JPH11248326A - 冷凍機 - Google Patents

冷凍機

Info

Publication number
JPH11248326A
JPH11248326A JP6025798A JP6025798A JPH11248326A JP H11248326 A JPH11248326 A JP H11248326A JP 6025798 A JP6025798 A JP 6025798A JP 6025798 A JP6025798 A JP 6025798A JP H11248326 A JPH11248326 A JP H11248326A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
helium
sample
refrigerator according
cooler
cooling
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.)
Abandoned
Application number
JP6025798A
Other languages
English (en)
Inventor
Gary Stables
ステイブルズ ゲアリー
Kevin William John Timms
ウィリアム ジョン ティームズ ケヴィン
Peter Derek Daniels
デレク ダニエルズ ピーター
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.)
Oxford Instruments UK Ltd
Original Assignee
Oxford Instruments UK 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 Oxford Instruments UK Ltd filed Critical Oxford Instruments UK Ltd
Publication of JPH11248326A publication Critical patent/JPH11248326A/ja
Abandoned legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/04Cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C3/00Vessels not under pressure
    • F17C3/02Vessels not under pressure with provision for thermal insulation
    • F17C3/08Vessels not under pressure with provision for thermal insulation by vacuum spaces, e.g. Dewar flask
    • F17C3/085Cryostats
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2203/00Vessel construction, in particular walls or details thereof
    • F17C2203/06Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
    • F17C2203/068Special properties of materials for vessel walls
    • F17C2203/0687Special properties of materials for vessel walls superconducting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01Pure fluids
    • F17C2221/014Nitrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01Pure fluids
    • F17C2221/016Noble gases (Ar, Kr, Xe)
    • F17C2221/017Helium
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2223/00Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel
    • F17C2223/01Handled fluid before transfer, i.e. state of fluid when stored in the vessel or before transfer from the vessel characterised by the phase
    • F17C2223/0146Two-phase
    • F17C2223/0153Liquefied gas, e.g. LPG, GPL
    • F17C2223/0161Liquefied gas, e.g. LPG, GPL cryogenic, e.g. LNG, GNL, PLNG
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/01Propulsion of the fluid
    • F17C2227/0128Propulsion of the fluid with pumps or compressors
    • F17C2227/0157Compressors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0337Heat exchange with the fluid by cooling
    • F17C2227/0341Heat exchange with the fluid by cooling using another fluid
    • F17C2227/0355Heat exchange with the fluid by cooling using another fluid in a closed loop
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2250/00Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/03Control means
    • F17C2250/032Control means using computers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/002Gas cycle refrigeration machines with parallel working cold producing expansion devices in one circuit

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サンプルを大変低温に冷却するための冷凍機
を提供するにある。 【解決手段】 サンプル(16、17)を冷却するため
の冷凍機は、使用中のときに気体4Heを貯蔵するための
リザーバ(1)と、リザーバからの気体4Heを冷却する
ための冷却機(13)と、冷却機を介して容器と流体連
通しているヘリウム容器(18、19)と、を有する。
ヘリウム容器は使用中4Heを収容し、サンプルが、使用
中、ヘリウム容器内の4Heと熱接触して設けられ、それ
によって、ヘリウム容器内の4Heは、熱がサンプルから
冷却機に伝達する経路を作る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する分野】本発明はサンプルを冷却するため
の冷凍機に関する。
【0002】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】サンプル
を大変低温に冷却するための冷凍機が多数知られてい
る。1つの周知の冷凍機では、サンプルが液体4Heの浴
に漬けられる。熱エネルギーが液体4Heの伝導及び対流
によってサンプルから効率的に除去され、そして液体4H
eの蒸発潜熱によって吸収される。しかしながら、この
装置は多くの問題を有している。第1に、4Heが蒸発す
るから、浴に貯蔵ジュワーから液体4Heを補給してサン
プルが完全に漬かったままであるようにしなければなら
ない。第2には、サンプルを完全に漬けるのには、また
必要とされる補給頻度を最小にするのには大量の液体4H
eを必要とする。第3には、サンプルが加熱すれば、液
4Heの突然の蒸発が液体上の圧力の危険な上昇を引き
起こす事がある。第4には、浴がいっぱいである時、装
置を逆さにすることは不可能である。
【0003】これらの問題を解決する試みでは、「寒剤
のない」装置がオックスホード器械で開発され、テスラ
78mm室温ボア寒剤のない磁石参照番号Cryof5
/78として販売されている。寒剤のない装置は4.2
Kの温度で低温段階をもたらす冷却エンジンからなる。
サンプルは放射シールド及び真空空間によって室温から
遮蔽される。サンプル及び放射シールドは銅フランジの
ような熱伝導リンクによって低温段階に連結される。ヘ
リウム寒剤が必要とされないけれども、この装置は多く
の問題を有する。第1に、装置は室温から冷却するのに
長い時間がかかる。第2には、装置は冷却エンジンの限
られた有限の冷凍力により大きな又は突然の熱負荷を効
率的に吸収することができない。第3には、冷却エンジ
ンがパワー損失を受けるならば、装置は大変急速に暖ま
る。第4には、冷却エンジンは液体4He温度(即ち、4
Kの程度の温度にまでサンプルを冷却することができな
い。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の観点によ
れば、使用中であるときに、気体4Heを貯蔵するための
リザーバと、リザーバからの気体4Heを冷却するための
冷却機と、冷却機を介して容器と流体連通しているヘリ
ウム容器と、を有する、サンプルを冷却するための冷凍
機において、ヘリウム容器は使用中4Heを収容し、サン
プルが、使用中、ヘリウム容器内の4Heと熱接触して設
けられ、それによって、ヘリウム容器内の4Heは、熱が
サンプルから冷却機に伝達する経路をなしている、冷凍
機を提供する。本発明の第2の観点によれば、気体4He
のリザーバを準備し、リザーバからの気体4Heを冷却機
で冷却し、ヘリウム容器内に4Heを準備し、サンプルを
ヘリウム容器内の4Heと熱接触して設け、熱をヘリウム
容器内の4Heによって作られる経路に沿ってサンプルか
ら冷却機に伝達する、サンプルの冷却方法を提供する。
【0005】本発明は普通の冷凍機と比較して多くの利
点を提供する。第1に、冷凍機は普通の液体4He浴装置
におけるよりも著しく少量の4Heを使用しながら、4He
の冷却性質を利用する。第2には、ヘリウム容器及びリ
ザーバは一緒になって、4Heを補給する必要のない密閉
容積を形成する。第3には、サンプルが急速に暖まるな
らば、4Heは圧力の危険な上昇を引き起こすことなく、
ヘリウム容器からリザーバの中へ安全に膨張する。冷却
機は4Heを4Heの沸点以上のほぼ20Kまで冷却する。
この場合には、冷凍機内の4Heのすべてが気体である。
しかしながら、好ましくは、冷却機は気体 4Heを凝縮さ
せてヘリウム容器に流入させるのに十分なクーリングパ
ワーを有する。これは、液体4Heのより効率的な熱伝達
特性を利用する。例えば、液体4Heはサンプルを濡ら
し、かくして、サンプルの「ホットスポット」をより効
率的に除去する。加えて、凝縮した4Heが低温熱質量に
著しく加わり、それ故に、温度変動に対する免除を改善
する。
【0006】サンプルは4Heと接してヘリウム容器内に
収容される。変形例として、サンプルはヘリウム容器の
外側のサンプル室内に収容され、熱伝導リンクによって
ヘリウム容器内の4Heに熱的に接続される。適当な冷却
機を使用しても良いが、典型的には、冷却機は閉サイク
ル極低温冷却機のような冷却エンジンからなる。好まし
い例では、冷却機はギホルドーマクマホンサイクル極低
温冷却機からなる。典型的には、冷凍機はサンプルを外
部放射から遮蔽する放射シールドを更に有する。この場
合には、冷却機は好ましくは放射シールドをも冷却す
る。4Heの容積の減少(普通のヘリウム浴と比較したと
き)により、冷凍機は室温から冷えるのに長い時間がか
かる。従って、好ましくは、冷凍機は液体窒素で冷凍機
を予備冷却するための液体窒素予備冷却装置を更に有す
る。
【0007】液体窒素予備冷却装置は放射シールド及び
又はサンプルを予備冷却する。冷却時間もサンプルお呼
び又は放射シールドを冷却するための1つ又はそれ以上
の追加の冷却機を設けることによって短くすることがで
きる。典型的には、ヘリウム容器の容積は、使用中ヘリ
ウム容器内の4Heの容積全体が5リットル以下、好まし
くば、2リットル以下であるように選択される。サンプ
ルがヘリウム容器内に収容されるならば、この容積はサ
ンプルとヘリウム容器の内周との間の容積になる。この
場合には、ヘリウムと接触するサンプルの領域は典型的
には、1m2 よりも大きい。好ましい冷却機では、容積
は1リットル乃至2リットルである。冷却機が4Heを凝
縮する場合には、ヘリウム容器と寒剤リザーバの体積
は、ヘリウム容器に流入する液体4Heの容積全体が5リ
ットルを超えない、好ましくは2リットルを超えないよ
うに等量に選択される。好ましい例では、凝縮した容積
は1リットル乃至2リットルである。
【0008】好ましい実施形態では、サンプルから冷却
機に伝達する熱の追加の経路を与えるために固体の高熱
伝導リンクも設けられる。どんなサンプルをも冷凍機で
冷却することができるが、好ましくは、サンプルは超伝
導磁石からなる。4Heの効率的な熱運搬特性は、渦電流
加熱によって引き起こされる局部的な高温スポットを冷
却することが重要であるようなこの適応に特に相応し
い。加えて、磁石が冷えるならば、冷却機は突然の熱負
荷を容易に吸収することができ、蒸発する4Heが圧力の
危険な上昇を引き起こすことなくリザーバの中へ安全に
膨張することができる。磁石はNb3 Snからなる材料
で形成されるのが良い。しかしながら、この材料は高価
であり、好ましくは、磁石はNbTiからなる材料で形
成される。
【0009】
【発明の実施形態】今、本発明の例を添付図面を参照し
て説明する。図1を参照すると、ヘリウムガスボンベ1
がヘリウムガスをヘリウムガス強給弁3の制御の下に1
200リットル容量のガス貯蔵タンク2に供給する。ヘ
リウムガス貯蔵タンク2は4.2Kで1ー2リットルの
液体ヘリウムに凝縮するのに十分なガスを室温で貯蔵す
る。ガス貯蔵タンク2は制御/常用キャビネット4内に
収容される。液体窒素ジュワー5が液体窒素を窒素供給
弁6を介して制御/常用キャビネット4に供給する。超
伝導磁石(図1に図示せず)はこの装置で冷却され、そ
して外真空ケーシング8内に収容される。低温ヘッド1
3と、コンプレッサー14とを有する4Kギホードーマ
クマホーンサイクル極低温冷却機によって一次冷却力が
得られる。適当な4K超低温冷却機の例は、モデルRD
Kー408D低温ヘッドとモデルCSW71Bコンプレ
ッサーとを有する住友重工業株式会社製のSRDKー4
08DW希土類強化極低温冷却機である。低温ヘッド1
2と、コンプレッサー15とを有する20Kギホードー
マクマホーンサイクル極低温冷却機によって二次冷却力
が得られる。全てのガス供給ライン及び電気供給ライン
が図2にもっと詳細に示すように、外装キャタピラー導
管11内に収容される。
【0010】図2を参照すると、コンプレッサー14、
15はそれぞれのヘリウム可撓性ライン66、67によ
って低温ヘッド12、13に接続される。可撓性ライン
66、67はヘリウムをコンプレッサーから低温ヘッド
に供給し、且つ又ヘリウムを低温ヘッドからコンデンサ
ーに戻す。ヘリウムガス供給ライン23でのヘリウムの
流量はガスコントローラ26によって制御される弁2
4、25によって調整される。これらの弁は通常は開い
ていて磁石の冷却中急激な膨張を可能にする。室温から
4.2Kまでの冷却を加速するために、液体窒素が予備
冷却熱交換器に供給され、該熱交換器は磁石及び放射シ
ールド(以下に説明する)と熱接触している。液体窒素
は液体窒素コントローラ41の制御の下に液体窒素供給
ライン40から供給される。液体窒素コントローラ41
は液体窒素をジュワー5から供給ライン42を経て受
け、窒素ガスをベント43から排出する。窒素は戻りラ
イン44によって窒素コントローラ41に戻される。
【0011】コンデンサー14、15及びコントローラ
26、41はPC45によって制御される。ガス貯蔵タ
ンク2の圧力は圧力ゲージ46でモニターすることがで
き、ヘリウム区画室34、35(図4及び5に示す)の
圧力は圧力ゲージ47でモニターすることができる。
今、図3ー5を参照すると、超伝導磁石は一対の直列に
接続された超伝導NbTi磁石コイル16、17からな
る。各コイル16、17はそれぞれのアルミニウム巻型
50、51の縁部の周りに延びるU形溝に巻かれる。ア
ルミニウム巻型50、51は各々それぞれのステンレス
又は銅製の磁石容器18、19にボルト止めされ且つ溶
接される。超伝導磁石スイッチ(図示せず)が磁石容器
18、19の一方に収容される。磁石容器18、19は
放射シールド20の内側のストラットで吊り下げられて
いる。放射シールド20は磁石及び超伝導スイッチを3
00K放射から遮蔽する。放射シールド20は真空絶縁
をもたらし、かつ装置の外部インターフェースとして作
用する外側真空ケーシング8内に収容される。
【0012】各コイル16、17は1890mmの内
径、1960mmの外径、及び200mmの幅(図4及
び5で左から右)を有する。従って、液体ヘリウムによ
って濡らされる磁石の領域は1.96m×π×0.2m
=1.23m2 である。コイルは0.25Tの磁界を
発生させる。供給ライン40からの液体窒素が20K冷
却機を収容するターレットの入口ポート53(図3)に
供給される。入口ポート53は、54で指示したよう
に、放射シールド20の内側に巻かれ、55で指示した
ように、磁石容器18、19の外側に巻かれた連続長さ
の6ー10mm外径の管を有する熱交換機に通じてい
る。熱交換機からの液体窒素は出口ポート56(図3)
を経て戻りライン44に出る。
【0013】図5(4K極低温冷却機の低温ヘッド13
を示す)を参照すると、低温ヘッド13は冷却室29内
に設けられた第1低温ステーション27及び第2低温ス
テーション28を有する。極低温冷却機は、課せられる
熱負荷に応じて、第1段階低温ステーション27のため
に、25K乃至40Kの範囲の、及び第2低温ステーシ
ョン28のために、3.5K乃至4.2Kの範囲の温度
で連続閉サイクル冷凍を生じさせる。低温ヘッド12、
13は各々放射シールド20との伝導性連結を有し、従
って、伝導によって放射シールドを冷却する。ヘリウム
供給ライン23は入力部7を介して低温ヘッド13に接
続される。入力部7は冷却室29と流体連通している。
冷却室29も、Tー接合部31に延びる供給ライン30
と流体連通している。Tー接合部31からの供給ライン
32、33は各々磁石16、17とそのそれぞれの磁石
容器18、19の内周との間ヘリウム室34、35と連
通する。従って、ヘリウム室34、35は各々4K低温
ヘッド13を介して貯蔵タンク2と流体連通している。
磁石コイル16、17とそれらのそれぞれの磁石容器と
の間の空間は1ー5mmの程度のものであり、各ヘリウ
ム室34、35の容積は1リットル程度のものである。
【0014】低温段階28とコイル16、17との間に
は、銅フランジ58に取り付けられた銅編み組57の多
数のストランドによって中実の高熱伝導リンクが作られ
る。低温ヘッド13は又磁石を作動する電流リード線
(図示せず)及び超伝導スイッチを作動するためのリー
ド線(図示せず)を収容する。磁石の電流リード線は真
鍮か、或いは好ましくは、高温超伝導体のいずれかでよ
い。装置は次の方法で室温から冷却される。 1 .先ず、外側真空ケーシング内の圧力を適当な真空ポ
ンプを使用して8乃至1×10-4ミリバールに減ずる事
が必要である。初期のポンプダウンの後、真空保全性は
収着ポンプ(図示せず)によって維持される。 2 .極低温冷却機12ー15にスイッチを入れる。
【0015】3 .液体窒素供給弁60を開く。 4 .液体窒素コントローラ41は液体窒素を予備冷却熱
交換機を介して磁石容器18、19及び放射シールド2
0の周りに液送する。これは、放射シールド20及び超
伝導磁石コイル16、17を冷却する。 5 .液体窒素供給弁60を閉じ、戻り弁61を開く。 6 .ヘリウムガスでベント側からパージすることによっ
て、液体窒素を装置から取り出す。これは、残留液体窒
素を予備冷却熱交換機から液体窒素貯蔵ジュワー5に吸
い戻す。放射シールド及び磁石コイルが凝固点以下に冷
えたとき、液体窒素が放射シールド20及び磁石コイル
16、17上で凍結固体になるから、液体窒素を除去す
ることが必要である。加えて、窒素は著しい熱質量有
し、該熱質量は本当は有用ではないから、低温ヘッドク
ーリングパワーは浪費されて窒素を冷却する。
【0016】7 .磁石は低温ヘッド12、13との固体
の熱伝導性取り付け部(即ち、フランジ58及び編み組
57)の伝導により、また磁石を取り囲むヘリウムガス
の対流及び伝導により、冷却され、即ちヘリウム室3
4、35内のヘリウムガス及び供給ライン31、32、
33に沿うヘリウムガスは磁石コイル16、17から冷
却室29への熱伝達経路を作る。 8 .第2低温段階28がガス圧力でヘリウム飽和温度以
下に減少すると、液体ヘリウムの凝縮が第2低温段階で
起こる。次いで、液体ヘリウムは供給ライン31に沿っ
て流れ、供給ライン32、33を経てヘリウム室34、
35に流入する。 9 .温度が更に下がり、液体ヘリウムの凝縮が続くと、
磁石コイル16、17及び超伝導スイッチ(図示せず)
が先ず液体ヘリウムで濡らされ、遂には、液体ヘリウム
に完全に漬けられる。
【0017】10.凝縮は、圧力が、凝縮が終わるヘリウ
ム飽和圧力と等しくなるまで続く。この時点で、ガス貯
蔵タンク2は減少した圧力で室温になる。 11.今や、磁石コイル16、17及び超伝導スイッチは
ほぼ4Kであり、普通の方法で作動することができる。 装置の液体窒素による予備冷却を使用して装置を室温か
らほぼ4.2Kまで完全に冷却するのに必要とされる時
間は磁石のトン当たりほぼ24時間である。ガス貯蔵タ
ンク2の圧力対磁石の温度を図6に示す。分かるよう
に、圧力は1バールよりも大きく、典型的には、1バー
ルから2バールの間にある。正常な操作中、圧力はヘリ
ウム回路のあらゆるところ(即ち、貯蔵タンク2、冷却
室29、供給ライン30、32、33及びヘリウム室3
4、35)で実質的に同じである。しかしながら、ヘリ
ウムガス供給ライン23が修理中外されるときに、ヘリ
ウム室34、35の別々の圧力ゲージ47が必要とされ
る。再び接続する前に、ヘリウム室34、35の圧力と
貯蔵タンク2の圧力を圧力ゲージ46、47を参照して
等しくする。
【0018】磁石コイル16、17の高温スポット(渦
電流等で発生される)は液体ヘリウムの伝導及び対流に
よって及び液体ヘリウムの蒸発潜熱によって急速に冷却
される。その過程で蒸発したヘリウムは、磁石が不変モ
ードにあるときに、後で再び凝縮される。停電の場合に
は(或いは、4K極低温冷却機13、14を交換又は修
理しなければならない場合には)磁石を冷やすおおよそ
の時間は一時間程度のもので、全体のヘリウム容積及び
低温保持装置の形態で決まる。電力が再び接続される間
(或いは4K極低温冷却機13、14を交換又は修理さ
れる間)磁石を予め選択された定置磁界で不変モードに
維持することができ、磁石が低温に保たれる限り、磁石
は作動し続ける。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による冷凍機の例の第1の概略図であ
る。
【図2】電子及びガス設備を示す、図1の装置の第2の
概略図である。
【図3】磁石装置の平面図である。
【図4】図3のYーY線に沿う断面図である。
【図5】4K極低温冷却機を示す、図3のZーZ線にお
ける断面図である。
【図6】ヘリウムガス貯蔵タンクの圧力対磁石の温度を
示すグラフである。
【符号の説明】
1 リザーバ 5 液体窒素による予備冷却装置 16 超伝導磁石(サンプル) 17 超伝導磁石(サンプル) 18 ヘリウム容器 19 ヘリウム容器 20 放射シールド
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成10年4月13日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図3】
【図4】
【図2】
【図5】
【図6】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケヴィン ウィリアム ジョン ティーム ズ イギリス オックソン オーエックス8 1ピーキュー ウィットニー エインシャ ム ウィットニー ロード 10 (72)発明者 ピーター デレク ダニエルズ イギリス ノーザンプトンシャー エヌエ ヌ1 3アールエックス ダヴェントリー ウッドフォード ホールズ ウィーロー クローズ 7

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 使用中のときに気体4Heを貯蔵するため
    のリザーバ(1)と、リザーバからの気体4Heを冷却す
    るための冷却機(13)と、冷却機を介して容器と流体
    連通しているヘリウム容器(18、19)と、を有す
    る、サンプル(16、17)を冷却するための冷凍機に
    おいて、ヘリウム容器は使用中4Heを収容し、サンプル
    が、使用中、ヘリウム容器内の4Heと熱接触して設けら
    れ、それによって、ヘリウム容器内の4Heは、熱がサン
    プルから冷却機に伝達する経路をなす、冷凍機。
  2. 【請求項2】 冷却機(13)は気体4Heを凝縮させ且
    つヘリウム容器に流入させるのに十分なクーリングパワ
    ーを有する、請求項1に記載の冷凍機。
  3. 【請求項3】 ヘリウム容器(18、19)の容積及び
    リザーバ(1)の容積は、ヘリウム容器に流入する液体
    4Heの全容積が5リットルを超えないように選択され
    る、請求項2に記載の冷凍機。
  4. 【請求項4】 ヘリウム容器(18、19)の容積及び
    リザーバ(1)の容積は、ヘリウム容器に流入する液体
    4Heの全容積が2リットルを超えないように選択され
    る、請求項3に記載の冷凍機。
  5. 【請求項5】 サンプル(16、17)が、使用中、ヘ
    リウム容器(18、19)内に収容される、請求項1乃
    至4のいずれか1項に記載の冷凍機。
  6. 【請求項6】 冷却機(13)は閉サイクル極低温冷却
    機からなる、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の冷
    凍機。
  7. 【請求項7】 冷却機(13)はギフホードーマクマホ
    ーンサイクル極低温冷却機からなる、請求項6に記載の
    冷凍機。
  8. 【請求項8】 サンプルを外部放射から遮蔽する放射シ
    ールド(20)を更に有する、請求項1乃至7のいずれ
    か1項に記載の冷凍機。
  9. 【請求項9】 冷却機(13)は放射シールド(20)
    を冷却する、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の冷
    凍機。
  10. 【請求項10】 冷凍機を液体窒素で予備冷却するため
    の液体窒素による予備冷却装置(5)を更に有する、請
    求項1乃至9のいずれか1項に記載の冷凍機。
  11. 【請求項11】 液体窒素による予備冷却装置(5)は
    放射シールドを予備冷却する、請求項8又は10に記載
    の冷凍機。
  12. 【請求項12】 液体窒素による予備冷却装置(5)は
    サンプルを予備冷却する、請求項10又は11に記載の
    冷凍機。
  13. 【請求項13】 サンプル及び又は放射シールドを冷却
    するための1つ又はそれ以上の追加の冷却機(12)を
    更に有する請求項1乃至12のいずれか1項に記載の冷
    凍機。
  14. 【請求項14】 ヘリウム容器(18、19)の容積、
    ヘリウム容器内の使用中の4Heの全容積が5リットルよ
    りも少ないように選択される、請求項1乃至13のいず
    れか1項に記載の冷凍機。
  15. 【請求項15】 ヘリウム容器(18、19)の容積
    は、ヘリウム容器内の使用中の4Heの全容積が2リット
    ルよりも少ないように選択される、請求項14に記載の
    冷凍機。
  16. 【請求項16】 サンプルから冷却機に伝達する熱の追
    加の経路をなす固体熱伝導リンクを更に有する、請求項
    1乃至15のいずれか1項に記載の冷凍機。
  17. 【請求項17】 請求項1乃至16のいずれか1項に記
    載の冷凍機と、ヘリウム容器内の4Heと熱接触して設け
    られた超伝導磁石(16)とを有し、それによって、ヘ
    リウム容器内の4Heがサンプルから冷却機に伝達する熱
    の経路をなす、磁界を発生させるための装置。
  18. 【請求項18】 超伝導磁石に接続された1つ又はそれ
    以上の電流リード線を更に有し、電流リード線は高温超
    伝導体で作られる、請求項16に記載の装置。
  19. 【請求項19】 気体4Heを貯蔵するためのリザーバ
    (1)は室温リザーバである請求項1乃至18のいずれ
    か1項に記載の冷凍機。
  20. 【請求項20】 気体4Heのリザーバ(1)を準備し、
    リザーバ(1)からの気体4Heを冷却機(13)で冷却
    し、ヘリウム容器(18、19)内に4Heを入れ、サン
    プル(16、17)をヘリウム容器内の4Heと熱接触し
    て設け、熱を、ヘリウム容器内の4Heによって作られる
    経路に沿ってサンプルから冷却機に伝達する、サンプル
    (16、17)を冷却する方法。
  21. 【請求項21】 気体4Heのリザーバ(1)を準備し、
    リザーバ(1)からの気体4Heを冷却機(13)で冷却
    し、ヘリウム容器(18、19)内に4Heを入れ、超伝
    導磁石(16、17)をヘリウム容器内の4Heと熱接触
    して設け、熱を、ヘリウム容器内の4Heによって作られ
    る経路に沿って超伝導磁石から冷却機に伝達する、磁界
    を発生させる方法。
JP6025798A 1998-02-19 1998-03-12 冷凍機 Abandoned JPH11248326A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB98301222:0 1998-02-19
EP19980301222 EP0937953A1 (en) 1998-02-19 1998-02-19 Refrigerator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11248326A true JPH11248326A (ja) 1999-09-14

Family

ID=8234674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6025798A Abandoned JPH11248326A (ja) 1998-02-19 1998-03-12 冷凍機

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5979176A (ja)
EP (1) EP0937953A1 (ja)
JP (1) JPH11248326A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003336921A (ja) * 2002-04-05 2003-11-28 Ge Medical Systems Global Technology Co Llc ライドスルーを備えたパルス管冷凍システム

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6396377B1 (en) * 2000-08-25 2002-05-28 Everson Electric Company Liquid cryogen-free superconducting magnet system
JP2006502778A (ja) * 2002-10-16 2006-01-26 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Mr機器の冷却装置
GB0411601D0 (en) * 2004-05-25 2004-06-30 Oxford Magnet Tech Side sock refrigerator interface
US8448455B2 (en) * 2008-07-03 2013-05-28 Bruker Biospin Gmbh Method for cooling a cryostat configuration during transport and cryostat configuration with transport cooler unit
US8610434B2 (en) * 2011-07-21 2013-12-17 ColdEdge Technologies, Inc. Cryogen-free cooling system for electron paramagnetic resonance system
US20160187435A1 (en) * 2014-12-29 2016-06-30 General Electric Company Cooling system and method for a magnetic resonance imaging device
DE102016208226A1 (de) 2016-05-12 2017-11-16 Bruker Biospin Ag Kryogenfreies Magnetsystem mit magnetokalorischer Wärmesenke
EP3285032B1 (de) 2016-08-18 2019-07-24 Bruker BioSpin AG Kryostatanordnung und verfahren zum betrieb davon
DE102018130883A1 (de) 2017-12-04 2019-06-06 Montana Instruments Corporation Analytische Instrumente, Verfahren und Komponenten
US11956924B1 (en) 2020-08-10 2024-04-09 Montana Instruments Corporation Quantum processing circuitry cooling systems and methods

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2982106A (en) * 1959-07-30 1961-05-02 Ambler Ernest Low temperature refrigeration apparatus and process
GB1215979A (en) * 1968-08-27 1970-12-16 Int Research & Dev Co Ltd Improvements in and relating to low temperature apparatus
FR2082897A5 (ja) * 1970-03-31 1971-12-10 Alsthom
DE2352147C3 (de) * 1973-10-17 1982-02-11 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Vorrichtung zur Versorgung eines Kryostaten
JPS5913308A (ja) * 1982-07-14 1984-01-24 Toshiba Corp 超電導磁石の冷却装置
JPS5932758A (ja) * 1982-08-16 1984-02-22 株式会社日立製作所 冷凍機付クライオスタツト
JPS61208206A (ja) * 1985-03-13 1986-09-16 Mitsubishi Electric Corp 超電導マグネツト
JPH065648B2 (ja) * 1985-09-30 1994-01-19 株式会社東芝 超電導磁石装置
JP2551067B2 (ja) * 1987-12-26 1996-11-06 アイシン精機株式会社 冷却装置
US4956976A (en) * 1990-01-24 1990-09-18 Astronautics Corporation Of America Magnetic refrigeration apparatus for He II production
US5410286A (en) * 1994-02-25 1995-04-25 General Electric Company Quench-protected, refrigerated superconducting magnet

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003336921A (ja) * 2002-04-05 2003-11-28 Ge Medical Systems Global Technology Co Llc ライドスルーを備えたパルス管冷凍システム

Also Published As

Publication number Publication date
EP0937953A1 (en) 1999-08-25
US5979176A (en) 1999-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1586833A2 (en) Cooling apparatus
US7474099B2 (en) NMR apparatus with commonly cooled probe head and cryogenic container and method for the operation thereof
EP3523582B1 (en) Passive flow direction biasing of cryogenic thermosiphon
JP4417247B2 (ja) 超伝導磁石と冷凍ユニットとを備えたmri装置
US20090275478A1 (en) Method and apparatus for maintaining a superconducting system at a predetermined temperature during transit
US20070245749A1 (en) Closed-loop precooling of cryogenically cooled equipment
JPH11288809A (ja) 超電導マグネット装置
US20060218942A1 (en) Cryogen tank for cooling equipment
WO1997009562A1 (en) Open and closed mri cryostat
US10082549B2 (en) System and method for cooling a magnetic resonance imaging device
JPH11248326A (ja) 冷凍機
KR102426500B1 (ko) 극저온 냉각용 배열체
US5956957A (en) Cryostat apparatus
US20090224862A1 (en) Magnetic apparatus and method
US4680936A (en) Cryogenic magnet systems
JPH08222429A (ja) 極低温装置
JP5833284B2 (ja) 冷却装置
KR20070006590A (ko) 과냉각된 수평 저온유지장치
JP2008538856A (ja) クライオスタットアセンブリ
JP6164409B2 (ja) Nmrシステム
Green Cooling the MICE magnets using small cryogenic coolers
CN101105358B (zh) 用于冷却的装置
US20200058423A1 (en) Thermal bus heat exchanger for superconducting magnet
Stautner Special topics in cryostat design
JPH0584651B2 (ja)

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041215

A762 Written abandonment of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762

Effective date: 20050114