JP2949003B2

JP2949003B2 - 極低温装置

Info

Publication number: JP2949003B2
Application number: JP7148193A
Authority: JP
Inventors: 一樹森津; 隆博松本; 修一中川; 収二安藤; 光弘岸田; 秀人吉村; 政志長尾; 隆稲口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-03-30
Filing date: 1993-03-30
Publication date: 1999-09-13
Anticipated expiration: 2014-09-13
Also published as: JPH06283328A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、極低温冷媒を貯液す
る冷媒容器を備えた極低温装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は例えば特開昭６２ー９０９１０
号公報に記載された従来の極低温装置の一例を示す断面
図であり、図において１は超電導コイル、２は極低温冷
媒としての液体ヘリウム、４は例えばステンレスで構成
され、超電導コイル１を収納するとともに該超電導コイ
ル１を冷却する液体ヘリウム２を貯液する冷媒容器とし
てのヘリウム槽、６、７は例えば銅で構成され、ヘリウ
ム槽４を包囲して配設された第１および第２熱シール
ド、８はヘリウム槽４、第２熱シールド７および第１熱
シールド６を包囲して設けられた真空容器としての真空
槽である。９ａは冷凍機であり、この冷凍機９ａは第１
段ステージ１５、第２段ステージ１６および第３段ステ
ージ１７の冷却ステージを有し、それぞれ第１熱シール
ド６、第２熱シールド７およびヘリウム槽４に熱スイッ
チ３０を介して接続されている。

【０００３】ここで、熱スイッチ３０は冷凍機９ａの各
冷却ステージに接続される端板３１と、熱シールド等の
被冷却体に接続される端板３２とを対向して配置し、良
熱伝導性の円筒体３３を端板３１、３２から垂直に交互
に微小間隙をもって配置し、かつ、端板３１、３２間を
ベローズ等により密閉して構成され、該密閉空間にヘリ
ウムガスを入れたり、該密閉空間を真空排気することに
より、微小間隙をもって配置されている円筒体３３間の
熱伝達をオン／オフするものである。

【０００４】つぎに、上記従来の極低温装置の動作につ
いて説明する。まず、端板３１、３２間の密閉空間にヘ
リウムガスを導入する。これにより、円筒体３３間がヘ
リウムガスの熱伝導で伝熱し、各熱スイッチ３０がオン
する。真空槽８の内部は真空排気されており、第１およ
び第２熱シールド６、７はそれぞれ冷凍機９ａの第１段
および第２段ステージ１５、１６に熱接続され、所定温
度に冷却されている。そこで、外部から侵入する熱が真
空断熱され、第１および第２熱シールド６、７により輻
射による熱侵入が低減され、ヘリウム槽４の液体ヘリウ
ム２の蒸発量が抑えられる。また、ヘリウム槽４は冷凍
機９ａの第３段ステージ１７に熱接続されて冷却され
る。この時、第３段ステージ１７からの熱がヘリウム槽
４の槽壁を介する際に温度ドロップを生じてヘリウム槽
４内に伝達され、蒸発したヘリウムガス３を再凝縮して
いる。そこで、ヘリウム槽４内に収納された超電導コイ
ル１は、液体ヘリウム２により極低温状態に冷却され
る。

【０００５】また、冷凍機９ａの作動流体中に含まれる
不純物が低温下で固化してしまい、種々のトラブルを発
生することがある。この場合、熱スイッチ３０をオフ、
即ち端板３１、３２間の密閉空間を真空排気する。する
と、つまり円筒体３３間は輻射による微小な伝熱のみと
なり、端板３１と端板３２との間の熱伝達が遮断され、
冷凍機９ａとヘリウム槽４、第１および第２熱シールド
６、７との熱接続が解除される。そして、冷凍機９ａを
昇温させて不純物の固化を解く。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の極低温装置は以
上のようにヘリウム槽４が熱伝導率の小さいステンレス
で構成されているので、冷凍機９ａとヘリウム槽４内の
ヘリウムガス３との間の熱抵抗が大きくなり、冷却効率
が低下するという課題があった。

【０００７】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、冷凍機と冷媒容器内の極低温冷
媒のガスとの間の熱抵抗を低減し、冷却効率を向上でき
る極低温装置を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の発明
は、極低温冷媒を貯液する冷媒容器と、この冷媒容器を
包囲して配設された真空容器と、冷媒容器と真空容器と
の間に配設された熱シールドと、冷媒容器と熱シールド
とを冷却する冷凍機とを備えた極低温装置であって、拡
大熱伝導板を、その裏面と冷媒容器内の極低温冷媒ガス
との温度差が０．５Ｋ以下となるような冷媒容器との接
続面積を確保し、かつ、その一部が少なくとも極低温冷
媒の液面より上部に位置するように冷媒容器に取り付け
るとともに、冷凍機の冷却ステージを拡大熱伝導板に熱
接続したものである。

【０００９】また、この発明の第２の発明は、極低温冷
媒を貯液する冷媒容器と、この冷媒容器を包囲して配設
された真空容器と、冷媒容器と真空容器との間に配設さ
れた熱シールドと、冷媒容器と熱シールドとを冷却する
冷凍機とを備えた極低温装置であって、拡大熱伝導板を
その一部が少なくとも極低温冷媒の液面より上部に位置
するように冷媒容器に取り付けるとともに、冷凍機の冷
却ステージを拡大熱伝導板に良熱伝導性の可撓導体を介
して熱接続したものである。

【００１０】また、この発明の第３の発明は、極低温冷
媒を貯液する冷媒容器と、この冷媒容器を包囲して配設
された真空容器と、冷媒容器と真空容器との間に配設さ
れた熱シールドと、冷媒容器と熱シールドとを冷却する
冷凍機とを備えた極低温装置であって、拡大熱伝導板を
その一部が少なくとも極低温冷媒の液面より上部に位置
するように冷媒容器に上下方向に延設するとともに、冷
凍機の冷却ステージを拡大熱伝導板に熱接続したもので
ある。

【００１１】また、この発明の第４の発明は、極低温冷
媒を貯液する冷媒容器と、この冷媒容器を包囲して配設
された真空容器と、冷媒容器と真空容器との間に配設さ
れた熱シールドと、冷媒容器と熱シールドとを冷却する
冷凍機とを備えた極低温装置であって、拡大熱伝導板を
冷媒容器の外周壁面に配設して、冷凍機の冷却ステージ
を該拡大熱伝導板に熱接続するとともに、熱伝導板を冷
媒容器内にその一部が少なくとも極低温冷媒の液面より
上部に位置するように上下方向に延設したものである。

【００１２】また、この発明の第５の発明は、超電導コ
イルと、この超電導コイルを収納し、この超電導コイル
を冷却する極低温冷媒を貯液する冷媒容器と、この冷媒
容器を包囲して配設された真空容器と、冷媒容器と真空
容器との間に配設された熱シールドと、冷媒容器と熱シ
ールドとを冷却する冷凍機とを備えた極低温装置であっ
て、拡大熱伝導板を冷媒容器の外周壁面に配設し、冷凍
機の冷却ステージを拡大熱伝導板に熱接続するととも
に、拡大熱伝導板の配設された部位の冷媒容器の内壁面
と超電導コイルとを熱接続する熱伝導板を配設したもの
である。

【００１３】

【作用】この発明の第１の発明においては、冷凍機の冷
却ステージに熱接続される拡大熱伝導板が、その裏面と
冷媒容器内の極低温冷媒ガスとの温度差が０．５Ｋ以下
となるように冷媒容器との接続面積を確保し、かつ、そ
の一部が少なくとも極低温冷媒の液面より上部に位置す
るように冷媒容器に取り付けられているので、拡大熱伝
導板の面積が大きくなり、冷凍機の冷却ステージからの
熱（極低温）が冷媒容器の槽壁を介して冷媒容器内に伝
達される際に生じる温度ドロップ（この場合、温度上
昇）は０．５Ｋ以下に抑制され、冷却効率がよくなる。

【００１４】また、この発明の第２の発明においては、
拡大熱伝導板をその一部が少なくとも極低温冷媒の液面
より上部に位置するように冷媒容器に取り付けるととも
に、冷凍機の冷却ステージを拡大熱伝導板に良熱伝導性
の可撓導体を介して熱接続しているので、冷却ステージ
と拡大熱伝導板との位置がずれても、可撓導体を引き回
して熱接続でき、冷凍機の取付位置の上下方向の自由度
が大きくなる。

【００１５】また、この発明の第３の発明においては、
拡大熱伝導板をその一部が少なくとも極低温冷媒の液面
より上部に位置するように冷媒容器に上下方向に延設す
るとともに、冷凍機の冷却ステージを拡大熱伝導板に熱
接続しているので、上下方向に延びる拡大熱伝導板の任
意の位置に冷却ステージを熱接続でき、冷凍機の取付位
置の上下方向の自由度が大きくなる。

【００１６】また、この発明の第４の発明においては、
冷媒容器の外周壁面に配設された拡大熱伝導板に冷凍機
の冷却ステージを熱接続するとともに、熱伝導板をその
一部が少なくとも極低温冷媒の液面より上部に位置する
ように冷媒容器内に上下方向に延設しているので、冷凍
機の冷却ステージを介して冷媒容器に配設された拡大熱
伝導板に伝達された熱（極低温）により、拡大熱伝導板
の配設された冷媒容器の部位近傍の極低温冷媒を介して
熱伝導板が冷却される。そして、その熱（極低温）が熱
伝導板を介して極低温冷媒の液面上の空間に伝達され、
蒸発した極低温冷媒ガスを冷却して凝縮させる。さら
に、熱伝導板を介して上層の極低温冷媒が冷却され、極
低温冷媒の熱対流がおこり、極低温冷媒が全体的に冷却
される。

【００１７】また、この発明の第５の発明においては、
拡大熱伝導板を冷媒容器の外周壁面に配設し、冷凍機の
冷却ステージを拡大熱伝導板に熱接続するとともに、拡
大熱伝導板の配設された部位の冷媒容器の内壁面と超電
導コイルとを熱接続する熱伝導板を配設しているので、
冷却ステージの熱（極低温）が拡大熱伝導板を介して熱
伝導板に伝達され、さらに熱伝導板を介して超電導コイ
ルに伝達され、超電導コイルが極低温に冷却される。

【００１８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。

【００１９】実施例１．この実施例１は、この発明の第
１の発明に係る一実施例である。図１はこの発明の実施
例１を示す極低温装置の断面図であり、図において図１
１に示した従来の極低温装置と同一または相当部分には
同一符号を付し、その説明を省略する。ここで、この実
施例１による極低温装置は、円筒形の超電導コイル１を
収納するヘリウム槽４、第２熱シールド７、第１熱シー
ルド６および真空槽８を同軸配置し横向中空マグネット
を構成して、例えば磁気共鳴画像診断装置用の超電導マ
グネット装置に適用される。

【００２０】図において、５は液体ヘリウム２を注入し
たり、超電導コイル１に通電する電流リード（図示せ
ず）を挿入するために設けられたポート、９は超電導マ
グネット１の軸方向に略平行に取り付けられた冷凍機で
あり、この冷凍機９は図示していないが第１段蓄冷材と
して銅金網を、第２段蓄冷材として鉛玉を、第３段蓄冷
材としてＧｄＲｈとＧｄ_0.5Ｅｒ_0.5Ｒｈとの混合材をそ
れぞれ用い、第３段ステージ１７の到達温度がヘリウム
液化温度を達成できる４．２Ｋ（ケルビン）以下のギホ
ードマクマホン（ＧＭ）式蓄冷型冷凍機を用いている。
１０はこの冷凍機９の圧縮機、１１、１２はそれぞれ冷
凍機９と圧縮機１０とを接続する高圧ホースおよび低圧
ホースである。１３はヘリウム槽４の外周壁面にロー付
けされた拡大熱伝導板であり、この拡大熱伝導板１３は
銅、アルミ等の熱良伝導体が用いられ、ヘリウム槽４の
内外面間の温度差、すなわち拡大熱伝導板１３の裏面と
ヘリウム容器４内のヘリウムガス３との温度差が０．５
Ｋ以下となるようにその接続面積が確保されて、少なく
ともその一部が液体ヘリウム２の液面より上部に位置す
るように取り付けられており、冷凍機９の第３段ステー
ジ１７が熱接続されている。１８はヘリウム槽４、第１
および第２熱シールド６、７を真空槽８に断熱支持する
断熱支持体である。

【００２１】つぎに、この実施例１による極低温装置の
動作について説明する。圧縮機１０を駆動させると、高
圧のヘリウムガスが高圧ホース１１を介して冷凍機９に
導入される。冷凍機９では、各段のディスプレーサ（図
示せず）が往復移動して運転されており、高圧のヘリウ
ムガスが低圧部に膨張して冷凍を発生させる。この時、
ヘリウムガスは低温低圧ガスとなり、各段の蓄冷材を冷
却しながら、低圧ホース１２を介して圧縮機１０に戻
る。ここで、冷凍機９は第１段蓄冷材として銅金網を、
第２段蓄冷材として鉛玉を、第３段蓄冷材としてＧｄＲ
ｈとＧｄ_0.5Ｅｒ₀ _.5Ｒｈとの混合材をそれぞれ用いてお
り、第１段、第２段および第３段ステージ１５、１６、
１７でそれぞれ５０〜８０Ｋ、１０〜２０Ｋおよび２〜
４．５Ｋの到達温度が達成されている。

【００２２】第１段および第２段熱シールド６、７はそ
れぞれ冷凍機９の第１段および第２段ステージ１５、１
６に熱接続されて冷却され、輻射による熱侵入を低減し
ている。拡大熱伝導板１３は第３段ステージ１７に熱接
続されて冷却される。そして、拡大熱伝導板１３に伝達
された熱（極低温）はヘリウム槽４を介してヘリウム槽
４内で蒸発したヘリウムガス３を冷却して再液化する。

【００２３】このように、この実施例１によれば、その
裏面とヘリウム容器４内のヘリウムガス３との温度差が
０．５Ｋ以下となるような大きな接続面積の拡大熱伝導
板１３をヘリウム槽４の外周壁面に取り付けているの
で、熱がヘリウム槽４の槽壁を伝達する際にヘリウム槽
４を構成するステンレスの大きな熱抵抗に起因して生じ
る温度ドロップ（この場合、温度上昇を意味する）を
０．５Ｋ以下に抑えることができ、冷凍機の冷凍能力を
有効に発揮できるとともに、冷却効率を向上することが
できる。

【００２４】また、拡大熱伝導板１３の少なくとも一部
が液体ヘリウム２の液面より上部に位置しているので、
ヘリウム槽４内に充満するヘリウムガス３を有効に冷却
して再液化し、液体ヘリウム２の消費量を低減すること
ができる。

【００２５】さらに、ヘリウム槽４の外周壁面に拡大熱
伝導板１３を取り付けているので、冷凍機９の取付位置
の自由度が大きく、装置の設置場所に合わせた装置設計
ができるとともに、装置の小型化を図ることができる。

【００２６】実施例２．この実施例２は、この発明の第
１の発明に係る他の実施例である。上記実施例１では、
拡大熱伝導板１３をヘリウム槽４の外周壁面に直接ロー
付けするものとしているが、この実施例２では、ヘリウ
ム槽４に開口部を設け、拡大熱伝導板１３をその開口部
を介してヘリウムガス３に露呈するようにヘリウム槽４
にロー付けして取り付けるものとし、ヘリウム槽４の槽
壁による温度ドロップがなくなり、冷却効率を一層向上
することができる。

【００２７】実施例３．この実施例３は、この発明の第
２の発明に係る一実施例である。上記実施例１では、冷
凍機９の第３段ステージ１７を拡大熱伝導板１３に直接
熱接続するものとしているが、この実施例２では、図２
に示すように、冷凍機９の第３段ステージ１７と拡大熱
伝導板１３とを例えば銅線を編んで作製した可撓導体１
４で連結して、両者を熱接続するものとしている。

【００２８】この実施例３によれば、冷凍機９の第３段
ステージ１７と拡大熱伝導板１３との距離があっても可
撓導体１４により容易に熱接続でき、上記実施例１の効
果に加えて、冷凍機９の取付位置の自由度を一層大きく
することができる。

【００２９】実施例４．この実施例４は、この発明の第
２の発明に係る他の実施例である。上記実施例３では、
拡大熱伝導板１３をヘリウム槽４の外周壁面に直接取り
付けるものとしているが、この実施例４では、上記実施
例２と同様に、拡大熱伝導板１３をヘリウムガス３に露
呈するようにヘリウム槽４に取り付けるものとし、同様
の効果を奏する。

【００３０】実施例５．この実施例５は、この発明の第
３の発明に係る一実施例である。上記実施例１では、拡
大熱伝導板１３をヘリウム槽４の一部にロー付けして取
り付けるものとしているが、この実施例５では、図３に
示すように、ヘリウム槽４の外周壁面に円周方向に沿っ
てリング状に拡大熱伝導板１３をロー付けして取り付
け、ヘリウム槽４の下部側で冷凍機９の第３段ステージ
１７を拡大熱伝導板１３に熱接続するものとしている。

【００３１】この実施例５では、冷凍機９の第３段ステ
ージ１７の熱はヘリウム槽４の下部側の拡大熱伝導板１
３に伝達される。そこで、拡大熱伝導板１３とヘリウム
槽４のステンレスとの熱抵抗の差から、大部分の熱は拡
大熱伝導板１３を介してヘリウム槽４の円周方向に沿っ
て上方に伝達される。そして、ヘリウム槽４の上部、即
ちヘリウムガス３の充満している領域では、拡大熱伝導
板１３からヘリウム槽４の槽壁を介して熱が伝達され、
ヘリウムガス３が冷却されて再液化される。

【００３２】このように、この実施例５によれば、拡大
熱伝導板１３がヘリウム槽４の円周方向に沿ってリング
状に取り付けられているので、上記実施例１と同様の効
果を奏するとともに、冷凍機９をヘリウム槽４の円周方
向の任意の位置に設置でき、冷凍機９の取付設置の上下
方向の自由度を大きくすることができる。

【００３３】なお、上記実施例５では、拡大熱伝導板１
３をヘリウム槽４の外周壁面に円周方向に沿ってリング
状に取り付けるものとしているが、拡大熱伝導板１３は
リング状である必要がなく、少なくともその一部が液体
ヘリウム２の液面より上部に位置するようにヘリウム槽
４の外周壁面に上下方向に延設していればよい。

【００３４】実施例６．この実施例６は、この発明の第
３の発明に係る他の実施例である。上記実施例５では、
拡大熱伝導板１３をヘリウム槽４の外周壁面に円周方向
に沿ってリング状に取り付けるものとしているが、この
実施例６では、図４に示すように、少なくとも一部が液
体ヘリウム２の液面より上部に位置するように拡大熱伝
導板１３の一部をヘリウム槽４の端板に上下方向に延設
するものとし、同様の効果を奏する。

【００３５】実施例７．この実施例７は、この発明の第
３の発明に係る他の実施例である。上記実施例６では、
拡大熱伝導板１３をヘリウム槽４の端板に上下方向に延
設するものとしているが、この実施例７では、ヘリウム
槽４の端板をステンレスと銅板とからなるクラッド板で
作製し、クラッド板の銅板を拡大熱伝導板１３とし、冷
凍機９の第３段ステージ１７をクラッド板の銅板（拡大
熱伝導板１３）に熱接続するものとしている。

【００３６】この実施例７によれば、ヘリウム槽４の端
板をクラッド板で構成しているので、上記実施例６の効
果に加えて、拡大熱伝導板１３がヘリウム槽４を製造す
る際に一括で形成でき、拡大熱伝導板１３のロー付け作
業が不要となり、作業性および量産性を向上することが
できる。また、クラッド板ではステンレスと銅板との間
の熱抵抗が小さく、冷却効率を一層向上することができ
る。

【００３７】実施例８．この実施例８は、この発明の第
３の発明に係る他の実施例である。上記実施例５では、
拡大熱伝導板１３をヘリウム槽４の外周壁面に円周方向
に沿ってリング状に取り付けるものとしているが、この
実施例８では、拡大熱伝導板１３をその内周壁面が少な
くとも液体ヘリウム２の液面より上部においてヘリウム
槽４の内部に露出するように円周方向に沿ってリング状
に取り付けるものとしている。

【００３８】この実施例８によれば、拡大熱伝導板１３
の内周壁面がヘリウム槽４の内部に露出しているので、
冷凍機９の第３段ステージ１７から伝達された熱がヘリ
ウム槽４の槽壁を伝達して温度ドロップすることなくヘ
リウムガス３の冷却に寄与でき、冷却効率を一層向上す
ることができる。

【００３９】なお、ヘリウム槽４の全体をステンレスに
代えて熱良伝導体である銅またはアルミで構成し、これ
に冷凍機９の第３段ステージ１７を熱接続するようにし
てもよい。

【００４０】実施例９．この実施例９は、この発明の第
４の発明に係る一実施例である。図５はこの発明の実施
例９を示す極低温装置の断面図、図６は図５のVIーVI線
に沿った断面図であり、図において１９は銅またはアル
ミからなるリング状の熱伝導板であり、この熱伝導板１
９はその一部が液体ヘリウム２の液面より上部に位置す
るように、かつ、ヘリウム槽４の外周壁面に取り付けら
れた拡大熱伝導板１３の取付部位のヘリウム槽４の内壁
面に当接するように、ヘリウム槽４の内部に配設されて
いる。

【００４１】この実施例９では、冷凍機９の第３段ステ
ージ１７の熱は拡大熱伝導板１３に伝達される。そし
て、ヘリウム槽４の槽壁を介して熱伝導板１９に伝達さ
れる。熱伝導板１９に伝達された熱は、ヘリウム槽４の
内部に上下方向に延びた熱伝導板１９を通って上方に伝
達される。そこで、熱伝導板１９の周囲の液体ヘリウム
２が冷却され、上層の液体ヘリウム２も冷却されて、液
体ヘリウム２で熱対流が生じて、液体ヘリウム２全体が
均一に冷却される。さらに、ヘリウムガス３の充満する
空間に露呈する熱伝導板１９の部位に伝達された熱によ
り、ヘリウムガス３が冷却されて再液化される。

【００４２】このように、この実施例９によれば、ヘリ
ウム槽４に拡大熱伝導板１３を取り付けているので、冷
却効率が向上し、冷凍機９の取付位置の自由度が大きく
なる。さらに、液体ヘリウム２で熱対流を生じて液体ヘ
リウム２全体を冷却でき、蒸発量を低減できるととも
に、ヘリウムガス３の空間に露呈する熱伝導板１９の部
位によりヘリウムガス３を再液化できる。

【００４３】実施例１０．この実施例１０は、この発明
の第４の発明に係る他の実施例である。上記実施例９で
は、熱伝導板１９を拡大熱伝導板１３の取付部位のヘリ
ウム槽４の内壁面に当接するものとしているが、この実
施例１０では、図７に示すように、拡大熱伝導板１３の
内周壁面がヘリウム槽４の内部に露呈するように取り付
け、このヘリウム槽４の内部に露呈した拡大熱伝導板１
３の内周壁面に熱伝導板１９を当接（熱接続）させるも
のとしている。

【００４４】この実施例１０によれば、熱伝導板１３が
冷凍機９の第３段ステージ１７に熱接続された拡大熱伝
導板１３に直接接続されているので、拡大熱伝導板１３
と熱伝導板１９との熱抵抗が小さく、冷却効率を一層向
上することができる。

【００４５】実施例１１．この実施例１１は、この発明
の第５の発明に係る一実施例である。図８はこの発明の
実施例１１を示す極低温装置の断面図、図９は図８のIX
ーIX線に沿った断面図であり、図において２０は熱良伝
導体である銅やアルミからなるリング状の熱伝導板であ
り、この熱伝導板２０はヘリウム槽４の下部の外周壁面
にロー付けされた拡大熱伝導板１３の取付部位のヘリウ
ム槽４の内壁面と超電導コイル１とを接続するように配
設されている。ここで、超電導コイル１と熱伝導板２０
との電気的な短絡を防止するために、超電導コイル１の
表面には電気絶縁性および良熱伝導性を有するセラミッ
クの薄膜をコーティングしている。

【００４６】つぎに、この実施例１１の動作について説
明する。冷凍機９の第３段ステージ１７の熱は拡大熱伝
導板１３に伝達され、ヘリウム槽４の槽壁を介して熱伝
導板２０に伝達され、さらに熱伝導板２０を介して超電
導コイル１に伝達される。そこで、超電導コイル１は極
低温に冷却されることになる。また、超電導コイル１は
液体ヘイルム２の液面近傍まで存在しており、この超電
導コイル１の極低温により液面近傍の液体ヘリウム２が
冷却され、その蒸発が抑えられる。この時、上層の液体
ヘリウム２が冷却されるので、熱対流が生じて、液体ヘ
リウム２全体が均一に冷却される。

【００４７】このように、この実施例１１によれば、拡
大熱伝導板１３の取付部位のヘリウム槽４の内周壁面と
超電導コイル１とを熱伝導板２０により熱接続している
ので、冷凍機９の第３段ステージ１７により超電導コイ
ル１を極低温に冷却でき、また液体ヘリウム２を極低温
に冷却してその消費量を低減できる。

【００４８】また、拡大熱伝導板１３はヘリウム槽４の
下部に限らず円周方向に沿って取り付けることができ、
冷凍機９の取付位置の上下方向の自由度が大きくなる。

【００４９】実施例１２．この実施例１２は、この発明
の第５の発明に係る他の実施例である。上記実施例１１
では、拡大熱伝導板１３の取付部位のヘリウム槽４の内
壁面と超電導コイル１とを熱伝導板２０により熱接続す
るものとしているが、この実施例１２では、図１０に示
すように、超電導コイル１の全部を覆うように良熱伝導
体、例えば銅またはアルミからなる熱伝導板２１を配設
し、拡大熱伝導板１３の取付部位のヘリウム槽４の内周
壁面と熱伝導板２１とを熱伝導板２０により熱接続する
ものとし、同様の効果を奏する。

【００５０】ここで、熱伝導板２１は、超電導コイル１
と電気的に短絡しないように電気絶縁性のセラミックを
介して配設されている。また、熱伝導板２１は超電導コ
イル１の一部を覆うように配設してもよい。

【００５１】実施例１３．この実施例１３は、この発明
の第５の発明に係る他の実施例である。上記実施例１
１、１２では、拡大熱伝導板１３をヘリウム槽４の外周
壁面に配設するものとしているが、この実施例１３で
は、拡大熱伝導板１３の内周壁面の一部がヘリウム槽４
の内部に露呈するように配設し、拡大熱伝導板１３の露
呈する内周壁面と熱伝導板２０とを熱接続するものとし
ている。

【００５２】この実施例１３によれば、拡大熱伝導板１
３と熱伝導板２０とがヘリウム槽４の槽壁を介すること
なく熱接続されているので、ヘリウム槽４の槽壁による
温度ドロップがなく、冷却効率を向上することができ
る。

【００５３】なお、上記各実施例では、拡大熱伝導板１
３をヘリウム槽４のロー付けで取り付けるものとして説
明しているが、拡大熱伝導板１３の取付方法はこれに限
らず、例えば、はんだ付けあるいは熱拡散接合を用いて
もよい。

【００５４】また、上記各実施例では、冷凍機９として
ＧＭ式蓄冷型冷凍機を用いるものとして説明している
が、冷凍機９はこれに限らず、冷却ステージの到達温度
がヘリウム液化温度を達成できるものであればよく、さ
らに３段式の冷凍機である必要もない。

【００５５】また、上記各実施例では、磁気共鳴画像診
断装置用の超電導マグネットに適用される極低温装置に
ついて説明しているが、極低温装置はこれに限定される
ものではなく、磁気浮上列車、シンクロトロンラジエー
ション、結晶引き上げ装置等にも適用することができ
る。

【００５６】また、上記実施例１〜８では、超電導マグ
ネット１を備えた極低温装置について説明しているが、
必ずしも超電導マグネット１を備えていなくともよい。

【００５７】また、上記各実施例では、冷凍機９を超電
導マグネット１の軸方向に略平行に取り付けるものとし
て説明しているが、冷凍機９の取付角度もこれに限定さ
れるものではない。

【００５８】また、上記各実施例では、冷凍機の蓄冷材
としてＧｄＲｈとＧｄ_0.5Ｅｒ_0.5Ｒｈとからなる磁性蓄
冷材を用いるものとしているが、蓄冷材としてはＥｒ₃
Ｎｉ、Ｅｒ_0.9Ｙｂ_0.1Ｎｉ、Ｅｒ_0.5Ｄｙ_0.5Ｎｉ、Ｄｙ
Ｎｉ₂、Ｈｏ_1.5Ｅｒ_1.5Ｒｕ等の磁性蓄冷材を用いるこ
とができる。

【００５９】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００６０】この発明の第１の発明においては、極低温
冷媒を貯液する冷媒容器と、この冷媒容器を包囲して配
設された真空容器と、冷媒容器と真空容器との間に配設
された熱シールドと、冷媒容器と熱シールドとを冷却す
る冷凍機とを備えた極低温装置であって、拡大熱伝導板
を、その裏面と冷媒容器内の極低温冷媒ガスとの温度差
が０．５Ｋ以下となるように冷媒容器との接続面積を確
保し、かつ、その一部が少なくとも極低温冷媒の液面よ
り上部に位置するように冷媒容器に取り付けるととも
に、冷凍機の冷却ステージを拡大熱伝導板に熱接続して
いるので、冷却ステージが熱接続される拡大熱伝導板の
面積が大きく、冷凍機と冷媒容器内の極低温冷媒のガス
との間の熱抵抗が小さくなり、冷却効率が向上できる。

【００６１】また、この発明の第２の発明においては、
極低温冷媒を貯液する冷媒容器と、この冷媒容器を包囲
して配設された真空容器と、冷媒容器と真空容器との間
に配設された熱シールドと、冷媒容器と熱シールドとを
冷却する冷凍機とを備えた極低温装置であって、拡大熱
伝導板をその一部が少なくとも極低温冷媒の液面より上
部に位置するように冷媒容器に取り付けるとともに、冷
凍機の冷却ステージを拡大熱伝導板に良熱伝導性の可撓
導体を介して熱接続しているので、上記第１の発明と同
様の効果を奏するとともに、冷却ステージと拡大熱伝導
板との距離があっても可撓導体により容易に熱接続で
き、冷凍機の取付自由度が大きくなる。

【００６２】また、この発明の第３の発明においては、
極低温冷媒を貯液する冷媒容器と、この冷媒容器を包囲
して配設された真空容器と、冷媒容器と真空容器との間
に配設された熱シールドと、冷媒容器と熱シールドとを
冷却する冷凍機とを備えた極低温装置であって、拡大熱
伝導板をその一部が少なくとも極低温冷媒の液面より上
部に位置するように冷媒容器に上下方向に延設するとと
もに、冷凍機の冷却ステージを拡大熱伝導板に熱接続し
ているので、上記第１の発明と同様の効果を奏するとと
もに、上下方向に延びる拡大熱伝導板の任意の位置に冷
却ステージを熱接続でき、冷凍機の取付位置の上下方向
の自由度が大きくなる。

【００６３】また、この発明の第４の発明においては、
極低温冷媒を貯液する冷媒容器と、この冷媒容器を包囲
して配設された真空容器と、冷媒容器と真空容器との間
に配設された熱シールドと、冷媒容器と熱シールドとを
冷却する冷凍機とを備えた極低温装置であって、拡大熱
伝導板を冷媒容器の外周壁面に配設して、冷凍機の冷却
ステージを該拡大熱伝導板に熱接続するとともに、熱伝
導板を冷媒容器内にその一部が少なくとも極低温冷媒の
液面より上部に位置するように上下方向に延設している
ので、上記第１の発明と同様の効果を奏するとともに、
上下方向に延びる熱伝導板により上層の極低温冷媒が冷
却されて熱対流が生じて極低温冷媒全体を均一に冷却で
き、極低温冷媒の蒸発を抑え、さらに冷凍機の取付位置
の上下方向の自由度が大きくなる。

【００６４】また、この発明の第５の発明においては、
超電導コイルと、この超電導コイルを収納し、この超電
導コイルを冷却する極低温冷媒を貯液する冷媒容器と、
この冷媒容器を包囲して配設された真空容器と、冷媒容
器と真空容器との間に配設された熱シールドと、冷媒容
器と熱シールドとを冷却する冷凍機とを備えた極低温装
置であって、拡大熱伝導板を冷媒容器の外周壁面に配設
し、冷凍機の冷却ステージを拡大熱伝導板に熱接続する
とともに、拡大熱伝導板の配設された部位の冷媒容器の
内壁面と超電導コイルとを熱接続する熱伝導板を配設し
ているので、上記第１の発明と同様の効果を奏するとと
もに、超電導コイルの冷却がよくなり、さらに冷凍機の
取付位置の自由度が大きくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す極低温装置の断面図
である。

【図２】この発明の実施例３を示す極低温装置の断面図
である。

【図３】この発明の実施例５を示す極低温装置の断面図
である。

【図４】この発明の実施例６を示す極低温装置の断面図
である。

【図５】この発明の実施例９を示す極低温装置の断面図
である。

【図６】図５のVIーVI線に沿った断面図である。

【図７】この発明の実施例１０を示す極低温装置の断面
図である。

【図８】この発明の実施例１１を示す極低温装置の断面
図である。

【図９】図８のIXーIX線に沿った断面図である。

【図１０】この発明の実施例１２を示す極低温装置の断
面図である。

【図１１】従来の極低温装置の位置例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１超電導コイル２液体ヘリウム（極低温冷媒）４ヘリウム槽（冷媒容器）６第１熱シールド（熱シールド）７第２熱シールド（熱シールド）８真空槽（真空容器）９冷凍機１３拡大熱伝導板１７第３段ステージ（冷却ステージ）１９熱伝導板２０熱伝導板

フロントページの続き (72)発明者安藤収二赤穂市天和651番地三菱電機株式会社赤穂製作所内 (72)発明者岸田光弘尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内 (72)発明者吉村秀人尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内 (72)発明者長尾政志尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内 (72)発明者稲口隆尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01F 6/04 ZAA H01F 6/00 ZAA

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】極低温冷媒を貯液する冷媒容器と、この
冷媒容器を包囲して配設された真空容器と、前記冷媒容
器と前記真空容器との間に配設された熱シールドと、前
記冷媒容器と前記熱シールドとを冷却する冷凍機とを備
えた極低温装置であって、拡大熱伝導板を、その裏面と
前記冷媒容器内の極低温冷媒ガスとの温度差が０．５Ｋ
以下となるように前記冷媒容器との接続面積を確保し、
かつ、その一部が少なくとも前記極低温冷媒の液面より
上部に位置するように前記冷媒容器に取り付けるととも
に、前記冷凍機の冷却ステージを前記拡大熱伝導板に熱
接続したことを特徴とする極低温装置。
【請求項２】極低温冷媒を貯液する冷媒容器と、この
冷媒容器を包囲して配設された真空容器と、前記冷媒容
器と前記真空容器との間に配設された熱シールドと、前
記冷媒容器と前記熱シールドとを冷却する冷凍機とを備
えた極低温装置であって、拡大熱伝導板をその一部が少
なくとも前記極低温冷媒の液面より上部に位置するよう
に前記冷媒容器に取り付けるとともに、前記冷凍機の冷
却ステージを前記拡大熱伝導板に良熱伝導性の可撓導体
を介して熱接続したことを特徴とする極低温装置。
【請求項３】極低温冷媒を貯液する冷媒容器と、この
冷媒容器を包囲して配設された真空容器と、前記冷媒容
器と前記真空容器との間に配設された熱シールドと、前
記冷媒容器と前記熱シールドとを冷却する冷凍機とを備
えた極低温装置であって、拡大熱伝導板をその一部が少
なくとも前記極低温冷媒の液面より上部に位置するよう
に前記冷媒容器に上下方向に延設するとともに、前記冷
凍機の冷却ステージを前記拡大熱伝導板に熱接続したこ
とを特徴とする極低温装置。
【請求項４】極低温冷媒を貯液する冷媒容器と、この
冷媒容器を包囲して配設された真空容器と、前記冷媒容
器と前記真空容器との間に配設された熱シールドと、前
記冷媒容器と前記熱シールドとを冷却する冷凍機とを備
えた極低温装置であって、拡大熱伝導板を前記冷媒容器
の外周壁面に配設して、前記冷凍機の冷却ステージを前
記拡大熱伝導板に熱接続するとともに、熱伝導板を前記
冷媒容器内にその一部が少なくとも前記極低温冷媒の液
面より上部に位置するように上下方向に延設したことを
特徴とする極低温装置。
【請求項５】超電導コイルと、この超電導コイルを収
納し、この超電導コイルを冷却する極低温冷媒を貯液す
る冷媒容器と、この冷媒容器を包囲して配設された真空
容器と、前記冷媒容器と前記真空容器との間に配設され
た熱シールドと、前記冷媒容器と前記熱シールドとを冷
却する冷凍機とを備えた極低温装置であって、拡大熱伝
導板を前記冷媒容器の外周壁面に配設し、前記冷凍機の
冷却ステージを前記拡大熱伝導板に熱接続するととも
に、前記拡大熱伝導板の配設された部位の前記冷媒容器
の内壁面と前記超電導コイルとを熱接続する熱伝導板を
配設したことを特徴とする極低温装置。