JPH04306472A

JPH04306472A - 液化冷凍機付きクライオスタット

Info

Publication number: JPH04306472A
Application number: JP3068517A
Authority: JP
Inventors: Norihide Saho; 典英佐保; Takeo Nemoto; 武夫根本; Mitsuru Saeki; 満佐伯
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-04-01
Filing date: 1991-04-01
Publication date: 1992-10-29

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液化冷凍機付きクライオ
スタットに関し、特に、超電導マグネットを内蔵し、液
化ガスの蒸発ガスを容易に凝縮可能にした核磁気共鳴撮
像装置等に用いるに好適な液化冷凍機付きクライオスタ
ットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液化冷凍機付きクライオスタット
、特に、特開昭６２−２９９００５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（
以下、単にＭＲＩ装置と称す）には、均一な高磁界を得
るために超電導マグネット（以下、単にマグネットと称
す）を使用する。このために、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。

【０００３】マグネットは超電導状態を保つために、極
低温の冷媒、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内に浸入する熱で徐
々に蒸発するために、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し、
かつ、クライオスタット内で再液化すれば、液体ヘリウ
ム注入は不必要となり、運転コストは大幅に低減する。

【０００４】このため、従来技術では、クライオスタッ
ト内の熱シールド体冷却用の冷凍機Ａとこの冷凍機Ａの
寒冷を利用して液化温度まで冷却する冷却機Ｂをクライ
オスタットの真空内に固定した液化冷凍機を使用してい
る。

【０００５】また、従来技術では常温室内に設置された
油潤滑式の圧縮機ユニットで圧縮したヘリウムガスを冷
却機Ｂに供給しており、供給するヘリウムガス中には濃
度数ｐｐｍの油分、Ｎ２，Ｏ２ガス、ＣＯ２ガス等の不
純物が含まれている。

【０００６】また、冷凍機Ａは、クライオスタット内の
熱シールド板に固定したスリーブ内に装着し、スリーブ
内に充てん、密封したヘリウムガスを介して冷凍機Ａの
コールドステーションとスリーブ壁間の熱交換を行うよ
うになっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】これら冷凍機Ａ及び冷
却機Ｂは、ともに常温部に設置した圧縮機から作動ガス
例えば高圧ヘリウムガスの供給を受けるため、油や水分
、炭酸ガス、酸素、窒素、水素ガス等の不純物が冷凍機
Ａ及び冷却機Ｂ内の低温部に蓄積し、定期的にオーバー
ホールする必要がある。

【０００８】オーバホールが必要となる構成要素は、冷
凍機Ａでは、ギフォード・マクマホン、ソルベイサイク
ル等の往復動式膨張機のディスプレーサ（ディスプレー
サ内に納めた蓄冷材の洗浄）、低温部シールリング（交
換）等がある。冷却機Ｂでは、熱交換器（内部洗浄）、
ジュール・トムソン弁（内部洗浄）がある。しかし、上
記従来技術の構造では、冷凍機Ａのディスプレーサは、
シリンダ部をクライオスタット内に残して容易に抜き出
せ、オーバーホール作業が容易に行えるが、冷却機Ｂは
クライオスタットの内部に固定しているため、クライオ
スタットの真空を、一度、大気圧に戻して取りはずさな
ければならない。しかし、この作業を行うには、液体ヘ
リウム槽を、一度、常温に戻さなければならず、槽内の
液体ヘリウムを抜き出し、加温、オーバーホール後の、
再注入、再冷却という作業が必要であり、オーバーホー
ルに必要となるコストが増大するという問題点があった
。

【０００９】また、冷却機Ｂの作業流体中の不純物濃度
によって冷却機Ｂのオーバホール周期が決まる。不純物
濃度が高ければ高い程オーバホール周期は短くなり、オ
ーバホール費用が多額となって運転コストが上昇すると
いう問題があった。

【００１０】また、冷凍機Ａのコールドステーションと
スリーブ壁との間の熱交換はこの間に充填された静止し
たヘリウムガスの熱伝導によって行なわれるので、ヘリ
ウムガス層の熱抵抗が大きく、冷凍機Ａのコールドステ
ーションの温度とスリーブ壁との温度との間の温度差が
大きくなり、熱シールド板の冷却不足による液体ヘリウ
ムの蒸発量増加や、スリーブ壁と熱的に一体化された冷
却機Ｂの冷却不足による液化冷凍量の低下をきたし、液
体ヘリウム蒸発ガスの再液化不足で液体ヘリウム槽の液
体ヘリウム液面の低下が生じ、液体ヘリウムの再注入作
業の必要性が生じ運転コストが増加したり、超電導マグ
ネットが液面上に露出昇温して超電導状態が破れて（ク
エンチ）、クライオスタットの信頼性が低下する問題が
あった。

【００１１】本発明の目的は、液化冷凍機の冷凍機と冷
却機とを分離し、それぞれ単独にオーバーホールできる
構成として低コストでオーバーホールできるようにし、
かつ、運転コストが低く、冷却能力に優れた高信頼性の
液化冷凍機付きクライオスタットを提供することにある
。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、被冷却体と、該被冷却体を冷却する液化冷
凍機の低温端とを、断熱空間に収納した液化冷凍機付き
クライオスタットにおいて、前記液化冷凍機は冷却機と
冷凍機とを備え、該冷凍機の低温端と該冷却機の常温端
との間に、該低温端より分流した作動流体を該冷却機に
供給する連通路を備えたことを特徴とするものである。

【００１３】また、前記冷却機は前記断熱空間に設けた
冷媒の注入口に装着されていることを特徴とし、あるい
は、前記液化冷凍機は冷却機と熱シールド体冷却用の冷
凍機とからなり、該冷却機及び該冷凍機は、前記断熱空
間内の熱伝導体に着脱可能に接続されていることを特徴
とし、あるいは、前記冷却機は前記断熱空間に単独で着
脱可能に装着されていることを特徴とするものである。

【００１４】また、前記冷却機は熱交換器と膨脹弁とを
主要部とするとともに、該冷凍機は機械的運転を伴う寒
冷発生手段を具備し、かつ、該冷凍機の低温端より分流
した作動流体を該冷却機の常温端より供給する連通路を
有するとともに、該冷却機と該冷凍機との間を前記断熱
空間内で熱的に着脱可能な熱伝導手段で接続したことを
特徴とするものである。

【００１５】さらに、前記冷凍機を前記断熱空間の内部
と隔離したスリーブに挿入し、該スリーブと該冷凍機と
の間に、前記作動流体の流動するすき間を有することを
特徴とし、あるいは、前記連通路に吸着材を配置したこ
とを特徴とし、あるいは、前記冷凍機の低温端部に吸着
材を配置したことを特徴とするものである。

【００１６】また、前記冷凍機の低温端より分流した作
動流体を常温に加温する加温手段と、該加温した作動流
体を該冷却機の常温端より供給する連通路とを有すると
ともに、該冷却機と該冷凍機との間を前記断熱空間内で
熱的に着脱可能な熱伝導手段で接続したことを特徴とし
、この加温手段は、前記断熱空間内に配置した熱シール
ド体であり、あるいは前記断熱空間内に配置した冷却機
挿入用の挿入管であることを特徴とするものである。

【００１７】また、前記冷凍機に作動流体を供給する圧
縮機を常温部に設置し、該作動流体の不純物を吸着する
吸着器を該冷凍機の前記断熱空間内に設けた低温端に有
して、該吸着器を通過した作動流体を前記冷却機の常温
端より供給する連通路を有し、あるいは前記冷却機は内
部に吸着材を内蔵して、該冷却機の常温端に常温部に設
置した圧縮機より作動流体を供給し、あるいは前記冷凍
機の常温端に供給する作動流体より純度の高い作動流体
を該冷却機の常温端に供給し、かつ、該冷却機と該冷凍
機との間を前記断熱空間内で熱的に着脱可能な熱伝導手
段で接続したことを特徴とするものである。

【００１８】

【作用】上記の構成によれば、冷却機内の作動流体は冷
凍機の寒冷で冷却され、容易に極低温度まで冷却するこ
とができ、目的の極低温度を発生させることができる。

【００１９】本発明ではオーバーホール時、すなわち、
冷却機のみに不具合が生じた場合、冷媒注入口に大気が
流入しないように冷却機を抜き出し、冷却機を常温で内
部を洗浄し、再び、冷媒注入口に再装着することが可能
となる。このとき、冷凍機は運転続行可能であるので、
冷却機の未装着時においてもクライオスタット内の冷媒
蒸発量を最小にすることができる。また、冷却機のオー
バーホール時にクライオスタットの真空を破壊すること
がないために、オーバーホールに必要なコストを大幅に
低減することができる。

【００２０】また、冷却機内に、自己冷却用の冷凍機を
組込む必要がなく、冷却機の小型、軽量化を図ることが
できるのみならず、冷却機の製造コストの低減、及びオ
ーバーホールに必要な経費を大幅に低減することができ
る。

【００２１】また、冷却機の作動流体として、例えば冷
凍機の低温部から抜き出したヘリウムガス、すなわち、
不純物がきわめて少ない高圧のヘリウムガスを、常温状
態で供給することが可能となるので、冷却機の単独分離
がきわめて容易であり、オーバーホールに必要なコスト
を低減することができる。

【００２２】また、冷凍機のスリーブ内には、冷凍機の
低温部から抜き出した作動流体が常に流動しているため
、冷凍機とスリーブの壁との間の熱抵抗は、この作動流
体及び壁の間の熱伝導率が増加するのできわめて小さく
なり、熱シールド体の冷却温度はさらに低下して冷媒の
蒸発量は減少し、かつ、冷却機の冷却温度もさらに低下
するので冷却機の液化冷凍性能も向上する。そのため、
液化冷凍機の圧縮機の消費電力を低減でき、運転コスト
を低減することができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明のいくつかの実施例を、図面を
参照して説明する。（第１実施例）図１は、本発明の第１実施例を示す液化
冷凍機付きクライオスタットの断面図である。被検体が
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超電導マグネット２
、及び冷媒である液体ヘリウム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７０Ｋと約１５
Ｋの２温度レベル）の被冷却体である熱シールド筒５ａ
，６ａ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を巻き付けて真空断熱して
いる。

【００２４】冷凍機、例えばソルベイ式の冷凍機Ａは、
ガス加圧源の圧縮機９ａ，９ｂとピストン往復動式の膨
張機１０、及び、両者を連通する高圧配管１１と中圧配
管１２とから成る。膨張機１０の低温部は、クライオス
タット内に挿入され、温度７０Ｋに冷却した第１コール
ドステージ１３と、温度約１５Ｋに冷却した第２コール
ドステージ１４を熱シールド筒５ａ，６ａと熱伝導体５
ｂ，６ｂ及び５ｃ，６ｃを介して熱的に一体化している
。

【００２５】膨張機１０は、スリーブ１５内に装着する
。スリーブ１５内と真室槽７内とは隔離されている。膨張機１０の第２コールドステージ１４のシリンダ１６
に設けた細孔１７から流出する低温の圧力の高いヘリウ
ムガスは、スリーブ１５と第２コールドステージ、第１
コールドステージとの間のすき間１７ａを高温側に流れ
ながら、常温部の細孔１８から弁１９ａ、配管１９ｂを
介して挿入ポート２１に装着した冷却機Ｂ２０に供給さ
れる。

【００２６】図２は、本実施例で使用した冷却機Ｂ２０
の断面図である。挿入ポートに装着した冷却機Ｂ２０は
、図２の断面図に示すような構造となっている。熱伝導
率が小さな例えばステンレス製の上部外管２２と、熱伝
導率が大きな例えばリン脱酸銅製の上部内管２３で囲ま
れた空間２４には、上部内管２３の外面にハンダ付け、
銀ロウ付け、拡散接合等で熱的に一体化された円板状の
熱伝導率が大きな、例えば無酸素銅製の多孔伝熱板２５
が軸方向に積層されている。図中、積層方向途中の多孔
板は省略している。上部外管２２の下端部には、無酸素
銅製の第１ヒートステーション２６を設け、各々の接合
部は溶接等で気密一体化している。第１ヒートステーシ
ョン２６の外面は、円筒状となっており、図１中の第１
低温フランジ２７の内壁面とのクリアランスを１００μ
ｍ以下にして挿入ポート２１内のヘリウムガスの熱伝導
により、良好な熱交換が行えるようにしている。

【００２７】また、図２において、第１ヒートステーシ
ョン２６の内部に多段状に加工した多孔板２８と、上部
内管２３とは必ずしも熱的に一体化していなくてもよい
。第１ヒートステーション２６の下端部には、ステンレ
ス製の中部外管２９と上部内管２３とで囲まれた空間３
０を構成し、この空間３０には、上部内管２３の外面に
熱的に一体化した無酸銅製の多孔伝熱板３１が軸方向に
積層している。

【００２８】図中、積層方向途中の多孔板は省略してい
る。第１ヒートステーション２６と中部外管２９の上端
との接合部は気密一体化している。中部外管２９の下端
部には、無酸素銅製の第２ヒートステーション３２を設
け、各々の接合部は気密一体化している。第２ヒートス
テーション３２の内部には、多段状に加工した多孔板３
３と、上部内管２３は必ずしも熱的に一体化しなくても
よい。第２ヒートステーション３２の下端部とステンレ
ス製の下部外管３４との接合部は溶接で気密一体化して
いる。

【００２９】第２ヒートステーション３２の外面は第１
ヒートステーション２６と同様に円筒状となっており、
図１中の第２低温フランジ３５の内周面とのクラアラン
スを１０μｍ以下にして挿入ポート２１内のヘリウムガ
スの熱伝導に良好に熱交換が行なえるようにしている。第２ヒートステーション３２の下端部には、下部外管３
４と下部内管３４ａとで囲まれた空間３６を構成し、こ
の空間３６には、下部内管３４ａの外面に熱的に一体化
した銅製の微粒子の多孔焼結体３７が軸方向に連続して
積層されている。図中、積層方向途中の多孔焼結体は省
略している。

【００３０】下部外管３４及び下部内管３４ａの下端面
はフランジ３８と一体化され、空間３６は導通孔３９で
Ｊ・Ｔ弁４０に通じている。Ｊ・Ｔ弁の出口は気液分離
器４１に通じ、上部は、導通孔４２で下部内管３４ａ内
と通じている。下部内管３４ａと、ステンレス製のＪ・
Ｔ弁ロッド管４３との間の空間４４内には、下部内管３
４ａの内面と熱的に一体化された銅製の微粒子の多孔焼
結体４５が軸方向に連続して積層されている。図中、積
層方向途中の多孔焼結体は省略している。また、上部内
管２３とＪ・Ｔ弁ロッド管４３との間の空間４６内には
、上部内管２３の内面と熱的に一体化された、銅製の多
孔伝熱板４７を軸方向に積層している。図中、積層方向
途中の多孔伝熱板は省略している。

【００３１】空間４６の上端部は低圧配管４８と導通し
ている。ロッド４３ａの下端部のニードルがネジ５０で
上下し、Ｊ・Ｔ弁４０の開度を調整する。細長いロッド
４３ａは、熱伝導率が非常に小さい例えばプラスチック
製の円管５１でガイドされている。

【００３２】第１ヒートステーション２６と第２ヒート
ステーション３２とは、それぞれ第１低温フランジ２７
、第２低温フランジ３５で、温度約７０Ｋ、温度約１５
Ｋに冷却される。高圧ヘリウムガスは空間２４の上端部
より冷却機Ｂ２０内に流入し、多孔伝熱板２５，２８，
３１，３３及び多孔焼結体３７を通りながら温度約６Ｋ
に冷却され、Ｊ・Ｔ弁４０に流入する。Ｊ・Ｔ弁４０で
膨張したのち、温度約４．３Ｋの低圧ヘリウムミストは
気液分離器４１内で液体ヘリウムは下部に溜り、気液分
離器４１壁を冷却する。低圧ヘリウムガス、及び液体ヘ
リウムの蒸発ガスは、導通孔４２を通り、多孔焼結体４
５、多孔伝熱板４７を冷却しながら常温低圧ガスとなっ
て、空間４６の上端部より冷却機Ｂ２０から流出して低
圧配管４８に戻る。

【００３３】図１に示すように、液体ヘリウム温度に冷
却された気液分離器４１は、液体ヘリウム槽４の気相部
に露出しており、槽内の蒸発ガスは気液分離器４１の外
面に触れて再液化し、液体ヘリウム槽４内の圧力及び液
面が一定に保たれ、液体ヘリウムを補充する必要がない
。尚、弁４９は冷却機Ｂ２０の脱着時のヘリウムガス供
給弁である。

【００３４】また、配管１９ｂ、冷却機Ｂ２０に供給す
るヘリウムガスは、冷凍機Ａの低温端より分流されたガ
スであり、不純物の濃度は冷凍機Ａの常温入口部よりも
低く、その濃度は数　ｐｐｂ　程度ではきわめて少ない
。したがって、冷却機Ｂ内の伝熱面や、Ｊ・Ｔ弁に蓄積
する不純物はきわめて少なく、伝熱性能の低下やＪ・Ｔ
弁の閉塞のトラブルはほとんど発生しない。したがって
、冷却機Ｂ２０のオーバーホールの周期も長期となり、
オーバーホールの経費が少なく、運転コストを低減でき
る。

【００３５】仮りに冷却機Ｂ２０にトラブルが発生した
場合でも、冷却機Ｂ２０を取りはずし、常温状態で高純
度ヘリウムガスで機内をクリーニングし、不純物を取り
除き、再び挿入ポート２１内に装着し、クールダウンが
終了する間も、冷凍機Ａは運転できる。よって、冷却機
Ｂ２０の未装着時でも熱シールド筒の温度上昇を防止で
き、液体ヘリウムの蒸発量の大幅な増加を押えることが
できる。また、冷却機Ｂ２０の取出し時にクライオスタ
ットの真空を破壊する必要がなく、オーバーホールに必
要なコストを大幅に低減できる効果がある。

【００３６】また、冷却機Ｂ２０内に自己冷却用の冷凍
機を組込む必要がないために、冷却機Ｂ２０を小型化，
軽量化でき、かつ製造コストを低減でき、冷却機Ｂ２０
自身のオーバーホール経費を低減できる効果がある。

【００３７】また、冷却機Ｂ２０の再装着時に、冷凍機
Ａの運転続行により第１低温フランジ２７、第２低温フ
ランジ３５はすでに冷却されているので、冷却機Ｂ２０
のクールダウンを大幅に短縮できる効果がある。

【００３８】また、スリーブ１５と膨張機１０の第１コ
ールドステージ１３、第２コールドステージ１４のすき
間１７ａには、冷却機Ｂ２０の運転中、絶えずヘリウム
ガスが流動しているので、この間の熱抵抗はヘリウムガ
スが静止している場合に比べて非常に小さくなる。した
がって、スリーブ１５に一体化した熱伝導体５ｃ，６ｃ
はより低温に冷却される。したがって、熱シールド筒５
ａ，６ａもより低温に冷却され、熱シールド効果が増し
て液体ヘリウム槽４内の液体ヘリウムの蒸発量は低減す
る。また、熱伝導体５ｂ，６ｂもより低温に冷却される
ので、図２に示す冷却機Ｂ２０の第１ヒートステーショ
ン２６、第２ヒートステーション３２の冷却温度も低下
し、冷却機Ｂ２０の液化冷凍量は増加する。したがって
、冷凍機Ａ、冷却機Ｂの運転動力を低下させても液体ヘ
リウムの蒸発ガスを再液化できることになり、運転電力
費を節減できる。これにより、さらに運転コストを低減
できる効果がある。

【００３９】（第２実施例）図３は本発明になる第２の
実施例を示すもので、本実施例が図１の第１実施例と異
なる点は、冷凍機Ａの低温端より抜き出したヘリウムガ
スを、第１コールドステーション１３とスリーブ１５の
間を通過後、スリーブ１５に設けた配管５２に導き、挿
入ポート２１の外面に熱的に一体化した例えばコイル管
式の熱交換器５３を通った後、配管１９ｂに導くように
した構造にある。本実施例によれば、挿入ポート２１の
常温部から低温部にポート壁を熱伝導で侵入する熱を、
熱交換器５３内の低温ヘリウムガスで取り除き、冷却機
Ｂ２０の冷凍性能をさらに向上できる効果がある。

【００４０】（第３実施例）図４は本発明になる第３の
実施例を示すもので、本実施例が図１の第１実施例と異
なる点は、冷凍機Ａの低温端より抜き出したヘリウムガ
スを第２コールドステーション１４下部のスリーブより
配管５４に導き、熱シールド筒６ａ，５ａに熱的に一体
化された例えばコイル管式の熱交換器５５，５６に通し
た後、熱交換器５３を経て配管１９ｂに導くようにした
構造にある。本実施例によれば、冷凍機Ａの低温端より
抜き出したヘリウムガスで直接熱シールド筒６ａ，５ａ
を冷却できるので、熱シールド筒の温度をさらに低温に
冷却できる。したがって、液体ヘリウムの蒸発量をさら
に低減でき、冷却機Ｂ２０の冷凍負荷を低減して運転動
力を節減し、運転コストをさらに低減できる効果がある
。なお、本実施例においては、熱伝導体５ｃ，６ｃを削
除しても熱伝導体６ｂ，５ｂを冷却できるので、スリー
ブ１５の取付け位置が熱伝導体６ｂ，５ｂの位置に左右
されず、真空槽７の構造に自由度を持たせる効果もある
。

【００４１】なお、これらの実施例の冷却機Ｂの第１、
第２ヒートステーションは、挿入ポート内のすき間のヘ
リウムガスの熱伝導によって冷却するようにしているが
、上記すき間にインジューム等のやわらかい金属を介入
させ、金属の熱伝導によって冷却すれば、さらに冷却機
Ｂの冷凍性能を向上することができる。この場合、第１
、第２ヒートステーションの構造は円錐状にし、すき間
部の挿入ポートも第１、第２ヒートステーションの形状
に合った、円錐状した方が良好な冷却を行える。また、
円筒状のヒートステーションとする場合、両ヒートステ
ーションの外径を一致させることにより、挿入ポート内
径も軸方向に対して同一で良く、挿入ポートの構造が簡
単となり、製造コストを低減できる効果がある。

【００４２】（第４実施例）図５は本発明になる第４の
実施例を示すもので、冷凍機Ａの低温端に位置するディ
スプレーサ５７内に充てんした鉛や希土類金属の化合物
や合金の蓄冷材５８の下部に、銅網等のフィルタ５９の
間に活性炭やモレキュラシーブス等の吸着材６０を挿入
した構造である。本実施例によれば、冷凍機Ａ内のヘリ
ウムガスで１５Ｋ以下に冷却された吸着材６０により細
孔１７より抜き出されたヘリウムガス中の不純物は、特
に、水素分が除去されて純度がさらに向上する。したが
って、冷却機Ｂ内で蓄積する不純物の量はさらに低減し
、冷却機Ｂのオーバオール周期がさらに延長できるので
、運転コストを低減できる効果が生じる。なお、本実施
例では、吸着材６０を冷凍機Ａのディスプレーサ５７内
に設けたが、冷凍機Ａのシリンダ１６とスリーブ１５底
面との間の空間６１内に吸着材６０を配置しても同様な
効果が生じる。

【００４３】（第５実施例）図６は本発明になる第５の
実施例を示すもので、冷却機Ｂの第１ヒートステーショ
ン２６、第２ヒートステーション３２、及びＪ・Ｔ弁４
０前の高圧流路内の空間に活性炭やモレキュラシーブス
等の吸着材６２を配置させた点が図２のものと異なる。すなわち、ヘリウムガス中に含まれる不純物を各々の温
度レベルに冷却された吸着材６２で取り除き、各伝熱板
の汚染や、Ｊ・Ｔ弁の閉塞を防止することができる。し
たがって、冷却機Ｂのオーバホール周期をさらに延長で
き、運転コストを低減することができる効果がある。ま
た、オーバホール時に吸着材６２も同時に取り出し、常
温で再生することができ、オーバーホールの作業を容易
に、かつ、短時間内に終了することができる。

【００４４】（第６実施例）図７は本発明の第６の実施
例を示すもので、図１の第１実施例と異なる点は、冷却
機Ｂに、図６で示す吸着材を内蔵した冷却機Ｂ６３を装
着し、かつ、冷却機Ｂ６３にヘリウムガスを供給するヘ
リウム圧縮機ユニット６４を独立して設け、ヘリウムガ
スを冷凍機Ａの低温端より供給しない構造としたもので
ある。本実施例によれば、ヘリウム圧縮機ユニット６４
から供給されるヘリウムガス中の不純物は、冷却機Ｂ６
３内に内蔵した吸着材で除去できるので、冷却機Ｂ６３
の汚染、閉塞を防止できる。したがって、冷却機Ｂのオ
ーバーホール周期を延長できるとともに、冷凍機Ａを独
立できるので、圧縮機ユニット６４にトラブルが発生し
た場合でも冷凍機Ａの単独運転が継続でき、液体ヘリウ
ムの蒸発量を最小に押えることができる効果がある。

【００４５】また、これらの実施例で、Ｊ・Ｔ弁の開度
を常温部より操作できるようにしたが、Ｊ・Ｔ弁の代わ
りに、固定絞りのオリフィスを冷却機Ｂの低温端に設け
ても、同様な効果が生じる。

【００４６】（第７実施例）図８は本発明になる第７の
実施例を示すもので、図１の第１実施例と異なる点は、
冷却機Ｂ２０用の独立した圧縮機ユニット６４から供給
されるヘリウムガスを、熱交換器６５を介して冷却し、
熱伝導体５ａに一体化した吸着器６６に導き、吸着器６
６内に充てんした吸着材でヘリウムガス中の不純物を除
去し、熱交換器６５を通って常温に戻ったヘリウムガス
を配管１９ｂに導くようにした構造にある。本実施例に
よっても、冷却機Ｂに不純物の少ないヘリウムガスを供
給できるので、従来例よりも冷却機Ｂのオーバホール周
期を延長させることができる。

【００４７】なお、これらの実施例では、超電導マグネ
ットを液体ヘリウムで冷却する場合について説明したが
、被冷却体が、ジョセフソン電子機器、ＳＱＵＩＤ素子
、各種センサ等であっても同様な効果を生じる。

【００４８】上述のとおり、内部に機械的連動による寒
冷発生手段を有しないで蒸発ガスの再液化機能を有した
冷却機Ｂに、不純物の少ないヘリウムガスを供給し、こ
の冷却機Ｂを、熱シールド筒冷却用の冷凍機Ａと各々分
離して構成できるので、これらの実施例を適宜選択する
ことにより、以下のような効果を生じる。

【００４９】（１）冷凍機Ａを運転停止せずに、冷却機
Ｂのみをオーバーホールできることにより、このときの
液体ヘリウム蒸発量の大幅な増加を防止でき、メンテナ
ンスコストを大幅に低減できる。

【００５０】（２）クライオスタットの真空を破壊せず
に冷却機Ｂのみを取り出せるので、メンテナンスコスト
を大幅に低減できる。

【００５１】（３）冷却機Ｂの液体ヘリウム注入口内に
装着できるので、冷却機Ｂを装着後、液体ヘリウムの蒸
発ガスで常温の冷却機Ｂを直接予冷できる。そのため、
冷却機Ｂのクールダウン時間を短縮することができる。

【００５２】（４）冷却機Ｂ内には、自己冷却用の冷凍
機を組込む必要がなく、また機械的運動による寒冷発生
手段を含まないため、冷却機Ｂの製造コストを低減する
ことができる。

【００５３】（５）冷却機Ｂに冷凍機Ａの低温端より抜
き出した不純物の少ないヘリウムガスを供給できるので
、冷却機Ｂのオーバーホール周期を延長でき、運転コス
トを低減できる効果がある。

【００５４】（６）冷却機Ｂ内に不純物を除去する吸着
機を内蔵できるので、冷却機Ｂ内の汚染、閉塞を防止し
てオーバーオール周期をさらに延長でき、吸着材の再生
作業も容易にでき、運転コストをさらに低減できる。

【００５５】（７）冷凍機Ａの低温端と冷却機Ｂの入口
とを連通する配管の途中に吸着材を配置することができ
るので、冷却機Ｂに供給するヘリウムガス中の不純物濃
度をさらに低減できる。そのため、冷却機Ｂのオーバー
ホール周期をさらに延長することができる。

【００５６】（８）冷凍機Ａの低温端より抜き出したヘ
リウムガスが、冷凍機Ａの装着スリーブと冷凍機Ａのコ
ールドステーションとの間のすき間を流れるので、コー
ルドステーションとスリーブ外に一体化した熱伝導体と
の間の熱抵抗が小さくなり、熱シールド筒及び冷却機Ｂ
のヒートステーションの温度がより低温になり、液体ヘ
リウムの蒸発量が低減するとともに、冷却機Ｂの冷凍性
能が向上し、冷凍機Ａ、冷却機Ｂの運転消費電力が低減
して運転コストを低減させることができる。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、冷却機の作動流体とし
て、不純物のきわめて少ない高圧のヘリウムガスを常温
状態で供給できるので、冷凍機と冷却機とを分離し、そ
れぞれ単独のオーバーホールが可能となる。そのため、
オーバーホールコストを低くすることができる。また、
冷却機の冷却温度をさらに低下させることができるので
、冷却機の液化冷凍性能も向上する。そのため、液化冷
凍機の圧縮機の運転コストを低減することができる。従って、超電導マグネットを内蔵した高信頼性の液化冷
凍機付きクライオスタットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す液化冷凍機付クラ
イオスタットの断面図である。

【図２】本発明の第１実施例で使用する冷却機Ｂの断面
図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す液化冷凍機付クラ
イオスタットの断面図である。

【図４】本発明の第３の実施例を示す液化冷凍機付クラ
イオスタットの断面図である。

【図５】本発明の第４の実施例を示す冷凍機Ａの低温端
の断面図である。

【図６】本発明の第５の実施例を示す冷却機Ｂの断面図
である。

【図７】本発明の第６の実施例を示す液化冷凍機付クラ
イオスタットの断面図である。

【図８】本発明の第７の実施例を示す液化冷凍機付クラ
イオスタットの断面図である。

【符号の説明】

１　　空洞部　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　２　　超電導マグネット３　　液体ヘリウム　　　　　　　　　　　　　　　　
　　４　　液体ヘリウム槽５ａ，６ａ　　熱シールド筒　　　　　　　　　　５ｂ
，５ｃ，６ｂ，６ｃ　　熱伝導体７　　真空容器　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　８　　積層断熱材９ａ，９ｂ　　圧縮機　　　
　　　　　　　　　　　　　１０　　膨脹機１１　　高
圧配管　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１２
　　中圧配管１３　　第１コールドステージ　　　　　
　　　１４　　第２コールドステージ１５　　スリーブ　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　１６　　シリンダ１７，１８　　細孔　　　　　
　　　　　　　　　　　　　１７ａ　　すき間１９ａ　
　弁　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　１９ｂ　　配管２０　　冷却器Ｂ　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　２１　　挿入ポート２２　　上
部外管　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２３
　　上部内管２４　　空間　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　２５　　多孔伝熱板２６　　第
１ヒートステーション　　　　　　２７　　第１低温フ
ランジ２８　　多孔伝熱板　　　　　　　　　　　　　　　　
　　２９　　中部外管３０　　空間　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　３１，３３　　多孔伝
熱板３２　　第２ヒートステーション　　　　　　３４　　
下部外管３５　　第２低温フランジ　　　　　　　　　
　　　３６　　空間３７　　多孔焼結体　　　　　　　
　　　　　　　　　　　３８　　フランジ３９　　導通
孔　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４０
　　Ｊ・Ｔ弁４１　　気液分離器　　　　　　　　　　
　　　　　　　　４２　　導通孔４３　　ロッド管　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　４３ａ　　ロッ
ド４４，４６　　空間　　　　　　　　　　　　　　　
　　　４５　　多孔焼結体４７　　多孔伝熱板　　　　
　　　　　　　　　　　　　　４８　　低圧配管４９　
　弁　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　５０　　ネジ５１　　円管　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　５２，５４　　配管５３
，５５，５６　　熱交換器　　　　　　　　５７　　デ
ィスプレーサ５８　　蓄冷材　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　５９　　フィルタ６０，６２　　吸着材　　　
　　　　　　　　　　　　　６１　　空間６３　　冷却
器Ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　６４　
　ヘリウム圧縮機ユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　被冷却体と、該被冷却体を冷却する液
化冷凍機の低温端とを、断熱空間に収納した液化冷凍機
付きクライオスタットにおいて、前記液化冷凍機は冷却
機と冷凍機とを備え、該冷凍機の低温端と該冷却機の常
温端との間に、該低温端より分流した作動流体を該冷却
機に供給する連通路を備えたことを特徴とする液化冷凍
機付きクライオスタット。
【請求項２】　　被冷却体と、該被冷却体を冷却する液
化冷凍機の低温端とを、断熱空間に収納した液化冷凍機
付きクライオスタットにおいて、前記液化冷凍機は冷却
機と冷凍機とを備え、該冷却機は前記断熱空間に設けた
冷媒の注入口に装着されていることを特徴とする液化冷
凍機付きクライオスタット。
【請求項３】　　被冷却体と、該被冷却体を冷却する液
化冷凍機の低温端とを、超電導マグネットを内蔵し、熱
シールド体を有する断熱空間に収納した液化冷凍機付き
クライオスタットにおいて、前記液化冷凍機は冷却機と
熱シールド体冷却用の冷凍機とからなり、該冷却機及び
該冷凍機は、前記断熱空間内の熱伝導体に着脱可能に接
続されていることを特徴とする液化冷凍機付きクライオ
スタット。
【請求項４】　　被冷却体と、該被冷却体を冷却する液
化冷凍機の低温端とを、断熱空間に収納した液化冷凍機
付きクライオスタットにおいて、前記液化冷凍機は冷却
機と冷凍機とを備え、該冷却機は前記断熱空間に単独で
着脱可能に装着されていることを特徴とする液化冷凍機
付きクライオスタット。
【請求項５】　　被冷却体と、該被冷却体を冷却する液
化冷凍機の低温端とを、断熱空間に収納した液化冷凍機
付きクライオスタットにおいて、前記液化冷凍機は冷却
機と冷凍機とを備え、該冷却機は熱交換器と膨脹弁とを
主要部とするとともに、該冷凍機は機械的運転を伴う寒
冷発生手段を具備し、かつ、該冷凍機の低温端より分流
した作動流体を該冷却機の常温端より供給する連通路を
有するとともに、該冷却機と該冷凍機との間を前記断熱
空間内で熱的に着脱可能な熱伝導手段で接続したことを
特徴とする液化冷凍機付きクライオスタット。
【請求項６】　　請求項５記載のクライオスタットにお
いて、前記冷凍機を前記断熱空間の内部と隔離したスリ
ーブに挿入し、該スリーブと該冷凍機との間に、前記作
動流体の流動するすき間を有することを特徴とする液化
冷凍機付きクライオスタット。
【請求項７】　　請求項５記載のクライオスタットにお
いて、前記連通路に吸着材を配置したことを特徴とする
液化冷凍機付きクライオスタット。
【請求項８】　　請求項５記載のクライオスタットにお
いて、前記冷凍機の低温端部に吸着材を配置したことを
特徴とする液化冷凍機付きクライオスタット。
【請求項９】　　被冷却体と、該被冷却体を冷却する液
化冷凍機の低温端とを、断熱空間に収納した液化冷凍機
付きクライオスタットにおいて、前記液化冷凍機は冷却
機と冷凍機とを備え、該冷却機は熱交換器と膨脹弁とを
主要部とするとともに、該冷凍機は機械的運転を伴う寒
冷発生手段を具備し、かつ、該冷凍機の低温端より分流
した作動流体を常温に加温する加温手段と、該加温した
作動流体を該冷却機の常温端より供給する連通路とを有
するとともに、該冷却機と該冷凍機との間を前記断熱空
間内で熱的に着脱可能な熱伝導手段で接続したことを特
徴とする液化冷凍機付きクライオスタット。
【請求項１０】　　請求項９記載のクライオスタットに
おいて、前記加温手段は、前記断熱空間内に配置した熱
シールド体であることを特徴とする液化冷凍機付きクラ
イオスタット。
【請求項１１】　　請求項９記載のクライオスタットに
おいて、前記加温手段は、前記断熱空間内に配置した冷
却機挿入用の挿入管であることを特徴とする液化冷凍機
付きクライオスタット。
【請求項１２】　　被冷却体と、該被冷却体を冷却する
液化冷凍機の低温端とを、断熱空間に収納した液化冷凍
機付きクライオスタットにおいて、前記液化冷凍機は冷
却機と冷凍機とを備え、該冷却機は熱交換器と膨脹弁と
を主要部とするとともに、該冷凍機は機械的運転を伴う
寒冷発生手段を具備し、かつ、該冷凍機に作動流体を供
給する圧縮機を常温部に設置し、該作動流体の不純物を
吸着する吸着器を該冷凍機の前記断熱空間内に設けた低
温端に有し、該吸着器を通過した作動流体を前記冷却機
の常温端より供給する連通路を有するとともに、該冷却
機と該冷凍機との間を前記断熱空間内で熱的に着脱可能
な熱伝導手段で接続したことを特徴とする液化冷凍機付
きクライオスタット。
【請求項１３】　　被冷却体と、該被冷却体を冷却する
液化冷凍機の低温端とを、断熱空間に収納した液化冷凍
機付きクライオスタットにおいて、前記液化冷凍機は冷
却機と冷凍機とを備え、該冷却機は熱交換器と膨脹弁と
を主要部とするとともに、該冷凍機は機械的運転を伴う
寒冷発生手段を具備し、かつ、該冷却機は内部に吸着材
を内蔵して、該冷却機の常温端に常温部に設置した圧縮
機より作動流体を供給するとともに、該冷却機と該冷凍
機との間を前記断熱空間内で熱的に着脱可能な熱伝導手
段で接続したことを特徴とする液化冷凍機付きクライオ
スタット。
【請求項１４】　　被冷却体と、該被冷却体を冷却する
液化冷凍機の低温端とを、断熱空間に収納した液化冷凍
機付きクライオスタットにおいて、前記液化冷凍機は冷
却機と冷凍機とを備え、該冷却機は熱交換器と膨脹弁と
を主要部とするとともに、該冷凍機は機械的運転を伴う
寒冷発生手段を具備し、かつ、該冷凍機の常温端に供給
する作動流体より純度の高い作動流体を該冷却機の常温
端に供給するとともに、該冷却機と該冷凍機との間を前
記断熱空間内で熱的に着脱可能な熱伝導手段で接続した
ことを特徴とする液化冷凍機付きクライオスタット。