JP4790421B2 - クエンチシールを有するクライオスタット構造 - Google Patents

Description

本発明は、外殻と、当該外殻内に設置された極低温流体用極低温容器とを備えるクライオスタット構造であって、前記極低温容器は、前記外殻と少なくとも２つのサスペンションチューブを介して接続され、上方暖端が前記外殻に接続され且つ下方冷端が前記極低温容器に接続されると共に多段極低温冷凍機のコールドヘッドを含むネックチューブを備え、前記外殻、前記極低温容器、前記サスペンションチューブ、及び前記ネックチューブは真空スペースを画定し、前記極低温容器は少なくとも１つの放射シールドにより囲繞され、当該放射シールドは、前記サスペンションチューブに接続されたクライオスタット構造に関する。

上記タイプのクライオスタット構造は、特許文献１に開示されている。

例えば核磁気共鳴分光（ＮＭＲ）装置に利用されているようなタイプのクライオスタット構造では、超伝導磁石コイル系が、極低温流体、通常は液体ヘリウムを含む第１の容器内に配設されている。この第１の容器は、放射シールド、及び超断熱ホイルにより囲繞されている。また、超伝導磁石コイルシステムは、極低温流体、通常は液体窒素を含む他の容器内にも任意に配設される。このような流体容器、放射シールド、及び超断熱ホイルは、真空室を画定する外側容器内に収容されている。上記超電導磁石は、囲繞している気化ヘリウムにより一定温度に保持される。ヘリウム容器を囲繞する要素が容器を熱的に隔離することにより、該容器への入熱及びヘリウムの気化率が最小化される。

高分解能ＮＭＲ分光用の磁石システムは、通常、コイル構成軸、及びＮＭＲ試料を受容するための開口が鉛直方向に延在している、いわゆる垂直系である。通常、ＮＭＲ分光器のヘリウム容器は、外側容器のスリーブと少なくとも２つのサスペンションチューブを介して接続されている。これにより、容器が機械的に固定され、また、サスペンションチューブにより通電（charging）時などの必要に応じて磁石へのアクセスが可能となる。排ガスをサスペンションチューブを介して排出することでサスペンションチューブを冷却する。また、理想的には、該チューブの壁を介する入熱を完全に補償する。この種のシステムは、特許文献２や非特許文献１に記載されている。

近年では、超伝導磁石システムを直接的に冷却するために機械的な冷却装置、いわゆる極低温冷凍機を使用することが非常に多い。このような極低温流体なしの冷却（ドライクーリング）に加えて、少なくとも１つの更なる極低温流体を収容する従来のシステムがあり、この場合には、極低温流体は、気化後極低温冷凍機で再液化される。このような理由で、極低温流体の全部又はほとんど全部は外部に流出することがない。このような極低温冷凍機を使用した極低温媒体の損失なしでの超伝導磁石コイルシステムの起こり得る冷却に関しては、特許文献１，３〜１１に記載されている。

コールドヘッドの第１コールドステージが放射シールドに固定されると共に、第２コールドステージが固定式の熱橋を介して間接的に又は直接的にヘリウム容器と熱的に伝導可能に接続されるように、例えば、極低温冷凍機の２段式コールドヘッドを別体の真空スペース内に設置してもよいし（例えば特許文献９に記載）、又は直接的にクライオスタットの真空スペース内に設置してもよい（例えば特許文献８に記載）。外部からの入熱によって気化したヘリウムをヘリウム容器の低温接触面上で再凝結することによりヘリウム容器への全体的な入熱を補償して、システムの無損失運転を実現することができる。不都合なことには、第２コールドステージとヘリウム容器との接続が熱抵抗を有する。

このような熱抵抗を回避する１つの方法は、例えば特許文献１に記載の如く、クライオスタットの外側真空スリーブをヘリウム容器に接続すると共に、それに応じてヘリウムガスが満たされているネックチューブ内にコールドヘッドを挿入することである。２段コールドヘッドの第１コールドステージは放射シールドと固定的に且つ熱伝導可能に接触している。第２コールドステージはヘリウム雰囲気内で自由懸垂され、気化したヘリウムを直接液化するものになっている。
米国特許出願公開第２００２／０００２８３０号明細書 独国特許出願公開第２９０６０６０号明細書 欧州特許出願公開第０９０５４３６号明細書 欧州特許出願公開第０９０５５２４号明細書 国際公開第０３／０３６２０７号パンフレット 国際公開第０３／０３６１９０号パンフレット 米国特許第５９６６９４４号明細書 米国特許第５５６３５６６号明細書 米国特許第５６１３３６７号明細書 米国特許第５７８２０９５号明細書 米国特許出願公開第２００３／２３００８９号明細書 "超伝導ＮＭＲ磁石設計"，「磁気共鳴の概念」，１９９３年，６，ｐ．２５５−２７３

超伝導磁石コイルは、例えば、コイルパケット内の若干転位した（shifted）ワイヤによって、抵抗性を呈するように、換言すれば、測定可能な電気抵抗を有するようになり、これにより、磁石全体がクエンチする。クエンチ中は、磁石内の磁気エネルギーが熱に変換されて急速に開放される。したがって、液体ヘリウムで冷却された磁石においては、かなりの部分又は全部の液体ヘリウムが気化するため、この気化した液体ヘリウムを、許容できないほどに高い圧力の発生を回避するために第１タンクから排出しなければならない。従来のクライオスタットでは、ヘリウム容器のサスペンションチューブを介し且つ専用の安全バルブいわゆるクエンチバルブを用いてクエンチガスを排出している。クエンチバルブは、クエンチ圧が達成されたときにその断面における開口が大きくなる。

クエンチ及びそれに関連するクエンチガスの急激な漏出は、特に極低温媒体の損失なしの磁石システムの冷凍機を技術的な欠陥を理由に交換しなければならないときに問題を引き起こす。外側真空スリーブをヘリウム容器に直接的に接続するネックチューブに設置される冷凍機を備えるシステムにおいては、冷凍機を取り外す際に帯電した（charged）磁石がクエンチする可能性があり、この場合、（約５Ｋ〜１００Ｋの範囲内の）低温ガス（約５Ｋ〜１００Ｋの範囲内の低温ガス）及びクエンチ圧で技術者が負傷する原因になりかねない。そのような理由で、極低温冷凍機を取り外す前に、第１に磁石を放電しなければならない。磁石の帯電が再開した後、ＭＲスペクトルを取得するのに十分な程度にまで磁場が安定になるには一般的にはある程度の時間がかかる。これにより、特に大型の磁石システムでは数日間に亘って操作不能になる（「ダウンタイム」）。

以上のことから、本発明の目的は、クライオスタット構造に含まれる磁石システム等のシステムの操作が中断されることなく、コールドヘッドを安全に設置したり取り外ししたりすることを可能にするクライオスタット構造を提案することにある。

上記目的は、極低温容器とネックチューブとの間における流量を最小化させるか又は流体の通流を完全に遮断するように、ネックチューブの冷端を極低温容器から離間させるべく手動で又は／及び自動的に作動可能なシールを提供する本発明にしたがって達成することができる。

本発明のシールによれば、コールドヘッドの設置又は取り外しの間又はその前に、漏出可能性のあるガスがネックチューブを介して排出される可能性がもはやなくなり、これにより、コールドヘッドを安全に取り付けたり、取り外したりすることができる。

極低温容器が超伝導磁石システムを含む場合、本発明のクライオスタット構造をより有利に利用することができる。これらの構造がクエンチする際には、非常に大量の低温ガスが極低温容器から漏出してメンテナンススタッフが負傷する可能性がある。本発明の構造によれば、磁石の帯電時であってもコールドヘッドの交換を安全且つ迅速に行うことができるので、超伝導磁石を含むシステムの測定に係る「ダウンタイム」を短縮することができる。

本発明のクライオスタット構造は、核磁気共鳴装置の一部、特に磁気共鳴画像（ＭＲＩ）用の核磁気共鳴装置又は磁気共鳴分光（ＮＭＲ）用核磁気共鳴装置の一部であることが特に好ましい。

このようなタイプのクライオスタット構造において、安全バルブを少なくとも１つのサスペンションチューブに設けると有利である。この場合、安全バルブが磁石のクエンチ時に開口すると、発生したガスを対応するサスペンションチューブを通して漏出させることができる。

本発明のクライオスタット構造の有利な実施の形態では、上記シールは、ネックチューブの下方端に脱着可能に固定されたバルブハウジングと、当該バルブハウジングに取り付けられ且つバネに取り付けられた旋回自在なバルブプレートとを有する。バルブハウジングは、脱着可能にネックチューブに取り付けられているので、このシールの取り付けや取り外しを容易に行って、既存のクライオスタット構造に対する改良部品の組み込みを可能にする。一方で、脱着不可能なシールを備えるクライオスタット構造を最初に製造することも実現可能である。

バルブハウジング及びバルブプレートは開口を有する。この開口は、旋回自在なバルブプレートの旋回により、一致する作動位置へ移動可能であり、また、旋回自在なバルブプレートの旋回により、所定の取り外し位置で完全に覆われることが可能である。したがって、上記作動位置では、ネックチューブ及び極低温容器の間で遮られることなくガスの交換が可能となり、また、取り外し位置では、あらゆるガスの交換が阻止される。そのため、クエンチの場合であっても、コールドヘッドの取り付けや取り外しをあらゆる危険を伴うことなく行うことができる。

詳細な実施の形態では、低温冷凍機の前記コールドヘッドがその軸に関して旋回自在である一方その作動位置で固定可能である。このコールドヘッドは、取り外し位置にまで旋回させると取り外し可能である。

このとき、シールの旋回自在なバルブプレートが少なくとも２つのキャリア要素（以下、本明細書においては「運搬要素」という。）を含むと、より有利である。この場合、これらの運搬要素を用いてバルブプレートを旋回させることができる。

より有利には、低温冷凍機の前記コールドヘッドの下方冷端上に駆動要素（以下、本明細書においては「作動要素」という。）を配設する。当該作動要素は、シールの旋回自在なバルブプレート上の上記運搬要素に従動する。したがって、バルブプレートの位置をコールドヘッドの旋回に伴って変化させることができると共に、シールの開閉が可能となる。

本発明の有利な実施の形態では、低温冷凍機の前記コールドヘッドが、ネックチューブと極低温容器との間のシールを開口するための停止端まで旋回可能である。

本発明の他の有利な実施の形態では、低温冷凍機のコールドヘッドが、第１の停止端までの旋回後に、所定角度だけ戻ってその作動位置に到達する。当該作動位置では作動要素及び運搬要素がもはや互いに接触することがない。これにより、コールドヘッドとネックチューブの間における振動に伴う熱的な接続及び熱伝導を防止することができる。

この実施の形態の更なる発展例では、低温冷凍機のコールドヘッドが第１の停止端の反対側にある第２の停止端まで旋回可能であり、当該第２の停止端がネックチューブと極低温容器との間のシールを閉鎖する。コールドヘッドが第２の停止端の方向へ旋回している間に、バルブプレートは、バルブハウジングとは相対的に旋回し、開口がもはや互いに一致しなくなる。これにより、クライオスタット構造において、極低温冷凍機とネックチューブの間でのガス交換が防止される。

また、低温冷凍機のコールドヘッドが第２の停止端までの旋回後に所定角度だけ戻ると有利である。このとき、作動要素が運搬要素間の中央位置にある。したがって、作動要素及び運搬要素は、もはや互いに接触することはなく、これにより、コールドヘッドの簡単な取り外しを確保できる。

この実施の形態のより好ましい別の発展例では、低温冷凍機のコールドヘッドは、所定角度だけ戻った位置（取り外し位置）でのみネックチューブから取り外し可能であると共に、他の全ての位置ではロックされる。これにより、冷凍機を所定の（安全な）位置でのみ設置及び取り外しを可能にすることができる。なお、設置及び取り外しは、要素の製造許容誤差で複雑化することがない。

本発明のクライオスタット構造の他の実施の形態では、極低温容器のサスペンションチューブの下方において該極低温容器のサスペンションチューブの軸の延長線上に旋回要素が配設されている。この旋回要素は、サスペンションチューブを通って挿入された作動ロッドを介して要求された場合に旋回可能である。これにより、バルブプレートの作動は、ネックチューブを介してではなくサスペンションチューブを介して行われる。このことは、冷凍機のコールドヘッドにねじれによる負荷をかけるべきではない場合、又はコールドヘッドがスペース不足によって旋回不能である場合に特に有利である。

この実施の形態の更なる発展例では、旋回要素がサスペンションチューブの下方において引き上げロープを介してバルブプレートに接続されている。

これに代えて、バルブプレートの旋回要素へのサスペンションチューブの下方における接続に鎖を用いても有利である。

可能な更なる発展例としては、バルブプレートの旋回要素へのサスペンションチューブの下方における接続を、引き上げロッド及び押し込みロッドを介して、又は単一の引き上げ／押し込みロッドを介して行う。

更に他の実施の形態では、シールがネックチューブの下方端に固定され且つ開口を有するカウンタプレートと、バルブコーン及びバルブプレートとを含む。バルブプレートは、カウンタプレートに接続された波形ベローズによりネックチューブの軸方向に移動可能であると共に、サスペンションチューブ及び極低温容器の安全バルブの断面よりも著しく狭い開口断面を有する。極低温容器内の圧力が増大した場合には、バルブプレートの開口がバルブコーンを押圧することにより、ネックチューブのガス量を極低温容器のガス量から分離する。この実施の形態は、クエンチの際に、シールを手動で作動させるなければならないということはなく、シールが自動的に閉鎖するので、特に有利である。

この実施の形態の更なる発展例では、バルブコーンが水平に固定されていると共に、バネにより垂直方向にプレテンションが作用しており、移動可能である。これにより、クエンチの際に、バルブプレートのバルブコーン上における衝撃を弱めることができる。なお、バルブ部品の圧力はバネ力で規定される。

また、バルブプレートのネックチューブの軸方向への上昇を少なくとも１つの停止部材（以下、本明細書においては「停止要素」という。）で規制するのも有利である。これにより、波形ベローズの圧縮が過剰になるのを防止することができる。

本発明のクライオスタット構造の別の実施の形態では、シールが、所定断面の開口を有する固定式であるが、脱着可能な単一のプレートから成る。このプレートは、ネックチューブ又は極低温容器と非脱着式に接続されていてもよい。

上記開口の断面は、有利にも、サスペンションチューブの断面及び極低温容器の安全バルブの断面よりも小さい。これにより、少量のクエンチガスだけがネックチューブを通って漏出することを確保できる。

この実施の形態の更なる発展例では、クエンチの際に、ネックチューブの方向に該ネックチューブへとガスが流入するように開口がプレート内に設けられている。このことは、特にシンプルな方法で実現可能である。

これに代わるもう１つのより有利な更なる発展例では、プレート内の開口は、クエンチガスがネックチューブの方向に対して横方向に該ネックチューブへ流入するように設計されている。したがって、この漏出するガスは、ネックチューブから該ネックチューブの全断面を介して流出可能である。

また、本発明のクライオスタット構造では、手動駆動シール（以下、本明細書では「手動で作動可能なシール」という。）と、自動駆動シール（以下本明細書では「自動的に作動可能なシール」という。）との任意の組み合わせが可能である。

極低温容器内に位置する極低温液体が液体ヘリウムであると有利である。しかしながら、次世代の磁石システムを冷却するには、ヘリウムとは異なる液体、例えば液体ネオンや液体窒素を使用するのも好ましい。これらの物質の通常の沸点は、ヘリウムの沸点よりも高い一方、例えば磁石ワイヤ用の高温超伝導体を使用するには十分に低い。磁石のクエンチの際には、低温のネオン又は低温の窒素が開放される。

本発明のその他の利点は以下の説明と図面から抽出可能である。上述の及び後述の特徴は、個々に又は任意に組み合わせて用いることができる。図示され説明される実施の形態は、すべてを尽くすものではなく、発明を説明するための例示的な性質のものであることは言うまでもない。

図１（ａ）は、極低温容器２のネックチューブ１に配設された極低温冷凍機のコールドヘッド３を備えるクライオスタット構造の断面図である。ネックチューブ１の下方冷端には、金属製のバルブハウジング４が固定されており、バルブハウジング４は、孔又はスロット形状の開口５を有する（図１（ｂ））。バルブハウジング４の下方には、金属製の移動可能なバルブプレート６が配設されており、バルブプレート６は、バルブハウジング４の開口にほぼ一致する開口７を有する。バルブプレート６は、バネ８によってバルブハウジング４上に向かって付勢されており（図１（ａ））、バルブプレート６及びバルブハウジング４の間には、他の封止材料は設けられていない。バルブプレート６を旋回させることにより、バルブプレート６の開口７は、それらがバルブハウジング４の開口５に一致するように移動可能であり、これにより、ネックチューブ１及び極低温容器２の間で遊離ガスの交換が可能となる。また、開口５，７は、バルブプレート６の旋回に伴って閉鎖も可能であり、この場合、極低温容器２及びネックチューブ１の間におけるガス交換は、バルブプレート６及びバルブハウジング４の間の狭いギャップを通る最小限の漏出を除いてはもはや不可能である。バルブハウジング４は、専用のロック要素３４を用いて極低温容器２内のネックチューブの開口に取り付け可能であり、これにより、バルブハウジング４は、極低温容器２に対して、固定（溶接又ははんだ付け）されることなく脱着可能に接続される。このようにすることで、シール全体を容易に分解したり、設置したりすることができると共に、既存のクライオスタット構造に対して任意に改良部品を組み込むことができる。

ネックチューブ１内に位置する極低温冷凍機のコールドヘッド３は、ロックを解放した後でネックチューブ１内を垂直にガイドされたままの状態で自由に旋回可能である。コールドヘッド３の下方冷端には作動要素９が取り付けられており、作動要素９は、バルブプレート６上の運搬要素１０に従動し、これにより、バルブプレート６の位置がコールドヘッド３の旋回に伴って変化する。図２（ａ）乃至図２（ｃ）は、運搬要素１０及び作動要素９が互いに異なる位置にある状態を示す。コールドヘッド３が第１の停止端１１にまで旋回すると、シールは完全に開口する（図２（ａ））。その後、コールドヘッド３は、わずかな所定の角度だけ戻って作動要素９と運搬要素１０との接触を防止しなければならない。これにより、コールドヘッド３及びネックチューブ１間の熱橋が防止されると共に、コールドヘッド３から擾乱及び振動がネックチューブ１へ、ひいては間接的に極低温容器２へ伝達されるのを防止することができる。次いで、コールドヘッド３はその作動位置に位置する（図２（ｂ））。ネックチューブ１のガス量を極低温容器２のガス量から分離すべき場合には、コールドヘッド３は他の方向へ向かって旋回して第２の停止端１２に到達する。続いて、コールドヘッド３はわずかな角度だけ戻って取り外し位置、即ち設置位置に到達する（図２（ｃ））。次いで、作動要素は運搬要素間の中央位置に位置する。この中央位置は、運搬要素間の正確な中央である必要はなく、単純に、要素の製造許容誤差による測定偏差が設置を悪化させないこと、及び作動要素９及び運搬要素１０が互いに接触しないことが確保されればよい。コールドヘッド３は、もはや、上記取り外し位置即ち設置位置でロックされておらず、ネックチューブ１から容易に取り外し可能である。コールドヘッド３のロックや解放は、例えば１つ以上のガイドギャップ１３を用いて実現される。ガイドギャップ１３は、コールドヘッド３の上部設置フランジ上に配設されており、円周方向に延在し、このガイドギャップ１３内でガイドスロットの領域内でテーパ形状の停止要素１４がガイドされる。ガイドギャップは、停止要素がコールドヘッド３の取り外し位置に位置する場所に開口１５を有する。この開口１５により停止要素１４がガイドされてコールドヘッド３が取り外し可能となる。仮に、コールドヘッド３を取り外した正確な時刻にクエンチが発生した場合には、非常に少量のクエンチガスがバルブプレート６及びバルブハウジング４の間の狭いギャップを流れるだけであり、これにより、技術者が何らかの危険に曝されることはないであろう。上述した構成は、シールが実際に閉鎖しているときにのみ極低温冷凍機のコールドヘッド３が分解可能であるため、非常に安全である。

上述したものに代えて、バルブプレート６が極低温容器２のサスペンションチューブ１６内で機構を用いて作動可能であってもよい（図３）。このために、ディスク形状の旋回要素１８がサスペンションチューブ１６の下方においてサスペンションチューブ１６の軸１７の延長線上に配設される。旋回要素１８は、サスペンションチューブ１６内に挿入された専用の作動ロッド１９を介して作動され、旋回要素１８上に配設されたピン２０を従動させる。作動ロッド１９は、動作後には、サスペンションチューブ１６から取り外し可能である。旋回要素１８はネックチューブ１の下方に配設されたバルブプレート６に接続されており、それらの間には、引き上げロープ２１、鎖、２つのロッド（引き上げロッド及び押し込みロッド）、又は単一のロッド（交互に引き上げ又は押し込みがなされるロッド）が介在する。ロープ２１は、旋回要素１８及びバルブプレート６にクランプ接続で固定可能であり、これにより、作動ロッド１９の旋回運動が旋回要素１８からバルブプレート６に伝達される。シールの完全な開口又は完全な閉鎖を確保するために、旋回要素１８即ちバルブプレートも対応する停止端を備えてもよい。このバルブプレート６の作動方法は、極低温冷凍機のコールドヘッド３が、コールドヘッドにねじれによる負荷をかけるべきではないという事実によって、又はコールドヘッドがスペース不足によって旋回不能であるという理由で、作動要素としては適切ではないときに特に有利である。

本発明の他の実施の形態では、クライオスタット構造が、クエンチの際に自動的に閉鎖するシールを備える（図４）。バルブプレート２２は、バルブシート２３及び開口２６を有し、波形ベローズ２４を介してカウンタプレート２５に接続されている。カウンタプレート２５は、ネックチューブ１の下方端に取り付けられており、開口３５を有する。したがって、バルブプレート２２は垂直方向に移動可能であり、これにより、水平方向における運動を最小限にすることができる。バルブプレート２２内の開口２６は、スロットルとして機能してクエンチの際にバルブプレート２２に対する圧力差を形成する。これにより、バルブプレート２２は、バルブコーン２７の方向に移動する。なお、このバルブコーン２７は、カウンタプレート２５上に位置し、垂直方向には固定されてはいないが、バネ２８によりプレテンションが作用している。バルブプレート２２及びバルブコーン２７が接すると、ネックチューブ１のガス量が極低温容器２のガス量から分離される。バルブコーン２７が固定されていないので、バルブプレート２２はクエンチ圧に応じて３つの停止要素２９で支持されるまで昇進移動できる。これらの停止要素２９は、波形ベローズ２４の圧縮が許容できなくなるのを保護することができる。また、バネ２８は、バルブシート２３及びバルブコーン２７の間の接触圧を規定する。

最後に、事実上シール機構を備えていない実施の形態（図５）でも、要求された目的に合致する。極低温容器２をネックチューブ１から分離するプレート３１内の開口３０は、クエンチの際には十分に狭く、そのため、クエンチガスの少量だけがネックチューブ１を通って流れ、その大部分は極低温容器２のサスペンションチューブを介して排出される。一方、通常動作時には、単純に開口３０が十分に広くならなければならず、これにより、極低温媒体の蒸気は、極低温容器２からネックチューブ１へと通過可能であり、極低温冷凍機のコールドヘッド３で液化できる。液化した極低温媒体は蒸気に対して逆流するようにコールドヘッド３から極低温容器２へと戻る。クエンチの際に漏出する蒸気は、通流バッフル板を設けることで、ネックチューブ１を介して垂直方向の上方へ流れることも防止される。これに代えて、蒸気をネックチューブの壁に向かってガイドすることにより、蒸気が旋回してネックチューブ１から全断面に亘って離間する。これは、例えば、プレート３１の開口３０に向かってねじ込んだピン３２を使用することで実現できる。図５に示すように、ピン３２の下部領域においてその軸方向には止まり穴が、上部領域には、それに対して垂直方向に貫通孔３３がある。

図６は、手動で作動するシールと自動的に作動するシールとの組み合わせによる本発明の実施の形態を示す。自動的なシールは、手動で作動するシールの下方に配設されており、ネックチューブを介して手動シールの動作を許容する。上述した実施の形態の他の構成又はあらゆる組み合わせも可能である。このタイプの設計によれば、システムの安全性を付加的に向上させることができる。

本発明の全ての実施の形態によれば、コールドヘッドを極低温冷凍機のネックチューブに設置したりそれから取り外ししたりする際に危険を伴うことをなくすことができる。

（ａ）は、本発明のクライオスタット構造のネックチューブに設置されるシールを概略的に示す側面図であり、（ｂ）は、図１（ａ）のシールを概略的に示す上面図である。 本発明のクライオスタット構造の第１の実施の形態におけるネックチューブ及びシールを概略的に示す上面図であり、運搬要素及び作動要素が第１の停止端に位置している（バルブ開口）状態を示す図である。 本発明のクライオスタット構造の第１の実施の形態におけるネックチューブ及びシールを概略的に示す上面図であり、運搬要素及び作動要素が作動位置に位置している（バルブ開口，振動的な減結合）状態を示す図である。 本発明のクライオスタット構造の第１の実施の形態におけるネックチューブ及びシールを概略的に示す上面図であり、運搬要素及び作動要素が取り外し位置に位置している（バルブ閉鎖）状態を示す図である。 本発明のクライオスタット構造の第２の実施の形態における１つのネックチューブ及びシールを概略的に示す断面図であり、このクライオスタット構造は極低温容器のサスペンションチューブ内に作動機構を備える。 自己作動シールを概略的に示す断面図である。 クライオスタット構造のネックチューブに固定され且つ所定の開口を有するシールを概略的に示す断面図である。 手動での作動と自動的な作動とを組み合わせたシールを備える本発明の構造の他の実施の形態を概略的に示す図である。

符号の説明

１ ネックチューブ
２ 極低温容器
３ コールドヘッド
４ バルブハウジング
５ バルブハウジングの開口
６ 旋回自在なバルブプレート
７ バルブプレートの開口
８ バネ
９ 作動要素
１０ 運搬要素
１１ 第１の停止端
１２ 第２の停止端
１３ ガイドギャップ
１４ 停止要素
１５ ガイドギャップの開口
１６ サスペンションチューブ
１７ サスペンションチューブの軸
１８ 旋回要素
１９ 作動ロッド
２０ ピン
２１ 引き上げロープ
２２ バルブプレート
２３ バルブシート
２４ 波形ベローズ
２５ カウンタプレート
２６ バルブプレートの開口
２７ バルブコーン
２８ バネ
２９ 停止要素
３０ プレートの開口
３１ プレート
３２ ピン
３３ 孔
３４ ロック要素
３５ カウンタプレートの開口

Claims (26)

1. 外殻と、当該外殻内に設置された極低温流体用極低温容器（２）とを備えるクライオスタット構造であって、前記極低温容器（２）は、前記外殻と少なくとも２つのサスペンションチューブ（１６）を介して接続され、上方暖端が前記外殻に接続され且つ下方冷端が前記極低温容器（２）に接続されると共に多段極低温冷凍機のコールドヘッド（３）が内部に設置されたネックチューブ（１）が配設され、前記外殻、前記極低温容器（２）、前記サスペンションチューブ（１６）、及び前記ネックチューブ（１）は真空スペースを画定し、前記極低温容器（２）は少なくとも１つの放射シールドにより囲繞され、当該放射シールドは、前記サスペンションチューブ（１６）に接続されたクライオスタット構造において、前記極低温容器（２）と前記ネックチューブ（１）との間における流量を最小化させるか又は流体の通流を完全に遮断するように、前記ネックチューブ（１）の前記冷端を前記極低温容器（２）から離間させるシールを含み、前記シールは、前記コールドヘッド（３）の交換前に手動で前記冷端を前記極低温容器（２）から離間させる手動駆動シール、又は、前記コールドヘッド（３）がロックされた状態から取り外し可能な状態となった時に自動的に前記冷端を前記極低温容器（２）から離間させる自動駆動シールの少なくとも１つからなることを特徴とするクライオスタット構造。
2. 前記少なくとも1つの放射シールドは、前記極低温容器（２）の前記ネックチューブ（１）にも熱的に伝導可能に接続されることを特徴とする請求項１記載のクライオスタット構造。
3. 前記極低温容器（２）は超伝導磁石構造体を含むことを特徴とする請求項１又は２記載のクライオスタット構造。
4. 前記超伝導磁石構造体は、核磁気共鳴装置、磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ）、又は磁気共鳴分光装置（ＮＭＲ）の一部であることを特徴とする請求項３記載のクライオスタット構造。
5. 前記磁石のクエンチ時に開口する安全バルブが前記サスペンションチューブ（１６）の少なくとも１つに配設されることを特徴とする請求項３又は４記載のクライオスタット構造。
6. 前記シールは、前記ネックチューブ（１）の前記下方冷端に脱着可能に固定されたバルブハウジング（４）と、当該バルブハウジング（４）に取り付けられた旋回自在なバルブプレート（６）とを備え、前記バルブハウジング（４）及び前記バルブプレート（６）の双方はバネ（８）により付勢されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のクライオスタット構造。
7. 前記バルブハウジング（４）及び前記バルブプレート（６）は、それぞれ、開口（５，７）を有し、前記開口（５，７）は、前記旋回自在なバルブプレート（６）の旋回により、整列された作動位置へ移動可能であり、また、前記旋回自在なバルブプレート（６）の旋回により、所定の取り外し位置で前記開口（５，７）は前記バルブプレート（６）の中実部分により完全に覆われることが可能であることを特徴とする請求項６記載のクライオスタット構造。
8. 前記低温冷凍機の前記コールドヘッド（３）は、前記コールドヘッド（３）の軸に関して旋回自在である一方、前記コールドヘッド（３）の作動位置で固定可能であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のクライオスタット構造。
9. 前記シールの旋回自在なバルブプレート（６）は少なくとも２つのキャリア要素（１０）を含むことを特徴とする請求項６又は７のいずれか１項に記載のクライオスタット構造。
10. 前記低温冷凍機の前記コールドヘッド（３）の下方冷端上には駆動要素（９）が配設されており、当該駆動要素（９）は、前記シールの前記旋回自在なバルブプレート（６）上の前記キャリア要素（１０）に従動することを特徴とする請求項９記載のクライオスタット構造。
11. 前記低温冷凍機の前記コールドヘッド（３）は、前記ネックチューブ（１）と前記極低温容器（２）との間の前記シールを開口するための第１の停止端（１１）まで旋回可能であることを特徴とする請求項１０記載のクライオスタット構造。
12. 前記低温冷凍機の前記コールドヘッド（３）は、第１の停止端（１１）までの旋回後に、所定角度だけ戻ってその作動位置に到達し、当該作動位置においては、前記駆動要素（９）及び前記キャリア要素（１０）はもはや互いに接触しないことを特徴とする請求項１０又は１１記載のクライオスタット構造。
13. 前記低温冷凍機の前記コールドヘッド（３）は、前記第１の停止端（１１）の反対側にある第２の停止端（１２）まで旋回可能であり、当該第２の停止端（１２）は、前記ネックチューブ（１）と前記極低温容器（２）との間の前記シールを閉鎖することを特徴とする請求項１１又は１２記載のクライオスタット構造。
14. 前記低温冷凍機の前記コールドヘッド（３）が前記第２の停止端（１２）まで旋回した後に、前記コールドヘッド（３）は所定角度だけ戻り、前記駆動要素（９）が前記キャリア要素（１０）間の中央位置にあることを特徴とする請求項１３記載のクライオスタット構造。
15. 前記低温冷凍機の前記コールドヘッド（３）は、前記所定角度だけ戻った位置（取り外し位置）でのみ前記ネックチューブ（１）から取り外し可能であると共に、他の全ての位置ではロックされることを特徴とする請求項１４記載のクライオスタット構造。
16. 前記極低温容器（２）の前記サスペンションチューブ（１６）の下方において前記極低温容器（２）の前記サスペンションチューブ（１６）の軸（１７）の延長線上に旋回要素（１８）が配設されており、当該旋回要素（１８）は、該サスペンションチューブ（１６）を通って挿入された作動ロッド（１９）を介して要求された場合に旋回可能であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のクライオスタット構造。
17. 前記旋回要素（１８）には、前記サスペンションチューブ（１６）の下方において、引き上げロープ（２１）を介して、又は鎖を介して、又は引き上げロッド及び押し込みロッドを介して、又は単一の引き上げ／押し込みロッドを介して、バルブプレート（６）が接続されていることを特徴とする請求項１６記載のクライオスタット構造。
18. 前記シールは、前記ネックチューブ（１）の下方冷端に固定され且つ開口（３５）を有するカウンタプレート（２５）と、前記カウンタプレート（２５）に接続された波形ベローズ（２４）により前記ネックチューブ（１）の軸方向に移動可能なバルブコーン（２７）及びバルブプレート（２２）とを含み、前記バルブプレート（２２）は前記サスペンションチューブ（１６）及び前記極低温容器（２）の安全バルブの断面積よりも小さい開口断面を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のクライオスタット構造。
19. 前記バルブコーン（２７）は、水平に固定されていると共に、バネ（２８）により、垂直方向にはプレテンションが作用して該垂直方向に移動可能であることを特徴とする請求項１８記載のクライオスタット構造。
20. 前記バルブプレート（２２）の前記ネックチューブ（１）の軸方向への上昇は、少なくとも１つの停止部材（２９）により規制されることを特徴とする請求項１８又は１９記載のクライオスタット構造。
21. 前記シールは、所定断面の開口（３０）を有する固定式であるが、脱着可能な単一のプレート（３１）から成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のクライオスタット構造。
22. 前記開口（３０）の前記断面は、前記サスペンションチューブ（１６）の断面積及び前記極低温容器（２）の安全バルブの断面積よりも小さいことを特徴とする請求項２１記載のクライオスタット構造。
23. 前記プレート（３１）内の前記開口（３０）は、クエンチの際に、前記ネックチューブ（１）の延在方向に該ネックチューブ（１）へとガスが流入するように配設されていることを特徴とする請求項２１又は２２記載のクライオスタット構造。
24. 前記プレート（３１）内の前記開口（３０）は、クエンチの際に、ガス流が前記ネックチューブ（１）の方向に対して横方向に該ネックチューブへ流入するように設計されていることを特徴とする請求項２１又は２２記載のクライオスタット構造。
25. 前記手動駆動シールは、前記自動駆動シールと任意に組み合わせ可能であることを特徴とする請求項１乃至２４のいずれか１項に記載のクライオスタット構造。
26. 前記極低温容器（２）内に位置する極低温流体はヘリウムであることを特徴とする請求項１乃至２５のいずれか１項に記載のクライオスタット構造。

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