特開 2024-134862 ガス圧縮装置およびガス回収システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024134862

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】ガス圧縮装置およびガス回収システム

(51)【国際特許分類】

   F04B 27/02 20060101AFI20240927BHJP

   F25B 9/00 20060101ALI20240927BHJP

   G01R 33/035 20060101ALI20240927BHJP

   A61B 5/245 20210101ALN20240927BHJP

【ＦＩ】

F04B27/02 A

F25B9/00 A

F25B9/00 311

G01R33/035

A61B5/245

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023045283

(22)【出願日】2023-03-22

(71)【出願人】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(71)【出願人】

【識別番号】320011650

【氏名又は名称】大陽日酸株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松本 俊一

(72)【発明者】

【氏名】近藤 潤

(72)【発明者】

【氏名】久保田 寛

(72)【発明者】

【氏名】小林 英樹

(72)【発明者】

【氏名】山中 良浩

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 洋一郎

【テーマコード（参考）】

2G017

3H076

4C127

【Ｆターム（参考）】

2G017AA02

2G017AB03

2G017AC01

2G017AD32

3H076AA03

3H076BB04

3H076BB28

3H076BB50

3H076CC02

3H076CC31

4C127AA03

4C127AA10

(57)【要約】

【課題】生体磁気計測システム等に対してノイズの影響を低減することができるガス圧縮装置およびガス回収システムを提供する。
【解決手段】ヘリウムガスを圧縮する複数の圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４を含む圧縮機１４Ａｃ（ガス圧縮装置）であって、複数の圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４は、少なくともヘリウムガスを圧縮するためのピストン３４－１～ピストン３４－４の運動方向が反平行となる圧縮機の組を含むことを特徴とする。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスを圧縮する複数の圧縮機を含むガス圧縮装置であって、
前記複数の圧縮機は、少なくともガスを圧縮するための可動部の運動方向が反平行となる圧縮機の組を含むガス圧縮装置。

【請求項2】

前記組に対応する圧縮機は、交流電源から供給される入力電圧の極性が一致し、かつ物理的に互いに点対称の配置とした請求項１に記載のガス圧縮装置。

【請求項3】

前記複数の圧縮機は、それぞれ
前記可動部としてのピストンと、
前記入力電圧によって磁界を形成することにより前記ピストンに力を及ぼすコイルと、
前記ピストンの軸方向の一端に接続された弾性体と、
前記入力電圧に対して半波整流を行う整流素子と、
を備え、
前記ピストンは、前記磁界から受ける力と、前記弾性体から受ける応力とによって往復運動を行う請求項２に記載のガス圧縮装置。

【請求項4】

前記複数の圧縮機は、直列に接続された請求項１～３のいずれか一項に記載のガス圧縮装置。

【請求項5】

前記複数の圧縮機は、レシプロ式の圧縮機である請求項１～３のいずれか一項に記載のガス圧縮装置。

【請求項6】

前記複数の圧縮機は、磁気シールドで囲まれた請求項１～３のいずれか一項に記載のガス圧縮装置。

【請求項7】

前記ガスは、ヘリウムガスである請求項１～３のいずれか一項に記載のガス圧縮装置。

【請求項8】

請求項１～３のいずれか一項に記載のガス圧縮装置と、
前記ガス圧縮装置により圧縮された前記ガスを回収して保管するガス回収部と、
を有するガス回収システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガス圧縮装置およびガス回収システムに関する。

【背景技術】

【0002】

脳磁（ＭＥＧ：Ｍａｇｎｅｔｏ－ｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｐｈｙ）データ、および脳波（ＥＥＧ：Ｅｌｅｃｔｒｏ－ｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｐｈｙ）データ等の生体信号を測定および解析する生体磁気計測システムで用いられる超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ
：Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ）は、超電導状態を保つために冷媒として液体ヘリウムが使われる。このような液体ヘリウムは使用中に一部蒸発してしまうため、当該蒸発したヘリウム（以下、ヘリウムガスと称する場合がある）を再凝縮することによって高価なヘリウムを液体状態に戻して再利用するヘリウム再凝縮システムが必要となる。

【0003】

一般に、ヘリウム再凝縮システムでは、脳磁データ等の計測（以下、単に脳磁計測と称する）時の冷凍機のノイズの影響をなくすために、脳磁データ等の計測時には冷凍機をオフにし、その間の蒸発したヘリウムは、気体のままストレージタンクへコンプレッサ（圧縮機）により圧縮して蓄える。そして、脳磁計測を行わない時間帯に冷凍機をオンにし、ストレージタンクに蓄えたヘリウムガスを再凝縮する方式としている。一般に、冷凍機による再凝縮を効率的に行うために、ヘリウムガスには高い純度が求められる。これは、不純物が混入した純度の落ちたヘリウムガスは、冷凍機の再凝縮効率を下げるためである。そこで、ヘリウムガスをハンドリング（循環および昇圧等の処理）するコンプレッサ（圧縮機）には、構造が単純で堅牢なオイルフリーの電磁ピストン方式のリニアコンプレッサが良く使われてきた。生体磁気計測システムのデュワ等から蒸発したヘリウムガスをストレージタンクへ蓄える回収系についても、不純物の混入を可能な限り抑えることが望まれる。

【0004】

このような、ヘリウム再凝縮システムに使用されるリニアコンプレッサとして、コアレスコイルの駆動電流の流れる方向に略直交する方向に磁場を形成するマグネットおよびヨークを備え、コアレスコイルは、互いに同軸的にかつコイル軸方向に離間して配置された、一対のコイルからなり、それぞれ逆位相の駆動電流を供給することにより、磁束を互いに打ち消し合い、ヨーク内部で発生する鉄損を大幅に軽減して効率を上げるものが開示されている（例えば特許文献１）。また、ヘリウム再凝縮システムに使用されるに使用される圧縮機として、蒸発により発生したヘリウムガスを回収するための回収ラインに、直列に接続された複数の圧縮機を設けることにより、ヘリウムガスを効率よく回収するものが開示されている（例えば特許文献２）。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の蒸発したヘリウムガスを回収する装置では、生体磁気計測システムでの計測に対して圧縮機の駆動による磁場ノイズの影響が考慮されていないという問題がある。そのため、ヘリウムガスを回収する装置が発生する磁場ノイズが、脳磁計等の生体磁気計測システムに対して計測へノイズとして混入してしまう問題があった。また、このようなヘリウムガスを回収する装置による磁場ノイズの影響を低減するために、当該装置を含むヘリウム再凝縮システムを、生体磁気計測システムから一定の距離だけ離隔しなければならず、設置の自由度が制限されるという問題もあった。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、生体磁気計測システム等に対してノイズの影響を低減することができるガス圧縮装置およびガス回収システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ガスを圧縮する複数の圧縮機を含むガス圧縮装置であって、前記複数の圧縮機は、少なくともガスを圧縮するための可動部の運動方向が反平行となる圧縮機の組を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、生体磁気計測システム等に対してノイズの影響を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態に係る生体磁気計測システムの全体構成の概略の一例を示す図である。

【図2】図２は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムの全体構成の一例を示す図である。

【図3】図３は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムの多段に構成された圧縮機の概略構成の一例を示す図である。

【図4】図４は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムの圧縮機の内部構成の概略の一例を示す図である。

【図5】図５は、ヘリウム再凝縮システムで用いられる多段の圧縮機の動作によるノイズについて説明する図である。

【図6】図６は、ヘリウム再凝縮システムの複数の圧縮機に磁気シールドを施した構成の一例を示す図である。

【図7】図７は、変形例に係るヘリウム再凝縮システムの複数の圧縮機の配置および電気回路の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、図面を参照しながら、本発明に係るガス圧縮装置およびガス回収システムの実施形態を詳細に説明する。また、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、およびいわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、変更および組み合わせを行うことができる。

【0011】

（生体磁気計測システムの全体構成）
図１は、実施形態に係る生体磁気計測システムの全体構成の概略の一例を示す図である。図１を参照しながら、本実施形態に係る生体磁気計測システム１００の全体構成について説明する。

【0012】

図１に示す生体磁気計測システム１００は、被検者１１０の臓器である脳の脳磁データ、脳波データ等を測定するシステムである。生体磁気計測システム１００は、図１に示すように、脳機能測定装置１０１と、情報処理装置１０２と、を含む。

【0013】

脳機能測定装置１０１は、測定対象である被検者１１０の臓器である脳の脳磁データを測定するための測定装置である。脳機能測定装置１０１は、図１に示すように、被検者１１０の頭部が挿入されるデュワ１と、デュワ１の内部に配置された複数の磁気センサ２と、を備えている。

【0014】

デュワ１は、被検者１１０の頭部のほぼ全域を取り囲むヘルメット型のセンサ収納型デュワである。デュワ１は、液体ヘリウムを用いた極低温環境の真空断熱装置である。デュワ１は、その内部に脳磁測定用の多数の磁気センサ２が配置されている。

【0015】

磁気センサ２は、超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）を用いたセンサである。

【0016】

脳機能測定装置１０１は、磁気センサ２からから生体信号としての脳磁データを収集し、当該生体信号を情報処理装置１０２に出力する。脳磁データは、神経細胞の電気的な活動（シナプス伝達の際にニューロンの樹状突起で起きるイオン電荷の流れ）により生じた微小な磁場変動を表わす。

【0017】

情報処理装置１０２は、脳波計で測定された生体信号としての脳波データ、および複数の磁気センサ２からの生体信号としての脳磁データを解析する装置である。例えば、情報処理装置１０２は、脳波計で測定された脳波データ、および脳機能測定装置１０１から受信した脳磁データの波形を、時間軸上に表示する。

【0018】

図１に示すヘリウム再凝縮システム１０は、デュワ１内の液体ヘリウムから蒸発したヘリウムガスを回収して、生体磁気計測システム１００で再利用できるように再凝縮するためのシステムである。なお、ヘリウム再凝縮システム１０は、本発明の「ガス回収システム」の一例である。

【0019】

（ヘリウム再凝縮システムの全体構成）
図２は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムの全体構成の一例を示す図である。図２を参照しながら、本実施形態に係るヘリウム再凝縮システム１０の全体構成について説明する。

【0020】

ヘリウム再凝縮システム１０は、図２に示すように、冷凍機１１と、ガス回収部１３と、ガス回収管１４と、ガス供給管１５と、循環用配管１６と、制御部１９と、を備える。

【0021】

冷凍機１１は、ガス供給管１５から供給されたヘリウムガスを冷却して再凝縮させ、再凝縮した液体ヘリウムをデュワ１へ戻すパルス管冷凍機である。冷凍機１１は、冷却部２１と、受部２２と、保温部２３と、移送管２４と、駆動系循環部２５と、温度センサ２６と、を有する。

【0022】

冷却部２１は、ガス供給管１５から供給されたヘリウムガスを冷却して再凝縮させる部材である。冷却部２１は、本体部２１Ａと、円筒状の第１シリンダ部２１Ｂと、円筒状の第２シリンダ部２１Ｃと、円板状の第１コールドステージ２１Ｄと、円板状の第２コールドステージ２１Ｅと、を備える。

【0023】

本体部２１Ａは、冷却部２１の最上部に配置された、冷却部２１の基部である。第１シリンダ部２１Ｂは、本体部２１Ａから下方に延びて設けられたシリンダである。第２シリンダ部２１Ｃは、第１シリンダ部２１Ｂよりも下方に延びて設けられたシリンダ。第１コールドステージ２１Ｄは、第１シリンダ部２１Ｂと第２シリンダ部２１Ｃとの間に設けられた、冷熱を発生する円板状の部材である。第２コールドステージ２１Ｅは、第２シリンダ部２１Ｃの下端に設けられた、冷熱を発生する円板状の部材である。

【0024】

受部２２は、上端が開放し、下端に底２２Ａを有する皿状の部材である。受部２２は、冷却部２１の直下に配置され、冷却部２１で再凝縮された液体ヘリウムを受ける。

【0025】

保温部２３は、例えば、ステンレスまたはガラス繊維強化樹脂により筒状に形成され、内部の温度を保つように真空断熱されたクライオスタットである。保温部２３は、上端が開放し、下端に底２３Ａを有する。保温部２３は、内部に冷却部２１および受部２２が収容され、冷却部２１の外周を間隔を空けて囲むように設けられている。保温部２３は、上端が冷却部２１の本体部２１Ａにより密閉される。保温部２３の底２３Ａは、移送管２４の外周を間隔を空けて囲むように移送管２４と共に下方に延びて形成されている。

【0026】

移送管２４は、受部２２で受けた液体ヘリウムを、脳機能測定装置１０１のデュワ１へ移送するための管である。移送管２４の上端２４ａは、受部２２の底２２Ａに接続され、移送管２４と受部２２とが連通している。移送管２４は、受部２２の底２２Ａから下方に延び、保温部２３の内部を通って下端２４ｂが下方に向けて設けられている。移送管２４の下端２４ｂは、脳機能測定装置１０１のデュワ１に接続されている。

【0027】

駆動系循環部２５は、冷却部２１を駆動する部材である。駆動系循環部２５は、圧縮機２５Ａと、バルブモータ２５Ｂとを有する。

【0028】

圧縮機２５Ａは、ヘリウムガス等の圧縮ガスを圧縮し、バルブモータ２５Ｂへ圧縮ガスを供給する圧縮機である。圧縮機２５Ａは、例えば水冷または空冷により排熱する。バルブモータ２５Ｂは、冷却部２１の本体部２１Ａに対し、圧縮ガスを間欠供給するように開閉を切り替えるモータである。

【0029】

駆動系循環部２５は、バルブモータ２５Ｂの切り替えにより圧縮機２５Ａと冷却部２１との間で圧縮ガスを循環させることによって、冷却部２１を起動させ、第１コールドステージ２１Ｄおよび第２コールドステージ２１Ｅで冷熱を発生させる。

【0030】

温度センサ２６は、保温部２３の内部に収容された冷却部２１の温度を計測するセンサである。

【0031】

このように構成された冷凍機１１では、その駆動時に、保温部２３の内部に収容された冷却部２１にヘリウムガスが供給される。冷却部２１に供給されたヘリウムガスは、第１コールドステージ２１Ｄおよび第２コールドステージ２１Ｅで発生する冷熱により冷却されることにより、凝縮して液体ヘリウムとなり、受部２２の底２２Ａに至り滴下して纏められる。受部２２の底２２Ａに纏められた液体ヘリウムは、移送管２４を経由して、脳機能測定装置１０１のデュワ１の内部のヘリウム槽に供給される。これによって、脳機能測定装置１０１のデュワ１の液体ヘリウムが保持される。そして、デュワ１の内部の液体ヘリウムは外部からの熱侵入によって徐々に蒸発してヘリウムガスとなる。

【0032】

ガス回収部１３は、デュワ１で蒸発したヘリウムガスを回収し、蓄えて保管するための圧力容器である。

【0033】

ガス回収管１４は、デュワ１とガス回収部１３との間を接続する配管である。ガス回収管１４は、第１ガス回収管１４Ａと、第２ガス回収管１４Ｂと、を有する。

【0034】

第１ガス回収管１４Ａは、一端１４Ａａがデュワ１に接続され、他端１４Ａｂがガス回収部１３に接続されている。また、第１ガス回収管１４Ａには、デュワ１からガス回収部１３に蒸発ガスを送るために、コンプレッサである圧縮機１４Ａｃが設けられている。また、第１ガス回収管１４Ａには、ヘリウムガスの流通経路を開閉するために、圧縮機１４Ａｃよりも一端１４Ａａ側に、流量調整弁である第１開閉弁１４Ａｄが設けられている。圧縮機１４Ａｃおよび第１開閉弁１４Ａｄは、制御部１９により制御される。

【0035】

第２ガス回収管１４Ｂは、第１ガス回収管１４Ａの途中と、冷却部２１の保温部２３の内部との間を接続する配管である。第２ガス回収管１４Ｂは、一端１４Ｂａが第１ガス回収管１４Ａの一端１４Ａａと第１開閉弁１４Ａｄとの間に接続され、他端１４Ｂｂが保温部２３に接続されている。本実施形態では、第２ガス回収管１４Ｂは、他端１４Ｂｂがガス供給管１５の一部を介して保温部２３に接続されている。第２ガス回収管１４Ｂは、ヘリウムガスの流通経路を開閉するため、流量調整弁である第２開閉弁１４Ｂｃが設けられている。第２開閉弁１４Ｂｃは、制御部１９により制御される。また、第２ガス回収管１４Ｂは、第２開閉弁１４Ｂｃよりも他端１４Ｂｂ側に排気弁１４Ｂｄが設けられている。排気弁１４Ｂｄは、制御部１９により制御される。排気弁１４Ｂｄは、第２ガス回収管１４Ｂおよびガス供給管１５の一部を介して、保温部２３に接続されている。

【0036】

ガス供給管１５は、ガス回収部１３と、冷却部２１の保温部２３の内部との間を接続する配管である。ガス供給管１５は、一端１５ａがガス回収部１３に接続され、他端１５ｂが冷凍機１１の保温部２３に接続されている。ガス供給管１５には、ガス回収部１３から冷却部２１にガス回収部１３で保管されたヘリウムガスを送るため、ポンプ１５ｃが設けられている。また、ガス供給管１５には、ポンプ１５ｃよりも他端１５ｂ側に、ヘリウムガスの流通経路を開閉するための流量調整弁である開閉弁１５ｄが設けられている。また、ガス供給管１５には、ポンプ１５ｃよりも一端１５ａ側に、ヘリウムガスの流通経路を開閉するための流量調整弁である開閉弁１５ｅが設けられている。ポンプ１５ｃ、開閉弁１５ｄおよび開閉弁１５ｅは、制御部１９により制御される。

【0037】

循環用配管１６は、ガス回収管１４の途中と、ガス供給管１５の途中とを接続する配管である。循環用配管１６は、一端１６ａがガス回収管１４の第１開閉弁１４Ａｄと第２開閉弁１４Ｂｃとの間に接続され、他端１６ｂがガス供給管１５の開閉弁１５ｅとポンプ１５ｃとの間に接続されている。循環用配管１６は、デュワ１から冷却部２１に直接ヘリウムガスを送るバイパス経路として機能する。

【0038】

制御部１９は、ヘリウム再凝縮システム１０全体を制御し、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）および記憶装置等を備えた演算装置である。制御部１９は、冷凍機１１の圧縮機２５Ａと、ガス回収管１４の圧縮機１４Ａｃ、第１開閉弁１４Ａｄ、第２開閉弁１４Ｂｃおよび排気弁１４Ｂｄ、ならびに、ガス供給管１５のポンプ１５ｃ、開閉弁１５ｄおよび開閉弁１５ｅの動作を制御する。また、制御部１９は、冷凍機１１の温度センサ２６により計測された温度を取得する。ガス回収管１４の第１開閉弁１４Ａｄおよび第２開閉弁１４Ｂｃは、制御部１９の制御によって開度が調整され、ガス回収管１４におけるヘリウムガスの流量を調整する。

【0039】

以上のようなヘリウム再凝縮システム１０においては、生体磁気計測システム１００で計測を行っていない夜間等においてガス回収部１３で回収されたヘリウムガスをガス供給管１５を経由して冷凍機１１へ送り、冷凍機１１でヘリウムガスを冷却して再凝縮させ、再凝縮した液体ヘリウムをデュワ１へ戻す。また、生体磁気計測システム１００で計測を行っている場合には、冷凍機１１をオフ状態にし、圧縮機１４Ａｃを駆動させることによって、デュワ１で蒸発したヘリウムガスを、ガス回収管１４を介してガス回収部１３に回収し、蓄えて保管する。ここで、圧縮機１４Ａｃの駆動により発生するノイズが与える生体磁気計測システム１００での計測に対する影響が問題となる。以下、本実施形態における圧縮機１４Ａｃの駆動により発生するノイズを低減することができる構成および動作について詳述する。

【0040】

（多段に構成された圧縮機の概略構成）
図３は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムの多段に構成された圧縮機の概略構成の一例を示す図である。図３を参照しながら、本実施形態に係るヘリウム再凝縮システム１０の多段に構成された圧縮機１４Ａｃの概略構成について説明する。

【0041】

圧縮機１４Ａｃは、上述のように、デュワ１からガス回収部１３に蒸発ガスを送るためのコンプレッサであり、電磁的にピストンがシリンダ内を往復するレシプロ式のリニアコンプレッサである。

【0042】

圧縮機１４Ａｃに要求されるヘリウムガスの流量は、デュワ１の蒸発量を賄いきれる以上、すなわちデュワ１の液体ヘリウムの蒸発量と同等以上の流量である。圧縮機１４Ａｃに要求される昇圧可能な圧力を、ガスバックと比較したときの優位性等の点から、例えば常圧の１０倍の約１［ＭＰａ］とすれば、ガス回収部１３の体積はガスバックと比較して１／１０で済むことになる。上述の流量および吐出圧力を備える圧縮機を簡便に得る方法として、図３のように、圧縮機１４Ａｃを複数の圧縮機で構成する方法がある。すなわち、圧縮機１４Ａｃは、例えば、直列に接続された圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４を有する。上述の流量の要求を満たす４つの圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４を直列に接続することにより圧縮機１４Ａｃを構成することにより、その段数により昇圧可能な圧力を設計することができ、大規模な圧縮機を用意することなく、簡便で効率的な圧縮機を構成することができる。なお、圧縮機１４Ａｃは、本発明の「ガス圧縮装置」の一例である。

【0043】

なお、流量の要求を満たす圧縮機ではなく、吐出圧力の要件を満たす圧縮機を複数個並列に接続することにより、圧縮機１４Ａｃを構成するものとしてもよい。また、圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４は、必ずしも同一型式の圧縮機である必要はないが、制御性およびメンテナンス性を考慮すると、同一型式の圧縮機であることが望ましい。

【0044】

また、圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４は、故障時またはメンテナンス時に備えて、それぞれを個別にバイパスできるようなバイパスライン１４Ａｆ１～１４Ａｆ４が備えられているものとしてもよい。この場合、バイパスライン１４Ａｆ１～１４Ａｆ４には、ヘリウムガスの流通を開閉するための流量調整弁１４Ａｅ１～１４Ａｅ４がそれぞれ設けられている。

【0045】

なお、図３に示す圧縮機１４Ａｃの例では、圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４の４つの圧縮機で構成されているが、他の台数の圧縮機で構成されていてもよい。また、圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４の全体を示して「圧縮機１４Ａｃ」と称する場合もあり、圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４のうち任意の圧縮機を示す場合も「圧縮機１４Ａｃ」と称する場合があるものとする。

【0046】

（圧縮機の内部構成の概略）
図４は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムの圧縮機の内部構成の概略の一例を示す図である。図４を参照しながら、本実施形態に係るヘリウム再凝縮システム１０の圧縮機１４Ａｃを構成する圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４の内部構成の概略について説明する。なお、図４では圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４の任意の圧縮機を「圧縮機１４Ａｃ」と称して説明する。

【0047】

圧縮機１４Ａｃは、交流電源である商用電源５０から電源の供給を受け、ヘリウムガスの圧縮動作を行う。ガス回収部１３に蓄えられたヘリウムガスは、生体磁気計測システム１００で計測を行わない時間帯（例えば１７時から翌日の９時までの間等）に冷却部２１へ送られ、再凝縮してデュワ１へと戻される。この時間帯に、計測時にガス回収部１３に蓄えられたヘリウムガスをすべて液体ヘリウムへと再凝縮するために必要な冷却能力を冷却部２１は有している。しかし、ヘリウムガスの循環経路内にヘリウムガス以外の空気または水分等の不純物が存在する場合、それらは冷却部２１に付着して、冷却部２１の熱交換効率を悪化させ、冷却能力を低下させるため、極力不純物の混入を低減させる必要がある。そこで、ヘリウム再凝縮システム１０においてヘリウムガスを昇圧させるための圧縮機１４Ａｃとしては、例えばオイルフリーのコンプレッサを用いる。オイルフリーのコンプレッサは、潤滑剤がないため、その堅牢性および気密性を保つために潤滑性のあるテフロン（登録商標）等をピストンに使った単純な構造を有する。以下、圧縮機１４Ａｃの内部構成の概略を説明する。

【0048】

圧縮機１４Ａｃは、図４に示すように、ダイオード３１と、コイル３２と、ばね３３と、ピストン３４と、を備えている。電気的な構成としては、商用電源５０、ダイオード３１、コイル３２、そして商用電源５０の順で、電気的に接続されている。

【0049】

ダイオード３１は、商用電源５０から供給される交流電流のうち、正・負どちらかの方向にのみ流れるように整流することによって、半波整流回路を構成する整流素子である。

【0050】

コイル３２は、ダイオード３１により半波整流され、ダイオード３１に電流が流れるときに電流が流れ、巻き数に応じた内部を貫く磁束を発生させる電気部品である。コイル３２により発生した磁束により磁界が生じ、当該磁界によって磁性体を含むピストン３４が引き寄せられる。

【0051】

ばね３３は、一端が圧縮機１４Ａｃのシリンダ内に固定され、他端がピストン３４の一端に接続され、コイル３２に発生した磁界によりばね３３側に引き寄せられたピストン３４を、コイル３２に磁界が発生していないときに応力によって押し戻す弾性体である。

【0052】

ピストン３４は、一端がばね３３に接続され、コイル３２に発生した磁界によりばね３３側に引き寄せられる力（磁界によりピストン３４に及ぼす力）と、収縮したばね３３により発生する応力とによって、コイル３２の軸に沿って往復運動を行う、磁性体を含む可動部である。具体的には、コイル３２に電流が流れた場合（コイル３２が励磁している場合）には、ピストン３４はコイル３２により発生した磁界によってばね３３側に引き寄せられ、コイル３２に電流が流れていない場合（コイル３２が励磁していない場合）には、ピストン３４は収縮したばね３３により発生する応力によってばね３３側とは反対方向に押し戻されることを繰り返すことにより、コイル３２の軸に沿って往復運動を行う。この場合、ばね３３の応力により押し戻されることにより、ピストン３４のばね３３が接続された側とは反対側の面でヘリウムガスを圧縮し、圧縮したヘリウムガスを外部へ吐出することができる。

【0053】

（本実施形態に係るヘリウム再凝縮システムの圧縮機の配置構成および効果）
図５は、ヘリウム再凝縮システムで用いられる多段の圧縮機の動作によるノイズについて説明する図である。図５を参照しながら、本実施形態に係るヘリウム再凝縮システム１０の圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４の配置および効果について説明する。

【0054】

図４で上述した圧縮機１４Ａｃのダイオード３１、コイル３２、ばね３３およびピストン３４は、図５に示すように、圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４におけるそれぞれダイオード３１－１～３１－４、コイル３２－１～３２－４、ばね３３－１～３３－４およびピストン３４－１～３４－４に対応する。したがって、ダイオード３１－１～３１－４、コイル３２－１～３２－４、ばね３３－１～３３－４およびピストン３４－１～３４－４について、任意のものを示す場合、または総称する場合、それぞれ単に「ダイオード３１」、「コイル３２」、「ばね３３」および「ピストン３４」と称するものとする。図５に示すように、本実施形態において、圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４のうち、圧縮機１４Ａｃ１および圧縮機１４Ａｃ２は、商用電源５０から入力される交流電圧の極性が一致している状態で、物理的に向きを反転して（点対称にして）ピストン３４－１およびピストン３４－２の運動方向が反平行となるように配置されている。また、圧縮機１４Ａｃ３および圧縮機１４Ａｃ４も、商用電源５０から入力される交流電圧の極性が一致している状態で、物理的に向きを反転して（点対称にして）ピストン３４－３およびピストン３４－４の運動方向が反平行となるように配置されている。ここで、物理的に向きを反転するとは、各圧縮機１４Ａｃを構成する各部品の配置関係が点対称の関係となるように配置することを示す。

【0055】

これによって、圧縮機１４Ａｃ１および圧縮機１４Ａｃ２の組、および圧縮機１４Ａｃ３および圧縮機１４Ａｃ４の組それぞれの全体として、ピストン３４の運動方向については反平行となるため、ピストン３４の往復運動の振動が抑制され、かつ、ピストン３４の往復運動による変動磁場が抑制される。また、商用電源５０から入力される交流電圧の極性が一致し、かつ物理的に向きが反転した（点対称とした）圧縮機１４Ａｃの組の各コイル３２が発生させる磁場の変動が同位相で、かつ磁場の方向も反平行となるため、双極子のように生体磁気計測システム１００からの距離に応じて磁場ノイズが急峻に減衰する。なお、これらは半波整流を利用する圧縮機でも、半波整流を利用しない圧縮機でも成り立つ。

【0056】

なお、図５に示す例では、ヘリウム再凝縮システム１０が圧縮機１４Ａｃを４つ（圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４）備え、すべての圧縮機１４Ａｃそれぞれに対して、物理的に向きを反転して（点対称にして）ピストン３４の運動方向が反平行となるように配置される圧縮機１４Ａｃが存在する構成を示したが、これに限定されない。すなわち、複数の圧縮機１４Ａｃのうち、商用電源５０から入力される交流電圧の極性が一致している状態で、物理的に向きを反転して（点対称にして）ピストン３４の運動方向が反平行となるように配置された組が少なくとも１組以上あるものとしてもよい。これよって、上述のピストン３４の運動方向については反平行となるため、ピストン３４の往復運動の振動が抑制され、かつ、ピストン３４の往復運動による変動磁場が抑制されるという効果を奏する。

【0057】

以上のように、本実施形態に係るヘリウム再凝縮システム１０の圧縮機１４Ａｃでは、ガスを圧縮する複数の圧縮機（例えば圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４）を含み、複数の圧縮機は、少なくともガスを圧縮するためのピストン３４の運動方向が反平行となる圧縮機の組を含むものとしている。具体的には、当該組に対応する圧縮機は、商用電源５０から供給される入力電圧の極性が一致し、かつ物理的に互いに点対称の配置としている。これによって、ピストン３４の運動方向については反平行となるため、ピストン３４の往復運動の振動が抑制され、かつ、ピストン３４の往復運動による変動磁場が抑制されため、生体磁気計測システム１００等に対してノイズの影響を低減することができる。例えば、病院内等の配置の制限がある環境であっても、生体磁気計測システム１００に対するノイズの影響を低減したヘリウム再凝縮システム１０を実現できるため、当該環境でも対応することができる。

【0058】

なお、図６に示すように、圧縮機１４Ａｃ１および１４Ａｃ２に対して、それぞれを囲う磁気シールド１４Ａｇ１および１４Ａｇ２を施してもよい。これによって、より効果的に磁場ノイズを抑制することができる。また、これにより、生体磁気計測システム１００に対するヘリウム再凝縮システム１０の設置の制限をなくし、ヘリウム再凝縮システム１０を導入することができる。また、圧縮機１４Ａｃ３および１４Ａｃ４に対しても、それぞれを囲う磁気シールドを施してもよいのは言うまでもない。また、圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４それぞれ別個に磁気シールドを施すことに限定されるものではなく、例えば、圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４で構成される多段の圧縮機１４Ａｃ全体に対して磁気シールドを施すものとしてもよい。

【0059】

（変形例）
変形例に係るヘリウム再凝縮システム１０について、上述の実施形態に係るヘリウム再凝縮システム１０と相違する点を中心に説明する。なお、本変形例に係る生体磁気計測システム１００およびヘリウム再凝縮システム１０の構成は、上述の実施形態で説明した構成と同様である。

【0060】

図７は、変形例に係るヘリウム再凝縮システムの複数の圧縮機の配置および電気回路の一例を示す図である。図７を参照しながら、本変形例に係るヘリウム再凝縮システム１０についてノイズを低減することができることについて説明する。

【0061】

図７に示すように、本変形例において、圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４のうち、圧縮機１４Ａｃ１および圧縮機１４Ａｃ２は、商用電源５０から入力される交流電圧の極性が一致している状態で、物理的に向きを反転して（点対称にして）ピストン３４－１およびピストン３４－２の運動方向が反平行となるように配置されている。また、圧縮機１４Ａｃ３および圧縮機１４Ａｃ４も、商用電源５０から入力される交流電圧の極性が一致している状態で、物理的に向きを反転して（点対称にして）ピストン３４－３およびピストン３４－４の運動方向が反平行となるように配置されている。さらに、圧縮機１４Ａｃ１および圧縮機１４Ａｃ２それぞれのピストン３４－１およびピストン３４－２の運動方向と、圧縮機１４Ａｃ３および圧縮機１４Ａｃ４それぞれのピストン３４－３およびピストン３４－４の運動方向とが、互いに直交するように配置されている。

【0062】

これによって、特に回転を伴うロータリーポンプまたはスクロールポンプ等の圧縮機について配置の方向を図７に示すように多軸化することが振動の抑制に有効であるほか、コイル３２－１～３２－４から生じる磁場についても双極子から四重極子のような高次にすることにより、より急峻に磁場を減衰させることができる。

【0063】

なお、図７に示す圧縮機１４Ａｃ１～１４Ａｃ４に対して、上述の図６に示したような磁気シールドを施してもよい。これによって、より効果的に磁場ノイズを抑制することができる。

【0064】

本発明の態様は、以下の通りである。
＜１＞ガスを圧縮する複数の圧縮機を含むガス圧縮装置であって、
前記複数の圧縮機は、少なくともガスを圧縮するための可動部の運動方向が反平行となる圧縮機の組を含むガス圧縮装置である。
＜２＞前記組に対応する圧縮機は、交流電源から供給される入力電圧の極性が一致し、かつ物理的に互いに点対称の配置とした前記＜１＞に記載のガス圧縮装置である。
＜３＞前記複数の圧縮機は、それぞれ
前記可動部としてのピストンと、
前記入力電圧によって磁界を形成することにより前記ピストンに力を及ぼすコイルと、
前記ピストンの軸方向の一端に接続された弾性体と、
前記入力電圧に対して半波整流を行う整流素子と、
を備え、
前記ピストンは、前記磁界から受ける力と、前記弾性体から受ける応力とによって往復運動を行う前記＜２＞に記載のガス圧縮装置である。
＜４＞前記複数の圧縮機は、直列に接続された前記＜１＞～＜３＞のいずれか一項に記載のガス圧縮装置である。
＜５＞前記複数の圧縮機は、レシプロ式の圧縮機である前記＜１＞～＜４＞のいずれか一項に記載のガス圧縮装置である。
＜６＞前記複数の圧縮機は、磁気シールドで囲まれた前記＜１＞～＜５＞のいずれか一項に記載のガス圧縮装置である。
＜７＞前記ガスは、ヘリウムガスである前記＜１＞～＜６＞のいずれか一項に記載のガス圧縮装置である。
＜８＞前記＜１＞～＜７＞のいずれか一項に記載のガス圧縮装置と、
前記ガス圧縮装置により圧縮された前記ガスを回収して保管するガス回収部と、
を有するガス回収システムである。

【符号の説明】

【0065】

１ デュワ
２ 磁気センサ
１０ ヘリウム再凝縮システム
１１ 冷凍機
１３ ガス回収部
１４ ガス回収管
１４Ａ 第１ガス回収管
１４Ａａ 一端
１４Ａｂ 他端
１４Ａｃ 圧縮機
１４Ａｃ１～１４Ａｃ４ 圧縮機
１４Ａｄ 第１開閉弁
１４Ａｅ１～１４Ａｅ４ 流量調整弁
１４Ａｆ１～１４Ａｆ４ バイパスライン
１４Ａｇ１、１４Ａｇ２ 磁気シールド
１４Ｂ 第２ガス回収管
１４Ｂａ 一端
１４Ｂｂ 他端
１４Ｂｃ 第２開閉弁
１４Ｂｄ 排気弁
１５ ガス供給管
１５ａ 一端
１５ｂ 他端
１５ｃ ポンプ
１５ｄ 開閉弁
１５ｅ 開閉弁
１６ 循環用配管
１６ａ 一端
１６ｂ 他端
１９ 制御部
２１ 冷却部
２１Ａ 本体部
２１Ｂ 第１シリンダ部
２１Ｃ 第２シリンダ部
２１Ｄ 第１コールドステージ
２１Ｅ 第２コールドステージ
２２ 受部
２２Ａ 底
２３ 保温部
２３Ａ 底
２４ 移送管
２４ａ 上端
２４ｂ 下端
２５ 駆動系循環部
２５Ａ 圧縮機
２５Ｂ バルブモータ
２６ 温度センサ
３１、３１－１～３１－４ ダイオード
３２、３２－１～３２－４ コイル
３３、３３－１～３３－４ ばね
３４、３４－１～３４－４ ピストン
５０ 商用電源
１００ 生体磁気計測システム
１０１ 脳機能測定装置
１０２ 情報処理装置
１１０ 被検者

【先行技術文献】

【特許文献】

【0066】

【特許文献1】特開２００２－３３９８６３号公報

【特許文献2】特開２０２１－０８０９６６号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】