JP7139303B2 - クライオスタット用ヘリウム再凝縮装置 - Google Patents

Description

本発明は、クライオスタットに装着され、蒸発したヘリウム冷媒の再凝縮を行うことが可能なクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置に関する。

従来、被冷却物を極低温に維持するための断熱容器であるクライオスタットが知られている。このようなクライオスタットを用いた技術として、化学分野をはじめ医農薬分野や工業分野において、分子間の結合状態を知ることができるＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）装置が広く利用されている。このようなＮＭＲの測定には強磁場が必要であることから、当該ＮＭＲ装置にはＮｂＴｉやＮｂ_３Ｓｎなどの金属系超電導材料によって構成される超電導マグネット（被冷却物）が用いられる。これらの金属系超電導材料が超電導状態に転移するのは極低温状態のみであるため、ＮＭＲ装置は上記のようなクライオスタットを有し、超電導マグネットは当該クライオスタット内で極低温の液体ヘリウムに浸漬されることで、継続的に保冷される。このようなクライオスタットは、液体ヘリウムを貯留するヘリウム容器と、当該ヘリウム容器を収容する真空断熱容器と、を有する。液体ヘリウムの大気圧における沸点は４．２Ｋであるため、その蒸発を抑止するために、超電導マグネットを内包したヘリウム容器は、前記真空断熱容器の中に収められ真空断熱される。

液体ヘリウムは、上記のようなクライオスタット内においても定常的に蒸発し減少し続け、例えば１０～２０ｃｃ／ｈの速度で蒸発する。このため、特許文献１には、ＮＭＲ装置内のヘリウム槽から蒸発するヘリウムを再凝縮させることで、ヘリウムが減少することを防止するヘリウム再凝縮装置が開示されている。当該再凝縮装置は、ＮＭＲ装置の上方に設けられた極低温冷凍機と、当該極低温冷凍機によって冷却されるヘリウム再凝縮槽と、ヘリウム槽で蒸発したヘリウムをＮＭＲ装置からヘリウム再凝縮槽に送り出す一方、当該ヘリウム再凝縮槽において再凝縮されたヘリウムをＮＭＲ装置のヘリウム槽に戻すための管路と、を備えている。

ＮＭＲ装置のヘリウム槽から蒸発したヘリウムガスは、フレキシブル管路を通じてヘリウム再凝縮槽に流入し、極低温冷凍機のコールドヘッドによって冷却されることで再凝縮され液化する。液化したヘリウムは管路を通じてＮＭＲ装置のヘリウム槽に再び流入するため、ＮＭＲ装置内の液体ヘリウムの減少を抑制することができる。また、ヘリウム再凝縮槽とヘリウム槽とが管路によって互いに接続されているため、極低温冷凍機がＮＭＲ装置に直接装着されている場合と比較して、冷凍機が発生する振動がＮＭＲ装置に伝播されることが抑止される。

特開２００７－５１８５０号公報

特許文献１に記載された技術では、ＮＭＲ装置と再凝縮装置とを繋ぎ、ヘリウム槽のヘリウムが流れることを許容する管路内に詰まりが生じやすく、ＮＭＲ装置の安定した運転が困難になるという問題があった。具体的に、ＮＭＲ装置が運転されるに先立って、ヘリウム槽内には所定のヘリウムタンクから液体ヘリウムが供給されるが、この際に僅かながらも窒素や酸素などのエア成分がヘリウム槽内に混入する。このため、特許文献１に記載された技術のように、ＮＭＲ装置内のヘリウム槽のヘリウムが、管路を通じてＮＭＲ装置と当該ＮＭＲ装置外のヘリウム再凝縮槽との間での行き来を繰り返しているうちに、前記エア成分が前記管路内で凍結し当該管路を塞いでしまうため、ＮＭＲ装置の運転が困難になるという問題があった。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、再凝縮用の管路の閉塞を防止しつつ、クライオスタット内で蒸発したヘリウムを安定して再凝縮することが可能な、クライオスタット用ヘリウム再凝縮装置を提供することを目的とする。

本発明の一の局面に係るクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置は、液体からなる保冷用ヘリウムを貯留することが可能なように密閉されたヘリウム槽を含み被冷却物を保冷用ヘリウムに浸漬させるように収容することが可能なクライオスタットに装着され、前記ヘリウム槽において蒸発した保冷用ヘリウムを再凝縮させることが可能なクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置であって、前記クライオスタットから離れた位置に配置される冷凍機であって、極低温状態に維持されるメイン冷却部を含む冷凍機と、前記冷凍機の前記メイン冷却部の冷熱を受けて、前記ヘリウム槽内において前記保冷用ヘリウムの再凝縮を行うことが可能なヘリウム再凝縮ユニットと、を備え、前記ヘリウム再凝縮ユニットは、前記ヘリウム槽において保冷用ヘリウムの液面よりも上方に配置される第１熱交換器であって、当該第１熱交換器には前記ヘリウム槽の保冷用ヘリウムから隔離された第１内部空間であって液体からなる熱交換用ヘリウムを貯留することが可能な第１内部空間が形成されており、前記第１内部空間内の熱交換用ヘリウムの蒸発に必要な気化熱を前記ヘリウム槽において蒸発した保冷用ヘリウムから吸熱する、第１熱交換器と、前記メイン冷却部に熱的に接触するように前記クライオスタットから離れた位置に配置され、前記第１内部空間において蒸発した熱交換用ヘリウムを受け入れ、当該受け入れた熱交換用ヘリウムを前記メイン冷却部の冷熱を受けて再凝縮し液化し、排出する第１再凝縮室と、前記第１再凝縮室が前記ヘリウム槽よりも高い位置に配置されるように、前記第１再凝縮室を支持する支持機構と、前記熱交換用ヘリウムが前記クライオスタット内の前記第１熱交換器と前記第１再凝縮室との間を流れるための流路を形成する第１連通部であって、前記第１再凝縮室から排出された熱交換用ヘリウムがその自重によって前記第１熱交換器の前記第１内部空間まで流れることが可能なように、前記第１再凝縮室から前記第１熱交換器に至るまで連続的に下方に延びるように配設されている第１連通部と、を備える。

本構成によれば、保冷用ヘリウムから隔離した熱交換用ヘリウムの凝縮および蒸発を伴う移動によって、保冷用ヘリウムに冷凍機の冷熱を与えヘリウム槽内で再凝縮させることができる。したがって、保冷用ヘリウム内のエア成分の混入に関わらず、第１連通部の流路の閉塞を防止することができる。より具体的に、クライオスタットのヘリウム槽内で保冷用ヘリウムが蒸発すると、第１熱交換器が当該保冷用ヘリウムから吸熱することで、保冷用ヘリウムを再凝縮させることができる。第１熱交換器はヘリウム槽内に配置されているため、当該第１熱交換器との接触によって再凝縮した保冷用ヘリウムをそのままヘリウム槽内に貯留することができる。第１再凝縮室は、冷凍機のメイン冷却部によって冷却されることで、保冷用ヘリウムから吸熱し蒸発した熱交換用ヘリウムを再凝縮させることができる。更に、第１連通部は、ヘリウム槽の保冷用ヘリウムから隔離された第１熱交換器とクライオスタット外の第１再凝縮室とを互いに連通し、ヘリウム槽の保冷用ヘリウムがクライオスタット外に流出することを防止しながら、熱交換用ヘリウムを循環させることができる。この際、第１再凝縮室と第１熱交換器との相対的な位置関係によって、第１再凝縮室において再凝縮した熱交換用ヘリウムを第１熱交換器の第１内部空間に安定して流入させることができる。このような構成によれば、ヘリウム槽への液体ヘリウムの供給時にヘリウム槽内にエア成分が混入することがあっても、当該エア成分が第１連通部を通過することがないため、第１連通部が形成する流路において前記エア成分が凍結し流路を閉塞することを防止することができる。

上記の構成において、前記第１連通部は、前記第１内部空間において蒸発した熱交換用ヘリウムが前記第１再凝縮室に流入することを許容するように、前記第１熱交換器の前記第１内部空間と前記第１再凝縮室とを互いに連通する往路連通部と、前記往路連通部に対して独立して配設され、前記第１再凝縮室において再凝縮した熱交換用ヘリウムが前記第１内部空間に流入することを許容するように、前記第１熱交換器の前記第１内部空間と前記第１再凝縮室とを互いに連通する復路連通部と、を有することが望ましい。

本構成によれば、蒸発した熱交換用ヘリウムおよび再凝縮した熱交換用ヘリウムが互いに独立した往路連通部および復路連通部を流れることができるため、両者が同じ連通部内を流れる場合と比較して、液体状のヘリウムが気体状のヘリウムの流れを妨げることが抑止され、二相の熱交換用ヘリウムの流れをそれぞれ安定して維持することができる。

上記の構成において、前記第１再凝縮室には、熱交換用ヘリウムが前記往路連通部から前記第１再凝縮室に流入することを許容する往路連通口と、前記往路連通口よりも下方に配置され、熱交換用ヘリウムが前記第１再凝縮室から前記往路連通部に流入することを許容する復路連通口と、がそれぞれ形成されていることが望ましい。

本構成によれば、第１再凝縮室において、復路連通口が往路連通口の下方に配置されているため、再凝縮した熱交換用ヘリウムが往路連通口を塞ぎ、蒸発した熱交換用ヘリウムの第１再凝縮室への流入を妨げることを防止することができる。

上記の構成において、前記第１連通部は、前記第１熱交換器の前記第１内部空間と前記第１再凝縮室とを互いに連通する１本の管路であって、前記第１内部空間において蒸発した熱交換用ヘリウムが前記第１再凝縮室に流入することを許容しかつ前記第１再凝縮室において再凝縮した熱交換用ヘリウムが前記第１内部空間に流入することを許容する１本の管路からなることが望ましい。

本構成によれば、第１熱交換器と第１再凝縮室とを接続する管路構造を簡素化することが可能となる。

上記の構成において、前記第１再凝縮室は、前記第１連通部に向かって下方に傾斜している第１下面部を有することが望ましい。

本構成によれば、第１再凝縮室において再凝縮した熱交換用ヘリウムを第１連通部に安定して流入させることができる。

上記の構成において、前記第１連通部は、少なくとも前記第１熱交換器と前記第１再凝縮室との間に配置され可撓性部材からなる第１可撓性部を有することが望ましい。

本構成によれば、冷凍機の振動が第１連通部を通じてクライオスタットに伝わることを抑止することができる。

上記の構成において、前記第１再凝縮室との間で熱交換用ヘリウムの受け渡しを行うことが可能なように前記第１再凝縮室に連通するヘリウムバッファタンクであって、当該ヘリウムバッファタンクの容積が前記第１再凝縮室の容積および前記第１内部空間の容積の和よりも大きく設定されている、ヘリウムバッファタンクを更に備えることが望ましい。

本構成によれば、ヘリウムバッファタンクが第１再凝縮室に連通し熱交換用ヘリウムを収容するための容積を拡大することができるため、当該ヘリウムバッファタンクを有さない場合と比較して、熱交換用ヘリウムの第１再凝縮室および第１熱交換器への充填時の圧力を低くすることができる。

上記の構成において、前記第１再凝縮室に対して独立して配置され、前記ヘリウムバッファタンクとの間で熱交換用ヘリウムの受け渡しを行うことが可能なように前記ヘリウムバッファタンクに連通するヘリウムリザーバタンクと、前記ヘリウムバッファタンクの圧力が所定の目標圧力範囲に含まれるように、前記ヘリウムバッファタンクと前記ヘリウムリザーバタンクとの間での熱交換用ヘリウムの受け渡し量を調整する圧力調整機構と、を更に備えることが望ましい。

本構成によれば、クライオスタットの使用中に熱交換用ヘリウムの圧力が変動することがあっても、圧力調整機構によってヘリウムバッファタンクの圧力を調整することが可能となり、ヘリウム槽の保冷用ヘリウムの再凝縮を安定して行うことができる。

上記の構成において、前記圧力調整機構は、前記ヘリウムバッファタンクと前記ヘリウムリザーバタンクとの間に配置される、ヘリウムポンプと、前記ヘリウムポンプの吸入側に配置され、前記ヘリウムポンプに前記熱交換用ヘリウムを供給する供給源を前記ヘリウムバッファタンクと前記ヘリウムリザーバタンクとの間で切り替える吸入側切替弁と、前記ヘリウムポンプの吐出側に配置され、前記ヘリウムポンプから前記熱交換用ヘリウムを排出する排出先を前記ヘリウムバッファタンクと前記ヘリウムリザーバタンクとの間で切り替える吐出側切替弁と、を有することが望ましい。

本構成によれば、クライオスタットの特性、運転状態およびその変化あるいは冷凍機の個体差や保守状況などによって、第１熱交換器内の圧力が変化した場合でも、その圧力を自動的に調整し、熱交換用ヘリウムの再凝縮を安定して維持することができる。

上記の構成において、前記ヘリウムリザーバタンクは、前記ヘリウムバッファタンクよりも低圧に設定された、低圧リザーバタンク部と、前記ヘリウムバッファタンクよりも高圧に設定された、高圧リザーバタンク部と、を有し、前記圧力調整機構は、前記低圧リザーバタンク部と前記高圧リザーバタンク部との間に配置される、ヘリウムポンプと、前記ヘリウムポンプと前記低圧リザーバタンク部との間に配置され、前記ヘリウムポンプの作動に応じて前記ヘリウムバッファタンクから前記低圧リザーバタンク部に熱交換用ヘリウムが排出されることを許容するように開弁する、ヘリウム低圧弁と、前記ヘリウムポンプと前記高圧リザーバタンク部との間に配置され、前記ヘリウムポンプの作動に応じて前記高圧リザーバタンク部から前記ヘリウムバッファタンクに熱交換用ヘリウムが供給されることを許容するように開弁する、ヘリウム高圧弁と、を有することが望ましい。

本構成によれば、本構成によれば、クライオスタットの特性、運転状態およびその変化あるいは冷凍機の個体差や保守状況などによって、第１熱交換器内の圧力が変化した場合でも、その圧力を自動的に調整し、熱交換用ヘリウムの再凝縮を安定して維持することができる。

上記の構成において、前記クライオスタットは、前記ヘリウム槽を囲むように配置され液体からなる断熱用補助冷媒を貯留することが可能なように密閉された補助冷媒槽を更に有し、前記冷凍機は、前記メイン冷却部とは異なる位置に配置され、極低温状態に維持されるサブ冷却部を更に含み、前記冷凍機の前記サブ冷却部の冷熱を受けて、前記補助冷媒槽内において前記断熱用補助冷媒の再凝縮を行うことが可能な補助冷媒再凝縮ユニットを更に備え、前記補助冷媒再凝縮ユニットは、前記補助冷媒槽において断熱用補助冷媒の液面よりも上方に配置される第２熱交換器であって、当該第２熱交換器には前記補助冷媒槽の断熱用補助冷媒に対して隔離された第２内部空間であって液体からなる熱交換用補助冷媒を貯留することが可能な第２内部空間が形成されており、前記第２内部空間内の熱交換用補助冷媒の蒸発に必要な気化熱を前記補助冷媒槽において蒸発した断熱用補助冷媒から吸熱する、第２熱交換器と、前記サブ冷却部に熱的に接触するように前記クライオスタットから離れた位置であって前記補助冷媒槽よりも高い位置で前記支持機構に支持され、前記第２内部空間において蒸発した熱交換用補助冷媒を受け入れ、当該受け入れた熱交換用補助冷媒を前記サブ冷却部の冷熱を受けて再凝縮し液化し、排出する第２再凝縮室と、前記熱交換用補助冷媒が前記クライオスタット内の前記第２熱交換器と前記第２再凝縮室との間を流れるための流路を形成する第２連通部であって、前記第２再凝縮室から排出された断熱用補助冷媒がその自重によって前記第２熱交換器の前記第２内部空間まで流れることが可能なように、前記第２再凝縮室から前記第２熱交換器に至るまで連続的に下方に延びるように配設されている第２連通部と、を更に備えることが望ましい。

本構成によれば、クライオスタットの補助冷媒槽内で断熱用補助冷媒が蒸発すると、第２熱交換器が当該断熱用補助冷媒から吸熱することで、熱交換用補助冷媒を再凝縮させることができる。この結果、補助冷媒槽の断熱用補助冷媒が蒸発し、減少することを抑止することができるため、ヘリウム槽を安定して保冷することができる。また、補助冷媒槽内に存在するエア成分が第２連通部を通過することがないため、当該第２連通部が形成する流路において前記エア成分が凍結し流路を閉塞することを防止することができる。

上記の構成において、前記第２再凝縮室は、前記第２連通部に向かって下方に傾斜している第２下面部を有することが望ましい。

本構成によれば、第２再凝縮室において再凝縮した熱交換用補助冷媒を第２連通部に安定して流入させることができる。

上記の構成において、前記第２連通部は、少なくとも前記第２熱交換器と前記第２再凝縮室との間に配置され可撓性部材からなる第２可撓性部を有することが望ましい。

本構成によれば、冷凍機の振動が第２連通部を通じてクライオスタットに伝わることを抑止することができる。

上記の構成において、前記冷凍機は、上下方向に延びる中心軸を有する筒状のシリンダと、上下方向に沿って往復移動可能なように前記シリンダの内部に配置され、前記シリンダ内で冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生するディスプレーサと、前記シリンダの下方に配置され、前記ディスプレーサを往復移動させる駆動力を発生する駆動部と、を更に有し、前記サブ冷却部は、寒冷を受けて前記第２再凝縮室を冷却することが可能なように前記駆動部の上方において前記シリンダに接続され、前記メイン冷却部は、寒冷を受けて前記第２再凝縮室よりも低温で前記第１再凝縮室を冷却することが可能なように前記サブ冷却部の上方において前記シリンダに接続されていることが望ましい。

本構成によれば、メイン冷却部およびサブ冷却部を有する２段式の冷却機を用いることで、クライオスタットの保冷用ヘリウムおよび断熱用補助冷媒の再凝縮をそれぞれ安定して行うことができる。また、冷凍機では、駆動部がシリンダの下方に配置されているため、当該駆動部よりもメイン冷却部およびサブ冷却部を高い位置に配置することができる。したがって、駆動部がシリンダの上方に配置されている場合と比較して、設置場所におけるクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置の最上部の高さを抑えつつ、第１再凝縮室および第２再凝縮室から排出された熱交換用ヘリウムおよび熱交換用補助冷媒をそれぞれ第１熱交換器および第２熱交換器に自重で流し込むことができる。

本発明によれば、再凝縮用の管路の閉塞を防止しつつ、クライオスタットで蒸発したヘリウムを安定して再凝縮することが可能なクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置が提供される。

本発明の一実施形態に係るクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置がＮＭＲ装置に装着された様子を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係るクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置の一部を拡大した拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係るクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置の一部を拡大した拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係るクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置の一部を拡大した拡大断面図である。 本発明の第１変形実施形態に係るクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置の一部を拡大した拡大断面図である。 本発明の第１変形実施形態に係るクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置の一部を拡大した拡大断面図である。 本発明の第２変形実施形態に係るクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置がＮＭＲ装置に装着された様子を示す断面図である。 本発明の第３変形実施形態に係るクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置がＮＭＲ装置に装着された様子を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の各実施形態に係る再凝縮装置１００（クライオスタット用ヘリウム再凝縮装置）について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る再凝縮装置１００がＮＭＲ装置１Ｓに装着された様子を示す断面図である。図２は、本実施形態に係る再凝縮装置１００の断面図である。なお、以後の各図では、説明のために、上下および左右方向を図示しているが、当該方向は本発明に係るクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置の構造および使用態様を限定するものではない。

再凝縮装置１００は、本実施形態ではクライオスタットの一例としてのＮＭＲ装置１Ｓに装着される。一例として、ＮＭＲ装置１Ｓは、化学分野をはじめ、医農薬分野や工業分野において分子間の結合状態を測定するために用いられる。

ＮＭＲ装置１Ｓは、超電導マグネット１（被冷却物）と、液体ヘリウム２（保冷用ヘリウム）を貯留することが可能なように密閉されたヘリウム槽３と、それぞれヘリウム槽３に連通する複数のヘリウムポート４と、ガス冷却輻射シールド５と、液体窒素６（断熱用補助冷媒）を貯留することが可能なように密閉された窒素槽７（補助冷媒槽）と、それぞれ窒素槽７に連通する複数の窒素ポート８と、真空槽９と、を有する。

超電導マグネット１は、ＮＭＲ装置１Ｓにおける測定のために強磁場を発生する。このために、超電導マグネット１は極低温状態に深冷され、超電導状態に維持される。ヘリウム槽３は、円筒形状を有しており、内部に液体ヘリウム（保冷用ヘリウム）を貯留する。なお、超電導マグネット１は、ヘリウム槽３内の液体ヘリウムに浸漬されるように、ヘリウム槽３に収容される。このように超電導マグネット１を内包したヘリウム槽３（液体ヘリウム容器）は、真空槽９に収容され、真空断熱される。この結果、大気圧における沸点が４．２Ｋである液体ヘリウムの蒸発が抑制される。

更に、ヘリウム槽３への熱侵入を低減するために、ヘリウム槽３を囲むように窒素槽７が配置されている。窒素槽７は、液体窒素６を貯留している。また、ヘリウム槽３と窒素槽７との間に円筒状のガス冷却輻射シールド５が配置される。ガス冷却輻射シールド５の温度は、ヘリウム槽３内で蒸発するヘリウムの冷熱を利用して、およそ４０～５０Ｋに設定される。このような複数層からなる断熱容器は、クライオスタットと称される。

なお、上記のような断熱構造を有していても、ＮＭＲ装置１Ｓの使用に伴って、ヘリウムは１０～２０ｃｃ／ｈの速度で、窒素は１００～２００ｃｃ／ｈの速度でそれぞれ蒸発する。このため、ヘリウム槽３および窒素槽７において蒸発するヘリウムおよび窒素を再凝縮することで、定期的な冷媒補充作業を低減することが望ましい。また、このようなＮＭＲ装置１Ｓにおける測定は、極めて微小な電磁波の観測に基づいて行われるため、その精度（Ｓ／Ｎ比）の向上のため、ＮＭＲ装置１Ｓに伝播する振動は限りなく低減することが望ましい。

なお、ＮＭＲ装置１Ｓは、窒素槽用逆止弁４４と、窒素槽用圧力計４５と、ヘリウム槽用逆止弁４６と、ヘリウム槽用圧力計４７と、を更に有する。ＮＭＲ装置１Ｓが使用されるに先立って、ヘリウム槽３には、複数のヘリウムポート４のうちの一のヘリウムポート４（図１の右側のヘリウムポート４）から液体ヘリウムが充填される。同様に、窒素槽７には、複数の窒素ポート８のうちの一の窒素ポート８（図１の右側の窒素ポート８）から液体窒素が充填される。ヘリウム槽用逆止弁４６および窒素槽用逆止弁４４は、それぞれ、ヘリウム槽３および窒素槽７を略大気圧力に維持するために配置されており、より詳しくは、大気圧よりも若干高い圧力で保圧できるように作動する。ヘリウム槽用圧力計４７および窒素槽用圧力計４５は、それぞれ、ヘリウム槽３および窒素槽７の内部圧力を検知する。

本実施形態に係る再凝縮装置１００は、ＮＭＲ装置１Ｓにおいて蒸発するヘリウムおよび窒素のそれぞれの再凝縮を可能とする。図１、図２に示すように、再凝縮装置１００は、ＮＭＲ装置１Ｓから離れた位置に配置される冷凍機１０と、窒素再凝縮ユニットＡ（補助冷媒再凝縮ユニット）と、ヘリウム再凝縮ユニットＢと、再凝縮装置真空槽３７と、筐体１００Ｓ（支持機構）と、を有する。

冷凍機１０は、シリンダ１０Ｐと、ディスプレーサ１０Ｑと、モータＭ（駆動部）と、それぞれ極低温状態に維持される１段冷却ステージ１１（サブ冷却部）および２段冷却ステージ１２（メイン冷却部）と、を有する。シリンダ１０Ｐは、上下方向に延びる中心軸を有する筒状の部材である。ディスプレーサ１０Ｑは、上下方向に沿って往復移動可能なようにシリンダ１０Ｐの内部に配置され、シリンダ１０Ｐ内で冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生する。モータＭは、シリンダ１０Ｐの下方に配置され、ディスプレーサ１０Ｑを往復移動させる駆動力を発生する。

１段冷却ステージ１１は、モータＭの上方においてシリンダ１０Ｐに接続され、前記寒冷を受けて後記の窒素再凝縮室１４（第２再凝縮室）を冷却する。詳しくは、１段冷却ステージ１１は、窒素再凝縮室１４に熱的に接続され、窒素再凝縮室１４において窒素ガス（熱交換用補助冷媒）が再凝縮することを可能とするように、窒素再凝縮室１４を冷却する。１段冷却ステージ１１は、シリンダ１０Ｐを囲むように構成された、円管形状を有している。

２段冷却ステージ１２は、１段冷却ステージ１１の上方（１段冷却ステージ１１とは異なる位置）においてシリンダ１０Ｐに接続され、前記寒冷を受けて後記のヘリウム再凝縮室２６（第１再凝縮室）を冷却する。詳しくは、２段冷却ステージ１２は、ヘリウム再凝縮室２６に熱的に接続され、ヘリウム再凝縮室２６においてヘリウム（熱交換用ヘリウム）が再凝縮することを可能とするように、ヘリウム再凝縮室２６を冷却する。２段冷却ステージ１２は、円柱形状を有している。

図３に示すように、冷凍機１０は、周囲を再凝縮装置真空槽３７によって囲まれており、その再凝縮装置輻射シールド４０（図３）によって真空断熱されている。また、冷凍機１０は、筐体１００Ｓによって床面から所定の高さに保持されている（図１）。

窒素再凝縮ユニットＡは、冷凍機１０の１段冷却ステージ１１の冷熱を受けて、窒素槽７内において前記断熱用窒素の再凝縮を行うことが可能とされている。窒素再凝縮ユニットＡは、窒素熱交換器１３（第２熱交換器）と、窒素再凝縮室１４（第２再凝縮室）と、窒素復管１５（第２連通部）と、窒素往管１６（第２連通部）と、窒素往復管路ヘッダ１７と、窒素移送管真空ジャケット１８と、窒素移送管フレキシブル部１９と、窒素供給管２０と、窒素バッファタンク２１と、窒素供給弁２２と、窒素バッファタンク圧力計２３と、窒素再凝縮室ヒータ２４と、を有する。

ヘリウム再凝縮ユニットＢは、冷凍機１０の２段冷却ステージ１２の冷熱を受けて、ヘリウム槽３内において前記保冷用ヘリウムの再凝縮を行うことが可能とされている。ヘリウム再凝縮ユニットＢは、ヘリウム熱交換器２５（第１熱交換器）と、ヘリウム再凝縮室２６（第１再凝縮室）と、ヘリウム復管２７（第１連通部、復路連通部）と、ヘリウム往管２８（第１連通部、復路連通部）と、ヘリウム往復管路ヘッダ２９と、ヘリウム移送管真空ジャケット３０と、ヘリウム移送管フレキシブル部３１と、ヘリウム供給管３２と、ヘリウムバッファタンク３３と、ヘリウム供給弁３４と、ヘリウムバッファタンク圧力計３５と、ヘリウム再凝縮室ヒータ３６と、を有する。これらのヘリウム再凝縮ユニットＢの各部材は、上記の窒素再凝縮ユニットＡの各部材と順に対をなしている。なお、窒素再凝縮ユニットＡおよびヘリウム再凝縮ユニットＢは、互いに同様の構造を有しているため、以下ではヘリウム再凝縮ユニットＢを用いてその詳細な構造を説明する。図３乃至図５は、それぞれ、本実施形態に係る再凝縮装置１００の一部を拡大した拡大断面図である。

ヘリウム熱交換器２５は、ヘリウム槽３においてヘリウム（保冷用ヘリウム）の液面よりも上方に配置される（図１）。ヘリウム熱交換器２５は、外周面２５Ａ（第１外周面）と、内周面２５Ｂ（第１内周面）と、を含む円管形状を有している（図５）。内周面２５Ｂは、ヘリウム槽３内のヘリウムから隔離された内部空間Ｓ（第１内部空間）を画定する。内部空間Ｓは、液体ヘリウム（液体からなる熱交換用ヘリウム）を貯留することが可能とされている。ヘリウム熱交換器２５は、内部空間Ｓ内の熱交換用ヘリウムの蒸発に必要な気化熱をヘリウム槽３において蒸発した保冷用ヘリウムから吸熱することで当該保冷用ヘリウムが内部空間Ｓ内の熱交換用ヘリウムとの間での熱交換によって再凝縮することを許容する。すなわち、ヘリウム熱交換器２５は、ＮＭＲ装置１Ｓのヘリウム槽３に暴露されており、ヘリウム熱交換器２５の周辺のヘリウムガスをヘリウム熱交換器２５の管壁（外周面）を介して冷却し、液化することで、熱交換器外壁液体ヘリウム３８を生成する。

ヘリウム再凝縮室２６は、ＮＭＲ装置１Ｓから離れた位置に配置された円筒状の部材であって、冷凍機１０の２段冷却ステージ１２の上面部に熱的に接続されている。ヘリウム再凝縮室２６にはヘリウムガス（熱交換用ヘリウム）が充填されており、冷凍機１０の２段冷却ステージ１２によって冷却されることで、ヘリウム再凝縮室２６の内部でヘリウムが液化される。このように、ヘリウム再凝縮室２６は、ヘリウム熱交換器２５の内部空間Ｓにおいて蒸発したヘリウム（ガス状の熱交換用ヘリウム）を受け入れ、当該受け入れたヘリウムを２段冷却ステージ１２の冷熱を受けて再凝縮し液化して排出する。

ヘリウム復管２７は、ヘリウム再凝縮室２６の側面の下側部分に接続されている。ヘリウム再凝縮室２６において生成された液体ヘリウムは、このヘリウム復管２７を通じてヘリウム再凝縮室２６から排出される。ヘリウム復管２７の先端側はヘリウム熱交換器２５の内部空間Ｓに開放されており、ヘリウム再凝縮室２６から流れ出た液体ヘリウムは、このヘリウム熱交換器２５内に滴下する。

ヘリウム熱交換器２５内の熱交換器内部液体ヘリウム３９は、ヘリウム熱交換器２５の管壁を介した熱の流入によって蒸発し、ヘリウム往管２８を通して最終的にヘリウム再凝縮室２６の上部に還流する。そして、還流した熱交換器内部液体ヘリウム３９は、ヘリウム再凝縮室２６で再び液化され、ヘリウム復管２７を通してふたたびヘリウム熱交換器２５に送りこまれる。なお、ヘリウム往復管路ヘッダ２９は、再凝縮装置真空槽３７に装着され、ヘリウム復管２７およびヘリウム往管２８のヘリウム再凝縮室２６に対する位置を固定するように、ヘリウム復管２７およびヘリウム往管２８を保持する。

ヘリウム熱交換器２５は、管壁内外での熱交換を担うものであるから、ヘリウム熱交換器２５の内部の温度はヘリウム熱交換器２５の外部の温度よりも低い。一例として、ヘリウム熱交換器２５の内部は４．０Ｋであり、ヘリウム熱交換器２５の外部（ヘリウム槽３）は４．２Ｋである。このためには、ヘリウム熱交換器２５、ヘリウム再凝縮室２６、ヘリウム復管２７およびヘリウム復管２７で形成される閉空間の内部圧力が適切（通常は大気圧力よりも若干低い圧力）に調整されている。本実施形態では、ヘリウムバッファタンク３３が、上記の圧力調整機能を有している。ヘリウムバッファタンク３３は、冷凍機１０の外側で常温下に配置され、ヘリウム供給管３２を介してヘリウム再凝縮室２６に連通されている。

また、ヘリウム復管２７およびヘリウム往管２８は、本実施形態における第１連通部を構成する。当該第１連通部は、前記熱交換用ヘリウムがヘリウム熱交換器２５とヘリウム再凝縮室２６との間で流れるための流路を形成する。また、ヘリウム復管２７およびヘリウム往管２８は、ヘリウム槽３のヘリウムがヘリウム復管２７およびヘリウム往管２８に流入することを阻止し、かつ、ヘリウム熱交換器２５の内部空間Ｓにおいて蒸発したヘリウムがヘリウム再凝縮室２６に流入することを許容するとともに、ヘリウム再凝縮室２６において再凝縮したヘリウムがヘリウム熱交換器２５の内部空間Ｓに流入することを許容するように、ヘリウム熱交換器２５の内部空間Ｓとヘリウム再凝縮室２６とを互いに連通する。

図４に示すように、ヘリウム復管２７およびヘリウム往管２８は互いに独立して配設されている。特に、ヘリウム往管２８（往路連通部）は、内部空間Ｓにおいて蒸発したヘリウムがヘリウム再凝縮室２６に流入することを許容するように、ヘリウム熱交換器２５の内部空間Ｓとヘリウム再凝縮室２６とを互いに連通する。また、ヘリウム復管２７（復路連通部）は、ヘリウム往管２８に対して独立して配設され、ヘリウム再凝縮室２６において再凝縮したヘリウムが内部空間Ｓに流入することを許容するように、ヘリウム熱交換器２５の内部空間Ｓとヘリウム再凝縮室２６とを互いに連通する。なお、図４に示すようにヘリウム再凝縮室２６には、熱交換用ヘリウムがヘリウム往管２８からヘリウム再凝縮室２６に流入することを許容するように開口された往路連通口２６Ｐと、前記往路連通口２６Ｐよりも下方に配置され、熱交換用ヘリウムがヘリウム再凝縮室２６からヘリウム復管２７に流入することを許容するように開口された復路連通口２６Ｑと、がそれぞれ形成されている。また、ヘリウム再凝縮室２６の下面部２６Ａ（第１下面部）は、その径方向内側部分よりも径方向外側部分が下方に位置することでヘリウム復管２７に向かって下方に傾斜しており、再凝縮した液体ヘリウムがヘリウム復管２７に流入しやすい構造となっている。

一例として、ヘリウム熱交換器２５、ヘリウム再凝縮室２６、ヘリウム復管２７およびヘリウム往管２８で形成される閉空間（低温部分）の全容積は、約１００ｃｃである。また、上記の閉空間内に存在する液体ヘリウム量は１０～２０ｃｃであり、飽和ガスヘリウム量は８０～９０ｃｃである。この閉空間が密閉された状態で室温になると、温度変化による体積膨張の結果、ガス容積は標準状態換算で２２Ｌになる。一方、上記の閉空間の容積が１００ｃｃに限定されている場合、その内部の圧力は、２２０気圧に達してしまう。本実施形態では、上記の閉空間の容積を拡大するために、再凝縮装置１００がヘリウムバッファタンク３３を有している。ヘリウムバッファタンク３３は、ヘリウム供給管３２を通じてヘリウム再凝縮室２６に連通しヘリウム再凝縮室２６との間でヘリウムの受け渡しを行うことが可能とされている。また、ヘリウムバッファタンク３３の容積は、ヘリウム再凝縮室２６の容積およびヘリウム熱交換器２５の内部空間Ｓの容積の和よりも大きく設定されている。一例として、このヘリウムバッファタンク３３の容積が８Ｌの場合、上記の閉空間を含めた室温時の圧力は、約２．８気圧となる。すなわち、上記の閉空間にヘリウムバッファタンク３３も含めた系内に、室温状態で初期に２．８気圧程度のヘリウムガスを封入しておけば、冷却後の定常動作において必要な液体ヘリウム量と飽和ヘリウムガスとをそれぞれ確保することができる。なお、ヘリウムバッファタンク３３は、不図示のヘリウムタンクからヘリウム供給弁３４を通じて、ヘリウムの供給を受ける。ヘリウムバッファタンク３３内に所定量のヘリウムが供給されると、ヘリウム供給弁３４が閉止される。ヘリウムバッファタンク圧力計３５は、ヘリウムバッファタンク３３内のヘリウムの圧力を検出する。

なお、図２に示すように、ヘリウム再凝縮室２６とヘリウム熱交換器２５との間を流れるヘリウム（冷媒）は極低温であるから、ヘリウム熱交換器２５を除く全ての系統は真空断熱される必要がある。このため、本実施形態では、前述のようにヘリウム再凝縮室２６の周辺が再凝縮装置真空槽３７によって断熱され、ヘリウム再凝縮室２６からヘリウム熱交換器２５に至る管路部分（ヘリウム復管２７、ヘリウム往管２８）は、ヘリウム移送管真空ジャケット３０によって覆われ、断熱されている。

図３乃至図５を参照して、このヘリウム移送管真空ジャケット３０では、ヘリウム往復管路ヘッダ２９からヘリウム熱交換器２５までの間において、ヘリウム復管２７とヘリウム往管２８とを熱的に遮断する真空壁が設けられるとともに、輻射低減効果を高めるために輻射シールド層（第１移送管輻射シールド４１、第２移送管輻射シールド４２、第３移送管輻射シールド４３）が設けられている。この結果、ヘリウム往復管路ヘッダ２９からヘリウム熱交換器２５までの間では、ヘリウム復管２７を中心とする、最大で４重の同心管構造を有している。

更に、冷凍機１０の機械的振動の伝達を低減するとともに、ヘリウム熱交換器２５をＮＭＲ装置１Ｓのヘリウムポート４に容易に挿入することが可能となるように、ヘリウム復管２７およびヘリウム往管２８の一部には、ヘリウム移送管フレキシブル部３１が形成されている。ヘリウム移送管フレキシブル部３１（第１可撓性部）は、少なくともヘリウム熱交換器２５とヘリウム再凝縮室２６との間に配置され可撓性を有しており（可撓性部材からなり）、周囲の構造に応じて変形可能であるとともに、冷凍機１０の振動がヘリウム再凝縮室２６からヘリウム熱交換器２５に至る管路部分（第１連通部）を通じてＮＭＲ装置１Ｓに伝わることを抑止する。

また、ヘリウム再凝縮室ヒータ３６（図２）は、ヘリウム再凝縮室２６の上面部に装着され、不図示の制御部から入力信号を受けることで発熱する。ヘリウム槽用圧力計４７が検出するヘリウム槽３の内部圧力に応じて、ヘリウム再凝縮室ヒータ３６の出力（発熱量）が調整されることで、ヘリウム槽３の圧力が一定に保持される。

なお、図１、図２に示すように、窒素再凝縮ユニットＡは、上記のヘリウム再凝縮ユニットＢと同様の構造を有しているが、以下に両者の相違点を中心に窒素再凝縮ユニットＡについて説明する。

ＮＭＲ装置１Ｓが有する窒素槽７は、ヘリウム槽３を囲むように円筒状に配置され、液体窒素（液体からなる断熱用補助冷媒、断熱用窒素）を貯留することが可能とされている。一方、再凝縮装置１００の窒素再凝縮ユニットＡが有する窒素熱交換器１３（第２熱交換器）は、窒素槽７において液体窒素の液面よりも上方に配置されている。窒素熱交換器１３は、ヘリウム熱交換器２５と同様に、内周面（第２外周面）と、窒素槽７の窒素に対して隔離された内部空間（第２内部空間）であって液体窒素（液体からなる熱交換用補助冷媒、熱交換用窒素）を貯留することが可能な内部空間を画定する第２内周面と、を有している。そして、窒素熱交換器１３は、前記第２内部空間内の液体窒素の蒸発に必要な気化熱を窒素槽７において蒸発した断熱用窒素から吸熱することで当該断熱用窒素が前記第２内部空間内の熱交換用窒素との間での熱交換によって再凝縮することを許容する。上記の作用は、ヘリウム槽３内のヘリウム熱交換器２５の作用と同様である。

また、窒素再凝縮室１４は、ヘリウム再凝縮室２６と同様に、１段冷却ステージ１１に熱的に接触するようにＮＭＲ装置１Ｓから離れた位置に配置され、前記第２内部空間において蒸発した窒素ガス（ガス状の熱交換用補助冷媒）を受け入れる一方、当該窒素ガスを１段冷却ステージ１１の冷熱を受けて再凝縮し液化して窒素熱交換器１３に向かって排出する。窒素熱交換器１３と窒素再凝縮室１４との間の窒素の受け渡しは、窒素復管１５および窒素往管１６によって行われる。窒素復管１５および窒素往管１６を内部に含む窒素移送管真空ジャケット１８は、本発明の第２連通部を構成する。当該第２連通部は、前記熱交換用窒素が窒素熱交換器１３と窒素再凝縮室１４との間で流れるための流路を形成するものであって、窒素槽７内の窒素が窒素復管１５および窒素往管１６に流入することを阻止し、かつ、前記第２内部空間において蒸発した窒素が窒素再凝縮室１４に流入することを許容するとともに窒素再凝縮室１４において再凝縮した窒素が前記第２内部空間に流入することを許容するように、窒素熱交換器１３の前記第２内部空間と窒素再凝縮室１４とを互いに連通する。当該窒素移送管真空ジャケット１８（第２可撓性部）も、少なくとも窒素熱交換器１３と窒素再凝縮室１４との間に配置され可撓性を有する（可撓性部材からなる）窒素移送管フレキシブル部１９（第２可撓性部）を有しているため、周囲の構造に応じて変形可能であるとともに、冷凍機１０の振動が窒素再凝縮室１４から窒素熱交換器１３に至る管路部分（第２連通部）を通じてＮＭＲ装置１Ｓに伝わることを抑止する。

また、図２に示すように、窒素再凝縮室１４は、円筒状の１段冷却ステージ１１を囲むように配置されている。すなわち、窒素再凝縮室１４内には、窒素の再凝縮を可能とする空間が円筒状に形成されている。また、窒素再凝縮室１４の下面部（第２下面部）は、上記のヘリウム再凝縮室２６の下面部２６Ａと同様に、その径方向内側部分よりも径方向外側部分が下方に位置することで窒素復管１５に向かって下方に傾斜しており、再凝縮した液体窒素が窒素復管１５に流入しやすい構造となっている。

次に、図１を参照して、ＮＭＲ装置１Ｓおよび再凝縮装置１００の配置について更に説明する。本実施形態では、ＮＭＲ装置１Ｓに隣接するように筐体１００Ｓが床面に設置されている。筐体１００Ｓは、ヘリウム再凝縮室２６がヘリウム槽３よりも高い位置に配置され、窒素再凝縮室１４が窒素槽７よりも高い位置に配置されるように、ヘリウム再凝縮室２６および窒素再凝縮室１４をそれぞれ支持している。また、筐体１００Ｓは、１段冷却ステージ１１および２段冷却ステージ１２を含む冷凍機１０を支持する機能も兼ね備えている。更に、筐体１００Ｓは、冷凍機１０の下方において、窒素バッファタンク２１およびヘリウムバッファタンク３３をそれぞれ支持している。なお、窒素バッファタンク２１およびヘリウムバッファタンク３３は、筐体１００Ｓから独立して配置されてもよい。

ＮＭＲ装置１Ｓは、ヘリウム槽３の上端部に連通し、ヘリウム熱交換器２５がヘリウム槽３に配置されるように上方から挿通されることを許容する前述のヘリウムポート４（入口ポート）を有している。そして、筐体１００Ｓは、ヘリウム再凝縮室２６がヘリウム槽３のヘリウムポート４の上方でヘリウムポート４に対して水平方向（左側）にずれた位置に配置されるように、ヘリウム再凝縮室２６を支持している（図１）。

一方、ヘリウム復管２７およびヘリウム往管２８を含むヘリウム移送管真空ジャケット３０は、ヘリウム再凝縮室２６から排出される液体ヘリウムがその自重によってヘリウム熱交換器２５の内部空間Ｓに流入可能なように、ヘリウム再凝縮室２６からヘリウム熱交換器２５に至るまで連続的に下方に延びるように配設されている。より詳しくは、ヘリウム移送管真空ジャケット３０は、ヘリウム再凝縮室２６からヘリウムポート４（ネックチューブ）に近づくように先下がりに傾斜して配設された傾斜部３０Ａと、前記傾斜部３０Ａの先端部からヘリウムポート４を通じて内部空間Ｓに至るまで鉛直方向に沿って延びる鉛直部３０Ｂと、を有している。同様に、窒素復管１５および窒素往管１６を含む窒素移送管真空ジャケット１８も、再凝縮した液体窒素の自重による流れを許容するように、窒素再凝縮室１４から窒素熱交換器１３まで先下がりに（連続的に下方に向かって）配設されている。なお、上記の「連続的に下方に向かって」とは、管路が部分的に湾曲していることや屈曲していることを含む。

このような構成によれば、ＮＭＲ装置１Ｓの直上に冷凍機１０、窒素再凝縮室１４、ヘリウム再凝縮室２６をそれぞれ配置する場合と比較して、再凝縮装置１００の最上部の高さを抑えることが可能となり、限られた高さの天井Ｃを有する設置環境にも、ＮＭＲ装置１Ｓおよび再凝縮装置１００を設置することが可能となる。

また、本実施形態では、図１に示すように、冷凍機１０のモータＭがシリンダ１０Ｐの下方に配置されており、冷凍機１０が倒立配置とされている。詳しくは、１段冷却ステージ１１は、寒冷を受けて窒素再凝縮室１４を冷却することが可能なようにモータＭの上方においてシリンダ１０Ｐに接続され、２段冷却ステージ１２は、寒冷を受けて窒素再凝縮室１４よりも低温でヘリウム再凝縮室２６を冷却することが可能なように１段冷却ステージ１１の上方においてシリンダ１０Ｐに接続されている。この結果、冷凍機１０のうち１段冷却ステージ１１および２段冷却ステージ１２をモータＭよりも高い位置に配置することが可能となり、液体ヘリウムおよび液体窒素がヘリウム再凝縮室２６および窒素再凝縮室１４から下方に流れるための落差を容易に設けることが可能となる。

以上のように、本実施形態では、保冷用ヘリウムから隔離した熱交換用ヘリウムの凝縮および蒸発を伴う移動によって、保冷用ヘリウムに冷凍機１０の冷熱を与えヘリウム槽３内で再凝縮させることができる。したがって、保冷用ヘリウム内のエア成分の混入に関わらず、ヘリウム復管２７およびヘリウム往管２８の流路の閉塞を防止することができる。より具体的に、ＮＭＲ装置１Ｓのヘリウム槽３内で保冷用ヘリウムが蒸発すると、ヘリウム熱交換器２５が当該保冷用ヘリウムから吸熱することで、保冷用ヘリウムを再凝縮し液化させることができる。ヘリウム熱交換器２５はヘリウム槽３内に配置されているため、当該ヘリウム熱交換器２５との接触によって再凝縮した保冷用ヘリウムを、ヘリウム槽３内にそのまま貯留することができる。ヘリウム再凝縮室２６は、冷凍機１０の２段冷却ステージ１２によって冷却されることで、保冷用ヘリウムから吸熱し蒸発した熱交換用ヘリウムを再凝縮させることができる。更に、ヘリウム復管２７およびヘリウム往管２８は、ヘリウム槽３の保冷用ヘリウムから隔離されたヘリウム熱交換器２５とＮＭＲ装置１Ｓ外のヘリウム再凝縮室２６とを互いに連通し、ヘリウム槽３の保冷用ヘリウムがＮＭＲ装置１Ｓ外に流出することを防止しながら、熱交換用ヘリウムを循環させることができる。したがって、ヘリウム槽３内に存在するエア成分がヘリウム復管２７およびヘリウム往管２８を通過することがないため、当該ヘリウム復管２７およびヘリウム往管２８が形成する流路において前記エア成分が凍結し流路を閉塞することを防止することができる。なお、ヘリウム槽３への液体ヘリウムの充填作業と比較して、ヘリウム熱交換器２５およびヘリウム再凝縮室２６への熱交換用ヘリウムの充填作業の頻度は少なく、更に、その容積も小さいため、エア成分の混入を容易に防止しながら、充填作業を行うことができる。

また、上記のように、ヘリウム熱交換器２５内にヘリウム槽３とは別の液体ヘリウムを貯留し、当該液体ヘリウムの気化熱を利用してヘリウム槽３内のヘリウムの再凝縮を行うことで、ヘリウム熱交換器２５とヘリウム再凝縮室２６との間で熱交換用ヘリウムを強制的に循環させる不図示のポンプなどが不要となる。

また、本実施形態では、蒸発した熱交換用ヘリウムおよび再凝縮した熱交換用ヘリウムが互いに独立したヘリウム往管２８およびヘリウム復管２７を流れることができるため、両者が同じ連通部内を流れる場合と比較して、液体状のヘリウムが気体状のヘリウムの流れを妨げることが抑止され、二相の熱交換用ヘリウムの流れを安定して維持することができる。

また、本実施形態では、ヘリウム再凝縮室２６において、復路連通口２６Ｑが往路連通口２６Ｐの下方に配置されているため、再凝縮した熱交換用ヘリウムが往路連通口２６Ｐを塞ぎ、蒸発した熱交換用ヘリウムのヘリウム再凝縮室２６への流入を妨げることを防止することができる。

更に、本実施形態では、筐体１００Ｓがヘリウム再凝縮室２６を支持し、ヘリウム移送管真空ジャケット３０は、ヘリウム再凝縮室２６からヘリウム熱交換器２５に至るまで連続的に下方に延びるように配設されている。このため、ヘリウム再凝縮室２６において再凝縮した熱交換用ヘリウムをヘリウム熱交換器２５の内部空間Ｓに安定して流入させることができる。

また、本実施形態では、ヘリウムバッファタンク３３がヘリウム再凝縮室２６に連通し熱交換用ヘリウムを収容するための容積を拡大することができるため、当該ヘリウムバッファタンク３３を有さない場合と比較して、保冷用ヘリウムの再凝縮に必要とされる熱交換用ヘリウムのヘリウム熱交換器２５およびヘリウム再凝縮室２６への充填時の圧力を低くすることができる。

また、本実施形態では、ＮＭＲ装置１Ｓの窒素槽７内で断熱用窒素が蒸発すると、窒素熱交換器１３が当該断熱用窒素から吸熱することで、断熱用窒素を再凝縮させることができる。この結果、ＮＭＲ装置１Ｓに設けられた窒素槽７の断熱用窒素が蒸発し、減少することを抑止することができるため、ヘリウム槽３を更に安定して保冷することができる。また、窒素槽７内に存在するエア成分が窒素復管１５および窒素往管１６を通過することがないため、当該窒素復管１５および窒素往管１６が形成する流路において前記エア成分が凍結し流路を閉塞することを防止することができる。

また、本実施形態では、１段冷却ステージ１１および２段冷却ステージ１２を備えた２段式の冷凍機１０を用いることで、ＮＭＲ装置１Ｓのヘリウムおよび窒素の再凝縮を安定して行うことができる。また、冷凍機１０では、モータＭがシリンダ１０Ｐの下方に配置されているため、当該モータＭよりも１段冷却ステージ１１および２段冷却ステージ１２を高い位置に配置することができる。したがって、モータＭがシリンダ１０Ｐの上方に配置されている場合と比較して、設置場所における再凝縮装置１００の最上部の高さを抑えつつ、ヘリウム再凝縮室２６および窒素再凝縮室１４から排出された液体ヘリウムおよび液体窒素をそれぞれヘリウム熱交換器２５および窒素熱交換器１３に自重で流し込むことができる。

以上、本発明の一実施形態に係る再凝縮装置１００（クライオスタット用ヘリウム再凝縮装置）について説明したが、本発明はこれらの形態に限定されるものではなく、以下のような変形実施形態が可能である。

（１）上記の実施形態では、ヘリウム熱交換器２５とヘリウム再凝縮室２６とが二重管構造を有するヘリウム復管２７およびヘリウム往管２８によって互いに接続される態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。図６は、本発明の第１変形実施形態に係る再凝縮装置１００（クライオスタット用ヘリウム再凝縮装置）の一部（ヘリウム再凝縮室２６）を拡大した拡大断面図である。図７は、本変形実施形態に係る再凝縮装置１００の一部（ヘリウム熱交換器２５）を拡大した拡大断面図である。

先の実施形態のようにヘリウム再凝縮室２６およびヘリウム復管２７が二重管構造を有している場合、管路の径が大きくなるためヘリウムポート４に所定の開口サイズが必要となる。一方、本変形実施形態では、図６、図７に示すように、ヘリウム復管２７およびヘリウム往管２８が互いに独立した管路ではなく、共通の１本の管路によって構成されている。すなわち、本変形実施形態では、ヘリウム再凝縮室２６およびヘリウム復管２７は、ヘリウム熱交換器２５の内部空間Ｓとヘリウム再凝縮室２６とを互いに連通する１本の管路であって、内部空間Ｓにおいて蒸発した熱交換用ヘリウムがヘリウム再凝縮室２６に流入することを許容しかつヘリウム再凝縮室２６において再凝縮した熱交換用ヘリウムが内部空間Ｓに流入することを許容する１本の管路からなる。このような構成によれば、ヘリウム熱交換器２５とヘリウム再凝縮室２６とを接続する管路構造を簡素化することが可能となる。なお、図６に示すように、ヘリウム再凝縮室２６において生成された液体ヘリウムは、１本の管路の下側部分を伝ってヘリウム熱交換器２５に送られる。一方、ヘリウム熱交換器２５において蒸発したヘリウムは、１本の管路の上側部分を通じてヘリウム再凝縮室２６に流入する。

（２）また、先の実施形態では、再凝縮装置１００をＮＭＲ装置１Ｓに装着する際に、ヘリウムを所定の圧力で供給するために、再凝縮装置１００がヘリウムバッファタンク３３を有する態様にて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、再凝縮装置１００は更にその他のタンクを有するものでもよい。

図８は、本発明の第２変形実施形態に係る再凝縮装置１００（クライオスタット用ヘリウム再凝縮装置）がＮＭＲ装置１Ｓに装着された様子を示す断面図である。なお、本変形実施形態では、先の実施形態（図１）との相違点を中心に説明する（以後の変形実施形態でも同様）。図８に示すように、再凝縮装置１００は、更に、窒素再凝縮ユニットＡの一部をそれぞれ構成する窒素リザーバタンク４８、窒素ポンプ４９、窒素ポンプ吐出切替三方弁５０および窒素ポンプ吸気切替三方弁５１と、ヘリウム再凝縮ユニットＢの一部をそれぞれ構成するヘリウムリザーバタンク５２、ヘリウムバッファタンク３３とヘリウムリザーバタンク５２との間に配置されるヘリウムポンプ５３、ヘリウムポンプ吐出切替三方弁５４およびヘリウムポンプ吸気切替三方弁５５を有する。以下では、本変形実施形態におけるヘリウム再凝縮ユニットＢを例にその構造を説明する。

ヘリウムリザーバタンク５２は、ヘリウム再凝縮室２６に対して独立して配置され、ヘリウムポンプ５３を介してヘリウムバッファタンク３３に接続されている。この結果、ヘリウムリザーバタンク５２とヘリウムバッファタンク３３との間でヘリウム（熱交換用ヘリウム）の受け渡しが可能となる。また、ヘリウムバッファタンク３３およびヘリウムリザーバタンク５２とヘリウムポンプ５３との間には、ヘリウムポンプ吐出切替三方弁５４（吐出側切替弁）およびヘリウムポンプ吸気切替三方弁５５（吸入側切替弁）がそれぞれ配置されている。ヘリウムポンプ吸気切替三方弁５５は、ヘリウムポンプ５３の吸入側に配置され、ヘリウムポンプ５３に熱交換用ヘリウムを供給する供給源をヘリウムバッファタンク３３とヘリウムリザーバタンク５２との間で切り替える。また、ヘリウムポンプ吐出切替三方弁５４は、ヘリウムポンプ５３の吐出側に配置され、ヘリウムポンプ５３から熱交換用ヘリウムを排出する排出先をヘリウムバッファタンク３３とヘリウムリザーバタンク５２との間で切り替える。ヘリウムポンプ吐出切替三方弁５４およびヘリウムポンプ吸気切替三方弁５５は、不図示の制御部から指令信号を受けて、ヘリウムポンプ５３へのヘリウムの供給先およびヘリウムポンプ５３からのヘリウムの吐出先をヘリウムバッファタンク３３とヘリウムリザーバタンク５２との間で切り換える。ヘリウムポンプ５３、ヘリウムポンプ吐出切替三方弁５４およびヘリウムポンプ吸気切替三方弁５５は、本発明の圧力調整機構を構成する。圧力調整機構は、前記ヘリウムバッファタンク３３の圧力が所定の目標圧力範囲に含まれるように、前記ヘリウムバッファタンク３３と前記ヘリウムリザーバタンク５２との間での熱交換用ヘリウムの受け渡し量を調整する。

先の実施形態と同様に再凝縮装置１００が定常運転に移行したのち、ヘリウムバッファタンク圧力計３５が検出するヘリウムバッファタンク３３の圧力が所定の圧力（適正範囲）よりも高い場合、不図示の制御部によってヘリウムポンプ５３の吸気側がヘリウムバッファタンク３３に接続され、ヘリウムポンプ５３の排気側がヘリウムリザーバタンク５２に接続されるようにヘリウムポンプ吐出切替三方弁５４およびヘリウムポンプ吸気切替三方弁５５が切り換えられる。この結果、ヘリウムバッファタンク３３からヘリウムリザーバタンク５２にヘリウムが補充されヘリウムバッファタンク３３が所定の圧力に調整される。逆に、ヘリウムバッファタンク圧力計３５が検出するヘリウムバッファタンク３３の圧力が所定の圧力よりも低い場合、ヘリウムポンプ５３の吸気側がヘリウムリザーバタンク５２に接続され、ヘリウムポンプ５３の排気側がヘリウムバッファタンク３３に接続されるようヘリウムポンプ吐出切替三方弁５４およびヘリウムポンプ吸気切替三方弁５５がそれぞれ切り換えられる。この結果、ヘリウムリザーバタンク５２からヘリウムバッファタンク３３にヘリウムが排出され、ヘリウムバッファタンク３３が所定の圧力に調整される。上記の圧力調整の完了は、ヘリウムバッファタンク圧力計３５が検出するヘリウムバッファタンク３３の圧力によって判定されればよい。なお、窒素再凝縮ユニットＡにおいても、同様に、窒素ポンプ４９の吐出先が、窒素ポンプ吐出切替三方弁５０および窒素ポンプ吸気切替三方弁５１によって、窒素バッファタンク２１と窒素リザーバタンク４８との間で切り換えられ、窒素バッファタンク圧力計２３が検出する窒素バッファタンク２１の圧力が適正な範囲に設定される。

上記のような構成によれば、ＮＭＲ装置１Ｓの特性（断熱性能）、運転状態（室温、気圧）、運転状態の変化（停電）あるいは冷凍機１０の個体差（冷凍能力）や保守状況（交換）などによって、窒素熱交換器１３およびヘリウム熱交換器２５内の圧力が変化した場合でも、その圧力を自動的に調整し、窒素およびヘリウムの再凝縮を安定して維持することができる。

また、図９は、本発明の第３変形実施形態に係る再凝縮装置１００（クライオスタット用ヘリウム再凝縮装置）がＮＭＲ装置１Ｓに装着された様子を示す断面図である。本変形実施形態では、ヘリウムバッファタンク３３に並列して２つのリザーバタンク（ヘリウム高圧リザーバタンク６０（高圧リザーバタンク部）、ヘリウム低圧リザーバタンク６１（低圧リザーバタンク部））が接続される。ヘリウム低圧リザーバタンク６１の圧力はヘリウムバッファタンク３３の圧力よりも低く、大気圧以下に設定されている。一方、ヘリウム高圧リザーバタンク６０の圧力は、ヘリウムバッファタンク３３の圧力よりも高く、大気圧以上に設定されている。ヘリウム高圧リザーバタンク６０とヘリウム低圧リザーバタンク６１との間には、ヘリウムポンプ５３が配置されている。ヘリウム低圧弁６３は、ヘリウムポンプ５３とヘリウム低圧リザーバタンク６１との間に配置され、ヘリウムポンプ５３の作動に応じてヘリウムバッファタンク３３からヘリウム低圧リザーバタンク６１に熱交換用ヘリウムが排出されることを許容するように開弁する。ヘリウム高圧弁６２は、ヘリウムポンプ５３とヘリウム高圧リザーバタンク６０との間に配置され、ヘリウムポンプ５３の作動に応じてヘリウム高圧リザーバタンク６０からヘリウムバッファタンク３３に熱交換用ヘリウムが供給されることを許容するように開弁する。したがって、ヘリウムポンプ５３の作動状態において、ヘリウム高圧弁６２が開弁すると、ヘリウム高圧リザーバタンク６０からヘリウムバッファタンク３３にヘリウムが供給される。一方、ヘリウム低圧弁６３が開弁すると、ヘリウムバッファタンク３３からヘリウム低圧リザーバタンク６１にヘリウムが排出される。このように、本変形実施形態においても、再凝縮装置１００およびＮＭＲ装置１Ｓが定常運転に移行したのち、ヘリウムバッファタンク３３の圧力が適正範囲となるように、不図示の制御部がヘリウムバッファタンク圧力計３５の検出結果に応じてヘリウム高圧弁６２またはヘリウム低圧弁６３を制御する。この結果、上記の第１変形実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、ヘリウムポンプ５３に加え、ヘリウム高圧リザーバタンク６０、ヘリウム低圧リザーバタンク６１、ヘリウム高圧弁６２およびヘリウム低圧弁６３は、本発明の圧力調整機構を構成する。また、窒素高圧リザーバタンク５６、窒素低圧リザーバタンク５７、窒素高圧弁５８および窒素低圧弁５９も、同様の機能を有している。

（３）また、上記の実施形態では、ヘリウム槽３を囲むように窒素槽７が配置される態様にて説明したが、窒素槽７の代わりにアルゴン層が配置され、液体アルゴンによってヘリウム槽３に対する熱の侵入が抑止されるものでもよい。この場合、前記アルゴン層に窒素熱交換器１３と同様の熱交換器が配置されることが望ましい。また、他の態様において、ヘリウム槽３内にヘリウム熱交換器２５が配置され、ヘリウム槽３内のヘリウムの再凝縮が促進されればよく、窒素槽７に窒素熱交換器１３が配置されない態様でもよい。

１ 超電導マグネット（被冷却物）
１Ｓ ＮＭＲ装置（クライオスタット）
２ 液体ヘリウム
３ ヘリウム槽
４ ヘリウムポート
５ ガス冷却輻射シールド
６ 液体窒素
７ 窒素槽（補助冷媒槽）
８ 窒素ポート
９ 真空槽
１０ 冷凍機
１００ 再凝縮装置（クライオスタット用ヘリウム再凝縮装置）
１００Ｓ 筐体（支持機構）
１０Ｐ シリンダ
１０Ｑ ディスプレーサ
１１ １段冷却ステージ（サブ冷却部）
１２ ２段冷却ステージ（メイン冷却部）
１３ 窒素熱交換器（第２熱交換器）
１４ 窒素再凝縮室（第２再凝縮室）
１５ 窒素復管（第２連通部）
１６ 窒素往管（第２連通部）
１７ 窒素往復管路ヘッダ
１８ 窒素移送管真空ジャケット
１９ 窒素移送管フレキシブル部
２０ 窒素供給管
２１ 窒素バッファタンク
２２ 窒素供給弁
２３ 窒素バッファタンク圧力計
２４ 窒素再凝縮室ヒータ
２５ ヘリウム熱交換器（第１熱交換器）
２６ ヘリウム再凝縮室（第１再凝縮室）
２６Ｐ 往路連通口
２６Ｑ 復路連通口
２７ ヘリウム復管（第１連通部、復路連通部）
２８ ヘリウム往管（第１連通部、往路連通部）
２９ ヘリウム往復管路ヘッダ
３０ ヘリウム移送管真空ジャケット
３１ ヘリウム移送管フレキシブル部
３２ ヘリウム供給管
３３ ヘリウムバッファタンク
３４ ヘリウム供給弁
３５ ヘリウムバッファタンク圧力計
３６ ヘリウム再凝縮室ヒータ
３７ 再凝縮装置真空槽
３８ 熱交換器外壁液体ヘリウム
３９ 熱交換器内部液体ヘリウム
４０ 再凝縮装置輻射シールド
４４ 窒素槽用逆止弁
４５ 窒素槽用圧力計
４６ ヘリウム槽用逆止弁
４７ ヘリウム槽用圧力計
４８ 窒素リザーバタンク
４９ 窒素ポンプ
５２ ヘリウムリザーバタンク
５３ ヘリウムポンプ（圧力調整機構）
５４ ヘリウムポンプ吐出切替三方弁（圧力調整機構、ヘリウム低圧弁）
５５ ヘリウムポンプ吸気切替三方弁（圧力調整機構、ヘリウム高圧弁）
５６ 窒素高圧リザーバタンク
５７ 窒素低圧リザーバタンク
６０ ヘリウム高圧リザーバタンク（高圧リザーバタンク部）
６１ ヘリウム低圧リザーバタンク（低圧リザーバタンク部）
Ａ 窒素再凝縮ユニット（補助冷媒再凝縮ユニット）
Ｂ ヘリウム再凝縮ユニット
Ｍ モータ（駆動部）

Claims (15)

1. 液体からなる保冷用ヘリウムを貯留することが可能なように密閉されたヘリウム槽を含み被冷却物を保冷用ヘリウムに浸漬させるように収容することが可能なクライオスタットに装着され、前記ヘリウム槽において蒸発した保冷用ヘリウムを再凝縮させることが可能なクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置であって、
   前記クライオスタットから離れた位置に配置される冷凍機であって、極低温状態に維持されるメイン冷却部を含む冷凍機と、
   前記冷凍機の前記メイン冷却部の冷熱を受けて、前記ヘリウム槽内において前記保冷用ヘリウムの再凝縮を行うことが可能なヘリウム再凝縮ユニットと、
   を備え、
   前記ヘリウム再凝縮ユニットは、
   前記ヘリウム槽において保冷用ヘリウムの液面よりも上方に配置される第１熱交換器であって、当該第１熱交換器には前記ヘリウム槽の保冷用ヘリウムから隔離された第１内部空間であって液体からなる熱交換用ヘリウムを貯留することが可能な第１内部空間が形成されており、前記第１内部空間内の熱交換用ヘリウムの蒸発に必要な気化熱を前記ヘリウム槽において蒸発した保冷用ヘリウムから吸熱する、第１熱交換器と、
   前記メイン冷却部に熱的に接触するように前記クライオスタットから離れた位置に配置され、前記第１内部空間において蒸発した熱交換用ヘリウムを受け入れ、当該受け入れた熱交換用ヘリウムを前記メイン冷却部の冷熱を受けて再凝縮し液化し、排出する第１再凝縮室と、
   前記第１再凝縮室が前記ヘリウム槽よりも高い位置に配置されるように、前記第１再凝縮室を支持する支持機構と、
   前記熱交換用ヘリウムが前記クライオスタット内の前記第１熱交換器と前記第１再凝縮室との間を流れるための流路を形成する第１連通部であって、前記第１再凝縮室から排出された熱交換用ヘリウムがその自重によって前記第１熱交換器の前記第１内部空間まで流れることが可能なように、前記第１再凝縮室から前記ヘリウム槽に形成されたヘリウムポートを通じて前記第１熱交換器に至るまで連続的に下方に延びるように配設されている第１連通部と、
   を有し、
   前記支持機構は、前記クライオスタットに隣接するように床面に設置され、前記第１再凝縮室が前記ヘリウムポートの上方で前記ヘリウムポートに対して水平方向にずれた位置に配置されるように、前記冷凍機および前記第１再凝縮室を支持する、クライオスタット用ヘリウム再凝縮装置。
2. 前記第１連通部は、
   前記第１内部空間において蒸発した熱交換用ヘリウムが前記第１再凝縮室に流入することを許容するように、前記第１熱交換器の前記第１内部空間と前記第１再凝縮室とを互いに連通する往路連通部と、
   前記往路連通部に対して独立して配設され、前記第１再凝縮室において再凝縮した熱交換用ヘリウムが前記第１内部空間に流入することを許容するように、前記第１熱交換器の前記第１内部空間と前記第１再凝縮室とを互いに連通する復路連通部と、
   を有する、請求項１に記載のクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置。
3. 前記第１再凝縮室には、
   熱交換用ヘリウムが前記往路連通部から前記第１再凝縮室に流入することを許容する往路連通口と、
   前記往路連通口よりも下方に配置され、熱交換用ヘリウムが前記第１再凝縮室から前記復路連通部に流入することを許容する復路連通口と、
   がそれぞれ形成されている、請求項２に記載のクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置。
4. 前記第１連通部は、前記第１熱交換器の前記第１内部空間と前記第１再凝縮室とを互いに連通する１本の管路であって、前記第１内部空間において蒸発した熱交換用ヘリウムが前記第１再凝縮室に流入することを許容しかつ前記第１再凝縮室において再凝縮した熱交換用ヘリウムが前記第１内部空間に流入することを許容する１本の管路からなる、請求項１に記載のクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置。
5. 前記第１再凝縮室は、前記第１連通部に向かって下方に傾斜している第１下面部を有する、請求項１乃至４の何れか１項に記載のクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置。
6. 前記第１連通部は、少なくとも前記第１熱交換器と前記第１再凝縮室との間に配置され可撓性部材からなる第１可撓性部を有する、請求項１乃至５の何れか１項に記載のクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置。
7. 前記第１再凝縮室との間で熱交換用ヘリウムの受け渡しを行うことが可能なように前記第１再凝縮室に連通するヘリウムバッファタンクであって、当該ヘリウムバッファタンクの容積が前記第１再凝縮室の容積および前記第１内部空間の容積の和よりも大きく設定されている、ヘリウムバッファタンクを更に備える、請求項１乃至６の何れか１項に記載のクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置。
8. 前記第１再凝縮室に対して独立して配置され、前記ヘリウムバッファタンクとの間で熱交換用ヘリウムの受け渡しを行うことが可能なように前記ヘリウムバッファタンクに連通するヘリウムリザーバタンクと、
   前記ヘリウムバッファタンクの圧力が所定の目標圧力範囲に含まれるように、前記ヘリウムバッファタンクと前記ヘリウムリザーバタンクとの間での熱交換用ヘリウムの受け渡し量を調整する圧力調整機構と、
   を更に備える、請求項７に記載のクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置。
9. 前記圧力調整機構は、
   前記ヘリウムバッファタンクと前記ヘリウムリザーバタンクとの間に配置される、ヘリウムポンプと、
   前記ヘリウムポンプの吸入側に配置され、前記ヘリウムポンプに前記熱交換用ヘリウムを供給する供給源を前記ヘリウムバッファタンクと前記ヘリウムリザーバタンクとの間で切り替える吸入側切替弁と、
   前記ヘリウムポンプの吐出側に配置され、前記ヘリウムポンプから前記熱交換用ヘリウムを排出する排出先を前記ヘリウムバッファタンクと前記ヘリウムリザーバタンクとの間で切り替える吐出側切替弁と、
   を有する、請求項８に記載のクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置。
10. 前記ヘリウムリザーバタンクは、
    前記ヘリウムバッファタンクよりも低圧に設定された、低圧リザーバタンク部と、
    前記ヘリウムバッファタンクよりも高圧に設定された、高圧リザーバタンク部と、
    を有し、
    前記圧力調整機構は、
    前記低圧リザーバタンク部と前記高圧リザーバタンク部との間に配置される、ヘリウムポンプと、
    前記ヘリウムポンプと前記低圧リザーバタンク部との間に配置され、前記ヘリウムポンプの作動に応じて前記ヘリウムバッファタンクから前記低圧リザーバタンク部に熱交換用ヘリウムが排出されることを許容するように開弁する、ヘリウム低圧弁と、
    前記ヘリウムポンプと前記高圧リザーバタンク部との間に配置され、前記ヘリウムポンプの作動に応じて前記高圧リザーバタンク部から前記ヘリウムバッファタンクに熱交換用ヘリウムが供給されることを許容するように開弁する、ヘリウム高圧弁と、
    を有する、請求項８に記載のクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置。
11. 前記クライオスタットは、前記ヘリウム槽を囲むように配置され液体からなる断熱用補助冷媒を貯留することが可能なように密閉された補助冷媒槽を更に有し、
    前記冷凍機は、前記メイン冷却部とは異なる位置に配置され、極低温状態に維持されるサブ冷却部を更に含み、
    前記冷凍機の前記サブ冷却部の冷熱を受けて、前記補助冷媒槽内において前記断熱用補助冷媒の再凝縮を行うことが可能な補助冷媒再凝縮ユニットを更に備え、
    前記補助冷媒再凝縮ユニットは、
    前記補助冷媒槽において断熱用補助冷媒の液面よりも上方に配置される第２熱交換器であって、当該第２熱交換器には前記補助冷媒槽の断熱用補助冷媒に対して隔離された第２内部空間であって液体からなる熱交換用補助冷媒を貯留することが可能な第２内部空間が形成されており、前記第２内部空間内の熱交換用補助冷媒の蒸発に必要な気化熱を前記補助冷媒槽において蒸発した断熱用補助冷媒から吸熱する、第２熱交換器と、
    前記サブ冷却部に熱的に接触するように前記クライオスタットから離れた位置であって前記補助冷媒槽よりも高い位置で前記支持機構に支持され、前記第２内部空間において蒸発した熱交換用補助冷媒を受け入れ、当該受け入れた熱交換用補助冷媒を前記サブ冷却部の冷熱を受けて再凝縮し液化し、排出する第２再凝縮室と、
    前記熱交換用補助冷媒が前記クライオスタット内の前記第２熱交換器と前記第２再凝縮室との間を流れるための流路を形成する第２連通部であって、前記第２再凝縮室から排出された断熱用補助冷媒がその自重によって前記第２熱交換器の前記第２内部空間まで流れることが可能なように、前記第２再凝縮室から前記第２熱交換器に至るまで連続的に下方に延びるように配設されている第２連通部と、
    を有する、請求項１乃至１０の何れか１項に記載のクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置。
12. 前記第２再凝縮室は、前記第２連通部に向かって下方に傾斜している第２下面部を有する、請求項１１に記載のクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置。
13. 前記第２連通部は、少なくとも前記第２熱交換器と前記第２再凝縮室との間に配置され可撓性部材からなる第２可撓性部を有する、請求項１１または１２に記載のクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置。
14. 前記冷凍機は、
    上下方向に延びる中心軸を有する筒状のシリンダと、
    上下方向に沿って往復移動可能なように前記シリンダの内部に配置され、前記シリンダ内で冷媒ガスを膨張させることにより寒冷を発生するディスプレーサと、
    前記シリンダの下方に配置され、前記ディスプレーサを往復移動させる駆動力を発生する駆動部と、
    を更に有し、
    前記サブ冷却部は、寒冷を受けて前記第２再凝縮室を冷却することが可能なように前記駆動部の上方において前記シリンダに接続され、
    前記メイン冷却部は、寒冷を受けて前記第２再凝縮室よりも低温で前記第１再凝縮室を冷却することが可能なように前記サブ冷却部の上方において前記シリンダに接続されている、請求項１１乃至１３の何れか１項に記載のクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置。
15. 前記支持機構は、前記冷凍機の下方かつ前記床面の上方において前記ヘリウムバッファタンクを更に支持し、
    前記支持機構において、前記第１再凝縮室、前記冷凍機および前記ヘリウムバッファタンクが上下方向に並んで配置される、請求項７に記載のクライオスタット用ヘリウム再凝縮装置。

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