JPH0638008B2 - 極低温冷却装置 - Google Patents

極低温冷却装置

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JPH0638008B2
JPH0638008B2 JP61265280A JP26528086A JPH0638008B2 JP H0638008 B2 JPH0638008 B2 JP H0638008B2 JP 61265280 A JP61265280 A JP 61265280A JP 26528086 A JP26528086 A JP 26528086A JP H0638008 B2 JPH0638008 B2 JP H0638008B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、例えば液体ヘリウム内に浸漬された超電導
マグネットを被冷却体としてこの被冷却体を該被冷却体
を包囲する熱遮蔽体とともに真空容器内に一括収容し、
かつ冷凍機により前記熱遮蔽体を冷却して真空容器の外
部より侵入する輻射熱を除熱することにより、真空容器
内の中心部に置かれた被冷却体を極低温冷却状態に維持
させるようにした冷凍機付きクライオスタットを対象と
する極低温冷却装置の構成に関する。
〔従来の技術〕
まず頭記した極低温冷却装置の従来構成を第3図に示
す。図において1は極低温で作動する例えば磁気共鳴を
利用する医療機器の超電導マグネットである被冷却体、
2は前記被冷却体を液体ヘリウム3に浸漬して収容した
内部容器、4は前記内部容器2を中央に置いて収容した
真空容器であり、該真空容器4の内方には前記内部容器
3の外周を包囲してさらに内外複数段の熱遮蔽体5,6
が配備されている。なお7は真空容器内の高真空空間を
示し、また前記内部容器2および熱遮蔽体5,6は図示
されてない断熱支持体を介して真空容器4に支持されて
いる。
一方、真空容器4の頂部中央には冷凍機据付用窓が開口
されており、この部分にギフォード・マクマホンサイク
ル,ソルベイサイクル,スターリング逆サイクル等の熱
サイクルに基づく閉サイクル冷凍機の膨張機8が取付け
フランジ8aにより前記開口窓を気密封止するように固定
ボルト8bを介して着脱可能にボルト締めして据付けられ
ており、かつ膨張機本体から真空容器内に突き出す上下
2段構造のシリンダの寒冷発生部9A,9Bの先端周面部に
は良熱伝導金属製で作られたフランジ形の伝熱端子10
A,10Bが固着されている。
また後述する冷凍機のメインテナンス作業に際して真空
容器4内の高真空空間7の真空を破らずに膨張機8を真
空容器4から取り外すことができるようにするために、
真空容器4の内方には前記膨張機8の寒冷発生部9A,9B
を包囲して真空容器4の真空空間7と膨張機8との間を
隔離するように有底形の気密内筒11が設置されている。
この気密内筒11はその内方が前記した真空容器4の膨張
機据付け面に開放しており、その構造は良熱伝導金属製
の底板フランジ12,リング状の中間フランジ13,前記フ
ランジ12と13との間を気密結合した伝熱抵抗の大きな材
料で作られたベローズ14,および一端をフランジ13に他
端を真空容器4の開口端に気密結合したベローズ15との
組合せ体として成る。また前記フランジ12,13の外周端
はそれぞれ可撓性の伝熱部材16を介して先記した熱遮蔽
体5,6に伝熱的に接続されており、さらに気密内筒11
の内方側にて前記フランジ12,13の上面には先記した膨
張機8側の伝熱端子10A,10Bの面と密着して伝熱的に接
触し合う可動式の伝熱端子板18A,18Bが可撓性伝熱部材
19,圧縮付勢ばね20を介して取付け支持されている。な
お21はベローズ14,15の伸縮を許容して前記フランジ1
2,13を遊嵌支持した断熱支持脚である。
さらに前記気密内筒11の内方空間に向け、真空容器4の
頂部フランジ部を貫通して外部よりガス導管21が引き込
み配管されており、かつ該ガス導管21は弁21は弁22,23
を介して真空ポンプ24,およびヘリウムガス等の不活性
ガス源に接続されている。ここで真空ポンプ24は冷凍機
の運転に際して気密内筒11の内方空間を真空引きして空
気を排除し、寒冷発生部,およびその周辺部材等に着氷
が発生するのを抑えるためのものであり、また後述のよ
うにメインテナンスに際して冷凍機の膨張機8を真空容
器4から取り出す場合には、ガス導管21を通じて気密内
筒11の内部への外気侵入を抑えるように不活性ガスを送
り込んでガス置換を行う。
かかる構造により膨張機8の寒冷発生部9A,9Bと熱遮蔽
体5,6との間に伝熱端子10A,10B→伝熱端子板18A,1
8B→可撓性伝熱部材19→フランジ12,13→可撓性伝熱部
材16→熱遮蔽体5,6に至る伝熱路が構成される。ここ
で気密内筒11の内方空間を真空引きした状態で冷凍機を
運転して熱遮蔽体5,6を極低温に冷却することによ
り、真空容器4を通じて外部より侵入した輻射熱が被冷
却体である超電導マグネット1および液体ヘリウム2を
収容した内部容器3に到達する以前の段階で熱遮蔽体
5,6より除熱され、超電導マグネット1を極低温冷却
状態に安定維持させることができるようになる。
一方、前記した冷凍機の膨張機8は規定の運転時間が経
過した時点で、そのシールリング交換等のメインテナン
スを行う必要があり、このためにには膨張機8を真空容
器4から一旦取り外し、メインテナンス後に再び真空容
器4に据付ける作業が必要となる。この場合には、前記
したガス導管21を通じて気密内筒11の内方空間へ外部よ
り寒冷発生部の冷却温度で凝縮しないヘリウム等の不活
性ガスをブローして外気の侵入を抑えるようにガス置換
しつつ膨張機8を真空容器4から引出し、その後に真空
容器4の頂部開口面を盲蓋で仮封止する。これより膨張
機8の取り外し過程で外気の侵入を抑えて寒冷発生部お
よびその周辺に着氷が発生するのが防止しつつ、さらに
冷凍機を取り外した期間中に外部からの熱侵入を抑えて
超電導マグネット1の極低温維持を図る。またメインテ
ナンス作業の終了後に再び冷凍機の膨張機8を組込む場
合には、気密内筒11内に不活性ガスをブローして外気の
侵入を防止しつつ、前記盲蓋を外して膨張機8を据付け
てその寒冷発生部9A,9B側の伝熱端子10A,10Bを相手側
の伝熱端子板18A,18Bに伝熱接合させ、この状態で再び
気密内筒11の内方を真空引きした上で冷凍機を運転再開
する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで上記した従来構成では、膨張機8の据付け状態
で膨張機8の寒冷発生部に固着した伝熱端子10A,10Bと
これに接触する相手側の伝熱端子板18A,18Bとは圧縮ば
ね20のばね力により加圧接触し合っている。しかしてこ
の場合にはばね荷重がそのまま膨張機8の寒冷発生部9
A,9Bに加わることから、付勢ばね20のばね力,したが
って膨張機側の伝熱端子10A,10Bと熱遮蔽体側の伝熱端
子板18A,18Bとの間の接触圧力は寒冷発生部9A,9Bの機
械的強度から規制された許容荷重以下に制限されること
になり、この結果として伝熱端子相互間の伝熱抵抗を充
分に低めることが困難となる。しかも伝熱端子接触部の
伝熱抵抗が高いと、冷却運転時にはこの部分に温度降下
が生じて高い熱伝導性が得られず、熱遮蔽体5,6を効
率よく極低温まで冷却することが困難となる。
この発明の目的は、膨張機側の伝熱端子と熱遮蔽体に連
なる固定側の伝熱端子板との間を膨張機の機械的強度に
制約されることなく強固に接合して該接触部の伝熱抵抗
を低く抑えることにより、膨張機と熱遮蔽体との間に伝
熱性の高い伝熱経路を確保して効率よく冷却運転できる
ようにした極低温冷却装置の構成を提供することにあ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点を解決するために、この発明によれば、被冷
却体および該被冷却体を包囲する熱遮蔽体を一括収容し
た真空容器の内部に高真空空間と隔離して有底形の気密
内筒を設け、かつここへ真空容器の開口部に着脱可能に
据付けた冷凍機の膨張機の寒冷発生部を収容するととも
に、前記熱遮蔽体より引出して気密内筒内に露呈配備し
た固定側伝熱端子板の板面上に膨張機の寒冷発生部に固
着した相手側の伝熱端子を接触させて膨張機の寒冷発生
部と熱遮蔽体との間に伝熱経路を形成し、冷凍機の運転
により熱遮蔽体を冷却するようにした極低温冷却装置に
おいて、前記膨張機側の伝熱端子と固定側の伝熱端子板
とを当接させた状態で両者間をボルト締結して伝熱結合
するとともに、膨張機が取付けフランジを介して真空容
器に据付けられており、かつ前記フランジには伝熱端子
側の締結ボルトを器外よりボルト操作するための工具挿
入穴,およびこの穴を封止する封栓を設けるものとす
る。
〔作用〕
上記の構成により、膨張機の据付け状態で膨張機側の伝
熱端子とこれに当接する固定側の伝熱端子板との間を強
固にボルト締結することにより、両者間の接触伝熱抵抗
が低値に抑えられ、これにより膨張機と熱遮蔽体との間
には従来のばね加圧による接触方式と比べてより伝熱性
の高い伝熱経路を確保することができるようになる。
〔実施例〕
第1図,第2図はこの発明の実施例による要部構成を示
すものであり、第3図に対応する同一部材には同じ符号
が付してある。すなわち図示実施例では第3図に示した
可動式伝熱端子板18A,18Bおよびこれに付属する可撓性
伝熱部材19,付勢ばね20が省略され、膨張機8の据付状
態では膨張機8の寒冷発生部9A,9Bの周面に固着された
伝熱端子10A,10Bがそれぞれ気密内筒11のフランジを兼
用する固定側の伝熱端子板12,13の板面上に直接当接さ
れ、ここで両者の間が締結ボルト25,26で強固に締結結
合されている。なお伝熱端子板12,13は第3図と同様に
可撓性伝熱部材16を介して熱遮蔽体5,6に伝熱結合さ
れている。
ここで前記伝熱端子10A,10Bを含めた膨張機8の外形を
第2図に示すと、まず下段側の寒冷発生部9Aに固着され
た伝熱端子10Aは寒冷発生部の両側に張り出した方形板
と成り、その板面上には締結ボルト25に対応するボルト
穴25Aが穿孔されている。一方、上段側の寒冷発生部9B
に固着された伝熱端子10Bは円板であり、その板面上に
は前記ボルト穴25Aと軸線を合わせてボルト25の締付用
工具を上方より挿入する工具挿入穴25Bと、該穴25Bと90
度ずらした位置に締結ボルト26に対応するボルト穴26A
が穿孔されている。さらに膨張機8の取付けフランジ8a
の周面上には膨張機8を真空容器4に据付け固定するた
めの固定ボルト8bに対応したボルト穴8cの他に、前記の
ボルト穴25A,26Aに軸線を合わせて工具挿入穴25C,26B
が穿孔されている。すなわち各締結ボルト25,26にそれ
ぞれ対応して伝熱端子10A,10Bおよび取付けフランジ8a
には同一軸線上にボルト穴25A,工具挿入穴25B,25C、
およびボルト穴26A,工具挿入穴26Aが並んで穿孔されて
いる。さらに膨張機8の取付フランジ8aに穿孔した工具
挿入穴25C,26Bには第1図に示した気密封止用の封栓27
が着脱可能に取付けられている。
次に上記構造による膨張機8の据付方法に付いて述べる
と、まず膨張機の寒冷発生部に固着した上下各段の伝熱
端子10A,10Bのボルト穴25A,25Bにそれぞれ締結ボルト
25,26をセットした状態で、真空容器4の上方より気密
内筒11の中へ膨張機8寒冷発生部9A,9Bを吊り降ろし、
この途中で下段側の伝熱端子10Aを第1図に示した固定
側の伝熱端子板13の中央に切欠かれた方形状の貫通穴28
を透過させ、さらに膨張機全体の向きを90度変えて固定
側の伝熱端子板12の上に着地させる。この状態で次に膨
張機8の取付けフランジ8aに穿孔したボルト穴8aに固定
ボルト8cを通して真空容器4の上面に据付け固定する。
続いて取付けフランジ8aおよび上段の伝熱端子10Bに穿
孔した工具挿入穴25C,25Bを通して外方よりボルト締付
工具を挿入し、締結ボルト25を締付けて伝熱端子10Aと
相手側の伝熱端子板12とを強固に締結する。さらに別な
位置に穿孔されている工具挿入穴26Bに締結工具を挿入
して締結ボルト26を締付け、伝熱端子10Bと相手側の伝
熱端子板13との間を強固に締結する。そして最後に取付
けフランジ8aに開口している工具挿入穴25C,26Bに封栓
27を装着して気密封止する。なお前記した締結ボルトの
締付操作に伴う固定側端子板12,13の変位は気密内筒11
のベローズ14,15によって吸収されるので、膨張機8の
寒冷発生部には何等の機械的荷重を掛けることなく伝熱
端子間を強固に締結でき、かくして該接触部の伝熱抵抗
を低値に抑えることができるようになる。
また膨張機のメインテナンスに際して膨張機8を真空容
器4より取り外す場合には、前記操作を逆の順序で行う
ことにより伝熱端子間の締結ボルト25,26および固定ボ
ルト8cを外して膨張機8を真空容器外に取り出すことが
できる。
〔発明の効果〕
以上述べたようにこの発明によれば、上記の構成を採用
した結果、冷凍機の膨張機を真空容器に据付けた状態
で、膨張機の寒冷発生部に何等機械的な荷重を加えるこ
となしに膨張機側の伝熱端子と熱遮蔽体に連なる固定側
の伝熱端子板との間の接触伝熱抵抗を低く抑えて結合す
ることができ、これにより冷凍機の膨張機と熱遮蔽体と
の間に熱伝導性の高い伝熱経路を確保して極低温冷却装
置の冷却性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す要部の構成断面図、第2
図は第1図における膨張機の外形斜視図、第3図は従来
における極低温冷却装置全体の構成断面図である。各図
において、 1:被冷却体、4:真空容器、5,6:熱遮蔽体、7:
高真空空間、8:冷凍機の膨張機、8a:膨張機の取付け
フランジ、8b:固定ボルト、9A,9B:寒冷発生部、10
A,10B:伝熱端子、11:気密内筒、12,13:気密内筒の
フランジを兼ねた固定側の伝熱端子板、14,15:ベロー
ズ、25,26:締結ボルト、25A,26A:ボルト穴、25B,25
C,26B:締付工具挿入穴、27:封栓。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被冷却体および該被冷却体を包囲する熱遮
    蔽体を一括収容した真空容器の内部に高真空空間と隔離
    して有底形の気密内筒を設け、かつここへ真空容器の開
    口部に着脱可能に据付けた冷凍機の膨張機の寒冷発生部
    を収容するとともに、前記熱遮蔽体より引出して気密内
    筒内に露呈配備した固定側伝熱端子板の板面上に膨張機
    の寒冷発生部に固着した相手側の伝熱端子を接触させて
    膨張機の寒冷発生部と熱遮蔽体との間に伝熱経路を形成
    し、冷凍機の運転により熱遮蔽体を冷却するようにした
    極低温冷却装置において、前記膨張機側の伝熱端子と固
    定側の伝熱端子板とを当接させた状態で両者間をボルト
    締結して伝熱結合するとともに、膨張機が取付けフラン
    ジを介して真空容器に据付けられており、かつ前記フラ
    ンジには伝熱端子側の締結ボルトを器外よりボルト操作
    するための工具挿入穴、およびこの穴を封止する封栓を
    設けたことを特徴とする極低温冷却装置。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の極低温冷却装
    置において、気密内筒が熱遮蔽体側に接続された伝熱端
    子板とベローズとの組合せ体として成ることを特徴とす
    る極低温冷却装置。
JP61265280A 1986-11-07 1986-11-07 極低温冷却装置 Expired - Lifetime JPH0638008B2 (ja)

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JPS63118568A JPS63118568A (ja) 1988-05-23
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