JPH08181359A - Cryostat - Google Patents
CryostatInfo
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- JPH08181359A JPH08181359A JP6324273A JP32427394A JPH08181359A JP H08181359 A JPH08181359 A JP H08181359A JP 6324273 A JP6324273 A JP 6324273A JP 32427394 A JP32427394 A JP 32427394A JP H08181359 A JPH08181359 A JP H08181359A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、液体ヘリウムで代表さ
れる極低温液体を収容する容器として用いられるクライ
オスタットに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cryostat used as a container for containing a cryogenic liquid represented by liquid helium.
【０００２】[0002]
【従来の技術】周知のように、超電導マグネットを利用
する機器の多くは、液体ヘリウムで代表される極低温液
体を使用してマグネットを冷却する方式を採用してい
る。このような極低温液体は、通常、マグネットと一緒
に断熱容器、つまりクライオスタット内に収容される。
クライオスタットとしては、安全上の問題から法令に従
って極低温液体の収容空間を流路を介して大気に解放し
て使用するものが多い。2. Description of the Related Art As is well known, many devices using superconducting magnets employ a system of cooling a magnet by using a cryogenic liquid typified by liquid helium. Such a cryogenic liquid is usually housed in a heat insulating container, that is, a cryostat together with a magnet.
As a cryostat, in many cases, a cryogenic liquid storage space is opened to the atmosphere via a flow path and used in accordance with laws and regulations for safety reasons.
【０００３】液体ヘリウムで代表される極低温液体は高
価である。このため、収容空間を大気に解放して使用す
るクライオスタットには、極低温液体の蒸発量を抑える
ための様々な工夫が施されている。たとえば、断熱層を
多層断熱材と複数の熱シールド板との組合せ等で構成
し、各熱シールド板を冷凍機で極低温に冷却することに
よって侵入熱量を抑えたりしている。その結果、現在で
は収容している極低温液体の蒸発量をかなり低減できる
クライオスタットが出現している。Cryogenic liquids represented by liquid helium are expensive. Therefore, the cryostat, which is used by opening the accommodation space to the atmosphere, is provided with various measures for suppressing the evaporation amount of the cryogenic liquid. For example, the heat insulating layer is formed of a combination of a multi-layer heat insulating material and a plurality of heat shield plates, and each heat shield plate is cooled to a cryogenic temperature by a refrigerator to suppress the amount of heat entering. As a result, cryostats that can significantly reduce the amount of evaporation of the cryogenic liquid contained in them have now appeared.
【０００４】しかしながら、このような従来のクライオ
スタットにあっても、大気解放型であるが故に蒸発量を
5cc/h 程度に抑え込むのが限度であった。この蒸発量で
計算すると、クライオスタット内に収容されている極低
温液体が１年間に約 44 リットル蒸発することになる。
適用機器によっては、収容されている極低温液体の液面
があるレベルまで低下した時点で極低温液体を追加注入
する必要があるので、稼働率を低下させるばかりか、保
守の面倒化を招く問題があった。However, even in such a conventional cryostat, since it is of the atmosphere open type, the evaporation amount is reduced.
The limit was about 5cc / h. Calculating from this evaporation, the cryogenic liquid contained in the cryostat will evaporate by about 44 liters per year.
Depending on the applicable equipment, additional cryogenic liquid may need to be injected when the liquid level of the stored cryogenic liquid has dropped to a certain level, which not only reduces the operating rate but also causes troublesome maintenance. was there.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の大
気解放型のクライオスタットにあっては、大気解放型で
あることが原因して、収容されている極低温液体の蒸発
量がまだ多く、適用機器によっては稼働率を低下させる
ばかりか、保守に多くの時間と労力を必要とする問題が
あった。As described above, in the conventional atmospheric release type cryostat, the amount of evaporation of the cryogenic liquid contained therein is still large due to the atmospheric release type cryostat. Depending on the applied equipment, there is a problem that not only the operating rate is lowered, but also much time and labor are required for maintenance.
【０００６】そこで本発明は、構成の複雑化を招くこと
なく、収容されている極低温液体の蒸発量を充分に小さ
な値に抑えることのできる大気解放型のクライオスタッ
トを提供することを目的としている。Therefore, an object of the present invention is to provide an atmosphere open type cryostat capable of suppressing the evaporation amount of the cryogenic liquid contained therein to a sufficiently small value without complicating the structure. .
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、極低温液体を収容するとともに、上記極
低温液体の収容空間が流路を介して大気に解放されて使
用されるクライオスタットにおいて、前記流路を流れる
ガスの流量変動幅を抑制する流量変動抑制手段を設けた
ことを特徴としている。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention is used for accommodating a cryogenic liquid, and the accommodating space for the cryogenic liquid is opened to the atmosphere through a flow path for use. The cryostat is characterized in that a flow rate fluctuation suppressing means for suppressing a flow rate fluctuation range of the gas flowing through the flow path is provided.
【０００８】なお、流量変動抑制手段としては、次のよ
うな種々の構成を採用できる。たとえば、前記収容空間
の圧力を設置場所の平均大気圧より高い値に保持する手
段で構成することもできる。また、前記流路に設けられ
た絞り機構と、前記流路を流れるガスの流量を検出する
流量検出手段と、この流量検出手段の出力をほぼ一定に
すべく前記絞り機構を制御する制御手段とで構成するこ
ともできる。また、前記流路に直列に接続されたバッフ
ァタンクと、このバッファタンク内の圧力を一定に保持
する手段とで構成することもできる。さらに、前記流路
に介挿されて上流側と下流側との圧力差が一定以上のと
きに流量を一定に保持するノズル板で構成することもで
きる。The following various configurations can be adopted as the flow rate fluctuation suppressing means. For example, it may be configured by means for holding the pressure of the accommodation space at a value higher than the average atmospheric pressure of the installation place. Further, a throttling mechanism provided in the flow path, a flow rate detecting means for detecting a flow rate of the gas flowing through the flow path, and a control means for controlling the throttling mechanism so that the output of the flow rate detecting means is substantially constant. It can also be configured with. Further, it may be composed of a buffer tank connected in series to the flow path and a means for keeping the pressure in the buffer tank constant. Further, it may be constituted by a nozzle plate which is inserted in the flow passage and holds the flow rate constant when the pressure difference between the upstream side and the downstream side is equal to or more than a certain level.
【０００９】[0009]
【作用】先に説明したように、クライオスタットの断熱
層を介して外部から侵入しようとする熱量を充分に小さ
な値に抑えるには、断熱層を多層断熱材と複数の熱シー
ルド板との組合せ等で構成し、各熱シールド板を冷凍機
で極低温に冷却することによって実現できる。As described above, in order to suppress the amount of heat that enters from the outside through the heat insulating layer of the cryostat to a sufficiently small value, the heat insulating layer may be a combination of a multilayer heat insulating material and a plurality of heat shield plates, etc. It can be realized by cooling each heat shield plate to a cryogenic temperature with a refrigerator.
【００１０】しかし、大気解放型のクライオスタットに
あっては、極低温液体の収容空間を大気に解放するため
の流路が存在しているので、この流路を介して熱侵入が
起こる。したがって、収容している極低温液体の蒸発量
を抑えるには、流路を介して侵入する熱量を充分に小さ
な値に抑える必要がある。However, in the atmosphere open type cryostat, since there is a flow path for opening the storage space of the cryogenic liquid to the atmosphere, heat intrusion occurs through this flow path. Therefore, in order to suppress the evaporation amount of the stored cryogenic liquid, it is necessary to suppress the amount of heat entering through the flow path to a sufficiently small value.
【００１１】発明者らの実験研究によると、上記流路を
流れる蒸発ガスの流量が変動すると、流路中のガスの流
れが大きく乱され、これに伴って熱侵入量、つまり蒸発
量が大幅に増加することが判った。According to the experimental research conducted by the inventors, when the flow rate of the evaporative gas flowing through the flow path fluctuates, the flow of the gas in the flow path is greatly disturbed, and the heat intrusion amount, that is, the evaporation amount is significantly increased. It turned out to increase to.
【００１２】さらに詳細に調べたところ、流量変動は大
気圧変動と蒸発量自身の変動とが原因していることが判
った。特に、大気圧が変動すると、大気圧とクライオス
タット内の圧力（内圧）との差にほぼ比例して流量が変
動していることが判った。Further detailed examination revealed that the fluctuation of the flow rate was caused by the fluctuation of the atmospheric pressure and the fluctuation of the evaporation amount itself. In particular, it was found that when the atmospheric pressure fluctuates, the flow rate fluctuates almost in proportion to the difference between the atmospheric pressure and the pressure (internal pressure) inside the cryostat.
【００１３】大気圧の変動に伴う蒸発量の変動は、圧力
変化により極低温液体の温度が変り、この極低温液体の
冷却または昇温に使われる熱による蒸発量が変化して起
こるものと考えられていたが、発明者らの調べによる
と、上記の蒸発量の変動のほかに、内圧と大気圧との差
の変化に伴ってクライオスタット外へ放出されるガス量
が変化し、見掛け上、蒸発量が変化していることが判っ
た。特に、内容積の大きいクライオスタットでは、後者
の原因が主要因であることも判った。従来のクライオス
タットでは内圧と大気圧との差が大気圧変動に比べて小
さいため、大気圧変動の影響を受け易いことが判った。It is considered that the fluctuation of the evaporation amount due to the fluctuation of the atmospheric pressure is caused by the temperature change of the cryogenic liquid due to the pressure change and the evaporation amount due to the heat used for cooling or raising the temperature of the cryogenic liquid. However, according to the investigation by the inventors, in addition to the fluctuation of the evaporation amount described above, the amount of gas released to the outside of the cryostat changes with the change of the difference between the internal pressure and the atmospheric pressure, and apparently, It was found that the evaporation amount was changing. In particular, it was also found that the latter cause is the main factor in cryostats with a large internal volume. In the conventional cryostat, it was found that the difference between the internal pressure and the atmospheric pressure is smaller than the atmospheric pressure fluctuation, so that it is easily affected by the atmospheric pressure fluctuation.
【００１４】しかし、本発明のように、前述した収容空
間を大気に解放するための流路に、この流路を流れるガ
スの流量変動幅を抑制する流量変動抑制手段を設けてい
ると、大気圧変動によって内圧と大気圧との差が変動し
た場合でも、流路を介して放出されるガス流量の変動を
抑制できる。したがって、流量変動によって起こる蒸発
量の増加を抑制できることになる。However, as in the present invention, when the above-mentioned flow path for releasing the accommodation space to the atmosphere is provided with the flow rate fluctuation suppressing means for suppressing the fluctuation range of the flow rate of the gas flowing through the flow path, it becomes large. Even if the difference between the internal pressure and the atmospheric pressure changes due to the change in atmospheric pressure, it is possible to suppress the change in the flow rate of the gas discharged through the flow path. Therefore, it is possible to suppress the increase in the evaporation amount caused by the fluctuation of the flow rate.
【００１５】たとえば、流量変動抑制手段として、収容
空間の圧力を設置場所の平均大気圧より高い値に保持す
る手段で構成した場合を例にとると、内圧と大気圧との
差を大気圧変動幅よりも大きく設定しておくことによっ
て、多少の大気圧変動があっても内圧と大気圧との差の
変化分が差の絶対値に比べて小さくなるので、大気圧変
動の影響を受け難くなり、流量変動幅を小さくでき、蒸
発量の増加を抑制できることになる。For example, when the flow rate fluctuation suppressing means is constituted by means for holding the pressure of the accommodating space at a value higher than the average atmospheric pressure of the installation place, the difference between the internal pressure and the atmospheric pressure is the atmospheric pressure fluctuation. By setting the width larger than the width, the change in the difference between the internal pressure and the atmospheric pressure will be smaller than the absolute value of the difference even if there is some fluctuation in atmospheric pressure, so it is less susceptible to fluctuations in atmospheric pressure. Therefore, the fluctuation range of the flow rate can be reduced, and the increase of the evaporation amount can be suppressed.
【００１６】勿論、流量変動抑制手段を、流路に設けら
れた絞り機構と、流路を流れるガスの流量を検出する流
量検出手段と、この流量検出手段の出力をほぼ一定にす
べく絞り機構を制御する制御手段とで構成した場合や、
流路にバッファタンクを接続し、このバッファタンク内
の圧力を一定に保持する構成を採用した場合や、圧力差
がある一定値以上の領域で流量を一定に保持するノズル
板で構成した場合においても同様の原理で蒸発量の増加
を抑制することが可能となる。Of course, the flow rate fluctuation suppressing means is a throttling mechanism provided in the flow path, a flow rate detecting means for detecting the flow rate of the gas flowing in the flow path, and a throttling mechanism for making the output of this flow rate detecting means substantially constant. When configured with control means for controlling
When a structure is adopted in which a buffer tank is connected to the flow path and the pressure inside the buffer tank is kept constant, or when a nozzle plate that keeps the flow rate constant in a region where the pressure difference is above a certain value is used. With the same principle, it becomes possible to suppress the increase in the evaporation amount.
【００１７】なお、流量変動により蒸発量が増える現象
としては、自励振動による蒸発量の増加が知られてい
る。自励振動はある程度の蒸発ガスの流れがあり、流路
の形状が特定の条件を満たした場合に発生する。この場
合の流量変動の周期は短く、熱侵入は数ワット程度にな
る。この現象も流量制御によって低減することができる
が、流路形状を変更することによって根本的になくすこ
とが可能である。一方、本発明で問題にしている現象
は、数 mW 程度と熱侵入量が非常に少ない領域の現象で
あり、流路の形状などによる改善は難しく、したがって
自励振動現象の場合とは異なるものである。As a phenomenon in which the evaporation amount increases due to fluctuations in the flow rate, it is known that the evaporation amount increases due to self-excited vibration. Self-excited vibration occurs when there is a certain amount of vaporized gas flow and the shape of the flow path satisfies a specific condition. In this case, the flow rate fluctuation cycle is short, and the heat penetration is about several watts. Although this phenomenon can be reduced by controlling the flow rate, it can be basically eliminated by changing the shape of the flow path. On the other hand, the phenomenon at issue in the present invention is a phenomenon in the region of a few mW, where the amount of heat intrusion is extremely small, and it is difficult to improve it by the shape of the flow path, etc. Is.
【００１８】[0018]
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１には本発明の一実施例に係るクライオスタット
を組込んだＭＲＩ用磁界発生装置が示されている。Embodiments will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a magnetic field generator for MRI incorporating a cryostat according to an embodiment of the present invention.
【００１９】このＭＲＩ用磁界発生装置は、大きく別け
て、環状に形成されたクライオスタット１と、このクラ
イオスタット１内に収容された超電導コイル２と、この
超電導コイル２を冷却するためにクライオスタット１内
に収容された液体ヘリウム３とで構成されている。This MRI magnetic field generator is roughly divided into a cryostat 1 formed in an annular shape, a superconducting coil 2 housed in the cryostat 1, and a cryostat 1 for cooling the superconducting coil 2. It is composed of liquid helium 3 housed therein.
【００２０】クライオスタット１は、内部に環状の空間
が存在するように形成された真空容器４と、この真空容
器４内に同心的に収容された液体ヘリウム容器５と、こ
の液体ヘリウム容器５と真空容器４との間に二重構造に
配置された熱シールド板６および７と、熱シールド板６
と真空容器４との間および熱シールド板６，７間にそれ
ぞれ配置された多層断熱材８，９とを備えている。そし
て、液体ヘリウム容器５内に前述した超電導コイル２と
液体ヘリウム３とが収容されている。The cryostat 1 has a vacuum container 4 formed so that an annular space exists therein, a liquid helium container 5 concentrically housed in the vacuum container 4, a liquid helium container 5 and a vacuum. The heat shield plates 6 and 7 arranged in a double structure between the container 4 and the heat shield plate 6;
And the heat shield plates 6 and 7 between the vacuum container 4 and the vacuum container 4, respectively. The superconducting coil 2 and the liquid helium 3 described above are accommodated in the liquid helium container 5.
【００２１】熱シールド板６は冷凍機１０の第１冷却ス
テージ１１に熱的に接続されており、熱シールド板７は
冷凍機１０の第２冷却ステージ１２に熱的に接続されて
いる。The heat shield plate 6 is thermally connected to the first cooling stage 11 of the refrigerator 10, and the heat shield plate 7 is thermally connected to the second cooling stage 12 of the refrigerator 10.
【００２２】冷凍機１０は、蓄冷材を用いた２段構成の
ギフォード・マクマホン冷凍機で構成されている。すな
わち、冷凍機１０は、レシプロ式で１段蓄冷器と２段蓄
冷器との間に１段膨張室を備え、２段蓄冷器の先端部に
２段膨張室を備えている。そして、１段膨張室の壁に第
１冷却ステージ１１が熱的に接続され、２段膨張室の壁
に第２冷却ステージ１２が熱的に接続されている。The refrigerator 10 is a two-stage Gifford McMahon refrigerator using a cold storage material. That is, the refrigerator 10 is a reciprocating type, and has a first-stage expansion chamber between a first-stage regenerator and a second-stage regenerator, and a second-stage expansion chamber at the tip of the second-stage regenerator. The first cooling stage 11 is thermally connected to the wall of the first expansion chamber, and the second cooling stage 12 is thermally connected to the wall of the second expansion chamber.
【００２３】１段蓄冷器の蓄冷材としては銅メッシュな
どが用いられている。２段蓄冷器の蓄冷材としては、10
K 以下の温度領域において鉛（Ｐｂ）などに比べては
るかに大きい比熱特性を示すＥｒ3 Ｎｉが用いられてい
る。Copper mesh or the like is used as the regenerator material of the one-stage regenerator. As a regenerator material for a two-stage regenerator, 10
Er 3 Ni is used, which has a much larger specific heat characteristic than lead (Pb) in the temperature range below K.
【００２４】冷凍機１０の２段蓄冷器の蓄冷材としてＥ
ｒ3 Ｎｉを用いると、第２冷却ステージ１２の冷凍能力
が鉛を蓄冷材として用いたものに比べてはるかに大きく
なる。図３にはＥｒ3 Ｎｉ蓄冷材を用いた場合と鉛蓄冷
材を用いた場合との冷凍機１０における第２冷却ステー
ジ１２の冷凍能力が示されている。As the regenerator material of the two-stage regenerator of the refrigerator 10, E
When r 3 Ni is used, the refrigerating capacity of the second cooling stage 12 is much larger than that when lead is used as the regenerator material. FIG. 3 shows the refrigerating capacity of the second cooling stage 12 in the refrigerator 10 when the Er 3 Ni regenerator material is used and when the lead regenerator material is used.
【００２５】この例の場合、熱シールド板７への熱侵入
量は0.5 W 程度であり、２段蓄冷器の蓄冷材としてＥｒ
3 Ｎｉを用いた場合には、従来は10K 程度であった第２
冷却ステージ１２の温度が5 K 以下に保持される。ま
た、この例の場合、第２冷却ステージ１２と熱シールド
板７との間の伝熱特性の改善により、従来は15K 程度で
あった熱シールド板７が6 K 程度に冷却されるようにな
っている。In the case of this example, the amount of heat entering the heat shield plate 7 is about 0.5 W, and Er is used as the regenerator material of the two-stage regenerator.
When 3 Ni was used, it was about 10K in the past.
The temperature of the cooling stage 12 is kept below 5 K. In the case of this example, the heat transfer plate 7 is cooled to about 6 K, which was conventionally about 15 K, by improving the heat transfer characteristics between the second cooling stage 12 and the heat shield plate 7. ing.
【００２６】このように熱シールド板の温度を下げるこ
とにより、液体ヘリウム容器５への熱侵入量も低減され
る。図４には熱シールド板７の温度と液体ヘリウム容器
５への熱侵入量との関係が、熱シールド板温度15K の場
合を100 % として示されている。なお、熱シールド板温
度15K としたのは、従来の装置（蓄冷材として鉛使用）
での熱シールド板７の温度が15K であったことによる。
また、ここでの計算では輻射伝熱と支持材および配線か
らの伝導伝熱とが足されている。By lowering the temperature of the heat shield plate in this way, the amount of heat entering the liquid helium container 5 is also reduced. FIG. 4 shows the relationship between the temperature of the heat shield plate 7 and the amount of heat entering the liquid helium container 5, with the heat shield plate temperature of 15K being 100%. The heat shield plate temperature of 15K was used for the conventional equipment (using lead as the regenerator material).
It is because the temperature of the heat shield plate 7 at 15K was 15K.
Further, in the calculation here, the radiative heat transfer and the conductive heat transfer from the support material and the wiring are added.
【００２７】図４から判るように、２段蓄冷器の蓄冷材
としてＥｒ3 Ｎｉを用い、熱シールド板７の温度を6 K
に設定することによって、蓄冷材として鉛を用いた場合
に比べて液体へリム容器５に侵入する熱量を１０分の１
程度に減らすことができる。しかし、実際には次に述べ
るガス案内管１７内のガス対流による熱侵入がこれに加
えられる。As can be seen from FIG. 4, Er 3 Ni was used as the regenerator material of the two-stage regenerator, and the temperature of the heat shield plate 7 was set to 6 K.
By setting to 1, the amount of heat that penetrates into the rim container 5 into the liquid is reduced to 1/10 of that in the case where lead is used as the cold storage material.
It can be reduced to a certain degree. However, in reality, heat intrusion due to gas convection in the gas guide pipe 17 described below is added to this.
【００２８】真空容器４の外周壁から液体ヘリウム容器
５内の超電導コイル２に至る経路には、電圧測定用リー
ドなどのリード線１３が配置されている。リード線１３
は、常温部から真空用端子１４を介して真空容器４内に
入り、各熱シールド板６，７に接触して冷却された後に
真空用端子１５を介して液体ヘリウム容器５内に入って
超電導コイル２に接続されている。A lead wire 13 such as a voltage measuring lead is arranged in a path from the outer peripheral wall of the vacuum container 4 to the superconducting coil 2 in the liquid helium container 5. Lead wire 13
Enters the vacuum container 4 from the room temperature part through the vacuum terminal 14, contacts the heat shield plates 6 and 7 and is cooled, and then enters the liquid helium container 5 through the vacuum terminal 15 and becomes superconducting. It is connected to the coil 2.
【００２９】一方、液体ヘリウム容器５の外側壁上端部
にはガス放出口１６が形成されている。このガス放出口
１６にはガス案内管１７の一端側が接続されており、こ
のガス案内管１７の他端側は熱シールド板７，６を貫通
し、さらに真空容器４の外側壁上端部を気密に貫通して
外部に導かれている。On the other hand, a gas discharge port 16 is formed at the upper end of the outer wall of the liquid helium container 5. One end of a gas guide pipe 17 is connected to the gas discharge port 16. The other end of the gas guide pipe 17 penetrates the heat shield plates 7 and 6, and the upper end of the outer wall of the vacuum container 4 is hermetically sealed. Is penetrated to the outside and is guided to the outside.
【００３０】ガス案内管１７内には、図２に示すよう
に、複数のバッフル板１８が支持ロッド１９に支持され
た状態で挿設されている。バッフル板１８はステンレス
鋼製でガス案内管１７の内径より所定だけ小さい円板状
に形成されており、繊維強化プラスチック製の支持ロッ
ド１９の外周にたとえば等間隔に固定されている。そし
て、支持ロッド１９の上端はガス案内管１７の上端開口
に挿着された蓋体２０に固定されている。これらのバッ
フル板１８は、ガス案内管１７内でのガスの対流を抑制
する役目を果たす。As shown in FIG. 2, a plurality of baffle plates 18 are inserted in the gas guide tube 17 in a state of being supported by support rods 19. The baffle plate 18 is made of stainless steel and is formed in a disk shape having a size smaller than the inner diameter of the gas guide pipe 17 by a predetermined amount, and is fixed to the outer periphery of a support rod 19 made of fiber reinforced plastic at equal intervals. The upper end of the support rod 19 is fixed to the lid body 20 inserted into the upper end opening of the gas guide tube 17. These baffle plates 18 serve to suppress gas convection in the gas guide pipe 17.
【００３１】ガス案内管１７の外部に突出している部分
の周壁には分岐管２１，２２がガス案内管１７内に通じ
る関係に接続されている。そして、分岐管２１はモータ
駆動式のバルブ２３および流量計２４を介して大気に通
じている。流量計２４の出力は制御器２５に与えられ、
この制御器２５は流量計２４の出力が常に予め設定され
た値となるようにバルブ２３の絞り度を制御する。すな
わち、この例では、バルブ２３と流量計２４と制御器２
５とで分岐管２１を通して流れるガスの流量変動を抑制
する流量変動抑制機構２６を構成している。Branch pipes 21 and 22 are connected to the peripheral wall of the portion of the gas guide pipe 17 projecting outside so as to communicate with the inside of the gas guide pipe 17. The branch pipe 21 communicates with the atmosphere via a motor-driven valve 23 and a flow meter 24. The output of the flow meter 24 is given to the controller 25,
The controller 25 controls the degree of throttling of the valve 23 so that the output of the flow meter 24 always becomes a preset value. That is, in this example, the valve 23, the flow meter 24, and the controller 2
5 and 5 constitute a flow rate fluctuation suppressing mechanism 26 which suppresses fluctuations in the flow rate of the gas flowing through the branch pipe 21.
【００３２】一方、分岐管２２内にはガス案内管１７内
の圧力が一定のレベルを越えたときに自動的に開く安全
弁２７が装着されている。なお、図１中、２８は炭素繊
維入りプラスチック製の支持材を示している。On the other hand, a safety valve 27 that automatically opens when the pressure in the gas guide pipe 17 exceeds a certain level is installed in the branch pipe 22. In FIG. 1, 28 indicates a plastic support material containing carbon fibers.
【００３３】このように、本実施例では、ガス案内管１
７の出口である分岐管２１に、バルブ２３と流量計２４
と制御器２５とで構成された流量変動抑制機構２６を設
け、分岐管２１を通して大気に流れるヘリウムガスの流
量をほぼ一定値に抑えるようにしている。As described above, in this embodiment, the gas guide tube 1
In the branch pipe 21 which is the outlet of 7, the valve 23 and the flow meter 24
A flow rate fluctuation suppressing mechanism 26 composed of a controller 25 and a controller 25 is provided to suppress the flow rate of the helium gas flowing into the atmosphere through the branch pipe 21 to a substantially constant value.
【００３４】したがって、大気圧変動によって液体ヘリ
ウム容器５内の圧力と大気圧との差が変動した場合で
も、分岐管２１を介して放出されるヘリウムガスの流量
変動を防止でき、流量変動によって起こる液体ヘリウム
の蒸発量増加を抑制できることになる。Therefore, even if the difference between the pressure in the liquid helium container 5 and the atmospheric pressure fluctuates due to the atmospheric pressure fluctuation, the fluctuation of the flow rate of the helium gas released through the branch pipe 21 can be prevented, and the fluctuation occurs. It is possible to suppress an increase in the evaporation amount of liquid helium.
【００３５】図５には本実施例によって観測された液体
ヘリウム容器５内の圧力（内圧）と、大気圧と、蒸発量
との関係が示されている。この図から判るように、内圧
と大気圧との差が変動した場合であっても、流量変動抑
制機構２６の動作によって大気中に放出されるヘリウム
ガスの流量を一定に保つことができるので、蒸発量も極
めて小さい一定値（3.2cc/h)に抑えることができる。こ
の蒸発量を侵入熱量に換算すると、2.3 mWとなる。FIG. 5 shows the relationship between the pressure (internal pressure) in the liquid helium container 5, the atmospheric pressure, and the amount of evaporation observed in this embodiment. As can be seen from this figure, even if the difference between the internal pressure and the atmospheric pressure fluctuates, the flow rate of the helium gas released into the atmosphere can be kept constant by the operation of the flow rate fluctuation suppressing mechanism 26. The amount of evaporation can also be suppressed to a very small constant value (3.2cc / h). Converting this amount of evaporation into the amount of heat that enters, it becomes 2.3 mW.
【００３６】これに対して、流量変動抑制機構を設けな
い場合には、図７に示すように、大気圧の変動に伴って
流量が変動し、これが原因して蒸発量も平均で7.5cc/h
と多くなっている。この蒸発量を侵入熱量に換算する
と、5.4 mWとなる。したがって、流量変動抑制機構２６
を設けることが有効であることが判る。On the other hand, in the case where the flow rate fluctuation suppressing mechanism is not provided, as shown in FIG. 7, the flow rate fluctuates with the fluctuation of the atmospheric pressure, and as a result, the evaporation amount is 7.5 cc / average on average. h
Is increasing. Converting this amount of evaporation into the amount of heat that enters, it is 5.4 mW. Therefore, the flow rate fluctuation suppressing mechanism 26
It turns out that it is effective to provide.
【００３７】なお、上述した実施例では、バルブ２３と
流量計２４と制御器２５とで構成された流量変動抑制機
構２６を設けているが、液体ヘリウム容器５内の圧力を
設置場所の平均大気圧より40（ｈＰａ）以上高い値に保
持する絞り機構（たとえばオリフィス）を分岐管２１に
設け、この絞り機構を流量変動抑制機構としてもよい。
このような絞り機構で流量変動抑制機構を構成した場
合、大気圧が多少変動しても液体ヘリウム容器５内の圧
力と大気圧との差圧の絶対値に対する差圧の変動割合を
少なくできるので、これによって大気に放出されるヘリ
ウムガスの流量変動を抑制でき、図６に示すように、液
体ヘリウム３の平均蒸発量を3.5cc/h 程度に抑制するこ
とができる。この蒸発量を侵入熱量に換算すると、2.52
mW となる。なお、液体ヘリウム容器５内の圧力を設置
場所の平均大気圧より40（ｈＰａ）以上高い値に保持す
る理由は、大気圧の変動幅が通常20（ｈＰａ）程度であ
り、この２倍以上の圧力差を設ければ、十分にカバーで
きることによる。In the above-described embodiment, the flow rate fluctuation suppressing mechanism 26 including the valve 23, the flow meter 24, and the controller 25 is provided, but the pressure in the liquid helium container 5 is set to the average value at the installation site. A restriction mechanism (for example, an orifice) that maintains a value higher than the atmospheric pressure by 40 (hPa) or more may be provided in the branch pipe 21, and the restriction mechanism may be a flow rate fluctuation suppressing mechanism.
When the flow rate fluctuation suppressing mechanism is configured with such a throttle mechanism, the fluctuation ratio of the differential pressure to the absolute value of the differential pressure between the pressure in the liquid helium container 5 and the atmospheric pressure can be reduced even if the atmospheric pressure fluctuates to some extent. As a result, fluctuations in the flow rate of helium gas released into the atmosphere can be suppressed, and as shown in FIG. 6, the average evaporation amount of liquid helium 3 can be suppressed to about 3.5 cc / h. Converting this amount of evaporation into the amount of heat that entered, 2.52
It becomes mW. The reason why the pressure in the liquid helium container 5 is kept at a value higher than the average atmospheric pressure of the installation place by 40 (hPa) or more is that the fluctuation range of the atmospheric pressure is usually about 20 (hPa), which is more than twice this. This is because if a pressure difference is provided, it can be sufficiently covered.
【００３８】また、図８に示すように、ガス案内管１７
を通ったヘリウムガスを流路抵抗の大きい細い配管３１
を介してバッファタンク３２内に導いた後に、バッファ
タンク３２内の圧力を一定値に保持する背圧弁３３を介
して大気に放出するようにした流量変動抑制機構３４を
設けてもよい。Further, as shown in FIG. 8, the gas guide pipe 17
The helium gas that has passed through the thin pipe 31 with a large flow resistance
A flow rate fluctuation suppressing mechanism 34 may be provided so that the pressure in the buffer tank 32 is released to the atmosphere via a back pressure valve 33 that holds the pressure in the buffer tank 32 at a constant value after being introduced into the buffer tank 32 via the.
【００３９】この場合、バッファタンク３２から大気に
放出されるヘリウムガスの流量は変動するが、バッファ
タンク３２内の圧力がほぼ一定に保持されているので、
液体ヘリウム容器５内の圧力とバッファタンク３２内の
圧力との差がほとんど変化せず、液体ヘリウム容器５か
らバッファタンク３２へ流れるヘリウムガスの流量をほ
ぼ一定に保つことができる。したがって、図１に示す実
施例と同様の効果を発揮させることができる。In this case, the flow rate of the helium gas released from the buffer tank 32 to the atmosphere fluctuates, but since the pressure in the buffer tank 32 is kept substantially constant,
The difference between the pressure in the liquid helium container 5 and the pressure in the buffer tank 32 hardly changes, and the flow rate of the helium gas flowing from the liquid helium container 5 to the buffer tank 32 can be kept substantially constant. Therefore, the same effect as the embodiment shown in FIG. 1 can be exhibited.
【００４０】また、図９に示すように、分岐管２１に流
路がホーン状に延びるノズル板３５を設け、このノズル
板３５を流量変動抑制機構３６としてもよい。先端開口
の狭いノズル板の場合、圧力差ΔＰと流量との間に図１
０に示す関係が得られる。すなわち、ノズル板３５から
噴射される流体の速度が音速を越えると、圧力差ΔＰに
は無関係に流量が一定となる。したがって、この特性を
用いて分岐管２１から大気に放出されるヘリウムガスの
流量を一定に保つことができ、その結果として液体ヘリ
ウム３の蒸発量を小さな値に抑制することができる。As shown in FIG. 9, a branch plate 21 may be provided with a nozzle plate 35 having a channel extending in a horn shape, and the nozzle plate 35 may be used as a flow rate fluctuation suppressing mechanism 36. In the case of a nozzle plate with a narrow tip opening, the difference between the pressure difference ΔP and the flow rate is shown in FIG.
The relationship shown in 0 is obtained. That is, when the velocity of the fluid ejected from the nozzle plate 35 exceeds the sonic velocity, the flow rate becomes constant regardless of the pressure difference ΔP. Therefore, by using this characteristic, the flow rate of the helium gas released from the branch pipe 21 to the atmosphere can be kept constant, and as a result, the evaporation amount of the liquid helium 3 can be suppressed to a small value.
【００４１】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。すなわち、本発明は、ＭＲＩ用に限ら
ず、単に液体ヘリウム，液体窒素，液体酸素等の極低温
液体を貯蔵するだけの目的のクライオスタットにも適用
できる。The present invention is not limited to the above embodiment. That is, the present invention can be applied not only to MRI but also to a cryostat for the purpose of simply storing a cryogenic liquid such as liquid helium, liquid nitrogen, and liquid oxygen.
【００４２】[0042]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大気解放型であるが故に起こる極低温液体の蒸発量増加
を抑制することができる。As described above, according to the present invention,
It is possible to suppress the increase in the evaporation amount of the cryogenic liquid that occurs because it is of the atmosphere open type.
【図１】本発明の一実施例に係るクライオスタットを組
込んだＭＲＩ用磁界発生装置の断面図FIG. 1 is a sectional view of a magnetic field generator for MRI incorporating a cryostat according to an embodiment of the present invention.
【図２】同装置の一部を拡大して示す図FIG. 2 is an enlarged view showing a part of the apparatus.
【図３】同装置に組込まれた冷凍機における第２冷却ス
テージの冷凍能力を説明するための図FIG. 3 is a diagram for explaining a refrigerating capacity of a second cooling stage in a refrigerator incorporated in the same device.
【図４】同装置の液体ヘリウム容器に侵入する熱量と熱
シールド板の温度との関係を示す図FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the amount of heat entering the liquid helium container of the same apparatus and the temperature of the heat shield plate.
【図５】同装置における内圧，大気圧，液体ヘリウム蒸
発量の関係を調べた実験データを示す図FIG. 5 is a diagram showing experimental data for examining the relationship among internal pressure, atmospheric pressure, and liquid helium evaporation amount in the same apparatus.
【図６】本発明の別の実施例に係るクライオスタットに
おける内圧，大気圧，液体ヘリウム蒸発量の関係を調べ
た実験データを示す図FIG. 6 is a diagram showing experimental data for examining the relationship among internal pressure, atmospheric pressure, and liquid helium evaporation amount in a cryostat according to another embodiment of the present invention.
【図７】従来のクライオスタットにおける内圧，大気
圧，液体ヘリウム蒸発量の関係を調べた実験データを示
す図FIG. 7 is a diagram showing experimental data for examining the relationship among internal pressure, atmospheric pressure, and liquid helium evaporation amount in a conventional cryostat.
【図８】流量変動抑制機構の変形例を説明するための図FIG. 8 is a diagram for explaining a modified example of the flow rate fluctuation suppressing mechanism.
【図９】流量変動抑制機構の別の変形例を説明するため
の図FIG. 9 is a view for explaining another modification of the flow rate fluctuation suppressing mechanism.
【図１０】同流量変動抑制機構における圧力差と流量と
の関係を示す図FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a pressure difference and a flow rate in the flow rate fluctuation suppressing mechanism.
１…クライオスタット ２…超電導コイル ３…液体ヘリウム ４…真空容器 ５…液体ヘリウム容器 ６，７…熱シール
ド板 ８，９…多層断熱材 １０…冷凍機 １１…第１段冷却ステージ １２…第２段冷却
ステージ １３…リード線 １６…ガス放出口 １７…ガス案内管 １８…バッフル板 １９…支持ロッド ２１，２２…分岐
管 ２３…バルブ ２４…流量計 ２５…制御器 ２６，３４，３６
…流量変動抑制機構 ３１…細い配管 ３２…バッファタ
ンク ３３…背圧弁 ３５…ノズル板DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cryostat 2 ... Superconducting coil 3 ... Liquid helium 4 ... Vacuum container 5 ... Liquid helium container 6,7 ... Heat shield plate 8, 9 ... Multilayer heat insulating material 10 ... Refrigerator 11 ... 1st stage Cooling stage 12 ... 2nd stage Cooling stage 13 ... Lead wire 16 ... Gas discharge port 17 ... Gas guide pipe 18 ... Baffle plate 19 ... Support rod 21, 22 ... Branch pipe 23 ... Valve 24 ... Flowmeter 25 ... Controller 26, 34, 36
... Flow rate fluctuation suppressing mechanism 31 ... Thin pipe 32 ... Buffer tank 33 ... Back pressure valve 35 ... Nozzle plate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中込 秀樹 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Hideki Nakagome Hideki Nakagome 1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Corporation R & D Center
Claims (5)
温液体の収容空間が流路を介して大気に解放されて使用
されるクライオスタットにおいて、前記流路を流れるガ
スの流量変動幅を抑制する流量変動抑制手段を具備して
なることを特徴とするクライオスタット。1. A cryostat that stores a cryogenic liquid and is used by opening the storage space of the cryogenic liquid to the atmosphere through a flow passage and suppressing the fluctuation range of the flow rate of the gas flowing through the flow passage. A cryostat comprising a flow rate fluctuation suppressing means.
圧力を設置場所の平均大気圧より高い値に保持する手段
で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のク
ライオスタット。2. The cryostat according to claim 1, wherein the flow rate fluctuation suppressing means is constituted by means for holding the pressure in the accommodating space at a value higher than the average atmospheric pressure at the installation location.
られた絞り機構と、前記流路を流れるガスの流量を検出
する流量検出手段と、この流量検出手段の出力をほぼ一
定にすべく前記絞り機構を制御する制御手段とで構成さ
れていることを特徴とする請求項１に記載のクライオス
タット。3. The flow rate fluctuation suppressing means, a throttle mechanism provided in the flow path, a flow rate detecting means for detecting a flow rate of gas flowing through the flow path, and an output of the flow rate detecting means being substantially constant. The cryostat according to claim 1, further comprising a control means for controlling the diaphragm mechanism.
に接続されたバッファタンクと、このバッファタンク内
の圧力を一定に保持する手段とで構成されていることを
特徴とする請求項１に記載のクライオスタット。4. The flow rate fluctuation suppressing means comprises a buffer tank connected in series to the flow path, and means for holding the pressure in the buffer tank constant. The cryostat described in 1.
されて上流側と下流側との圧力差が一定以上のときに流
量を一定に保持するノズル板で構成されていることを特
徴とする請求項１に記載のクライオスタット。5. The flow rate fluctuation suppressing means is composed of a nozzle plate which is inserted in the flow path and holds the flow rate constant when the pressure difference between the upstream side and the downstream side is more than a certain level. The cryostat according to claim 1, which is characterized in that
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6324273A JPH08181359A (en) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | Cryostat |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6324273A JPH08181359A (en) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | Cryostat |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08181359A true JPH08181359A (en) | 1996-07-12 |
Family
ID=18163973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6324273A Pending JPH08181359A (en) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | Cryostat |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08181359A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107564657A (en) * | 2016-06-30 | 2018-01-09 | 费斯托股份有限两合公司 | Cryogenic thermostat device assembly and system |
| CN108534820A (en) * | 2018-03-27 | 2018-09-14 | 大连理工大学 | A kind of cryogenic liquid tank container dynamic evaporation rate measurement method |
| WO2021005732A1 (en) * | 2019-07-10 | 2021-01-14 | 三菱電機株式会社 | Superconducting electromagnet |
-
1994
- 1994-12-27 JP JP6324273A patent/JPH08181359A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN108534820B (en) * | 2018-03-27 | 2020-04-07 | 大连理工大学 | Method for measuring dynamic evaporation rate of cryogenic liquid tank container |
| WO2021005732A1 (en) * | 2019-07-10 | 2021-01-14 | 三菱電機株式会社 | Superconducting electromagnet |
| JPWO2021005732A1 (en) * | 2019-07-10 | 2021-01-14 |
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