JPH09283323A - 熱界面ガスケット及び熱ジョイントを形成する方法 - Google Patents
熱界面ガスケット及び熱ジョイントを形成する方法Info
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- JPH09283323A JPH09283323A JP8346418A JP34641896A JPH09283323A JP H09283323 A JPH09283323 A JP H09283323A JP 8346418 A JP8346418 A JP 8346418A JP 34641896 A JP34641896 A JP 34641896A JP H09283323 A JPH09283323 A JP H09283323A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F25D19/00—Arrangement or mounting of refrigeration units with respect to devices or objects to be refrigerated, e.g. infrared detectors
- F25D19/006—Thermal coupling structure or interface
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/04—Cooling
Landscapes
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- Gasket Seals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 界面ジョイントで必要な熱コンダクタンスを
与えることのできる熱界面ガスケット及び熱ジョイント
を形成する方法を提供する。 【解決手段】 インジウム・ガスケット（８０）が多数
の開口（８４）を有しており、これらの開口（８４）
は、超伝導磁石システムの低温冷却器と低温冷却器界面
スリーブとの間の圧縮の間に、変形するインジウムによ
って満たされている。ガスケット（８０）に開口（８
４）を形成することには、インジウムが降伏する機械的
界面圧力を小さくする効果がある。インジウムは、低温
冷却器の所要の構造的強さを超えない機械的界面圧力で
流動する。インジウムは開口（８４）によって形成され
る空き空間に流入し、低温冷却器と界面スリーブとの間
に必要な熱コンダクタンスを与える。その結果、超伝導
磁石の冷却の間に、界面スリーブと低温冷却器との間に
比較的小さな温度差が得られる。
与えることのできる熱界面ガスケット及び熱ジョイント
を形成する方法を提供する。 【解決手段】 インジウム・ガスケット（８０）が多数
の開口（８４）を有しており、これらの開口（８４）
は、超伝導磁石システムの低温冷却器と低温冷却器界面
スリーブとの間の圧縮の間に、変形するインジウムによ
って満たされている。ガスケット（８０）に開口（８
４）を形成することには、インジウムが降伏する機械的
界面圧力を小さくする効果がある。インジウムは、低温
冷却器の所要の構造的強さを超えない機械的界面圧力で
流動する。インジウムは開口（８４）によって形成され
る空き空間に流入し、低温冷却器と界面スリーブとの間
に必要な熱コンダクタンスを与える。その結果、超伝導
磁石の冷却の間に、界面スリーブと低温冷却器との間に
比較的小さな温度差が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低温冷却器を磁気共鳴
イメージング・システムに取り外し可能なように結合す
るための直接接触熱インタフェースに関する。更に詳し
くは、本発明は、超伝導マグネットで使用される放射シ
ールドを冷却するための取り外し可能な低温冷却器の低
温ヘッドで使用されるガスケットに関する。
イメージング・システムに取り外し可能なように結合す
るための直接接触熱インタフェースに関する。更に詳し
くは、本発明は、超伝導マグネットで使用される放射シ
ールドを冷却するための取り外し可能な低温冷却器の低
温ヘッドで使用されるガスケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、コイル付きマグネット
は、ある特性を有する線で巻かれていれば、極めて低温
の環境に配置することにより、例えば低温保持装置（ク
ライオスタット）、又は液体ヘリウム等の冷凍剤が収容
されている圧力容器に封入することにより、超伝導性に
することができる。極度の低温によって、マグネット・
コイルの抵抗は無視できるレベルまで小さくなる。最初
（ある期間の間、例えば１０分間）、コイルに電源を接
続してコイルに電流を入れると、電源を除去した後も無
視できる抵抗のためにコイルに電流が流れ続ける。これ
により、磁界が維持される。超伝導マグネットは、磁気
共鳴イメージング（（magnetic resonance imaging）以
後、「ＭＲＩ」と表す。）の分野で広範な用途がある。
は、ある特性を有する線で巻かれていれば、極めて低温
の環境に配置することにより、例えば低温保持装置（ク
ライオスタット）、又は液体ヘリウム等の冷凍剤が収容
されている圧力容器に封入することにより、超伝導性に
することができる。極度の低温によって、マグネット・
コイルの抵抗は無視できるレベルまで小さくなる。最初
（ある期間の間、例えば１０分間）、コイルに電源を接
続してコイルに電流を入れると、電源を除去した後も無
視できる抵抗のためにコイルに電流が流れ続ける。これ
により、磁界が維持される。超伝導マグネットは、磁気
共鳴イメージング（（magnetic resonance imaging）以
後、「ＭＲＩ」と表す。）の分野で広範な用途がある。
【０００３】例えば、ギフォード−マクマホン（Giffor
d-McMahon）サイクルを使用している低温冷却器は、超
伝導マグネットの内部から熱を除去するために低温冷却
器のヒート・ステーションで低温を達成することができ
る。図１はギフォード−マクマホン冷凍機システム１０
の概略図である。ギフォード−マクマホン冷凍機システ
ム１０は一般に、圧縮機１２と、両端が閉じられたシリ
ンダ１４と、シリンダ１４内に摺動するように収容され
ている変位機１６と、再生用熱交換器１８と、熱交換器
２０とを含んでいる。変位機は、ロッド１５の端に取り
付けられている。ロッド１５は、電動機（図示していな
い）によって上下させられる。変位機とシリンダとの間
で、シール２２が上側膨張空間２４と下側膨張空間２６
との間の境界を形成している。上側膨張空間２４は接合
点２８と流体連通しており（流体が通じており）、接合
点２８は接合点３０と流体連通している。圧縮機１２の
出口は、直列に接続されたサージ・ボリューム３２及び
入口弁３４を介して接合点３０と流体連通している。圧
縮機１２の入口は、直列に接続された排出弁３６及びサ
ージ・ボリューム３８を介して接合点３０と流体連通し
ている。接合点３０は再生用熱交換器１８の一方の側と
も流体連通している。再生用熱交換器１８の他方の側は
接合点４０と流体連通しており、接合点４０は、下側膨
張空間２６及び熱交換器２０の出口と流体連通してい
る。熱交換器２０の入口も下側膨張空間２６と流体連通
している。ギフォード−マクマホン冷凍機に対する動作
シーケンスは、次の通りである。
d-McMahon）サイクルを使用している低温冷却器は、超
伝導マグネットの内部から熱を除去するために低温冷却
器のヒート・ステーションで低温を達成することができ
る。図１はギフォード−マクマホン冷凍機システム１０
の概略図である。ギフォード−マクマホン冷凍機システ
ム１０は一般に、圧縮機１２と、両端が閉じられたシリ
ンダ１４と、シリンダ１４内に摺動するように収容され
ている変位機１６と、再生用熱交換器１８と、熱交換器
２０とを含んでいる。変位機は、ロッド１５の端に取り
付けられている。ロッド１５は、電動機（図示していな
い）によって上下させられる。変位機とシリンダとの間
で、シール２２が上側膨張空間２４と下側膨張空間２６
との間の境界を形成している。上側膨張空間２４は接合
点２８と流体連通しており（流体が通じており）、接合
点２８は接合点３０と流体連通している。圧縮機１２の
出口は、直列に接続されたサージ・ボリューム３２及び
入口弁３４を介して接合点３０と流体連通している。圧
縮機１２の入口は、直列に接続された排出弁３６及びサ
ージ・ボリューム３８を介して接合点３０と流体連通し
ている。接合点３０は再生用熱交換器１８の一方の側と
も流体連通している。再生用熱交換器１８の他方の側は
接合点４０と流体連通しており、接合点４０は、下側膨
張空間２６及び熱交換器２０の出口と流体連通してい
る。熱交換器２０の入口も下側膨張空間２６と流体連通
している。ギフォード−マクマホン冷凍機に対する動作
シーケンスは、次の通りである。
【０００４】変位機１６がシリンダ１４内で変位機の最
も低い位置にある状態で、入口弁３４は開かれ、圧縮機
１２が駆動されて上側膨張空間２４の内側の圧力を増大
させる。入口弁３４が開いて排出弁３６が閉じている間
に、変位機１６はシリンダ１４内の変位機の最も上の位
置に動かされる。これにより、上側膨張空間２４からの
ガスが再生用熱交換器１８を通して下側膨張空間２６に
移される。再生用熱交換器１８を通るときに、ガスは冷
却される。変位機１６がそれの最も上の位置にある状態
で、入口弁３４は閉じられ、排出弁３６は開かれ、これ
により、下側膨張空間２６のガスは膨張することができ
る。下側膨張空間２６に残っているガスは低温に下げら
れる。次に、この低温のガスは、変位機１６をその最も
低い位置に動かすことにより、下側膨張空間２６から追
い出される。この低温ガスは熱交換器２０を通って流れ
る。熱交換器２０内で、低温源からガスに熱が移され
る。次に、ガスは再生用熱交換器１８に入る。再生用熱
交換器１８はガスを周囲温度近くまで暖める。
も低い位置にある状態で、入口弁３４は開かれ、圧縮機
１２が駆動されて上側膨張空間２４の内側の圧力を増大
させる。入口弁３４が開いて排出弁３６が閉じている間
に、変位機１６はシリンダ１４内の変位機の最も上の位
置に動かされる。これにより、上側膨張空間２４からの
ガスが再生用熱交換器１８を通して下側膨張空間２６に
移される。再生用熱交換器１８を通るときに、ガスは冷
却される。変位機１６がそれの最も上の位置にある状態
で、入口弁３４は閉じられ、排出弁３６は開かれ、これ
により、下側膨張空間２６のガスは膨張することができ
る。下側膨張空間２６に残っているガスは低温に下げら
れる。次に、この低温のガスは、変位機１６をその最も
低い位置に動かすことにより、下側膨張空間２６から追
い出される。この低温ガスは熱交換器２０を通って流れ
る。熱交換器２０内で、低温源からガスに熱が移され
る。次に、ガスは再生用熱交換器１８に入る。再生用熱
交換器１８はガスを周囲温度近くまで暖める。
【０００５】上述の説明は、１段の低温冷却器に関する
ものであるが、上述した基本的な動作原理は、ギフォー
ド−マクマホン（Gifford-McMahon）形の多段低温冷却
器、例えばＭＲＩ用の超伝導マグネット・システムで普
通に使用されている２段の低温冷却器に同様に当てはま
る。詳しく述べると、２段の低温冷却器は公知の超伝導
マグネット・システムに組み込まれている。公知の超伝
導マグネット・システムは、複数対（例えば、３対）の
超伝導コイルを有している円筒形のマグネット・カート
リッジと、マグネット・カートリッジを取り囲んでいる
と共に、マグネットを冷却するための液体ヘリウムで満
たされている漏れの無い円環形状（ドーナツ形）の容器
（「ヘリウム容器」）と、ヘリウム容器を取り囲んでい
る円環形状の低温熱放射シールドと、低温熱放射シール
ドを取り囲んでいる円環形状の高温熱放射シールドと、
低温熱放射シールドを取り囲んでいると共に、排気され
ている円環形状の容器（「真空容器」）とを含んでい
る。この形式の超伝導マグネット・システムでは、２段
の低温冷却器が高温熱放射シールド及び低温熱放射シー
ルドに熱結合されている。熱を除去すべきＭＲＩシステ
ムの放射シールドのような表面に低温冷却器のヒート・
ステーションを接続するために、低熱抵抗を達成するた
めに軟らかい金属界面と共に高接触力が必要とされる。
ものであるが、上述した基本的な動作原理は、ギフォー
ド−マクマホン（Gifford-McMahon）形の多段低温冷却
器、例えばＭＲＩ用の超伝導マグネット・システムで普
通に使用されている２段の低温冷却器に同様に当てはま
る。詳しく述べると、２段の低温冷却器は公知の超伝導
マグネット・システムに組み込まれている。公知の超伝
導マグネット・システムは、複数対（例えば、３対）の
超伝導コイルを有している円筒形のマグネット・カート
リッジと、マグネット・カートリッジを取り囲んでいる
と共に、マグネットを冷却するための液体ヘリウムで満
たされている漏れの無い円環形状（ドーナツ形）の容器
（「ヘリウム容器」）と、ヘリウム容器を取り囲んでい
る円環形状の低温熱放射シールドと、低温熱放射シール
ドを取り囲んでいる円環形状の高温熱放射シールドと、
低温熱放射シールドを取り囲んでいると共に、排気され
ている円環形状の容器（「真空容器」）とを含んでい
る。この形式の超伝導マグネット・システムでは、２段
の低温冷却器が高温熱放射シールド及び低温熱放射シー
ルドに熱結合されている。熱を除去すべきＭＲＩシステ
ムの放射シールドのような表面に低温冷却器のヒート・
ステーションを接続するために、低熱抵抗を達成するた
めに軟らかい金属界面と共に高接触力が必要とされる。
【０００６】低温では、熱ジョイントのための界面ガス
ケットとして、インジウムが使用されている。代表的な
超伝導マグネットの設計では、２段の低温冷却器４６の
第１の段及び第２の段と低温冷却器界面スリーブ４８と
の間の熱界面ガスケット４２及び４４として、インジウ
ムが使用されることが多い（図２を参照）。最大の熱コ
ンダクタンスを得るために、インジウム・ガスケット４
２及び４４に対する界面圧力は、インジウムがその降伏
／流動点に達するようなものでなければならない。低温
では、降伏／流動点は室温の場合に比べて著しく（４
倍）高い。しかしながら、インジウムに印加することが
できる接触圧力の量には、低温冷却器の構造的強さに限
界があるという点で、限界がある。インジウム・ガスケ
ットに余りに大きい圧力が印加されると、低温冷却器は
構造的に破損することがある。
ケットとして、インジウムが使用されている。代表的な
超伝導マグネットの設計では、２段の低温冷却器４６の
第１の段及び第２の段と低温冷却器界面スリーブ４８と
の間の熱界面ガスケット４２及び４４として、インジウ
ムが使用されることが多い（図２を参照）。最大の熱コ
ンダクタンスを得るために、インジウム・ガスケット４
２及び４４に対する界面圧力は、インジウムがその降伏
／流動点に達するようなものでなければならない。低温
では、降伏／流動点は室温の場合に比べて著しく（４
倍）高い。しかしながら、インジウムに印加することが
できる接触圧力の量には、低温冷却器の構造的強さに限
界があるという点で、限界がある。インジウム・ガスケ
ットに余りに大きい圧力が印加されると、低温冷却器は
構造的に破損することがある。
【０００７】２段低温冷却器の第２の段と低温冷却器の
界面スリーブとの間の熱ジョイントに対する代表的な一
体インジウム・ガスケット構成が図３に示されている。
従来のインジウム・ガスケット４４は、円形のプレート
５０と、半径方向外側に突き出ている４つのタブ５２ａ
〜５２ｄとを含んでおり、タブ５２ａ〜５２ｄは、円形
のプレート５０の円周の周りに等角度間隔で配置されて
いる。インジウム・ガスケット４４は典型的には、図４
に示すようにシリンダ１４の底部でタブ５２ａ〜５２ｄ
を上に、且つフランジ５４の周りに折り重ねた後に、タ
ブ５２ａ〜５２ｄの端をシリンダ１４の外側円周表面に
テープで巻くことにより、シリンダ１４の端に固着され
ている（図１を参照）。テープ５６は、間にタブ端を入
れてシリンダの円周全体の周りに巻かれることが好まし
い。
界面スリーブとの間の熱ジョイントに対する代表的な一
体インジウム・ガスケット構成が図３に示されている。
従来のインジウム・ガスケット４４は、円形のプレート
５０と、半径方向外側に突き出ている４つのタブ５２ａ
〜５２ｄとを含んでおり、タブ５２ａ〜５２ｄは、円形
のプレート５０の円周の周りに等角度間隔で配置されて
いる。インジウム・ガスケット４４は典型的には、図４
に示すようにシリンダ１４の底部でタブ５２ａ〜５２ｄ
を上に、且つフランジ５４の周りに折り重ねた後に、タ
ブ５２ａ〜５２ｄの端をシリンダ１４の外側円周表面に
テープで巻くことにより、シリンダ１４の端に固着され
ている（図１を参照）。テープ５６は、間にタブ端を入
れてシリンダの円周全体の周りに巻かれることが好まし
い。
【０００８】この一体インジウム・ガスケットを降伏さ
せて、成形的に変形させるために必要な接触圧力は、低
温冷却器の構造的強さを超えることがある。インジウム
が降伏しない場合には、熱抵抗が高くなり過ぎて、低温
冷却器の冷却能力が制限され、低温冷却器４６と低温冷
却器界面スリーブ４８との間に比較的大きな温度差が生
じる。従って、低温冷却器の構造的強さを超えない、よ
り低い界面圧力でインジウムが降伏して流動するように
すると共に、界面ジョイントで必要な熱コンダクタンス
を与えるインジウム・ガスケット構成を決める必要があ
る。
せて、成形的に変形させるために必要な接触圧力は、低
温冷却器の構造的強さを超えることがある。インジウム
が降伏しない場合には、熱抵抗が高くなり過ぎて、低温
冷却器の冷却能力が制限され、低温冷却器４６と低温冷
却器界面スリーブ４８との間に比較的大きな温度差が生
じる。従って、低温冷却器の構造的強さを超えない、よ
り低い界面圧力でインジウムが降伏して流動するように
すると共に、界面ジョイントで必要な熱コンダクタンス
を与えるインジウム・ガスケット構成を決める必要があ
る。
【０００９】
【発明の概要】本発明は、従来のインジウム・ガスケッ
トの降伏及び流動を生じるのに必要な接触圧力よりも低
い接触圧力で、インジウムがその降伏／流動点に達する
ことができるような構成を有している改善されたインジ
ウム・ガスケットを提供する。改善されたインジウム・
ガスケットは、多数の開口を有しており、これらの開口
は、低温冷却器とそれの界面スリーブとの間の圧縮の間
に、変形し、流れるインジウムによって満たされる。ガ
スケットに開口を形成することには、インジウムが降伏
して流動する機械的界面圧力を小さくする効果がある。
本発明によれば、インジウムは低温冷却器の所要の構造
的強さを超えない機械的界面圧力で流動する。インジウ
ムは、開口によって形成されている空の空間に流入し、
溶けてそれらの開口を閉じた後に、低温冷却器とそれの
界面スリーブとの間に必要な接触面積及び熱コンダクタ
ンスを与える。その結果、超伝導マグネットの冷却の間
に、界面スリーブと低温冷却器との間に比較的小さな温
度差が得られる。
トの降伏及び流動を生じるのに必要な接触圧力よりも低
い接触圧力で、インジウムがその降伏／流動点に達する
ことができるような構成を有している改善されたインジ
ウム・ガスケットを提供する。改善されたインジウム・
ガスケットは、多数の開口を有しており、これらの開口
は、低温冷却器とそれの界面スリーブとの間の圧縮の間
に、変形し、流れるインジウムによって満たされる。ガ
スケットに開口を形成することには、インジウムが降伏
して流動する機械的界面圧力を小さくする効果がある。
本発明によれば、インジウムは低温冷却器の所要の構造
的強さを超えない機械的界面圧力で流動する。インジウ
ムは、開口によって形成されている空の空間に流入し、
溶けてそれらの開口を閉じた後に、低温冷却器とそれの
界面スリーブとの間に必要な接触面積及び熱コンダクタ
ンスを与える。その結果、超伝導マグネットの冷却の間
に、界面スリーブと低温冷却器との間に比較的小さな温
度差が得られる。
【００１０】
【実施例】２段の低温冷却器を参照して、本発明の好ま
しい実施例を説明する。しかしながら、本発明は、１段
以上の低温冷却器に同様に適用できることが理解される
はずである。超伝導マグネットの冷却に適したギフォー
ド−マクマホン形の２段の低温冷却器が図２に示されて
いる。２段の低温冷却器（クライオクーラ）４６は、同
軸関係で端と端とをつないで配置されている一対のシリ
ンダ１４ａ及び１４ｂを含んでいる。上側のシリンダ１
４ａの直径は、下側のシリンダ１４ｂの直径よりも大き
い。シリンダの内部容積は、環状の仕切り５８によって
分離されている。シリンダ１４ａは変位機１６ａを収容
しており、シリンダ１４ｂは変位機１６ｂを収容してい
る。変位機１６ａ及び１６ｂは、接続ロッド６０によっ
て堅固に接続されていると共に、シリンダの内側を垂直
に摺動可能である。変位機１６ａは駆動ロッド６２に接
続されており、駆動ロッド６２は、電動機６４の駆動に
応答して変位する。駆動ロッド６２の変位の間に、シリ
ンダ１４ａ及び１４ｂは縦に並んで移動する。
しい実施例を説明する。しかしながら、本発明は、１段
以上の低温冷却器に同様に適用できることが理解される
はずである。超伝導マグネットの冷却に適したギフォー
ド−マクマホン形の２段の低温冷却器が図２に示されて
いる。２段の低温冷却器（クライオクーラ）４６は、同
軸関係で端と端とをつないで配置されている一対のシリ
ンダ１４ａ及び１４ｂを含んでいる。上側のシリンダ１
４ａの直径は、下側のシリンダ１４ｂの直径よりも大き
い。シリンダの内部容積は、環状の仕切り５８によって
分離されている。シリンダ１４ａは変位機１６ａを収容
しており、シリンダ１４ｂは変位機１６ｂを収容してい
る。変位機１６ａ及び１６ｂは、接続ロッド６０によっ
て堅固に接続されていると共に、シリンダの内側を垂直
に摺動可能である。変位機１６ａは駆動ロッド６２に接
続されており、駆動ロッド６２は、電動機６４の駆動に
応答して変位する。駆動ロッド６２の変位の間に、シリ
ンダ１４ａ及び１４ｂは縦に並んで移動する。
【００１１】超伝導マグネットを冷却するための２段の
低温冷却器では、低温冷却器の低温ヘッド部分の第１の
段及び第２の段の端にヒート・ステーションが配置され
ている。更に詳しく述べると、第１のヒート・ステーシ
ョンは環状フランジ６６であり、環状フランジ６６は、
上側シリンダ１４ａの底部外周を下側シリンダ１４ｂの
上側外周に接続している。第２のヒート・ステーション
は、下側シリンダ１４ｂの底部の円形の端フランジ６８
である。
低温冷却器では、低温冷却器の低温ヘッド部分の第１の
段及び第２の段の端にヒート・ステーションが配置され
ている。更に詳しく述べると、第１のヒート・ステーシ
ョンは環状フランジ６６であり、環状フランジ６６は、
上側シリンダ１４ａの底部外周を下側シリンダ１４ｂの
上側外周に接続している。第２のヒート・ステーション
は、下側シリンダ１４ｂの底部の円形の端フランジ６８
である。
【００１２】低温冷却器のフランジ７０を界面スリーブ
のフランジ７２に結合することにより、低温冷却器４６
は低温冷却器界面スリーブ４８内に据え付けられている
と共に、低温冷却器界面スリーブ４８に取り付けられて
いる。低温冷却器界面スリーブ４８は更に、直径が上側
シリンダ１４ａの直径よりも大きい上側円筒状スリーブ
部４８ａと、直径が下側シリンダ１４ｂの直径よりも大
きい下側円筒状スリーブ部４８ｂとを含んでいる。上側
スリーブ部４８ａの底部外周は、環状の界面フランジ７
４によって下側スリーブ部４８ｂの上側外周に連結され
ている。界面フランジ７４は、従来のヒート・パイプ手
段（図示していない）によって高温熱放射シールド（図
示していない）に熱的に結合されている。下側スリーブ
部４８ｂの底部は、円形の界面端フランジ７６によって
閉じられており、界面端フランジ７６は、従来のヒート
・パイプ手段（図示していない）によって低温熱放射シ
ールド（図示していない）に熱的に結合されている。
のフランジ７２に結合することにより、低温冷却器４６
は低温冷却器界面スリーブ４８内に据え付けられている
と共に、低温冷却器界面スリーブ４８に取り付けられて
いる。低温冷却器界面スリーブ４８は更に、直径が上側
シリンダ１４ａの直径よりも大きい上側円筒状スリーブ
部４８ａと、直径が下側シリンダ１４ｂの直径よりも大
きい下側円筒状スリーブ部４８ｂとを含んでいる。上側
スリーブ部４８ａの底部外周は、環状の界面フランジ７
４によって下側スリーブ部４８ｂの上側外周に連結され
ている。界面フランジ７４は、従来のヒート・パイプ手
段（図示していない）によって高温熱放射シールド（図
示していない）に熱的に結合されている。下側スリーブ
部４８ｂの底部は、円形の界面端フランジ７６によって
閉じられており、界面端フランジ７６は、従来のヒート
・パイプ手段（図示していない）によって低温熱放射シ
ールド（図示していない）に熱的に結合されている。
【００１３】図２に示すように、シリンダ１４ａ及び１
４ｂの円筒形の壁は真空ギャップによって、界面スリー
ブの円筒形の周囲壁４８ａ及び４８ｂから隔てられる。
これとは異なり、第１のヒート・ステーション６６はイ
ンジウム・ガスケット４２によって、界面フランジ７４
に熱結合されている。同様に、第２のヒート・ステーシ
ョン６８はインジウム・ガスケット４４によって、界面
スリーブの底部の界面端フランジ７６に熱結合されてい
る。
４ｂの円筒形の壁は真空ギャップによって、界面スリー
ブの円筒形の周囲壁４８ａ及び４８ｂから隔てられる。
これとは異なり、第１のヒート・ステーション６６はイ
ンジウム・ガスケット４２によって、界面フランジ７４
に熱結合されている。同様に、第２のヒート・ステーシ
ョン６８はインジウム・ガスケット４４によって、界面
スリーブの底部の界面端フランジ７６に熱結合されてい
る。
【００１４】本発明によれば、図３に示す従来のインジ
ウム・ガスケットの降伏を生じるのに必要な接触圧力よ
りも低い接触圧力で、インジウムがそれの降伏／流動点
に達し得るようにインジウム・ガスケットが成形され
る。このように成形されたインジウム・ガスケット８０
の実施例が図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示されている。
これは、図３に示された従来技術の構成とは２つの点で
異なる。第１に、インジウム・ガスケット８０の円形の
プレート８２は、多数の開口、即ち貫通孔で構成されて
いる開放領域を厚さ方向に有している。第２に、ガスケ
ットの圧縮の間に、ガス汚染物が空き空間から流れ出ら
れるように、ガスケットは一方の側に溝を有している。
ウム・ガスケットの降伏を生じるのに必要な接触圧力よ
りも低い接触圧力で、インジウムがそれの降伏／流動点
に達し得るようにインジウム・ガスケットが成形され
る。このように成形されたインジウム・ガスケット８０
の実施例が図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示されている。
これは、図３に示された従来技術の構成とは２つの点で
異なる。第１に、インジウム・ガスケット８０の円形の
プレート８２は、多数の開口、即ち貫通孔で構成されて
いる開放領域を厚さ方向に有している。第２に、ガスケ
ットの圧縮の間に、ガス汚染物が空き空間から流れ出ら
れるように、ガスケットは一方の側に溝を有している。
【００１５】厚さ方向の開口は、背骨部（スパイン）８
６から離れて且つガスケット外周に向かって両方向に伸
びている平行スロット８４の２つのアレイの形態を採り
得る。この構成では、ガスケットの本体は、円形のリン
グ８８と、リング８８の直径に沿って伸びている背骨部
８６と、円形リングを直径の背骨部８６に接続している
２組の平行ビーム９０とを含んでいる。従って、スロッ
ト８４は２つの群、即ち、背骨部８６の一方の側に配置
されているスロット８４ａと、背骨部８６の他方の側に
配置されているスロット８４ｂとに分割されている。構
成例では、各々のスロットの幅は、各々のウェブ９０の
幅に等しい（例えば、６２ミル）。ガスケットの厚さは
ほぼ０．１〜０．３インチの範囲にある。スロット及び
チャンネルは、インジウムの製造中にインジウム内に加
熱圧縮（プレス）してもよい。その代わりに、ガスケッ
ト全体を、その中に組み込まれたスロット及びチャンネ
ルと一緒に鋳造することもできる。
６から離れて且つガスケット外周に向かって両方向に伸
びている平行スロット８４の２つのアレイの形態を採り
得る。この構成では、ガスケットの本体は、円形のリン
グ８８と、リング８８の直径に沿って伸びている背骨部
８６と、円形リングを直径の背骨部８６に接続している
２組の平行ビーム９０とを含んでいる。従って、スロッ
ト８４は２つの群、即ち、背骨部８６の一方の側に配置
されているスロット８４ａと、背骨部８６の他方の側に
配置されているスロット８４ｂとに分割されている。構
成例では、各々のスロットの幅は、各々のウェブ９０の
幅に等しい（例えば、６２ミル）。ガスケットの厚さは
ほぼ０．１〜０．３インチの範囲にある。スロット及び
チャンネルは、インジウムの製造中にインジウム内に加
熱圧縮（プレス）してもよい。その代わりに、ガスケッ
ト全体を、その中に組み込まれたスロット及びチャンネ
ルと一緒に鋳造することもできる。
【００１６】図５（Ａ）に示すインジウム・ガスケット
は、従来のガスケット４２の代わりに低温冷却器４６の
第２のヒート・ステーション６８と低温冷却器界面スリ
ーブ４８の底部端フランジ７６との間に挿入するのに適
している。しかしながら、低温冷却器４６の第１のヒー
ト・ステーション６６と低温冷却器界面スリーブ４８の
環状界面フランジ７４との間に挿入するのに適した環状
のインジウム・ガスケットには、内側の円形リングと外
側の円形リングとの間に伸びている開口も設けることが
できる。改善されたガスケット８０内の空き空間８４に
よって、一体ガスケット４２（図３に示す）が降伏して
流動するのに必要な圧力に比べて著しく小さい機械的圧
力で、インジウムはその降伏／流動点に達することがで
きる。より低い圧力では、低温冷却器界面スリーブ４８
の構造的強さを超えない。又、インジウムの降伏点を超
えた後に、インジウムは空き空間８４（図５（Ａ）を参
照）に流入する（直径の減少）ので、低温冷却器４６と
低温冷却器界面スリーブ４８との間に必要な接触面積及
び熱コンダクタンスが得られる。
は、従来のガスケット４２の代わりに低温冷却器４６の
第２のヒート・ステーション６８と低温冷却器界面スリ
ーブ４８の底部端フランジ７６との間に挿入するのに適
している。しかしながら、低温冷却器４６の第１のヒー
ト・ステーション６６と低温冷却器界面スリーブ４８の
環状界面フランジ７４との間に挿入するのに適した環状
のインジウム・ガスケットには、内側の円形リングと外
側の円形リングとの間に伸びている開口も設けることが
できる。改善されたガスケット８０内の空き空間８４に
よって、一体ガスケット４２（図３に示す）が降伏して
流動するのに必要な圧力に比べて著しく小さい機械的圧
力で、インジウムはその降伏／流動点に達することがで
きる。より低い圧力では、低温冷却器界面スリーブ４８
の構造的強さを超えない。又、インジウムの降伏点を超
えた後に、インジウムは空き空間８４（図５（Ａ）を参
照）に流入する（直径の減少）ので、低温冷却器４６と
低温冷却器界面スリーブ４８との間に必要な接触面積及
び熱コンダクタンスが得られる。
【００１７】図５（Ｂ）に示されるように、本発明の好
ましい実施例によるガスケット８０は又、変形していな
いガスケットに形成されている複数のチャンネル９２を
有している。チャンネル９２は、ガスケットの一方の側
の表面に平行に走っている。これらのチャンネル９２に
よって、ガスケット８０の空き空間８４に霜として捕ら
えられたガス汚染物はガスケットの変形の間に、低温冷
却器界面スリーブ４８の真空空間に漏れることができ
る。
ましい実施例によるガスケット８０は又、変形していな
いガスケットに形成されている複数のチャンネル９２を
有している。チャンネル９２は、ガスケットの一方の側
の表面に平行に走っている。これらのチャンネル９２に
よって、ガスケット８０の空き空間８４に霜として捕ら
えられたガス汚染物はガスケットの変形の間に、低温冷
却器界面スリーブ４８の真空空間に漏れることができ
る。
【００１８】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示された好ま
しい実施例によれば、３つのチャンネル９２ａ、９２ｂ
及び９２ｃがガスケットの一方の側のガスケット表面に
平行に形成されている。チャンネル９２ａ、９２ｂ及び
９２ｃは、互いに平行に走っていると共に、スロット８
４に対して垂直に走っている。チャンネル９２ａ及び９
２ｃの各々は、互いに隣接したビーム９０内に且つ円形
のリング８８内に形成されている一連の整列した溝を含
んでいる。このようにして、圧縮されてガスケットが変
形する間に、チャンネル９２ａによってガスは、群８４
ａの互いに隣接したスロットの間を流れることができ、
チャンネル９２ｃによってガスは、群８４ｂの互いに隣
接したスロットの間を流れることができる。他方、チャ
ンネル９２ｂは背骨部８６の底部に沿って伸びており、
その幅は、背骨部の幅よりも大きい。チャンネル９２ｂ
の長さは背骨部分８６の長さに等しい。従って、圧縮さ
れてガスケットが変形する間に、チャンネル９２ｂによ
って一方の群のスロットから他方の群のスロットにガス
が流れることができる。選択的に、チャンネル９２ｂを
隣接したタブに伸ばすこともできる。
しい実施例によれば、３つのチャンネル９２ａ、９２ｂ
及び９２ｃがガスケットの一方の側のガスケット表面に
平行に形成されている。チャンネル９２ａ、９２ｂ及び
９２ｃは、互いに平行に走っていると共に、スロット８
４に対して垂直に走っている。チャンネル９２ａ及び９
２ｃの各々は、互いに隣接したビーム９０内に且つ円形
のリング８８内に形成されている一連の整列した溝を含
んでいる。このようにして、圧縮されてガスケットが変
形する間に、チャンネル９２ａによってガスは、群８４
ａの互いに隣接したスロットの間を流れることができ、
チャンネル９２ｃによってガスは、群８４ｂの互いに隣
接したスロットの間を流れることができる。他方、チャ
ンネル９２ｂは背骨部８６の底部に沿って伸びており、
その幅は、背骨部の幅よりも大きい。チャンネル９２ｂ
の長さは背骨部分８６の長さに等しい。従って、圧縮さ
れてガスケットが変形する間に、チャンネル９２ｂによ
って一方の群のスロットから他方の群のスロットにガス
が流れることができる。選択的に、チャンネル９２ｂを
隣接したタブに伸ばすこともできる。
【００１９】図３に示す一体ガスケットを試験したとこ
ろ、一体ガスケットは、低温冷却器の構造的強さを超え
ない最大機械的界面圧力で降伏しなかった。低温冷却器
界面スリーブ４８と低温冷却器４６との間の温度差が
１．０°Ｋであったので、熱コンダクタンスも比較的低
かった。次に、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示された成
形されたインジウム・ガスケットを取り付けたところ、
よりよい結果が得られた。低温冷却器の所要の構造的強
さを超えない機械的界面圧力で、インジウムは流動し
た。界面スリーブと低温冷却器との間の温度差は約０．
１°Ｋであった。
ろ、一体ガスケットは、低温冷却器の構造的強さを超え
ない最大機械的界面圧力で降伏しなかった。低温冷却器
界面スリーブ４８と低温冷却器４６との間の温度差が
１．０°Ｋであったので、熱コンダクタンスも比較的低
かった。次に、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示された成
形されたインジウム・ガスケットを取り付けたところ、
よりよい結果が得られた。低温冷却器の所要の構造的強
さを超えない機械的界面圧力で、インジウムは流動し
た。界面スリーブと低温冷却器との間の温度差は約０．
１°Ｋであった。
【００２０】説明のため、本発明の好ましい実施例を開
示してきた。本発明の広い概念から逸脱しない変更及び
変形は、活性シールドされた超伝導マグネットの設計の
当業者には容易に考え付き得る。例えば、適当なガスケ
ットの構成の組は図５（Ａ）に示す細かい幾何学的形状
に限定されない。特許請求の範囲に記載された発明の要
旨を逸脱することなく図５（Ａ）の幾何学的形状からの
変形を容易に考え付き得ることは、インジウム・ガスケ
ットの設計の当業者には明らかなことである。このよう
な変更及び変形をすべて包含するように特許請求の範囲
を記載されている。
示してきた。本発明の広い概念から逸脱しない変更及び
変形は、活性シールドされた超伝導マグネットの設計の
当業者には容易に考え付き得る。例えば、適当なガスケ
ットの構成の組は図５（Ａ）に示す細かい幾何学的形状
に限定されない。特許請求の範囲に記載された発明の要
旨を逸脱することなく図５（Ａ）の幾何学的形状からの
変形を容易に考え付き得ることは、インジウム・ガスケ
ットの設計の当業者には明らかなことである。このよう
な変更及び変形をすべて包含するように特許請求の範囲
を記載されている。
【図１】従来の技術の教示による単一段のギフォード−
マクマホン冷凍機の基本的な構成要素を示すブロック図
である。
マクマホン冷凍機の基本的な構成要素を示すブロック図
である。
【図２】熱界面としてインジウム・ガスケットを組み込
んだ２段の低温冷却器の概略の部分断面図である。
んだ２段の低温冷却器の概略の部分断面図である。
【図３】超伝導マグネット用低温冷却器に組み込まれた
従来のインジウム・ガスケットの概略平面図である。
従来のインジウム・ガスケットの概略平面図である。
【図４】従来の方法で低温冷却器のシリンダの端に固着
されている従来のインジウム・ガスケットの概略側面図
である。
されている従来のインジウム・ガスケットの概略側面図
である。
【図５】図５（Ａ）は本発明の好ましい実施例によるイ
ンジウム・ガスケットの概略平面図であり、図５（Ｂ）
は図５（Ａ）の線５Ｂ−５Ｂに沿って見たインジウム・
ガスケットの概略断面図である。
ンジウム・ガスケットの概略平面図であり、図５（Ｂ）
は図５（Ａ）の線５Ｂ−５Ｂに沿って見たインジウム・
ガスケットの概略断面図である。
４６ 低温冷却器 ４８ 低温冷却器界面スリーブ ６８ 端フランジ ７６ 界面端フランジ ８０ インジウム・ガスケット ８４ スロット ８６ 背骨部 ８８ 円形リング ９０ ビーム ９２ チャンネル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル・クリスチャン・ウッズ アメリカ合衆国、サウス・カロライナ州、 フローレンス、ウッド・ダック・レーン、 838番
Claims (10)
- 【請求項１】 機械的に変形可能な熱伝導材料から成っ
ている基板（８０）を含んでいる熱界面ガスケットであ
って、 前記基板は、複数の開口（８４）により貫通されている
熱界面ガスケット。 - 【請求項２】 前記材料は、インジウムである請求項１
に記載の熱界面ガスケット。 - 【請求項３】 前記複数の開口は、平行なスロットのア
レイを含んでいる請求項１に記載の熱界面ガスケット。 - 【請求項４】 前記基板は、円形のリング（８８）と、
該円形リングの直径に沿って延在している背骨部（８
６）と、該背骨部を前記円形リングに接続している複数
の平行なビーム（９０）とを含んでいる請求項１に記載
の熱界面ガスケット。 - 【請求項５】 前記基板は、ガスケット圧縮の間に前記
開口の間で流体が連通し得るようにする複数の溝（９
２）を有している請求項４に記載の熱界面ガスケット。 - 【請求項６】 前記複数の開口は、前記材料を降伏させ
るのに十分な力の印加に応答して材料を変形させること
により前記開口が閉じるように配置されている請求項１
に記載の熱界面ガスケット。 - 【請求項７】 超伝導マグネット・システムの第１及び
第２の構成要素（４６、４８）の対向している表面（６
８、７６）の間に熱ジョイントを形成する方法であっ
て、 機械的に変形可能な熱伝導材料を、複数の開口（８４）
により貫通されているガスケット（８０）に作成する工
程と、 前記ガスケットを前記対向している表面のうちの一方の
表面（６８）に接触させて配置する工程と、 前記材料を降伏且つ流動させるように、前記対向してい
る表面を十分な力で一緒に圧縮する工程とを備えてお
り、 前記開口は、前記材料が前記圧縮する工程に応答して流
動して溶けたときに前記開口が閉じるように配置されて
いると共に構成されている熱ジョイントを形成する方
法。 - 【請求項８】 前記材料は、インジウムである請求項７
に記載の方法。 - 【請求項９】 機械的に変形可能な熱伝導材料で作成さ
れている熱界面ガスケット（８０）であって、 変形していない状態では、前記ガスケットは、複数の開
口（８４）により厚さ方向に貫通されていると共に、変
形した状態では、前記開口は、閉じられており、前記ガ
スケットは、前記材料を降伏且つ流動させるのに十分な
力の前記ガスケットの平面に垂直な方向への印加に応答
して、前記変形していない状態から前記変形した状態に
変化している熱界面ガスケット（８０）。 - 【請求項１０】 前記変形していない状態では、複数の
部材（９０）が空き空間により隔てられている請求項９
に記載の熱界面ガスケット。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/581,099 US5701742A (en) | 1995-12-29 | 1995-12-29 | Configured indium gasket for thermal joint in cryocooler |
| US08/581099 | 1995-12-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09283323A true JPH09283323A (ja) | 1997-10-31 |
| JP3874866B2 JP3874866B2 (ja) | 2007-01-31 |
Family
ID=24323879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34641896A Expired - Fee Related JP3874866B2 (ja) | 1995-12-29 | 1996-12-26 | 熱界面ガスケット及び熱ジョイントを形成する方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5701742A (ja) |
| EP (1) | EP0781957B1 (ja) |
| JP (1) | JP3874866B2 (ja) |
| DE (1) | DE69636732T2 (ja) |
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| JP2010177677A (ja) * | 2000-02-28 | 2010-08-12 | Taiyo Nippon Sanso Corp | 超電導部材冷却装置 |
| JP2016538042A (ja) * | 2013-11-13 | 2016-12-08 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | 熱効率的なライドスルーシステムを有する超電導磁石システム及び超電導磁石システムを冷却する方法 |
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| JP2000130874A (ja) * | 1998-10-28 | 2000-05-12 | Aisin Seiki Co Ltd | 蓄冷型冷凍機 |
| US6378312B1 (en) * | 2000-05-25 | 2002-04-30 | Cryomech Inc. | Pulse-tube cryorefrigeration apparatus using an integrated buffer volume |
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| JP4796393B2 (ja) * | 2006-01-17 | 2011-10-19 | 株式会社日立製作所 | 超電導電磁石 |
| US8291717B2 (en) * | 2008-05-02 | 2012-10-23 | Massachusetts Institute Of Technology | Cryogenic vacuum break thermal coupler with cross-axial actuation |
| DE202012100995U1 (de) * | 2012-03-20 | 2013-07-01 | Pressure Wave Systems Gmbh | Kompressorvorrichtung |
| EP2710263B1 (de) | 2011-08-03 | 2016-09-14 | Pressure Wave Systems GmbH | Kompressorvorrichtung sowie eine damit ausgerüstete kühlvorrichtung und eine damit ausgerüstete kältemaschine |
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1995
- 1995-12-29 US US08/581,099 patent/US5701742A/en not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-12-19 EP EP96309276A patent/EP0781957B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-12-19 DE DE69636732T patent/DE69636732T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-12-26 JP JP34641896A patent/JP3874866B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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