JPH11182960A - 極低温冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズの発生を低減した高性能な極低温冷凍
装置を提供する。 【解決手段】 圧縮機ユニット１５にインバータ１７を
設ける。インバータ１７は、周波数変調した電圧を膨張
式冷凍機１０のバルブモータにノイズフィルタ１８を介
して供給し、冷凍機１０の冷凍能力を無段階制御する。
ノイズフィルタ１８は、インバータ１７からの電圧に重
畳された高周波ノイズをカットする。こうして、低ノイ
ズの周波数変調電圧で冷凍機１０の冷凍能力を無段階制
御できる高性能で高信頼性の極低温冷凍装置を提供す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超伝導マグネッ
ト冷却装置等に使用される極低温冷凍装置の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲＩ(磁気共鳴画像診断装置)等に用い
られる超伝導マグネットは、超伝導状態を維持するため
に１０Ｋ以下の極低温に冷却しておく必要がある。とこ
ろで、近年、冷凍機の進歩は著しく、その冷凍能力を精
度よく細かに制御可能になって来ている。特に、２段ギ
フォードマクマホン冷凍機のような膨張式冷凍機におい
ては、第２シリンダ先端に設けられた膨張室を、圧縮機
からの高圧ガスが供給される高圧室と圧縮機へ戻される
低圧ガスが供給される低圧室とに切り換え接続するシリ
ンダバルブの切り換え周期を制御することによって、冷
凍能力を無段階制御更可能になっている。

【０００３】上記シリンダバルブの切り換え周期の制御
は、変調した電力をバルブ駆動モータに供給して回転周
波数を制御することによって行われる。具体的には、上
記バルブ駆動モータとして交流モータを用い、供給電圧
の周波数をインバータで制御する。あるいは、上記バル
ブ駆動モータとしてステッピングモータを用い、このス
テッピングモータのオン/オフの切り換え周期をパルス
周波数発生装置で制御する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記ＭＲＩにおいて
は、患者の磁場変化を計測するために電気的なノイスを
非常に嫌い、ＭＲＩが設置される部屋をシールドして、
ＭＲＩへの様々なノイズの侵入を防止するようにしてい
る。

【０００５】しかしながら、このような環境の下で、上
記従来の超伝導マグネット冷却装置において上記超伝導
マグネットを冷却する膨張式冷凍機の冷凍能力をインバ
ータやパルスモータを使用して無段階制御しようとする
と、以下のような問題が生ずる。すなわち、上記インバ
ータやパルス周波数発生装置はそれ自体が高周波ノイズ
の発生源であるために、上記シールの外に設けられた機
械室に設置された圧縮機ユニット内に上記インバータや
パルス周波数発生装置を収納しても、インバータやパル
ス周波数発生装置から冷凍機への電気配線を介して高周
波ノイズがシールド内に侵入してしまうのである。

【０００６】そこで、この発明の目的は、ノイズの発生
を低減した高性能な極低温冷凍装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、冷媒ガスの膨張室を圧縮機
の高圧側と低圧側とにバルブで切り換え接続する冷凍機
を有する極低温冷凍装置において、上記バルブを駆動す
るバルブモータと、上記バルブモータに変調した電力を
供給する電力源と、上記電力源とバルブモータとの間に
介設されたノイズフィルタを備えたことを特徴としてい
る。

【０００８】上記構成によれば、変調した電力を冷凍機
のバルブモータに供給する電力源から発生する高周波ノ
イズが、ノイズフィルタによってカットされて上記冷凍
機側に侵入することが防止される。

【０００９】また、請求項２に係る発明は、冷媒ガスの
膨張室を圧縮機の高圧側と低圧側とにバルブで切り換え
接続する極低温冷凍装置において、上記バルブを駆動す
るバルブモータと、上記バルブモータに変調した電力を
供給する電力源と、上記電力源とバルブモータとの間に
介設された簡易ノイズフィルタおよび絶縁トランスを備
えたことを特徴としている。

【００１０】上記構成によれば、変調した電力を冷凍機
のバルブモータに供給する電力源で発生する高周波ノイ
ズが、簡易ノイズフィルタによってカットされる。さら
に、突発的なノイズのような上記簡易フィルタでカット
されないノイズが絶縁トランスでカットされて上記冷凍
機側に侵入することが防止される。また、アースを経由
して上記冷凍機側から戻ってくる伝達ノイズもカットさ
れる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。図１は、第１実施の形態の極
低温冷凍装置を用いた超伝導マグネット冷却装置の構成
図である。この超伝導マグネット冷却装置は冷媒方式の
冷却装置であり、超伝導マグネットを液体ヘリウム等の
冷媒中に浸漬して上記冷媒を冷凍機で極低温に冷却する
ものである。

【００１２】図１において、１は容器であり、中央に円
柱状の空間２を有する断面が環状の筒体に形成されてい
る。容器１内にはこの容器１と相似形を成す第１シール
ド３が封入されており、この第１シールド３内には第１
シールド３と相似形を成す第２シールド４が封入されて
いる。さらに、第２シールド４内には、第２シールド４
と相似形を成すと共に、給排口６を有する液体ヘリウム
容器５が封入されている。そして、液体ヘリウム容器５
内には、円筒状の超伝導マグネット(以下、単にマグネ
ットと言う)７が封入されている。液体ヘリウム容器５
の上記給排口６には、第２シールド４,第１シールド３
および容器１を貫通して外部に突出した給排管８の一端
が取り付けられている。一方、給排管８の他端にはバル
ブ９が取り付けられている。こうして、マグネット７
は、バルブ９および給排管８を介して液体ヘリウム容器
５内に導入された液体ヘリウム中に浸漬されている。
尚、液体ヘリウムが蒸発して成るヘリウムガスは、給排
管８およびバルブ９を介して外部に排出される。

【００１３】上記容器１の外周壁には、極低温冷凍機
(以下、単に冷凍機と言う)１０が第１ヒートステーショ
ン１１および第２ヒートステーション１２を容器１内に
突出させて取り付けられている。そして、第１ヒートス
テーション１１には第１シールド３の外周壁が取り付け
られ、第２ヒートステーション１２には第２シールド４
の外周壁が取り付けられている。ここで、容器１は、外
部からのノイズをシールドするシールド１３内に設置さ
れている。

【００１４】一方、機械室１４には圧縮機ユニット１５
が設置されており、圧縮機１６で圧縮された高圧冷媒ガ
スを冷凍機１０に供給する一方、冷凍機１０から排出さ
れた低圧冷媒ガスを圧縮機１６に回収する。圧縮機ユニ
ット１５内に設けられたインバータ１７は、冷凍機１０
のシリンダバルブを駆動するバルブモータ(図示せず)に
供給する交流電圧を周波数変調してノイズフィルタ１８
を介して電力ライン１９によって供給し、冷凍機１０の
冷凍能力を無段階制御する。尚、ノイズフィルタ１８
は、シールド１３の境界壁に設置されて、インバータ１
７から上記バルブモータへの電圧に重畳された高周波ノ
イズをカットする。

【００１５】上述のように、本実施の形態においては、
冷凍機１０の圧縮機ユニット１５内にインバータ１７を
設ける。そして、インバータ１７からの周波数変調され
た電圧をノイズフィルタ１８を介して、シールド１３内
のマグネット７冷却用の冷凍機１０のバルブモータに供
給するようにしている。したがって、インバータ１７か
らの電圧に重畳された高周波ノイズをノイズフィルタ１
８で除去することができる。したがって、本実施の形態
によれば、低ノイズの周波数変調電圧で冷凍機１０の上
記バルブモータの回転周波数を無段階制御でき、冷凍機
１０の冷凍能力を高精度に無段階制御できる高信頼性の
極低温冷凍装置を提供できる。

【００１６】ところで、上述したように、上記インバー
タは高周波ノイズの発生源であるために、上記ノイズフ
ィルタ１８単独で高周波ノイズをカットしようとする場
合には、大型のノイズフィルタが必要となり、コストも
掛かる。また、アース(ＧＮＤ)を経由してシールド１３
側からバックしてくる伝達ノイズに対しては何も対策が
なされていない。そこで、以下の第２実施の形態におい
ては、大型のノイズフィルタを必要としない安価な極低
温冷凍装置について述べる。

【００１７】図２は、第２実施の形態の極低温冷凍装置
を用いた超伝導マグネット冷却装置の構成図である。こ
の超伝導マグネット冷却装置は直冷方式であり、超伝導
マグネットを冷凍機で直接極低温に冷却するものであ
る。

【００１８】図２において、３１は容器であり、中央に
円柱状の空間３２を有する断面が環状の筒体に形成され
ている。上記容器３１内にはこの容器３１と相似形を成
すシールド３３が封入されており、このシールド３３内
には円筒状の超伝導マグネット(以下、単にマグネット
と言う)３４が封入されている。

【００１９】上記容器３１の外周壁には、極低温冷凍機
(以下、単に冷凍機と言う)３５が第１ヒートステーショ
ン３６および第２ヒートステーション３７を容器３１内
に突出させて取り付けられている。そして、第１ヒート
ステーション３６にはシールド３３の外周壁が取り付け
られ、第２ヒートステーション３７にはマグネット３４
の外周面が取り付けられている。ここで、容器３１は、
外部からのノイズをシールドするシールド３８内に設置
されている。

【００２０】一方、機械室３９には圧縮機ユニット４０
が設置されており、圧縮機４１で圧縮された高圧冷媒ガ
スを冷凍機３５に供給する一方、冷凍機３５から排出さ
れた低圧冷媒ガスを圧縮機４１に回収する。圧縮機ユニ
ット４０内に設けられたインバータ４２は、冷凍機３５
のバルブモータ(図示せず)に供給する交流電圧を周波数
変調してノイズフィルタ４３を介して電力ライン４４に
よって供給し、冷凍機３５の冷凍能力を無段階制御す
る。

【００２１】ここで、本実施の形態におけるノイズフィ
ルタ４３は、簡易フィルタ４５および絶縁トランス４６
で構成されており、上記シールド３８の境界壁に設置さ
れている。そして、インバータ４２から上記バルブモー
タへの電圧に重畳された高周波ノイズの大半を、簡易フ
ィルタ４５でカットする。そして、簡易フィルタ４５で
カットしきれない突発的なノイズ等を、絶縁トランス４
６で遮断する。また、絶縁トランス４６を使用すること
によって、一般に対策が難しいと言われるアース(ＧＮ
Ｄ)を経由してシールド３８側からバックしてくる伝達
ノイズも併せてカットできるのである。

【００２２】上述のように、本実施の形態においては、
ノイズフィルタ４３の構成要素に絶縁トランス４６を加
えている。したがって、簡易フィルタ４５の使用を可能
にして、低コストでの高周波ノイズのカットを実現でき
る。また、絶縁トランス４６の使用によって、アース
(ＧＮＤ)を経由したシールド３８側からの伝達ノイズも
カットできる。

【００２３】尚、上記各実施の形態においてはこの発明
を超伝導マグネット冷却装置に適用した場合を例に説明
しているが、これに限定されるものではない。例えば３
０Ｋ以下の極低温に物を冷却する装置の総てに適用可能
である。また、上記各実施の形態においては、上記変調
した電力を供給する電力源としてインバータ１７,４２
を用いた場合を例に説明しているが、冷凍機のバルブモ
ータがステッピングモータである場合のパルス周波数発
生装置であっても同様の効果を得ることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１に係
る発明の極低温冷凍装置は、変調した電力を膨張式冷凍
機のバルブモータに供給する電力源と上記バルブモータ
との間に、ノイズフィルタを介設したので、上記電力源
による高周波ノイズの上記冷凍機側への侵入を上記ノイ
ズフィルタによってカットできる。したがって、ノイズ
を低減した電力で上記冷凍機の冷凍能力を無段階制御す
ることができ、低ノイズで高性能な極低温冷凍装置を提
供できる。

【００２５】また、請求項２に係る発明の極低温冷凍装
置は、変調した電力を膨張式冷凍機のバルブモータに供
給する電力源と上記バルブモータとの間に、簡易ノイズ
フィルタおよび絶縁トランスを介設したので、上記電力
源による高周波ノイズの上記冷凍機側への侵入を安価な
簡易ノイズフィルタによってカットし、突発的なノイズ
のような上記簡易フィルタでカットされないノイズを絶
縁トランスでカットできる。さらに、アースを経由して
上記冷凍機側から戻ってくる伝達ノイズを上記絶縁トラ
ンスでカットできる。したがって、更にノイズを低減し
た電力で上記冷凍機の冷凍能力を無段階制御することが
でき、低ノイズで高性能な極低温冷凍装置を安価に提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の極低温冷凍装置の構成図である。

【図２】図１とは異なる極低温冷凍装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１０,３５…冷凍機、 １３,３８…シー
ルド、１５,４０…圧縮機ユニット、 １６,４１
…圧縮機、１７,４２…インバータ、 １８,
４３…ノイズフィルタ、４５…簡易フィルタ、
４６…絶縁トランス。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒ガスの膨張室を圧縮機(１６)の高圧
   側と低圧側とにバルブで切り換え接続する冷凍機(１０)
   を有する極低温冷凍装置において、 上記バルブを駆動するバルブモータと、 上記バルブモータに変調した電力を供給する電力源(１
   ７)と、 上記電力源(１７)とバルブモータとの間に介設されたノ
   イズフィルタ(１８)を備えたことを特徴とする極低温冷
   凍装置。
2. 【請求項２】 冷媒ガスの膨張室を圧縮機(４１)の高圧
   側と低圧側とにバルブで切り換え接続する冷凍機(３５)
   を有する極低温冷凍装置において、 上記バルブを駆動するバルブモータと、 上記バルブモータに変調した電力を供給する電力源(４
   ２)と、 上記電力源(４２)とバルブモータとの間に介設された簡
   易ノイズフィルタ(４５)および絶縁トランス(４６)を備
   えたことを特徴とする極低温冷凍装置。