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
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- liquid nitrogen
- helium
- liquid
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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
- 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
- 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)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61116250A (ja) * | 1984-11-09 | 1986-06-03 | 株式会社日立製作所 | 超電導装置、及びその冷却方法 |
| US4739634A (en) * | 1986-01-20 | 1988-04-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Cylindrical counter-flow heat exchanger |
| US4765153A (en) * | 1986-02-12 | 1988-08-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Cryostat with radiation shields cooled by refrigerator |
| JPH01160494U (ja) * | 1988-04-22 | 1989-11-07 |
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|---|---|---|---|---|
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