JPH0629109U - クライオスタット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】バッフルを使用しなくても輻射熱の侵入を効果
的に防止することが出来るクライオスタットを提供する
こと。 【構成】ヘリウム通路管の頭部に着脱可能なように設け
た封止栓の下面を金属光沢面とする。金属光沢面は、封
止栓下面を研磨することによって構成することが出来る
ほか、金属製の光沢テープを封止栓下面に貼り付ける
か、或は、金属の光沢蒸着層や光沢メッキ層を封止栓下
面に形成することによっても構成することが出来る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、超電導コイルを収容するためのクライオスタット、特に超電導マグ ネットを利用した核磁気共鳴（ＮＭＲ：Nuclear Magnetic Resonance）分析装置 に適用して好適なクライオスタットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

核磁気共鳴分析装置の超電導マグネットを収納するためのクライオスタットの 一般的な構造を図１に示す。同図において、２０は、超電導コイル１０を収容し て４．２Ｋの極低温に冷却保持するための液体ヘリウム槽であって、同槽の外側 には、熱シールド槽３０、液体窒素槽４０及び真空槽５０が順次配置されて多層 構造を構成している。なお、９０は、真空槽５０の中心部に形成された被分析試 料装填孔である。

【０００３】 液体ヘリウム槽２０は、液体ヘリウム供給用の通路管２２によって上から吊り 下げられたような構造となっており、同通路管の中間部分は、二つのサーマルア ンカ６１及び６２を介して熱シールド槽３０及び液体窒素槽４０と熱的・機械的 に接続され、例えば４０Ｋ及び７７Ｋの中間温度に保持されている。このような 多層構造を採用したのは、液体ヘリウム槽２０への熱浸入を出来るだけ小さくす ると同時に、液体ヘリウムの蒸発を出来るだけ抑制するためである。

【０００４】 ヘリウム通路管２２の頭部は、ヘリウムポート２５（液体ヘリウム供給口）に なっており、着脱可能な封止栓７０によって密閉されている。液体ヘリウムの供 給又は補充は、封止栓７０を抜き取ることによって行なう。液体ヘリウム槽２０ から蒸発してヘリウムポート２５に溜ったヘリウムガスは、連絡管２３及び放出 弁２４を介して大気中に放出される。このため、放出弁２４は、ヘリウムガスの 圧力が大気圧より高い場合のみ当該ガスを大気中に放出する機能を有する逆止弁 を使用するのが普通である。

【０００５】 図１の構造のクライオスタットでは、封止栓７０が常温付近に保たれているこ とから、同栓を介して液体ヘリウム槽２０に侵入する熱（主として輻射熱）が問 題となる。このため、従来は、棒状部材に複数（通常は４枚〜６枚）の熱遮蔽板 ８１を取り付けたバッフル８０をヘリウム通路管２２内に挿入し、当該バッフル によって好ましくない輻射熱の侵入を防止していた。

【０００６】 バッフル８０は、通常、封止栓７０と一体構造になっており、封止栓７０をヘ リウムポート２５の開口に差し込む際、同時にヘリウム通路管２２内に挿入して 使用する。複数の熱遮蔽板８１は、輻射熱の侵入を出来るだけ遮断するため、そ の直径がヘリウム通路管２２の内径より僅かに小さい円板を並べて使用する。も っとも、超電導コイル１０の異常動作によって急激に発生するヘリウムガスの放 出路を確保する必要がある場合は、図１に示すように、半円状の板を交互に向き を変えて並べて使用することが望ましい。バッフル８０は、熱遮蔽効果を最大限 に発揮させるため、その先端部分の熱遮蔽板８１ａが４０Ｋ〜５０Ｋの温度位置 （４０Ｋサーマルアンカ６１付近）に達するまで深く挿入して使用する。

【０００７】 ヘリウム通路管２２は、常時は封止栓７０及び放出弁２４（逆止弁）によって 気密に保持されているが、液体ヘリウムを補充する場合や超電導コイルへのリー ド線（図示せず）を挿入する場合は、封止栓７０を抜き取って作業する必要があ るため、その際、どうしても若干の空気がヘリウム通路管２２内に侵入する。封 止栓７０の締め付け具合が不充分である場合も同様である。侵入した空気（主と して酸素ガス及び窒素ガス）は、ヘリウムガスよりも重いため、ヘリウム通路管 ２２内を流下する間に冷却され、酸素ガスは５４Ｋ以下、窒素ガスは６３Ｋ以下 の温度で凍結して固体化する結果、熱遮蔽板８１がヘリウム通路管２２の内壁に 密着し、バッフル８０を抜き取ることが出来なくなることがある。そして、この ような事態が発生すると、液体ヘリウムの補充や超電導コイルのリード線の挿入 等が不可能になり、重大事故に発展する恐れがある。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

本考案の目的は、前記のような従来技術の問題点を解消し、バッフルを使用し なくても輻射熱の侵入を防止することが出来る新規な構造のクライオスタットを 提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記課題は、ヘリウム通路管の頭部に着脱可能なように設けた封止栓の下面を 金属光沢面とし、同部分の熱輻射率を低下せしめることによって効果的に解決す ることが出来る。金属光沢面は、封止栓として例えばアルミニウム又はステンレ スを使用した場合、封止栓下面を研磨することによって構成することが可能であ る。また、封止栓は、必ずしも単一の材料をもって構成する必要はなく、適当な 下地材料にアルミニウム、銅、金、銀その他の金属からなる光沢テープを貼り付 けるか、これらの金属の光沢蒸着層や光沢メッキ層を下地材料上に形成すること によっても構成することも可能である。後者の場合は、封止栓の下地材料として 金属以外の材料、例えばプラスチックスやセラミックスを使用することも可能で ある。

【００１０】

【実施例】

本考案者等は、図１（従来構造）のクライオスタットについて理論計算及び試 作実験を行った結果、内径２４ｍｍ、長さ５００ｍｍのステンレス管をヘリウム 通路管２２として使用し、かつ、下面の熱輻射率が０．４５（通常の加工粗さ） であるステンレス栓を封止栓７０として使用した場合、常温である封止栓７０か らの輻射熱量は約０．２５ｍＷ、ヘリウム通路管２２の管壁からの輻射熱量は約 ０．０３ｍＷであることが判明した（合計で約０．２８ｍＷ）。そして、ヘリウ ム通路管２２に対して良く設計された構造のバッフル８０を挿入すると、液体ヘ リウム槽２０への侵入熱量の総量は約０．０１ｍＷ以下に減少し、９５％〜９９ ％を熱量を遮蔽することが出来た。

【００１１】 図２は、本考案に係るクライオスタットの一実施例を示す図であって、図１と 同一の記号は、図１の場合と同一の物又は部分を表示するものとする。但し、本 実施例では、アルミニウム製の封止栓７０を使用し、その下面７１を研磨して金 属光沢面を形成する一方、図１の従来構造において使用したバッフル８０を取り 除いてある。封止栓下面７１の熱輻射率は、約０．０３とした。

【００１２】 封止栓下面７１を大部分とする常温部分からヘリウム通路管２２に侵入する輻 射熱は、同面の熱輻射率が小さければ小さいほど少なくなり、本実施例の場合は 約０．０２ｍＷとすることが出来た。ヘリウム通路管２２の管壁からの輻射熱量 は、従来の場合と同様、約０．０３ｍＷであるから、液体ヘリウム槽２０に対す る侵入熱の総量は、結局、約０．０５ｍＷとなる。この値は、従来構造の場合と 比較して約５倍と大きいが、従来構造においてバッフル８０を省略した場合の侵 入熱量の総量（約０．２８ｍＷ）と比較すると、１／５.６ 程度に少なくなって いる。

【００１３】 断熱性を充分に考慮して設計・製作されたクライオスタットでは、液体ヘリウ ム槽２０の容積が１００リットル程度の場合、種々の原因で同槽に侵入する熱の 総量は、約７ｍＷである。従って、本実施例の場合、ヘリウム通路管２２を介し て液体ヘリウム槽２０に侵入する輻射熱の量（約０．０５ｍＷ）は、全体の侵入 熱量である約７ｍＷの０．７％程度に過ぎず、充分に小さな値である。

【００１４】

【考案の効果】

本考案の構造によれば、バッフルを使用する必要性がない。従って、従来構造 のクライオスタットではどうしても避けることが出来なかったバッフル凍結とい う重大事故を完全に防ぐことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のクライオスタットを示す縦断面図。

【図２】本考案に係るクライオスタットの一実施例を示
す縦断面図。

【符号の説明】

１０…超電導コイル、 ２０…液体ヘリウム
槽、２２…液体ヘリウム通路管、 ２３…連絡管、
２４…放出弁、 ２５…ヘリウムポー
ト、２６…常温連結部、 ３０…熱シール
ド槽、４０…液体窒素槽、 ５０…真空
槽、６１…７７Ｋサーマルアンカ、 ６２…４０Ｋサ
ーマルアンカ、７０…封止栓、 ７１
…封止栓下面、８０…バッフル、 ８１
…熱遮蔽板、９０…被分析試料装填孔。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】超電導コイルを収容するための液体ヘリウ
   ム槽に液体ヘリウム供給用の通路管を配設し、当該通路
   管の頭部に着脱可能なように封止栓を設けてなるクライ
   オスタットにおいて、上記封止栓の少なくとも下面に金
   属光沢面が形成されていることを特徴とするクライオス
   タット。