JPH045911B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はNMR（各磁気共鳴）、SQUID（超電動
磁気センサ）等の極低温における磁気特性等の諸
測定に供せられるデユワー装置に関し、特にその
幅射シールドを冷却する方法に係るものである。

［従来の技術］ 上記デユワー装置における幅射るシールドの冷
却は、侵入する幅射熱を抑え、内部に収納された
液体ヘリウム等の極低温液体ガスの温度を安定さ
せ、蒸発を抑えることにより、測定環境を特定条
件下に整えるため、極めて重要なことである。

このため、既に収納されている極低温液体ガス
の蒸発ガスを、幅射シールドに密着巻きとした冷
却コイル内に流して幅射シールドを冷却するとい
う方法がとられているが、同法だけによるとき
は、幅射シールドの冷却が不充分である上、その
温度もやゝ不安定となるため、最近では別途用意
した冷凍機によつて冷媒ガスを冷却して同ガスを
幅射シールド冷却ガスとして循環使用することが
行われている。

一方、デユワー装置では震動を嫌うが、これは
震動が磁場を乱して、正確な測定を妨げるからで
あり、従つて、上記の如く冷凍機を用いて幅射シ
ールドを冷却しようとすれば、冷凍機等の震動が
デユワー装置に伝わらないようにする対策が必要
となる。

このため、上記の両要求を満たすべく、幅射シ
ールドの冷却方法が種々研究されてきているが、
熱損失が少なく、しかもデユワー装置に震動を伝
えないという条件を両立させ得るものはまだ実現
されていない。

すなわち、こゝで従来の改良例を第２図により
説明してみると、ａは通常用いられている２段冷
却機の要部を、ｂはデユワー装置の一部を断面に
より示している。

同図では、冷凍機ａの震動をデユワー装置ｂに
伝えないために、これら両者を離隔的に設置し、
冷却機ａの第１段冷端部a₁と第２段冷端部a₂に熱
交換用のコイルC₁，C₂を巻きつけて、冷凍出力
を取り出すようにし、当該コイルC₁，C₂内に封
入されているヘリウムガス々の冷媒ガスをこゝで
冷却し、当該ガスをポンプd₁，d₂等の圧送手段に
より供給管e₁，e₂を介して圧送し、これによつて
デユワー装置ｂの真空断熱空間ｆ内に設けられ
た、一般的には多層に形成された幅射シールドｇ
…の外側面に熱的緊密状態で巻きつけられている
幅射シールド冷却コイルｈ…に導くことで、幅射
シールドｇ…を冷却し、さらに戻し管i₁，i₂を通
じて冷凍機ａに戻す循環系を形成するようにした
方法である。

上述方法によるときは、冷凍機ａがデユワー装
置ｂから離れており、しかも、この際供給管e₁，
e₂、戻し管i₁，i₂として、フレキシブルチユープ
を用いれば、デユワー装置ｂに震動が伝わること
はなくなるのであるが、両者が隔離配置であるた
め、どうしても熱損失の面では大きな問題が残る
ことゝなる。

すなわち、上記の場合当然のことながら、特に
供給管e₁，e₂には断熱手段が施されているも
のゝ、実際上、冷凍機ａの冷端部a₁，a₂によつて
所定の温度、例えば、20°Kとなし、これを供給
管e₁，e₂によりデユワー装置に移送したとすれ
ば、当該20°Kと常温との間には大変な温度差が
あるだけに、可成り大きな熱損失、昇温を伴うこ
とゝなり、とても所定の20°Kといつた温度の
まゝデユワー装置ｂに移送することは不可能であ
る。

また、これだけでなく冷凍機ａ、デユワー装置
ｂを離して設置しなければならないため、大型装
置になる程、その設置スペースが問題となり、更
に、特に供給ラインe₁，e₂等の断熱性能につい
て、これを維持、管理しなければならないという
問題点もある。

［発明が解決しようする問題点］ 本発明は上述従来の問題点を解決しようとした
もので、デユワー装置との接合部に振動吸収対策
を施した上で、デユワー装置と冷却器とを連設一
体化し、かつ、前記ヘリウムガス等による冷媒ガ
スの系統を外部常温雰囲気に配置するが、デユワ
ー装置の真空断熱層内に設けた戻りガスとの熱交
換器を介して、冷凍機の冷凍出力部分である冷端
部の熱交換フイにより、当該冷媒ガスを冷却コイ
ルに導くようにすることで磁場を乱す要因でもあ
る振動をデユワー装置に伝えることなく、しかも
冷凍機より得た冷凍出力を殆ど熱損失なしで、有
効に利用し、幅射シールドの安定した冷却を行い
得るようにしようとするのが、その目的である。

［問題点を解決するための手段］ 即ち本発明は、液体ヘリウム等の極低温液化ガ
スを収納するためのデユワー装置にあつて、その
幅射シールドを循環ガスによつて冷却する方法で
あり、冷凍機とデユワー装置は、該デユワー装置
に設けた凹部に冷凍機の膨張器部分を空隙部を保
つた状態で嵌入して、当該冷凍機の冷端部がデユ
ワー装置の幅射シールドと至近距離となり、か
つ、ベローズ等の振動吸収部材を介して連設され
一方、冷却ガス循環系統にあつて、ポンプ等のガ
ス圧送機器、バツフアタンク、フイルター等を介
在のする冷却ガス供給系統と、戻り系統とは、外
部常温域に配置しておき、当該供給系統による供
給ガスを上記デユワー装置の真空断熱層部に内装
した戻りガスとの熱交換器を介して、上記空隙部
に導き、該空隙部内の冷端部に設けた熱交換用フ
インにて冷却した後、デユワー装置の幅射シール
ド冷却コイルに導き、これを冷却した後、上記熱
交換器を通して外部戻り系統に戻す冷却サイクル
によつて上記幅射シールドを冷却するようにし
て、上記問題点を解決したものである。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面に基づいて詳述す
る。

先づ、本発明方法を実施するのに適用される装
置について説示する。

第１図に示したように、こゝでは冷凍機１とし
て、２段冷凍機を、デユワー装置２としてNMR
（各磁気共鳴）等に用いられるドーナツ型のもの
が用いられている。

上記冷凍機１における膨張器３の冷端部４，５
には、各々銅、アルミニウム等の熱伝導材よりな
る熱交換用のフイン4_a，5_aを、多数枚、熱的に、
緊密状態で溶接、ロウ接等の手段で、取り付け、
膨張器３の外周には、滑りが良く、耐磨耗性に優
れ、低温に絶える材料、例えば、ポリエステルフ
イルム等を緩めに巻きつけておく。

更に、冷凍機１の蓄冷器６上からは膨張器３を
囲む状態でベローズ７をフランジ７ａなどを用い
て立設し、この際図示しないＯリング、パツキン
等を用いてシールする。

このように形成した冷凍機１上に、デユワー装
置２を次のように載設する。

すなわち、このデユワー装置２には、その下部
に膨張器３を空隙部８ａをもつて被嵌する凹部８
が設けられている接合用突出部９を具有させるの
でありその内部は、デユワー装置本体２と連通し
て真空断熱状態となつている。

このデユワー装置２は、その凹部８に膨張器３
が嵌入するようにして被嵌すると共に、前記ベロ
ーズ７のフランジ７ｂをＯリング等を介して接合
用突起部９に締め付け固定するのであり、同装置
２は定位置に設置されるよう、床上１０に取り付
けられた架台１９上に載置され、図中６ａ，６
ｂ，１９ａ，１９a′，１９ｂ，１９b′は、ゴム等
による防振脚台を示している。

一方、冷却ガス循環系統１１であるが、ガスの
圧送、浄化処理等のための機器を含む供給系統１
１ａと戻り系統１１ｂは外部常温域に設置してお
き、これら１１ａ，１１ｂが連結される熱交換機
１２以降の部分が低温域もしくは真空断熱域に設
置されている。

次に上記装置を用いて本発明を実施する場合に
ついて詳述する。

外部常温域にあつて、ポンプ１３等のガス圧送
手段により圧送されたヘリウムガス等の冷媒ガス
は、先ず、当該ポンプ１３による昇温を解消する
ために、クーラー１４にて冷却され、フイルター
１５、調整バルブ１６等を通り、供給系統１１ａ
を経て、デユワー装置２の真空層２ｂに侵入す
る。

次いで、同真空層２ｂに内設の熱交換器１２に
入り、こゝで幅射るシールド２ｃ…からの戻りガ
スと熱交換が行われる。

この戻りガスは幅射シールド２ｃ…を冷却する
ことで、昇温状態となつているものゝ、常温に比
しては充分に低温（100°K程度）であり、約
300°Kの程度の常温で供給されてきた供給ガス
を、ほぼ100°K程度まで予冷することができる。

予冷された供給ガスは、空隙部８ａの第１段冷
端部４付近に導かれ、フイン４ａを通つて60°K
程度まで冷却された後、空隙部８ａを上昇し、第
２段冷却端部５のフイン５ａを通つて更に冷却さ
れ、目標温度である約20°Kに達した後、至近距
離にあるデユワー装置２にあつて、その幅射シー
ルド２ｃ…に、熱的に緊密状態で巻かれている幅
射シールド冷却コイル２ｄ…を通ることで幅射シ
ールド２ｃ…を冷却し、冷却コイル２ｄ…の出口
端部より流出して、上記の如き熱交換を熱交換器
１２によつて行つた後、外部である戻り系統１１
ｂを通つてバツフアタンク１７等を通りポンプ１
３の吸入口へと帰還するに至る。

以上が冷媒ガスの全サイクルであつて、冷媒ガ
スは段熱していない常温域と、20°Kに至る極低
温域の極めて温度差の大きな両域を循環している
が、熱的なサイクルのみに着目すれば、熱交換器
（100°K）→第１段冷端部（60°K）→第２段冷端
部（20°K）→冷却コイル（20°K〜100°K）→熱交
換器（100°K）…という短いサイクルで形成され
ており、冷端部４，５がデユワー装置２の内部ま
で入り込んだ至近距離となつていることからも、
熱の移動はデユワー装置２の内部で行われている
に過ぎないといつてよく、従つて、冷凍機１で目
標の20°Kを得たとしても、デユワー装置に移送
する間に熱損失を招き大巾な温度上昇をもたらす
という問題は解消される。

同時に当該実施例ではデユワー装置２と冷凍機
１とはベローズ７等の振動吸収部材で連設されて
いるだけでなく、膨張器３と、デユワー装置２と
のなす空隙部８ａには、ポリエステルフイルム等
を緩めに巻き付けておくことによつて、膨張器３
の微小な横揺れも吸収され、デユワー装置２への
振動伝達が阻止されている。

更に加えて、ポンプ１３を含めた付帯機器類
は、すべて常温下の運転となるため、耐低温使用
である必要がなくなり、又断熱されていないの
で、保守管理も容易となつて、設備費、保守費も
高価につかない。

尚、前述の実施例にあつては、蒸発ガス併用に
よる幅射シールドの冷却によつており、デユワー
装置２内の液体ヘリウム等による極低温液化ガス
１８の蒸発ガスを内部から幅射シールド２ｃ…に
導き、前記、循環冷却ガス用冷却コイル２ｄ…と
平行して巻き付けている蒸発ガス用冷却コイル２
ｅ…を通して外部に排気させるようにしている。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る冷却方法は、
循環ガスによりデユワー装置の幅射シールドを冷
却するものであるから、磁場を乱す要因である震
動をデユワー装置に伝えることなく、かつ、冷凍
機１より得た冷凍出力を可及的に少ない熱損失に
より有効に、しかも安定的に幅射シールド２ｃ…
の冷却に利用し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るガス循環による輻射シー
ルドの冷却方法を実施するのに用いられる冷却装
置の一例を示す縦断面図、第２図は従来のガス循
環による輻射シールドの冷却方法に用いられる冷
却装置の一例を示す一部の断面図である。 １……冷却機、２……デユワー装置、２ｂ……
真空断熱層部、２ｃ……輻射シールド、２ｄ……
幅射シールド冷却コイル、３……膨張器、４，５
……冷端部、４ａ……熱交換用フイン、５ａ……
熱交換用フイン、７……ベローズ、８……凹部、
８ａ……空隙部、１１……冷却ガス供給系統、１
１ａ……供給系統、１１ｂ……戻り系統、１２…
…熱交換器、１３……ポンプ、１５……フイルタ
ー、１７……バツフアタンク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液体ヘリウム等の極低温液化ガスを収納する
   ためのデユワー装置にあつて、その輻射シールド
   を循環ガスによつて冷却する方法であり、冷凍機
   とデユワー装置は、該デユワー装置に設けた凹部
   に冷凍機の膨張器部分を空隙を保つた状態で嵌入
   して、当該冷凍機の冷端部がデユワー装置の輻射
   シールドと至近距離となり、かつ、ベローズ等の
   震動吸収部剤を介して連設され、一方、冷却ガス
   循環系統にあつて、ポンプ等のガス圧送機器、バ
   ツフアタンク、フイルター等を介在する冷却ガス
   供給系統と、戻り系統とは、外部常温域に配置し
   ておき、当該供給系統による供給ガスを上記デユ
   ワー装置の真空断熱層部に内装した戻りガスとの
   熱交換器を介して、上記空隙部に導き、該空隙部
   内の冷端部に設けた熱交換用フインにて冷却した
   後、デユワー装置の輻射シールド冷却コイルに導
   き、これを冷却した後、上記熱交換器を通して外
   部戻り系統に戻す冷却サイクルによつて、上記輻
   射シールドを冷却するようにしたことを特徴とす
   るガス循環による幅射シールドの冷却方法。