JP6871881B2 - Cryogenic refrigerator system and oscillator unit - Google Patents

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    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point

Description

本発明は、極低温冷凍機システムおよび起振機ユニットに関する。 The present invention relates to a cryogenic refrigerator system and a vibrator unit.

極低温冷凍機の主な用途の一つに超電導磁石の冷却がある。超電導磁石により作られる強い静磁場は、例えば磁気共鳴イメージング(MRI)に利用されている。MRIの応用であるMRエラストグラフィ(MRE)が、新たな有用な画像診断法として近年注目されている。MREでは画像取得に際し、被検体に機械的な振動を与える必要があり、そのため、MREに用いられる加振装置が提案されている。 One of the main applications of cryogenic refrigerators is the cooling of superconducting magnets. The strong static magnetic field created by superconducting magnets is used, for example, in magnetic resonance imaging (MRI). MR elastography (MRE), which is an application of MRI, has been attracting attention in recent years as a new and useful diagnostic imaging method. In the MRE, it is necessary to give a mechanical vibration to the subject when acquiring an image, and therefore, a vibrating device used for the MRE has been proposed.

国際公開第2012/026543号International Publication No. 2012/026543

MRE用の加振装置は、高磁場環境に適合することを要するが、そのような既存の加振装置は大がかりで複雑な設計となりがちである。MRE撮像装置の周囲には高磁場の影響が及びうる立入制限区域が定められる。磁場の影響を避けるために、加振装置は、立入制限区域の外、例えば、MRE撮像装置が設置される撮影室とは別の部屋に置かれる。加振装置では、音響発生装置が電気信号から音響信号を発生させ、音響信号は増幅され拡声器を介し音波信号に変換される。さらに、音波信号は空気振動に変換される。空気振動は、立入制限区域の外から中へと延びる数m以上の長いホースなど非磁性材料の伝達部により、MRE撮像装置とともに使用される振動出力部まで伝達される。振動出力部は、振動パッドなどとも称され、MRE撮像装置で撮像される被検体に物理的に接触して、被検体に機械的な振動を与える。 Exciters for MRE need to be adapted to high magnetic field environments, but such existing exciters tend to be large and complex designs. A restricted access area that can be affected by a high magnetic field is defined around the MRE imaging device. In order to avoid the influence of the magnetic field, the exciter is placed outside the restricted access area, for example, in a room separate from the imaging room in which the MRE imaging device is installed. In the vibration exciter, the sound generator generates an acoustic signal from an electric signal, and the acoustic signal is amplified and converted into a sound wave signal via a loudspeaker. In addition, the sound wave signal is converted into air vibration. Air vibration is transmitted to the vibration output section used with the MRE image pickup device by a transmission section of a non-magnetic material such as a long hose of several meters or more extending from the outside to the inside of the restricted access area. The vibration output unit, also called a vibration pad or the like, physically contacts the subject imaged by the MRE imaging device to give the subject mechanical vibration.

このように、既存の加振装置は、振動を利用する場所の近くに設置し難く、設置できる場所が制約される。また、加振装置は大型となるので、設置スペースを広くとる必要がある。 As described above, it is difficult to install the existing vibration exciter near the place where vibration is used, and the place where it can be installed is restricted. In addition, since the vibration exciter is large, it is necessary to take a large installation space.

振動の伝達距離が長くなれば、振動は減衰しうる。また、加振装置での発振から被検体での受振までに遅延が起こりうる。そうすると、所望の振動を所望のタイミングで被検体に確実に与えることが難しくなる。 If the transmission distance of vibration is long, the vibration can be damped. In addition, a delay may occur from the oscillation in the vibration exciter to the reception in the subject. Then, it becomes difficult to reliably apply the desired vibration to the subject at the desired timing.

複雑な加振装置は相応に製造コストが高くなる。 Complex vibration devices have correspondingly high manufacturing costs.

こうした不都合は、MRE用の加振装置には限られず、超電導磁石またはそのほかの高磁場源の近くで振動を使用することが望まれる他の状況においても生じうる。 These inconveniences are not limited to exciters for MRE and can occur in other situations where it is desirable to use vibrations near superconducting magnets or other high magnetic field sources.

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、上記の少なくとも1つの課題に対処した新規な極低温冷凍機システムおよび起振機ユニットを提供することにある。 One exemplary object of an aspect of the present invention is to provide a novel cryogenic refrigerator system and oscillator unit that addresses at least one of the above issues.

本発明のある態様によると、極低温冷凍機システムは、吐出ポートと吸入ポートとを備える圧縮機と、高圧ポートと低圧ポートとを備えるコールドヘッドと、前記圧縮機の前記吐出ポートを前記コールドヘッドの前記高圧ポートに接続する高圧ラインと、前記圧縮機の前記吸入ポートを前記コールドヘッドの前記低圧ポートに接続する低圧ラインと、前記高圧ラインと前記低圧ラインとの間に前記コールドヘッドと並列に接続された起振部であって、冷媒ガスを収容する冷媒ガス室と、前記冷媒ガスの圧力振動を前記冷媒ガス室に発生させるように前記冷媒ガス室を前記高圧ラインと前記低圧ラインに交互に接続するバルブ部と、前記冷媒ガスの圧力振動に応じた振動を振動利用機器に機械的または電気的に伝達する振動伝達部と、を備える起振部と、を備える。 According to an aspect of the present invention, the cryogenic refrigerator system comprises a compressor having a discharge port and a suction port, a cold head having a high pressure port and a low pressure port, and the discharge port of the compressor as the cold head. A high-pressure line connecting to the high-pressure port, a low-pressure line connecting the suction port of the compressor to the low-pressure port of the cold head, and parallel to the cold head between the high-pressure line and the low-pressure line. A connected excitation unit, the refrigerant gas chamber accommodating the refrigerant gas, and the refrigerant gas chamber alternating between the high pressure line and the low pressure line so as to generate the pressure vibration of the refrigerant gas in the refrigerant gas chamber. A vibration unit including a valve unit connected to the above and a vibration transmission unit that mechanically or electrically transmits vibration corresponding to the pressure vibration of the refrigerant gas to the vibration utilization device.

本発明のある態様によると、起振機ユニットは、極低温冷凍機システムに設置可能な起振機ユニットであって、前記起振機ユニットは、圧縮機からコールドヘッドに送出される冷媒ガスが流れる高圧ラインと前記コールドヘッドから前記圧縮機に回収される冷媒ガスが流れる低圧ラインとの間に前記コールドヘッドと並列に接続され、前記起振機ユニットは、前記冷媒ガスを収容する冷媒ガス室と、前記冷媒ガスの圧力振動を前記冷媒ガス室に発生させるように前記冷媒ガス室を前記高圧ラインと前記低圧ラインに交互に接続するバルブ部と、前記冷媒ガスの圧力振動に応じた振動を振動利用機器に機械的または電気的に伝達する振動伝達部と、を備える。 According to an aspect of the present invention, the oscillating unit is a oscillating unit that can be installed in an ultra-low temperature refrigerating system, and the oscillating unit is a refrigerant gas sent from a compressor to a cold head. A refrigerant gas chamber for accommodating the refrigerant gas is connected in parallel with the cold head between the flowing high-pressure line and the low-pressure line through which the refrigerant gas recovered from the cold head to the compressor flows. And the valve portion that alternately connects the refrigerant gas chamber to the high pressure line and the low pressure line so as to generate the pressure vibration of the refrigerant gas in the refrigerant gas chamber, and the vibration corresponding to the pressure vibration of the refrigerant gas. It is provided with a vibration transmission unit that mechanically or electrically transmits to the vibration utilization device.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above components or components and expressions of the present invention that are mutually replaced between methods, devices, systems, and the like are also effective as aspects of the present invention.

本発明によれば、新規な極低温冷凍機システムおよび起振機ユニットを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a novel cryogenic refrigerator system and a vibrator unit.

ある実施の形態に係る極低温冷凍機システムを概略的に示す図である。It is a figure which shows schematicly the cryogenic refrigerator system which concerns on a certain embodiment. ある実施の形態に係る起振部の外観を示す概略図である。It is the schematic which shows the appearance of the exciting part which concerns on a certain embodiment. 図2に示される起振部の内部を示す概略図である。It is the schematic which shows the inside of the exciting part shown in FIG. ある実施の形態に係る起振部の振動伝達部の他の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows another example of the vibration transmission part of the vibration part which concerns on a certain embodiment. ある実施の形態に係る起振部の振動伝達部の他の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows another example of the vibration transmission part of the vibration part which concerns on a certain embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施の形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description and drawings, the same or equivalent components, members, and processes are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted as appropriate. The scales and shapes of the illustrated parts are set for convenience of explanation and are not to be interpreted in a limited manner unless otherwise specified. Embodiments are exemplary and do not limit the scope of the invention in any way. Not all features and combinations thereof described in the embodiments are necessarily essential to the invention.

図1は、ある実施の形態に係る極低温冷凍機システム10を概略的に示す図である。極低温冷凍機システム10は、極低温冷凍機を構成する圧縮機12およびコールドヘッド14と、起振部16とを備える。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a cryogenic refrigerator system 10 according to an embodiment. The cryogenic refrigerator system 10 includes a compressor 12 and a cold head 14 constituting a cryogenic refrigerator, and a vibration unit 16.

圧縮機12は、極低温冷凍機の冷媒ガスをコールドヘッド14から回収し、回収した冷媒ガスを昇圧して、再び冷媒ガスをコールドヘッド14に供給するよう構成されている。コールドヘッド14は、膨張機とも称され、室温部18と、少なくとも1つの低温部20とを有する。図示されるように、コールドヘッド14が二段式の場合には、コールドヘッド14は第1段と第2段にそれぞれ低温部20を有する。コールドヘッド14は単段式であってもよい。低温部20は、冷却ステージとも称される。 The compressor 12 is configured to recover the refrigerant gas of the cryogenic refrigerator from the cold head 14, pressurize the recovered refrigerant gas, and supply the refrigerant gas to the cold head 14 again. The cold head 14, also referred to as an expander, has a room temperature portion 18 and at least one low temperature portion 20. As shown in the figure, when the cold head 14 is of a two-stage type, the cold head 14 has a low temperature portion 20 in each of the first stage and the second stage. The cold head 14 may be of a single stage type. The low temperature section 20 is also referred to as a cooling stage.

圧縮機12とコールドヘッド14との間の冷媒ガスの循環がコールドヘッド14内での冷媒ガスの適切な圧力変動と容積変動の組み合わせをもって行われることにより、極低温冷凍機の冷凍サイクルが構成され、低温部20が所望の極低温に冷却される。それにより、低温部20に熱的に結合された例えば超電導電磁石またはそのほか任意の被冷却物を目標冷却温度に冷却することができる。冷媒ガスは、通例はヘリウムガスであるが、適切な他のガスが用いられてもよい。理解のために、冷媒ガスの流れる方向を図1に矢印で示す。 The refrigeration cycle of the ultra-low temperature refrigerator is configured by circulating the refrigerant gas between the compressor 12 and the cold head 14 with an appropriate combination of pressure fluctuation and volume fluctuation of the refrigerant gas in the cold head 14. , The low temperature part 20 is cooled to a desired extremely low temperature. Thereby, for example, a superconducting electromagnet thermally coupled to the low temperature portion 20 or any other object to be cooled can be cooled to the target cooling temperature. The refrigerant gas is usually helium gas, but other suitable gases may be used. For understanding, the direction in which the refrigerant gas flows is indicated by an arrow in FIG.

極低温冷凍機は、一例として、二段式のギフォード・マクマホン(Gifford-McMahon;GM)冷凍機であるが、パルス管冷凍機、スターリング冷凍機、またはそのほかのタイプの極低温冷凍機であってもよい。コールドヘッド14は、極低温冷凍機のタイプに応じて異なる構成を有する。圧縮機12は、極低温冷凍機のタイプによらず、同じ構成を用いることができる。 Cryogenic refrigerators are, for example, two-stage Gifford-McMahon (GM) refrigerators, but pulse tube refrigerators, Stirling refrigerators, or other types of cryogenic refrigerators. May be good. The cold head 14 has a different configuration depending on the type of cryogenic refrigerator. The compressor 12 can use the same configuration regardless of the type of cryogenic refrigerator.

なお、一般に、圧縮機12からコールドヘッド14に供給される冷媒ガスの圧力と、コールドヘッド14から圧縮機12に回収される冷媒ガスの圧力は、ともに大気圧よりかなり高く、それぞれ第1高圧及び第2高圧と呼ぶことができる。説明の便宜上、第1高圧及び第2高圧はそれぞれ単に高圧及び低圧とも呼ばれる。典型的には、高圧は例えば約2〜3MPaの範囲にあり、低圧は例えば約0.5〜1.5MPaの範囲にある。 In general, the pressure of the refrigerant gas supplied from the compressor 12 to the cold head 14 and the pressure of the refrigerant gas recovered from the cold head 14 to the compressor 12 are both considerably higher than the atmospheric pressure, and are the first high pressure and the first high pressure, respectively. It can be called the second high pressure. For convenience of explanation, the first high pressure and the second high pressure are also simply referred to as high pressure and low pressure, respectively. Typically, the high pressure is in the range of, for example, about 2-3 MPa, and the low pressure is, for example, in the range of about 0.5 to 1.5 MPa.

圧縮機12は、吐出ポート12aと吸入ポート12bとを有する。吐出ポート12aは、圧縮機12により高圧に昇圧された冷媒ガスを圧縮機12から送出するために圧縮機12に設けられた冷媒ガスの出口であり、吸入ポート12bは、低圧の冷媒ガスを圧縮機12に受け入れるために圧縮機12に設けられた冷媒ガスの入口である。 The compressor 12 has a discharge port 12a and a suction port 12b. The discharge port 12a is an outlet of the refrigerant gas provided in the compressor 12 for sending the refrigerant gas pressurized to a high pressure by the compressor 12 from the compressor 12, and the suction port 12b compresses the low pressure refrigerant gas. It is an inlet of a refrigerant gas provided in the compressor 12 for receiving in the machine 12.

コールドヘッド14は、高圧ポート14aと低圧ポート14bとを有する。高圧ポート14aは、コールドヘッド14の低温部20の内部に高圧の作動ガスを受け入れるためにコールドヘッド14の室温部18に設けられた冷媒ガスの入口である。低圧ポート14bは、コールドヘッド14の低温部20の内部での冷媒ガスの膨張により減圧された低圧の冷媒ガスをコールドヘッド14から排出するためにコールドヘッド14の室温部18に設けられた冷媒ガスの出口である。 The cold head 14 has a high pressure port 14a and a low pressure port 14b. The high-pressure port 14a is an inlet for the refrigerant gas provided in the room temperature portion 18 of the cold head 14 in order to receive the high-pressure working gas inside the low-temperature portion 20 of the cold head 14. The low-pressure port 14b is provided in the room temperature portion 18 of the cold head 14 in order to discharge the low-pressure refrigerant gas decompressed by the expansion of the refrigerant gas inside the low-temperature portion 20 of the cold head 14 from the cold head 14. It is the exit of.

また、極低温冷凍機システム10は、圧縮機12とコールドヘッド14との間で冷媒ガスを循環させるべくこれらを接続する配管システム22を備える。配管システム22は、圧縮機12の吐出ポート12aをコールドヘッド14の高圧ポート14aに接続する高圧ライン24と、圧縮機12の吸入ポート12bをコールドヘッド14の低圧ポート14bに接続する低圧ライン26とを備える。よって、高圧の冷媒ガスは、圧縮機12から高圧ライン24を通じてコールドヘッド14に供給され、低圧の冷媒ガスは、コールドヘッド14から低圧ライン26を通じて圧縮機12に回収される。 Further, the cryogenic refrigerator system 10 includes a piping system 22 that connects the compressor 12 and the cold head 14 so as to circulate the refrigerant gas. The piping system 22 includes a high-pressure line 24 that connects the discharge port 12a of the compressor 12 to the high-pressure port 14a of the cold head 14, and a low-pressure line 26 that connects the suction port 12b of the compressor 12 to the low-pressure port 14b of the cold head 14. To be equipped. Therefore, the high-pressure refrigerant gas is supplied from the compressor 12 to the cold head 14 through the high-pressure line 24, and the low-pressure refrigerant gas is recovered from the cold head 14 to the compressor 12 through the low-pressure line 26.

起振部16は、高圧ライン24と低圧ライン26との間にコールドヘッド14と並列に接続されている。起振部16は、冷媒ガス室28と、バルブ部30と、振動伝達部32とを備える。冷媒ガス室28は、冷媒ガスを収容し、バルブ部30は、冷媒ガス室28を高圧ライン24と低圧ライン26に交互に接続するように構成され、それによりバルブ部30は冷媒ガスの圧力振動を冷媒ガス室28に発生させる。振動伝達部32は、冷媒ガスの圧力振動に応じた振動を振動利用機器34に機械的または電気的に伝達するように構成されている。 The exciting portion 16 is connected in parallel with the cold head 14 between the high pressure line 24 and the low pressure line 26. The vibration generating unit 16 includes a refrigerant gas chamber 28, a valve unit 30, and a vibration transmitting unit 32. The refrigerant gas chamber 28 accommodates the refrigerant gas, and the valve portion 30 is configured to alternately connect the refrigerant gas chamber 28 to the high pressure line 24 and the low pressure line 26, whereby the valve portion 30 causes the pressure vibration of the refrigerant gas. Is generated in the refrigerant gas chamber 28. The vibration transmission unit 32 is configured to mechanically or electrically transmit vibration corresponding to the pressure vibration of the refrigerant gas to the vibration utilization device 34.

バルブ部30は、高圧ライン24から冷媒ガス室28に冷媒ガスを供給するための供給バルブ30aと、冷媒ガス室28から低圧ライン26に冷媒ガスを排出するための排出バルブ30bを有する。バルブ部30は、供給バルブ30aと排出バルブ30bを適切なタイミングで開閉することによって(例えば、交互に開閉することによって)、冷媒ガス室28に冷媒ガスを給排し、冷媒ガスの圧力振動を発生させることができる。バルブ部30は、望まれる周波数および振幅をもつ圧力振動を冷媒ガス室28に発生させるように構成されている。 The valve portion 30 includes a supply valve 30a for supplying the refrigerant gas from the high-pressure line 24 to the refrigerant gas chamber 28, and an exhaust valve 30b for discharging the refrigerant gas from the refrigerant gas chamber 28 to the low-pressure line 26. The valve unit 30 supplies and discharges the refrigerant gas to the refrigerant gas chamber 28 by opening and closing the supply valve 30a and the discharge valve 30b at appropriate timings (for example, by opening and closing alternately), and causes pressure vibration of the refrigerant gas. Can be generated. The valve portion 30 is configured to generate a pressure vibration having a desired frequency and amplitude in the refrigerant gas chamber 28.

一例として、バルブ部30は、供給バルブ30aと排出バルブ30bが組み込まれた単一のロータリーバルブの形式をとる。あるいは、適用可能である場合には、バルブ部30は、複数の個別に制御可能なバルブの形式をとってもよく、供給バルブ30aと排出バルブ30bはそれぞれ個別に制御可能な電磁弁であってもよい。 As an example, the valve section 30 takes the form of a single rotary valve incorporating a supply valve 30a and a discharge valve 30b. Alternatively, where applicable, the valve section 30 may take the form of a plurality of individually controllable valves, and the supply valve 30a and the discharge valve 30b may each be individually controllable solenoid valves. ..

振動伝達部32は、振動伝達管33または電気配線により振動利用機器34と接続されている。冷媒ガスの圧力振動に応じた振動は、振動伝達部32から振動伝達管33または電気配線を通じて振動利用機器34に機械的または電気的に入力される。振動利用機器34は、入力される機械的振動を出力し、または入力される機械的振動を増幅して出力し、または入力される電気的振動を機械的振動に変換して出力するように構成されていてもよい。 The vibration transmission unit 32 is connected to the vibration utilization device 34 by a vibration transmission pipe 33 or electrical wiring. The vibration corresponding to the pressure vibration of the refrigerant gas is mechanically or electrically input from the vibration transmission unit 32 to the vibration utilization device 34 through the vibration transmission pipe 33 or the electric wiring. The vibration utilization device 34 is configured to output the input mechanical vibration, amplify the input mechanical vibration and output it, or convert the input electrical vibration into mechanical vibration and output it. It may have been done.

起振部16は、例えば、極低温冷凍機システム10の製造業者によって製造され、利用者に提供される。しかし、振動利用機器34は、起振部16の一部であるとはみなされなくてもよい。例えば、起振部16がMRE撮像装置とともに使用される場合、振動利用機器34は、MRE撮像装置で撮像される被検体に物理的に接触して被検体に機械的な振動を与える振動パッドであってもよい。振動パッドは、MRE撮像装置の製造業者によって起振部16とは別に利用者に提供されてもよい。あるいは、他の状況においては、振動利用機器34は、起振部16の一部を構成し、例えば極低温冷凍機システム10の製造業者によって利用者に提供されてもよい。 The vibration unit 16 is manufactured by, for example, the manufacturer of the cryogenic refrigerator system 10 and provided to the user. However, the vibration utilization device 34 may not be considered to be a part of the vibration unit 16. For example, when the vibration unit 16 is used together with the MRE image pickup device, the vibration utilization device 34 is a vibration pad that physically contacts the subject imaged by the MRE image pickup device and gives mechanical vibration to the subject. There may be. The vibration pad may be provided to the user by the manufacturer of the MRE imaging device separately from the vibration unit 16. Alternatively, in other situations, the vibration utilization device 34 may form part of the vibration unit 16 and may be provided to the user, for example, by the manufacturer of the cryogenic refrigerator system 10.

起振部16の例示的な構成については、詳しく後述する。 An exemplary configuration of the vibrating unit 16 will be described in detail later.

極低温冷凍機システム10は、コールドヘッド14または起振部16のいずれかを選択して動作させるように構成されている。すなわち、極低温冷凍機システム10は、コールドヘッド14を動作させる間は起振部16を停止し、起振部16を動作させる間はコールドヘッド14を停止するように構成されている。 The cryogenic refrigerator system 10 is configured to select and operate either the cold head 14 or the vibration unit 16. That is, the cryogenic refrigerator system 10 is configured to stop the vibration unit 16 while operating the cold head 14, and stop the cold head 14 while operating the vibration unit 16.

そこで、配管システム22は、高圧切替バルブ36、低圧切替バルブ38、高圧接続管40、および低圧接続管42を備える。 Therefore, the piping system 22 includes a high-pressure switching valve 36, a low-pressure switching valve 38, a high-pressure connecting pipe 40, and a low-pressure connecting pipe 42.

高圧切替バルブ36は、高圧ライン24上に配置され、圧縮機12の吐出ポート12aをコールドヘッド14または起振部16のいずれか一方に切り替えて接続するように構成されている。低圧切替バルブ38は、低圧ライン26上に配置され、圧縮機12の吸入ポート12bをコールドヘッド14または起振部16のいずれか一方に切り替えて接続するように構成されている。高圧切替バルブ36と低圧切替バルブ38はそれぞれ、一組の開閉弁、三方弁、またはそのほか適当なバルブ構成を有してもよい。 The high-pressure switching valve 36 is arranged on the high-pressure line 24, and is configured to switch and connect the discharge port 12a of the compressor 12 to either the cold head 14 or the exciting portion 16. The low-pressure switching valve 38 is arranged on the low-pressure line 26, and is configured to switch and connect the suction port 12b of the compressor 12 to either the cold head 14 or the exciting portion 16. The high pressure switching valve 36 and the low pressure switching valve 38 may each have a set of on-off valve, a three-way valve, or any other suitable valve configuration.

高圧切替バルブ36と低圧切替バルブ38は、コールドヘッド14または起振部16のいずれか一方を高圧ライン24と低圧ライン26の両方に接続するとともに、他方を高圧ライン24と低圧ライン26の両方から切り離すように、同期して動作するように構成されている。高圧切替バルブ36と低圧切替バルブ38は、自動制御により切り替えられ、または手動で切り替えられてもよい。 The high-pressure switching valve 36 and the low-pressure switching valve 38 connect either the cold head 14 or the exciting portion 16 to both the high-pressure line 24 and the low-pressure line 26, and connect the other from both the high-pressure line 24 and the low-pressure line 26. It is configured to work synchronously so that it is detached. The high pressure switching valve 36 and the low pressure switching valve 38 may be switched by automatic control or may be switched manually.

高圧接続管40は、高圧ライン24を起振部16に接続し、低圧接続管42は、低圧ライン26を起振部16に接続する。より具体的には、高圧接続管40は、高圧切替バルブ36をバルブ部30の供給バルブ30aに接続し、低圧接続管42は、低圧切替バルブ38をバルブ部30の排出バルブ30bに接続する。高圧接続管40と低圧接続管42は、一例として、フレキシブル管またはフレキシブルホースであり、あるいはリジッド管であってもよい。 The high-pressure connection pipe 40 connects the high-pressure line 24 to the vibration unit 16, and the low-pressure connection pipe 42 connects the low-pressure line 26 to the vibration unit 16. More specifically, the high-pressure connecting pipe 40 connects the high-pressure switching valve 36 to the supply valve 30a of the valve portion 30, and the low-pressure connecting pipe 42 connects the low-pressure switching valve 38 to the discharge valve 30b of the valve portion 30. The high-pressure connection pipe 40 and the low-pressure connection pipe 42 may be, for example, a flexible pipe or a flexible hose, or may be a rigid pipe.

したがって、高圧切替バルブ36と低圧切替バルブ38がコールドヘッド14に切り替えられている場合には、圧縮機12の吐出ポート12aから高圧ライン24を通じてコールドヘッド14の高圧ポート14aに冷媒ガスが供給され、コールドヘッド14の低圧ポート14bから低圧ライン26を通じて圧縮機12の吸入ポート12bに冷媒ガスが回収される。こうして、極低温冷凍機システム10は、コールドヘッド14の冷却運転をすることができる。このとき、起振部16は、圧縮機12から切り離されている。 Therefore, when the high-pressure switching valve 36 and the low-pressure switching valve 38 are switched to the cold head 14, the refrigerant gas is supplied from the discharge port 12a of the compressor 12 to the high-pressure port 14a of the cold head 14 through the high-pressure line 24. Refrigerant gas is recovered from the low pressure port 14b of the cold head 14 to the suction port 12b of the compressor 12 through the low pressure line 26. In this way, the cryogenic refrigerator system 10 can perform the cooling operation of the cold head 14. At this time, the vibration unit 16 is separated from the compressor 12.

高圧切替バルブ36と低圧切替バルブ38が起振部16に切り替えられている場合には、圧縮機12の吐出ポート12aから高圧ライン24、高圧接続管40を通じて起振部16の供給バルブ30aに冷媒ガスが供給され、起振部16の排出バルブ30bから低圧接続管42、低圧ライン26を通じて圧縮機12の吸入ポート12bに冷媒ガスが回収される。バルブ部30の動作により冷媒ガス室28には冷媒ガスの圧力振動が生成され、圧力振動に基づく振動が振動伝達部32により機械的または電気的に振動利用機器34へと出力される。こうして、極低温冷凍機システム10は、起振部16から所望の振動を出力することができる。このとき、コールドヘッド14は、圧縮機12から切り離されている。 When the high-pressure switching valve 36 and the low-pressure switching valve 38 are switched to the exciting portion 16, the refrigerant is sent from the discharge port 12a of the compressor 12 to the supply valve 30a of the exciting portion 16 through the high-pressure line 24 and the high-pressure connecting pipe 40. Gas is supplied, and the refrigerant gas is recovered from the discharge valve 30b of the exciting portion 16 to the suction port 12b of the compressor 12 through the low-pressure connecting pipe 42 and the low-pressure line 26. The operation of the valve unit 30 generates pressure vibration of the refrigerant gas in the refrigerant gas chamber 28, and the vibration based on the pressure vibration is mechanically or electrically output to the vibration utilization device 34 by the vibration transmission unit 32. In this way, the cryogenic refrigerator system 10 can output a desired vibration from the vibration unit 16. At this time, the cold head 14 is separated from the compressor 12.

なお、極低温冷凍機システム10は、コールドヘッド14と起振部16を同時に動作させるように構成されていてもよい。この場合、配管システム22は、高圧切替バルブ36を低圧切替バルブ38を備えなくてもよい。配管システム22は、高圧切替バルブ36に代えて、高圧ライン24を高圧接続管40に分岐させる高圧分岐部を備え、また、低圧切替バルブ38に代えて、低圧ライン26を低圧接続管42に分岐させる低圧分岐部を備えてもよい。 The cryogenic refrigerator system 10 may be configured to operate the cold head 14 and the vibration unit 16 at the same time. In this case, the piping system 22 does not have to include the high pressure switching valve 36 with the low pressure switching valve 38. The piping system 22 includes a high-voltage branching portion that branches the high-voltage line 24 to the high-voltage connecting pipe 40 instead of the high-voltage switching valve 36, and branches the low-voltage line 26 to the low-voltage connecting pipe 42 instead of the low-voltage switching valve 38. It may be provided with a low pressure branching portion to allow

また、配管システム22は、バイパスユニット44を備えてもよい。バイパスユニット44は、高圧ライン24と低圧ライン26との間にコールドヘッド14と並列に接続されている。バイパスユニット44は、コールドヘッド14を迂回して高圧ライン24から低圧ライン26に冷媒ガスを還流させるように高圧ライン24を低圧ライン26に接続する。 Further, the piping system 22 may include a bypass unit 44. The bypass unit 44 is connected in parallel with the cold head 14 between the high voltage line 24 and the low voltage line 26. The bypass unit 44 connects the high pressure line 24 to the low pressure line 26 so as to bypass the cold head 14 and return the refrigerant gas from the high pressure line 24 to the low pressure line 26.

バイパスユニット44は、高圧ライン24を低圧ライン26に接続するバイパスライン44aと、バイパスライン44a上に配置されたバイパスバルブ44bとを有する。バイパスライン44aは、圧縮機12の吐出ポート12aと高圧切替バルブ36との間で高圧ライン24から分かれ、圧縮機12の吸入ポート12bと低圧切替バルブ38との間で低圧ライン26に合流している。バイパスバルブ44bは、一例として、バイパスライン44aの冷媒ガス流量を制御する流量制御バルブを備えてもよい。この場合、バイパスバルブ44bの開度を変化させることによって、バイパスライン44aの冷媒ガス流量が変わり、それにより高圧ライン24と低圧ライン26での冷媒ガス圧力も変わる。 The bypass unit 44 has a bypass line 44a that connects the high pressure line 24 to the low pressure line 26, and a bypass valve 44b arranged on the bypass line 44a. The bypass line 44a is separated from the high pressure line 24 between the discharge port 12a of the compressor 12 and the high pressure switching valve 36, and joins the low pressure line 26 between the suction port 12b of the compressor 12 and the low pressure switching valve 38. There is. As an example, the bypass valve 44b may include a flow rate control valve that controls the flow rate of the refrigerant gas in the bypass line 44a. In this case, by changing the opening degree of the bypass valve 44b, the flow rate of the refrigerant gas in the bypass line 44a changes, and thereby the refrigerant gas pressures in the high pressure line 24 and the low pressure line 26 also change.

バイパスユニット44は、起振部16を動作させる冷媒ガス圧力を低減するために使用されてもよい。上述のように、コールドヘッド14の運転圧力はかなり高いが、起振部16の動作にそれほどの高圧を要するとは限らない。バイパスバルブ44bを開くことによって、高圧ライン24の冷媒ガス圧力は低減される。そこで、極低温冷凍機システム10は、コールドヘッド14を停止させて起振部16を動作させる場合に、バイパスユニット44のバイパスバルブ44bを適切な開度に調整することによって、起振部16に供給される冷媒ガス圧力を調整するように構成されていてもよい。起振部16に供給される冷媒ガス圧力が適切に低減されることにより、起振部16は過剰な高圧に耐える必要がなくなるので、起振部16の構造をより簡素とし軽量化することができる。 The bypass unit 44 may be used to reduce the refrigerant gas pressure that operates the vibrating unit 16. As described above, the operating pressure of the cold head 14 is quite high, but the operation of the exciting portion 16 does not necessarily require such a high pressure. By opening the bypass valve 44b, the refrigerant gas pressure of the high pressure line 24 is reduced. Therefore, the cryogenic refrigerator system 10 adjusts the bypass valve 44b of the bypass unit 44 to an appropriate opening degree when the cold head 14 is stopped to operate the vibration unit 16, thereby causing the vibration unit 16 to operate. It may be configured to adjust the pressure of the supplied refrigerant gas. By appropriately reducing the refrigerant gas pressure supplied to the vibration unit 16, the vibration unit 16 does not have to withstand excessive high pressure, so that the structure of the vibration unit 16 can be made simpler and lighter. it can.

極低温冷凍機システム10の各構成要素は、主電源45から給電される。主電源45は、例えば商用電源、または、商用電源に接続された電源装置であってもよい。圧縮機12、コールドヘッド14、および起振部16はそれぞれ、給電配線により主電源45に接続されている。よって、起振部16には専用の電源を別に用意する必要はない。なお、極低温冷凍機システム10の給電系統は、種々の既知の構成を採用可能である。 Each component of the cryogenic refrigerator system 10 is supplied with power from the main power supply 45. The main power supply 45 may be, for example, a commercial power supply or a power supply device connected to the commercial power supply. The compressor 12, the cold head 14, and the vibration unit 16 are each connected to the main power supply 45 by power supply wiring. Therefore, it is not necessary to separately prepare a dedicated power supply for the vibration unit 16. Various known configurations can be adopted for the power supply system of the cryogenic refrigerator system 10.

図2は、ある実施の形態に係る起振部16の外観を示す概略図である。図3は、図2に示される起振部16の内部を示す概略図である。図示される起振部16は、図1に示される極低温冷凍機システム10に適用することができる。 FIG. 2 is a schematic view showing the appearance of the exciting portion 16 according to a certain embodiment. FIG. 3 is a schematic view showing the inside of the exciting portion 16 shown in FIG. The illustrated vibrating unit 16 can be applied to the cryogenic refrigerator system 10 shown in FIG.

起振部16は、高圧ライン24と低圧ライン26それぞれに取り外し可能に接続され、持ち運び可能なユニットとして構成されている。 The vibrating unit 16 is detachably connected to each of the high-voltage line 24 and the low-voltage line 26, and is configured as a portable unit.

起振部16は、冷媒ガス室28、バルブ部30、および振動伝達部32を収容する単一の起振部ハウジング46を備える。起振部ハウジング46は、冷媒ガス室28に供給される冷媒ガスの圧力に耐える圧力容器として構成されている。また、起振部16は、バルブ部30を駆動するモータ部48を備え、モータ部48も起振部ハウジング46に収容されている。モータ部48は、一例として、小型ACシンクロナスモータである。起振部16は、モータ部48を覆う磁気シールド50を備えてもよく、磁気シールド50は、モータ部48を取り囲むように起振部ハウジング46に取り付けられていてもよい。 The vibration unit 16 includes a single vibration unit housing 46 that houses a refrigerant gas chamber 28, a valve unit 30, and a vibration transmission unit 32. The vibration generating portion housing 46 is configured as a pressure vessel that can withstand the pressure of the refrigerant gas supplied to the refrigerant gas chamber 28. Further, the vibration unit 16 includes a motor unit 48 that drives the valve unit 30, and the motor unit 48 is also housed in the vibration unit housing 46. The motor unit 48 is, for example, a small AC synchronous motor. The vibrating portion 16 may include a magnetic shield 50 that covers the motor portion 48, and the magnetic shield 50 may be attached to the vibrating portion housing 46 so as to surround the motor portion 48.

起振部ハウジング46は、冷媒ガス供給ポート52と冷媒ガス排出ポート54とを有する。冷媒ガス供給ポート52は、高圧接続管40からバルブ部30への冷媒ガス入口として起振部ハウジング46に設けられ、冷媒ガス排出ポート54は、バルブ部30から低圧接続管42への冷媒ガス出口として起振部ハウジング46に設けられている。一例として、冷媒ガス供給ポート52と冷媒ガス排出ポート54は、セルフシーリング・カップリングのような脱着可能な継手であり、高圧接続管40と低圧接続管42はそれぞれ冷媒ガス供給ポート52と冷媒ガス排出ポート54に容易に取り付け、または取り外すことができる。 The vibration unit housing 46 has a refrigerant gas supply port 52 and a refrigerant gas discharge port 54. The refrigerant gas supply port 52 is provided in the vibration unit housing 46 as a refrigerant gas inlet from the high-pressure connection pipe 40 to the valve portion 30, and the refrigerant gas discharge port 54 is a refrigerant gas outlet from the valve portion 30 to the low-pressure connection pipe 42. Is provided in the vibration portion housing 46. As an example, the refrigerant gas supply port 52 and the refrigerant gas discharge port 54 are removable joints such as a self-sealing coupling, and the high-pressure connection pipe 40 and the low-pressure connection pipe 42 are the refrigerant gas supply port 52 and the refrigerant gas, respectively. It can be easily attached to or removed from the discharge port 54.

バルブ部30は、バルブステータ56とバルブロータ58とを備え、バルブステータ56に対するバルブロータ58の回転により、供給バルブ30aおよび排出バルブ30bとして機能する。 The valve portion 30 includes a valve stator 56 and a valve rotor 58, and functions as a supply valve 30a and a discharge valve 30b by rotating the valve rotor 58 with respect to the valve stator 56.

バルブステータ56は、起振部ハウジング46に固定されている。バルブロータ58は、その中心軸まわりにモータ部48の駆動により回転するようにモータ部48に連結されている。図3においては回転を矢印A1で示す。バルブロータ58は、その底面がバルブステータ56の上面と面接触している。モータ部48の回転駆動に伴いバルブロータ58の底面はバルブステータ56の上面に対し回転摺動する。 The valve stator 56 is fixed to the exciting portion housing 46. The valve rotor 58 is connected to the motor unit 48 so as to rotate around its central axis by being driven by the motor unit 48. In FIG. 3, the rotation is indicated by an arrow A1. The bottom surface of the valve rotor 58 is in surface contact with the top surface of the valve stator 56. As the motor unit 48 is driven to rotate, the bottom surface of the valve rotor 58 rotates and slides with respect to the upper surface of the valve stator 56.

図3には、起振部16における冷媒ガスの流れ方向を矢印により示すとともに、バルブ部30の内部に形成される冷媒ガス流路を破線により概略的に示す。バルブ部30は、バルブステータ56に対するバルブロータ58の回転角度を異ならせることによって、冷媒ガス室28の高圧状態と低圧状態とを切り替えるように構成されている。高圧状態は供給バルブ30aの開状態にあたり、低圧状態は排出バルブ30bの開状態にあたる。 In FIG. 3, the flow direction of the refrigerant gas in the vibrating portion 16 is indicated by an arrow, and the refrigerant gas flow path formed inside the valve portion 30 is schematically indicated by a broken line. The valve portion 30 is configured to switch between a high pressure state and a low pressure state of the refrigerant gas chamber 28 by changing the rotation angle of the valve rotor 58 with respect to the valve stator 56. The high pressure state corresponds to the open state of the supply valve 30a, and the low pressure state corresponds to the open state of the discharge valve 30b.

バルブ部30は、冷媒ガス室28が高圧ライン24と低圧ライン26に同時に接続されないように構成されている。すなわち、冷媒ガス流れが起振部16を通じて高圧ライン24から低圧ライン26に短絡することはない。 The valve portion 30 is configured so that the refrigerant gas chamber 28 is not connected to the high pressure line 24 and the low pressure line 26 at the same time. That is, the refrigerant gas flow does not short-circuit from the high-pressure line 24 to the low-pressure line 26 through the vibrating portion 16.

高圧状態では、高圧ライン24から高圧接続管40、冷媒ガス供給ポート52、バルブ部30の内部流路を通じて冷媒ガス室28に冷媒ガスが導入され(矢印A2)、冷媒ガス室28の圧力は高まる。低圧状態では、冷媒ガス室28からバルブ部30の内部流路、冷媒ガス排出ポート54、低圧接続管42を通じて低圧ライン26へと冷媒ガスは排出され(矢印A3)、冷媒ガス室28の圧力は下がる。 In the high pressure state, the refrigerant gas is introduced into the refrigerant gas chamber 28 from the high pressure line 24 through the high pressure connecting pipe 40, the refrigerant gas supply port 52, and the internal flow path of the valve portion 30 (arrow A2), and the pressure in the refrigerant gas chamber 28 increases. .. In the low pressure state, the refrigerant gas is discharged from the refrigerant gas chamber 28 to the low pressure line 26 through the internal flow path of the valve portion 30, the refrigerant gas discharge port 54, and the low pressure connecting pipe 42 (arrow A3), and the pressure in the refrigerant gas chamber 28 is increased. Go down.

したがって、モータ部48の回転によりバルブロータ58がバルブステータ56に対して連続的に回転することによって、冷媒ガス室28の高圧状態と低圧状態が交互に周期的に切り替わる。そのため、冷媒ガス室28に冷媒ガスの圧力振動が発生する。 Therefore, the valve rotor 58 continuously rotates with respect to the valve stator 56 due to the rotation of the motor unit 48, so that the high-pressure state and the low-pressure state of the refrigerant gas chamber 28 are alternately and periodically switched. Therefore, pressure vibration of the refrigerant gas is generated in the refrigerant gas chamber 28.

図示される例においては、バルブ部30のバルブロータ58は、冷媒ガス供給ポート52に連通し高圧の冷媒ガスが導入される高圧室60に配置されているが、これは必須ではない。冷媒ガス排出ポート54に連通し低圧の冷媒ガスが導入される低圧室にバルブロータ58を配置する構成も可能である。 In the illustrated example, the valve rotor 58 of the valve portion 30 is arranged in the high pressure chamber 60 in which the high pressure refrigerant gas communicates with the refrigerant gas supply port 52, but this is not essential. It is also possible to arrange the valve rotor 58 in a low pressure chamber in which the low pressure refrigerant gas communicates with the refrigerant gas discharge port 54 and is introduced.

バルブ部30として用いられうるロータリーバルブ形式による極低温冷凍機の冷媒ガス流路切替機構は、公知の種々の構成を採用可能であり、よって、更なる詳細説明は本書では省略する。 Various known configurations can be adopted for the refrigerant gas flow path switching mechanism of the cryogenic refrigerator by the rotary valve type that can be used as the valve portion 30, and further detailed description thereof will be omitted in this document.

振動伝達部32は、振動変換器62と、振動出力ポート64とを備える。振動変換器62は、冷媒ガスの圧力振動が伝達されるように冷媒ガス室28に連結され、冷媒ガスの圧力振動を当該圧力振動に応じた機械的振動に変換するように構成されている。振動出力ポート64は、振動利用機器34に伝達すべく振動変換器62から機械的振動を出力するよう振動変換器62に設置されている。 The vibration transmission unit 32 includes a vibration converter 62 and a vibration output port 64. The vibration converter 62 is connected to the refrigerant gas chamber 28 so that the pressure vibration of the refrigerant gas is transmitted, and is configured to convert the pressure vibration of the refrigerant gas into mechanical vibration corresponding to the pressure vibration. The vibration output port 64 is installed in the vibration converter 62 so as to output mechanical vibration from the vibration converter 62 so as to transmit the vibration to the vibration utilization device 34.

振動変換器62は、冷媒ガスとは異なる作動流体を収容し、冷媒ガスの圧力振動が作動流体に伝達されるように冷媒ガス室28に連結された作動流体室66を備える。作動流体は、例えば空気である。その場合、作動流体の取り扱いが容易である。ただし、作動流体は、振動伝達に適するそのほかの気体または液体であってもよい。 The vibration converter 62 accommodates a working fluid different from the refrigerant gas, and includes a working fluid chamber 66 connected to the refrigerant gas chamber 28 so that the pressure vibration of the refrigerant gas is transmitted to the working fluid. The working fluid is, for example, air. In that case, the working fluid is easy to handle. However, the working fluid may be another gas or liquid suitable for vibration transmission.

加えて、振動変換器62は、作動流体室66を冷媒ガス室28から仕切るピストン68を備える。ピストン68の上面はバルブステータ56の底面と対向しており、これら両面と起振部ハウジング46の内面により冷媒ガス室28が画定されている。よって、ピストン68の上面は冷媒ガス室28から冷媒ガスの圧力を受ける。また、作動流体室66は、ピストン68の下面と起振部ハウジング46の内面により画定され、ピストン68の下面は作動流体室66から作動流体の圧力を受ける。 In addition, the vibration transducer 62 includes a piston 68 that separates the working fluid chamber 66 from the refrigerant gas chamber 28. The upper surface of the piston 68 faces the lower surface of the valve stator 56, and the refrigerant gas chamber 28 is defined by both sides of the piston 68 and the inner surface of the exciting portion housing 46. Therefore, the upper surface of the piston 68 receives the pressure of the refrigerant gas from the refrigerant gas chamber 28. Further, the working fluid chamber 66 is defined by the lower surface of the piston 68 and the inner surface of the exciting portion housing 46, and the lower surface of the piston 68 receives the pressure of the working fluid from the working fluid chamber 66.

ピストン68は、作動流体室66と冷媒ガス室28との圧力差によって移動可能である。起振部ハウジング46は、ピストン68の移動を案内するようにピストン68を摺動可能に支持する。作動流体室66に収容される作動流体の平均圧力は例えば、冷媒ガス室28の冷媒ガス圧力と概ね等しくなるように設定される。 The piston 68 can be moved by the pressure difference between the working fluid chamber 66 and the refrigerant gas chamber 28. The vibration portion housing 46 slidably supports the piston 68 so as to guide the movement of the piston 68. The average pressure of the working fluid housed in the working fluid chamber 66 is set to be substantially equal to, for example, the refrigerant gas pressure of the refrigerant gas chamber 28.

したがって、冷媒ガス室28の高圧状態では、ピストン68はバルブ部30から離れる方向に移動し(矢印A4)、それにより作動流体室66の圧力も高まる。冷媒ガス室の低圧状態では、ピストン68はバルブ部30に近づく方向に移動し(矢印A5)、それにより作動流体室66の圧力も下がる。このようにして、冷媒ガス室28での冷媒ガスの圧力振動は、作動流体室66の作動流体に伝達される。言い換えれば、冷媒ガスの圧力振動が作動流体の圧力振動に変換される。 Therefore, in the high pressure state of the refrigerant gas chamber 28, the piston 68 moves in the direction away from the valve portion 30 (arrow A4), whereby the pressure in the working fluid chamber 66 also increases. In the low pressure state of the refrigerant gas chamber, the piston 68 moves in the direction approaching the valve portion 30 (arrow A5), whereby the pressure in the working fluid chamber 66 also decreases. In this way, the pressure vibration of the refrigerant gas in the refrigerant gas chamber 28 is transmitted to the working fluid in the working fluid chamber 66. In other words, the pressure vibration of the refrigerant gas is converted into the pressure vibration of the working fluid.

ピストン68の可動範囲を規制する規制部材69が起振部ハウジング46の内面に設けられていてもよい。また、ピストン68は、冷媒ガス室28から作動流体室66への冷媒ガスの漏れ、および作動流体室66から冷媒ガス室28への作動流体の漏れを防止または最小化するシールとして機能し、または、そうした冷媒ガスまたは作動流体の漏れをシールするシール部材がピストン68と起振部ハウジング46との間に装着されていてもよい。 A regulating member 69 that regulates the movable range of the piston 68 may be provided on the inner surface of the exciting portion housing 46. Further, the piston 68 functions as a seal that prevents or minimizes the leakage of the refrigerant gas from the refrigerant gas chamber 28 to the working fluid chamber 66 and the leakage of the working fluid from the working fluid chamber 66 to the refrigerant gas chamber 28. A sealing member that seals the leakage of such refrigerant gas or working fluid may be mounted between the piston 68 and the oscillating portion housing 46.

作動流体室66は、冷媒ガスの圧力振動が作動流体に伝達されるようにピストン68を介して冷媒ガス室28に連結されているが、これに限られない。自身の変位により振動を伝達するピストン68のような可動隔壁に代えて、例えば、変形により振動を伝達する弾性変形可能な柔軟膜が設けられてもよい。作動流体室66は、冷媒ガスの圧力振動が作動流体に伝達されるようにこうした可撓性の膜部材を介して冷媒ガス室28に連結されていてもよい。 The working fluid chamber 66 is connected to the refrigerant gas chamber 28 via a piston 68 so that the pressure vibration of the refrigerant gas is transmitted to the working fluid, but the working fluid chamber 66 is not limited to this. Instead of a movable partition wall such as a piston 68 that transmits vibration by its own displacement, for example, an elastically deformable flexible membrane that transmits vibration by deformation may be provided. The working fluid chamber 66 may be connected to the refrigerant gas chamber 28 via such a flexible film member so that the pressure vibration of the refrigerant gas is transmitted to the working fluid.

振動出力ポート64は、振動伝達部32、すなわち作動流体室66から外部に振動を取り出すための出口として起振部ハウジング46に設けられている。一例として、図示されるように、振動出力ポート64は、作動流体室66の底部に設けられているが、作動流体室66の側壁部などそのほかの場所に配置されてもよい。振動出力ポート64は、振動伝達管33を脱着可能とするように構成されている。振動伝達管33は、例えばフレキシブルホースであってもよい。作動流体室66に伝達された作動流体の圧力振動は、振動伝達管33の内部の作動流体を介して、振動利用機器34へとさらに伝達される。なお、振動伝達管33の内部の作動流体は、作動流体室66の作動流体と同種(例えば空気)であれば、取り扱いが容易であり都合がよいが、異なる作動流体であってもよい。 The vibration output port 64 is provided in the vibration transmitting portion housing 46 as an outlet for extracting vibration from the vibration transmitting portion 32, that is, the working fluid chamber 66 to the outside. As an example, as shown, the vibration output port 64 is provided at the bottom of the working fluid chamber 66, but may be arranged at another place such as a side wall of the working fluid chamber 66. The vibration output port 64 is configured so that the vibration transmission tube 33 can be attached and detached. The vibration transmission tube 33 may be, for example, a flexible hose. The pressure vibration of the working fluid transmitted to the working fluid chamber 66 is further transmitted to the vibration utilization device 34 via the working fluid inside the vibration transmission pipe 33. If the working fluid inside the vibration transmission pipe 33 is the same type (for example, air) as the working fluid in the working fluid chamber 66, it is easy to handle and convenient, but different working fluids may be used.

起振部16から振動利用機器34に出力される振動は、調整可能である。例えば、モータ部48の回転速度を変更することにより、振動の周波数は直接変更され、また振動の振幅もある程度変えられる。バイパスユニット44を通る冷媒ガス流量を変更することにより、高圧ライン24と低圧ライン26の圧力差が変更され、それにより振動の振幅を変えることができる。また、バルブ部30の内部流路の配置や形状などバルブ部30の設計を変更することによって、振動の振幅と周波数を調整することもできる。 The vibration output from the vibration generating unit 16 to the vibration utilization device 34 can be adjusted. For example, by changing the rotation speed of the motor unit 48, the frequency of vibration can be directly changed, and the amplitude of vibration can also be changed to some extent. By changing the flow rate of the refrigerant gas passing through the bypass unit 44, the pressure difference between the high-pressure line 24 and the low-pressure line 26 is changed, whereby the amplitude of vibration can be changed. Further, the amplitude and frequency of vibration can be adjusted by changing the design of the valve portion 30, such as the arrangement and shape of the internal flow path of the valve portion 30.

このようにして、実施の形態に係る極低温冷凍機システム10によれば、起振部16により所望の振動を励起し、振動利用機器34、例えばMRE撮像装置の振動パッドに所望の振動を提供することができる。 In this way, according to the cryogenic refrigerator system 10 according to the embodiment, the vibration unit 16 excites the desired vibration and provides the desired vibration to the vibration utilization device 34, for example, the vibration pad of the MRE image pickup device. can do.

従来知られるMRE用加振装置と比べると、起振部16は、小型で簡素な構成となり、したがって、設置スペースの低減、省エネルギー、製造コストなど種々の観点で有利である。この主たる理由の一つは、起振部16が、圧縮機12とコールドヘッド14を有する既設の極低温冷凍機に追加されていることにある。起振部16は、圧縮機12を冷媒ガス源として利用できるので、従来のMRE用加振装置とは異なり、複雑な構成をもつ専用の発振源は不要である。また、既存の電源(例えば主電源45)を使用できるので、追加の電源は不要であり、また消費電力の増加もまったくないか、ほとんどない。 Compared with the conventionally known vibration exciter for MRE, the vibration unit 16 has a small size and a simple structure, and is therefore advantageous in various viewpoints such as reduction of installation space, energy saving, and manufacturing cost. One of the main reasons for this is that the vibration unit 16 is added to the existing cryogenic refrigerator having the compressor 12 and the cold head 14. Since the compressor 12 can be used as the refrigerant gas source in the vibration generating unit 16, unlike the conventional vibration exciter for MRE, a dedicated oscillation source having a complicated configuration is unnecessary. Also, since an existing power source (eg, main power source 45) can be used, no additional power source is required, and there is little or no increase in power consumption.

超電導磁石の冷却に利用される極低温冷凍機は元来、高磁場環境に適合するように設計されている。起振部16の主要構成要素の一つであるバルブ部30は上述のように、既存の極低温冷凍機に利用される構成と同一または類似の設計を採用できる。そのため、バルブ部30を高磁場環境に適合するように設計することは、とくに極低温冷凍機システム10の製造業者にとっては、極めて容易である。起振部16の他の構成要素にも、高磁場環境に適合させるうえで、設計上特段の困難はない。そのため、起振部16は、圧縮機12およびコールドヘッド14と同じく高磁場環境に設置することができる。 Cryogenic refrigerators used to cool superconducting magnets are originally designed to accommodate high magnetic field environments. As described above, the valve unit 30, which is one of the main components of the vibration unit 16, can adopt the same or similar design as the configuration used in the existing cryogenic refrigerator. Therefore, it is extremely easy for the manufacturer of the cryogenic refrigerator system 10 to design the valve portion 30 so as to be compatible with a high magnetic field environment. There are no particular design difficulties with the other components of the vibrating portion 16 in adapting to a high magnetic field environment. Therefore, the vibrating unit 16 can be installed in a high magnetic field environment like the compressor 12 and the cold head 14.

よって、従来知られるMRE用加振装置とは異なり、起振部16は、立入制限区域内においてMRE撮像装置の近傍に配置することができる。起振部16から振動利用機器34への振動伝達距離はかなり短くなり、振動を効率的に伝達することができる。振動の伝達損失は小さくなり、起振部16での発振から被検体での受振までの遅延も生じないか、顕著な影響がない程度に小さくすることができる。 Therefore, unlike the conventionally known vibration exciter for MRE, the vibration unit 16 can be arranged in the vicinity of the MRE image pickup device in the restricted access area. The vibration transmission distance from the vibration generating unit 16 to the vibration utilization device 34 is considerably shortened, and vibration can be efficiently transmitted. The vibration transmission loss is small, and the delay from the oscillation at the oscillation unit 16 to the vibration reception at the subject can be reduced to the extent that there is no significant effect.

また、起振部16は、高圧ライン24と低圧ライン26それぞれに取り外し可能に接続され、持ち運び可能なユニットとして構成されている。このようにすれば、起振部16を極低温冷凍機に後から追加して設置することができるので、都合がよい。起振部16は極低温冷凍機の付属品またはアクセサリとして、既設の極低温冷凍機に持ち運んで取り付けることができる。 Further, the vibrating unit 16 is detachably connected to each of the high pressure line 24 and the low pressure line 26, and is configured as a portable unit. In this way, the vibrating unit 16 can be added to the cryogenic refrigerator later and installed, which is convenient. The vibrating unit 16 can be carried and attached to an existing cryogenic refrigerator as an accessory or accessory of the cryogenic refrigerator.

さらに、起振部16は、振動変換器62と振動出力ポート64とを有している。振動変換器62によって冷媒ガスの圧力振動を別の媒体の振動に変換することができ、冷媒ガスの漏れなど極低温冷凍機システム10を循環する冷媒ガスの低減が抑制される。また、振動出力ポート64を振動利用機器34につなぐという比較的簡単な作業で、振動利用機器34に手軽に振動を提供できる。 Further, the vibration unit 16 has a vibration converter 62 and a vibration output port 64. The vibration converter 62 can convert the pressure vibration of the refrigerant gas into the vibration of another medium, and the reduction of the refrigerant gas circulating in the cryogenic refrigerator system 10 such as the leakage of the refrigerant gas is suppressed. Further, vibration can be easily provided to the vibration utilization device 34 by a relatively simple operation of connecting the vibration output port 64 to the vibration utilization device 34.

振動変換器62として作動流体室66を利用することにより、冷媒ガスとは別の、より扱いやすい作動流体を振動利用機器34へと振動を伝達するための媒体として使用することができる。 By using the working fluid chamber 66 as the vibration converter 62, a more manageable working fluid other than the refrigerant gas can be used as a medium for transmitting vibration to the vibration utilizing device 34.

上述の実施の形態においては、起振部16の稼働中はコールドヘッド14は停止される。よって、起振部16および振動利用機器34の動作にコールドヘッド14は影響を及ぼさない。また、コールドヘッド14の稼働中は起振部16は停止される。よって、起振部16の動作がコールドヘッド14の冷却性能を低下させることもない。 In the above-described embodiment, the cold head 14 is stopped while the exciting unit 16 is in operation. Therefore, the cold head 14 does not affect the operation of the vibrating unit 16 and the vibration utilizing device 34. Further, the vibrating unit 16 is stopped while the cold head 14 is in operation. Therefore, the operation of the vibrating unit 16 does not deteriorate the cooling performance of the cold head 14.

図4は、ある実施の形態に係る起振部16の振動伝達部32の他の一例を示す概略図である。既述の実施の形態と同様に、冷媒ガス室28での冷媒ガスの圧力振動は、振動伝達部32に伝達される。振動伝達部32の振動変換器62は、作動流体室66の内部に配置された圧力変換器70を備えてもよい。圧力変換器70は、作動流体室66での作動流体の圧力振動を、当該圧力振動に応じた電気的振動に変換するように構成されている。圧力変換器70は一般に、圧力トランスミッターまたは圧力トランスデューサ−などと称されることもある。 FIG. 4 is a schematic view showing another example of the vibration transmission unit 32 of the vibration unit 16 according to a certain embodiment. Similar to the above-described embodiment, the pressure vibration of the refrigerant gas in the refrigerant gas chamber 28 is transmitted to the vibration transmission unit 32. The vibration transducer 62 of the vibration transmission unit 32 may include a pressure transducer 70 arranged inside the working fluid chamber 66. The pressure converter 70 is configured to convert the pressure vibration of the working fluid in the working fluid chamber 66 into electrical vibration corresponding to the pressure vibration. The pressure transducer 70 is also commonly referred to as a pressure transmitter or pressure transducer.

振動出力ポート64は、振動利用機器34に伝達すべく振動変換器62から電気的振動を出力するよう振動変換器62に設置されている。圧力変換器70は、振動出力ポート64に電気的に接続され、振動出力ポート64は、圧力変換器70が作動流体の圧力振動に従って発生させる電気的振動を表す電気信号を出力する出力端子として設けられている。よって、振動出力ポート64は、信号線72により振動利用機器34に接続され、電気的振動を表す電気信号は信号線72を通じて圧力変換器70から振動利用機器34に出力することができる。 The vibration output port 64 is installed in the vibration converter 62 so as to output electrical vibration from the vibration converter 62 so as to transmit the vibration to the vibration utilization device 34. The pressure converter 70 is electrically connected to the vibration output port 64, and the vibration output port 64 is provided as an output terminal for outputting an electric signal representing the electric vibration generated by the pressure converter 70 according to the pressure vibration of the working fluid. Has been done. Therefore, the vibration output port 64 is connected to the vibration utilization device 34 by the signal line 72, and the electric signal representing the electric vibration can be output from the pressure converter 70 to the vibration utilization device 34 through the signal line 72.

このようにしても、振動伝達部32は、冷媒ガスの圧力振動に応じた振動を外部に取り出すことができる。起振部16は、振動利用機器34に所望の振動を提供することができる。 Even in this way, the vibration transmission unit 32 can take out the vibration corresponding to the pressure vibration of the refrigerant gas to the outside. The vibration unit 16 can provide a desired vibration to the vibration utilization device 34.

図5は、ある実施の形態に係る起振部16の振動伝達部32の他の一例を示す概略図である。上述の実施の形態と同様に、起振部16は、冷媒ガス室28、バルブ部30、および振動伝達部32を備え、これらは起振部ハウジング46に収容されている。また、起振部16は、高圧接続管40が接続される冷媒ガス供給ポート52と、低圧接続管42が接続される冷媒ガス排出ポート54とを有する。 FIG. 5 is a schematic view showing another example of the vibration transmission unit 32 of the vibration unit 16 according to a certain embodiment. Similar to the above embodiment, the vibration unit 16 includes a refrigerant gas chamber 28, a valve unit 30, and a vibration transmission unit 32, which are housed in the vibration unit housing 46. Further, the vibrating unit 16 has a refrigerant gas supply port 52 to which the high-pressure connecting pipe 40 is connected, and a refrigerant gas discharge port 54 to which the low-pressure connecting pipe 42 is connected.

振動伝達部32は、冷媒ガスの圧力振動が伝達されるように冷媒ガス室28の内部に配置され、冷媒ガスの圧力振動を当該圧力振動に応じた電気的振動に変換する振動変換器62と、振動利用機器34に伝達すべく振動変換器62から電気的振動を出力するよう振動変換器62に設置された振動出力ポート64とを備えてもよい。振動変換器62は、冷媒ガス室28に設置され、冷媒ガスの圧力振動を電気的振動に変換する圧力変換器70であってもよい。圧力変換器70は、振動出力ポート64に電気的に接続され、振動出力ポート64は、信号線72により振動利用機器34に接続されてもよい。 The vibration transmission unit 32 is arranged inside the refrigerant gas chamber 28 so that the pressure vibration of the refrigerant gas is transmitted, and is a vibration converter 62 that converts the pressure vibration of the refrigerant gas into an electric vibration corresponding to the pressure vibration. A vibration output port 64 installed in the vibration converter 62 may be provided so as to output electrical vibration from the vibration converter 62 so as to transmit the vibration to the vibration utilization device 34. The vibration converter 62 may be a pressure converter 70 installed in the refrigerant gas chamber 28 and converting the pressure vibration of the refrigerant gas into electrical vibration. The pressure converter 70 may be electrically connected to the vibration output port 64, and the vibration output port 64 may be connected to the vibration utilization device 34 by the signal line 72.

このようにしても、振動伝達部32は、冷媒ガスの圧力振動に応じた振動を外部に取り出すことができる。起振部16は、振動利用機器34に所望の振動を提供することができる。作動流体室66は不要となり、構成が簡単である。 Even in this way, the vibration transmission unit 32 can take out the vibration corresponding to the pressure vibration of the refrigerant gas to the outside. The vibration unit 16 can provide a desired vibration to the vibration utilization device 34. The working fluid chamber 66 is not required, and the configuration is simple.

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。 The present invention has been described above based on examples. It will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above embodiment, various design changes are possible, various modifications are possible, and such modifications are also within the scope of the present invention. By the way.

ある実施の形態に関連して説明した種々の特徴は、他の実施の形態にも適用可能である。組合せによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態それぞれの効果をあわせもつ。 The various features described in relation to one embodiment are also applicable to other embodiments. The new embodiments resulting from the combination have the effects of each of the combined embodiments.

10 極低温冷凍機システム、 12 圧縮機、 12a 吐出ポート、 12b 吸入ポート、 14 コールドヘッド、 14a 高圧ポート、 14b 低圧ポート、 16 起振部、 24 高圧ライン、 26 低圧ライン、 28 冷媒ガス室、 30 バルブ部、 32 振動伝達部、 34 振動利用機器、 62 振動変換器、 64 振動出力ポート、 66 作動流体室、 70 圧力変換器。 10 Very low temperature refrigerator system, 12 Compressor, 12a Discharge port, 12b Suction port, 14 Cold head, 14a High pressure port, 14b Low pressure port, 16 Vibration unit, 24 High pressure line, 26 Low pressure line, 28 Refrigerant gas chamber, 30 Valve part, 32 vibration transmission part, 34 vibration utilization equipment, 62 vibration converter, 64 vibration output port, 66 working fluid chamber, 70 pressure converter.

Claims (6)

吐出ポートと吸入ポートとを備える圧縮機と、
高圧ポートと低圧ポートとを備えるコールドヘッドと、
前記圧縮機の前記吐出ポートを前記コールドヘッドの前記高圧ポートに接続する高圧ラインと、
前記圧縮機の前記吸入ポートを前記コールドヘッドの前記低圧ポートに接続する低圧ラインと、
前記高圧ラインと前記低圧ラインとの間に前記コールドヘッドと並列に接続された起振部であって、
冷媒ガスを収容する冷媒ガス室と、
前記冷媒ガスの圧力振動を前記冷媒ガス室に発生させるように前記冷媒ガス室を前記高圧ラインと前記低圧ラインに交互に接続するバルブ部と、
前記冷媒ガスの圧力振動に応じた振動を振動利用機器に機械的または電気的に伝達する振動伝達部と、を備える起振部と、を備えることを特徴とする極低温冷凍機システム。
A compressor with a discharge port and a suction port,
A cold head with a high pressure port and a low pressure port,
A high-pressure line connecting the discharge port of the compressor to the high-pressure port of the cold head,
A low pressure line connecting the suction port of the compressor to the low pressure port of the cold head,
A vibration unit connected in parallel with the cold head between the high-voltage line and the low-voltage line.
Refrigerant gas chamber for accommodating refrigerant gas and
A valve portion that alternately connects the refrigerant gas chamber to the high pressure line and the low pressure line so as to generate pressure vibration of the refrigerant gas in the refrigerant gas chamber.
An ultra-low temperature refrigerator system including a vibration transmitting unit that mechanically or electrically transmits vibration corresponding to the pressure vibration of the refrigerant gas to a vibration utilizing device, and a vibration generating unit including the vibration transmitting unit.
前記起振部は、前記高圧ラインと前記低圧ラインそれぞれに取り外し可能に接続され、持ち運び可能なユニットとして構成されていることを特徴とする請求項1に記載の極低温冷凍機システム。 The ultra-low temperature refrigerator system according to claim 1, wherein the vibrating unit is detachably connected to each of the high-pressure line and the low-pressure line, and is configured as a portable unit. 前記振動伝達部は、
前記冷媒ガスの圧力振動が伝達されるように前記冷媒ガス室に連結されまたは前記冷媒ガス室の内部に配置され、前記冷媒ガスの圧力振動を当該圧力振動に応じた機械的振動または電気的振動に変換する振動変換器と、
前記振動利用機器に伝達すべく前記振動変換器から前記機械的振動または前記電気的振動を出力するよう前記振動変換器に設置された振動出力ポートと、を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の極低温冷凍機システム。
The vibration transmission unit
It is connected to the refrigerant gas chamber or arranged inside the refrigerant gas chamber so that the pressure vibration of the refrigerant gas is transmitted, and the pressure vibration of the refrigerant gas is mechanically or electrically vibrated according to the pressure vibration. With a vibration converter that converts to
1 or claim 1, further comprising a vibration output port installed in the vibration converter to output the mechanical vibration or the electrical vibration from the vibration converter so as to transmit the vibration to the vibration-utilizing device. 2. The ultra-low temperature refrigerating machine system according to 2.
前記振動変換器は、前記冷媒ガスとは異なる作動流体を収容し、前記冷媒ガスの圧力振動が前記作動流体に伝達されるように前記冷媒ガス室に連結された作動流体室を備えることを特徴とする請求項3に記載の極低温冷凍機システム。 The vibration converter is characterized by accommodating a working fluid different from the refrigerant gas and including a working fluid chamber connected to the refrigerant gas chamber so that pressure vibration of the refrigerant gas is transmitted to the working fluid. The ultra-low temperature refrigerator system according to claim 3. 前記振動変換器は、前記冷媒ガス室に設置され、前記冷媒ガスの圧力振動を前記電気的振動に変換する圧力変換器を備えることを特徴とする請求項3に記載の極低温冷凍機システム。 The ultra-low temperature refrigerator system according to claim 3, wherein the vibration converter is installed in the refrigerant gas chamber and includes a pressure converter that converts the pressure vibration of the refrigerant gas into the electrical vibration. 極低温冷凍機システムに設置可能な起振機ユニットであって、前記起振機ユニットは、圧縮機からコールドヘッドに送出される冷媒ガスが流れる高圧ラインと前記コールドヘッドから前記圧縮機に回収される冷媒ガスが流れる低圧ラインとの間に前記コールドヘッドと並列に接続され、前記起振機ユニットは、
前記冷媒ガスを収容する冷媒ガス室と、
前記冷媒ガスの圧力振動を前記冷媒ガス室に発生させるように前記冷媒ガス室を前記高圧ラインと前記低圧ラインに交互に接続するバルブ部と、
前記冷媒ガスの圧力振動に応じた振動を振動利用機器に機械的または電気的に伝達する振動伝達部と、を備えることを特徴とする起振機ユニット。
A oscillating unit that can be installed in a cryogenic refrigerator system, the oscillating unit is collected by a high-pressure line through which refrigerant gas sent from a compressor to a cold head flows and from the cold head to the compressor. The compressor unit is connected in parallel with the cold head to the low-pressure line through which the refrigerant gas flows.
A refrigerant gas chamber accommodating the refrigerant gas and
A valve portion that alternately connects the refrigerant gas chamber to the high pressure line and the low pressure line so as to generate pressure vibration of the refrigerant gas in the refrigerant gas chamber.
A vibrator unit including a vibration transmission unit that mechanically or electrically transmits vibration corresponding to the pressure vibration of the refrigerant gas to a vibration utilization device.
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