JP4565226B2 - Refrigerant circulation device and refrigerant circulation method - Google Patents

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Description

本発明は、極低温の液体ヘリウム等の冷媒を貯留する貯留槽と、冷凍機に接続された凝縮器との間で冷媒を循環させる冷媒循環装置および冷媒循環方法に関する。   The present invention relates to a refrigerant circulation device and a refrigerant circulation method for circulating a refrigerant between a storage tank that stores a refrigerant such as cryogenic liquid helium and a condenser connected to a refrigerator.

従来から、生体磁気計測システム、心磁計、NMR装置、MRI装置等といった計測器等の冷却には、極低温(およそ4K)の液体ヘリウムが冷媒として用いられている。かかる液体ヘリウムは、希少な資源であると共に比較的高価なものであることから、冷却過程で発生したヘリウムガスを大気に開放してしまうのは好ましいことではない。このため、ヘリウムガスの再利用を可能とするための技術として、極低温の液体ヘリウムを貯留する貯留槽で気化したヘリウムを回収し、再液化させて貯留槽に返送するヘリウム循環装置が知られている(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)   Conventionally, cryogenic (approximately 4K) liquid helium has been used as a refrigerant for cooling measuring instruments such as a biomagnetic measurement system, a magnetocardiograph, an NMR apparatus, and an MRI apparatus. Since such liquid helium is a scarce resource and relatively expensive, it is not preferable to open the helium gas generated in the cooling process to the atmosphere. For this reason, as a technique for enabling the reuse of helium gas, there is known a helium circulation device that recovers helium vaporized in a storage tank storing cryogenic liquid helium, re-liquefies it, and returns it to the storage tank. (For example, refer to Patent Document 1 and Patent Document 2.)

上述のヘリウム循環装置は、ヘリウムをおよそ4Kにまで冷却可能なギフォードマクマホンサイクル冷凍機(以下、「GM冷凍機」という)と、このGM冷凍機に接続された凝縮器と、貯留槽から回収されたヘリウムガス中の不純物を冷却・固化させて捕捉する精製器とを含む。貯留槽で発生した低温(およそ4〜10K)のヘリウムガスは、凝縮器に送られ、極低温の液体ヘリウムへと再液化させられる。また、貯留槽で発生した比較的高温(およそ300K)のヘリウムガスは、循環ポンプによって回収されて精製器に導入され、そこでヘリウムガスから窒素や酸素といった不純物が除去される。精製器を通過したヘリウムガスは、GM冷凍機によって段階的に冷却された後、凝縮器に送られ、そこで極低温の液体ヘリウムへと再液化させられる。   The above-described helium circulation device is recovered from a Gifford McMahon cycle refrigerator (hereinafter referred to as “GM refrigerator”) capable of cooling helium to approximately 4K, a condenser connected to the GM refrigerator, and a storage tank. And a purifier that cools and solidifies impurities in the helium gas. The low-temperature (approximately 4 to 10 K) helium gas generated in the storage tank is sent to the condenser and re-liquefied into cryogenic liquid helium. Further, the relatively high temperature (approximately 300 K) helium gas generated in the storage tank is collected by a circulation pump and introduced into a purifier, where impurities such as nitrogen and oxygen are removed from the helium gas. The helium gas that has passed through the purifier is cooled stepwise by the GM refrigerator and then sent to the condenser where it is reliquefied into cryogenic liquid helium.

特開平10−105072号公報JP-A-10-105072 米国特許第6,442,948号公報US Pat. No. 6,442,948

しかしながら、上述の従来のヘリウム循環装置のように、貯留槽で発生したヘリウムガスを冷凍機により段階的に冷却した後、凝縮器で極低温の液体ヘリウムへと再液化させることは、効率面から見て必ずしも好ましいものとはいえない。また、ヘリウム循環装置については、配管(冷媒系統)をできるだけ少なくして装置全体のコストを低減させることも求められている。   However, as in the conventional helium circulation device described above, after the helium gas generated in the storage tank is gradually cooled by a refrigerator, it is reliquefied to cryogenic liquid helium by a condenser from the viewpoint of efficiency. It is not always preferable to see. Further, for the helium circulation device, it is also required to reduce the cost of the entire device by reducing the number of pipes (refrigerant system) as much as possible.

そこで、本発明は、冷媒を効率よく低コストで再液化させることができるヘリウム循環装置およびヘリウム循環方法の提供を目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the helium circulation apparatus and helium circulation method which can reliquefy a refrigerant | coolant efficiently and at low cost.

本発明の冷媒循環装置は、極低温の液状冷媒を貯留する貯留槽と、冷凍機に接続されており、冷媒を再液化させることができる凝縮器とを有し、貯留槽と凝縮器との間で冷媒を循環させる冷媒循環装置であって、貯留槽内の冷媒ガスの一部を冷凍機に導くと共に、冷凍機により冷却された冷媒ガスを貯留槽に返送するための第1の系統と、貯留槽内の冷媒ガスの一部を凝縮器に導くと共に、凝縮器で液化した冷媒ガスを貯留槽に返送するための第2の系統と、凝縮器に設けられたヒータと、貯留槽内の圧力に応じてヒータを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。   The refrigerant circulation device of the present invention includes a storage tank that stores a cryogenic liquid refrigerant, and a condenser that is connected to the refrigerator and can re-liquefy the refrigerant. A refrigerant circulation device for circulating a refrigerant between the first system for guiding a part of the refrigerant gas in the storage tank to the refrigerator and returning the refrigerant gas cooled by the refrigerator to the storage tank; A second system for guiding a part of the refrigerant gas in the storage tank to the condenser and returning the refrigerant gas liquefied by the condenser to the storage tank, a heater provided in the condenser, and the inside of the storage tank And a control means for controlling the heater according to the pressure.

この冷媒循環装置では、貯留槽内の冷媒ガスのうち、周囲から熱を奪ってある程度昇温した冷媒ガスが第1の冷却系統を介して冷凍機に導かれ、当該冷媒ガスは、冷凍機により冷却された後、貯留槽に返送される。これにより、冷媒ガスによって熱が貯留槽外に排出されるので、貯留槽内での冷媒の気化が抑制されると共に、貯留槽内の冷媒ガスの更なる昇温が抑制されることになる。そして、この冷媒循環装置では、ヒータを用いて凝縮器内の温度を調整することにより、第2の系統を介して凝縮器と連通する貯留槽内の圧力を所望の値に設定して、貯留槽内の液状の冷媒の量を所望値に保つことができる。   In this refrigerant circulation device, among the refrigerant gas in the storage tank, the refrigerant gas which has been heated from the surroundings to a certain degree is led to the refrigerator through the first cooling system, and the refrigerant gas is After cooling, it is returned to the storage tank. Thereby, since heat is discharged outside the storage tank by the refrigerant gas, vaporization of the refrigerant in the storage tank is suppressed, and further temperature rise of the refrigerant gas in the storage tank is suppressed. In this refrigerant circulation device, by adjusting the temperature in the condenser using a heater, the pressure in the storage tank communicating with the condenser via the second system is set to a desired value and stored. The amount of the liquid refrigerant in the tank can be kept at a desired value.

従って、この冷媒循環装置では、貯留槽内で気化した比較的低温の冷媒ガス(冷媒がヘリウムである場合、およそ4Kのヘリウムガス)を第2の系統を介して凝縮器に導き、凝縮器で液化した冷媒を貯留槽に返送するだけで、貯留槽内に常時充分な量の液状冷媒を確保することが可能となる。この結果、本発明によれば、貯留槽で気化した冷媒を冷凍機により段階的に冷却した後、凝縮器で再液化させるための系統を省略することが可能となり、冷媒を効率よく低コストで再液化させることができる。   Therefore, in this refrigerant circulation device, the relatively low-temperature refrigerant gas vaporized in the storage tank (approximately 4K helium gas when the refrigerant is helium) is led to the condenser through the second system, By simply returning the liquefied refrigerant to the storage tank, it is possible to always ensure a sufficient amount of liquid refrigerant in the storage tank. As a result, according to the present invention, it is possible to omit a system for cooling the refrigerant vaporized in the storage tank in stages using a refrigerator, and then re-liquefying the refrigerant with a condenser. It can be reliquefied.

この場合、第1の系統は、貯留槽内の冷媒ガスが貯留槽に侵入しようとする熱を奪って冷凍機に向かうように構成された領域を含むと好ましい。   In this case, it is preferable that the first system includes a region configured such that the refrigerant gas in the storage tank takes heat that is about to enter the storage tank and goes to the refrigerator.

このような構成を採用すれば、貯留槽への入熱を極めて確実に抑制することが可能となるので、貯留槽内での冷媒の気化と、貯留槽内の冷媒ガスの更なる昇温とを確実に抑制することができる。   By adopting such a configuration, it is possible to extremely reliably suppress the heat input to the storage tank, so that the vaporization of the refrigerant in the storage tank and the further temperature rise of the refrigerant gas in the storage tank Can be reliably suppressed.

また、本発明による冷媒循環装置は、第1の系統に接続されており、補充用の冷媒を貯留する補充用貯留手段を更に備え、補充用貯留手段から第1の系統の一部を介して冷媒を貯留槽内に供給可能であると好ましい。   In addition, the refrigerant circulation device according to the present invention is connected to the first system and further includes a replenishment storage unit that stores the replenishment refrigerant, and the replenishment storage unit passes through a part of the first system. It is preferable that the refrigerant can be supplied into the storage tank.

このような構成を採用すれば、貯留槽内の冷媒の量が減少しても、冷媒を確実に補充することが可能となる。そして、補充用貯留手段から第1の系統の一部を介して冷媒を貯留槽内に供給することにより、貯留槽に冷媒を補充するための専用系統を設ける必要がなくなる。   By adopting such a configuration, it is possible to reliably replenish the refrigerant even if the amount of the refrigerant in the storage tank decreases. Then, by supplying the refrigerant into the storage tank from the replenishment storage means through a part of the first system, it is not necessary to provide a dedicated system for replenishing the refrigerant in the storage tank.

更に、本発明による冷媒循環装置は、貯留槽内の液状冷媒の液面レベルを検出する液面検出手段を更に備え、制御手段は、液面検出手段の検出値に応じて、冷媒貯留手段から第1の系統の一部を介して貯留槽内に冷媒が供給されるようにすると好ましい。   Further, the refrigerant circulation device according to the present invention further includes a liquid level detecting means for detecting a liquid level of the liquid refrigerant in the storage tank, and the control means is configured to change the refrigerant level from the refrigerant storing means according to the detection value of the liquid level detecting means. It is preferable that the refrigerant is supplied into the storage tank through a part of the first system.

このような構成を採用すれば、貯留槽内に常時所望量の冷媒を確保しておくことが可能となる。   By adopting such a configuration, it is possible to always secure a desired amount of refrigerant in the storage tank.

本発明による冷媒循環方法は、極低温の液状冷媒を貯留する貯留槽と、ヒータを有すると共に冷凍機に接続された凝縮器との間で冷媒を循環させる冷媒循環方法であって、貯留槽内の冷媒ガスの一部を冷凍機に導き、冷凍機により冷却された冷媒ガスを貯留槽に返送すると共に、貯留槽内の圧力に応じて凝縮器のヒータを制御しながら、貯留槽内の冷媒ガスの一部を凝縮器に導き、凝縮器で液化した冷媒を貯留槽に返送することを特徴とする。   A refrigerant circulation method according to the present invention is a refrigerant circulation method for circulating a refrigerant between a storage tank for storing a cryogenic liquid refrigerant and a condenser having a heater and connected to a refrigerator. The refrigerant gas in the storage tank is guided to the refrigerator, the refrigerant gas cooled by the refrigerator is returned to the storage tank, and the heater of the condenser is controlled according to the pressure in the storage tank. A part of the gas is guided to a condenser, and the refrigerant liquefied by the condenser is returned to the storage tank.

この場合、貯留槽内の冷媒ガスの一部が貯留槽に侵入しようとする熱を奪って冷凍機に向かうようにすると好ましい。   In this case, it is preferable that a part of the refrigerant gas in the storage tank removes heat from entering the storage tank and goes to the refrigerator.

また、貯留槽内の液状冷媒の液面レベルが下限値以下となった場合に、補充用の冷媒を貯留する補充用貯留手段から貯留槽への冷媒の供給を許容し、液面レベルが所定値に達するまで、補充用貯留手段からの冷媒の供給を貯留槽内の圧力に応じて許容または規制しながら貯留槽内に冷媒を補充すると好ましい。   In addition, when the liquid level of the liquid refrigerant in the storage tank is equal to or lower than the lower limit value, the supply of the refrigerant from the replenishment storage means for storing the replenishment refrigerant to the storage tank is permitted, and the liquid level is predetermined. It is preferable to replenish the refrigerant in the storage tank while allowing or regulating the supply of the refrigerant from the replenishment storage means according to the pressure in the storage tank until the value is reached.

本発明によれば、冷媒を効率よく低コストで再液化させることができるヘリウム循環装置およびヘリウム循環方法の実現が可能となる。   According to the present invention, it is possible to realize a helium circulation device and a helium circulation method capable of efficiently re-liquefying a refrigerant at low cost.

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明によるヘリウム循環装置を含む計測システムの一例である生体磁気計測システムを示す部分断面図である。生体磁気計測システム1は、脳の活動等を高時空間分解能で非侵襲的に計測可能な超電導量子干渉計(以下、「SQUID」という)2を備えており、人間の脳等から発せられる磁界を検出可能なものである。このSQUID2は、その内部におよそ4Kの液体ヘリウムを貯留するデュワー(貯留槽)3に内包されており、デュワー3内の液体ヘリウムによって動作温度であるおよそ4Kに冷却される。   FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a biomagnetic measurement system which is an example of a measurement system including a helium circulation device according to the present invention. The biomagnetic measurement system 1 includes a superconducting quantum interferometer (hereinafter referred to as “SQUID”) 2 capable of noninvasively measuring brain activity and the like with high spatio-temporal resolution, and a magnetic field generated from a human brain or the like. Can be detected. The SQUID 2 is contained in a dewar (storage tank) 3 that stores approximately 4K of liquid helium therein, and is cooled to approximately 4K, which is an operating temperature, by the liquid helium in the dewar 3.

SQUID2およびデュワー3は、非磁性体の隔壁4により画成された磁気シールド室SR内に配置されている。図1からわかるように、デュワー3は、支持部材5によって、水平に延びる軸6の周りに回動自在に支持されており、デュワー3の下方には、図示されない座部および図示されないベッドが配置される。これにより、生体磁気計測システム1では、デュワー3を軸6の周りに回動(傾斜)させることにより、座部に着座した被検者またはベッドに横たわった被検者の脳等から発せられる磁界を計測することができる。   The SQUID 2 and the dewar 3 are arranged in a magnetic shield room SR defined by a nonmagnetic partition wall 4. As can be seen from FIG. 1, the dewar 3 is supported by a support member 5 so as to be rotatable around a horizontally extending shaft 6, and a seat portion (not shown) and a bed (not shown) are arranged below the dewar 3. Is done. Thereby, in the biomagnetic measurement system 1, the dewar 3 is rotated (tilted) around the axis 6 to generate a magnetic field generated from the subject's brain or the like lying on the seat or the subject lying on the bed. Can be measured.

生体磁気計測システム1は、希少な資源であると共に比較的高価なヘリウムを有効に活用すべく、SQUID2の冷却によりデュワー(液体ヘリウム貯留槽)3内で気化したヘリウムを回収し、再液化させてデュワー3に返送するヘリウム循環装置20を有している。ヘリウム循環装置20は、後述のGM冷凍機等を収容するコールドチャンバ23や各種配管類を収容する容器26を有し、磁気シールド室SRの隣に配置された収容室AR内に配置されている。収容室ARを画成する隔壁7の内面には、ヘリウム循環装置20から発せられる音や磁気の外部への漏洩を抑制するために、磁気シールド材が貼着されている。   The biomagnetic measurement system 1 collects the helium vaporized in the dewar (liquid helium storage tank) 3 by cooling the SQUID 2 and re-liquefies it in order to effectively use helium, which is a scarce resource and is relatively expensive. A helium circulation device 20 that returns to the dewar 3 is included. The helium circulator 20 includes a cold chamber 23 that houses a GM refrigerator, which will be described later, and a container 26 that houses various pipes. The helium circulation device 20 is disposed in a storage chamber AR disposed next to the magnetic shield chamber SR. . A magnetic shield material is adhered to the inner surface of the partition wall 7 that defines the storage chamber AR in order to suppress sound emitted from the helium circulation device 20 and leakage of magnetism to the outside.

コールドチャンバ23および容器26の支持機構には、磁気シールド室SR内の軸6と同軸かつ水平に延びるシャフト8が固定されており、シャフト8は、支持ブロック9によって回転自在に支持されている。シャフト8には、ウォームギア機構等の減速機構10を介して回転ハンドル11が接続されており、回転ハンドル11を操作することにより、コールドチャンバ23や容器26をシャフト8の周りに回動させることができる。なお、容器26の下部には、カウンタウェイトWが取り付けられている。   A shaft 8 extending coaxially and horizontally with the shaft 6 in the magnetic shield chamber SR is fixed to the support mechanism for the cold chamber 23 and the container 26, and the shaft 8 is rotatably supported by the support block 9. A rotation handle 11 is connected to the shaft 8 via a speed reduction mechanism 10 such as a worm gear mechanism. By operating the rotation handle 11, the cold chamber 23 and the container 26 can be rotated around the shaft 8. it can. A counterweight W is attached to the lower part of the container 26.

また、生体磁気計測システム1は、磁気シールド室SRを画成する隔壁4と、当該隔壁4と対向する収容室ARの隔壁7とを貫通する駆動シャフト12を有している。収容室AR内のシャフト8と結合させた駆動シャフト12を回転させれば、磁気シールド室SR内から収容室AR内のコールドチャンバ23や容器26を回動(傾斜)させることができる。すなわち、生体磁気計測システム1では、患者の姿勢に合わせて磁気シールド室SR内のデュワー3を移動させた際に、収容室AR内のコールドチャンバ23や容器26をデュワー3の姿勢に合わせて移動させることができる。   In addition, the biomagnetic measurement system 1 includes a drive shaft 12 that penetrates the partition wall 4 that defines the magnetic shield chamber SR and the partition wall 7 of the storage chamber AR that faces the partition wall 4. If the drive shaft 12 combined with the shaft 8 in the storage chamber AR is rotated, the cold chamber 23 and the container 26 in the storage chamber AR can be rotated (inclined) from the magnetic shield chamber SR. That is, in the biomagnetic measurement system 1, when the dewar 3 in the magnetic shield room SR is moved according to the posture of the patient, the cold chamber 23 and the container 26 in the storage room AR are moved according to the posture of the dewar 3. Can be made.

図1に示されるように、デュワー3とヘリウム循環装置20のコールドチャンバ23とは、トランスファチューブ14を介して互いに接続される。トランスファチューブ14は、磁気シールド室SRの隔壁4に形成された弧状の長穴4aと、収容室ARの隔壁7に形成された弧状の長穴7aとを貫通する。長穴4aおよび7aは、デュワー3やヘリウム循環装置20の回動中心(軸6やシャフト8等)を中心として形成されている。長穴4aおよび7aには、デュワー3、ヘリウム循環装置20およびトランスファチューブ14の移動が完了した段階で、磁気シールド材15が装填される。   As shown in FIG. 1, the dewar 3 and the cold chamber 23 of the helium circulation device 20 are connected to each other via a transfer tube 14. The transfer tube 14 passes through an arcuate slot 4a formed in the partition 4 of the magnetic shield chamber SR and an arc-shaped slot 7a formed in the partition 7 of the storage chamber AR. The long holes 4a and 7a are formed around the rotation center (the shaft 6, the shaft 8, etc.) of the dewar 3 and the helium circulation device 20. The magnetic shield material 15 is loaded in the long holes 4a and 7a when the movement of the dewar 3, the helium circulation device 20 and the transfer tube 14 is completed.

図2は、生体磁気計測システム1に含まれるデュワー3を示す断面図である。同図に示されるように、デュワー3は、内槽301と、この内槽301を包囲する外槽302とを有する。SQUID2とその冷却媒体である液体ヘリウムとは、内槽301の下部に収容され、内槽301の内部には、液体ヘリウムの液面レベルを検出するための液面計350が配置されている。また、外槽302はFRP等の断熱材により形成されており、外槽302の上端は、閉鎖部材303によって閉鎖される。そして、内槽301と外槽302との間には、断熱空間304が画成される。断熱空間304は、真空吸引されており、これにより、内槽301と外槽302との間には、真空層が形成される。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing the dewar 3 included in the biomagnetic measurement system 1. As shown in the figure, the dewar 3 has an inner tank 301 and an outer tank 302 surrounding the inner tank 301. SQUID2 and liquid helium as its cooling medium are accommodated in the lower part of the inner tank 301, and a liquid level gauge 350 for detecting the liquid level of the liquid helium is disposed inside the inner tank 301. The outer tub 302 is formed of a heat insulating material such as FRP, and the upper end of the outer tub 302 is closed by a closing member 303. A heat insulating space 304 is defined between the inner tank 301 and the outer tank 302. The heat insulating space 304 is sucked by vacuum, and thereby, a vacuum layer is formed between the inner tank 301 and the outer tank 302.

内槽301内の上部には、中空かつ概ね筒状に形成された上側インサート305が配置されている。この上側インサート305の内部には、真空状態に維持される第1真空チャンバ306が画成される。上側インサート305の外壁面と内槽301の内壁面との間には、環状の空間307が画成される。また、内槽301の内部には、上側インサート305の下面と、液体ヘリウムの液面との間に位置するように下側インサート308が配置される。この下側インサート308も、中空かつ概ね筒状に形成されており、その内部には、真空状態に維持される第2真空チャンバ309が画成される。   An upper insert 305 formed in a hollow and generally cylindrical shape is disposed in the upper part of the inner tank 301. A first vacuum chamber 306 that is maintained in a vacuum state is defined in the upper insert 305. An annular space 307 is defined between the outer wall surface of the upper insert 305 and the inner wall surface of the inner tank 301. In addition, a lower insert 308 is disposed inside the inner tank 301 so as to be positioned between the lower surface of the upper insert 305 and the liquid level of liquid helium. The lower insert 308 is also formed in a hollow and generally cylindrical shape, and a second vacuum chamber 309 that is maintained in a vacuum state is defined therein.

図2に示されるように、上側インサート305の下面と下側インサート308の上面との間には、上述の空間307と連通する空間310が画成され、下側インサート308の外壁面と内槽301の内壁面との間には、空間307および310と連通する環状の空間311が画成される。更に、下側インサート308の下面と液体ヘリウムの液面との間には、空間311と連通する空間312が画成される。本実施形態では、下側インサート308の下面が、外周から中心に向かって上方に傾斜する円錐面状に形成されている。この場合、下側インサート308の下面を円錐面状に形成する代わりに、下側インサート308の下面を平坦にした上で、この下面に上述のような円錐面を有するウレタン等からなる別部材を取り付けてもよい。   As shown in FIG. 2, a space 310 communicating with the above-described space 307 is defined between the lower surface of the upper insert 305 and the upper surface of the lower insert 308, and the outer wall surface and inner tank of the lower insert 308 are defined. An annular space 311 communicating with the spaces 307 and 310 is defined between the inner wall surface 301 and the inner wall surface 301. Further, a space 312 communicating with the space 311 is defined between the lower surface of the lower insert 308 and the liquid level of liquid helium. In the present embodiment, the lower surface of the lower insert 308 is formed in a conical surface shape that is inclined upward from the outer periphery toward the center. In this case, instead of forming the lower surface of the lower insert 308 in a conical shape, the lower surface of the lower insert 308 is made flat, and another member made of urethane or the like having the conical surface as described above is formed on the lower surface. It may be attached.

第1真空チャンバ306の内壁面の複数箇所(本実施形態では、高さ方向における中央の2箇所)には、銅材等からなる熱シールド部材313を介して伝熱部材314が取り付けられている。また、第1真空チャンバ306の外壁面の複数箇所(本実施形態では、3箇所)にも、銅材等からなる熱シールド部材315が取り付けられている。本実施形態では、上側の2個の熱シールド部材315が上側インサート305内の各熱シールド部材313と対応するように配置され、下側の1個の熱シールド部材315が上側インサート305と下側インサート308との間の空間310を囲むように配置されている。   Heat transfer members 314 are attached to a plurality of locations on the inner wall surface of the first vacuum chamber 306 (in the present embodiment, two locations in the center in the height direction) via heat shield members 313 made of a copper material or the like. . In addition, heat shield members 315 made of a copper material or the like are attached to a plurality of locations (three locations in the present embodiment) on the outer wall surface of the first vacuum chamber 306. In the present embodiment, the upper two heat shield members 315 are arranged so as to correspond to the respective heat shield members 313 in the upper insert 305, and the lower one heat shield member 315 includes the upper insert 305 and the lower insert 305. It arrange | positions so that the space 310 between the inserts 308 may be enclosed.

各熱シールド部材315には、それぞれ内槽301を囲むように形成された複数(本例では3体)の伝熱部材316,317,318が固定されており、各伝熱部材316〜318は、上述の断熱空間304内に位置する。これらの伝熱部材316〜318のうち、外側の2体の伝熱部材316および317は、概ね筒状に形成されており、それぞれの遊端部は、内槽301の下端部付近まで達している。また、最も内側の伝熱部材318は、有底筒状に形成されており、内槽301の下部の概ね半分を覆っている。   A plurality (three in this example) of heat transfer members 316, 317, and 318 formed so as to surround the inner tank 301 are fixed to the heat shield members 315, and the heat transfer members 316 to 318 are , Located in the above-described heat insulating space 304. Out of these heat transfer members 316 to 318, the two outer heat transfer members 316 and 317 are formed in a substantially cylindrical shape, and each free end portion reaches the vicinity of the lower end portion of the inner tank 301. Yes. Further, the innermost heat transfer member 318 is formed in a bottomed cylindrical shape and covers approximately half of the lower part of the inner tank 301.

図2に示されるように、上述の上側インサート305の上端部(閉鎖部材303側の端部)は縮径されており、これにより、上側インサート305の上端部の周囲には、上述の空間307と連通する空間319が画成される。そして、閉鎖部材303には、当該空間319と連通するように、第1回収管L10が接続されている。また、上述の上側インサート305および下側インサート308の中心孔部には、上述のトランスファチューブ14の先端部が挿通される。   As shown in FIG. 2, the upper end portion (the end portion on the closing member 303 side) of the upper insert 305 is reduced in diameter, so that the space 307 described above is formed around the upper end portion of the upper insert 305. A space 319 communicating with is defined. The first recovery pipe L10 is connected to the closing member 303 so as to communicate with the space 319. Further, the distal end portion of the transfer tube 14 is inserted through the center hole portions of the upper insert 305 and the lower insert 308 described above.

ここで、トランスファチューブ14は、外側から順番に、冷却管L11、第2回収管L20および返送管L21を同心に一体化させることにより多重管として構成されている。そして、トランスファチューブ14を構成する冷却管L11は、図2に示されるように、上側インサート305と下側インサート308との間の空間310において開口している。また、トランスファチューブ14を構成する第2回収管L20および返送管L21は、下側インサート308と液体ヘリウムの液面との間の空間312において開口している。なお、第2回収管L20の外周面と、下側インサート308の中心孔部の内周面との間には、空間310と空間312とを連通する隙間320が画成される。   Here, the transfer tube 14 is configured as a multiple tube by concentrically integrating the cooling pipe L11, the second recovery pipe L20, and the return pipe L21 in order from the outside. And the cooling pipe L11 which comprises the transfer tube 14 is opened in the space 310 between the upper side insert 305 and the lower side insert 308, as FIG. 2 shows. The second recovery pipe L20 and the return pipe L21 constituting the transfer tube 14 are opened in a space 312 between the lower insert 308 and the liquid level of liquid helium. A gap 320 that communicates the space 310 and the space 312 is defined between the outer peripheral surface of the second recovery pipe L20 and the inner peripheral surface of the center hole portion of the lower insert 308.

図3は、生体磁気計測システム1に含まれるヘリウム循環装置20の系統図である。同図に示されるように、ヘリウム循環装置20は、上述のデュワー3や第1回収管L10、冷却管L11、第2回収管L20および返送管L21に加えて、循環ポンプ21、2台のGM冷凍機22、精製器30、凝縮器40、GM冷凍機22、精製器30および凝縮器40を収容するコールドチャンバ23等を含む。各GM冷凍機22は、ヘリウムガスをおよそ40Kまで冷却するための第1冷凍部22aおよびヘリウムガスをおよそ4Kまで冷却するための第2冷凍部22bを有するものである。   FIG. 3 is a system diagram of the helium circulation device 20 included in the biomagnetic measurement system 1. As shown in the figure, the helium circulation device 20 includes a circulation pump 21 and two GMs in addition to the dewar 3, the first recovery pipe L10, the cooling pipe L11, the second recovery pipe L20, and the return pipe L21. The refrigerator 22, the purifier 30, the condenser 40, the GM refrigerator 22, the purifier 30, and the cold chamber 23 that stores the condenser 40 are included. Each GM refrigerator 22 has a first freezer 22a for cooling helium gas to about 40K and a second freezer 22b for cooling helium gas to about 4K.

デュワー3の上部から延びる第1回収管L10は、中途にバルブV1、マスフローメータMF1および電磁弁EV1(ノーマルオープン)を有し、その先端は、循環ポンプ21の吸入口に接続されている。循環ポンプ21の吐出口には、ガス管L12の一端が接続されている。このガス管L12は、第1回収管L10および冷却管L11と共に、デュワー3内のヘリウムガスの一部をGM冷凍機22に導くと共に、GM冷凍機22により冷却されたヘリウムガスをデュワー3に返送するための第1の系統を構成する。ガス管L12は、フィルタF1およびF2、一定流量制御弁MFC、流量計FMおよび電磁弁EV2を中途に有し、ガス管L12の他端は、コールドチャンバ23内の精製器30の流体入口に接続されている。   The first recovery pipe L10 extending from the upper part of the dewar 3 has a valve V1, a mass flow meter MF1, and a solenoid valve EV1 (normally open) in the middle, and the tip thereof is connected to the suction port of the circulation pump 21. One end of a gas pipe L12 is connected to the discharge port of the circulation pump 21. Along with the first recovery pipe L10 and the cooling pipe L11, the gas pipe L12 guides part of the helium gas in the dewar 3 to the GM refrigerator 22 and returns the helium gas cooled by the GM refrigerator 22 to the dewar 3. The 1st system | strain for doing is comprised. The gas pipe L12 has filters F1 and F2, a constant flow rate control valve MFC, a flow meter FM, and a solenoid valve EV2, and the other end of the gas pipe L12 is connected to the fluid inlet of the purifier 30 in the cold chamber 23. Has been.

精製器30は、デュワー3から回収されたヘリウムガス中の不純物を冷却・固化させて捕捉するものであり、例えば、本体と、ヘリウムガスの流通を許容すると共にヘリウムガスと十分に接触するように構成された多孔質性の捕捉手段とを備えており、捕捉手段は、本体の出口側に配置されると共に冷熱源に接続される。この精製器30の流体出口には、逆止弁50を介して上述の冷却管L11の一端が接続されている。冷却管L11は、一方のGM冷凍機22の第1冷凍部22aに配置される伝熱管HPを有する。また、凝縮器40は、2台のGM冷凍機22の第2冷凍部22bに接続されており、凝縮器40の器内温度は、各第2冷凍部22bによりおよそ4Kに保たれる。更に、凝縮器40には、器内温度を調整するためのヒータ41が備えられている。そして、凝縮器40には、上述の第2回収管L20と返送管L21とが接続されている。第2回収管L20および返送管L21は、デュワー3内のヘリウムガスの一部を凝縮器40に導くと共に、凝縮器40で液化したヘリウムをデュワー3に返送するための第2の系統を構成する。   The purifier 30 cools and solidifies the impurities in the helium gas recovered from the dewar 3 and, for example, allows the helium gas to flow through the main body and sufficiently contacts the helium gas. And a porous trapping means configured to be disposed on the outlet side of the main body and connected to a cold heat source. One end of the cooling pipe L <b> 11 is connected to the fluid outlet of the purifier 30 via a check valve 50. The cooling pipe L <b> 11 has a heat transfer pipe HP that is disposed in the first freezing unit 22 a of one GM refrigerator 22. Moreover, the condenser 40 is connected to the 2nd freezing part 22b of the two GM refrigerators 22, and the internal temperature of the condenser 40 is maintained at about 4K by each 2nd freezing part 22b. Furthermore, the condenser 40 is provided with a heater 41 for adjusting the internal temperature. The condenser 40 is connected to the second recovery pipe L20 and the return pipe L21. The second recovery pipe L20 and the return pipe L21 constitute a second system for guiding part of the helium gas in the dewar 3 to the condenser 40 and returning the helium liquefied by the condenser 40 to the dewar 3. .

一方、第1回収管L10には、中途に電磁弁EV3を有するヘリウム排出管が接続されている。また、ガス管L12の流量計FMとバルブV2との間には、電磁弁EV4、マスフローメータMF4、バルブV4および真空引きポートを介して排気ポンプ(吸引手段)24が接続されている。排気ポンプ24は、精製器30から不純物を除去する際に使用される。更に、ガス管L12の循環ポンプ21とフィルタF1との間には、電磁弁EV5、マスフローメータMF5、フィルタF5、およびバルブV5を介してヘリウムボンベ25が接続されている。ヘリウムボンベ25は、常温(300K)のヘリウムガスを貯留するものである。   On the other hand, the first recovery pipe L10 is connected to a helium discharge pipe having a solenoid valve EV3 in the middle. Further, an exhaust pump (suction means) 24 is connected between the flow meter FM of the gas pipe L12 and the valve V2 via an electromagnetic valve EV4, a mass flow meter MF4, a valve V4 and a vacuum port. The exhaust pump 24 is used when removing impurities from the purifier 30. Further, a helium cylinder 25 is connected between the circulation pump 21 of the gas pipe L12 and the filter F1 via an electromagnetic valve EV5, a mass flow meter MF5, a filter F5, and a valve V5. The helium cylinder 25 stores helium gas at room temperature (300K).

加えて、ヘリウム循環装置20は、圧力センサPaおよびPbを有する。圧力センサPaは、デュワー3の器内圧力(ヘリウムガスの圧力)を検出するものである。また、圧力センサPbは、精製器30の入口におけるヘリウムガスの圧力を検出するものである。これらの圧力センサPaおよびPbは、図4に示されるように、ヘリウム循環装置20の制御手段として機能する制御ユニット100に接続されている。また、制御ユニット100には、上述のマスフローメータMF1,MF4,MF5、流量計FM、電磁弁EV1〜EV5等のバルブ類、循環ポンプ21および排気ポンプ24等が接続されている。更に、制御ユニット100には、デュワー3の液面計350や、凝縮器40のヒータ41等も接続されている。制御ユニット100は、各種センサの検出値に基づいて、上述の循環ポンプ21、排気ポンプ24および各種バルブ等を制御する。   In addition, the helium circulation device 20 includes pressure sensors Pa and Pb. The pressure sensor Pa detects the internal pressure of the Dewar 3 (pressure of helium gas). The pressure sensor Pb detects the pressure of helium gas at the inlet of the purifier 30. As shown in FIG. 4, these pressure sensors Pa and Pb are connected to a control unit 100 that functions as a control unit of the helium circulation device 20. The control unit 100 is connected to the mass flow meters MF1, MF4, MF5, the flow meter FM, the valves such as the electromagnetic valves EV1 to EV5, the circulation pump 21 and the exhaust pump 24. Furthermore, the control unit 100 is also connected with a liquid level gauge 350 of the Dewar 3, a heater 41 of the condenser 40, and the like. The control unit 100 controls the above-described circulation pump 21, exhaust pump 24, various valves, and the like based on the detection values of various sensors.

次に、上述のヘリウム循環装置20の動作について説明する。   Next, the operation of the above-described helium circulation device 20 will be described.

生体磁気計測システム1が使用され、ヘリウム循環装置20(循環ポンプ21や各GM冷凍機22)が作動される際、デュワー3内では、SQUID2等を冷却することにより液体ヘリウムが少なからず気化する。そして、液体ヘリウムの液面付近で気化したおよそ4Kのヘリウムガスの一部は、下側インサート308の下面に沿ってその中心へと流れ、空間312において開口している第2回収管L20を介して凝縮器40へと流入する。そして、凝縮器40へと流れ込んだおよそ4Kのヘリウムガスは、各GM冷凍機22の第2冷凍部22bによっておよそ4Kに保たれている凝縮器40にて液化し、返送管L21を介してデュワー3の内槽301の下部へと返送される。   When the biomagnetic measurement system 1 is used and the helium circulation device 20 (circulation pump 21 and each GM refrigerator 22) is operated, the liquid helium is vaporized in the dewar 3 by cooling the SQUID 2 and the like. Then, a part of the approximately 4K helium gas vaporized in the vicinity of the liquid level of liquid helium flows to the center along the lower surface of the lower insert 308 and passes through the second recovery pipe L20 opened in the space 312. And flows into the condenser 40. Then, the approximately 4K helium gas that has flowed into the condenser 40 is liquefied in the condenser 40 that is maintained at approximately 4K by the second refrigeration unit 22b of each GM refrigerator 22, and is supplied to the dewar through the return pipe L21. 3 is returned to the lower part of the inner tank 301.

ここで、本実施形態のデュワー3では、外槽302の内部に侵入した熱が各伝熱部材316〜318に伝わると、熱は、伝熱部材316〜318から熱シールド部材315に伝わり、そこに蓄積される。同様に、トランスファチューブ14等を介して上側インサート305に伝わった熱は、伝熱部材314を介して熱シールド部材313に伝わり、そこに蓄積される。従って、デュワー3内のヘリウムガスの一部が、空間310の周辺から上側インサート305の周囲の空間307を介して内槽301の上部の空間319へと流れていくと、当該ヘリウムガスは、各熱シールド部材313,315に蓄積された熱を奪って、例えばおよそ300K程度まで昇温する。   Here, in the dewar 3 of this embodiment, when the heat that has entered the inside of the outer tub 302 is transferred to the heat transfer members 316 to 318, the heat is transferred from the heat transfer members 316 to 318 to the heat shield member 315. Accumulated in. Similarly, the heat transferred to the upper insert 305 via the transfer tube 14 or the like is transferred to the heat shield member 313 via the heat transfer member 314 and accumulated there. Therefore, when a portion of the helium gas in the dewar 3 flows from the periphery of the space 310 to the space 319 in the upper part of the inner tank 301 through the space 307 around the upper insert 305, the helium gas The heat accumulated in the heat shield members 313 and 315 is removed, and the temperature is raised to, for example, about 300K.

このようにして、デュワー3内のヘリウムガスのうち、周囲から熱を奪ってある程度昇温したヘリウムガスは、循環ポンプ21によって第1回収管L10へと吸い込まれ、一方のGM冷凍機22の第1冷凍部22aに配置されている伝熱管HPへと導かれる。そして、当該ヘリウムガスは、第1冷凍部22aにておよそ40Kに冷却され、冷却管L11を介して上側インサート305と下側インサート308との間の空間310へと返送される。空間310に戻されたおよそ40Kのヘリウムガスは、第1回収管L10等を含む第1の系統を循環することになる。   In this way, the helium gas that has been heated from the surroundings to a certain degree among the helium gas in the dewar 3 is sucked into the first recovery pipe L10 by the circulation pump 21, and the first GM refrigerator 22 has the first one. 1 It guide | induces to the heat exchanger tube HP arrange | positioned at the freezing part 22a. Then, the helium gas is cooled to about 40K in the first freezing section 22a, and returned to the space 310 between the upper insert 305 and the lower insert 308 via the cooling pipe L11. The approximately 40K helium gas returned to the space 310 circulates through the first system including the first recovery pipe L10 and the like.

更に、ヘリウム循環装置20では、制御ユニット100により、凝縮器40のヒータ41が図5に示される手順に従って制御される。すなわち、ヘリウム循環装置20の作動中、制御ユニット100は、デュワー3の器内圧力Pを検出する圧力センサPaの検出値をモニタしており、凝縮器40でのヘリウムの液化が進められてデュワー3の器内圧力Pが低下し、圧力センサPaにより検出されるデュワー3の器内圧力Pが下限値Pになると、凝縮器40のヒータ41をONにする。これにより、ヒータ41の作用により凝縮器40の器内温度が上昇することになり、凝縮器40でのヘリウムの液化が抑制されると共に、デュワー3の器内圧力Pが上昇する。また、制御ユニット100は、図5に示されるように、ヒータ41をONにした後も圧力センサPaの検出値をモニタしており、ヒータ41をONにした後、デュワー3の器内圧力Pが上限値Pになると、凝縮器40のヒータ41をOFFにする。これにより、ヒータ41による加熱が停止され、凝縮器40でのヘリウムの液化が促進させられ、デュワー3の器内圧力Pが低下する。 Furthermore, in the helium circulation device 20, the control unit 100 controls the heater 41 of the condenser 40 according to the procedure shown in FIG. That is, during the operation of the helium circulation device 20, the control unit 100 monitors the detection value of the pressure sensor Pa that detects the internal pressure P of the dewar 3, and helium liquefaction in the condenser 40 is promoted. When the internal pressure P of No. 3 decreases and the internal pressure P of the Dewar 3 detected by the pressure sensor Pa reaches the lower limit value P1, the heater 41 of the condenser 40 is turned on. As a result, the internal temperature of the condenser 40 increases due to the action of the heater 41, liquefaction of helium in the condenser 40 is suppressed, and the internal pressure P of the dewar 3 increases. Further, as shown in FIG. 5, the control unit 100 monitors the detection value of the pressure sensor Pa even after the heater 41 is turned on. After the heater 41 is turned on, the internal pressure P of the dewar 3 There becomes the upper limit value P 2, turns OFF the heater 41 of the condenser 40. Thereby, the heating by the heater 41 is stopped, the liquefaction of helium in the condenser 40 is promoted, and the internal pressure P of the dewar 3 is reduced.

上述のように、ヘリウム循環装置20では、デュワー3内のヘリウムガスの一部が、上述の第1の系統に含まれる空間307等にて内槽301内に侵入しようとする熱を奪ってGM冷凍機22の第1冷凍部22aに向かうことになるので、デュワー3の内部で気化したヘリウムガスによって熱がデュワー3外に排出され、デュワー3内でのヘリウムの気化と、デュワー3内のヘリウムガスの更なる昇温とが確実に抑制されることになる。また、ヘリウム循環装置20では、ヒータ41をON/OFF制御することにより凝縮器40内の温度が調整されるので、第2回収管L20および返送管L21(第2の系統)を介して凝縮器40と連通するデュワー3の器内圧力Pを所望の値に設定して、デュワー3内の液体ヘリウムの量を所望値に保つことができる。   As described above, in the helium circulation device 20, a part of the helium gas in the dewar 3 takes away heat from entering the inner tank 301 in the space 307 and the like included in the first system described above, and the GM. Since it goes to the 1st freezing part 22a of refrigerator 22, heat is discharged outside dewar 3 by helium gas vaporized inside dewar 3, helium vaporization inside dewar 3, and helium in dewar 3 Further temperature rise of the gas is surely suppressed. Further, in the helium circulation device 20, the temperature in the condenser 40 is adjusted by ON / OFF control of the heater 41. Therefore, the condenser is provided via the second recovery pipe L20 and the return pipe L21 (second system). The internal pressure P of the dewar 3 communicating with 40 can be set to a desired value, and the amount of liquid helium in the dewar 3 can be kept at the desired value.

従って、ヘリウム循環装置20では、デュワー3内で気化したおよそ4Kのヘリウムを第2回収管L20(第2の系統)を介して凝縮器40に導き、凝縮器40で液化したヘリウムをデュワー3に返送するだけで、デュワー3内に常時充分な量の液体ヘリウムを確保することが可能となる。この結果、本発明によれば、デュワー3で気化した冷媒をGM冷凍機22により段階的に冷却した後、凝縮器40で再液化させるための系統を省略することが可能となり、ヘリウムを効率よく低コストで再液化させることができる。   Therefore, in the helium circulation device 20, approximately 4K helium vaporized in the dewar 3 is led to the condenser 40 via the second recovery pipe L20 (second system), and the helium liquefied by the condenser 40 is sent to the dewar 3. A sufficient amount of liquid helium can always be secured in the dewar 3 simply by returning it. As a result, according to the present invention, it is possible to omit the system for re-liquefying with the condenser 40 after the refrigerant vaporized by the Dewar 3 is cooled stepwise by the GM refrigerator 22, and helium can be efficiently removed. It can be reliquefied at a low cost.

ところで、ヘリウム循環装置20によれば、上述のように、デュワー3内でのヘリウムの気化と、デュワー3内のヘリウムガスの更なる昇温とを確実に抑制することができる。しかしながら、生体磁気計測システム1の運転時間が長期化したような場合には、デュワー3と凝縮器40との間で第2の系統(第2回収管L20および返送管L21)を介してヘリウムを循環させるだけでは、デュワー3内の液体ヘリウムが不足することもあり得る。また、精製器30の閉塞の解除作業に伴ってデュワー3からヘリウムを外部に排出した際にも、デュワー3内にヘリウムを補充する必要が生じる。   By the way, according to the helium circulation device 20, as described above, helium vaporization in the dewar 3 and further temperature increase of the helium gas in the dewar 3 can be reliably suppressed. However, when the operation time of the biomagnetic measurement system 1 is prolonged, helium is exchanged between the dewar 3 and the condenser 40 via the second system (second recovery pipe L20 and return pipe L21). It is possible that the liquid helium in the dewar 3 is insufficient only by circulation. Further, helium needs to be replenished into the dewar 3 when helium is discharged from the dewar 3 to the outside along with the work of releasing the blockage of the purifier 30.

これらの点に鑑みて、ヘリウム循環装置20では、上述のように、第1回収管L10および冷却管L11と共に第1の系統を構成するガス管L12に、ヘリウムガスを貯留するヘリウムボンベ25が接続されている。これにより、ヘリウムボンベ25から第1の系統の一部であるガス管L12や冷却管L11を介してヘリウムガスをデュワー3内に供給可能となるので、デュワー3にヘリウムを補充するための専用系統を設けることなく、ヘリウム補充を実行することができる。   In view of these points, in the helium circulation device 20, as described above, the helium cylinder 25 that stores helium gas is connected to the gas pipe L12 that constitutes the first system together with the first recovery pipe L10 and the cooling pipe L11. Has been. As a result, helium gas can be supplied into the dewar 3 from the helium cylinder 25 via the gas pipe L12 and the cooling pipe L11 which are part of the first system, and therefore a dedicated system for replenishing the dewar 3 with helium. Helium replenishment can be performed without providing

このようなデュワー3に対するヘリウムの補充処理は、図6および図7に示される手順に従って行われる。すなわち、ヘリウム循環装置20の作動中、制御ユニット100は、図6に示されるように、液面計350の検出値に基づいてデュワー3内の液体ヘリウムの液面レベルLを取得し(S10)、取得した液面レベルLが予め定められた下限値L以下であるか否か判定している(S12)。そして、制御ユニット100は、S10およびS12の処理を繰り返し実行していくうちに、S12にてデュワー3内の液体ヘリウムの液面レベルLが予め定められた下限値L以下であると判断すると、再度、液面計350の検出値に基づいてデュワー3内の液体ヘリウムの液面レベルLを取得し(S14)、取得した液面レベルLが予め定められた値Lを下回っているか否か判定する(S16)。値Lは、下限値Lよりも充分に大きな値であり、液面レベルが値L以上であれば、デュワー3内に充分に液体ヘリウムが存在しているとみなされる。 Such helium replenishment processing for the dewar 3 is performed according to the procedure shown in FIGS. That is, during the operation of the helium circulation device 20, the control unit 100 acquires the liquid level L of the liquid helium in the dewar 3 based on the detection value of the liquid level gauge 350 as shown in FIG. 6 (S10). Then, it is determined whether or not the obtained liquid level L is equal to or lower than a predetermined lower limit value L L (S12). When the control unit 100 repeatedly executes the processes of S10 and S12, it determines that the liquid level L of the liquid helium in the dewar 3 is equal to or lower than a predetermined lower limit value L L in S12. , whether again, based on the detected value of the level gauge 350 acquires the liquid level L of the liquid helium dewar 3 (S14), whether the acquired liquid level L is less than the value L H predetermined (S16). The value L H is sufficiently larger than the lower limit value L L , and if the liquid level is not less than the value L H , it is considered that liquid helium is sufficiently present in the dewar 3.

制御ユニット100は、S16にて液面レベルLが予め定められた値Lを下回っていると判断した場合、圧力センサPaの検出値に基づいてデュワー3の器内圧力Pを取得し(S18)、取得したデュワー3の器内圧力Pが予め定められた値P以下であるか否か判定する(S20)。ここで、値Pは、図7に示されるように、上述の凝縮器40のヒータ41がONにされる圧力(下限値)Pよりも大きく、ヒータ41がOFFにされる圧力(上限値)Pよりも小さな値として定められる。制御ユニット100は、S20にてデュワー3の器内圧力Pが予め定められた値P以下であると判断するまで、S18およびS20の処理を繰り返す。 Control unit 100, when the liquid level L is determined to be below a predetermined value L H in S16, acquires the vessel internal pressure P of the dewar 3 based on the detected value of the pressure sensor Pa (S18 ), and it determines whether the vessel internal pressure P of dewar 3 obtained is a predetermined value P 3 or less (S20). Here, the value P 3, as shown in FIG. 7, greater than the pressure (lower limit) P 1 to the heater 41 of the condenser 40 described above is ON, the pressure at which the heater 41 is in the OFF (upper It is defined as a value smaller than the value) P 2. Control unit 100, S20 in until the vessel internal pressure P of the dewar 3 is judged to be in advance value P 3 defined below, the process is repeated S18 and S20.

そして、制御ユニット100は、S20にてデュワー3の器内圧力Pが値P以下であると判断すると、電磁弁EV5等を開放させ、ヘリウムボンベ25からデュワー3へのヘリウムガスの供給(補充)を開始させる(S22)。これにより、ガス管L12および冷却管L11を介してヘリウムボンベ25からのヘリウムガスがおよそ40Kに冷却された上でデュワー3へと供給されることになる。S22の処理の後、制御ユニット100は、圧力センサPaの検出値に基づいてデュワー3の器内圧力Pを取得し(S24)、取得したデュワー3の器内圧力Pが予め定められた値P以上であるか否か判定する(S26)。ここで、値Pは、図7に示されるように、デュワー3における安全圧を下回る範囲内で上述の凝縮器40の温度制御に際して用いられる圧力の上限値Pよりも大きい値として定められると好ましいが、P<P<Pを満たすように値Pを設定してもよい。 Then, the control unit 100, the vessel internal pressure P of the dewar 3 is determined to be the value P 3 or less at S20, it opens the solenoid valve EV5 like, the supply of helium gas from the helium cylinder 25 to the dewar 3 (supplemented ) Is started (S22). As a result, the helium gas from the helium cylinder 25 is cooled to about 40K through the gas pipe L12 and the cooling pipe L11, and then supplied to the dewar 3. After the process of S22, the control unit 100 acquires the internal pressure P of the dewar 3 based on the detection value of the pressure sensor Pa (S24), and the acquired internal pressure P of the dewar 3 is a predetermined value P. It is determined whether or not 4 or more (S26). Here, as shown in FIG. 7, the value P 4 is determined as a value larger than the upper limit value P 2 of the pressure used in the temperature control of the condenser 40 within a range below the safe pressure in the dewar 3. The value P 4 may be set so as to satisfy P 3 <P 4 <P 2 .

制御ユニット100は、S26にてデュワー3の器内圧力Pが値P以上であると判断すると、電磁弁EV5等を閉鎖させ、ヘリウムボンベ25からデュワー3へのヘリウムガスの供給(補充)を停止させる(S28)。S28の処理の後、制御ユニット100は、S14に戻ってデュワー3内の液体ヘリウムの液面レベルLを取得し、取得した液面レベルLが予め定められた値Lを下回っているか否か判定する(S16)。この段階で、デュワー3の液体ヘリウムの液面レベルがLを下回っている場合、制御ユニット100は、デュワー3内に液体ヘリウムが充分に補充されていないとみなし、上述のS18〜S28の処理を繰り返す。また、この段階で、デュワー3の液体ヘリウムの液面レベルがL以上となっている場合、制御ユニット100は、デュワー3内に充分な量の液体ヘリウムが存在しているとみなし、S10およびS12におけるデュワー3内の液体ヘリウムの液面レベルLのモニタリングを実行する。 Control unit 100, when the vessel pressure P Dewar 3 is determined to be the value P 4 or more at S26, to close the solenoid valve EV5 like, the supply of helium gas from the helium cylinder 25 to the dewar 3 (supplement) Stop (S28). After the processing of S28, the control unit 100, the process returns to S14 to retrieve the liquid level L of the liquid helium in the dewar 3, whether acquired liquid level L is less than the value L H predetermined Determine (S16). At this stage, when the liquid helium liquid level of the dewar 3 is lower than the L H, the control unit 100 assumes that the liquid helium dewar 3 is not sufficiently supplemented, the above-described processing of S18~S28 repeat. Also, at this stage, if the liquid helium liquid level of the dewar 3 is equal to or greater than L H, the control unit 100 assumes that a sufficient amount of liquid helium dewar 3 is present, S10 and Monitoring of the liquid level L of liquid helium in the dewar 3 in S12 is executed.

このように、ヘリウム循環装置20では、デュワー3内の液体ヘリウムの液面レベルLが上述の下限値L以下になると、ヘリウムボンベ25からガス管L12や冷却管L11を介してヘリウムガスがおよそ40Kに冷却された上でデュワー3へと供給されるので、デュワー3内に常時所望量の液体ヘリウムを確保しておくことが可能となる。また、本実施形態では、デュワー3の器内圧力Pが、上記圧力(上限値)Pよりも大きい値Pまで低下すると、ヘリウムボンベ25からデュワー3へのヘリウムガスの補充が開始される(S22)ので、それ以後、図7に示されるようにデュワー3の器内圧力が上昇し、ヘリウムガスの補充中に凝縮器40のヒータ41がONにされてしまうことはない。従って、デュワー3外でヘリウムガスを液化させずヘリウムガスを直接デュワー3内に供給(補充)しても、当該ヘリウムガスは、デュワー3内や凝縮器40にて確実に液化する。更に、デュワー3の器内圧力Pが値P以上になると、ヘリウムガスの補充が停止されるので(S28)、デュワー3の器内圧力Pの過剰上昇により液体ヘリウムが気化してしまうことが確実に抑制される。 Thus, the helium circulation apparatus 20, when the liquid level L of the liquid helium in the dewar 3 falls below the lower limit value L L described above, helium gas approximately helium cylinder 25 via the gas pipe L12 and the cooling pipe L11 Since it is supplied to the dewar 3 after being cooled to 40K, it becomes possible to always secure a desired amount of liquid helium in the dewar 3. Further, in the present embodiment, when the internal pressure P of the dewar 3 decreases to a value P 3 greater than the pressure (upper limit value) P 1 , replenishment of helium gas from the helium cylinder 25 to the dewar 3 is started. Since (S22), thereafter, the internal pressure of the dewar 3 rises as shown in FIG. 7, and the heater 41 of the condenser 40 is not turned on during the replenishment of helium gas. Therefore, even if helium gas is supplied (supplemented) directly into the dewar 3 without liquefying the helium gas outside the dewar 3, the helium gas is reliably liquefied in the dewar 3 or in the condenser 40. Furthermore, the vessel internal pressure P of the dewar 3 becomes a value P 4 or more, since the replenishment of the helium gas is stopped (S28), that liquid helium will be vaporized by excessive increase in vessel pressure P dewar 3 Suppressed reliably.

なお、本発明において、デュワー3内の液面制御手順は、図5に例示されるものに限られず、また、デュワー3へのヘリウムの補充手順は、図6に例示されるものに限られず、これらの液面制御手順やヘリウムの補充手順として、他の手順を採用し得ることはいうまでもない。そして、本発明は、その思想や主要な特徴から逸脱することなく、他のいかなる形態においても実施され得る。そのため、上述の実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈されてはならない。   In the present invention, the liquid level control procedure in the dewar 3 is not limited to that illustrated in FIG. 5, and the helium replenishment procedure to the dewar 3 is not limited to that illustrated in FIG. It goes without saying that other procedures can be adopted as these liquid level control procedures and helium replenishment procedures. The present invention can be implemented in any other form without departing from the spirit and main features thereof. For this reason, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be construed in a limited manner.

本発明によるヘリウム循環装置を含む計測システムの一例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows an example of the measurement system containing the helium circulation apparatus by this invention. 図1の計測システムに含まれるデュワーを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the dewar contained in the measurement system of FIG. 本発明によるヘリウム循環装置の系統図である。It is a systematic diagram of the helium circulation device by the present invention. 図3に示されるヘリウム循環装置の制御ブロック図である。FIG. 4 is a control block diagram of the helium circulation device shown in FIG. 3. 図3のヘリウム循環装置の動作を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating operation | movement of the helium circulation apparatus of FIG. 図3のヘリウム循環装置の動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating operation | movement of the helium circulation apparatus of FIG. 図3のヘリウム循環装置の動作を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating operation | movement of the helium circulation apparatus of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 生体磁気計測システム
2 SQUID
3 デュワー
14 トランスファチューブ
20 ヘリウム循環装置
21 循環ポンプ
22 GM冷凍機
25 ヘリウムボンベ
30 精製器
40 凝縮器
41 ヒータ
100 制御ユニット
301 内槽
302 外槽
304 断熱空間
305 上側インサート
306,309 真空チャンバ
307,310,311,312,319 空間
308 下側インサート
313,315 熱シールド部材
314,316,317,318 伝熱部材
320 隙間
350 液面計
EV1,EV2,EV3,EV4,EV5 電磁弁
L10 第1回収管
L11 冷却管
L12 ガス管
L20 第2回収管
L21 返送管
Pa 圧力センサ
Pb 圧力センサ
1 Biomagnetic measurement system 2 SQUID
3 Dewar 14 Transfer tube 20 Helium circulation device 21 Circulation pump 22 GM refrigerator 25 Helium cylinder 30 Purifier 40 Condenser 41 Heater 100 Control unit 301 Inner tank 302 Outer tank 304 Heat insulation space 305 Upper inserts 306, 309 Vacuum chambers 307, 310 , 311, 312, 319 Space 308 Lower insert 313, 315 Heat shield member 314, 316, 317, 318 Heat transfer member 320 Clearance 350 Level gauge EV 1, EV 2, EV 3, EV 4, EV 5 Solenoid valve L 10 1st recovery pipe L 11 Cooling pipe L12 Gas pipe L20 Second recovery pipe L21 Return pipe Pa Pressure sensor Pb Pressure sensor

Claims (4)

極低温の液状冷媒を貯留する貯留槽と、冷凍機に接続されており、前記冷媒を再液化させることができる凝縮器とを有し、前記貯留槽と前記凝縮器との間で前記冷媒を循環させる冷媒循環装置であって、
前記貯留槽内の冷媒ガスの一部を前記冷凍機に導くと共に、前記冷凍機により冷却された冷媒ガスを前記貯留槽に返送するための第1の系統と、
前記貯留槽内の冷媒ガスの一部を前記凝縮器に導くと共に、前記凝縮器で液化した冷媒を前記貯留槽に返送するための第2の系統と、
前記凝縮器に設けられたヒータと、
前記貯留槽内の圧力に応じて前記ヒータを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする冷媒循環装置。
A storage tank for storing a cryogenic liquid refrigerant; and a condenser that is connected to a refrigerator and capable of reliquefying the refrigerant, and the refrigerant is interposed between the storage tank and the condenser. A refrigerant circulation device for circulation,
A first system for guiding a part of the refrigerant gas in the storage tank to the refrigerator and returning the refrigerant gas cooled by the refrigerator to the storage tank;
A second system for guiding a part of the refrigerant gas in the storage tank to the condenser and returning the refrigerant liquefied by the condenser to the storage tank;
A heater provided in the condenser;
Control means for controlling the heater according to the pressure in the storage tank;
A refrigerant circulation device comprising:
前記第1の系統は、前記貯留槽内の冷媒ガスが前記貯留槽に侵入しようとする熱を奪って前記冷凍機に向かうように構成された領域を含むことを特徴とする請求項1に記載の冷媒循環装置。   The said 1st system | strain contains the area | region comprised so that the refrigerant | coolant gas in the said storage tank may take away the heat | fever which is going to penetrate | invade into the said storage tank, and goes to the said refrigerator. Refrigerant circulation device. 前記第1の系統に接続されており、補充用の冷媒を貯留する補充用貯留手段を更に備え、
前記補充用貯留手段から前記第1の系統の一部を介して冷媒を前記貯留槽内に供給可能であることを特徴とする請求項1または2に記載の冷媒循環装置。
Connected to the first system, further comprising a replenishment storage means for storing a replenishment refrigerant;
The refrigerant circulation device according to claim 1 or 2, wherein the refrigerant can be supplied from the replenishment storage means to the storage tank through a part of the first system.
前記貯留槽内の液状冷媒の液面レベルを検出する液面検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記液面検出手段の検出値に応じて、前記冷媒貯留手段から前記第1の系統の一部を介して前記貯留槽内に冷媒が供給されるようにすることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の冷媒循環装置。
A liquid level detecting means for detecting a liquid level of the liquid refrigerant in the storage tank;
The control unit is configured to supply a refrigerant from the refrigerant storage unit into the storage tank through a part of the first system according to a detection value of the liquid level detection unit. The refrigerant circulation device according to any one of claims 1 to 3.
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