JPH02218184A - 冷凍機付きクライオスタット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、振動を伴う冷凍機を搭載したクライオスタッ
トに係り、特に騒音の低減及び冷凍機接続部及び荷重支
持体部の信頼性の向上を可能にした冷凍機付きクライオ
スタットに関する。

〔従来の技術〕

従来の冷凍機付きクライオスタット、特に、特開昭６３
−５１８４９号公報に記載されている医療分野で使用す
る人体診断用の核磁気共鳴装置ｆ（以下、単にＭＨＩ装
置と称す）には、均一な高磁界を得るため超電導マグネ
ット（以下単にマグネットと称す）を使用する。このた
め、該マグネットを冷却収納する真空断熱したクライオ
スタットが必要である。マグネットは超電導状態を保つ
ため、極低温の冷媒１例えば液体ヘリウムに浸漬して冷
却する、液体ヘリウムはクライオスタットの常温の真空
容器からクライオスタット内に浸入する熱で徐々に蒸発
するため、定期的に液体ヘリウムを注入補充する必要が
ある。この液体ヘリウムの蒸発量を低減すれば、液体ヘ
リウムの消費量は低減し。

運転コストは大幅に低減する。このため、クライオスタ
ットに冷凍機等を取り付け、真空容器から侵入する熱を
冷凍機の寒冷で吸収し、液体ヘリウムの蒸発量を低減す
る手段が得られる。この冷凍機は一般に往復動式の膨張
機タイプなので、運転中にピストンの駆動音や衝突音が
生じ、これが、クライオスタットの真空容器に伝搬して
かなりの騒音が発生する。

このため、低騒音化第として冷凍機の先端をクライオス
タット内の熱シールド槽又は熱シールド筒に固定し、気
密性を有したベローズを介して冷凍機の頭部を真空と容
器に一体化し、熱シールド板は、液体ヘリウム槽と真空
容器を高剛性に支持する荷重支持体の途中に一体化され
、真空容器に固定する構造となっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術の構造では、冷凍機の自重及び真空圧力荷
重を剛な伝熱体を介して熱シールド槽又は熱シールド筒
で支持するため、槽又は筒自身の板厚を厚くして剛性を
大きくし、かつ、槽又は筒の荷重支持体の剛性も大きく
する必要がある。しかし、該荷重支持体の一端は真空容
器壁に固定されているため、これらの剛性を大きくすれ
ば、冷凍機の振動が真空容器まで伝搬しまう点について
配慮がされておらず、騒音を低減できない問題やクライ
オスタットの重量が重くなる問題があった。

いっぽう、冷凍機と熱シールド槽又は熱シールド簡の該
伝熱体が経年変化で弾性支持的な挙動を示す状態になっ
た場合ベローズで該荷重の一部を支持する様になり、ベ
ローズを介して真空容器に振動が伝搬して騒動が発生す
る問題や、伝熱体やベローズに振動による繰返し変位が
作用して疲労破壊が発生しクライオスタットの信頼性が
低下する等の問題があった。

本発明の目的は、冷凍機の防振構造を施すことにより、
低騒音の、かつ、高信頼性で軽量の冷凍機付きクライオ
スタットを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために冷凍機の頭部、及び
、荷重支持体の室温側部を質量の大きい磁気シールド体
の密気締結とすると共に１例えば、ベローズを介して真
空容器と接続し、すなわち、冷凍機先端部を弾性を有し
た伝熱体を介して熱シールド槽又は熱シールド筒と一体
化したものである。

すなわち本発明の冷凍機付きクライオスタットは、被冷
却体及び被冷却体を冷却する冷凍機の低温端を断熱槽に
納めたものであって、断熱槽以外の構成部材の一部に前
記冷凍機及び荷重支持体端部とを剛結合手段で一体化し
たことを特徴とする。

尚、冷凍機と断熱槽外壁とは弾性支持手段で結合するこ
とが好ましい、冷凍機や荷重支持体の室温端と断熱槽外
壁とを膜装着可能な剛結合手段で一時的に一体化するこ
とが望ましい。

〔作用〕

自重数トンで固有振動数が非常に小さい磁気シールド体
に、密着固定した冷凍機が発生する直接の振動は、磁気
シールド体に吸収され、ベローズ等で接続した真空容器
にはほとんど伝搬しない。

また、冷凍機冷温部から熱シールド板に伝搬しようとす
る振動は弾性を有した伝熱体で吸収され、さらにこの弾
性体を介して熱シールド板に伝搬した振動は、荷重支持
体と真空容器を接続するベローズで吸収され、真空容器
には、はとんど伝搬しない、それによって、真空容器に
共鳴する騒音を低減できる。いっぽう、冷凍機の自重及
び真空圧力荷重は、十分に剛な磁気シールド体で支持で
きるので、冷凍機の静的かつ動的変化はほとんど生じな
い、これにより、クライオスタットに振動部がなく信頼
性が向上すると共に、熱シールド槽及び熱シールド筒の
板厚を十分小さくしてクライオスタットを軽量化するこ
とができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する、被検
者が入る大気に導通した空洞部１を中心部に有するクラ
イオスタットは、その内部に被冷却体の起電導マグネッ
ト２を貯蔵する液体ヘリウム３、この液体ヘリウム３を
貯蔵する液体ヘリウム槽４、複数温度レベル（実施例で
は約７０にと約１５にの２温度レベル）の他の被冷却体
である熱シールド筒５，６を内蔵し、真空容器７で大気
と隔離され内部を断熱処理例えば、積層断熱材８を巻き
付は真空断熱している。冷凍機、例えば、ツルベイ式の
冷凍装置は、ガス加圧源の圧縮機ユニット９と冷凍機で
あるピストン往復動式の膨張機１０．及び、両者を連通
ずる高圧配管１１と低圧配管１２とから成る。膨張機の
低温部は、クライオスタット内に挿入され、温度約７０
Ｋに冷却した第１ステージ１３と温度約１５Ｋに冷却し
た第２ステージ１４を、銅網等の弾性伝熱体１５゜１６
を介して熱シールド筒５，６に一体化している。

クライオスタット外側に、断熱槽以外の構成部材である
磁性体１例えば、鉄製の磁気シールド体１７を設置し漏
えい磁界を小空間内に留めている。

この磁気シールド体の板厚は５０ｍ以上の物もあり、重
量は数トンに達する。膨張機１０はフランジ１８を介し
て磁気シールド体１７に剛結合手段。

例えば、ボルトで完全締結されているとともに、弾性支
持手段のベローズ１９及び、フランジ１８を介して真空
容器７に一体化されている。

第２図に第１図の軸方向に直角な断面図を、第３図に荷
重支持体の拡大図を示す０本実施例では。

液体ヘリウム槽４を上下左右４ケの荷重支持体２０．２
１で保持している。荷重支持体２０は、第３図にその詳
細を示すように、熱伝導率が小さいフェノール樹脂等で
製作した。ハニカム構造の多重円筒体２２を、液体ヘリ
ウム槽７の突起物２３に接着剤等で一体化し、他端を磁
気シールド体１７に、室温端をボルト２４′等で完全締
結されたロッド２４に接着剤等で一体化している。ロッ
ド２４端部は、弾性支持段のベローズ２５で、真空容器
７に一体化している。多重円筒支持体２２のフランジ２
６．２７に、荷重支持体の冷却及び自身の支持のために
それぞれ熱シールド筒５゜６をボルト等で完全締結して
、熱的にも一体化している。いっぽう、荷重支持体２１
のロッド２４は、磁気シールド体１７の底面と同一レベ
ルになるように埋め込まれている。

膨張機１０の振動は、フランジ１８を介して質量が膨張
機の１００倍以上にもなる磁気シールド体１７に吸収さ
れるため、弾性支持体のベローズ１９を通じて真空容器
７に伝搬する振動はほとんど無い。

また１弾性伝熱体１５．１６を伝搬し、熱シールド筒５
，６．荷重支持体２０．２１及びロッド２４を介して伝
搬する振動も、磁気シールド体１７で吸収されるため、
弾性支持体のベローズ２５を通じて真空容器７に伝搬す
る振動はほとんど無い。

なお、磁気シールド体１７及び熱ボルド筒の構成材に防
振特性を有した金属板等を使用すれば。

膨張機の振動を受けた磁気シールド板から発生する騒音
も熱シールド地を伝わる振動を吸収できるので全体の騒
音を小さくすることができる。したがって、真空容器に
共鳴する騒音はほとんど無くなり、騒音が大幅に低減す
る。

真空圧力荷重は、フランジ１８およびロッド２４を介し
て剛な磁気シールド体１７で支持されているので、膨張
機にこれらの荷重が作用してもほとんど変化しない、し
たがって、膨張機の運転時においても振動する部分がな
いので疲労破壊等は発生せず、ベローズにき裂に生じて
真空がリークしたり、弾性伝熱体にき裂が生じて冷却性
能が低下し熱シールド筒の温度が上昇する様なトラブル
が起らない信頼性の高いクライオスタットを提供できる
。また、熱シールド筒は膨張機の支持部材となる必要が
なく、肉厚１購程度のアルミニウムで製作でき、熱シー
ルド槽や筒が軽量にでき、冷却速度も早くすることがで
きる。

本実施例によれば、冷凍機の振動に起因する騒音を低減
でき、冷凍機付きクライオスタットの信頼性を高め、熱
シールド槽や筒を軽量化できる効果がある。

なお、本実施例では、膨張機及びロッドと真空容器をベ
ローズで弾性的に結合したが、振動は磁気シールド体で
吸収するので薄肉円筒で結合しても、低騒音化を図るこ
とができる。

また、膨張機に、シリンダを２重構造にしてその間に伝
熱媒体のガスヘリウム補充した２重シリンダ形を使用し
ても同様な効果を生じる。

第４図は、他の実施例を示すもので、第３図と異なる点
は、磁気シールド体１７と、荷重支持体のロッド２４の
間に弾性体のゴムシート２８を介して１両者を締結した
ところにある０本実施例によれば、ロッド２４まで伝搬
して来た膨張機の振動をゴムシート２８で吸収できるの
で、磁気シールド体１７には振動が伝搬せず、さらに、
騒音が低減する。

第５図は、他の実施例を示すもので、第２図と異なる点
は、荷重支持体２０，２１のロッド２４を、磁気シール
ド体に固定しないで真空容器７に直接剛に一体化し、多
重円筒支持体２２のフランジ２６．２７に、振動伝搬防
止手段の弾性支持体及び熱伝導体のベローズ２９．３０
を介して、熱シールド筒５，６を一体化している０本実
施例によれば、ベローズ２９，３０で、熱シールド筒５
゜６を弾性的に支持できるので、熱シールド筒５゜６に
伝搬した膨張機等の振動をベローズ２９゜３０で吸収し
、真空容器７に共鳴する振動は無くなり、騒音が大幅に
低減するとともに、磁気シールド体との締結構造も無く
単純化され、真空リーク等に関する装置の信頼性が向上
する。

第６図は他の実施例を示すもので、第５１１Ｗと異なる
点は、多重円筒支持体のフランジ２６と、熱シールド筒
５を振動伝搬防止手段の弾性支持体のスプリング３１を
介して、ボルト３２．ナツト３３で一体化し、熱シール
ド筒６は、熱伝導率の小さなフェノール樹脂等で製作し
た、比較的剛な支持体３４で熱シールド筒５に固体して
いる。いっぽう、熱的には、＃網等の弾性伝熱体３５゜
３６でフランジ２６．２７に一体化している０本実施例
によれば、熱シールド筒の位置合せたボルト、ナツトの
締め付は調整で容易に行えるので。

より正確な位置に熱シールド筒を保持できる、と共に、
弾性伝熱体３５．３６でフランジ２６及び２７を十分冷
却することができる。

第７図は他の実施例を示すもので、第６図と異なる点は
、熱シールド筒５，６同志を熱伝導率の小さなフェノー
ル膨張等で製作した支持体３６で剛に一体化し、ワイヤ
ーや、細棒等の断面形状が支持体３６より小さな振動伝
搬防止手段の支持体３７で、それぞれ真空容器７の取付
部３８と、液体ヘリウム槽７の取付部３９と支持体３６
を一体化したところにある０本実施例によれば、熱シー
ルド筒５，６を、振動伝搬を避けながら、かつ、剛に支
持できるので、熱シールド筒に磁気的外荷重が作用する
場合においても、熱シールド筒の振動を防止することが
でき、この振動に伴う、磁気ノイズを防止できるととも
に、疲労等による熱シールド支持部の強度信頼性を向上
できる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、膨張機の真空容器とをベローズで弾性
的に一体化し、膨張機の自重や液体ヘリウム槽、熱シー
ルド筒の自重及び真空圧力荷重をタライオスタット外の
質量の大きい磁気シールド体で剛に支持したので、膨張
機の振動は磁気シールド体に吸収され、真空容器には伝
搬せず、騒音を低減できると共に、膨張機を強固に固定
できるので振動変化する部分がなく信頼性が高く、かつ
、熱シールド槽や熱シールド筒を、板厚が薄い、軽量な
素材で構成できるので、軽量な冷凍機付クライオスタッ
トを得ることができる。

また、液体ヘリウム槽は荷重支持体で真空容器に、剛に
支持し、熱シールド筒を、振動伝搬防止手段で真空容器
と一体化できるので、振動が真空容器には伝搬せず、騒
音を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、夫々本発明の実施例を示す冷凍機付
きのクライオスタットの断面図、第３図は、第２図の荷
重支持体回りの断面詳細図、第４図乃至第７図は、夫々
他の実施例を説明する冷凍機クライオスタットの荷重支
持体回りの断面詳細図である。 ５，６・・・熱シールド筒、７・・・真空容器、１０・
・・膨張機、１７・・・磁気シールド体、１８・・・フ
ランジ、１９・・・ベローズ、２０．２１・・・荷重支
持体、２５゜２９・・・ベローズ、３１・・・スプリン
グ、３４・・・支持体、３６・・・支持体、３７・・・
ワイヤ。 璃 ２−図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被冷却体と、被冷却体の収納槽及び被冷却体や熱シ
   ールド体を冷却する冷凍機の低温端を断熱槽に納めた冷
   凍機付きクライオスタットにおいて、前記断熱槽以外の
   構成部材の一部に、前記冷凍機及び、前記収納槽を断熱
   槽内に保持する支持手段を、■結合手段で一体化したこ
   とを特徴とする冷凍機付きクライオスタット。 ２、前記冷凍機及び前記支持手段と、前記断熱槽外壁と
   を弾性支持体手段で結合したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の冷凍機付きクライオスタット。 ３、前記支持手段と前記熱シールド体とを熱的に良好な
   弾性支持手段で結合し、前記支持手段を、断熱槽外壁に
   ■結合手段で一体化したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の冷凍機付きクライオスタット。 ４、前記熱シールド体を、断熱槽外壁及び収納槽壁間に
   、熱的に不良好な支持体で保持したことを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載の冷凍機付きクライオスタット
   。