JP4908439B2

JP4908439B2 - 冷却システム及び脳磁計

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Publication number: JP4908439B2
Application number: JP2008048115A
Authority: JP
Inventors: 達雄小泉; 正二恒松
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2028-02-28
Also published as: JP2009204241A

Description

本発明は冷却システム及び脳磁計に関する。

脳磁計は、脳活動に伴って脳から発生される極めて微弱な磁場を、脳外から非接触で検出し、脳内の活動部位などを測定する装置である。この脳磁計には超電導量子干渉計（SuperconductingQuantum Interference Device, 以下ＳＱＵＩＤと略す）が用いられる。このＳＱＵＩＤは、脳の神経電流が発生する磁場を検出する際、液体ヘリウムを用いて冷却される。液体ヘリウムの沸点は４．２Ｋであり絶えず蒸発しているため、液体ヘリウムの補充が必要である。また、液体ヘリウムは比較的高価であり希少な資源である。従って、液体ヘリウムの補充による年間消費金額の増加は、脳磁計の普及を阻害する一要因である。

一方、核磁気共鳴画像法（Magnetic ResonanceImaging, 以下ＭＲＩと略す）に用いられる超電導磁石も液体ヘリウムを用いて冷却される。ＭＲＩは、４Ｋの極低温冷凍機を搭載することで液体ヘリウムの蒸発を防ぐ。しかし、脳磁計はＭＲＩに比べて極低温冷凍機の機械的及び磁気的なノイズを許容できないので、脳磁計に極低温冷凍機を搭載することはできない。

そこで、液体ヘリウムの蒸発を抑制する冷却システムとして、例えば特許文献１に開示されているものが知られている。特許文献１の冷媒循環装置は、液体ヘリウムを貯留する容器とヘリウムガスを再液化させる冷凍機とを接続する接続部分を備える。容器内で気化したヘリウムガスは接続部分を介して冷凍機に送られた後、再液化されて容器に返送されるので、容器に補充すべき液体ヘリウムが減少する。このように特許文献１の冷却システムでは、冷凍機をＳＱＵＩＤから離して設置することで、冷凍機による磁気的なノイズがＳＱＵＩＤに及ばないようにしている。そして、冷凍機からの極低温のヘリウムは、接続部分を介して容器側に搬送することとしている。
特開２００５−２９１６２９号公報

しかし、このような接続部分を介して低温の冷媒を搬送する従来の冷却システムでは、接続部分への熱の侵入が冷却効率を低下させるため、この熱の侵入を低減させることが望まれる。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、冷媒を搬送する接続部分への熱の侵入を低減し、冷却効率の良い冷却システム及び脳磁計を提供することを目的とする。

本発明に係る冷却システムは、ＳＱＵＩＤセンサとＳＱＵＩＤセンサを冷却する寒剤とを収納する容器と、容器内に設けられ、容器内で気化した寒剤を再凝縮させる寒剤凝縮部と、容器の周囲に設けられ、容器への外部からの輻射熱をシールドする熱輻射シールド部と、容器の周囲に設けられ、容器への外部からの磁気をシールドする磁気シールド部と、磁気シールド部の外側に設けられ、寒剤凝縮部を冷却するための凝縮用冷媒を冷却し寒剤凝縮部に循環させる凝縮用冷凍機と、磁気シールド部の外側に設けられ、磁気シールド部を冷却するための磁気シールド用冷媒を冷却し磁気シールド部に循環させる磁気シールド用冷凍機と、寒剤凝縮部と凝縮用冷凍機とを接続し、凝縮用冷凍機からの凝縮用冷媒を前記寒剤凝縮部に搬送する凝縮用冷媒供給路と、寒剤凝縮部と凝縮用冷凍機とを接続し、寒剤凝縮部からの凝縮用冷媒を凝縮用冷凍機に返送する凝縮用冷媒返送路と、磁気シールド用冷凍機からの磁気シールド用冷媒を磁気シールド部に搬送する磁気シールド用冷媒供給路と、磁気シールド部からの磁気シールド用冷媒を磁気シールド用冷凍機に返送する磁気シールド用冷媒返送路と、凝縮用冷媒供給路、凝縮用冷媒返送路、磁気シールド用冷媒供給路、及び磁気シールド用冷媒返送路を真空断熱する外殻管と、を備え、凝縮用冷媒供給路、凝縮用冷媒返送路、磁気シールド用冷媒供給路、及び磁気シールド用冷媒返送路のうちの３つの流路は、外殻管内に設けられている断熱空間にそれぞれが囲まれており、３つの流路以外の他の１つの流路は、断熱空間を囲む断面環状の流路をなし、他の１つの流路と外殻管との間には、真空領域が設けられていることを特徴とする。

本発明に係る冷却システムによれば、凝縮用冷媒供給路、凝縮用冷媒返送路、磁気シールド用冷媒供給路、及び磁気シールド用冷媒返送路のうちの３つの流路が、外殻管内に設けられている断熱空間にそれぞれが囲まれており、３つの流路以外の他の１つの流路が、断熱空間を囲む断面環状の流路をなしているので、凝縮用冷媒供給路、凝縮用冷媒返送路、磁気シールド用冷媒供給路、及び磁気シールド用冷媒返送路への熱の侵入が低減される。したがって、冷却効率の良い冷却システムが実現可能となる。

また、上記した冷却システムにおいて、熱輻射シールド部は、磁気シールド用冷媒供給路と磁気シールド用冷媒返送路との間において磁気シールド部に直列に接続されており、磁気シールド用冷媒の循環により冷却されることが好ましい。

これにより熱輻射シールド部を磁気シールド用冷媒の循環によって冷却可能となる。つまり、熱輻射シールド部用の冷凍機を磁気シールド用冷凍機とは別に設けなくても、熱輻射シールド部を冷却することが可能となる。従って、冷却システムの簡素化を好適に実現できる。

また、上記した冷却システムにおいて、寒剤凝縮部は、容器内に露出し凝縮用冷媒を通過させるチューブと、容器内に位置しチューブに設けられたジュール・トムソン弁とを有することが好ましい。

これにより寒剤の蒸発が抑えられるので冷却システムの冷却効率を更に向上可能となる。

本発明に係る脳磁計は、脳から発生される磁場を検出するＳＱＵＩＤセンサと、ＳＱＵＩＤセンサを冷却する冷却システムとを備え、冷却システムは、ＳＱＵＩＤセンサとＳＱＵＩＤセンサを冷却する寒剤とを収納する容器と、容器内に設けられ、容器内で気化した寒剤を再凝縮させる寒剤凝縮部と、容器の周囲に設けられ、容器への外部からの輻射熱をシールドする熱輻射シールド部と、容器の周囲に設けられ、容器への外部からの磁気をシールドする磁気シールド部と、磁気シールド部の外側に設けられ、寒剤凝縮部を冷却するための凝縮用冷媒を冷却し寒剤凝縮部に循環させる凝縮用冷凍機と、磁気シールド部の外側に設けられ、磁気シールド部を冷却するための磁気シールド用冷媒を冷却し磁気シールド部に循環させる磁気シールド用冷凍機と、寒剤凝縮部と凝縮用冷凍機とを接続し、凝縮用冷凍機からの凝縮用冷媒を寒剤凝縮部に搬送する凝縮用冷媒供給路と、寒剤凝縮部と凝縮用冷凍機とを接続し、寒剤凝縮部からの凝縮用冷媒を凝縮用冷凍機に返送する凝縮用冷媒返送路と、磁気シールド用冷凍機からの磁気シールド用冷媒を磁気シールド部に搬送する磁気シールド用冷媒供給路と、磁気シールド部からの磁気シールド用冷媒を磁気シールド用冷凍機に返送する磁気シールド用冷媒返送路と、凝縮用冷媒供給路、凝縮用冷媒返送路、磁気シールド用冷媒供給路、及び磁気シールド用冷媒返送路を包囲し外部から真空断熱する外殻管とを備え、凝縮用冷媒供給路、凝縮用冷媒返送路、磁気シールド用冷媒供給路、及び磁気シールド用冷媒返送路のうちの３つの流路は、外殻管内に設けられている断熱空間にそれぞれが囲まれており、３つの流路以外の他の１つの流路は、断熱空間を囲む断面環状の流路をなし、他の１つの流路と外殻管との間には、真空領域が設けられていることを特徴とする。

本発明に係る脳磁計によれば、凝縮用冷媒供給路、凝縮用冷媒返送路、磁気シールド用冷媒供給路、及び磁気シールド用冷媒返送路のうちの３つの流路が、外殻管内に設けられている断熱空間にそれぞれが囲まれており、３つの流路以外の他の１つの流路が、断熱空間を囲む断面環状の流路をなすので、これにより凝縮用冷媒供給路、凝縮用冷媒返送路、磁気シールド用冷媒供給路、及び磁気シールド用冷媒返送路への熱の侵入が低減される。従って、脳磁計に備わる冷却システムの冷却効率を良くすることが可能となるので、高性能な脳磁計が実現可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、冷媒を搬送する接続部分への熱の侵入を低減し、冷却効率の良い冷却システム及び脳磁計が提供される。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る脳磁計１００を示す概略図である。図２は、図１に示されるII−II線に沿った断面図である。図１に示すように、脳磁計１００は、脳から発生される磁場を検出するＳＱＵＩＤセンサ２と、ＳＱＵＩＤセンサ２を冷却する冷却システム７０と、を備える。図１及び図２に示すように、冷却システム７０は、容器１、磁気シールド部４、熱輻射シールド部５、寒剤凝縮部６、凝縮用冷凍機７ａ、磁気シールド用冷凍機７ｂ、凝縮用冷媒供給管８、凝縮用冷媒返送管９、磁気シールド用冷媒供給管１０、磁気シールド用冷媒返送管１１、及び外殻管２０を備える。

図１に示すように、容器１はクライオスタット４０の中に収容されている。容器１の内部には寒剤３が貯留されており、容器１の内部に設けられているＳＱＵＩＤセンサ２は寒剤３によって冷却されている。ここでは、寒剤３として液体ヘリウムが用いられている。

また、容器１の内部において、寒剤３の液面の上方には、寒剤凝縮部６が収容されている。寒剤凝縮部６は、容器１内で気化した寒剤３を再凝縮させる。寒剤凝縮部６は、容器１内に露出し凝縮用冷媒を通過させるチューブ６ａと、容器１内に位置しチューブ６ａに設けられたジュール・トムソン弁６ｂとを有する。チューブ６ａを通った凝縮用冷媒は、ジュール・トムソン弁６ｂによって断熱膨張されて温度が低下し、チューブ６ａを冷却する。容器１内で気化した寒剤は低温のチューブ６ａに接触することで、再液化する。従って、寒剤の蒸発や消費を抑制することが可能となる。また、ジュール・トムソン弁が容器１内に位置する構成により、チューブ６ａを効率よく冷却することが可能となる。

寒剤凝縮部６は、凝縮用冷媒供給管８を介して凝縮用冷凍機７ａと接続されている。また、寒剤凝縮部６は、凝縮用冷媒返送管９を介して凝縮用冷凍機７ａと接続されている。従って、凝縮用冷媒供給管８及び凝縮用冷媒返送管９を通じて、凝縮用冷凍機７ａからの凝縮用冷媒が寒剤凝縮部６に循環する。

磁気シールド部４は、容器１の周囲に設けられており、容器１への外部からの磁気をシールドする。この磁気シールド部４は、磁気シールド用冷凍機７ｂにおいて冷却された磁気シールド用冷媒によって、磁気シールド部４に含まれる超電導体薄層を冷却し超電導状態にすることで、磁気シールド効果を生じさせる。

凝縮用冷凍機７ａ及び磁気シールド用冷凍機７ｂによる磁気的及び機械的なノイズがＳＱＵＩＤに及ばないように、凝縮用冷凍機７ａ及び磁気シールド用冷凍機７ｂは、ＳＱＵＩＤから離して設置される。つまり、凝縮用冷凍機７ａ及び磁気シールド用冷凍機７ｂは磁気シールド部４の外側に設けられている。

磁気シールド部４は、磁気シールド用冷媒供給管１０及び磁気シールド用冷媒返送管１１を介して磁気シールド用冷凍機７ｂと接続されている。従って、磁気シールド用冷媒供給管１０及び磁気シールド用冷媒返送管１１を通じて、磁気シールド用冷凍機７ｂからの磁気シールド用冷媒が磁気シールド部４に循環する。

また、熱輻射シールド部５は、容器１の周囲に設けられており、容器１への外部からの輻射熱をシールドする。この熱輻射シールド部５は、磁気シールド用冷凍機７ｂにおいて冷却された磁気シールド用冷媒によって冷却されることで、外部からの輻射熱の侵入を抑制する。この熱輻射シールド部５は、磁気シールド用冷媒供給管１０と磁気シールド用冷媒返送管１１との間において、磁気シールド部４に直列に接続されている。つまり、熱輻射シールド部５は磁気シールド用冷凍機７ｂに接続されている。このため、熱輻射シールド部５を、磁気シールド用冷媒の循環により冷却することが可能となる。従って、磁気シールド用冷凍機７ｂとは別に熱輻射シールド部５用の冷凍機を設けなくても、熱輻射シールド部５を冷却することが可能となる。したがって、脳磁計１００を簡素化することが可能となる。なお、熱輻射シールド部５は、必ずしも設けられる必要はなく、省略しても構わない。

次に、図２を用いて接続部分１２について説明する。接続部分１２は、クライオスタット４０と、凝縮用冷凍機７ａ及び磁気シールド用冷凍機７ｂとを接続する部分である。つまり、クライオスタット４０と凝縮用冷凍機７ａ及び磁気シールド用冷凍機７ｂとを接続する凝縮用冷媒供給管８、凝縮用冷媒返送管９、磁気シールド用冷媒供給管１０、磁気シールド用冷媒返送管１１、及び外殻管２０は、接続部分１２に含まれる。

凝縮用冷媒供給管８により凝縮用冷媒供給路８ａが画成される。凝縮用冷媒供給路８ａは、凝縮用冷凍機７ａから寒剤凝縮部６への凝縮用冷媒を通過させるガス流路である。また、凝縮用冷媒返送管９により凝縮用冷媒返送路９ａが画成される。凝縮用冷媒返送路９ａは、寒剤凝縮部６から凝縮用冷凍機７ａへの凝縮用冷媒を通過させるガス流路である。つまり、凝縮用冷凍機７ａにおいて冷却された凝縮用冷媒は、凝縮用冷媒供給路８ａを通って寒剤凝縮部６へ搬送される。そして、寒剤凝縮部６で暖められた凝縮用冷媒は、凝縮用冷媒返送路９ａを通って凝縮用冷凍機７ａに返送される。このように、凝縮用冷凍機７ａにおいて寒剤用冷媒を冷却し寒剤凝縮部６に循環させることで、寒剤凝縮部６が冷却され、容器１内で気化した寒剤の凝縮が行われるので、寒剤の蒸発量が低減される。

また、磁気シールド用冷媒供給管１０により磁気シールド用冷媒供給路１０ａが画成される。磁気シールド用冷媒供給路１０ａは、磁気シールド用冷凍機７ｂから磁気シールド部４への磁気シールド用冷媒を通過させるガス流路である。また、磁気シールド用冷媒返送管１１は、内管１１ｓ及び外管１１ｔで構成され、内管１１ｓと外管１１ｔとで挟まれた断面環状の磁気シールド用冷媒返送路１１ａを画成する。磁気シールド用冷媒返送路１１ａは、磁気シールド部４から磁気シールド用冷凍機７ｂへの磁気シールド用冷媒を通過させるガス流路である。

つまり、磁気シールド用冷凍機７ｂにおいて冷却された磁気シールド用冷媒は、磁気シールド用冷媒供給路１０ａを通って、磁気シールド部４及び熱輻射シールド部５へ搬送される。そして、磁気シールド部４及び熱輻射シールド部５において暖められた磁気シールド用冷媒は、磁気シールド用冷媒返送路１１ａを通って磁気シールド用冷凍機７ｂに返送される。このように、磁気シールド部４は、磁気シールド用冷凍機７ｂにおいて磁気シールド用冷媒を冷却し磁気シールド部４に循環させることで冷却される。なお、凝縮用冷媒及び磁気シールド用冷媒としてヘリウムが用いられる。

凝縮用冷媒供給管８、凝縮用冷媒返送管９、及び磁気シールド用冷媒供給管１０は、内管１１ｓの内側に設けられている真空の断熱空間５０にそれぞれが囲まれている。従って、凝縮用冷媒供給路８ａ、凝縮用冷媒返送路９ａ、及び磁気シールド用冷媒供給路１０ａは、外殻管２０の内側に設けられている真空の断熱空間５０にそれぞれが囲まれ断熱空間５０に隣接している。これら３つの凝縮用冷媒供給管８、凝縮用冷媒返送管９、及び磁気シールド用冷媒供給管１０は、互いに平行に延在する構造であり、互いの外側に設けられている。これら３つの管の形状や設けられる位置は、断熱空間５０内に収まる範囲内であれば自由に設計可能である。

また、前述のように磁気シールド用冷媒返送路１１ａは、断熱空間５０を囲む内管１１ｓと、内管１１ｓを更に囲む外管１１ｔとで画成されている。従って、磁気シールド用冷媒返送路１１ａは、凝縮用冷媒供給路８ａ、凝縮用冷媒返送路９ａ、及び磁気シールド用冷媒供給路１０ａ及び断熱空間５０を囲む断面環状の流路を成す。

そして、凝縮用冷媒供給管８、凝縮用冷媒返送管９、磁気シールド用冷媒供給管１０、及び磁気シールド用冷媒返送管１１は、外殻管２０に包囲されている。従って、凝縮用冷媒供給路８ａ、凝縮用冷媒返送路９ａ、磁気シールド用冷媒供給路１０ａ、及び磁気シールド用冷媒返送路１１ａは、外殻管２０に包囲されている。

磁気シールド用冷媒返送管１１と外殻管２０との間は真空領域６０である。このように、外殻管２０によって、凝縮用冷媒供給路８ａ、凝縮用冷媒返送路９ａ、磁気シールド用冷媒供給路１０ａ、及び磁気シールド用冷媒返送路１１ａは外部から真空断熱されている。これら４つの流路を外部から真空断熱することで、４つの流路への熱の侵入を低減することができる。

なお、凝縮用冷媒供給路８ａ、凝縮用冷媒返送路９ａ、磁気シールド用冷媒供給路１０ａ、磁気シールド用冷媒返送路１１ａ、及び外殻管２０のうち、外殻管２０の温度が最も高い。さらに、凝縮用冷媒供給路８ａ、凝縮用冷媒返送路９ａ、磁気シールド用冷媒供給路１０ａ、及び磁気シールド用冷媒返送路１１ａの中で、最も温度の高い冷媒が通過する１つの流路によって、他の３つの流路が囲まれていることが好ましい。例えば、ここでは凝縮用冷媒供給路８ａの冷媒の温度は１０Ｋ〜２５Ｋであり、凝縮用冷媒返送路９ａの冷媒の温度が１０Ｋ〜２５Ｋであり、磁気シールド用冷媒供給路１０ａの冷媒の温度が４０Ｋ〜６０Ｋであり、及び磁気シールド用冷媒返送路１１ａの冷媒の温度が６０Ｋ〜１００Ｋであるので、磁気シールド用冷媒返送路１１ａによって、他の３つの流路は囲まれている。

凝縮用冷媒供給路８ａ、凝縮用冷媒返送路９ａ、及び磁気シールド用冷媒供給路１０ａは磁気シールド用冷媒返送路１１ａによって囲まれているため、磁気シールド用冷媒返送路１１ａが熱輻射シールドとして機能し、外殻管２０の外側からの凝縮用冷媒供給路８ａ、凝縮用冷媒返送路９ａ、及び磁気シールド用冷媒供給路１０ａへの輻射熱の侵入が低減される。従って、冷却効率が良い冷却システム７０及びこの冷却システム７０を用いた脳磁計１００が実現可能となる。また、最も高温の磁気シールド用冷媒返送路１１ａで、比較的低温の凝縮用冷媒供給路８ａ、凝縮用冷媒返送路９ａ、及び磁気シールド用冷媒供給路１０ａを取り囲む構造により、磁気シールド用冷媒返送路１１ａが上記の熱輻射シールドとしての機能を効果的に奏する。

接続部分１２は、１つの流路を断面環状とし、その中空部に残り３つの流路をそれぞれ独立させて別々に通過させる構造としているので、上記３つの流路を画成する管としては、小径のものを採用することができる。従って、接続部分１２全体をフレキシブル構造にし易い。

図２において、磁気シールド用冷媒返送路１１ａが、凝縮用冷媒供給路８ａ、凝縮用冷媒返送路９ａ、磁気シールド用冷媒供給路１０ａ、及び断熱空間５０を囲む断面環状の流路として説明したが、本発明はこの構成に限られない。凝縮用冷媒供給路８ａ、凝縮用冷媒返送路９ａ、磁気シールド用冷媒返送路１１ａ及び磁気シールド用冷媒供給路１０ａのうちの３つの流路が、外殻管２０の内側に設けられている断熱空間５０にそれぞれが囲まれ、３つの流路以外の他の１つの流路が、断熱空間５０を囲む断面環状の流路をなし、他の１つの流路と外殻管２０との間には、真空領域６０が設けられていれば良い。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る脳磁計３００を示す概略図である。図４は、図３に示されるIV−IV線に沿った断面図である。この第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、磁気シールド用冷凍機７ｂに接続される磁気シールド部４及び熱輻射シールド部５が、冷媒供給管及び冷媒返送管を共用しておらず、互いに独立した冷媒供給管と冷媒返送管とを設けた点である。その他の構成は第１実施形態で述べた構成と同じであるため、その説明は省略する。

図３に示すように、脳磁計３００は、脳から発生される磁場を検出するＳＱＵＩＤセンサ２と、ＳＱＵＩＤセンサ２を冷却する冷却システム７１と、を備える。

第１実施形態において接続部分１２は凝縮用冷媒供給管８、凝縮用冷媒返送管９、磁気シールド用冷媒供給管１０、磁気シールド用冷媒返送管１１、及び外殻管２０を含む例を示したが、本実施形態における接続部分１３は更に熱輻射シールド用冷媒供給管３０と熱輻射シールド用冷媒返送管３１とを含む。

そして、第１実施形態において熱輻射シールド部５は、磁気シールド用冷媒供給管１０及び磁気シールド用冷媒返送管１１を介して磁気シールド用冷凍機７ｂと接続される例を示したが、本実施形態における熱輻射シールド部５は熱輻射シールド用冷媒供給管３０及び熱輻射シールド用冷媒返送管３１を介して磁気シールド用冷凍機７ｂと接続される。

図４に示すように、熱輻射シールド用冷媒供給管３０により熱輻射シールド用冷媒供給路３０ａが画成される。熱輻射シールド用冷媒供給路３０ａは、磁気シールド用冷凍機７ｂから熱輻射シールド部５への熱輻射シールド用冷媒を通過させるガス流路である。また、熱輻射シールド用冷媒返送管３１により熱輻射シールド用冷媒返送路３１ａが画成される。熱輻射シールド用冷媒返送路３１ａは、熱輻射シールド部５から磁気シールド用冷凍機７ｂへの熱輻射シールド用冷媒を通過させるガス流路である。

つまり、磁気シールド用冷凍機７ｂにおいて冷却された熱輻射シールド用冷媒は、熱輻射シールド用冷媒供給路３０ａを通って熱輻射シールド部５へ搬送される。そして、熱輻射シールド部５で暖められた熱輻射シールド用冷媒は、熱輻射シールド用冷媒返送路３１ａを通って磁気シールド用冷凍機７ｂに返送される。このように、磁気シールド用冷凍機７ｂにおいて熱輻射シールド用冷媒を冷却し熱輻射シールド部５に循環させることで、熱輻射シールド部５が冷却され、熱輻射シールド部５は外部から容器１への輻射熱をシールドする。なお、熱輻射シールド用冷媒としてヘリウムが用いられる。

凝縮用冷媒供給管８、凝縮用冷媒返送管９、磁気シールド用冷媒供給管１０、熱輻射シールド用冷媒供給管３０、及び熱輻射シールド用冷媒返送管３１は、内管１１ｓの内側に設けられている真空の断熱空間５０にそれぞれが囲まれ断熱空間５０に隣接している。従って、凝縮用冷媒供給路８ａ、凝縮用冷媒返送路９ａ、磁気シールド用冷媒供給路１０ａ、熱輻射シールド用冷媒供給路３０ａ、及び熱輻射シールド用冷媒返送路３１ａは、外殻管２０の内側に設けられている真空の断熱空間５０にそれぞれが囲まれている。

また、前述のように磁気シールド用冷媒返送路１１ａは、断熱空間５０を囲む内管１１ｓと、内管１１ｓを更に囲む外管１１ｔとで画成されている。従って、磁気シールド用冷媒返送路１１ａは、凝縮用冷媒供給路８ａ、凝縮用冷媒返送路９ａ、磁気シールド用冷媒供給路１０ａ、熱輻射シールド用冷媒供給路３０ａ、熱輻射シールド用冷媒返送路３１ａ、及び断熱空間５０を囲む断面環状の流路を成す。

凝縮用冷媒供給路８ａ、凝縮用冷媒返送路９ａ、磁気シールド用冷媒供給路１０ａ、熱輻射シールド用冷媒供給路３０ａ、及び熱輻射シールド用冷媒返送路３１ａは、磁気シールド用冷媒返送路１１ａによって囲まれている。従って、磁気シールド用冷媒返送路１１ａは熱輻射シールドとして機能し、外殻管２０の外側から凝縮用冷媒供給路８ａ、凝縮用冷媒返送路９ａ、磁気シールド用冷媒供給路１０ａ、熱輻射シールド用冷媒供給路３０ａ、及び熱輻射シールド用冷媒返送路３１ａへの輻射熱の侵入が低減される。よって、冷却効率が良い冷却システム７１及びこの冷却システム７１を用いた脳磁計３００が実現可能となる。

また、これら６つの流路のうち最も高温の冷媒が通る流路が、比較的低温の冷媒が通る他の５つの流路を取り囲む構造であれば、最も高温の冷媒が通る流路が上記の熱輻射シールドとしての機能を効果的に奏する。

更に、凝縮用冷媒供給管８、凝縮用冷媒返送管９、磁気シールド用冷媒供給管１０、磁気シールド用冷媒返送管１１、熱輻射シールド用冷媒供給管３０、及び熱輻射シールド用冷媒返送管３１は、外殻管２０に包囲されている。従って、凝縮用冷媒供給路８ａ、凝縮用冷媒返送路９ａ、磁気シールド用冷媒供給路１０ａ、磁気シールド用冷媒返送路１１ａ、熱輻射シールド用冷媒供給路３０ａ、及び熱輻射シールド用冷媒返送路３１ａは、外殻管２０に包囲されている。

ここで、磁気シールド用冷媒返送管１１と外殻管２０との間は真空領域６０である。つまり、これら６つの流路は外殻管２０によって外部から真空断熱されるので、外部から凝縮用冷媒供給路８ａ、凝縮用冷媒返送路９ａ、磁気シールド用冷媒供給路１０ａ、磁気シールド用冷媒返送路１１ａ、熱輻射シールド用冷媒供給路３０ａ、及び熱輻射シールド用冷媒返送路３１ａへの熱の侵入を低減することができる。従って、冷却効率が良い冷却システム７１及びこの冷却システム７１を用いた脳磁計３００が実現可能となる。

本実施形態において、磁気シールド用冷媒返送路１１ａが、凝縮用冷媒供給路８ａ、凝縮用冷媒返送路９ａ、磁気シールド用冷媒供給路１０ａ、熱輻射シールド用冷媒供給路３０ａ、熱輻射シールド用冷媒返送路３１ａ、及び断熱空間５０を囲む断面環状の流路として説明したが、本発明はこの構成に限られない。凝縮用冷媒供給路８ａ、凝縮用冷媒返送路９ａ、磁気シールド用冷媒供給路１０ａ、磁気シールド用冷媒返送路１１ａ、熱輻射シールド用冷媒供給路３０ａ、及び熱輻射シールド用冷媒返送路３１ａのうちの５つの流路が、外殻管２０の内側に設けられている断熱空間５０にそれぞれが囲まれており、５つの流路の他の１つの流路が、５つの流路及び断熱空間５０を囲む断面環状の流路をなし、他の１つの流路と外殻管２０との間には、真空領域６０が設けられていれば良い。

本発明の第１実施形態に係る冷却システムを示す概略図である。図１のII−II線に沿った断面図である。本発明の第２実施形態に係る冷却システムを示す概略図である。図３のIV−IV線に沿った断面図である。

符号の説明

１…容器、２…ＳＱＵＩＤセンサ、３…寒剤、４…磁気シールド部、５…熱輻射シールド部、６…寒剤凝縮部、６ａ…チューブ、６ｂ…ジュール・トムソン弁、７ａ…凝縮用冷凍機、７ｂ…磁気シールド用冷凍機、８…凝縮用冷媒供給管、８ａ…凝縮用冷媒供給路、９…凝縮用冷媒返送管、９ａ…凝縮用冷媒返送路、１０…磁気シールド用冷媒供給管、１０ａ…磁気シールド用冷媒供給路、１１…磁気シールド用冷媒返送管、１１ａ…磁気シールド用冷媒返送路、１２，１３…接続部分、２０…外殻管、３０…熱輻射シールド用冷媒供給管、３０ａ…熱輻射シールド用冷媒供給路、３１…熱輻射シールド用冷媒返送管、３１ａ…熱輻射シールド用冷媒返送路、４０…クライオスタット、５０…断熱空間、６０…真空領域、７０，７１…冷却システム、１００，３００…脳磁計。

Claims

ＳＱＵＩＤセンサを冷却する冷却システムであって、
前記ＳＱＵＩＤセンサと前記ＳＱＵＩＤセンサを冷却する寒剤とを収納する容器と、
前記容器内に設けられ、前記容器内で気化した前記寒剤を再凝縮させる寒剤凝縮部と、
前記容器の周囲に設けられ、前記容器への外部からの輻射熱をシールドする熱輻射シールド部と、
前記容器の周囲に設けられ、前記容器への外部からの磁気をシールドする磁気シールド部と、
前記磁気シールド部の外側に設けられ、前記寒剤凝縮部を冷却するための凝縮用冷媒を冷却し前記寒剤凝縮部に循環させる凝縮用冷凍機と、
前記磁気シールド部の外側に設けられ、前記磁気シールド部を冷却するための磁気シールド用冷媒を冷却し前記磁気シールド部に循環させる磁気シールド用冷凍機と、
前記寒剤凝縮部と前記凝縮用冷凍機とを接続し、前記凝縮用冷凍機からの前記凝縮用冷媒を前記寒剤凝縮部に搬送する凝縮用冷媒供給路と、
前記寒剤凝縮部と前記凝縮用冷凍機とを接続し、前記寒剤凝縮部からの前記凝縮用冷媒を前記凝縮用冷凍機に返送する凝縮用冷媒返送路と、
前記磁気シールド用冷凍機からの前記磁気シールド用冷媒を前記磁気シールド部に搬送する磁気シールド用冷媒供給路と、
前記磁気シールド部からの前記磁気シールド用冷媒を前記磁気シールド用冷凍機に返送する磁気シールド用冷媒返送路と、
前記凝縮用冷媒供給路、前記凝縮用冷媒返送路、前記磁気シールド用冷媒供給路、及び前記磁気シールド用冷媒返送路を真空断熱する外殻管と、を備え、
前記凝縮用冷媒供給路、前記凝縮用冷媒返送路、前記磁気シールド用冷媒供給路、及び前記磁気シールド用冷媒返送路のうちの３つの流路は、前記外殻管の内側に設けられている断熱空間にそれぞれが囲まれており、
前記３つの流路以外の他の１つの流路は、前記断熱空間を囲む断面環状の流路をなし、
前記他の１つの流路と前記外殻管との間には、真空領域が設けられていることを特徴とする冷却システム。
前記熱輻射シールド部は、前記磁気シールド用冷媒供給路と前記磁気シールド用冷媒返送路との間において前記磁気シールド部に直列に接続されており、前記磁気シールド用冷媒の循環により冷却されることを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
前記寒剤凝縮部は、前記容器内に露出し前記凝縮用冷媒を通過させるチューブと、前記容器内に位置し前記チューブに設けられたジュール・トムソン弁とを有することを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
脳から発生される磁場を検出するＳＱＵＩＤセンサと、前記ＳＱＵＩＤセンサを冷却する冷却システムと、を備える脳磁計であって、
前記冷却システムは、
前記ＳＱＵＩＤセンサと前記ＳＱＵＩＤセンサを冷却する寒剤とを収納する容器と、
前記容器内に設けられ、前記容器内で気化した前記寒剤を再凝縮させる寒剤凝縮部と、
前記容器の周囲に設けられ、前記容器への外部からの輻射熱をシールドする熱輻射シールド部と、
前記容器の周囲に設けられ、前記容器への外部からの磁気をシールドする磁気シールド部と、
前記磁気シールド部の外側に設けられ、前記寒剤凝縮部を冷却するための凝縮用冷媒を冷却し前記寒剤凝縮部に循環させる凝縮用冷凍機と、
前記磁気シールド部の外側に設けられ、前記磁気シールド部を冷却するための磁気シールド用冷媒を冷却し前記磁気シールド部に循環させる磁気シールド用冷凍機と、
前記寒剤凝縮部と前記凝縮用冷凍機とを接続し、前記凝縮用冷凍機からの前記凝縮用冷媒を前記寒剤凝縮部に搬送する凝縮用冷媒供給路と、
前記寒剤凝縮部と前記凝縮用冷凍機とを接続し、前記寒剤凝縮部からの前記凝縮用冷媒を前記凝縮用冷凍機に返送する凝縮用冷媒返送路と、
前記磁気シールド用冷凍機からの前記磁気シールド用冷媒を前記磁気シールド部に搬送する磁気シールド用冷媒供給路と、
前記磁気シールド部からの前記磁気シールド用冷媒を前記磁気シールド用冷凍機に返送する磁気シールド用冷媒返送路と、
前記凝縮用冷媒供給路、前記凝縮用冷媒返送路、前記磁気シールド用冷媒供給路、及び前記磁気シールド用冷媒返送路を包囲し外部から真空断熱する外殻管と、を備え、
前記凝縮用冷媒供給路、前記凝縮用冷媒返送路、前記磁気シールド用冷媒供給路、及び前記磁気シールド用冷媒返送路のうちの３つの流路は、前記外殻管内に設けられている断熱空間にそれぞれが囲まれており、
前記３つの流路以外の他の１つの流路は、前記断熱空間を囲む断面環状の流路をなし、
前記他の１つの流路と前記外殻管との間には、真空領域が設けられていることを特徴とする脳磁計。