JPS5932758A - 冷凍機付クライオスタツト - Google Patents
冷凍機付クライオスタツトInfo
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- JPS5932758A JPS5932758A JP57141113A JP14111382A JPS5932758A JP S5932758 A JPS5932758 A JP S5932758A JP 57141113 A JP57141113 A JP 57141113A JP 14111382 A JP14111382 A JP 14111382A JP S5932758 A JPS5932758 A JP S5932758A
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- Japan
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- heat exchanger
- stage
- liquid nitrogen
- helium
- liquid
- Prior art date
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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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS 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
- F17C3/00—Vessels not under pressure
- F17C3/02—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation
- F17C3/08—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation by vacuum spaces, e.g. Dewar flask
- F17C3/085—Cryostats
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
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- F17C2203/00—Vessel construction, in particular walls or details thereof
- F17C2203/06—Materials for walls or layers thereof; Properties or structures of walls or their materials
- F17C2203/068—Special properties of materials for vessel walls
- F17C2203/0687—Special properties of materials for vessel walls superconducting
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS 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
- F17C2270/00—Applications
- F17C2270/05—Applications for industrial use
- F17C2270/0527—Superconductors
- F17C2270/0536—Magnetic resonance imaging
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/10—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point with several cooling stages
-
- 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
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- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
- Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
- Y10S505/888—Refrigeration
- Y10S505/892—Magnetic device cooling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は極低温用恒温槽に係り、特に超゛tu導マグネ
ットの冷却に好適な−、リウノ、冷凍機イ;1クライオ
スタットに関するもので斤)る。 ()η来の極低温用恒温槽、例えば超電導マグネット冷
却片のタライ]スタンド1まfit図に示すようなもの
が−・般的であった。 第1図は超電1導マクネy)を用いた核磁気共鳴88!
置(通りK N M Rと呼ばれている。)のクライオ
スタットを示す例で1はクライオスタフ、 )本体、2
は円筒内壁、3は超電導マグネット、4は液体ヘリウム
槽、5は液体ヘリウム槽4への熱侵入を低減させるだめ
の熱シールドの役目をする液体窒素槽、6は液体ヘリウ
ノ・供給管、7は液体窒素シーA−ド管、8は液体ヘリ
ウム供給管カバー、9は液体窒素供給管、10は液体窒
素供給管カッく−である。また、クライオスタット本体
1と液体ヘリウノ・槽4および液体窒素槽5ならびに円
筒内壁2で四重れた空間は、外部からの熱侵入を少なく
するため、X空に保持されでいる。第2図は(1,来の
クライオスタットにおける液体ヘリウノ・および液体窒
素の供給状況を説明するもので、11は液体ヘリウム容
器、12は液体ヘリウム輸送管、13は液体窒素容器、
工4は液体窒素輸送管である。 次に従来のクライオスタットの作用についで説明すると
、まず液体窒素容器13から液体窒素輸送管14.液体
窒素供給管9を経て液体窒素槽5の中に液体窒素を十分
に供給する。次いで液体ヘリウノ、容器11から液体ヘ
リウム輸送管]2.液体ヘリウノ、供給v6を経て液体
ヘリウム槽4の中に液体へ・リウムを十分に供給する。 液体へリウl=槽4に液体ヘリウムが供給されると槽内
のマグネットは超電導状態になって超電導マグネット3
として作用しはじめる。 超電導マグネット3が作用しはじめると、円筒内壁2の
中におかれた被試験体(図示せず)に磁場が働き、核磁
気共鳴を使った生体検査が可能になる。 この」−ウな従来方式のフライメスタラトロ−」;れば
次のような問題があった。すなわち、人間のガン診断な
どを目的とするような全身用のNMRになると超電導マ
グネット3が大きくなるため、それを収納している液体
ヘリウノ・槽4および熱シールドの役目をする液体窒素
槽5も必然的に犬きくなり、したがって液体窒素槽5お
よび液体ヘリウム槽4への熱侵入が大きくなる。しかし
て液体窒素および液体ヘリウムの蒸発J11が多くなる
ので、液体窒素や液体ヘリウノ・の供給頻鹿が多くなる
。 これらの液体窒素や液体ヘリウノ、の取扱いには熟練作
業者な心数と()、()かもN M Rを股[1′&す
るのは病院であるから、従来は必要でなかった作業者を
液体窒素や液体−\リウノ・の供給のためにだけ雇用せ
ねばならないうえ、定期的に液体窒素容器13゜液体ヘ
リウム容器11の交換作業が必要になるというわずられ
しさがうった。 本発明の「1的は、極低温用タライ8スタットにおいで
、液体窒素や7+に体ヘリウノ、の定期的な供給な必歎
と(〕ないヘリウノ・冷凍機付クライオスタットを4J
^供−オることに市も、。 本発明の四点は、クライオスタy)の外壁内の駅間−1
−熱交換巷および膨張(焚からなるヘリウノ・冷凍機を
収納し、液体窒素槽および液体ヘリウム槽内の液体窒素
および液体へリウムを−、リウム冷凍機で冷却すること
により、従来のクライオスタットにおける問題点を解決
したことにある。 す、下、本発明の一実施例を第3図、第4図によって説
明する。第3図、第4図において、第1図に同一部分は
同一符号で示し、説明を省略する。 15は高圧ヘリウノ、ガスを供給するためのヘリウム圧
縮機、]9はクライオスタット本体1の外壁を突出させ
て空間を形成した外取付台、卸は液体窒素槽5の−RI
Xを外JIQ付台19内に突出させた内取伺台、21は
高圧ヘリウムガスの膨張作用によって低温を発生する2
段膨張式のヘリウム冷凍機(以トー詮凍機と呼ぶ)で、
第1段シリンダ31および第2段シリンダあがそれぞれ
外取付台19内および内取伺台加内に配置され、第1段
シリンダ31の先端は内取伺台加に熱的に接触して取付
けられている。刀は第1PIシリンダ31の先端部外側
に設けられた熱丈換器よりなる第1段コールドステーシ
ロン、羽は第2段シリンダあの先端部外側に設けらiL
だ熱交換器よりなるコールドステージ□ン、屑は内部(
こフィンチューブ42を設けた円筒状の第1シエル43
.1、りなる車J熱交換iliで、11(1段シリンダ
31を囲ん”C1外J((利金J9内壁に取イ・]けら
れでいる。届およびがは内部1こンイノブー、−ブ44
および50を設け、一体に形成された円筒状の412ソ
エル45および第3シ、ル51よりなる第2熱又換器」
やよび第3熱交換間で、442段シリンダ;Hを囲ん−
(・内爪イ1台2)内壁lこ増刊けられでいる。第1熱
交換器囚内のフィッグ1−ブ42の一端は高圧ヘリウノ
・カス供給管16に接続されでおり、フィッグ、−ブ4
2の他端とT(52熱交換器部内のフィンチューブ44
の一端とは第1段コー・ルドスデージョンηを介して接
続され′℃いる。iた、第2熱交換R1!25内のフィ
ノテユープ狛の他端と弔3熱ダ換器が内のフィノチ、−
ブj)。 σル一端とは弔2段コールトスf−ジqノZ(を介して
接続され−(おり、フィング、−ブ50の他y:iJ
iまジュールトノ・ソノ弁nを介L/で敢体ヘリウノ・
槽4内番二設けられた凝縮熱父換!IIi別の一端に接
続され゛(いる。凝縮熱交換器列の他端は第3熱交換器
がの第3シエル51の一端と、第3シエル51と一体に
形成された第2熱交換器がのiJ 2シエル45の一端
は第1熱交換器囚の第1シ、ル43の一ズ1Aとそれぞ
れ接続されており、第1シエル43の他端は戻し管18
に接続されている。32(!内部(こ第1段蓄冷器33
(例えば熱界量の大きい銅金網等を用いたもの)を収納
(ハJ1段シリンダ31内に移動可能に嵌挿して第1段
膨張室49を形成した第1段ディスフレー・すで、ロッ
ト゛52を介して往復駆動される。35は倉11段ディ
スプl/−ツ32と一体′またはビン結合により形成さ
れ、内部(こ2TS 2段蓄冷器36(例えば熱容nが
大きく、第1段蓄冷器よりも充填密度を大きく−するた
め鉛球等を用いたもの)を収納し、452段シリンダM
内に′M、動可能に嵌挿してn52段膨張室47な形成
()た第2段ディスフレー゛す、37は第1J9.ディ
スプレー−ν32内と第2段ディスプレー−−−リ35
内とを連通した中間通路、あは中間通路37と2■1段
膨張室49とを連絡した第1段ガス供給孔、46は第2
段ディスプレーサ35内と第2段膨lit>室47とを
連絡した第2段ガス供給孔、40は第j段グイスプレー
′v32の外周より第1p51.蓄冷器おに通じるガス
通路、39および48は第1段ガス供給孔 −932の
外周に設けられたシールリンクで、シールリング391
Jヘリウムガスが外部へ漏れるのを防止し、ソールリン
グ48は常温のヘリウムガスがi31段シリンダ3
ットの冷却に好適な−、リウノ、冷凍機イ;1クライオ
スタットに関するもので斤)る。 ()η来の極低温用恒温槽、例えば超電導マグネット冷
却片のタライ]スタンド1まfit図に示すようなもの
が−・般的であった。 第1図は超電1導マクネy)を用いた核磁気共鳴88!
置(通りK N M Rと呼ばれている。)のクライオ
スタットを示す例で1はクライオスタフ、 )本体、2
は円筒内壁、3は超電導マグネット、4は液体ヘリウム
槽、5は液体ヘリウム槽4への熱侵入を低減させるだめ
の熱シールドの役目をする液体窒素槽、6は液体ヘリウ
ノ・供給管、7は液体窒素シーA−ド管、8は液体ヘリ
ウム供給管カバー、9は液体窒素供給管、10は液体窒
素供給管カッく−である。また、クライオスタット本体
1と液体ヘリウノ・槽4および液体窒素槽5ならびに円
筒内壁2で四重れた空間は、外部からの熱侵入を少なく
するため、X空に保持されでいる。第2図は(1,来の
クライオスタットにおける液体ヘリウノ・および液体窒
素の供給状況を説明するもので、11は液体ヘリウム容
器、12は液体ヘリウム輸送管、13は液体窒素容器、
工4は液体窒素輸送管である。 次に従来のクライオスタットの作用についで説明すると
、まず液体窒素容器13から液体窒素輸送管14.液体
窒素供給管9を経て液体窒素槽5の中に液体窒素を十分
に供給する。次いで液体ヘリウノ、容器11から液体ヘ
リウム輸送管]2.液体ヘリウノ、供給v6を経て液体
ヘリウム槽4の中に液体へ・リウムを十分に供給する。 液体へリウl=槽4に液体ヘリウムが供給されると槽内
のマグネットは超電導状態になって超電導マグネット3
として作用しはじめる。 超電導マグネット3が作用しはじめると、円筒内壁2の
中におかれた被試験体(図示せず)に磁場が働き、核磁
気共鳴を使った生体検査が可能になる。 この」−ウな従来方式のフライメスタラトロ−」;れば
次のような問題があった。すなわち、人間のガン診断な
どを目的とするような全身用のNMRになると超電導マ
グネット3が大きくなるため、それを収納している液体
ヘリウノ・槽4および熱シールドの役目をする液体窒素
槽5も必然的に犬きくなり、したがって液体窒素槽5お
よび液体ヘリウム槽4への熱侵入が大きくなる。しかし
て液体窒素および液体ヘリウムの蒸発J11が多くなる
ので、液体窒素や液体ヘリウノ・の供給頻鹿が多くなる
。 これらの液体窒素や液体ヘリウノ、の取扱いには熟練作
業者な心数と()、()かもN M Rを股[1′&す
るのは病院であるから、従来は必要でなかった作業者を
液体窒素や液体−\リウノ・の供給のためにだけ雇用せ
ねばならないうえ、定期的に液体窒素容器13゜液体ヘ
リウム容器11の交換作業が必要になるというわずられ
しさがうった。 本発明の「1的は、極低温用タライ8スタットにおいで
、液体窒素や7+に体ヘリウノ、の定期的な供給な必歎
と(〕ないヘリウノ・冷凍機付クライオスタットを4J
^供−オることに市も、。 本発明の四点は、クライオスタy)の外壁内の駅間−1
−熱交換巷および膨張(焚からなるヘリウノ・冷凍機を
収納し、液体窒素槽および液体ヘリウム槽内の液体窒素
および液体へリウムを−、リウム冷凍機で冷却すること
により、従来のクライオスタットにおける問題点を解決
したことにある。 す、下、本発明の一実施例を第3図、第4図によって説
明する。第3図、第4図において、第1図に同一部分は
同一符号で示し、説明を省略する。 15は高圧ヘリウノ、ガスを供給するためのヘリウム圧
縮機、]9はクライオスタット本体1の外壁を突出させ
て空間を形成した外取付台、卸は液体窒素槽5の−RI
Xを外JIQ付台19内に突出させた内取伺台、21は
高圧ヘリウムガスの膨張作用によって低温を発生する2
段膨張式のヘリウム冷凍機(以トー詮凍機と呼ぶ)で、
第1段シリンダ31および第2段シリンダあがそれぞれ
外取付台19内および内取伺台加内に配置され、第1段
シリンダ31の先端は内取伺台加に熱的に接触して取付
けられている。刀は第1PIシリンダ31の先端部外側
に設けられた熱丈換器よりなる第1段コールドステーシ
ロン、羽は第2段シリンダあの先端部外側に設けらiL
だ熱交換器よりなるコールドステージ□ン、屑は内部(
こフィンチューブ42を設けた円筒状の第1シエル43
.1、りなる車J熱交換iliで、11(1段シリンダ
31を囲ん”C1外J((利金J9内壁に取イ・]けら
れでいる。届およびがは内部1こンイノブー、−ブ44
および50を設け、一体に形成された円筒状の412ソ
エル45および第3シ、ル51よりなる第2熱又換器」
やよび第3熱交換間で、442段シリンダ;Hを囲ん−
(・内爪イ1台2)内壁lこ増刊けられでいる。第1熱
交換器囚内のフィッグ1−ブ42の一端は高圧ヘリウノ
・カス供給管16に接続されでおり、フィッグ、−ブ4
2の他端とT(52熱交換器部内のフィンチューブ44
の一端とは第1段コー・ルドスデージョンηを介して接
続され′℃いる。iた、第2熱交換R1!25内のフィ
ノテユープ狛の他端と弔3熱ダ換器が内のフィノチ、−
ブj)。 σル一端とは弔2段コールトスf−ジqノZ(を介して
接続され−(おり、フィング、−ブ50の他y:iJ
iまジュールトノ・ソノ弁nを介L/で敢体ヘリウノ・
槽4内番二設けられた凝縮熱父換!IIi別の一端に接
続され゛(いる。凝縮熱交換器列の他端は第3熱交換器
がの第3シエル51の一端と、第3シエル51と一体に
形成された第2熱交換器がのiJ 2シエル45の一端
は第1熱交換器囚の第1シ、ル43の一ズ1Aとそれぞ
れ接続されており、第1シエル43の他端は戻し管18
に接続されている。32(!内部(こ第1段蓄冷器33
(例えば熱界量の大きい銅金網等を用いたもの)を収納
(ハJ1段シリンダ31内に移動可能に嵌挿して第1段
膨張室49を形成した第1段ディスフレー・すで、ロッ
ト゛52を介して往復駆動される。35は倉11段ディ
スプl/−ツ32と一体′またはビン結合により形成さ
れ、内部(こ2TS 2段蓄冷器36(例えば熱容nが
大きく、第1段蓄冷器よりも充填密度を大きく−するた
め鉛球等を用いたもの)を収納し、452段シリンダM
内に′M、動可能に嵌挿してn52段膨張室47な形成
()た第2段ディスフレー゛す、37は第1J9.ディ
スプレー−ν32内と第2段ディスプレー−−−リ35
内とを連通した中間通路、あは中間通路37と2■1段
膨張室49とを連絡した第1段ガス供給孔、46は第2
段ディスプレーサ35内と第2段膨lit>室47とを
連絡した第2段ガス供給孔、40は第j段グイスプレー
′v32の外周より第1p51.蓄冷器おに通じるガス
通路、39および48は第1段ガス供給孔 −932の
外周に設けられたシールリンクで、シールリング391
Jヘリウムガスが外部へ漏れるのを防止し、ソールリン
グ48は常温のヘリウムガスがi31段シリンダ3
【と
第1段ディスフレーツ32の間隙を通って低温の第1段
膨張室49へ侵入−するのを防止するものである。53
は第2段ガス供給孔・−′v35の外周に設けられたシ
ールリングで、第1段膨張室49内の低温のヘリウj・
ガスが第2段シリンダ34と第2段ディスプレー・す3
5の間隙を通って更に低温の第2段膨張室47に侵入す
るのを防止するものでJ)る。 ヘリウム圧縮機15で打圧された′ノ:(温高圧の−・
リウムガ、スは、高圧ヘリウムガス供給管16をIイで
一部は第1熱丈換器2Aの高圧ガス流路であるフィンブ
ーユーズ421−供給さiL、残部は冷凍1災21に供
給される。冷凍機21内に供給された高圧ヘリウノ・ガ
スは、ガス流路40を経て弔1段ディスプレーシ32内
のH7x 1段蓄冷器33な通り、中間通路37.第1
段ガス供給TLμsを経て単1段膨張室49に送入され
、ここで断熱膨張して低温、低圧のガスとなり、第1段
シリンダ31の先p1M部を乙卯して第1熱交換器囚を
出た高圧ヘリウノ・ガス’、 i 1段コールドステー
ジ、)nで冷却する。′−1,た、中間通路37を通っ
た残りの高圧ヘリウムガスは、第2段ディスプレー−v
35内の第2蓄冷器36を経て第2段ガス供給孔46よ
り第2段膨張室47に送入され、二こで断熱膨張して更
に低温の低圧ガスとなって第2段シリンダ調の先端部を
冷却し、第】段コールドステーウヨノnおよび第2熱文
換器5の高圧ガス流路であるフィンチューブ44を通っ
た高圧ヘリウノ、ガスを第2段コールトスΣ−ジョンn
で冷却する。第1段膨張室49および452段膨張室4
7で断熱膨張()た低温、低圧のガスは、原<1段ディ
スプレーツー32および第1段ディスフレーツ35がl
#Iした時に、それぞれ用2段蓄冷器36および第1段
慇智を討):33を冷却しなから]iTt過してガス流
路40.戻し管17を系Yて一すウJ・圧縮機15に戻
る。 一方、1132段コールドステーシロンハで冷却された
高圧ヘリウムガスは、事3熱交換器九の高圧ガス流路で
あるフィンチューブ50を通り、ffs 3ジfA 5
1内の低圧ガスにより冷却されて更に低温になり、ジア
ールトノ、ソン弁nで膨張して低温、低月二の液化状態
どなり、 Ivj縮だ(交換器側をjlfl過する過程
で液体ヘリウノ、槽4におい“〔外部からの熱侵入(、
−より気化したヘリウムを占び凝縮液化させ、液体ヘリ
ウム中に戻しで液体ヘリウム槽4内の圧力を一定に保つ
と共に、液体ヘリウムの液面レベルな−・’j’I’、
に保っ刀超電導マクネット3の露出を防11する。71
+a縮熱交換間211を通過した代用のヘリウムカス1
:i、弔3β()交換器がの低圧ガス流路である第3ソ
yル51内に入り、フィンチューブ50内の高圧ヘリウ
ノ・ガスを冷却しで温度上列し、第2熱交換ill;
7.5の低圧ガス流路でJ+る第2シェル45毫二人り
、フィンチューブ44内の高圧ヘリウノ、ガスを冷却し
て更に温IKし1.七1()、第)?J〜父換iJ:j
7,4の低圧ガタ流路で市る第1ンエル43に入り、
フィンチューブ42内の高圧ヘリウノ・ガスを冷却し−
C温度」−列し、戻1ノ管18を紅でヘリウム圧縮機1
5に戻る。 本実施例では、(])円筒状に形成した第】熱交換器勿
の内側に第】段シリンダ31および第1段コールドステ
ージ、ンnを配置したことにより、第1段シリンダ31
への輻射が〜侵入を防止することができる。(2)円筒
状に形成した第2熱交換器5および第3熱交換器加の内
側に第2段シリンダあおよび第2段コールトスブージオ
ンnを配置したことにより、りS2段ソリンダ調への輻
射熱侵入を防止することができる。(3)液体窒素槽5
を突出させた内J1ν刊台加に第1段シリンダ31の先
端を熱的に接触させてJ民間けたことにより、第1段コ
ールドステージ11ノ22で液体窒素槽5を冷却して、
液体窒素槽5内の液体窒素の気化を防止することができ
る。 以上述べたよう(一本実施例に」これげ、ヘリウム冷凍
機の発生した低温ヘリウノ、によって液体窒素の気化を
防止すると共に、気化した液体ヘリウノ・を再凝縮する
ことができ、液体窒素や液体ヘリウノ、を周期的に補給
することなく、クライオスタットを長時間連続使用する
ことができる。 本発明の他の実施例を第5図によって説明する。 第5図において、第3図1ff54図と同部分は同符月
で示す。’)A’、 25’、が′はそれぞれ高圧ガス
流路42′。 44’、 50’および低圧ガス流路43’、 45’
、 51’を有する対向流形の熱交換器、例えばプレー
トフィン熱交換器や積層熱交換器よりなる第1熱交換器
1貫−2熱交換器、第3熱夕換器で、これを冷凍機に用
いた場合を模式系統で示したものである。55は液体窒
素槽5内に設けられた凝縮熱交換器で、第2熱交換器δ
′からの低圧戻りガスを送入して積極的に液体窒素槽5
を冷却することに、1つ、液体窒素槽5の冷却効率を向
−1−させることができると共に、4S1熱某換!1l
li24′、第2熱交換器δ’、;Ti3熱交換器加′
の配置に制約を受ける二となく任意に行なうことができ
る。 本実施例によれば、第l熱又換器潤′、車2熱交換器5
′、第3熱交換器が′の配置、’71′tこ制約を受け
ないため、配管を簡略化す−ることができる。 本発明は以上述べたように、液体ヘリウノ・槽と該液体
ヘリウノ・槽への熱侵入を低減するためにその周v■に
設けられた液体窒素槽およびその外側を戸、空で包囲す
る外壁とより石1・1成されたフライ8スタフ)におい
て、前We外壁内の空間に熱交換器と低温を発生させる
膨張機からなるヘリウム冷凍機を収納し、該冷凍機で液
体窒素槽および液体ヘリウノ・槽内の液体窒素および液
体ヘリウムを冷却するようにしたものであるから、液体
窒素槽内の液体窒素の気化を防止することができると八
番こ、液体ヘリウノ、槽内で気化した液体ヘリウノ、を
再凝縮することができ、液体窒素および液体ヘリウノ、
を周期的に補給イーることなく、クライオスタットをJ
灸1寺間連続して使用することができる。
第1段ディスフレーツ32の間隙を通って低温の第1段
膨張室49へ侵入−するのを防止するものである。53
は第2段ガス供給孔・−′v35の外周に設けられたシ
ールリングで、第1段膨張室49内の低温のヘリウj・
ガスが第2段シリンダ34と第2段ディスプレー・す3
5の間隙を通って更に低温の第2段膨張室47に侵入す
るのを防止するものでJ)る。 ヘリウム圧縮機15で打圧された′ノ:(温高圧の−・
リウムガ、スは、高圧ヘリウムガス供給管16をIイで
一部は第1熱丈換器2Aの高圧ガス流路であるフィンブ
ーユーズ421−供給さiL、残部は冷凍1災21に供
給される。冷凍機21内に供給された高圧ヘリウノ・ガ
スは、ガス流路40を経て弔1段ディスプレーシ32内
のH7x 1段蓄冷器33な通り、中間通路37.第1
段ガス供給TLμsを経て単1段膨張室49に送入され
、ここで断熱膨張して低温、低圧のガスとなり、第1段
シリンダ31の先p1M部を乙卯して第1熱交換器囚を
出た高圧ヘリウノ・ガス’、 i 1段コールドステー
ジ、)nで冷却する。′−1,た、中間通路37を通っ
た残りの高圧ヘリウムガスは、第2段ディスプレー−v
35内の第2蓄冷器36を経て第2段ガス供給孔46よ
り第2段膨張室47に送入され、二こで断熱膨張して更
に低温の低圧ガスとなって第2段シリンダ調の先端部を
冷却し、第】段コールドステーウヨノnおよび第2熱文
換器5の高圧ガス流路であるフィンチューブ44を通っ
た高圧ヘリウノ、ガスを第2段コールトスΣ−ジョンn
で冷却する。第1段膨張室49および452段膨張室4
7で断熱膨張()た低温、低圧のガスは、原<1段ディ
スプレーツー32および第1段ディスフレーツ35がl
#Iした時に、それぞれ用2段蓄冷器36および第1段
慇智を討):33を冷却しなから]iTt過してガス流
路40.戻し管17を系Yて一すウJ・圧縮機15に戻
る。 一方、1132段コールドステーシロンハで冷却された
高圧ヘリウムガスは、事3熱交換器九の高圧ガス流路で
あるフィンチューブ50を通り、ffs 3ジfA 5
1内の低圧ガスにより冷却されて更に低温になり、ジア
ールトノ、ソン弁nで膨張して低温、低月二の液化状態
どなり、 Ivj縮だ(交換器側をjlfl過する過程
で液体ヘリウノ、槽4におい“〔外部からの熱侵入(、
−より気化したヘリウムを占び凝縮液化させ、液体ヘリ
ウム中に戻しで液体ヘリウム槽4内の圧力を一定に保つ
と共に、液体ヘリウムの液面レベルな−・’j’I’、
に保っ刀超電導マクネット3の露出を防11する。71
+a縮熱交換間211を通過した代用のヘリウムカス1
:i、弔3β()交換器がの低圧ガス流路である第3ソ
yル51内に入り、フィンチューブ50内の高圧ヘリウ
ノ・ガスを冷却しで温度上列し、第2熱交換ill;
7.5の低圧ガス流路でJ+る第2シェル45毫二人り
、フィンチューブ44内の高圧ヘリウノ、ガスを冷却し
て更に温IKし1.七1()、第)?J〜父換iJ:j
7,4の低圧ガタ流路で市る第1ンエル43に入り、
フィンチューブ42内の高圧ヘリウノ・ガスを冷却し−
C温度」−列し、戻1ノ管18を紅でヘリウム圧縮機1
5に戻る。 本実施例では、(])円筒状に形成した第】熱交換器勿
の内側に第】段シリンダ31および第1段コールドステ
ージ、ンnを配置したことにより、第1段シリンダ31
への輻射が〜侵入を防止することができる。(2)円筒
状に形成した第2熱交換器5および第3熱交換器加の内
側に第2段シリンダあおよび第2段コールトスブージオ
ンnを配置したことにより、りS2段ソリンダ調への輻
射熱侵入を防止することができる。(3)液体窒素槽5
を突出させた内J1ν刊台加に第1段シリンダ31の先
端を熱的に接触させてJ民間けたことにより、第1段コ
ールドステージ11ノ22で液体窒素槽5を冷却して、
液体窒素槽5内の液体窒素の気化を防止することができ
る。 以上述べたよう(一本実施例に」これげ、ヘリウム冷凍
機の発生した低温ヘリウノ、によって液体窒素の気化を
防止すると共に、気化した液体ヘリウノ・を再凝縮する
ことができ、液体窒素や液体ヘリウノ、を周期的に補給
することなく、クライオスタットを長時間連続使用する
ことができる。 本発明の他の実施例を第5図によって説明する。 第5図において、第3図1ff54図と同部分は同符月
で示す。’)A’、 25’、が′はそれぞれ高圧ガス
流路42′。 44’、 50’および低圧ガス流路43’、 45’
、 51’を有する対向流形の熱交換器、例えばプレー
トフィン熱交換器や積層熱交換器よりなる第1熱交換器
1貫−2熱交換器、第3熱夕換器で、これを冷凍機に用
いた場合を模式系統で示したものである。55は液体窒
素槽5内に設けられた凝縮熱交換器で、第2熱交換器δ
′からの低圧戻りガスを送入して積極的に液体窒素槽5
を冷却することに、1つ、液体窒素槽5の冷却効率を向
−1−させることができると共に、4S1熱某換!1l
li24′、第2熱交換器δ’、;Ti3熱交換器加′
の配置に制約を受ける二となく任意に行なうことができ
る。 本実施例によれば、第l熱又換器潤′、車2熱交換器5
′、第3熱交換器が′の配置、’71′tこ制約を受け
ないため、配管を簡略化す−ることができる。 本発明は以上述べたように、液体ヘリウノ・槽と該液体
ヘリウノ・槽への熱侵入を低減するためにその周v■に
設けられた液体窒素槽およびその外側を戸、空で包囲す
る外壁とより石1・1成されたフライ8スタフ)におい
て、前We外壁内の空間に熱交換器と低温を発生させる
膨張機からなるヘリウム冷凍機を収納し、該冷凍機で液
体窒素槽および液体ヘリウノ・槽内の液体窒素および液
体ヘリウムを冷却するようにしたものであるから、液体
窒素槽内の液体窒素の気化を防止することができると八
番こ、液体ヘリウノ、槽内で気化した液体ヘリウノ、を
再凝縮することができ、液体窒素および液体ヘリウノ、
を周期的に補給イーることなく、クライオスタットをJ
灸1寺間連続して使用することができる。
it 1図は従来の超電導マグネット冷却用クライオス
タンドの縦断面図、第2図はiノL来のフライ刈スタッ
トの使用状態を示す説、明図、第3図は本発明によるヘ
リウム冷凍機付クライオスタットの一実施例を示す縦断
面図、第4図は第3図の一部拡太詳和1図、り55図は
本発明によるヘリウム冷凍機付クライオスタットの他の
実施例を示す部分縦断面図で市る、 1・・・・クライオスタット本体、2・・・ 円筒内壁
、3・・・・・・超電導マグネット、4・・・・・・液
体ヘリウム槽、5・・・・・・l(′+、休窒体槽、6
・・・・・液体ヘリウノ、供給管、7・・・・・・液体
窒素シールド管、8・・・・・液体ヘリウノ・供給管カ
バー、9・・・・・・液体窒素供給′G?、工0・・・
・・・液体窒素供給管カバー、11・・・・ 液体ヘリ
ウノ・容器、12・・・・・液体ヘリウノ、輸送管、1
3・・・・・液体窒素容器、14・・・・・液体窒素輸
送管、15・・・・・・ヘリウノ・圧縮機、16・・・
・・・高圧ヘリウムガス供給管、17.18・・・・・
戻し、管、19・・・・・・外JTe刊台、(イ)・・
・・・内爪(=J台、2し・・・・ヘリウノ、冷凍機、
n・・・・・第1段コールドスヴーシ1ン、ハ・・・・
・・ff1i 2段コールドステージ1ン、24,2/
l’・・・・・第1熱交換器、届、5′・・・・・・第
2熱交換器、笈。
タンドの縦断面図、第2図はiノL来のフライ刈スタッ
トの使用状態を示す説、明図、第3図は本発明によるヘ
リウム冷凍機付クライオスタットの一実施例を示す縦断
面図、第4図は第3図の一部拡太詳和1図、り55図は
本発明によるヘリウム冷凍機付クライオスタットの他の
実施例を示す部分縦断面図で市る、 1・・・・クライオスタット本体、2・・・ 円筒内壁
、3・・・・・・超電導マグネット、4・・・・・・液
体ヘリウム槽、5・・・・・・l(′+、休窒体槽、6
・・・・・液体ヘリウノ、供給管、7・・・・・・液体
窒素シールド管、8・・・・・液体ヘリウノ・供給管カ
バー、9・・・・・・液体窒素供給′G?、工0・・・
・・・液体窒素供給管カバー、11・・・・ 液体ヘリ
ウノ・容器、12・・・・・液体ヘリウノ、輸送管、1
3・・・・・液体窒素容器、14・・・・・液体窒素輸
送管、15・・・・・・ヘリウノ・圧縮機、16・・・
・・・高圧ヘリウムガス供給管、17.18・・・・・
戻し、管、19・・・・・・外JTe刊台、(イ)・・
・・・内爪(=J台、2し・・・・ヘリウノ、冷凍機、
n・・・・・第1段コールドスヴーシ1ン、ハ・・・・
・・ff1i 2段コールドステージ1ン、24,2/
l’・・・・・第1熱交換器、届、5′・・・・・・第
2熱交換器、笈。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、 液体ヘリウノ・槽と該液体ヘリウノ、491への
熱侵入を低減するためにその周囲に設けられた液体窒素
槽およびその外側を真空で包囲する外壁とより構成され
たクライメスタヴトにおいて、h7記外壁内の空間に熱
交1@!器と低温を発生させる’I彫脹機からなるヘリ
ウノ・冷凍機を収納〔7,該冷凍機で液体窒素槽および
液体ヘリウム槽内の液体窒素お」;び/iE体ヘリウノ
、を冷却するようにしたことを特徴とするヘリウノ、冷
凍1代イz1クライオスタット。 2、 flU体窒累41!’fと冷凍機σルー・部を
P(\的にすS触させ、かつ、液体ヘリウJ、槽内に凝
縮熱交換器を設けた特W1胛1求の範囲第1項R:、
1B4 till、のヘリウJ・冷jlE機伺り2イオ
スタント。 3 液体窒素槽および液体ヘリウノ・槽内にそれぞれ凝
縮熱交換器k・設けた特許請求の範囲第1項記載のヘリ
ウム冷凍機付クライオスタンド。 4、 前記熱交換器を筒状の第1熱某換器ないし第3熱
交換器で形成し、第1熱某換器の内側に前ilC膨張機
の第1段シリンダおよび第1段コールドステーションを
配置し、第2熱交換器および第3熱丈換器の内側に前記
膨張機の第2段シリンダおよび第2段コールドステーシ
ョンを配置()た4、y訂Kn求の範囲第1項iた(L
第2項記載の一\リウム冷凍機付りライオスタット。 5、!11熱交換器と第2熱交換器の間に第1段コール
ドステーションを接続し、第2熱文換器と第3熱交換器
の間に夷2段コールドステーションを接続し、かつ、第
3熱交換器の低温端にN4縮力八り換器を接続した特許
請求の範囲第2項記載のへ・リウノ・冷#!戊伺りライ
オスクノト。 6 液体窒素槽を突出させた内爪付台に第1段シリンダ
の先端を熱的に接触させた′i、1′#T請求の範囲第
2項a[1載のヘリウム冷凍機伺クライオスタット。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57141113A JPS5932758A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | 冷凍機付クライオスタツト |
GB8320757A GB2126694B (en) | 1982-08-16 | 1983-08-02 | Cryostat with refrigerating machine |
US06/520,515 US4510771A (en) | 1982-08-16 | 1983-08-04 | Cryostat with refrigerating machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57141113A JPS5932758A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | 冷凍機付クライオスタツト |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1202786A Division JPH0296304A (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | 極低温容器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5932758A true JPS5932758A (ja) | 1984-02-22 |
JPH0424617B2 JPH0424617B2 (ja) | 1992-04-27 |
Family
ID=15284459
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57141113A Granted JPS5932758A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | 冷凍機付クライオスタツト |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4510771A (ja) |
JP (1) | JPS5932758A (ja) |
GB (1) | GB2126694B (ja) |
Cited By (4)
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---|---|---|---|---|
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JPH01160494U (ja) * | 1988-04-22 | 1989-11-07 |
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