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特開2024-135116ヘリウム凝縮システム、不純物除去方法および計測システム
(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】P2024135116
(43)【公開日】2024-10-04
(54)【発明の名称】ヘリウム凝縮システム、不純物除去方法および計測システム
(51)【国際特許分類】
F25J 1/00 20060101AFI20240927BHJP
H10N 60/81 20230101ALI20240927BHJP
A61B 5/245 20210101ALI20240927BHJP
C01B 23/00 20060101ALI20240927BHJP
【ＦＩ】
F25J1/00 C
H10N60/81
A61B5/245
C01B23/00 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023045647
(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
(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】近藤 潤
(72)【発明者】
【氏名】松本 俊一
【テーマコード（参考）】
4C127
4D047
4M114
【Ｆターム（参考）】
4C127AA10
4C127CC01
4C127LL08
4C127LL13
4D047AA03
4D047AB03
4D047BA09
4D047CA15
4D047EA00
4M114AA40
4M114BB03
4M114CC09
4M114CC16
4M114DA33
(57)【要約】
【課題】新たな装置の追加をすることなく、不純物を除去する際にヘリウムガスの損失を低減することができるヘリウム凝縮システム、不純物除去方法および計測システムを提供する。
【解決手段】デュワに保持された液体ヘリウムから蒸発したヘリウムガスを回収するガス回収部と、デュワからガス回収部へヘリウムガスを送るための第１の配管と、ヘリウムガスを冷却して液体ヘリウムに凝縮する冷凍機と、ガス回収部から冷凍機まで前記ヘリウムガスを送るための第２の配管と、ヘリウムガスを外部へ排気するための排気弁と、冷凍機および排気弁の動作を制御する制御部と、を有し、制御部は、冷凍機を稼働させた状態で、デュワから第１の配管を介したガス回収部までのヘリウムガスの回収、および、ガス回収部から第２の配管を介した冷凍機までのヘリウムガスの導入を行い、冷凍機を停止させ、その後、所定時間だけ排気弁を開状状態にする。
【選択図】図５
【解決手段】デュワに保持された液体ヘリウムから蒸発したヘリウムガスを回収するガス回収部と、デュワからガス回収部へヘリウムガスを送るための第１の配管と、ヘリウムガスを冷却して液体ヘリウムに凝縮する冷凍機と、ガス回収部から冷凍機まで前記ヘリウムガスを送るための第２の配管と、ヘリウムガスを外部へ排気するための排気弁と、冷凍機および排気弁の動作を制御する制御部と、を有し、制御部は、冷凍機を稼働させた状態で、デュワから第１の配管を介したガス回収部までのヘリウムガスの回収、および、ガス回収部から第２の配管を介した冷凍機までのヘリウムガスの導入を行い、冷凍機を停止させ、その後、所定時間だけ排気弁を開状状態にする。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
デュワに保持された液体ヘリウムから蒸発したヘリウムガスを回収するガス回収部と、
前記デュワから前記ガス回収部へ前記ヘリウムガスを送るための第１の配管と、
前記ヘリウムガスを冷却して液体ヘリウムに凝縮する冷凍機と、
前記ガス回収部から前記冷凍機まで前記ヘリウムガスを送るための第２の配管と、
前記ヘリウムガスを外部へ排気するための排気弁と、
前記冷凍機および前記排気弁の動作を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記冷凍機を稼働させた状態で、前記デュワから前記第１の配管を介した前記ガス回収部までの前記ヘリウムガスの回収、および、該ガス回収部から前記第２の配管を介した前記冷凍機までの前記ヘリウムガスの導入を行い、
前記冷凍機を停止させ、
その後、所定時間だけ前記排気弁を開状状態にするヘリウム凝縮システム。
前記デュワから前記ガス回収部へ前記ヘリウムガスを送るための第１の配管と、
前記ヘリウムガスを冷却して液体ヘリウムに凝縮する冷凍機と、
前記ガス回収部から前記冷凍機まで前記ヘリウムガスを送るための第２の配管と、
前記ヘリウムガスを外部へ排気するための排気弁と、
前記冷凍機および前記排気弁の動作を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記冷凍機を稼働させた状態で、前記デュワから前記第１の配管を介した前記ガス回収部までの前記ヘリウムガスの回収、および、該ガス回収部から前記第２の配管を介した前記冷凍機までの前記ヘリウムガスの導入を行い、
前記冷凍機を停止させ、
その後、所定時間だけ前記排気弁を開状状態にするヘリウム凝縮システム。
【請求項2】
前記制御部は、前記回収および前記導入を同時に実行する請求項１に記載のヘリウム凝縮システム。
【請求項3】
前記制御部は、前記回収と前記導入とを交互に実行する請求項１に記載のヘリウム凝縮システム。
【請求項4】
前記排気弁は、前記制御部により開度が調整可能である請求項１～３のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システム。
【請求項5】
前記制御部に対して、前記回収を行う前記ヘリウムガスの第１の量、および前記導入を行う前記ヘリウムガスの第２の量を設定可能とする請求項１～３のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システム。
【請求項6】
前記制御部は、前記第１の配管を流通する前記ヘリウムガスの圧力に基づいて、設定された前記第１の量となるように前記回収を行い、前記第２の配管を流通する前記ヘリウムガスの圧力に基づいて、設定された前記第２の量となるように前記導入を行う請求項５に記載のヘリウム凝縮システム。
【請求項7】
前記制御部に対して、前記冷凍機の停止から前記排気弁を開状態にするまでの時間を設定可能とする請求項１～３のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システム。
【請求項8】
前記制御部に対して、前記排気弁が開状態となっている時間を設定可能とする請求項１～３のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システム。
【請求項9】
前記冷凍機の温度を検出する温度センサを、さらに有し、
前記制御部は、前記温度センサにより検出された前記温度に基づいて、前記冷凍機の停止から前記排気弁を開状態にするまでの時間、および、前記排気弁が開状態となっている時間を調整する請求項１～３のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システム。
前記制御部は、前記温度センサにより検出された前記温度に基づいて、前記冷凍機の停止から前記排気弁を開状態にするまでの時間、および、前記排気弁が開状態となっている時間を調整する請求項１～３のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システム。
【請求項10】
前記排気弁から排気されるガスのうち前記ヘリウムガスまたは該ヘリウムガス以外の不純物の純度を測定する測定装置を、さらに有し、
前記制御部は、前記測定装置により測定された前記純度に基づいて、前記排気弁を開状態にしてから閉状態にするまでの時間を調整する請求項１～３のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システム。
前記制御部は、前記測定装置により測定された前記純度に基づいて、前記排気弁を開状態にしてから閉状態にするまでの時間を調整する請求項１～３のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システム。
【請求項11】
前記冷凍機を加熱するヒータを、さらに有し、
前記制御部は、前記回収および前記導入後、前記冷凍機を停止した後に、前記ヒータの駆動により前記冷凍機を昇温させる請求項１～３のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システム。
前記制御部は、前記回収および前記導入後、前記冷凍機を停止した後に、前記ヒータの駆動により前記冷凍機を昇温させる請求項１～３のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システム。
【請求項12】
デュワに保持された液体ヘリウムから蒸発したヘリウムガスを回収するガス回収部と、前記デュワから前記ガス回収部へ前記ヘリウムガスを送るための第１の配管と、前記ヘリウムガスを冷却して液体ヘリウムに凝縮する冷凍機と、前記ガス回収部から前記冷凍機まで前記ヘリウムガスを送るための第２の配管と、前記ヘリウムガスを外部へ排気するための排気弁と、を有するヘリウム凝縮システムの不純物除去方法であって、
前記冷凍機を稼働させた状態で、前記デュワから前記第１の配管を介した前記ガス回収部までの前記ヘリウムガスの回収、および、該ガス回収部から前記第２の配管を介した前記冷凍機までの前記ヘリウムガスの導入を行うステップと、
前記冷凍機を停止させるステップと、
その後、所定時間だけ前記排気弁を開状状態にするステップと、
を有する不純物除去方法。
前記冷凍機を稼働させた状態で、前記デュワから前記第１の配管を介した前記ガス回収部までの前記ヘリウムガスの回収、および、該ガス回収部から前記第２の配管を介した前記冷凍機までの前記ヘリウムガスの導入を行うステップと、
前記冷凍機を停止させるステップと、
その後、所定時間だけ前記排気弁を開状状態にするステップと、
を有する不純物除去方法。
【請求項13】
請求項１１に記載のヘリウム凝縮システムと、
前記ヘリウム凝縮システムで凝縮されたガスを利用して、被検者の脳の生体信号の測定および解析を行う生体磁気計測システムと、
を含む計測システム。
前記ヘリウム凝縮システムで凝縮されたガスを利用して、被検者の脳の生体信号の測定および解析を行う生体磁気計測システムと、
を含む計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ヘリウム凝縮システム、不純物除去方法および計測システムに関する。
【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。
：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。
【0004】
ところで、ヘリウム再凝縮システムの再凝縮能力は冷凍機の冷却能力で決まり、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。この冷却能力を劣化させる要因に、ヘリウムガス以外の窒素、酸素、水分等の不純物の存在がある。これらの不純物は、ヘリウム再凝縮システム内のあらゆる接続箇所から極微量ではあるが、混入する。または、ヘリウム再凝縮システムの循環系内に残留していたもの等がある。これらの不純物は、冷凍機の冷却部に凍り付き、ヘリウムガスとの熱交換率を劣化させてしまう。そのため、一般的にヘリウム再凝縮システムでは、不純物を取り除く機構が必要である。
【0005】
このようなヘリウム再凝縮システムから不純物を取り除くための機構に関する技術として、装置内に配置した精製器に蓄積した汚染物質を気化しながら効率よく取り除くために、液体ヘリウム貯留槽から気化したヘリウムガスを再凝縮ポンプで汲み上げて精製器で精製し、再び液化するものとし、精製器にヒータを取り付け、汚染物質が所定量以上蓄積されると、ヒータによって精製器を加熱し、蓄積された汚染物質を気化し、気化した汚染物質を装置内のポンプを利用して大気に放出する長期間連続運転を可能とする技術が開示されている（例えば特許文献１）。また、寒冷発生部を有する機械式冷凍機と、ヘリウムガスを圧縮する圧縮機、ヘリウムガス中の不純物を除去する精製器、寒冷発生部と熱交換する熱交換器、および低温出力部となる混合室を少なくとも有し、これらがこの順に設けられたヘリウムガスの循環経路と、真空断熱された内側の空間に、寒冷発生部、精製器、熱交換器、および混合室を格納する保冷外槽と、を備えた技術が開示されている（例えば特許文献２）。また、真空排気装置をヘリウム再凝縮システムの配管に接続し、配管内を真空引きした後に、高純度のヘリウムガスで置き換えるパージを繰り返し行う技術も既に知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、不純物を除去するための精製器を設ける技術では、不純物を除去するための新たな装置の追加となるためシステムの大型化、複雑化およびコストの上昇を招くという問題がある。また、真空排気装置によるパージを行う技術では、不純物と共に、ヘリウムガスもシステム外に大量に排出しなければならないという問題がある。この場合、ヘリウム再凝縮システム内に存在することができるヘリウムガスの容積が大きいほど、パージによるヘリウムガスの損失が大きくなる。
【0007】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、新たな装置の追加をすることなく、不純物を除去する際にヘリウムガスの損失を低減することができるヘリウム凝縮システム、不純物除去方法および計測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】
【0008】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、デュワに保持された液体ヘリウムから蒸発したヘリウムガスを回収するガス回収部と、前記デュワから前記ガス回収部へ前記ヘリウムガスを送るための第１の配管と、前記ヘリウムガスを冷却して液体ヘリウムに凝縮する冷凍機と、前記ガス回収部から前記冷凍機まで前記ヘリウムガスを送るための第２の配管と、前記ヘリウムガスを外部へ排気するための排気弁と、前記冷凍機および前記排気弁の動作を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記冷凍機を稼働させた状態で、前記デュワから前記第１の配管を介した前記ガス回収部までの前記ヘリウムガスの回収、および、該ガス回収部から前記第２の配管を介した前記冷凍機までの前記ヘリウムガスの導入を行い、前記冷凍機を停止させ、その後、所定時間だけ前記排気弁を開状状態にすることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、新たな装置の追加をすることなく、不純物を除去する際にヘリウムガスの損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下に、図面を参照しながら、本発明に係るヘリウム凝縮システム、不純物除去方法および計測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。
【0012】
（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。
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
脳機能測定装置１０１は、磁気センサ２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。
【0018】
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。
【0019】
図１に示すヘリウム再凝縮システム１０（本発明の「ヘリウム凝縮システム」に相当）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。
【0020】
（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。
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。
【0021】
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。なお、ガス回収管１４およびガス供給管１５は、それぞれ本発明の「第１の配管」および「第２の配管」に相当する。
【0022】
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。冷凍機１１のオン／オフ制御は、制御部１９により制御される。
【0023】
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、放熱部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。
【0024】
放熱部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、放熱部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。
【0025】
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。
【0026】
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の放熱部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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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の放熱部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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
また、本実施形態では、後述するように、冷凍機１１は、循環するヘリウムガスに含まれる不純物（例えば窒素、酸素、水分等）を凝集するための装置としても機能する。
【0034】
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。
【0035】
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。
有する。
有する。
【0036】
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にヘリウムガスを送るために、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。
【0037】
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。なお、排気弁１４Ｂｄは、後述するように、冷凍機１１の冷却部２１で凝集された不純物を排気させるための弁としても機能する。
【0038】
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。開閉弁１５ｅは、ガス回収部１３に回収されたヘリウムガスを、ヘリウム再凝縮システム１０の循環系内に導入する役割を担う。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。
【0039】
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。
【0040】
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、圧縮機２５Ａ、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。
【0041】
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。また、生体磁気計測システム１００で計測を行っていない期間を利用して、ガス回収部１３への回収およびガス回収部１３からの導入を繰り返して、ヘリウムガスを循環させ、冷凍機１１の冷却部２１でヘリウムガスに含まれる不純物を凝集して、外部へ排気させる動作を行う。以下、本実施形態におけるヘリウム再凝縮システム１０における不純物除去動作について詳細に説明する。
【0042】
（従来のヘリウム再凝縮システムでの不純物の除去動作について）
図３は、従来のヘリウム再凝縮システムで精製器を用いて不純物を除去する動作の一例を説明する図である。図４は、従来のヘリウム再凝縮システムで真空排気装置によるパージにより不純物を除去する動作の一例を説明する図である。図３および図４を参照しながら、従来のヘリウム再凝縮システムにおける不純物の除去動作について説明する。
図３は、従来のヘリウム再凝縮システムで精製器を用いて不純物を除去する動作の一例を説明する図である。図４は、従来のヘリウム再凝縮システムで真空排気装置によるパージにより不純物を除去する動作の一例を説明する図である。図３および図４を参照しながら、従来のヘリウム再凝縮システムにおける不純物の除去動作について説明する。
【0043】
まず、図３を参照しながら、精製器を含むヘリウム再凝縮システム１０ａでのヘリウムガスに含まれる不純物の除去動作について説明する。上述のように、ヘリウム再凝縮システムの再凝縮能力は冷凍機の冷却能力で決まり、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。この冷却能力を劣化させる要因に、ヘリウムガス以外の窒素、酸素、水分等の不純物の存在がある。これらの不純物は、ヘリウム再凝縮システム内のあらゆる接続箇所から極微量ではあるが、混入する。または、ヘリウム再凝縮システムの循環系内に残留していたもの等がある。これらの不純物は、冷凍機１１１の冷却部１２１に凍り付き（凝縮して）、ヘリウムガスとの熱交換率を劣化させてしまう。このような不純物を除去するために、図３に示す従来のヘリウム再凝縮システム１０ａは、不純物を凝集するための精製器１１８を含む。
【0044】
図３に、従来のヘリウム再凝縮システム１０ａの概略構成を示す。ヘリウム再凝縮システム１０ａは、図３に示すように、ガス回収部１１３と、ガス回収管１１４と、ガス供給管１１５と、冷却部１２１を含む冷凍機１１１と、ガス放出口１１７と、精製器１１８と、制御部１１９と、を含む。なお、ガス回収部１１３、ガス回収管１１４、ガス供給管１１５、ガス放出口１１７、冷凍機１１１、冷却部１２１、および制御部１１９は、それぞれ上述の図２に示したガス回収部１３、ガス回収管１４、ガス供給管１５、排気弁１４Ｂｄ、冷凍機１１、冷却部２１、および制御部１９に対応するものである。
【0045】
精製器１１８は、制御部１１９の制御に従って、デュワ１ａ中の蒸発したヘリウムガスをガス回収管１１４を経由して回収したガス回収部１１３から、ガス供給管１１５を流通して導入されるヘリウムガスに含まれる不純物を凝集する機器である。そして、精製器１１８で不純物が凝集された後、当該精製器１１８を加熱等により昇温させ、ガス放出口１１７から外部に排気することにより、ヘリウム再凝縮システム１０ａの循環経路内から不純物を除去することができる。
【0046】
しかしながら、ヘリウム再凝縮システム１０ａでは、ヘリウムガスに含まれる不純物を除去するために精製器１１８という別装置を用意する必要があるため、システムの大型化、複雑化およびコストの上昇を招くという問題がある。また、精製器１１８はヘリウムガスの再凝縮に用いる冷凍機１１１を取り囲むコールドボックス内に設置することも可能ではあるが、いずれにしても、ヘリウムガスの再凝縮に用いる冷凍機１１１とは別の装置としての精製器１１８およびその制御が必要となることから、ヘリウム再凝縮システム１０ａ全体の大型化、複雑化およびコストの上昇を招くことになる。
【0047】
次に、図４を参照しながら、パージによりヘリウム再凝縮システム１０ｂでのヘリウムガスに含まれる不純物の除去動作について説明する。ヘリウム再凝縮システム１０ｂは、図４に示すように、ガス回収部１１３と、ガス回収管１１４と、ガス供給管１１５と、冷却部１２１を含む冷凍機１１１と、ガス放出口１１７と、真空排気装置１１８ａと、ガスボンベ１１８ｂと、制御部１１９と、を含む。なお、ガス回収部１１３、ガス回収管１１４、ガス供給管１１５、ガス放出口１１７、冷凍機１１１、冷却部１２１、および制御部１１９は、それぞれ上述の図２に示したガス回収部１３、ガス回収管１４、ガス供給管１５、排気弁１４Ｂｄ、冷凍機１１、冷却部２１、および制御部１９に対応するものである。
【0048】
図４に示すヘリウム再凝縮システム１０ｂにおいて、まず、冷凍機１１１の冷却部１２１に付着している不純物をすべて気化させるために、冷凍機１１１を停止させ、不純物が蒸発する温度（例えば１００［Ｋ］以上）にまで昇温させた後に、システム系内のすべてのガスを真空排気装置１１８ａを用いてガス放出口１１７から排気（真空排気）する。その後、ガスボンベ１１８ｂからガス放出口１１７を介して高純度のヘリウムガスをシステム系内に導入する。このような真空排気と高純度のヘリウムガスの導入とを所定回数（例えば数回～１０回以下程度）繰り返することによって、システム系内の不純物を除去する。なお、真空排気装置１１８ａがヘリウム再凝縮システム１０ｂに組み込まれている場合もあれば、真空排気の時にのみ真空排気装置１１８ａをガス放出口１１７に接続する場合もある。
【0049】
しかしながら、真空排気装置１１８ａで排気されるガスの量は、パージ対象となるヘリウム再凝縮システム１０ｂのシステム系内の体積で定まり、当該体積が大きいほどヘリウムガスの損失が大きくなる。例えば、ヘリウムガスの循環経路における長い配管、大容量のガス回収部１１３、容積可変のガスバッグ等により、不純物の排出に伴うヘリウムガスの損失が大きくなってしまう。
【0050】
以下、上述の問題を解決するための本実施形態におけるヘリウム再凝縮システム１０における不純物除去動作について詳細に説明する。
【0051】
（ヘリウム再凝縮システムの不純物除去動作）
図５は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムのヘリウムガスの回収および導入の循環動作を説明する図である。図６は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムのヘリウムガスの回収および導入の際に循環ポンプにより循環させる動作を説明する図である。図７は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムにおいてヘリウムガスを圧縮機で回収して開閉弁で導入する動作を説明する図である。図８は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムにおいて冷却部に凝集した不純物を排気させる動作を説明する図である。図９は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムにおいて冷却部に凝集した不純物を排気させる際にヒータを用いる例を説明する図である。図５～図９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の不純物除去動作について説明する。本実施形態に係るヘリウム再凝縮システム１０の不純物除去動作では、冷凍機１１を、ガス中の不純物を凝集させる精製器として利用する制御を実行する。
図５は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムのヘリウムガスの回収および導入の循環動作を説明する図である。図６は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムのヘリウムガスの回収および導入の際に循環ポンプにより循環させる動作を説明する図である。図７は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムにおいてヘリウムガスを圧縮機で回収して開閉弁で導入する動作を説明する図である。図８は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムにおいて冷却部に凝集した不純物を排気させる動作を説明する図である。図９は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムにおいて冷却部に凝集した不純物を排気させる際にヒータを用いる例を説明する図である。図５～図９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の不純物除去動作について説明する。本実施形態に係るヘリウム再凝縮システム１０の不純物除去動作では、冷凍機１１を、ガス中の不純物を凝集させる精製器として利用する制御を実行する。
【0052】
まず、制御部１９は、図５に示すように、冷凍機１１をオン状態にさせる。次に、制御部１９は、デュワ１に蓄積された液体ヘリウムから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に回収させる。そして、制御部１９は、ガス回収部１３に蓄積されたヘリウムガスを、ガス供給管１５を介してシステム系内に導入させ、冷凍機１１へ送る。これによって、冷凍機１１へ送られたヘリウムガスに含まれる不純物は、冷凍機１１の冷却部２１で固化し、凝集される。この場合、冷却部２１の第１コールドステージ２１Ｄの温度を例えば約４０［Ｋ］とし、第２コールドステージ２１Ｅの温度を例えば４．２［Ｋ］程度とする。このとき、冷凍機１１へ送られたヘリウムガスは、高温側の第１コールドステージ２１Ｄから低温側の第２コールドステージ２１Ｅへ向けて、次第に凝縮され冷却部２１に凍り付く。
【0053】
上述のように、デュワ１からのヘリウムガスをシステム系内で循環させるために、図６に示すように、制御部１９は、循環ポンプ１５ｃを駆動させるものとしてもよい。この場合、ヘリウムガスのガス回収部１３への回収、およびガス回収部１３からガス供給管１５への導入が同時に行われる。また、ガス回収部１３に蓄積されたヘリウムガスの圧力が高い場合には、図７に示すように、制御部１９は、圧縮機１４Ａｃの駆動によりヘリウムガスを圧縮した状態でガス回収部１３に回収させ、レギュレータとしての開閉弁１５ｅにより圧力を下げた状態でガス供給管１５にヘリウムガスを導入させるものとしてもよい。この場合、ヘリウムガスのガス回収部１３への回収、およびガス回収部１３からガス供給管１５への導入を同時に行うこともでき、または、交互に行うこともできる。
【0054】
このとき、制御部１９によるヘリウムガスの回収動作および導入動作については、制御部１９でそれらの時間およびタイミングを設定できるようにしてもよい。例えば、ヘリウムガスの回収と導入とを同時に実行する場合であれば、同時に実行する時間を制御部１９で設定可能であるものとし、制御部１９は、設定された時間（例えば７２時間）だけ、ヘリウムガスの回収および導入を同時に実行する。また、ヘリウムガスの回収と導入とを交互に行う場合であれば、回収動作を実行する時間、導入動作を実行する時間、交互に繰り返す回数をそれぞれ制御部１９で設定可能であるものとし、制御部１９は、設定された回収動作の時間（例えば１時間）、および設定された導入動作の時間（例えば２時間）のサイクルを設定回数（例えば２４回）だけ行う。
【0055】
なお、制御部１９において、ガス回収部１３へ回収するヘリウムガスの量、およびガス回収部１３から導入するヘリウムガスの量を設定できるものとしてもよい。これによって、システム系内の不純物を効率的に冷凍機１１の冷却部２１で凝集させつつ、システム系全体の安定性を保つことができる。この場合、制御部１９は、ガス回収部１３へ回収するヘリウムガスの量、およびガス回収部１３から導入するヘリウムガスの量を、ガス回収管１４およびガス供給管１５に設置された圧力計等で計測されたヘリウムガスの圧力値によって算出するものとしてもよい。なお、上述のガス回収部１３へ回収するヘリウムガスの量、およびガス回収部１３から導入するヘリウムガスの量は、それぞれ本発明の「第１の量」および「第２の量」に相当する。
【0056】
そして、上述のような設定時間だけ冷凍機１１で不純物が凝集された後、制御部１９は、冷凍機１１を停止させ、冷凍機１１の冷却部２１の温度を昇温させ、冷却部２１に凝集した不純物を気化させる。そして、制御部１９は、図８に示すように、冷却部２１で凝集された不純物をシステム系外に排気できるように、排気弁１４Ｂｄを開状態にして、気化した不純物をシステム系外に排気させる。このとき、冷凍機１１の停止からどの程度の時間経過後に排気弁１４Ｂｄを開状態にするのか、どの程度の時間経過後に排気弁１４Ｂｄを閉状態にするのか、そのときの排気弁１４Ｂｄの開度はどの程度にするのか等によって、システム系外へ不純物と共に排出されるヘリウムガスの量が決まる。しかし、上述の図４に示したヘリウム再凝縮システム１０ｂのように、真空排気装置１１８ａによりシステム系内からパージを行う必要がないため、本実施形態に係るヘリウム再凝縮システム１０の不純物除去動作では、排気されるヘリウムガスの量を大幅に抑制することができるため、ヘリウムガスの損失を抑制することができる。なお、不純物を凝集させるためにシステム系全体にヘリウムガスを循環させる流量は、システム系が安定的な範囲内で多い方が望ましいが、排気弁１４Ｂｄからの排出量、すなわち排気弁１４Ｂｄの開度については、不純物が排気できるだけの必要最低限の開度であればよいため、排気弁１４Ｂｄを開度調整が可能なニードルバルブとしてもよい。
【0057】
なお、不純物としては空気の主成分である窒素および酸素等が想定されるため、制御部１９は、これらの融点および沸点を基準として、例えば冷凍機１１の停止直後から冷却部２１の温度が１００［Ｋ］になるまで排気弁１４Ｂｄを開状態にするものとしてもよい。この場合、予め冷却部２１の昇温時間が分かっていれば、制御部１９において、冷凍機１１の停止から排気弁１４Ｂｄを開状態にするまでの時間を直接設定できるようにしてもよい。また、制御部１９において、排気弁１４Ｂｄが開状態となっている時間を設定できるようにしてもよい。この場合の設定時間（本発明の「所定時間」に相当）は、例えば不純物がすべて気化する温度まで昇温させるために必要な時間とすればよい。また、制御部１９は、温度センサ２６により検出される冷却部２１の温度に基づいて、冷凍機１１の停止から排気弁１４Ｂｄを開状態にするまでの時間、および、開状態にしたときから閉状態にするまでの時間を調整するものとしてもよい。この温度センサ２６は、通常、冷凍機１１がヘリウムガスを再凝縮する際の冷却部２１の温度のモニタ用等として取り付けられているものであるため、これを用いることにより新たな機器の追加を要することなく、ヘリウムガスの損失を抑制して不純物の排出が可能となる。
【0058】
また、ヘリウム再凝縮システム１０は、排気弁１４Ｂｄから排気されるガスのうちヘリウムガスまたは不純物の純度を測定する測定装置を備えるものとしてもよく、制御部１９は、当該測定装置により測定された純度に基づいて、排気弁１４Ｂｄを開状態にしたときから閉状態にするまでの時間を調整するものとしてもよい。
【0059】
また、ヘリウム再凝縮システム１０は、図９に示すように、冷凍機１１の冷却部２１を加熱するためのヒータ２７を備えるものとしてもよい。この場合、制御部１９は、冷凍機１１を停止させた後、冷凍機１１の冷却部２１の温度を昇温させるためにヒータ２７で冷却部２１を加熱する。これによって、冷却部２１の昇温時間を短縮でき、ヘリウムガスの損失を抑制することが可能となる。
【0060】
また、上述の制御部１９に対する各種設定は、例えば、制御部１９に備えられる入力手段を介して行われるものとしてもよく、外部装置からの操作により行われるものとしてもよい。
【0061】
（ヘリウム再凝縮システムの不純物除去動作の流れ）
図１０は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムの不純物除去動作の流れの一例を示すフローチャートである。図１０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の不純物除去動作の流れについて説明する。
図１０は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムの不純物除去動作の流れの一例を示すフローチャートである。図１０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の不純物除去動作の流れについて説明する。
【0062】
＜ステップＳ１１＞
まず、生体磁気計測システム１００により被検者１１０に対して脳磁計測を行っていない時間帯に、制御部１９は、冷凍機１１をオン状態にさせる。そして、制御部１９は、デュワ１に蓄積された液体ヘリウムから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に回収させる。そして、制御部１９は、ガス回収部１３に蓄積されたヘリウムガスを、ガス供給管１５を介してシステム系内に導入させ、冷凍機１１へ送る。このヘリウムガスの回収および導入により、システム系内でヘリウムガスが循環すると共に、冷凍機１１へ送られたヘリウムガスに含まれる不純物は、冷凍機１１の冷却部２１で固化し、凝集される。そして、ステップＳ１２へ移行する。
まず、生体磁気計測システム１００により被検者１１０に対して脳磁計測を行っていない時間帯に、制御部１９は、冷凍機１１をオン状態にさせる。そして、制御部１９は、デュワ１に蓄積された液体ヘリウムから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に回収させる。そして、制御部１９は、ガス回収部１３に蓄積されたヘリウムガスを、ガス供給管１５を介してシステム系内に導入させ、冷凍機１１へ送る。このヘリウムガスの回収および導入により、システム系内でヘリウムガスが循環すると共に、冷凍機１１へ送られたヘリウムガスに含まれる不純物は、冷凍機１１の冷却部２１で固化し、凝集される。そして、ステップＳ１２へ移行する。
【0063】
＜ステップＳ１２＞
次に、制御部１９は、所定の設定時間が経過したか否かを判定する。この場合、設定時間としては、ヘリウムガスの回収と導入とを同時に実行する場合であれば、同時に実行する設定時間であり、ヘリウムガスの回収と導入とを交互に行う場合であれば、設定された回収動作および導入動作の時間、ならびに設定された繰り返す回数で定まる合計の時間である。所定の設定時間が経過した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１３へ移行し、経過していない場合、引き続き経過するまで待機する。
次に、制御部１９は、所定の設定時間が経過したか否かを判定する。この場合、設定時間としては、ヘリウムガスの回収と導入とを同時に実行する場合であれば、同時に実行する設定時間であり、ヘリウムガスの回収と導入とを交互に行う場合であれば、設定された回収動作および導入動作の時間、ならびに設定された繰り返す回数で定まる合計の時間である。所定の設定時間が経過した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１３へ移行し、経過していない場合、引き続き経過するまで待機する。
【0064】
＜ステップＳ１３＞
制御部１９は、冷凍機１１を停止させる。そして、ステップＳ１４へ移行する。
制御部１９は、冷凍機１１を停止させる。そして、ステップＳ１４へ移行する。
【0065】
＜ステップＳ１４＞
そして、制御部１９は、冷凍機１１の冷却部２１の温度を昇温させる。この場合、上述のように、制御部１９は、冷凍機１１の冷却部２１の温度を昇温させるためにヒータ２７で冷却部２１を加熱するものとしてもよい。そして、ステップＳ１５へ移行する。
そして、制御部１９は、冷凍機１１の冷却部２１の温度を昇温させる。この場合、上述のように、制御部１９は、冷凍機１１の冷却部２１の温度を昇温させるためにヒータ２７で冷却部２１を加熱するものとしてもよい。そして、ステップＳ１５へ移行する。
【0066】
＜ステップＳ１５＞
そして、制御部１９は、上述した設定時間経過後に、排気弁１４Ｂｄを開状態（開放状態）にして、気化した不純物をシステム系外に排気させる。そして、制御部１９は、上述した設定時間経過後に、排気弁１４Ｂｄを閉状態にする。
そして、制御部１９は、上述した設定時間経過後に、排気弁１４Ｂｄを開状態（開放状態）にして、気化した不純物をシステム系外に排気させる。そして、制御部１９は、上述した設定時間経過後に、排気弁１４Ｂｄを閉状態にする。
【0067】
以上のステップＳ１１～Ｓ１５の流れによって、ヘリウム再凝縮システム１０の不純物除去動作が実行される。
【0068】
（ヘリウム再凝縮システムの再凝縮能力の経時変化について）
図１１は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムの再凝縮能力の経時変化を説明する図である。図１１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の再凝縮能力の経時変化について説明する。
図１１は、実施形態に係るヘリウム再凝縮システムの再凝縮能力の経時変化を説明する図である。図１１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の再凝縮能力の経時変化について説明する。
【0069】
図１１に示すグラフは、横軸をヘリウム再凝縮システム１０の稼働開始からの経過日数とし、縦軸を、冷凍機１１の再凝縮能力が最大である経過日数０日目の当該最大値を１．０として正規化した値としたものである。まず、グラフ上の「〇」で示すプロットは、経過日数０日目から、上述のヘリウム再凝縮システム１０の不純物除去動作が行われる前までの各経過日数での再凝縮能力を示し、グラフ上の「×」で示すプロットは、不純物除去動作が行われた後の各経過日数での再凝縮能力を示す。図１１に示すように、ヘリウム再凝縮システム１０の稼働が開始された後、日数の経過に伴い次第に冷凍機１１の再凝縮能力が低下している。この要因としては、上述したように、システム系内を循環するガスにヘリウムガス以外の窒素、酸素、水分等の不純物が増加することにより、冷凍機１１１の冷却部１２１に凝縮した不純物が冷却部１２１でのヘリウムガスとの熱交換率を劣化させてしまうことによる。そこで、図１１に示す例では、ヘリウム再凝縮システム１０の稼働開始から６０日目に上述の不純物除去動作を実行している。また、この場合、約７２時間の回収および導入の同時実行を行った後、１００［Ｋ］まで冷凍機１１１を昇温させて、システム系内の不純物を排気弁１４Ｂｄから排気した。これにより、図１１に示すように、その後の再凝縮能力がほぼ回復していることが確認され、システム系内の不純物が除去されていることが把握される。
【0070】
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は、デュワ１に保持された液体ヘリウムから蒸発したヘリウムガスを回収するガス回収部１３と、デュワ１からガス回収部１３へヘリウムガスを送るためのガス回収管１４と、ヘリウムガスを冷却して液体ヘリウムに凝縮する冷凍機１１と、ガス回収部１３から冷凍機１１までヘリウムガスを送るためのガス供給管１５と、前記ヘリウムガスを外部へ排気するための排気弁１４Ｂｄと、冷凍機１１および排気弁１４Ｂｄの動作を制御する制御部１９と、を有し、制御部１９は、冷凍機１１を稼働させた状態で、デュワ１からガス回収管１４を介したガス回収部１３までのヘリウムガスの回収、および、当該ガス回収部１３からガス供給管１５を介した冷凍機１１までのヘリウムガスの導入を行い、冷凍機１１を停止させ、その後、所定時間だけ排気弁１４Ｂｄを開状状態にするものとしている。これによって、新たな装置の追加をすることなく、不純物を除去する際にヘリウムガスの損失を低減することができる。
【0071】
本発明の態様は、以下の通りである。
＜１＞デュワに保持された液体ヘリウムから蒸発したヘリウムガスを回収するガス回収部と、
前記デュワから前記ガス回収部へ前記ヘリウムガスを送るための第１の配管と、
前記ヘリウムガスを冷却して液体ヘリウムに凝縮する冷凍機と、
前記ガス回収部から前記冷凍機まで前記ヘリウムガスを送るための第２の配管と、
前記ヘリウムガスを外部へ排気するための排気弁と、
前記冷凍機および前記排気弁の動作を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記冷凍機を稼働させた状態で、前記デュワから前記第１の配管を介した前記ガス回収部までの前記ヘリウムガスの回収、および、該ガス回収部から前記第２の配管を介した前記冷凍機までの前記ヘリウムガスの導入を行い、
前記冷凍機を停止させ、
その後、所定時間だけ前記排気弁を開状状態にするヘリウム凝縮システムである。
＜２＞前記制御部は、前記回収および前記導入を同時に実行する前記＜１＞に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜３＞前記制御部は、前記回収と前記導入とを交互に実行する前記＜１＞に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜４＞前記排気弁は、前記制御部により開度が調整可能である前記＜１＞～＜３＞のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜５＞前記制御部に対して、前記回収を行う前記ヘリウムガスの第１の量、および前記導入を行う前記ヘリウムガスの第２の量を設定可能とする前記＜１＞～＜４＞のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜６＞前記制御部は、前記第１の配管を流通する前記ヘリウムガスの圧力に基づいて、設定された前記第１の量となるように前記回収を行い、前記第２の配管を流通する前記ヘリウムガスの圧力に基づいて、設定された前記第２の量となるように前記導入を行う前記＜５＞に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜７＞前記制御部に対して、前記冷凍機の停止から前記排気弁を開状態にするまでの時間を設定可能とする前記＜１＞～＜６＞のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜８＞前記制御部に対して、前記排気弁が開状態となっている時間を設定可能とする前記＜１＞～＜７＞のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜９＞前記冷凍機の温度を検出する温度センサを、さらに有し、
前記制御部は、前記温度センサにより検出された前記温度に基づいて、前記冷凍機の停止から前記排気弁を開状態にするまでの時間、および、前記排気弁が開状態となっている時間を調整する前記＜１＞～＜８＞のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜１０＞前記排気弁から排気されるガスのうち前記ヘリウムガスまたは該ヘリウムガス以外の不純物の純度を測定する測定装置を、さらに有し、
前記制御部は、前記測定装置により測定された前記純度に基づいて、前記排気弁を開状態にしてから閉状態にするまでの時間を調整する前記＜１＞～＜９＞のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜１１＞前記冷凍機を加熱するヒータを、さらに有し、
前記制御部は、前記回収および前記導入後、前記冷凍機を停止した後に、前記ヒータの駆動により前記冷凍機を昇温させる前記＜１＞～＜１０＞のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜１２＞デュワに保持された液体ヘリウムから蒸発したヘリウムガスを回収するガス回収部と、前記デュワから前記ガス回収部へ前記ヘリウムガスを送るための第１の配管と、前記ヘリウムガスを冷却して液体ヘリウムに凝縮する冷凍機と、前記ガス回収部から前記冷凍機まで前記ヘリウムガスを送るための第２の配管と、前記ヘリウムガスを外部へ排気するための排気弁と、を有するヘリウム凝縮システムの不純物除去方法であって、
前記冷凍機を稼働させた状態で、前記デュワから前記第１の配管を介した前記ガス回収部までの前記ヘリウムガスの回収、および、該ガス回収部から前記第２の配管を介した前記冷凍機までの前記ヘリウムガスの導入を行うステップと、
前記冷凍機を停止させるステップと、
その後、所定時間だけ前記排気弁を開状状態にするステップと、
を有する不純物除去方法である。
＜１３＞前記＜１＞～＜１１＞のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システムと、
前記ヘリウム凝縮システムで凝縮されたガスを利用して、被検者の脳の生体信号の測定および解析を行う生体磁気計測システムと、
を含む計測システムである。
＜１＞デュワに保持された液体ヘリウムから蒸発したヘリウムガスを回収するガス回収部と、
前記デュワから前記ガス回収部へ前記ヘリウムガスを送るための第１の配管と、
前記ヘリウムガスを冷却して液体ヘリウムに凝縮する冷凍機と、
前記ガス回収部から前記冷凍機まで前記ヘリウムガスを送るための第２の配管と、
前記ヘリウムガスを外部へ排気するための排気弁と、
前記冷凍機および前記排気弁の動作を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記冷凍機を稼働させた状態で、前記デュワから前記第１の配管を介した前記ガス回収部までの前記ヘリウムガスの回収、および、該ガス回収部から前記第２の配管を介した前記冷凍機までの前記ヘリウムガスの導入を行い、
前記冷凍機を停止させ、
その後、所定時間だけ前記排気弁を開状状態にするヘリウム凝縮システムである。
＜２＞前記制御部は、前記回収および前記導入を同時に実行する前記＜１＞に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜３＞前記制御部は、前記回収と前記導入とを交互に実行する前記＜１＞に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜４＞前記排気弁は、前記制御部により開度が調整可能である前記＜１＞～＜３＞のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜５＞前記制御部に対して、前記回収を行う前記ヘリウムガスの第１の量、および前記導入を行う前記ヘリウムガスの第２の量を設定可能とする前記＜１＞～＜４＞のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜６＞前記制御部は、前記第１の配管を流通する前記ヘリウムガスの圧力に基づいて、設定された前記第１の量となるように前記回収を行い、前記第２の配管を流通する前記ヘリウムガスの圧力に基づいて、設定された前記第２の量となるように前記導入を行う前記＜５＞に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜７＞前記制御部に対して、前記冷凍機の停止から前記排気弁を開状態にするまでの時間を設定可能とする前記＜１＞～＜６＞のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜８＞前記制御部に対して、前記排気弁が開状態となっている時間を設定可能とする前記＜１＞～＜７＞のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜９＞前記冷凍機の温度を検出する温度センサを、さらに有し、
前記制御部は、前記温度センサにより検出された前記温度に基づいて、前記冷凍機の停止から前記排気弁を開状態にするまでの時間、および、前記排気弁が開状態となっている時間を調整する前記＜１＞～＜８＞のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜１０＞前記排気弁から排気されるガスのうち前記ヘリウムガスまたは該ヘリウムガス以外の不純物の純度を測定する測定装置を、さらに有し、
前記制御部は、前記測定装置により測定された前記純度に基づいて、前記排気弁を開状態にしてから閉状態にするまでの時間を調整する前記＜１＞～＜９＞のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜１１＞前記冷凍機を加熱するヒータを、さらに有し、
前記制御部は、前記回収および前記導入後、前記冷凍機を停止した後に、前記ヒータの駆動により前記冷凍機を昇温させる前記＜１＞～＜１０＞のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システムである。
＜１２＞デュワに保持された液体ヘリウムから蒸発したヘリウムガスを回収するガス回収部と、前記デュワから前記ガス回収部へ前記ヘリウムガスを送るための第１の配管と、前記ヘリウムガスを冷却して液体ヘリウムに凝縮する冷凍機と、前記ガス回収部から前記冷凍機まで前記ヘリウムガスを送るための第２の配管と、前記ヘリウムガスを外部へ排気するための排気弁と、を有するヘリウム凝縮システムの不純物除去方法であって、
前記冷凍機を稼働させた状態で、前記デュワから前記第１の配管を介した前記ガス回収部までの前記ヘリウムガスの回収、および、該ガス回収部から前記第２の配管を介した前記冷凍機までの前記ヘリウムガスの導入を行うステップと、
前記冷凍機を停止させるステップと、
その後、所定時間だけ前記排気弁を開状状態にするステップと、
を有する不純物除去方法である。
＜１３＞前記＜１＞～＜１１＞のいずれか一項に記載のヘリウム凝縮システムと、
前記ヘリウム凝縮システムで凝縮されたガスを利用して、被検者の脳の生体信号の測定および解析を行う生体磁気計測システムと、
を含む計測システムである。
【符号の説明】
【0072】
１、１ａ デュワ
２ 磁気センサ
１０、１０ａ、１０ｂ 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
１４Ａｄ 第１開閉弁
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 循環ポンプ
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 放熱部
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
２７ ヒータ
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
１１１ 冷凍機
１１３ ガス回収部
１１４ ガス回収管
１１５ ガス供給管
１１７ ガス放出口
１１８ 精製器
１１８ａ 真空排気装置
１１８ｂ ガスボンベ
１１９ 制御部
１２１ 冷却部
２ 磁気センサ
１０、１０ａ、１０ｂ 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
１４Ａｄ 第１開閉弁
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 循環ポンプ
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 放熱部
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
２７ ヒータ
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
１１１ 冷凍機
１１３ ガス回収部
１１４ ガス回収管
１１５ ガス供給管
１１７ ガス放出口
１１８ 精製器
１１８ａ 真空排気装置
１１８ｂ ガスボンベ
１１９ 制御部
１２１ 冷却部
【先行技術文献】
【特許文献】
【0073】
【特許文献1】特許第４１４５６７３号公報
【特許文献2】特許第６４３２０８７号公報
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】