configured such that a gas pipe 26, a first-stage reservoir 22, a second-stage reservoir 23, switching valves 24A and 25B, four orifices 25, and the like are provided therein.

切り替えバルブ24A,25Bの一端は、ガス配管26圧縮機3と接続されている。この切り替えバルブ24A,25Bの他端は、1段パルス管12、2段パルス管13、及び1段蓄冷器14に接続されている。また1段パルス管12はガス配管26により1段リザーバ22に接続されており、2段パルス管13はガス配管26を介して2段リザーバ23に接続されている。   One ends of the switching valves 24A and 25B are connected to the gas pipe 26 compressor 3. The other ends of the switching valves 24A and 25B are connected to the first-stage pulse tube 12, the second-stage pulse tube 13, and the first-stage regenerator 14. The first-stage pulse tube 12 is connected to the first-stage reservoir 22 by a gas pipe 26, and the second-stage pulse tube 13 is connected to the second-stage reservoir 23 through the gas pipe 26.

更に、ガス配管26において、1段パルス管12と1段リザーバ22とを接続する位置、2段パルス管13と2段リザーバ23とを接続する位置、各バルブ24A,24Bと1段パルス管12とを接続する位置、及び各バルブ24A,24Bと2段パルス管13とを接続する位置には、オリフィス25がそれぞれ配設されている。この各バルブ24A,24B及びオリフィス25は、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する位相調整機構を構成し、各低温端に適切に寒冷を発生させる機能を奏する。これにより、2段ステージ17は4K程度まで冷却が行われる。   Further, in the gas pipe 26, the position where the first stage pulse tube 12 and the first stage reservoir 22 are connected, the position where the second stage pulse tube 13 and the second stage reservoir 23 are connected, the valves 24 A and 24 B and the first stage pulse tube 12. The orifices 25 are respectively arranged at positions where the two valves 24A and 24B are connected to the two-stage pulse tube 13. Each of the valves 24A and 24B and the orifice 25 constitute a phase adjustment mechanism that adjusts the phase difference between the fluctuating pressure of the working gas that changes periodically and the volume flow rate, and has a function of appropriately generating cold at each low temperature end. Play. Thereby, the second stage 17 is cooled to about 4K.

しかしながら、パルス冷凍機1Aでは、作動ガスの導入・吸引によって2段蓄冷器16内の圧力が低圧と高圧との間で脈動して2段蓄冷器16が軸方向に数十μの範囲延び縮みし、これに起因して磁性蓄冷材16Bも移動してMRIやNMRが生成する磁場を乱してしまうことは前述した通りである。   However, in the pulse refrigerator 1A, the pressure in the two-stage regenerator 16 pulsates between a low pressure and a high pressure due to introduction / suction of the working gas, and the two-stage regenerator 16 extends and contracts in the axial direction within a range of several tens of microns. However, as described above, the magnetic regenerator material 16B also moves and disturbs the magnetic field generated by MRI or NMR due to this.

本実施例では、この2段蓄冷器16に充填した磁性蓄冷材16Bに起因した磁気ノイズの影響を防止するため、2段蓄冷器16内に磁気シールド19を設けたことを特徴とする。以下、磁気シールド19の詳細について、図2を用いて説明する。尚、図2は図1における矢印X1で示した領域を拡大して示す図である。   The present embodiment is characterized in that a magnetic shield 19 is provided in the two-stage regenerator 16 in order to prevent the influence of magnetic noise caused by the magnetic regenerator material 16B filled in the two-stage regenerator 16. Hereinafter, the details of the magnetic shield 19 will be described with reference to FIG. 2 is an enlarged view of the area indicated by the arrow X1 in FIG.

磁気シールド19は円筒形状を有しており、磁性蓄冷材16Bの配設位置を完全に囲繞するよう設けられている。また磁気シールド19は、超伝導材料であるNbTiとNbとCuとの多層構造を有した構成とされている。この磁気シールド19は、蓄冷材収納部材となるシリンダ18と、磁性蓄冷材16Bとの間に配設されている。   The magnetic shield 19 has a cylindrical shape and is provided so as to completely surround the position where the magnetic regenerator material 16B is disposed. The magnetic shield 19 has a multilayer structure of NbTi, Nb, and Cu, which are superconducting materials. The magnetic shield 19 is disposed between the cylinder 18 serving as a cold storage material storage member and the magnetic cold storage material 16B.

また、磁気シールド19が配設されるシリンダ18内にも温度勾配が存在し、低温側は4K程度、高温側は10K程度となる。磁気シールド19で磁性蓄冷材16Bで発生する磁気ノイズを遮蔽するには、磁気シールド19を還移温度以下まで冷却し、超伝導状態とする必要がある。よって、磁気シールド19に上記した熱勾配による侵入熱を防止するため、磁気シールド19の外面及び内面には第1及び第2の断熱材20,21が設けられている。この第1及び第2の断熱材20,21の材質は、例えばテフロン(登録商標)を用いることができる。   There is also a temperature gradient in the cylinder 18 in which the magnetic shield 19 is disposed, and the temperature is about 4K on the low temperature side and about 10K on the high temperature side. In order to shield the magnetic noise generated in the magnetic regenerator material 16B by the magnetic shield 19, it is necessary to cool the magnetic shield 19 to a temperature lower than the return temperature and to be in a superconducting state. Therefore, the first and second heat insulating materials 20 and 21 are provided on the outer surface and the inner surface of the magnetic shield 19 in order to prevent intrusion heat due to the above-described thermal gradient to the magnetic shield 19. For example, Teflon (registered trademark) can be used as the material of the first and second heat insulating materials 20 and 21.

第1の断熱材20は、シリンダ18と磁気シールド19との間において、磁気シールド19の全面と対向するよう配設されている。また、第2の断熱材21は、磁性蓄冷材16Bと磁気シールド19との間において、熱的接続部21Aを除き、磁気シールド19と対向するよう配設されている。   The first heat insulating material 20 is disposed between the cylinder 18 and the magnetic shield 19 so as to face the entire surface of the magnetic shield 19. The second heat insulating material 21 is disposed between the magnetic regenerator material 16B and the magnetic shield 19 so as to face the magnetic shield 19 except for the thermal connection portion 21A.

熱的接続部21Aは、第2の断熱材21の低温端側に形成された開口部である。よって、この熱的接続部21Aの形成部においては、磁気シールド19は磁性蓄冷材16Bと直接接触した構成とされている。従って、磁性蓄冷材16Bの低温端側は、熱的接続部21Aを介して磁気シールド19に熱的に接続された構成となっている。   The thermal connection portion 21 </ b> A is an opening formed on the low temperature end side of the second heat insulating material 21. Therefore, in the formation part of this thermal connection part 21A, the magnetic shield 19 is configured to be in direct contact with the magnetic regenerator material 16B. Therefore, the low temperature end side of the magnetic regenerator material 16B is configured to be thermally connected to the magnetic shield 19 via the thermal connection portion 21A.

これにより、磁性蓄冷材16Bの低温端側の寒冷(4K程度)により、熱的接続部21Aを介して磁気シールド19の低温端側は冷却され、磁気シールド19は還移温度以下まで冷却される。また、磁気シールド19は、熱的接続部21Aの形成位置を除き、第1及び第2の断熱材20,21に囲繞され外部からの熱の侵入が防止されている。   Thus, the cold end side of the magnetic regenerator material 16B (about 4K) cools the low temperature end side of the magnetic shield 19 via the thermal connection portion 21A, and the magnetic shield 19 is cooled to the return temperature or lower. . Further, the magnetic shield 19 is surrounded by the first and second heat insulating materials 20 and 21 except for the position where the thermal connection portion 21A is formed, so that intrusion of heat from the outside is prevented.

このため、上記のように2段蓄冷器16(磁性蓄冷材16B)に熱勾配が存在しても、磁気シールド19は還移温度以下の状態を維持し超伝導状態を維持する。よって、パルス冷凍機1Aが駆動して磁性蓄冷材16Bが移動し、これにより磁気ノイズが発生したとしても、磁気シールド19ではこの磁気ノイズを打ち消すように電流が流れ磁場の乱れをキャンセルすることができる。従って、本実施例に係るパルス冷凍機1AをMRI,NMRの冷却に用いても、MRI,NMRの磁場を乱すことはなく、診断画像等の生成に悪影響を与えることを確実に防止することができる。   For this reason, even if there is a thermal gradient in the two-stage regenerator 16 (magnetic regenerator material 16B) as described above, the magnetic shield 19 maintains the state below the return temperature and maintains the superconducting state. Therefore, even if the magnetic regenerator material 16B is moved by driving the pulse refrigerator 1A and magnetic noise is generated by this, the magnetic shield 19 can flow the current so as to cancel the magnetic noise and cancel the disturbance of the magnetic field. it can. Therefore, even when the pulse refrigerator 1A according to the present embodiment is used for cooling MRI and NMR, the magnetic field of MRI and NMR is not disturbed, and it is possible to reliably prevent the generation of diagnostic images and the like. it can.

一方、本実施例では磁気シールド19がシリンダ18の内部に配設された構成であるため、パルス冷凍機1AをMRI,NMRに適用することによりヘリウム環境下に配設しても、従来のパルス管冷凍機100(図7参照)と異なり、シリンダ18と磁気シールド19との間にヘリウムガスが存在するようなことはない。よって、ヘリウム環境下でパルス冷凍機1Aを駆動しても、ヘリウム対流による熱損失は発生することはなく、パルス冷凍機1Aの冷凍能力が低下することを防止することができる。このように、本実施例に係るパルス冷凍機1Aは、磁性蓄冷材16Bで発生する磁気ノイズを磁気シールド19で確実に遮蔽できると共に、ヘリウム環境下で使用しても高い冷却能力を維持することが可能となる。   On the other hand, in this embodiment, since the magnetic shield 19 is arranged inside the cylinder 18, even if the pulse refrigerator 1A is applied to MRI and NMR and is arranged in a helium environment, the conventional pulse is used. Unlike the tube refrigerator 100 (see FIG. 7), there is no helium gas between the cylinder 18 and the magnetic shield 19. Therefore, even if the pulse refrigerator 1A is driven in a helium environment, heat loss due to helium convection does not occur, and the refrigerating capacity of the pulse refrigerator 1A can be prevented from being lowered. Thus, the pulse refrigerator 1A according to the present embodiment can reliably shield the magnetic noise generated by the magnetic regenerator material 16B with the magnetic shield 19 and maintain a high cooling capacity even when used in a helium environment. Is possible.

次に、本発明の第2実施例に係る冷凍機について説明する。   Next, a refrigerator according to a second embodiment of the present invention will be described.

本実施例においても、冷凍機としてパルス冷凍機を例に挙げている。図3及び図4は、第2実施例に係るパルス冷凍機1Bを示している。尚、図3及び図4において、図1及び図2に示した構成と対応する構成については同一符号を付して、その説明を省略する。また図3では、図1に示したハウジングBの図示を省略している。   Also in this embodiment, a pulse refrigerator is taken as an example of a refrigerator. 3 and 4 show a pulse refrigerator 1B according to the second embodiment. 3 and 4, the same reference numerals are given to the components corresponding to those shown in FIGS. 1 and 2, and the description thereof is omitted. In FIG. 3, the illustration of the housing B shown in FIG. 1 is omitted.

前記した第1実施例では、スペーサ16A及び磁性蓄冷材16Bを1段ステージ15と2段ステージ17との間に固定的に配設されたシリンダ18の内部に配設した構成を示した。これに対して本実施例に係るパルス冷凍機1Bは、蓄冷材収納部材となる蓄冷器カートリッジ27にスペーサ16A及び磁性蓄冷材16Bを収納したことを特徴とするものである。   In the first embodiment described above, the configuration is shown in which the spacer 16A and the magnetic regenerator material 16B are disposed inside the cylinder 18 that is fixedly disposed between the first stage 15 and the second stage 17. On the other hand, the pulse refrigerator 1B according to the present embodiment is characterized in that the spacer 16A and the magnetic regenerator material 16B are accommodated in the regenerator cartridge 27 serving as a regenerator material storage member.

このように、第1実施例の固定式の2段蓄冷器16に代えて蓄冷器カートリッジ27を用いることにより、メンテナンス時には使用済みの蓄冷器カートリッジ27を新しい蓄冷器カートリッジ27に交換するのみでスペーサ16A及び磁性蓄冷材16Bの交換処理を行うことができ、メンテナンスの容易化を図ることができる。   In this way, by using the regenerator cartridge 27 instead of the fixed two-stage regenerator 16 of the first embodiment, it is possible to simply replace the used regenerator cartridge 27 with a new regenerator cartridge 27 at the time of maintenance. The replacement process of 16A and the magnetic regenerator material 16B can be performed, and the maintenance can be facilitated.

図4は、図3における矢印X2で示した領域を拡大して示す図である。磁気シールド19は蓄冷材収納部材となる蓄冷器カートリッジ27の外筒28と、磁性蓄冷材16Bとの間に配設されている。また、第1の断熱材20は外筒28と磁気シールド19との間において、磁気シールド19の全面と対向するよう配設されている。また、第2の断熱材21は、磁性蓄冷材16Bと磁気シールド19との間において、熱的接続部21Aを除き磁気シールド19と対向するよう配設されている。   FIG. 4 is an enlarged view showing a region indicated by an arrow X2 in FIG. The magnetic shield 19 is disposed between the outer cylinder 28 of the regenerator cartridge 27 serving as a regenerator material storage member and the magnetic regenerator material 16B. Further, the first heat insulating material 20 is disposed between the outer cylinder 28 and the magnetic shield 19 so as to face the entire surface of the magnetic shield 19. Further, the second heat insulating material 21 is arranged between the magnetic regenerator material 16B and the magnetic shield 19 so as to face the magnetic shield 19 except for the thermal connection portion 21A.

よって、本実施例に係るパルス冷凍機1Bにおいても、2段蓄冷器16(磁性蓄冷材16B)に熱勾配が存在しても、磁気シールド19は還移温度以下の状態を維持し超伝導状態を維持する。これにより、パルス冷凍機1Bが駆動して磁性蓄冷材16Bが移動し、これにより磁気ノイズが発生したとしても、磁気シールド19ではこの磁気ノイズを打ち消すように電流が流れ磁場の乱れをキャンセルすることができる。よって、本実施例に係るパルス冷凍機1BをMRI,NMRに適用しても、診断画像等の生成に悪影響を与えることを防止できる。   Therefore, even in the pulse refrigerator 1B according to the present embodiment, even if there is a thermal gradient in the two-stage regenerator 16 (magnetic regenerator material 16B), the magnetic shield 19 maintains a state below the return temperature and is in a superconducting state. To maintain. Thus, even if the magnetic regenerator material 16B is moved by driving the pulse refrigerator 1B and magnetic noise is generated by this, current flows in the magnetic shield 19 so as to cancel the magnetic noise and cancel the disturbance of the magnetic field. Can do. Therefore, even if the pulse refrigerator 1B according to the present embodiment is applied to MRI and NMR, it is possible to prevent the generation of diagnostic images and the like from being adversely affected.

次に、本発明の第3実施例について説明する。   Next, a third embodiment of the present invention will be described.

本実施例は、冷凍機としてギフォードマクマホン型冷凍機(GM冷凍機)を例に挙げている。図5及び図6は、第3実施例であるGM冷凍機30を示している。尚、図5及び図6においても、図1及び図2に示した構成と対応する構成については同一符号を付して、その説明を省略するものとする。   In this embodiment, a Gifford McMahon refrigerator (GM refrigerator) is used as an example of a refrigerator. 5 and 6 show a GM refrigerator 30 according to the third embodiment. 5 and 6, the same reference numerals are given to the components corresponding to those shown in FIGS. 1 and 2, and the description thereof is omitted.

本実施例に係るGM冷凍機30もMRIやNMRに適用され、またヘリウム環境下で使用されるものである。このGM冷凍機30は、大略すると1段シリンダ32、2段シリンダ34、1段ディスプレーサ36、2段ディスプレーサ38、1段蓄冷材40、及び2段蓄冷材42等により構成されている。   The GM refrigerator 30 according to the present embodiment is also applied to MRI and NMR, and is used in a helium environment. The GM refrigerator 30 generally includes a first stage cylinder 32, a second stage cylinder 34, a first stage displacer 36, a second stage displacer 38, a first stage regenerator 40, a second stage regenerator 42, and the like.

1段シリンダ32は、内部に1段ディスプレーサ36が図中上下方向に往復移動可能に配設されている。また、1段ディスプレーサ36の内部には、蓄冷材40が配設されている。2段シリンダ34は、内部に2段ディスプレーサ38が図中上下方向に往復移動可能に配設されている。また、2段シリンダ34の内部には、磁性蓄冷材42が配設されている。更に、2段シリンダ34の内部には、磁気シールド19が配設されている。   A first stage displacer 36 is disposed inside the first stage cylinder 32 so as to be capable of reciprocating in the vertical direction in the figure. In addition, a regenerator material 40 is disposed inside the first stage displacer 36. A two-stage displacer 38 is disposed inside the two-stage cylinder 34 so as to be reciprocally movable in the vertical direction in the figure. A magnetic regenerator material 42 is disposed inside the two-stage cylinder 34. Further, a magnetic shield 19 is disposed inside the two-stage cylinder 34.

また、1段ディスプレーサ36は、スコッチヨーク機構46に接続されている。このスコッチヨーク機構46は、駆動モータ44により駆動される。駆動モータ44の回転は、スコッチヨーク機構46により直線往復運動に変換され、これにより1段ディスプレーサ36は1段シリンダ32内で往復移動する。また、1段ディスプレーサ36と2段ディスプレーサ38は連結されているため、1段ディスプレーサ36が往復移動することにより、2段ディスプレーサ38も2段シリンダ34内で往復移動する。   The first stage displacer 36 is connected to a scotch yoke mechanism 46. The scotch yoke mechanism 46 is driven by a drive motor 44. The rotation of the drive motor 44 is converted into a linear reciprocating motion by the Scotch yoke mechanism 46, whereby the first stage displacer 36 reciprocates in the first stage cylinder 32. Further, since the first stage displacer 36 and the second stage displacer 38 are connected, the first stage displacer 36 reciprocates, so that the second stage displacer 38 also reciprocates within the second stage cylinder 34.

1段シリンダ32は、吸排気切り替え弁52(吸気バルブV1と排気バルブV2を有する)を介して圧縮機50と接続されている。吸排気切り替え弁52の開閉は、スコッチヨーク機構46による各ディスプレーサ36,38の移動と同期しており、よって所定のタイミングで1段シリンダ32の冷却端側に形成された1段膨張室55及び2段シリンダ34の冷却端側に形成された2段膨張室56には断熱膨張により寒冷が発生する。これにより、1段冷却ステージ33は10〜30K程度に、また2段冷却ステージ35は4K程度に冷却される。   The first-stage cylinder 32 is connected to the compressor 50 via an intake / exhaust switching valve 52 (having an intake valve V1 and an exhaust valve V2). The opening / closing of the intake / exhaust switching valve 52 is synchronized with the movement of the displacers 36, 38 by the Scotch yoke mechanism 46, and accordingly, the first stage expansion chamber 55 formed on the cooling end side of the first stage cylinder 32 at a predetermined timing and Cold is generated in the two-stage expansion chamber 56 formed on the cooling end side of the two-stage cylinder 34 by adiabatic expansion. Thereby, the first stage cooling stage 33 is cooled to about 10 to 30K, and the second stage cooling stage 35 is cooled to about 4K.

次に、図6を参照し、本実施例で用いている磁気シールド19について説明する。図6は、図5における矢印X3で示した領域を拡大して示す図である。   Next, the magnetic shield 19 used in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is an enlarged view showing a region indicated by an arrow X3 in FIG.

磁気シールド19は蓄冷材収納部材となる2段ディスプレーサ38の筒状部38aと、磁性蓄冷材42との間に配設されている。また、第1の断熱材20は筒状部38aと磁気シールド19との間において、磁気シールド19の全面と対向するよう配設されている。また、第2の断熱材21は、磁性蓄冷材42と磁気シールド19との間において、熱的接続部21Aを除き磁気シールド19と対向するよう配設されている。   The magnetic shield 19 is disposed between the cylindrical portion 38 a of the two-stage displacer 38 serving as a cold storage material storage member and the magnetic cold storage material 42. The first heat insulating material 20 is disposed between the tubular portion 38 a and the magnetic shield 19 so as to face the entire surface of the magnetic shield 19. The second heat insulating material 21 is disposed between the magnetic regenerator material 42 and the magnetic shield 19 so as to face the magnetic shield 19 except for the thermal connection portion 21A.

よって、本実施例に係るGM冷凍機30においても、2段ディスプレーサ38(磁性蓄冷材42)に熱勾配が存在しても、磁気シールド19は還移温度以下の状態を維持し超伝導状態を維持する。これにより、GM冷凍機30が駆動して2段ディスプレーサ38が2段シリンダ34内で移動し、これにより磁気ノイズが発生したとしても、磁気シールド19ではこの磁気ノイズを打ち消すように電流が流れ磁場の乱れをキャンセルすることができる。よって、GM冷凍機30をMRI,NMRに適用しても、診断画像等の生成に悪影響を与えることを防止できる。
本発明は、二段式又は多段式パルス冷凍機を使った、各種超電導装置、各種超電導磁石装置、各種センサ冷却システム、極低温計測分析装置、液化装置、液化ガス、再凝縮装置、クライオポンプ、理化学機器等に適用可能である。
Therefore, even in the GM refrigerator 30 according to the present embodiment, even if there is a thermal gradient in the two-stage displacer 38 (magnetic regenerator material 42), the magnetic shield 19 maintains a state below the return temperature and maintains a superconducting state. maintain. As a result, even if the GM refrigerator 30 is driven and the two-stage displacer 38 moves in the two-stage cylinder 34 and magnetic noise is thereby generated, a current flows in the magnetic shield 19 so as to cancel the magnetic noise. Disturbance can be canceled. Therefore, even if the GM refrigerator 30 is applied to MRI and NMR, it is possible to prevent the generation of diagnostic images and the like from being adversely affected.
The present invention uses various two-stage or multi-stage pulse refrigerators, various superconducting devices, various superconducting magnet devices, various sensor cooling systems, cryogenic measurement analyzer, liquefier, liquefied gas, recondenser, cryopump, Applicable to physics and chemistry equipment.

図1は、本発明の第1実施例である冷凍機を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining a refrigerator according to a first embodiment of the present invention. 図2は、図1における磁気シールド近傍を拡大して示す図である。FIG. 2 is an enlarged view showing the vicinity of the magnetic shield in FIG. 図3は、本発明の第2実施例である冷凍機を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a refrigerator that is a second embodiment of the present invention. 図4は、図3における磁気シールド近傍を拡大して示す図である。FIG. 4 is an enlarged view showing the vicinity of the magnetic shield in FIG. 図5は、本発明の第3実施例である冷凍機を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a refrigerator according to a third embodiment of the present invention. 図6は、図5における磁気シールド近傍を拡大して示す図である。FIG. 6 is an enlarged view showing the vicinity of the magnetic shield in FIG. 図7は、従来の一例である冷凍機を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a refrigerator as an example of the prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1A,1B パルス冷凍機
11 室温フランジ
12 1段パルス管
12A 1段高温端整流材
12B 1段低温端整流材
13 2段パルス管
13A 2段高温端整流材
13B 2段低温端整流材
14 1段蓄冷器
15 1段ステージ
16 2段蓄冷器
16A スペーサ
16B 蓄冷材
17 2段ステージ
18 シリンダ
19 磁気シールド
20 第1の断熱材
21 第2の断熱材
21A 熱的接続部
22 1段リザーバ
23 2段リザーバ
27 蓄冷器カートリッジ
28 外筒
30 GM冷凍機
32 1段シリンダ
33 熱負荷フランジ
34 2段シリンダ
36 1段ディスプレーサ
38 2段ディスプレーサ
38a 筒状部
40 1段蓄冷材
42 2段蓄冷材
A シリンダ部
B ハウジング
1A, 1B Pulse refrigerator 11 Room temperature flange 12 First stage pulse tube 12A First stage high temperature end rectifier 12B First stage low temperature end rectifier 13 Second stage pulse tube 13A Two stage high temperature end rectifier 13B Two stage low temperature end rectifier 14 First stage Regenerator 15 1st stage 16 2nd regenerator 16A Spacer 16B Regenerative material 17 2nd stage 18 Cylinder 19 Magnetic shield 20 1st heat insulating material 21 2nd heat insulating material 21A Thermal connection part 22 1st stage reservoir 23 2nd stage reservoir 27 Regenerator cartridge 28 Outer cylinder 30 GM refrigerator 32 First stage cylinder 33 Thermal load flange 34 Second stage cylinder 36 First stage displacer 38 Two stage displacer 38a Cylindrical part 40 First stage regenerator 42 Two stage regenerator A Cylinder part B Housing

Claims (7)

磁性蓄冷材を蓄冷材収納部材内に配設した蓄冷器と、
前記蓄冷材収納部材と前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記磁性蓄冷材で発生する磁気ノイズを遮蔽する磁気シールドと、
前記磁気シールドと前記蓄冷材収納部材との間に配設され、前記磁気シールドとその全面で対向するよう配設された第1の断熱材と、
前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記蓄冷器の低温端側に形成された接続部において前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材とを熱的に接続すると共に、該接続部以外の部位では前記磁気シールドと対向するよう配設された第2の断熱材とを有することを特徴とする極低温冷凍機。
A regenerator in which a magnetic regenerator material is disposed in a regenerator storage member;
A magnetic shield disposed between the regenerator material storage member and the magnetic regenerator material to shield magnetic noise generated by the magnetic regenerator material;
A first heat insulating material disposed between the magnetic shield and the regenerator material storage member, and disposed so as to face the magnetic shield across its entire surface;
Thermally connecting the magnetic shield and the magnetic regenerator material at a connection portion disposed between the magnetic shield and the magnetic regenerator material and formed on the low temperature end side of the regenerator, and the connection portion A cryogenic refrigerator having a second heat insulating material disposed to face the magnetic shield at a portion other than the above.
磁性蓄冷材をシリンダ内に配設した蓄冷器と、
低温端が前記蓄冷器の低温端と接続されるパルス管と、
該パルス管の高温端と接続される位相調節機構と、
前記シリンダと前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記磁性蓄冷材で発生する磁気ノイズを遮蔽する磁気シールドと、
前記磁気シールドと前記シリンダとの間に配設され、前記磁気シールドとその全面で対向するよう配設された第1の断熱材と、
前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記蓄冷器の低温端側に形成された接続部において前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材とを熱的に接続すると共に、該接続部以外の部位では前記磁気シールドと対向するよう配設された第2の断熱材とを有することを特徴とする極低温冷凍機。
A regenerator in which a magnetic regenerator material is disposed in a cylinder;
A pulse tube whose cold end is connected to the cold end of the regenerator;
A phase adjusting mechanism connected to the high temperature end of the pulse tube;
A magnetic shield disposed between the cylinder and the magnetic regenerator material to shield magnetic noise generated by the magnetic regenerator material;
A first heat insulating material disposed between the magnetic shield and the cylinder, and disposed so as to face the magnetic shield across its entire surface;
Thermally connecting the magnetic shield and the magnetic regenerator material at a connection portion disposed between the magnetic shield and the magnetic regenerator material and formed on the low temperature end side of the regenerator, and the connection portion A cryogenic refrigerator having a second heat insulating material disposed to face the magnetic shield at a portion other than the above.
磁性蓄冷材を筒状部の内部に配設したディスプレーサと、
前記ディスプレーサをシリンダ内で往復移動させる移動機構と、
前記ディスプレーサの筒状部と前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記磁性蓄冷材で発生する磁気ノイズを遮蔽する磁気シールドと、
前記磁気シールドと前記ディスプレーサの筒状部との間に配設され、前記磁気シールドとその全面で対向するよう配設された第1の断熱材と、
前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記蓄冷器の低温端側に形成された接続部において前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材とを熱的に接続すると共に、該接続部以外の部位では前記磁気シールドと対向するよう配設された第2の断熱材とを有することを特徴とする極低温冷凍機。
A displacer in which the magnetic regenerator material is disposed inside the cylindrical portion;
A moving mechanism for reciprocating the displacer in a cylinder;
A magnetic shield that is disposed between the cylindrical portion of the displacer and the magnetic regenerator material and shields magnetic noise generated by the magnetic regenerator material;
A first heat insulating material disposed between the magnetic shield and the cylindrical portion of the displacer, and disposed so as to face the magnetic shield over its entire surface;
Thermally connecting the magnetic shield and the magnetic regenerator material at a connection portion disposed between the magnetic shield and the magnetic regenerator material and formed on the low temperature end side of the regenerator, and the connection portion A cryogenic refrigerator having a second heat insulating material disposed to face the magnetic shield at a portion other than the above.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の極低温冷凍機を備えたことを特徴とする超伝導装置。   A superconducting device comprising the cryogenic refrigerator according to any one of claims 1 to 3. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の極低温冷凍機を備えたことを特徴とするクライオポンプ装置。   A cryopump device comprising the cryogenic refrigerator according to any one of claims 1 to 3. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の極低温冷凍機を備えたことを特徴とする極低温計測分析装置。   A cryogenic measurement / analysis apparatus comprising the cryogenic refrigerator according to any one of claims 1 to 3. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の極低温冷凍機を備えたことを特徴とする核磁気共鳴装置。   A nuclear magnetic resonance apparatus comprising the cryogenic refrigerator according to any one of claims 1 to 3.
JP2007065530A 2007-03-14 2007-03-14 Cryogenic refrigerator Active JP4472715B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007065530A JP4472715B2 (en) 2007-03-14 2007-03-14 Cryogenic refrigerator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007065530A JP4472715B2 (en) 2007-03-14 2007-03-14 Cryogenic refrigerator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008224161A JP2008224161A (en) 2008-09-25
JP4472715B2 true JP4472715B2 (en) 2010-06-02

Family

ID=39842994

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007065530A Active JP4472715B2 (en) 2007-03-14 2007-03-14 Cryogenic refrigerator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4472715B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10731914B2 (en) 2017-07-07 2020-08-04 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Cryocooler and magnetic shield structure of cryocooler

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011094835A (en) * 2009-10-27 2011-05-12 Sumitomo Heavy Ind Ltd Pulse tube refrigerator
US9423160B2 (en) 2012-04-04 2016-08-23 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Regenerative refrigerator
JP5889743B2 (en) 2012-07-20 2016-03-22 住友重機械工業株式会社 Regenerative refrigerator
JP6109057B2 (en) 2013-12-16 2017-04-05 住友重機械工業株式会社 Regenerator type refrigerator
JP2015143596A (en) 2014-01-31 2015-08-06 住友重機械工業株式会社 Regenerator and regenerator type refrigeration machine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10731914B2 (en) 2017-07-07 2020-08-04 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Cryocooler and magnetic shield structure of cryocooler

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008224161A (en) 2008-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4617251B2 (en) Coaxial multistage pulse tube for helium recondensation.
JP4472715B2 (en) Cryogenic refrigerator
US10731914B2 (en) Cryocooler and magnetic shield structure of cryocooler
JP4031121B2 (en) Cryostat equipment
US20080173026A1 (en) Regenerative cryocooler, cylinder used for the regenerative cryocooler, cryopump, recondensing apparatus, superconducting magnet apparatus, and semiconductor detecting apparatus
CN110858509B (en) Superconducting magnet cooling device and superconducting magnet cooling method
JP2009293909A (en) Cooling storage expander, pulse tube refrigerating machine, magnetic resonance imaging device, nuclear magnetic resonator, superconductive quantum interference device fluxmeter, and magnetic shielding method of cooling storage expander
JP6400262B1 (en) Cryogenic refrigerator and magnetic shield
JP3629725B2 (en) Superconducting magnet
JP6229207B2 (en) Device for reducing vibration of pulse tube refrigerators used in magnetic resonance diagnostic imaging equipment
JP4796393B2 (en) Superconducting magnet
US8720210B2 (en) Vibration-inhibiting reinforcement member for a cryocooler
WO2011089768A1 (en) Cold-storage-type cryocooler and cooling method using same
JP2008075991A (en) Cylinder of cold accumulating type refrigerator, cold accumulating type refrigerator, cryopump having cold accumulating type refrigerator, re-condenser, superconducting magnet device and semiconductor detecting device
JP3678793B2 (en) Superconducting magnet
JP3858269B2 (en) Cooling tube and cryogenic cryostat using the same
JP2004235653A (en) Superconductive magnet
JP2007333285A (en) Cooling storage type cryogenic device
US20150233609A1 (en) Cryogenic refrigerator
JP2001263844A (en) Cryogenic refrigerator
JP2004233047A (en) Superconductive magnet
WO2024101042A1 (en) Cryogenic refrigerator
JPH08313095A (en) Cold storage type refrigerating machine
JP2004140411A (en) Superconductive magnet
JP2001238864A (en) Superconductive magnetic resonance imaging apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100204

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100302

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100303

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130312

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4472715

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130312

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140312

Year of fee payment: 4