JPS60104899A - 冷凍機と連結した低温容器 - Google Patents

冷凍機と連結した低温容器

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JPS60104899A
JPS60104899A JP58210656A JP21065683A JPS60104899A JP S60104899 A JPS60104899 A JP S60104899A JP 58210656 A JP58210656 A JP 58210656A JP 21065683 A JP21065683 A JP 21065683A JP S60104899 A JPS60104899 A JP S60104899A
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heat exchanger
refrigerator
heat
shield plate
low temperature
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Kazuaki Nakamura
中村　員明
Hitoshi Kondo
斎 近藤
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Aisin Seiki Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の対象〕 本発明は、ＮＭＲ−ＣＴ　（核磁気共鳴コンピュータ映
像装置）用超電導マグネットなどの超電導マグネットや
、５ＱＵＩＤ（超電導置市干渉計）などの超電導置市エ
レクトロエックス素子をヘリウムなどの、寒剤で冷却す
る低温容器に関するものである。
〔従来技術〕
従来の上記の用途に使用される低温容器は、（１）外部
から熱侵入量を減らして寒剤の范宛損失を少なくするた
めに、液体窒素で冷却する熱シールド板を設けた構造と
するか、 （２）１９７４年第５回世界低温技術会議において発表
されているように、冷凍機の低塩発生部と直接熱接触さ
せて冷却した熱シールド板を真空断熱層内に介在せしめ
ている構造とし、 低温容器内の寒剤を冷却していた。
〔従来技術の問題点及びその技術的分析〕前記（１）の
方式においては、液体窒素で冷却する熱シールド板につ
いて、定期的ムこ液体窒素を補給するための人工が必要
であり、液体窒素溜め付設より、低温容器が大型化にな
り、更に液体窒素を使用している限り、熱シールド板を
７７に以下く１気圧）にすることが出来ず、低温容器の
熱損失を大幅に減らずことが困り）１１である。
又（２）の方式においては、冷凍機で直接熱シールド板
を冷却するために、冷凍機から発生する振動が低温容器
に伝わり、長期の使用により各部の弛みが生じ易く、超
電導マグネットの冷却の場合、前記超電導マグネットが
発４１−する強磁場にょつ°Ｃ冷凍機のモータが作動し
ないとか、又５ＱＵ１１）などの超電導エレクトロニク
ス素子の冷却の場合には、逆に冷凍機のモータから発生
ずる磁場が素子に悪影響を及ぼすという欠点があった。
〔技術的課題〕
そこで、本発明は、冷凍機を使用して、冷凍機のイロに
部と熱シールド板を接触した構造の低温容器において、
冷凍機の振動を遮断し、かつ超電導マグネットから発生
ずる磁場も、冷凍１１１Ｍ、のモータにまったく影響を
与えない構造の低温容器を、その技術的課題とするもの
である。
〔技術的手段〕
上記技術的課題を解決するために講した技術的手段は、
低温容器と離して冷凍機を設置し、冷凍機によって熱的
に付加されている動作気体循環回路を低温容器と冷凍機
の間に設け、冷凍機で発生した冷凍を離れた位置の低温
容器へ効率的に連続して移送するものである。
〔技術的手段の作用〕
上記技術的手段は、次のように作用する。すなわち、冷
凍機、圧縮機ともに低温容器と離れており、管路で低温
動作気体で移送するために、低温容器に冷凍機、圧縮機
から発生する振動も、低温容器内のマグネットとが５Ｑ
ＵＩ’ｌ）などに影響がまったくなく、低温容器内に超
電導マグネットがある場合に強磁場を発生しても、冷凍
機、圧縮機のモータ部に影響を及ぼすことがなく、極め
て効率的な低温容器である。
〔本発明によって生じた特有の効果〕
本発明は、次の特有の効果をη二しる。ずなわら（１）
従来の低温容器で貫空断ｉ：；Ｈ層内に、液体窒素溜め
を設りて構成した液体窒素冷却式熱シール１方式の低温
容器に対して、 （２〕）外部に設ＬＪた冷凍機と圧ｌｌｉｉ機により、
動作気体循環回路によって熱的に低ｎ！容器の真空断熱
層内のシール１扱と連結し７−ζ、シールド板を連続的
に冷却するので、液体窒素を補給する手間がいらない。
（ｂ）ｌｌｋｌ室体溜めを必要とせず、シールド板が管
路などで形成した簡単な熱シールド板冷却熱交換器を何
段するだけで構成でき、低温容器の小型化、軽量化が計
れる。
（Ｃ）液体窒素冷却方式熱シールド方式では、シーカ用
−板の温度が７７　Ｋ以１・（１気圧）にすることはで
きないが、本方式によれは、冷凍機の能力により、シー
ルド温度を７７Ｋから１０　Ｋ近傍までの温度域に設定
できるので、低／１１！ｌ容器に保持される寒剤への熱
侵入を大巾に減少することが出来る。
（２）従来の低温容器で真空断熱層内に設けた熱シール
ド板を冷凍機の低温発生部と直接熱接触させて熱シール
ド温度を冷却している低温容器に対して、 （ａ）低温容器に、冷凍機、圧縮機の振動及び磁場の発
生による影響がなく、 （ｂ）熱シールド板を低温発生部から離した場合に塩度
が上がるために、大型の低温容器では複数個の冷凍機低
温発住部が必要となるが、本方式では管路の構成により
、熱シールド板冷却熱交換器にまり熱シールド全周に亘
って均一に冷却することができる。
〔実施例〕 以下上記技術的手段の具体例を示す実施例について説明
する。
第１図は、本発明による冷凍機と熱的に連結してなる低
温容器の動作気体移送回路の原型を示し、１は圧縮機、
２は圧縮機放熱器で、圧縮機１の吐出側１ａに隣接して
設けられており、又３は熱交換器、４は冷凍機の低温発
生部に設けられた冷凍機低温発生熱交換器、５は低温容
器外箱で、この中に熱シールド板６及び液体ヘリウム等
を入れる寒剤容器７を包含しており、熱シールド板６は
低温容器外箱５と寒剤容器７の間にある真空断熱層空間
に寒剤容器７を包覆するように構成され”ζいる。
８は熱シールド板６を冷却するための熱シー月利・板冷
却熱交換器である。そしζ、ごれら圧縮機１．圧縮放熱
器２．熱交換器３．冷凍機低温発生熱交換器４．熱シー
ルド板冷却熱交換器８が往路管路及び復路管路によって
連結され、動作気体循環回路が構成される。
ずなわら、低温容器外箱５．！１ハシールト板６、寒剤
容器７．熱シール１−扱冷却熱交換器８から構成される
低温容器に、離れている圧縮機１吐出側に隣接した、圧
縮熱放熱器２と、同様に低温容器に！１ｓｌｌれでいる
冷凍機低温全生部熱交換器４と熱シールド板冷却熱交換
器８とを直列に管路で連結し、動作気体の往路管路９を
形成し、又熱シールド板冷却熱交換器８と圧縮機１の吸
入口と同じ管路で連結して動作気体の復路管路１ｏを形
成すると共に、更に、圧縮熱放熱器２と冷凍機低温発生
熱交換器４を連結する往路管路９と熱シールド板冷却熱
交換器８と圧縮機１吸入口側を連結する復路管路相互間
とで、往路管路９と復路管路１０とを熱的に連結する熱
交換器３を配設して、前述したように動作気体循環回路
を構成する。
尚、以上のＷＩ成において、熱交換器３．冷凍機低温発
生熱交換器４．熱シールド板６゜寒剤容器７．熱シール
ド板冷却熱交換器８及び、これらを連結している往路管
路９及び復路管路１０は、図示されていないが、すべて
真空容器又は真空配管中におかれて真空断熱されている
。
第２図は、前記冷凍機と熱的に連結してなる低温容器に
ついて、ＮＭＲ−ＣＴ（核磁気共鳴コンピューター映像
装置）用超電導マグネット冷却低温容器に適用した例を
示す。
１は圧縮機で、圧縮機１の吐出側と、冷凍機１１の低温
発生部に形成し人：冷凍機低温全生部熱交換器４と、Ｎ
ＭＲ−ＣＴ用超電導マグネット冷却低温容器外箱１２と
、その低温容器外箱内に包含されているン変体ヘリウム
容器１３との間に形成される真空空間に保持された熱シ
ールド板６」二において熱的に接触して構成される熱シ
ールド板冷却熱交換器８とを直列に往路管路９で連結し
゛Ｃ動作気体の往路が形成される。本実施例における熱
シールド板冷却熱交換器８ば、前記熱シールド板６上に
前記往路管路９を“ろう伺り”等により熱的に接触せし
め形成したもので、管路内に通過する低温の動作気体に
よって、熱シール１′板を冷却するものであり、他の方
法として本ｆ′科シールド板を二重にし、その二重のシ
ールド扱で囲まれた空間へ低温の動作気体を長し込む方
式もある。
次に、熟シールド板冷却熱交換器６と圧縮機１の吸入口
を復路管路１０で連結して動作気体の復路を形成する。
次に、圧縮機ｌ、冷冷凍機低温性生部熱交換器、熱シー
ルド板冷却熱交換器８の間に、前述した、往路管路９と
復路管路１０によって動作気体循環回路を構成すると共
に、更に、圧縮機Ｉの吐出口と冷凍機低温発生熱交換器
４を連結する往路管路９と、熱シールド板冷却熱交換器
８と圧縮ｔａ　１吸入口を連結する復路管路１ｏ間に往
路管路と復路管路を熱的に連結する熱交換器３を配設す
る。
尚、熱交換器３及び冷凍機低温発生部４゜管路９，１０
．熱シールド板６．熱シールド振板冷却熱交換器８．液
体ヘリウム容器１３は真空容器１４．真空配管１５．　
ＮＭＲ−ＣＴ用超超電導マグネット冷却低温容器外箱１
２内それぞれ包合され、真空中に支持、構成されている
。又、ＮＭＲ−ＣＴ用超超電導マクネット１６、液体ヘ
リウム容器１３中に固定され、液体ヘリウム容器１３内
に満たされた液体ヘリウム中に保持されると共に、液体
ヘリウム容器１３中への液体ヘリウムの注入及び排出は
液体ヘリウム及びＪＪＩ出口１７によって行われる。
次に、本圧縮機と冷凍機と低温容器が一体化された低温
容器の作用について、第２図により説明すれば、動作気
体循環回路内には、例えば動作気体としてヘリウムなど
で封入されるが、この動作気体は、先ず圧縮機１で圧縮
され、圧縮機１の吐出りより往路管路９へ吐出され、つ
いで真空容器１４内にある熱交換器３を通過して、同じ
く直空容器内にある冷凍機温発生熱交換器４を経て、真
空配管１５内の往路管路９におくられる。この場合、熱
交換器３では、熱シールド板冷却熱交換器８から復路開
路１０を通って圧縮機１吸入口側へ、低温、たとえば８
０に以下の温度で戻ってくる動作気体によって、圧縮機
１の吐出口から冷凍機低温発生熱交換器４側へ流出する
動作気体を冷却し、冷却した動作気体を冷凍機低温発生
熱交換器４へ送り込む。尚、圧縮機１で発生する圧縮熱
を除去する圧縮熱交換器は、図示しないが、圧縮機１内
にある空冷又は水冷などの熱交換器によって圧縮熱が除
去されるようになっており、従って、圧縮機１側から熱
交換器３へ流入する動作気体の温度は約０〜５０°Ｃの
範囲にある。
次に、熱交換器３であらかしめ冷却された動作気体は、
冷凍機低温発生部熱交換器４により、更に冷却され、往
路管路９に送り出され、真空配管１５内の往路管路９を
通過して、ＮＭＲ−ＣＴ用超超電導マグネット冷却低温
容器外箱１２内ある熱シールド板６上に形成された熱シ
ールド°板冷却熱交換器８に至るが、この熱シールド板
冷却熱交換器８は、前述の往路管路を延長したものが熱
シールド板上に″ろう付け゛などで熱的に接触したもの
であり、この管路内を通過する低温の動作気体によって
熱シールド板６は冷却される。
低ｌＡ！ｈ容器番Ｊ、常温から輻射とか支持材を介して
の熱伝導とか、残留気体による熱侵入などによって直空
断熱を施されているものの、多量のｐ４５　（ｉ人があ
るので、液体ヘリウムなどの容器では、液体窒素などで
冷却した熱シールド板が真空断熱層内に設＆Ｊられるが
、本実施例におりる低ｎＪ、容器においては、前述した
動作気体循環回路によって、熱シールド′板６上に送り
こまれた低温の動作気体で、熱シール１ζ板６を通常８
０　Ｋ以下に冷却し、液体ヘリウム容器１３へのｉ’、
ｊ＞侵入量を減らずものである。更に、熱シール１：板
冷Ｊ、旧；ハ交換器８を形成する往（？δ管路９は、熱
シールＩ・板冷却熱交換器以降において復Ｉ？舒１路１
　（＋として熱交換器３と連結されており、動作気体は
熱シールド板６を冷却したあとのため、往路管路を通過
するときより１１１＋！ｒ度が上昇して、熱シール１−
板冷却熱交換器８から、熱交換器３へ、復路管路をとお
って送られ、前述し７たように熱交換器３で往路管路９
の動作気体と熱交換され、常温近くの温度に戻されて、
圧縮機１の吸入側へ送り込まれ、１サイクルが終了する
ものである。
第３図は、他の変形実施例で、第１図の冷凍機低温発生
部熱交換器４と熱シールド板冷却熱交換器８を連結する
往路管路９中に、第２冷凍機低温発生部熱交換器１９を
追設するとも共に、冷凍機低温発生部熱交換器４と前記
第２冷凍機低温熱交換器１９とを連結する往路管路９と
、熱シールド板冷却熱交換器８と熱交換器３とを連結す
る復路管路１０の相互で、往路管路９と復管路１０とを
熱的に連結する第２熱交換器１８をそれぞれ追設したも
のである。
第５図も他の変形実施例で、第３図において、第２冷凍
機低温発生部熱交換器１９と熱シールド板冷却熱交換器
８を連結する往路管路９中に、第３冷凍機低温発生部熱
交換器２１を追設すると共に、第２冷凍機低温発生部熱
交換器１９と該第３冷凍機低温発生部熱交換器２１とを
連結する往路管路９と、熱シールド仮冷却熱交換器８と
第２熟交換器１８とを連結する復路管路１０の相互間で
、往路管路９と復路管路１０とを熱的に連結する第３熱
交換器２０をそれぞれ追設したものである第３図の実施
例における、第２冷凍機低温発生部熱交換器１９及び第
２熱交換器１８の追設、及び第５図の実施例における、
第３冷凍機低温発生部熱交換器２１及び第３熱交換器２
０の追設は、冷凍機による動作気体の冷凍効率を冷却温
度を多段にすることにより上昇し、更に、熱交換器の変
換効率１．　ｊ：Ｊ＞交換器を多設にして各熱交換器の
出入口の温度差を小さくすることによって」二げること
を「１的とずイ）ものである。
第４図も他の実施例で、第３図において、第２熱交換器
１８と熱交換器３を連結する復路管路１０間に第’２　
ｆ！５シールド板冷却熱交換器２３を設りると共に、低
温容器外箱５と熱シールド板６の真空空間中に、更に第
２熱シールド板２２を介在せしめ、前記第２熱シールド
板冷却熱交換器２３によって第２熱シールド板２２を冷
却するようにしたものである第６図も他の実施例で、第
５図において第２熱交換器１８と熱交換器３を連結する
復路管路１０間に、第２熱シールド板冷却熱交換器２３
を設けると共に、低温容器外箱５と熱シールド板６の真
空空間中に更に、第２熱シールド板２２を介在せしめ、
前記第２熱シールド板冷却熱交換器２３によって第２熱
シールド仮２２を冷却する構造である。
第４図及び第６図の実施例は、いずれも復路管路１０中
において、第２熱交換器１８から第１熱交換器３へ流れ
ていく管路中で第２熱シールド板冷却熱交換器２３によ
って第２熱シールド板２２が冷されているが、復路管路
１０中における第２熱交換器出口の動作気体の温度は、
第４図における第２冷凍機低温発生部熱交換器の往路管
路９中におりる出１コ温度より高く、又第５図に４９り
る場合において、第３冷凍機低温発生部熱交換器の往路
管路９中における出口温度よりそれぞれ高いので、第２
４１シシールド板２２は熱シールド板より温度が高い状
態で冷却される。この場合、熱シールド板６への低温容
器外箱外からの３；１１侵入は、１部第２４（１シール
１′１及２２によって補償されるので、熱シールＩ−板
６への熱侵入は減少し、その分熱シールド板６の温度が
下がり、寒剤容器７−１の熱侵入を減らずことができる
ものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本実施際の冷凍機と、熱的に連結した低温容器
の動作気体移送回路の栽本型を表した線図であり、第２
図ばＮ　Ｍ　Ｒ−ＣＴ　ＪＩＪ超伝導マグネット冷却低
温容器に適用した場合の説明図である。 第３図〜第６図は本実施のそれぞれ他の変形実施例を表
した線図である。 １・・・圧縮機、２・・・圧縮機放熱機、３・・・熱交
換器、４・・・冷凍機低温全生部熱交換器、５・・・低
温容器外箱、６・・・熱シールド板、７・・・寒剤容器
、８・・・熱シールド板冷却熱交換器、９・・・往路＠
路、１０・・・復路管路、１１・・・冷凍機、１９・・
・第２冷凍機低温発生部熱交換器、１８・・・第２熱交
換器、２１・・・第３冷凍機低温発生部熱交換器、２２
・・・第２熱シールド板、２３・・・第２熱シールド板
冷却熱交換器 特許出願人 １イシン精橿林式官社 代表者中井令夫

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 液体ヘリウムなどの寒剤を、熟シールド板冷却熱交換器
    により冷却する、低温容器において、熱シール１−板と
    管路を熟的に接触して、熟シールド板冷却熱交換器とし
    、低温容器から離れている圧縮機、又は低温容器から離
    れている冷凍機の低温発生部と、熱交換器及び前記熱シ
    ールド板冷却熱交換器を直列に連結して往路管路とし、
    前記熱シールド板冷却熱交換器と前記圧縮機又は冷凍機
    を連結して復路管路とし、圧縮機、冷凍機の低温発生部
    、熱シールド扱冷）、旧：ハ交換器の間で、動作気体循
    環回路を形成すると共に、更に前記圧縮機と冷凍機の低
    塩発生部を連結する往路管路と前記熱シールド板冷却熱
    交換器と圧縮機を連結する復路管路間で、往路管路と復
    路管路を熱的に連結する熱交換器を配設してなる、圧縮
    機と冷凍機と低温容器が熱的に一体化された、低温容器
    。
JP58210656A 1983-11-09 1983-11-09 冷凍機と連結した低温容器 Pending JPS60104899A (ja)

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