JPH08240353A - Cryostat and its operating method - Google Patents

Cryostat and its operating method

Info

Publication number
JPH08240353A
JPH08240353A JP4582895A JP4582895A JPH08240353A JP H08240353 A JPH08240353 A JP H08240353A JP 4582895 A JP4582895 A JP 4582895A JP 4582895 A JP4582895 A JP 4582895A JP H08240353 A JPH08240353 A JP H08240353A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
helium
cryostat
tank
helium tank
neck tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4582895A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masanobu Taneda
雅信 種田
Satoshi Ito
聡 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP4582895A priority Critical patent/JPH08240353A/en
Publication of JPH08240353A publication Critical patent/JPH08240353A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE: To attain a substantial shortening of a pre-cooling time at a starting time of operation, while restricting an entire height of a cryostat and to facilitate a helium supplementing operation. CONSTITUTION: A first cryostat C1 and a second cryostat C2 are arranged side by side in a lateral direction. Helium stored in a pressurized ultra-fluid helium tank 22 in the second cryostat C2 is cooled through a heat exchanging with saturated ultra-fluid helium stored in a saturated ultra-fluid helium tank 12 of the first cryostat C1, thereby pressurized ultra-fluid helium is generated and its cold heat insulation can be attained. A neck tube 40 is extended upwardly from the pressurized ultra-fluid helium tank 22, and a separator 42 is arranged at either an intermediate part or a lower part of this neck tube 40 and then a liquid helium 45 for use in restricting thermal invasion is stored above the separator 42.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、加圧超流動ヘリウムを
生成して超電導マグネットの冷却等を行うためのクライ
オスタット及びその運転方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cryostat for producing pressurized superfluid helium for cooling a superconducting magnet and an operating method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、超電導マグネットが核磁気共鳴分
析装置(MRS装置)や医療診断用核磁気共鳴コンピュ
ータ断層撮影装置(MRI装置)等に応用されるに伴
い、上記超電導マグネットを液体ヘリウムで冷却するた
めのクライオスタット等の開発が急速に進められてい
る。さらに近年は、常流動ヘリウムよりも温度の一様性
に優れ、また液相状態が安定している加圧超流動ヘリウ
ムを生成すべく、2つのクライオスタットを複合したク
ライオスタットが開発されるに至っている。その例を以
下に示す。
2. Description of the Related Art Conventionally, as superconducting magnets have been applied to a nuclear magnetic resonance analyzer (MRS device), a nuclear magnetic resonance computer tomography device for medical diagnosis (MRI device), etc., the superconducting magnet is cooled with liquid helium. The development of cryostats, etc. for Furthermore, in recent years, a cryostat that combines two cryostats has been developed in order to generate pressurized superfluid helium, which has better temperature uniformity than normal fluid helium and has a stable liquid state. . An example is shown below.

【0003】A)図7に示す装置は、米国特許5220
800号に開示されているもので、超電導マグネット8
0を収容する加圧超流動ヘリウム槽81の上方に、上部
液体ヘリウム槽82が配設されている。両槽81,82
同士の間には筒状のスペーサ83,84により空間が確
保されており、スペーサ84は弁79により開閉される
ようになっている。両槽81,82の周囲は、内側から
順に輻射シールド板85、液体窒素槽86、及び真空容
器87が積層された保冷容器に収容されており、クライ
オスタット中央を中心管89が上下に貫いている。上部
液体ヘリウム槽82の上部は上記保冷容器を貫くネック
チューブ88を通じて外部に連通されている。上部液体
ヘリウム槽82の底部は、ヘリウム導入管90を通じて
加圧超流動ヘリウム槽81内の熱交換器92に接続され
ており、この熱交換器92内は上記スペーサ83及びネ
ックチューブ88を貫く排出管94によって外部に連通
されている。
A) The device shown in FIG. 7 is disclosed in US Pat.
Superconducting magnet 8 disclosed in No. 800
An upper liquid helium tank 82 is arranged above the pressurized superfluid helium tank 81 that stores 0. Both tanks 81, 82
A space is secured between them by cylindrical spacers 83 and 84, and the spacer 84 is opened and closed by a valve 79. The circumference of both tanks 81 and 82 is housed in a cold insulation container in which a radiation shield plate 85, a liquid nitrogen tank 86, and a vacuum container 87 are stacked in order from the inside, and a central tube 89 vertically penetrates the center of the cryostat. . The upper part of the upper liquid helium tank 82 is communicated with the outside through a neck tube 88 penetrating the cold insulation container. The bottom of the upper liquid helium tank 82 is connected to the heat exchanger 92 in the pressurized superfluid helium tank 81 through the helium introducing pipe 90, and the inside of the heat exchanger 92 is discharged through the spacer 83 and the neck tube 88. The pipe 94 communicates with the outside.

【0004】この装置によれば、上部液体ヘリウム槽8
2内の液体ヘリウムをヘリウム導入管90及びその途中
のJT弁で膨張させながら飽和超流動ヘリウムとして熱
交換器92に導入し、この熱交換器92での熱交換によ
り加圧超流動ヘリウム槽81内のヘリウムを冷却するこ
とにより、この加圧超流動ヘリウム槽81内に加圧超流
動ヘリウムを生成し、かつこれを保冷できる。また、上
部液体ヘリウム槽82への液体ヘリウムの補充はネック
チューブ88を通じて可能であり、このネックチューブ
88は排出管94内を上昇する蒸発ヘリウムガスによっ
て保冷される。
According to this apparatus, the upper liquid helium tank 8
Liquid helium in 2 is introduced into the heat exchanger 92 as saturated superfluid helium while being expanded by the helium introduction pipe 90 and the JT valve in the middle thereof, and the pressurized superfluid helium tank 81 is introduced by heat exchange in the heat exchanger 92. By cooling the helium therein, pressurized superfluid helium can be generated in the pressurized superfluid helium tank 81 and kept cold. The upper liquid helium tank 82 can be replenished with liquid helium through the neck tube 88, and the neck tube 88 is kept cool by the vaporized helium gas rising in the discharge pipe 94.

【0005】B)図8に示す装置は、第1のクライオス
タットC1と第2のクライオスタットC2とが横方向に
並設されたものである。
B) In the apparatus shown in FIG. 8, a first cryostat C1 and a second cryostat C2 are arranged side by side in the lateral direction.

【0006】第1のクライオスタットC1は、上部液体
ヘリウム槽10と、この上部液体ヘリウム槽10の下方
に設けられた飽和超流動ヘリウム槽12とを収容し、両
槽10,12の周囲には、内側から順に、輻射熱シール
ド板16、液体窒素槽18、及び真空容器20が順に積
層されている。上記上部液体ヘリウム槽10、飽和超流
動ヘリウム槽12には、それぞれ個別に管10a,12
aが接続されている。そして、管12aを通じて飽和超
流動ヘリウム槽12内が適宜排気され、上部液体ヘリウ
ム槽10内の液体ヘリウム(HeI)がJT弁14を通
じて冷却されながら飽和超流動ヘリウム槽12内に供給
されることにより、この飽和超流動ヘリウム槽12内に
飽和超流動ヘリウム(S−HeII)が生成されるように
なっている。
The first cryostat C1 accommodates an upper liquid helium tank 10 and a saturated superfluid helium tank 12 provided below the upper liquid helium tank 10, and both tanks 10, 12 are surrounded by The radiant heat shield plate 16, the liquid nitrogen tank 18, and the vacuum container 20 are sequentially stacked from the inside. In the upper liquid helium tank 10 and the saturated superfluid helium tank 12, the tubes 10a and 12 are individually provided.
a is connected. Then, the inside of the saturated superfluid helium tank 12 is appropriately exhausted through the pipe 12a, and the liquid helium (HeI) in the upper liquid helium tank 10 is supplied to the saturated superfluid helium tank 12 while being cooled through the JT valve 14. In the saturated superfluid helium tank 12, saturated superfluid helium (S-HeII) is generated.

【0007】第2のクライオスタットC2は、超電導マ
グネット24を収納する加圧超流動ヘリウム槽22を備
え、この加圧超流動ヘリウム槽22の周囲には、内側か
ら順に4K輻射熱シールド板26、40K輻射熱シール
ド板28、80K輻射熱シールド板30、及び真空容器
32が積層されている。
The second cryostat C2 comprises a pressurized superfluid helium tank 22 for accommodating a superconducting magnet 24. The pressurized superfluid helium tank 22 is surrounded by 4K radiant heat shield plates 26, 40K radiant heat in order from the inside. The shield plate 28, the 80K radiant heat shield plate 30, and the vacuum container 32 are stacked.

【0008】両クライオスタットC1,C2内は、互い
にトランスファーチューブ34を介して連通されてい
る。このトランスファーチューブ34内には、熱交換用
配管38、ヘリウム供給配管39a、及びヘリウムガス
戻し配管39bが設けられている。熱交換用配管38
は、上記加圧超流動ヘリウム槽22内と、上記飽和超流
動ヘリウム槽12内に設けられた熱交換器36内とを連
通しており、飽和超流動ヘリウム槽12内の寒冷が熱交
換器36内のヘリウム(すなわち加圧超流動ヘリウム槽
22内のヘリウムと同一のヘリウム)に伝達されること
により、加圧超流動ヘリウム槽22内のヘリウムが冷却
されてこの加圧超流動ヘリウム槽22内に加圧超流動ヘ
リウム(P−HeII)が生成され、かつ保冷されるよう
になっている。
The interiors of both cryostats C1 and C2 are communicated with each other via a transfer tube 34. Inside the transfer tube 34, a heat exchange pipe 38, a helium supply pipe 39a, and a helium gas return pipe 39b are provided. Heat exchange pipe 38
Communicates the inside of the pressurized superfluid helium tank 22 with the inside of the heat exchanger 36 provided in the saturated superfluid helium tank 12, and the cold in the saturated superfluid helium tank 12 is a heat exchanger. The helium in the pressurized superfluid helium tank 22 is cooled by being transmitted to the helium in 36 (that is, the same helium in the pressurized superfluid helium tank 22). Pressurized superfluid helium (P-HeII) is generated therein and kept cold.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be Solved by the Invention]

A)図7に示す装置では、超電導マグネット80を収納
する大型の加圧超流動ヘリウム槽81のさらに上方に、
上部液体ヘリウム槽82を配置しているので、装置全体
の高さ寸法が著しく大きくなり、屋内での設置等が困難
となる不都合がある。
A) In the apparatus shown in FIG. 7, further above the large pressurized superfluid helium tank 81 that houses the superconducting magnet 80,
Since the upper liquid helium tank 82 is arranged, the height of the entire apparatus becomes extremely large, which makes it difficult to install the apparatus indoors.

【0010】B)図8に示す装置では、2つのクライオ
スタットC1,C2が横方向に並設されているため、高
さ寸法を抑えることができ、また、加圧超流動ヘリウム
槽22が密閉されているため保冷性が高いという利点が
あるが、次のような解決すべき課題がある。
B) In the apparatus shown in FIG. 8, since the two cryostats C1 and C2 are arranged side by side in the lateral direction, the height dimension can be suppressed, and the pressurized superfluid helium tank 22 is sealed. Therefore, there is an advantage that the cold insulation property is high, but there are the following problems to be solved.

【0011】a)加圧超流動ヘリウム槽22内が密封さ
れているため、装置始動後の予冷の際、加圧超流動ヘリ
ウム槽22内にヘリウムを供給するには、飽和超流動ヘ
リウム槽12からヘリウム供給配管39aを経由しなけ
ればならない。ここで、前記図7に示す装置では、加圧
超流動ヘリウム槽81と上部液体ヘリウム槽82とが上
下に配置されているため、同図の弁79を開いて上部液
体ヘリウム槽82内へ液体ヘリウムを注げば、この液体
ヘリウムが自重により上部液体ヘリウム槽82から加圧
超流動ヘリウム槽81内へ自動的に注入されることにな
るが、図8に示す装置では、飽和超流動ヘリウム槽12
の底面と加圧超流動ヘリウム槽22の底面とがほぼ同じ
高さにあるので、飽和超流動ヘリウム槽12内の液体ヘ
リウムを一度に加圧超流動ヘリウム槽22内へ充填する
ことはできず、実際には、まず飽和超流動ヘリウム槽1
2内の底部にのみ液体ヘリウムを溜め、この液体ヘリウ
ムの蒸発を待って次の液体ヘリウムの供給を行うといっ
た作業を繰り返す必要があり、予冷時間が非常に長くな
る。また、運転中に加圧超流動ヘリウム槽22内に適宜
ヘリウムを補充する場合にも同様の不都合がある。
A) Since the pressurized superfluid helium tank 22 is sealed, in order to supply helium into the pressurized superfluid helium tank 22 during precooling after starting the apparatus, the saturated superfluid helium tank 12 is used. To the helium supply pipe 39a. Here, in the apparatus shown in FIG. 7, since the pressurized superfluid helium tank 81 and the upper liquid helium tank 82 are arranged vertically, the valve 79 in the same figure is opened and liquid is introduced into the upper liquid helium tank 82. When helium is poured, this liquid helium is automatically injected from the upper liquid helium tank 82 into the pressurized superfluid helium tank 81 by its own weight. In the apparatus shown in FIG.
Since the bottom surface of the saturated superfluid helium tank 22 and the bottom surface of the pressurized superfluid helium tank 22 are substantially at the same height, the liquid helium in the saturated superfluid helium tank 12 cannot be filled into the pressurized superfluid helium tank 22 at one time. In fact, first, the saturated superfluid helium tank 1
It is necessary to store liquid helium only in the bottom portion of No. 2 and wait for evaporation of this liquid helium before supplying the next liquid helium. This precooling time becomes very long. In addition, the same problem occurs when the pressurized superfluid helium tank 22 is appropriately supplemented with helium during operation.

【0012】なお、このような予冷時間の短縮を図る手
段として、飽和超流動ヘリウム槽12から超臨界圧ヘリ
ウムを加圧超流動ヘリウム槽22内に強制的に流すこと
が考えられるが、この場合には循環ポンプ等の圧送手段
の設置及びその運転が必要になり、イニシャルコスト及
びランニングコストの増加は免れ得ない。
As a means for reducing the precooling time, it is considered that supercritical pressure helium from the saturated superfluid helium tank 12 is forced to flow into the pressurized superfluid helium tank 22. In this case, Therefore, it is necessary to install and operate a pumping means such as a circulation pump, and an increase in initial cost and running cost cannot be avoided.

【0013】b)加圧超流動ヘリウム槽22内が密封さ
れているため、この中に超電導マグネット24を収納す
る場合、その配線の取り回しが非常に難しく、特にトラ
ンスファーチューブ34内の構造が複雑になる。
B) Since the inside of the pressurized superfluid helium tank 22 is sealed, it is very difficult to arrange the wiring when the superconducting magnet 24 is housed therein, and especially the structure inside the transfer tube 34 becomes complicated. Become.

【0014】c)加圧超流動ヘリウム槽22内が密封さ
れているため、この加圧超流動ヘリウム槽22内で超電
導マグネット24がクエンチしてヘリウムが蒸発した場
合、加圧超流動ヘリウム槽22内での圧力上昇を速やか
に回避することができない。また、このような回避手段
として安全弁等を設置するとなると、構造が複雑にな
り、また保冷性が下がる不具合が生じる。
C) Since the pressurized superfluid helium tank 22 is sealed, when the superconducting magnet 24 is quenched in the pressurized superfluid helium tank 22 and helium is evaporated, the pressurized superfluid helium tank 22. It is not possible to avoid the pressure rise in the interior promptly. In addition, if a safety valve or the like is installed as such an avoiding means, the structure becomes complicated and the cold insulation property is deteriorated.

【0015】本発明は、このような事情に鑑み、高さ寸
法の増大を避け、かつ、加圧超流動ヘリウム槽内の優れ
た保冷性を確保しながら、予冷時間を短縮してヘリウム
補充を容易にでき、さらに、上記加圧超流動ヘリウム槽
内に超電導マグネットを収容する場合には、その配線の
取り回しを容易にし、またクエンチ発生時の槽内圧の上
昇を速やかに回避できるクライオスタット及びその運転
方法を提供することを目的とする。
In view of the above situation, the present invention avoids an increase in height dimension and secures excellent cold insulation in a pressurized superfluid helium tank while shortening the precooling time to replenish helium. A cryostat and its operation that can be easily done, and when the superconducting magnet is housed in the pressurized superfluid helium tank, the wiring of the superconducting magnet can be easily handled, and the increase in tank pressure when a quench occurs can be quickly avoided. The purpose is to provide a method.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明は、液体ヘリウム
槽内の液体ヘリウムが冷却されて超流動ヘリウム槽に補
充される第1のクライオスタットと、保冷容器内に加圧
超流動ヘリウム槽が収容された第2のクライオスタット
とを横方向に並設し、両クライオスタットをトランスフ
ァーチューブを介して接続するとともに、このトランス
ファーチューブを通じて上記第1のクライオスタットに
おける超流動ヘリウム槽内の超流動ヘリウムと上記加圧
超流動ヘリウム槽内のヘリウムとを熱交換させることに
より後者のヘリウムを冷却して加圧超流動ヘリウムを生
成するように構成したクライオスタットにおいて、上記
第2のクライオスタットに、その保冷容器の上部を上下
に貫いて上記加圧超流動ヘリウム槽内とクライオスタッ
ト外部とを連通するネックチューブを設け、このネック
チューブの途中部分もしくは下端部にネックチューブ内
を上下に遮断する状態と連通する状態とに切換可能なセ
パレータを設け、このセパレータの上方に液体ヘリウム
貯留空間を形成したものである(請求項1)。
According to the present invention, a first cryostat for cooling liquid helium in a liquid helium tank to replenish the superfluid helium tank, and a pressurized superfluid helium tank in a cold storage container. The second cryostat that has been operated is arranged in parallel in the lateral direction, and both cryostats are connected via a transfer tube, and through this transfer tube, the superfluid helium in the superfluid helium tank in the first cryostat and the pressurized In the cryostat configured to generate the pressurized superfluid helium by cooling the latter helium by exchanging heat with the helium in the superfluid helium tank, the upper part of the cold insulating container is vertically moved to the second cryostat. To communicate the inside of the pressurized superfluid helium tank with the outside of the cryostat. A neck tube is provided, and a separator that can be switched between a state in which the inside of the neck tube is vertically cut off and a state in which the neck tube is vertically connected to the middle portion or the lower end portion of the neck tube is provided, and a liquid helium storage space is formed above the separator. (Claim 1).

【0017】そして本発明は、上記クライオスタットの
液体ヘリウム貯留空間に液体ヘリウムを貯留することに
よりネックチューブを保冷するクライオスタットの運転
方法である(請求項2)。
The present invention is a method of operating a cryostat, wherein the neck tube is kept cold by storing liquid helium in the liquid helium storage space of the cryostat (claim 2).

【0018】上記クライオスタットは、上記加圧超流動
ヘリウム槽内に超電導マグネットを収容する場合に、特
に有効である(請求項3)。
The cryostat is particularly effective when the superconducting magnet is housed in the pressurized superfluid helium tank (claim 3).

【0019】このクライオスタットは、上記液体ヘリウ
ム槽内からヘリウムを抽出して上記トランスファーチュ
ーブを通じ上記ネックチューブにおいて上記セパレータ
よりも上方の空間にヘリウムガスとして排出させるため
のヘリウム移送配管を備えることにより、さらに好まし
いものとなる(請求項4)。
This cryostat further comprises a helium transfer pipe for extracting helium from the liquid helium tank and discharging it as helium gas through the transfer tube into the space above the separator in the neck tube. It is preferable (Claim 4).

【0020】ここで、上記第2のクライオスタットにお
ける保冷容器が互いに運転温度の異なる複数層に分割さ
れている場合、上記液体ヘリウム槽からトランスファー
チューブを通じて導出された上記ヘリウム移送配管を、
上記複数層のうちまず上記加圧超流動ヘリウム槽に近い
低温側層に通し、次いで上記加圧超流動ヘリウム槽から
遠い高温側層に通してから上記ネックチューブに接続し
たり(請求項5)、上記液体ヘリウム槽からトランスフ
ァーチューブと上記複数層のうち上記加圧超流動ヘリウ
ム槽に近い低温側層とを通じて上記ネックチューブに接
続される第1のヘリウム移送配管と、上記液体ヘリウム
槽からトランスファーチューブと上記複数層のうち上記
加圧超流動ヘリウム槽から遠い高温側層とを通じて上記
ネックチューブにおいて上記第1のヘリウム移送配管の
接続個所よりも上方の個所に接続される第2のヘリウム
移送配管とを備えたりする(請求項6)のが、より好ま
しい。
Here, when the cold insulation container in the second cryostat is divided into a plurality of layers having different operating temperatures, the helium transfer pipe drawn from the liquid helium tank through the transfer tube is
Of the plurality of layers, first, the low temperature side layer close to the pressurized superfluid helium tank is passed, then the high temperature side layer far from the pressurized superfluid helium tank is passed, and then the neck tube is connected (claim 5). A first helium transfer pipe connected to the neck tube through a transfer tube from the liquid helium tank and a low temperature side layer of the plurality of layers close to the pressurized superfluid helium tank; and a transfer tube from the liquid helium tank. And a second helium transfer pipe connected to a position above the connection position of the first helium transfer pipe in the neck tube through a high temperature side layer far from the pressurized superfluid helium tank among the plurality of layers. It is more preferable to provide (Claim 6).

【0021】[0021]

【作用】請求項1記載のクライオスタットによれば、加
圧超流動ヘリウム槽内に通ずるネックチューブのセパレ
ータを開くことにより、このネックチューブを通じて加
圧超流動ヘリウム槽内に直接液体ヘリウムを供給でき、
始動時の予冷を速やかに行うことができる。しかも、液
体ヘリウム充填後、上記セパレータを閉じ、その上方の
ネックチューブ内空間(液体ヘリウム貯留空間)に液体
ヘリウムを溜めることにより(請求項2)、その冷熱で
ネックチューブを通じての熱侵入を抑制でき、加圧超流
動ヘリウム槽内の保冷性を高く保持できる。
According to the cryostat of claim 1, liquid helium can be directly supplied into the pressurized superfluid helium tank through the neck tube by opening the separator of the neck tube communicating with the pressurized superfluid helium tank,
Pre-cooling at the time of starting can be performed quickly. Moreover, after the liquid helium is filled, the separator is closed, and liquid helium is stored in the space inside the neck tube (liquid helium storage space) above the separator (claim 2), whereby the cold heat can suppress heat intrusion through the neck tube. , It is possible to maintain high cold insulation in the pressurized superfluid helium tank.

【0022】このようなクライオスタットでは、請求項
3記載のように上記加圧超流動ヘリウム槽内に超電導マ
グネットを収容した場合、その配線を上記ネックチュー
ブを通じて外部に導出すれば良く、トランスファーチュ
ーブ側に配線を回す必要がない。また、上記超電導マグ
ネットがクエンチして加圧超流動ヘリウム槽内のヘリウ
ムが蒸発しても、セパレータを開くことで内圧上昇を速
やかに回避できる。
In such a cryostat, when the superconducting magnet is housed in the pressurized superfluid helium tank as claimed in claim 3, its wiring may be led out to the outside through the neck tube. No need to turn the wiring. Further, even if the superconducting magnet is quenched and helium in the pressurized superfluid helium tank is evaporated, the internal pressure can be promptly avoided by opening the separator.

【0023】上記クライオスタットにおいて、セパレー
タ上方に貯留される液体ヘリウムは、ネックチューブ側
壁からの熱侵入を受ける一方、セパレータを経由して加
圧超流動ヘリウム槽内の加圧超流動ヘリウムにより冷却
される。従って、外部からの操作がなければ、上記冷却
と上記熱侵入とがバランスしたところで液体ヘリウムの
液面は一定に保持され、マクロ的なヘリウムガスの流れ
がなくなるため、液体ヘリウムへの熱侵入量が増えやす
くなる。
In the above cryostat, the liquid helium stored above the separator receives heat from the side wall of the neck tube and is cooled by the pressurized superfluid helium in the pressurized superfluid helium tank via the separator. . Therefore, if there is no operation from the outside, the liquid level of liquid helium is kept constant and the macroscopic helium gas flow ceases when the cooling and the heat intrusion are balanced, so the amount of heat invading into the liquid helium Is likely to increase.

【0024】ところが、請求項4記載のように、上記液
体ヘリウム槽内からヘリウムを抽出して上記トランスフ
ァーチューブを通じ上記ネックチューブにおいて上記セ
パレータよりも上方の空間にヘリウムガスとして排出さ
せるためのヘリウム移送配管を備えれば、この排出され
たヘリウムガスの上向きの流れによって上記熱侵入が抑
えられ、加圧超流動ヘリウム槽内の保冷性はさらに高め
られる。
However, as described in claim 4, a helium transfer pipe for extracting helium from the liquid helium tank and discharging it as helium gas into the space above the separator in the neck tube through the transfer tube. With the above, the inflow of heat is suppressed by the upward flow of the discharged helium gas, and the cold insulation in the pressurized superfluid helium tank is further enhanced.

【0025】ここで、上記第2のクライオスタットにお
ける保冷容器が互いに運転温度の異なる複数層に分割さ
れている場合、上記液体ヘリウム槽からトランスファー
チューブを通じて導出された上記ヘリウム移送配管を、
上記複数層のうちいきなり高温側層に通すと、この高温
側層内の温度と移送ヘリウム温度との格差が大きいため
に、移送ヘリウムのもつ冷熱が著しく放散されることに
なり、熱効率が悪いが、請求項5記載のように、上記ヘ
リウム移送配管を上記複数層のうちまず上記加圧超流動
ヘリウム槽に近い低温側層に通し、次いで上記加圧超流
動ヘリウム槽から遠い高温側層に通してから上記ネック
チューブに接続すれば、ヘリウム移送配管内で昇温しな
がら流れる移送ヘリウムの温度と、その周囲の温度(保
冷容器内温度)とがより近づき、熱効率が向上すること
となる。
Here, when the cold insulation container in the second cryostat is divided into a plurality of layers having different operating temperatures, the helium transfer pipe derived from the liquid helium tank through the transfer tube is
When passing through the high temperature side layer suddenly among the above multiple layers, since the difference between the temperature in the high temperature side layer and the transfer helium temperature is large, the cold heat of the transfer helium is significantly dissipated, and the thermal efficiency is poor. According to claim 5, the helium transfer pipe is first passed through a low temperature side layer close to the pressurized superfluid helium tank among the plurality of layers, and then through a high temperature side layer distant from the pressurized superfluid helium tank. If it is then connected to the neck tube, the temperature of the transfer helium flowing while increasing the temperature in the helium transfer pipe and the temperature around it (the temperature in the cold storage container) become closer to each other, and the thermal efficiency is improved.

【0026】また、複数のヘリウム移送配管を設ける場
合、請求項6記載のように、低温側層を通る第1のヘリ
ウム移送配管は比較的下方の位置で、高温側層を通る第
2のヘリウム移送配管は比較的上方の位置で、それぞれ
ネックチューブに接続するようにすれば、このネックチ
ューブに対してその温度分布(すなわち上方に向かうほ
ど温度が高くなる分布)に見合った温度でヘリウムガス
が排出されることとなる。
When a plurality of helium transfer pipes are provided, the first helium transfer pipe passing through the low temperature side layer is located at a relatively lower position, and the second helium passing through the high temperature side layer is provided. If the transfer pipes are connected to the neck tubes at relatively upper positions, the helium gas will be supplied at a temperature corresponding to the temperature distribution of the neck tubes (that is, the distribution in which the temperature rises upward). It will be discharged.

【0027】[0027]

【実施例】本発明の第1実施例を図1〜図4に基づいて
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0028】この実施例に示すクライオスタットの概略
構造は、前記図8に示したものと同様である。すなわ
ち、このクライオスタットは、第1のクライオスタット
C1と第2のクライオスタットC2とが横方向に並設さ
れたものであり、第1のクライオスタットC1は、上部
液体ヘリウム槽10と、この上部液体ヘリウム槽10の
下方に設けられた飽和超流動ヘリウム槽12とを収容
し、両槽10,12の周囲には、内側から順に、輻射熱
シールド板16、液体窒素槽18、及び真空容器20が
順に積層されている。上記上部液体ヘリウム槽10に
は、管10aを通じて液体ヘリウムが供給可能とされて
いる。そして、上部液体ヘリウム槽10内の液体ヘリウ
ムがJT弁14を通じて冷却されて飽和超流動ヘリウム
として飽和超流動ヘリウム槽12内に貯留されるように
なっている。第2のクライオスタットC2は、超電導マ
グネット24を収納する加圧超流動ヘリウム槽22を備
え、この加圧超流動ヘリウム槽22の周囲には、内側か
ら順に4K輻射熱シールド板26、40K輻射熱シール
ド板28、80K輻射熱シールド板30、及び真空容器
32が積層されている。
The general structure of the cryostat shown in this embodiment is the same as that shown in FIG. In other words, this cryostat is such that the first cryostat C1 and the second cryostat C2 are arranged side by side in the lateral direction, and the first cryostat C1 includes the upper liquid helium tank 10 and the upper liquid helium tank 10 And a saturated superfluid helium tank 12 provided underneath, and a radiant heat shield plate 16, a liquid nitrogen tank 18, and a vacuum container 20 are sequentially stacked around the both tanks 10 and 12 from the inside. There is. Liquid helium can be supplied to the upper liquid helium tank 10 through a pipe 10a. The liquid helium in the upper liquid helium tank 10 is cooled through the JT valve 14 and stored in the saturated superfluid helium tank 12 as saturated superfluid helium. The second cryostat C2 includes a pressurized superfluid helium tank 22 that houses a superconducting magnet 24. Around the pressurized superfluid helium tank 22, a 4K radiant heat shield plate 26 and a 40K radiant heat shield plate 28 are sequentially arranged from the inside. , The 80K radiant heat shield plate 30 and the vacuum container 32 are laminated.

【0029】両クライオスタットC1,C2内は、互い
にトランスファーチューブ34を介して連通され、この
トランスファーチューブ34内に熱交換用配管38が設
けられている。熱交換用配管38は、上記加圧超流動ヘ
リウム槽22内と、上記飽和超流動ヘリウム槽12内に
設けられた熱交換器36内とを連通しており、飽和超流
動ヘリウム槽12内の寒冷が熱交換器36内のヘリウム
(すなわち加圧超流動ヘリウム22内のヘリウムと同一
のヘリウム)に伝達され、これによって加圧超流動ヘリ
ウム槽22内のヘリウムが冷却されて加圧超流動ヘリウ
ムが生成され、かつ保冷されるようになっている。
The interiors of both cryostats C1 and C2 are communicated with each other via a transfer tube 34, and a heat exchange pipe 38 is provided in the transfer tube 34. The heat exchange pipe 38 connects the pressurized superfluid helium tank 22 and the heat exchanger 36 provided in the saturated superfluid helium tank 12 to each other. The cold is transferred to the helium in the heat exchanger 36 (that is, the same helium in the pressurized superfluid helium 22), whereby the helium in the pressurized superfluid helium tank 22 is cooled and the pressurized superfluid helium is cooled. Are generated and kept cool.

【0030】さらに、このクライオスタットの特徴とし
て、上記第2のクライオスタットC2における加圧超流
動ヘリウム槽22から上方にネックチューブ40が延設
されている。このネックチューブ40は、上記4K輻射
熱シールド板26、40K輻射熱シールド板28、80
K輻射熱シールド板30、及び真空容器32を上方に貫
いてその上端開口がクライオスタット外部に臨んでお
り、上記開口には弁41が接続されている。
Further, as a feature of this cryostat, a neck tube 40 is extended above the pressurized superfluid helium tank 22 in the second cryostat C2. The neck tube 40 includes the 4K radiant heat shield plates 26, 40K radiant heat shield plates 28, 80.
The K radiant heat shield plate 30 and the vacuum container 32 are penetrated upward, and an upper end opening thereof faces the outside of the cryostat, and a valve 41 is connected to the opening.

【0031】そして、このネックチューブ40の中間部
もしくは下部(図例では下部)に、セパレータ42が設
けられている。このセパレータ42は、中央に楔形の貫
通孔をもつセパレータ本体43と、このセパレータ本体
43の貫通孔を開閉する楔形の弁44とからなり、この
セパレータ42よりも上方には、液体ヘリウム(常流動
ヘリウム)45を貯留するに十分な空間が確保されてい
る。
A separator 42 is provided at an intermediate portion or a lower portion (lower portion in the illustrated example) of the neck tube 40. The separator 42 includes a separator main body 43 having a wedge-shaped through hole in the center and a wedge-shaped valve 44 that opens and closes the through hole of the separator main body 43. Above the separator 42, liquid helium (normal flow A sufficient space is secured to store (helium) 45.

【0032】このクライオスタットでは、次の要領で加
圧超流動ヘリウムの生成及びその保冷がなされる。
In this cryostat, pressurized superfluid helium is produced and kept cold in the following manner.

【0033】上部液体ヘリウム槽10、飽和超流動ヘ
リウム槽12、及び加圧超流動ヘリウム槽22に一時的
に液体窒素を充填する等して、これらをある程度の温度
まで予冷する。
The upper liquid helium tank 10, the saturated superfluid helium tank 12, and the pressurized superfluid helium tank 22 are pre-cooled to a certain temperature by temporarily filling them with liquid nitrogen.

【0034】第1のクライオスタットC1では、管1
0aを通じて上部液体ヘリウム槽10に液体ヘリウム
(HeI)を供給し、第2のクライオスタットC2で
は、セパレータ42の弁44を開いてネックチューブ4
0から加圧超流動ヘリウム槽22内に液体ヘリウムを供
給する。供給後、弁44を閉じ、その上方に適量の液体
ヘリウム(HeI)45を貯留する。
In the first cryostat C1, the tube 1
Liquid helium (HeI) is supplied to the upper liquid helium tank 10 through 0a, and the valve 44 of the separator 42 is opened to open the neck tube 4 in the second cryostat C2.
Liquid helium is supplied into the pressurized superfluid helium tank 22 from 0. After the supply, the valve 44 is closed, and an appropriate amount of liquid helium (HeI) 45 is stored above it.

【0035】管12aを通じて飽和超流動ヘリウム槽
12内を適宜排気し、上部液体ヘリウム槽10内の液体
ヘリウムをJT弁14を通じて冷却しながら下方の飽和
超流動ヘリウム槽12内に供給することにより、この飽
和超流動ヘリウム槽12内に極低温の飽和超流動ヘリウ
ム(S−HeII)を生成する。この飽和超流動ヘリウム
は、熱交換器36内のヘリウム(すなわち加圧超流動ヘ
リウム槽22内のヘリウムと同じヘリウム)と熱交換さ
れ、これにより加圧超流動ヘリウム槽22内のヘリウム
が冷却されてこの加圧超流動ヘリウム槽22内に加圧超
流動ヘリウム(P−HeII)が生成され、保冷される。
By appropriately evacuating the saturated superfluid helium tank 12 through the pipe 12a and supplying the liquid helium in the upper liquid helium tank 10 to the lower saturated superfluid helium tank 12 while cooling it through the JT valve 14, Cryogenic saturated superfluid helium (S-HeII) is generated in the saturated superfluid helium tank 12. The saturated superfluid helium is heat-exchanged with the helium in the heat exchanger 36 (that is, the same helium in the pressurized superfluid helium tank 22), whereby the helium in the pressurized superfluid helium tank 22 is cooled. Pressurized superfluid helium (P-HeII) is produced in the pressurized superfluid helium tank 22 and kept cold.

【0036】このようなクライオスタットによれば、第
1のクライオスタットC1と第2のクライオスタットC
2とを横方向に並設することにより、前記図7に示す装
置に比べて高さ寸法を大幅に抑えることができ、しか
も、次の効果を得ることができる。
According to such a cryostat, the first cryostat C1 and the second cryostat C
By arranging 2 and 2 side by side in the horizontal direction, the height dimension can be greatly suppressed as compared with the device shown in FIG. 7, and the following effects can be obtained.

【0037】a)加圧超流動ヘリウム槽22からネック
チューブ40が延設されて外部に通じているので、予冷
の際、弁44を開いた状態で、上記ネックチューブ40
から加圧超流動ヘリウム槽22内に直接に、しかも特別
な動力を要することなく液体ヘリウムを充填できる。従
って、前記図8に示した従来装置のように、側方の飽和
超流動ヘリウム槽12から加圧超流動ヘリウム槽22に
少量ずつ液体ヘリウムを供給する場合に比べ、予冷時間
を大幅に短縮でき、また、トランスファーチューブ34
内の構造も簡素化できる。さらに、運転中での加圧超流
動ヘリウム槽22内への液体ヘリウムの補充も容易であ
る。しかも、このようにネックチューブ40を設けてい
るにもかかわらず、運転中は上記弁44によりセパレー
タ42を閉じてその上方に低温の液体ヘリウム45を貯
留することにより、ネックチューブ40側壁に沿う伝導
による加圧超流動ヘリウム槽22への熱侵入を抑制でき
る。
A) Since the neck tube 40 is extended from the pressurized superfluid helium tank 22 and communicates with the outside, at the time of precooling, the neck tube 40 is opened with the valve 44 open.
Therefore, the pressurized superfluid helium tank 22 can be filled with liquid helium directly and without requiring special power. Therefore, the precooling time can be significantly shortened as compared to the case where liquid helium is supplied little by little from the lateral saturated superfluid helium tank 12 to the pressurized superfluid helium tank 22 as in the conventional apparatus shown in FIG. , The transfer tube 34
The internal structure can also be simplified. Further, it is easy to replenish the pressurized superfluid helium tank 22 with liquid helium during operation. Moreover, despite the provision of the neck tube 40 in this manner, during operation, the separator 42 is closed by the valve 44 and the low temperature liquid helium 45 is stored above the separator 42, so that conduction along the side wall of the neck tube 40 is achieved. It is possible to suppress heat intrusion into the pressurized superfluid helium tank 22 due to.

【0038】b)図示のように加圧超流動ヘリウム槽2
2内に超電導マグネット24を収納する場合、その配線
はセパレータ42を貫通させてネックチューブ40を通
じて導出すれば良く、トランスファーチューブ34側へ
配線を回す場合に比べて構造をより簡素化できる。
B) Pressurized superfluid helium tank 2 as shown
When the superconducting magnet 24 is housed in the wiring 2, the wiring may be led out through the neck tube 40 by penetrating the separator 42, and the structure can be more simplified as compared with the case where the wiring is turned to the transfer tube 34 side.

【0039】c)上記超電導マグネット24がクエンチ
して加圧超流動ヘリウム槽22内でヘリウムが蒸発して
も、上記セパレータ42を開くだけで加圧超流動ヘリウ
ム槽22内での圧力上昇を速やかに回避できるので、安
全性が大幅に向上する。
C) Even if the superconducting magnet 24 is quenched and helium evaporates in the pressurized superfluid helium tank 22, the pressure rise in the pressurized superfluid helium tank 22 is promptly increased only by opening the separator 42. It can be avoided, and the safety is greatly improved.

【0040】次に、第2実施例を図2に基づいて説明す
る。この実施例では、前記加圧超流動ヘリウム槽22か
ら複数本のネックチューブ40が上方に延設されてい
る。この場合も、各ネックチューブ40にセパレータ4
2を設け、その上方に液体ヘリウム45を貯留すること
により、上記と同様の効果を得ることができる。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a plurality of neck tubes 40 are extended upward from the pressurized superfluid helium tank 22. Also in this case, the separator 4 is attached to each neck tube 40.
By providing 2 and storing the liquid helium 45 above it, the same effect as described above can be obtained.

【0041】次に、第3実施例を図3に基づいて説明す
る。前記第1実施例において、セパレータ42の上方に
貯留される液体ヘリウム45は、ネックチューブ40の
側壁からの熱侵入を受ける一方、セパレータ42を経由
して加圧超流動ヘリウム槽22内の加圧超流動ヘリウム
により冷却される。従って、外部からの操作がなけれ
ば、上記冷却と上記熱侵入とがバランスしたところで液
体ヘリウムの液面は一定に保持され、マクロ的なヘリウ
ムガスの流れがなくなるため、液体ヘリウム45への熱
侵入量は増えやすくなる。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In the first embodiment, the liquid helium 45 stored above the separator 42 receives heat from the side wall of the neck tube 40, and is pressurized in the pressurized superfluid helium tank 22 via the separator 42. It is cooled by superfluid helium. Therefore, if there is no operation from the outside, the liquid level of liquid helium is kept constant and the macroscopic flow of helium gas ceases when the cooling and the heat penetration are balanced, so that heat penetration into the liquid helium 45 occurs. The amount tends to increase.

【0042】そこで、この実施例では、第1のクライオ
スタットC1の上部液体ヘリウム槽10の底部からトラ
ンスファーチューブ34内さらには第2のクライオスタ
ットC2内を経由して上記ネックチューブ40に至るヘ
リウム移送配管46が配設され、上記上部液体ヘリウム
槽10内の液体ヘリウムがネックチューブ40において
上記セパレータ42よりも上方の空間にヘリウムガスと
して排出されるように構成されている。このような構成
によれば、ネックチューブ40内に排出されたヘリウム
ガスの上向きの流れによって上記熱侵入が抑えられ、加
圧超流動ヘリウム槽内の保冷性はさらに高められること
となる。
Therefore, in this embodiment, the helium transfer pipe 46 from the bottom of the upper liquid helium tank 10 of the first cryostat C1 to the neck tube 40 via the transfer tube 34 and the second cryostat C2. The liquid helium in the upper liquid helium tank 10 is discharged as helium gas into the space above the separator 42 in the neck tube 40. According to such a configuration, the heat invasion is suppressed by the upward flow of the helium gas discharged into the neck tube 40, and the cold insulation in the pressurized superfluid helium tank is further enhanced.

【0043】実際に、上記ネックチューブ40が内径30
mm、肉厚0.5mmのステンレス管1本で構成されている場
合、前記図1に示した装置に比較して図3の装置では上
記ネックチューブ40を通しての熱侵入量が約50%低
減されることが確認されている。このことは、加圧超流
動ヘリウム槽22での熱負荷及び液体ヘリウム消費量が
50%低減されることを意味する。一方、上記ヘリウム
移送配管46を通じての移送による液体ヘリウム消費量
の増加率は35%であるので、差引き約15%、液体ヘ
リウム消費量が削減されることになる。
Actually, the neck tube 40 has an inner diameter of 30.
In the case of a single stainless steel tube having a thickness of 0.5 mm and a wall thickness of 0.5 mm, the amount of heat penetration through the neck tube 40 is reduced by about 50% in the device shown in FIG. 3 as compared with the device shown in FIG. It has been confirmed. This means that the heat load and liquid helium consumption in the pressurized superfluid helium tank 22 are reduced by 50%. On the other hand, since the increase rate of the liquid helium consumption amount due to the transfer through the helium transfer pipe 46 is 35%, the liquid helium consumption amount is reduced by about 15%.

【0044】なお、上記ヘリウム移送配管46が第2の
クライオスタットC2内を通る経路は特に問わないが、
このヘリウム移送配管46をいきなり高温側の保冷層
(例えば40K熱輻射シールド板28と80K熱輻射シ
ールド板30との間の層)に通すと、この高温側層内の
温度と移送ヘリウム温度との格差が大きいために、移送
ヘリウムのもつ冷熱が著しく放散されることになり、熱
効率が悪くなる。これに対し、図3に示すように、上記
ヘリウム移送配管46をまず上記加圧超流動ヘリウム槽
22に近い低温側層(4K熱輻射シールド板26と40
K熱輻射シールド板28との間の層)に通してここに低
温側熱交換部47を形成し、次いで上記加圧超流動ヘリ
ウム槽22から遠い高温側層(40K熱輻射シールド板
28と80K熱輻射シールド板30との間の層)に通し
てここに高温側熱交換部48を形成してから上記ネック
チューブ40に接続すれば、各熱交換部47,48での
移送ヘリウム温度とその周囲の温度とをより近づけて、
熱効率を向上させることが可能になる。
The route through which the helium transfer pipe 46 passes through the inside of the second cryostat C2 is not particularly limited.
When this helium transfer pipe 46 is suddenly passed through a cold layer on the high temperature side (for example, a layer between the 40K heat radiation shield plate 28 and the 80K heat radiation shield plate 30), the temperature inside the high temperature side layer and the transfer helium temperature are Due to the large disparity, the cold heat of the transferred helium is significantly dissipated, resulting in poor thermal efficiency. On the other hand, as shown in FIG. 3, the helium transfer pipe 46 is first connected to the low temperature side layer (4K heat radiation shield plates 26 and 40) close to the pressurized superfluid helium tank 22.
K heat radiation shield plate 28) to form a low temperature side heat exchange section 47, and then the high temperature side layer (40K heat radiation shield plates 28 and 80K) far from the pressurized superfluid helium tank 22. If the high temperature side heat exchange section 48 is formed through the layer between the heat radiation shield plate 30 and the neck tube 40, the transfer helium temperature in each of the heat exchange sections 47 and 48 and the temperature thereof can be obtained. Bringing it closer to the ambient temperature,
It becomes possible to improve the thermal efficiency.

【0045】次に、第4実施例を図4に基づいて説明す
る。この実施例では、第1のヘリウム移送配管46Aと
第2のヘリウム移送配管46Bの2本のヘリウム移送配
管が設けられている。そして、第1のヘリウム移送配管
46Aは、第2のクライオスタットC2内の比較的低温
側層(4K熱輻射シールド板26と40K熱輻射シール
ド板28との間の層)を通ってネックチューブ40に接
続され、第2のヘリウム移送配管46Bは、第2のクラ
イオスタットC2内の比較的高温側層(40K熱輻射シ
ールド板28と80K熱輻射シールド板30との間の
層)を通ってネックチューブ40に接続されており、こ
のネックチューブ40への第2のヘリウム移送配管46
Bの接続個所は、第1のヘリウム移送配管46Aの接続
個所よりも上方の位置に設定されている。
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, two helium transfer pipes, a first helium transfer pipe 46A and a second helium transfer pipe 46B, are provided. Then, the first helium transfer pipe 46A passes through the relatively low temperature side layer (the layer between the 4K heat radiation shield plate 26 and the 40K heat radiation shield plate 28) in the second cryostat C2 to the neck tube 40. The second helium transfer pipe 46B is connected to the neck tube 40 through the relatively high temperature side layer (the layer between the 40K heat radiation shield plate 28 and the 80K heat radiation shield plate 30) in the second cryostat C2. And a second helium transfer pipe 46 connected to the neck tube 40.
The connection point of B is set above the connection point of the first helium transfer pipe 46A.

【0046】この実施例によれば、ネックチューブ40
の比較的下方の位置には、第1のヘリウム移送配管46
Aを通じて比較的低温のヘリウムガスが排出され、ネッ
クチューブ40の比較的上方の位置には、第2のヘリウ
ム移送配管46Bを通じて比較的高温のヘリウムガスが
排出されることになる。従って、ネックチューブ40に
対してその温度分布(すなわち上方に向かうほど温度が
高くなる分布)に見合った温度で複数個所からヘリウム
ガスを排出させることができる。
According to this embodiment, the neck tube 40
At a position relatively below the first helium transfer pipe 46
The relatively low temperature helium gas is discharged through A, and the relatively high temperature helium gas is discharged through the second helium transfer pipe 46B at a position relatively above the neck tube 40. Therefore, the helium gas can be discharged from a plurality of locations at a temperature corresponding to the temperature distribution of the neck tube 40 (that is, the distribution in which the temperature increases as it goes upward).

【0047】なお、上記ネックチューブ40が複数本
(例えば2本)設けられている場合、第5実施例をとし
て図5に示すように、ヘリウム移送配管46の末端を支
管46aと支管46bとに分岐してそれぞれを各ネック
チューブ40に接続してもよいし、ネックチューブ40
の本数分だけヘリウム移送配管46を具備するようにし
てもよい。
When a plurality of (for example, two) neck tubes 40 are provided, the end of the helium transfer pipe 46 is divided into branch pipes 46a and 46b as shown in FIG. 5 as a fifth embodiment. It may be branched and connected to each neck tube 40.
The helium transfer pipes 46 may be provided in the same number.

【0048】また、上記各実施例では、上部液体ヘリウ
ム槽10の底部から液体ヘリウムを抽出してこれを蒸発
させながらヘリウムガスとしてネックチューブ40に排
出するようにしているが、第6実施例として図6に示す
ように、上部液体ヘリウム槽の上部からヘリウムガスを
抽出してそのままネックチューブ40に排出するように
してもよい。この場合、前記第3実施例等と比べ排出ヘ
リウムガスの温度が高くなり、その分加圧超流動ヘリウ
ム槽22でのヘリウム消費量は増えるが、逆に上部液体
ヘリウム槽10でのヘリウム消費量は減るため、総合し
てみればほぼ同等の効果を得ることができる。
In each of the above embodiments, liquid helium is extracted from the bottom of the upper liquid helium tank 10 and evaporated to be discharged as helium gas to the neck tube 40. However, as a sixth embodiment. As shown in FIG. 6, the helium gas may be extracted from the upper part of the upper liquid helium tank and directly discharged to the neck tube 40. In this case, the temperature of the discharged helium gas becomes higher than that in the third embodiment and the like, and the helium consumption amount in the pressurized superfluid helium tank 22 increases accordingly, but conversely, the helium consumption amount in the upper liquid helium tank 10 is increased. As a result, the effect is almost the same when taken together.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上のように本発明は、第1のクライオ
スタットと第2のクライオスタットとを横方向に並設し
て高さ寸法を抑えた上で、上記第2のクライオスタット
に、その保冷容器の上部を上下に貫いて上記加圧超流動
ヘリウム槽内とクライオスタット外部とを連通するネッ
クチューブを設け、このネックチューブにセパレータを
設けてその上方に液体ヘリウム貯留空間を形成したもの
であるので、循環ポンプ等の特別な圧送手段を用いるこ
となく、上記ネックチューブを通じて加圧超流動ヘリウ
ム槽内に直接液体ヘリウムを供給でき、これによって始
動時の予冷を速やかに実行でき、また、液体ヘリウムの
補充も容易にできる効果がある。しかも、このような液
体ヘリウム充填後、上記セパレータを閉じてその上方の
ネックチューブ内空間(液体ヘリウム貯留空間)に液体
ヘリウムを溜めることにより、ネックチューブを設けた
にもかかわらず熱侵入を効果的に抑制でき、加圧超流動
ヘリウム槽内の保冷性を高く保持できる。
As described above, according to the present invention, the first cryostat and the second cryostat are arranged side by side in the lateral direction to suppress the height, and the second cryostat is provided with the cold storage container. A neck tube that communicates the inside of the pressurized superfluid helium tank and the outside of the cryostat through the upper part of the top and bottom is provided, and a separator is provided on this neck tube to form a liquid helium storage space above it. Liquid helium can be directly supplied into the pressurized superfluid helium tank through the neck tube without using a special pumping means such as a circulation pump, whereby precooling at the time of start can be promptly performed, and liquid helium is replenished. There is an effect that can be easily. Moreover, after such liquid helium is filled, the separator is closed and the liquid helium is stored in the neck tube internal space (liquid helium storage space) above the separator, so that the heat intrusion is effective despite the neck tube being provided. Therefore, it is possible to maintain high cold insulation in the pressurized superfluid helium tank.

【0050】さらに、請求項3記載のように上記加圧超
流動ヘリウム槽内に超電導マグネットを収容する場合、
その配線を上記ネックチューブを通じて外部に導出すれ
ば良く、トランスファーチューブ側に配線を回す必要が
ないので、配線作業を容易にでき、トランスファーチュ
ーブ内の構造も簡略化できる。また、上記超電導マグネ
ットがクエンチして加圧超流動ヘリウム槽内のヘリウム
が蒸発しても、セパレータを開くことで内圧上昇を速や
かに回避でき、より確かな安全性が得られる効果もあ
る。
Further, when a superconducting magnet is housed in the pressurized superfluid helium tank as described in claim 3,
The wiring may be led out through the neck tube, and it is not necessary to turn the wiring to the transfer tube side. Therefore, the wiring work can be facilitated and the structure inside the transfer tube can be simplified. Further, even if the superconducting magnet is quenched and helium in the pressurized superfluid helium tank is evaporated, the rise of the internal pressure can be quickly avoided by opening the separator, and there is an effect that more reliable safety can be obtained.

【0051】さらに、請求項4記載のクライオスタット
では、上記液体ヘリウム槽内からヘリウムを抽出して上
記トランスファーチューブを通じ上記ネックチューブに
おいて上記セパレータよりも上方の空間にヘリウムガス
として排出させるためのヘリウム移送配管を備えている
ので、上部液体ヘリウム槽内の液体ヘリウムを有効に利
用して上記ネックチューブから加圧超流動ヘリウム槽へ
の熱侵入を効果的に抑え、加圧超流動ヘリウム槽内の保
冷性を高めることができ、これによりヘリウム消費量の
削減ひいてはランニングコストの削減を果たすことがで
きる。
Further, in the cryostat according to claim 4, a helium transfer pipe for extracting helium from the liquid helium tank and discharging it as helium gas into the space above the separator in the neck tube through the transfer tube. As a result, the liquid helium in the upper liquid helium tank is effectively used to effectively prevent heat from entering into the pressurized superfluid helium tank from the above-mentioned neck tube, and keep cool in the pressurized superfluid helium tank. As a result, the helium consumption can be reduced, and the running cost can be reduced.

【0052】ここで、上記第2のクライオスタットにお
ける保冷容器が互いに運転温度の異なる複数層に分割さ
れているものにおいて、請求項5記載のクライオスタッ
トでは、上記ヘリウム移送配管を上記複数層のうちまず
上記加圧超流動ヘリウム槽に近い低温側層に通し、次い
で上記加圧超流動ヘリウム槽から遠い高温側層に通して
から上記ネックチューブに接続するようにしているの
で、ヘリウム移送配管内で昇温しながら流れる移送ヘリ
ウムの温度と、その周囲の温度(保冷容器内温度)とを
より近づけることができ、熱効率をより高めることがで
きる効果がある。
Here, in the cryostat of the second cryostat, wherein the cold insulation container is divided into a plurality of layers having different operating temperatures, in the cryostat according to claim 5, the helium transfer pipe is first of the plurality of layers. The temperature is increased in the helium transfer pipe because it is passed through the low temperature side layer close to the pressurized superfluid helium tank and then through the high temperature side layer far from the pressurized superfluid helium tank before connecting to the neck tube. Meanwhile, the temperature of the transferred helium and the temperature around it (the temperature in the cold storage container) can be made closer to each other, and the thermal efficiency can be further enhanced.

【0053】また、請求項6記載のクライオスタットで
は、低温側層を通る第1のヘリウム移送配管は比較的下
方の位置で、高温側層を通る第2のヘリウム移送配管は
比較的上方の位置で、それぞれネックチューブに接続す
るようにしているので、このネックチューブに対してそ
の温度分布(すなわち上方に向かうほど温度が高くなる
分布)に見合った温度でヘリウムガスを排出させること
ができる効果がある。
Further, in the cryostat according to the sixth aspect, the first helium transfer pipe passing through the low temperature side layer is at a relatively lower position, and the second helium transfer pipe passing through the high temperature side layer is at a relatively upper position. Since each of them is connected to the neck tube, there is an effect that the helium gas can be discharged at a temperature corresponding to the temperature distribution of the neck tube (that is, the distribution in which the temperature increases as it goes upward). .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例におけるクライオスタット
の要部を示す断面正面図である。
FIG. 1 is a sectional front view showing a main part of a cryostat according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例におけるクライオスタット
の要部を示す断面正面図である。
FIG. 2 is a sectional front view showing a main part of a cryostat according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3実施例におけるクライオスタット
の要部を示す断面正面図である。
FIG. 3 is a sectional front view showing a main part of a cryostat according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4実施例におけるクライオスタット
の要部を示す断面正面図である。
FIG. 4 is a sectional front view showing a main part of a cryostat according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5実施例におけるクライオスタット
の要部を示す断面正面図である。
FIG. 5 is a sectional front view showing a main part of a cryostat according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第6実施例におけるクライオスタット
の要部を示す断面正面図である。
FIG. 6 is a sectional front view showing a main part of a cryostat according to a sixth embodiment of the present invention.

【図7】従来のクライオスタットの一例を示す断面正面
図である。
FIG. 7 is a sectional front view showing an example of a conventional cryostat.

【図8】従来のクライオスタットの一例を示す断面正面
図である。
FIG. 8 is a sectional front view showing an example of a conventional cryostat.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

C1 第1のクライオスタット C2 第2のクライオスタット 10 上部液体ヘリウム槽 12 飽和超流動ヘリウム槽 22 加圧超流動ヘリウム槽 24 超電導マグネット 26 4K熱輻射シールド板(保冷容器を構成) 28 40K熱輻射シールド板(保冷容器を構成) 30 80K熱輻射シールド板(保冷容器を構成) 32 真空容器(保冷容器を構成) 34 トランスファーチューブ 40 ネックチューブ 42 セパレータ 45 液体ヘリウム 46 ヘリウム移送配管 46A 第1のヘリウム移送配管 46B 第2のヘリウム移送配管 C1 1st cryostat C2 2nd cryostat 10 Upper liquid helium tank 12 Saturated superfluid helium tank 22 Pressurized superfluid helium tank 24 Superconducting magnet 26 4K heat radiation shield plate (constituting a cold container) 28 40K Heat radiation shield plate ( 30 Cooling container configuration 30 80K Heat radiation shield plate (Cooling container configuration) 32 Vacuum container (Cooling container configuration) 34 Transfer tube 40 Neck tube 42 Separator 45 Liquid helium 46 Helium transfer pipe 46A First helium transfer pipe 46B No. 2 helium transfer piping

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 液体ヘリウム槽内の液体ヘリウムが冷却
されて超流動ヘリウム槽に補充される第1のクライオス
タットと、保冷容器内に加圧超流動ヘリウム槽が収容さ
れた第2のクライオスタットとを横方向に並設し、両ク
ライオスタットをトランスファーチューブを介して接続
するとともに、このトランスファーチューブを通じて上
記第1のクライオスタットにおける超流動ヘリウム槽内
の超流動ヘリウムと上記加圧超流動ヘリウム槽内のヘリ
ウムとを熱交換させることにより後者のヘリウムを冷却
して加圧超流動ヘリウムを生成するように構成したクラ
イオスタットにおいて、上記第2のクライオスタット
に、その保冷容器の上部を上下に貫いて上記加圧超流動
ヘリウム槽内とクライオスタット外部とを連通するネッ
クチューブを設け、このネックチューブの途中部分もし
くは下端部にネックチューブ内を上下に遮断する状態と
連通する状態とに切換可能なセパレータを設け、このセ
パレータの上方に液体ヘリウム貯留空間を形成したこと
を特徴とするクライオスタット。
1. A first cryostat in which liquid helium in a liquid helium tank is cooled and replenished in a superfluid helium tank, and a second cryostat in which a pressurized superfluid helium tank is housed in a cold container. The cryostats are arranged side by side in a lateral direction, and both cryostats are connected via a transfer tube. Through the transfer tube, the superfluid helium in the superfluid helium tank and the helium in the pressurized superfluid helium tank in the first cryostat are connected. In the cryostat configured to cool the latter helium to generate pressurized superfluid helium by exchanging heat with, the second cryostat is vertically penetrated through the upper part of the cold insulation container to obtain the pressurized superfluid. A neck tube is provided to connect the inside of the helium tank with the outside of the cryostat. A cryostat characterized in that a separator that can be switched between a state in which the inside of the neck tube is vertically cut off and a state in which the neck tube is communicated is provided at a middle portion or a lower end portion of the neck tube, and a liquid helium storage space is formed above the separator. .
【請求項2】 請求項1記載のクライオスタットの液体
ヘリウム貯留空間に液体ヘリウムを貯留することにより
ネックチューブを保冷することを特徴とするクライオス
タットの運転方法。
2. A method of operating a cryostat, characterized in that the neck tube is kept cold by storing liquid helium in the liquid helium storage space of the cryostat according to claim 1.
【請求項3】 請求項1記載のクライオスタットにおい
て、上記加圧超流動ヘリウム槽内に超電導マグネットを
収容したことを特徴とするクライオスタット。
3. The cryostat according to claim 1, wherein a superconducting magnet is housed in the pressurized superfluid helium tank.
【請求項4】 請求項1または3記載のクライオスタッ
トにおいて、上記液体ヘリウム槽内からヘリウムを抽出
して上記トランスファーチューブを通じ上記ネックチュ
ーブにおいて上記セパレータよりも上方の空間にヘリウ
ムガスとして排出させるためのヘリウム移送配管を備え
たことを特徴とするクライオスタット。
4. The cryostat according to claim 1 or 3, wherein helium is extracted from the liquid helium tank, and is discharged as helium gas into the space above the separator in the neck tube through the transfer tube. A cryostat characterized by having a transfer pipe.
【請求項5】 請求項4記載のクライオスタットにおい
て、上記第2のクライオスタットにおける保冷容器を互
いに運転温度の異なる複数層に分割するとともに、上記
液体ヘリウム槽からトランスファーチューブを通じて導
出された上記ヘリウム移送配管を、上記複数層のうちま
ず上記加圧超流動ヘリウム槽に近い低温側層に通し、次
いで上記加圧超流動ヘリウム槽から遠い高温側層に通し
てから上記ネックチューブに接続したことを特徴とする
クライオスタット。
5. The cryostat according to claim 4, wherein the cold insulation container in the second cryostat is divided into a plurality of layers having different operating temperatures, and the helium transfer pipe led from the liquid helium tank through a transfer tube is provided. Of the plurality of layers, first through the low temperature side layer close to the pressurized superfluid helium tank, then through the high temperature side layer far from the pressurized superfluid helium tank, and then connected to the neck tube Cryostat.
【請求項6】 請求項4記載のクライオスタットにおい
て、上記第2のクライオスタットにおける保冷容器を互
いに運転温度の異なる複数層に分割するとともに、上記
液体ヘリウム槽からトランスファーチューブと上記複数
層のうち上記加圧超流動ヘリウム槽に近い低温側層とを
通じて上記ネックチューブに接続される第1のヘリウム
移送配管と、上記液体ヘリウム槽からトランスファーチ
ューブと上記複数層のうち上記加圧超流動ヘリウム槽か
ら遠い高温側層とを通じて上記ネックチューブにおいて
上記第1のヘリウム移送配管の接続個所よりも上方の個
所に接続される第2のヘリウム移送配管とを備えたこと
を特徴とするクライオスタット。
6. The cryostat according to claim 4, wherein the cold insulation container of the second cryostat is divided into a plurality of layers having different operating temperatures, and the liquid helium tank transfers the transfer tube and the plurality of layers to the pressure. A first helium transfer pipe connected to the neck tube through a low temperature side layer close to the superfluid helium tank, a transfer tube from the liquid helium tank, and a high temperature side far from the pressurized superfluid helium tank among the plurality of layers. A cryostat comprising: a layer and a second helium transfer pipe connected to a position above the connection part of the first helium transfer pipe in the neck tube.
JP4582895A 1995-03-06 1995-03-06 Cryostat and its operating method Pending JPH08240353A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4582895A JPH08240353A (en) 1995-03-06 1995-03-06 Cryostat and its operating method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4582895A JPH08240353A (en) 1995-03-06 1995-03-06 Cryostat and its operating method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08240353A true JPH08240353A (en) 1996-09-17

Family

ID=12730105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4582895A Pending JPH08240353A (en) 1995-03-06 1995-03-06 Cryostat and its operating method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH08240353A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100394962B1 (en) * 2001-04-11 2003-08-19 한국표준과학연구원 Cryostat combined with helium gas refrigerator and continuos cooling refrigerator
WO2016091667A1 (en) * 2014-12-10 2016-06-16 Bruker Biospin Gmbh Cryostat having a first and a second helium tank, which are separated from one another in a liquid-tight manner at least in a lower part
US20180283769A1 (en) * 2017-03-29 2018-10-04 Bruker Biospin Ag Cryostat arrangement comprising a neck tube having a supporting structure and an outer tube surrounding the supporting structure to reduce the cryogen consumption
CN114739032A (en) * 2022-05-07 2022-07-12 中国科学院理化技术研究所 Super-flow helium refrigerator

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100394962B1 (en) * 2001-04-11 2003-08-19 한국표준과학연구원 Cryostat combined with helium gas refrigerator and continuos cooling refrigerator
WO2016091667A1 (en) * 2014-12-10 2016-06-16 Bruker Biospin Gmbh Cryostat having a first and a second helium tank, which are separated from one another in a liquid-tight manner at least in a lower part
JP2017537296A (en) * 2014-12-10 2017-12-14 ブルーカー バイオスピン ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングBruker BioSpin GmbH A cryostat having a first helium tank and a second helium tank that are liquid-tightly divided at least in a lower layer portion.
US20180283769A1 (en) * 2017-03-29 2018-10-04 Bruker Biospin Ag Cryostat arrangement comprising a neck tube having a supporting structure and an outer tube surrounding the supporting structure to reduce the cryogen consumption
CN114739032A (en) * 2022-05-07 2022-07-12 中国科学院理化技术研究所 Super-flow helium refrigerator
CN114739032B (en) * 2022-05-07 2022-11-22 中国科学院理化技术研究所 Super-flow helium refrigerator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3996935B2 (en) Cryostat structure
JP4031121B2 (en) Cryostat equipment
CN103177840B (en) Thermosiphon cooling system and method
JP3446883B2 (en) Liquid helium recondensing device and transfer line used for the device
CN107845475A (en) Cryostat with vacuum tank and object to be cooled
JP5809391B2 (en) Apparatus and method for cooling a superconducting magnet
CN1989370A (en) Reduction of cryogen loss during transportation of cryostats
JP2017537296A (en) A cryostat having a first helium tank and a second helium tank that are liquid-tightly divided at least in a lower layer portion.
JPS607396B2 (en) superconducting device
KR100843389B1 (en) Undercooled horizontal cryostat configuration
JP5833284B2 (en) Cooling system
JPH08240353A (en) Cryostat and its operating method
US5979176A (en) Refrigerator
US7263841B1 (en) Superconducting magnet system with supplementary heat pipe refrigeration
JP2008306060A (en) Extremely low temperature containment cooling system and its operating method
JP6440922B1 (en) Superconducting magnet
JP3096969B2 (en) Reliquefaction equipment for liquefied gas for cooling of physics and chemistry equipment
JP2009273673A (en) Superconducting electromagnet and mri apparatus
JP5916517B2 (en) Cooling container
JP2009516381A (en) Superconducting magnet system
JPS6290910A (en) Cryogenic device
US20220397311A1 (en) Apparatus for recondensing helium for cryostat
JPH11257770A (en) Liquid nitrogen recondenser
JP3043009B1 (en) Liquid helium recovery / recondensing replenishment device
US20220068530A1 (en) Apparatus and System to Maximize Heat Capacity in Cryogenic Devices