特許 7366817 ヘリウム循環システム、極低温冷凍方法、および生体磁気計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-13

(45)【発行日】2023-10-23

(54)【発明の名称】ヘリウム循環システム、極低温冷凍方法、および生体磁気計測装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 9/00 20060101AFI20231016BHJP

   A61B 5/055 20060101ALI20231016BHJP

【ＦＩ】

F25B9/00 A

A61B5/055 360

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020051875

(22)【出願日】2020-03-23

(65)【公開番号】P2021148409

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2022-10-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(73)【特許権者】

【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】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】松本 俊一

(72)【発明者】

【氏名】風見 邦夫

(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】梅野 高裕

(72)【発明者】

【氏名】高見 承司

(72)【発明者】

【氏名】岩本 建次

(72)【発明者】

【氏名】布袋 裕次郎

【審査官】西山 真二

(56)【参考文献】

【文献】特公昭６１－５７９８２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】国際公開第２０１９／０４２６８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－９２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５２７６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６６０２４５６（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ ９／００ － ９／１４

Ａ６１Ｂ ５／０５ － ５／０５５

Ｇ０１Ｒ ３３／００ － ３３／６４

Ｈ１０Ｎ ６０／００ － ６０／８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス冷媒を冷却して液体冷媒にする冷凍機と、
前記液体冷媒を保持するデュワと、
前記デュワにて蒸発した前記ガス冷媒を回収する蒸発ガス回収部と、
前記冷凍機から前記デュワに前記液体冷媒を送る第一経路と、
前記デュワから前記冷凍機を介して前記蒸発ガス回収部に前記ガス冷媒を送る第二経路と、
前記蒸発ガス回収部から前記冷凍機に前記ガス冷媒を送る第三経路と、
前記デュワから前記冷凍機を介さず前記蒸発ガス回収部に前記ガス冷媒を送る第四経路と、
前記冷凍機の駆動時に、前記第一経路により前記冷凍機から前記デュワに前記液体冷媒を送りつつ、前記第三経路により前記蒸発ガス回収部から前記冷凍機に前記ガス冷媒を送る一方で、前記冷凍機の停止時に、前記第二経路により前記デュワから前記冷凍機を介して前記蒸発ガス回収部に前記ガス冷媒を送りつつ、前記第四経路により前記デュワから前記冷凍機を介さず前記蒸発ガス回収部に前記ガス冷媒を送る制御部と、
を備える、ヘリウム循環システム。

【請求項2】

前記第二経路と前記第四経路との前記ガス冷媒の流量を調整する流量調整手段と、
を備える、請求項１に記載のヘリウム循環システム。

【請求項3】

前記冷凍機の温度を計測する温度計を備え、
前記制御部は、前記温度計が計測した温度に応じて前記流量調整手段を制御する、
請求項２に記載のヘリウム循環システム。

【請求項4】

前記第三経路に、前記蒸発ガス回収部から前記冷凍機に送る前記ガス冷媒の流量を制御する流量制御手段を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載のヘリウム循環システム。

【請求項5】

ガス冷媒を冷却して液体冷媒にする冷凍機と、
前記液体冷媒を保持するデュワと、
前記デュワにて蒸発した前記ガス冷媒を回収する蒸発ガス回収部と、
前記冷凍機から前記デュワに前記液体冷媒を送る第一経路と、
前記デュワから前記冷凍機を介して前記蒸発ガス回収部に前記ガス冷媒を送る第二経路と、
前記蒸発ガス回収部から前記冷凍機に前記ガス冷媒を送る第三経路と、
前記デュワから前記冷凍機を介さず前記蒸発ガス回収部に前記ガス冷媒を送る第四経路と、
を備える、ヘリウム循環システムを用い、
前記冷凍機の駆動時に、前記第一経路により前記冷凍機から前記デュワに前記液体冷媒を送りつつ、前記第三経路により前記蒸発ガス回収部から前記冷凍機に前記ガス冷媒を送る一方で、前記冷凍機の停止時に、前記第二経路により前記デュワから前記冷凍機を介して前記蒸発ガス回収部に前記ガス冷媒を送りつつ、前記第四経路により前記デュワから前記冷凍機を介さず前記蒸発ガス回収部に前記ガス冷媒を送る、極低温冷凍方法。

【請求項6】

請求項１から４のいずれか１項に記載のヘリウム循環システムと、
前記ヘリウム循環システムの前記冷凍機から前記デュワに送られた前記液体冷媒により冷却される測定装置と、
を備える、生体磁気計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヘリウム循環システム、極低温冷凍方法、および生体磁気計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば、特許文献１には、冷媒配管の位置によって径を規定することで熱侵入を低減する技術が記載されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

脳磁計や脊磁計などの生体磁気計測装置では、例えば、超電導量子干渉センサのような高感度磁気センサを用いることがあり、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。あるいは、極低温での物性測定器においても冷媒として液体ヘリウムが使われる。液体ヘリウムは容易に気化するため、上記のような装置において計測を経済的かつ継続的に使用するには、極低温冷凍機を使ってヘリウム循環することが必要である。

【0004】

ここで、極低温冷凍機では、冷却部（コールドヘッド）および冷却部を収容する保温部（クライオスタット）は磁性を帯びている。また、極低温冷凍機であって、パルス管冷凍機では、動作時は機械的な振動を生じる。そして、磁性を帯びているものが振動すると、振動振幅に比例した磁場変動を周囲空間に生じるため、生体磁気計測装置などにおいて測定ノイズの原因になる。

【0005】

生体磁気計測装置では、このような問題の対策として、計測中は極低温冷凍機を停止させ、その間の冷媒を回収し、計測していないときに極低温冷凍機を駆動させて回収した冷媒を冷却する方法がある。

【0006】

しかし、極低温冷凍機を停止している間は、極低温冷凍機の温度が上昇するため、停止後の起動から再凝縮が始まるまでに時間がかかる。よって、長時間停止させるサイクルを例えば毎日行うような運用は難しい。このため、比較的小型の冷凍機を使ったシステムでは、経済的である反面、排熱能力が低くヘリウム循環サイクルに至るまでに長時間を要する。また、極低温冷凍機の停止時には、冷却部、保温部の温度が上昇するが、大きな温度振幅の繰り返しに晒されてサーマルショックにより破損のおそれがある。サーマルショックの振幅は、装置の信頼性を保つため低く抑制することが望まれている。例えば、線膨張係数は、一般的に液体窒素温度以下などの低温では小さいため冷却部の温度上昇を抑制したい。

【0007】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、冷媒を効率よく冷却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、本発明のヘリウム循環システムは、ガス冷媒を冷却して液体冷媒にする冷凍機と、前記液体冷媒を保持するデュワと、前記デュワにて蒸発した前記ガス冷媒を回収する蒸発ガス回収部と、前記冷凍機から前記デュワに前記液体冷媒を送る第一経路と、前記デュワから前記冷凍機を介して前記蒸発ガス回収部に前記ガス冷媒を送る第二経路と、前記蒸発ガス回収部から前記冷凍機に前記ガス冷媒を送る第三経路と、前記デュワから前記冷凍機を介さず前記蒸発ガス回収部に前記ガス冷媒を送る第四経路と、前記冷凍機の駆動時に、前記第一経路により前記冷凍機から前記デュワに前記液体冷媒を送りつつ、前記第三経路により前記蒸発ガス回収部から前記冷凍機に前記ガス冷媒を送る一方で、前記冷凍機の停止時に、前記第二経路により前記デュワから前記冷凍機を介して前記蒸発ガス回収部に前記ガス冷媒を送りつつ、前記第四経路により前記デュワから前記冷凍機を介さず前記蒸発ガス回収部に前記ガス冷媒を送る制御部と、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、冷媒を効率よく冷却できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、生体磁気計測装置の一例を示す概略構成図である。

【図2】図２は、ヘリウム循環システムの一例を示す概略構成図である。

【図3】図３は、ヘリウム循環システムの極低温冷凍機の駆動時のフローチャートである。

【図4】図４は、ヘリウム循環システムの極低温冷凍機の駆動時の動作図である。

【図5】図５は、ヘリウム循環システムの極低温冷凍機の停止時のフローチャートである。

【図6】図６は、ヘリウム循環システムの極低温冷凍機の停止時の動作図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に添付図面を参照して、ヘリウム循環システム、極低温冷凍方法、および生体磁気計測装置の実施形態を詳細に説明する。

【0012】

図１は、生体磁気計測装置の一例を示す概略構成図である。

【0013】

生体磁気計測装置１００は、生体情報計測装置であって、脳機能測定装置（測定装置ともいう）１０１と、情報処置装置１０２とを備えている。

【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図（ＭＥＧ：Magneto-encephalography）信号を測定する脳磁計である。脳機能測定装置１０１は、被検者１１０の頭部が挿入されるデュワ１を有する。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。磁気センサ２は、超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ：Superconducting Quantum Interference Device）が用いられる。脳機能測定装置１０１は、磁気センサ２からの脳磁信号を収集する。脳機能測定装置１０１は、収集された生体信号を情報処置装置１０２に出力する。

【0015】

情報処置装置１０２は、複数の磁気センサ２からの脳磁信号の波形を、時間軸上に表示する。脳磁信号は、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。

【0016】

図２は、ヘリウム循環システムの一例を示す概略構成図である。

【0017】

上述した脳機能測定装置１０１は、真空断熱装置であるデュワ１を極低温環境とするためのヘリウム循環システム１０を含む。ヘリウム循環システム１０は、極低温冷凍機（冷凍機）１１と、デュワ１、蒸発ガス回収部（バッファタンク）１３と、蒸発ガス回収管１４と、保管ガス供給管１５と、循環用配管１６と、制御部１９と、を備える。

【0018】

極低温冷凍機１１は、パルス管冷凍機を構成するもので、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、温度計２６と、を有する。

【0019】

冷却部２１は、本体部２１Ａと、円筒状の第一シリンダ部２１Ｂと、円筒状の第二シリンダ部２１Ｃと、円板状の第一コールドステージ２１Ｄと、円板状の第二コールドステージ２１Ｅと、を備える。本体部２１Ａは、冷却部２１の基部であり、最上部に配置される。第一シリンダ部２１Ｂは、本体部２１Ａから下方に延びて設けられている。第二シリンダ部２１Ｃは、第一シリンダ部２１Ｂよりも下方に延びて設けられている。第一コールドステージ２１Ｄは、第一シリンダ部２１Ｂと第二シリンダ部２１Ｃとの間に設けられている。第二コールドステージ２１Ｅは、第二シリンダ部２１Ｃの延びた下端に設けられている。

【0020】

受部２２は、上端が開放し、下端に底２２Ａを有する皿状に形成されている。受部２２は、冷却部２１の直下に配置される。

【0021】

保温部２３は、真空断熱をしたクライオスタットであり、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、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。また、受部２２は、保温部２３の内部に配置される。保温部２３は、内部の温度を保つように機能する。

【0022】

移送管２４は、上端２４ａが受部２２の底２２Ａに接続され、受部２２に連通して設けられている。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。保温部２３は、底２３Ａが移送管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。移送管２４は、その下端２４ｂが脳機能測定装置１０１のデュワ１に接続されている。移送管２４は、冷却部２１からデュワ１に液体冷媒を送る第一経路ともいう。

【0023】

駆動系循環部２５は、コンプレッサである圧縮機２５Ａと、動作部であるバルブモータ２５Ｂと、を有する。圧縮機２５Ａは、圧縮ガスを圧縮する。圧縮ガスは、例えばヘリウムガスである。圧縮機２５Ａで圧縮された圧縮ガスは、バルブモータ２５Ｂに供給される。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。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との間で圧縮ガスが循環される。冷却部２１は、この圧縮ガスの間欠供給により、起動し、第一コールドステージ２１Ｄおよび第二コールドステージ２１Ｅで冷熱を発生する。なお、圧縮機２５Ａは、水冷または空冷により排熱する。

【0024】

温度計２６は、保温部２７の内部であって冷却部２１の温度を計測する。

【0025】

この極低温冷凍機１１は、その駆動時に、保温部２３の内部であって冷却部２１にガス冷媒が供給される。ガス冷媒は、例えばヘリウムガスであり、第一コールドステージ２１Ｄおよび第二コールドステージ２１Ｅで発生する冷熱により冷却されることで液化されて液体冷媒である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を経て極低温冷凍機１１の外部に送られ、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。これにより、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。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（蒸発ガスともいう）となる。

【0026】

蒸発ガス回収部１３は、デュワ１で蒸発した蒸発ガスを回収し貯えて保管するための圧力容器である。

【0027】

蒸発ガス回収管１４は、デュワ１と蒸発ガス回収部１３との間を接続する配管である。蒸発ガス回収管１４は、第一蒸発ガス回収管１４Ａと、第二蒸発ガス回収管１４Ｂと、を有する。

【0028】

第一蒸発ガス回収管１４Ａは、一端１４Ａａがデュワ１に接続され、他端１４Ａｂが蒸発ガス回収部１３に接続されている。第一蒸発ガス回収管１４は、デュワ１から蒸発ガス回収部１３に蒸発ガスを送るため、途中にコンプレッサであるポンプ１４Ａｃが設けられている。また、第一蒸発ガス回収管１４Ａは、蒸発ガスの送りを開閉するため、ポンプ１４Ａｃよりも一端１４Ａａ側に第一開閉弁１４Ａｄが設けられている。第一開閉弁１４Ａｄは、制御部１９により制御される。第一開閉弁１４Ａｄは、流量調整弁として構成されている。第一蒸発ガス回収管１４Ａは、デュワ１から蒸発ガス回収部１３に直接蒸発ガスを送る第四経路ともいう。

【0029】

第二蒸発ガス回収管１４Ｂは、第一蒸発ガス回収管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。第二蒸発ガス回収管１４Ｂは、一端１４Ｂａが第一蒸発ガス回収管１４Ａの一端１４Ａａと開閉弁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、第二蒸発ガス回収管１４Ｂは、他端１４Ｂｂが保管ガス供給管１５の一部を介して保温部２３に接続されている。第二蒸発ガス回収管１４Ｂは、蒸発ガスの送りを開閉するため、途中に第二開閉弁１４Ｂｃが設けられている。第二開閉弁１４Ｂｃは、制御部１９により制御される。第二開閉弁１４Ｂｃは、流量調整弁として構成されている。また、第二蒸発ガス回収管１４Ｂは、第二開閉弁１４Ｂｃよりも他端１４Ｂｂ側に排気弁（排気部）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、第二蒸発ガス回収管１４Ｂおよび保管ガス供給管１５の一部を介して保温部２３に接続されている。第二蒸発ガス回収管１４Ｂは、デュワ１から冷却部２１の移送管２４および保温部２３の内部および第一蒸発ガス回収管１４Ａの一部を介して蒸発ガス回収部１３に蒸発ガスを送るための第二経路ともいう。

【0030】

保管ガス供給管１５は、蒸発ガス回収部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。保管ガス供給管１５は、一端１５ａが蒸発ガス回収部１３に接続され、他端１５ｂが極低温冷凍機１１の保温部２３に接続されている。保管ガス供給管１５は、蒸発ガス回収部１３から冷却部２１に蒸発ガス回収部１３で保管された蒸発ガス（保管ガス）を送るため、途中にポンプ１５ｃが設けられている。また、保管ガス供給管１５は、ガス冷媒の送りを開閉するため、ポンプ１５ｃよりも他端１５ｂ側に開閉弁１５ｄが設けられている。開閉弁１５ｄは、制御部１９により制御される。また、保管ガス供給管１５は、蒸発ガスの送りを開閉するため、ポンプ１５ｃよりも一端１５ａ側に開閉弁１５ｅが設けられている。開閉弁１５ｅは、制御部１９により制御される。保管ガス供給管１５は、蒸発ガス回収部１３から冷却部２１に蒸発ガスを送る第三経路ともいう。

【0031】

循環用配管１６は、蒸発ガス回収管１４の途中と保管ガス供給管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が蒸発ガス回収管１４の開閉弁１４Ａｄと開閉弁１４Ｂｃとの間に接続され、他端１６ｂが保管ガス供給管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に直接蒸発ガスを送るバイパス経路ともいう。

【0032】

制御部１９は、ヘリウム循環システム１０を制御するもので、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および記憶装置などを備えた演算装置である。制御部１９は、極低温冷凍機１１の圧縮機２５Ａと、蒸発ガス回収管１４のポンプ１４Ａｃおよび各開閉弁１４Ａｄ，１４Ｂｃおよび排気弁１４Ｂｄと、保管ガス供給管１５のポンプ１５ｃ、開閉弁１５ｄおよび開閉弁１５ｅと、の動作を制御する。また、制御部１９は、極低温冷凍機１１の温度計２６により計測された温度を取得する。なお、蒸発ガス回収管１４の流量調整弁としての各開閉弁１４Ａｄ，１４Ｂｃは、制御部１９により制御されて開度を調整されることにより、蒸発ガス回収管１４における蒸発ガスの流量を調整する流量調整手段を構成する。流量調整手段としては、マスフローコントローラであってもよい。また、保管ガス供給管１５のポンプ１５ｃは、制御部１９により出力を制御されて冷媒の流量を制御する流量制御手段を構成する。

【0033】

ここで、ヘリウム循環システム１０の動作を説明する。図３は、ヘリウム循環システムの極低温冷凍機の駆動時のフローチャートである。図４は、ヘリウム循環システムの極低温冷凍機の駆動時の動作図である。図５は、ヘリウム循環システムの極低温冷凍機の停止時のフローチャートである。図６は、ヘリウム循環システムの極低温冷凍機の停止時の動作図である。

【0034】

図３に示すように、極低温冷凍機１１の駆動時において、制御部１９は、蒸発ガス回収管１４のポンプ１４ｃを停止すると共に第一開閉弁１４Ａｄおよび第二開閉弁１４Ｂｃおよび排気弁１４Ｂｄを閉鎖する（ステップＳ１）。また、制御部１９は、保管ガス供給管１５のポンプ１５ｃを駆動すると共に開閉弁１５ｄおよび開閉弁１５ｅを開放する（ステップＳ２）。そして、制御部１９は、極低温冷凍機１１の冷却部２１を駆動する（ステップＳ３）。これにより、図４に示すように、ヘリウム循環システム１０は、保管ガス供給管１５を介して蒸発ガス回収部１３から冷却部２１にガス冷媒を送ると共に、蒸発ガス回収管１４の第一蒸発ガス回収管１４Ａの一部および循環用配管１６を介してデュワ１から冷却部２１に蒸発ガスを送り、冷却部２１にて蒸発ガスを冷却して液体冷媒とし、デュワ１に送る。なお、ステップＳ１からＳ３の動作は同時に行ってもよい。

【0035】

また、極低温冷凍機１１の駆動時において、制御部１９は、保管ガス供給管１５のポンプ１５ｃの出力を制御することで、保管ガス供給管１５を介して蒸発ガス回収部１３から冷却部２１に送る蒸発ガスの流量を制御する（ステップＳ４）。

【0036】

また、図５に示すように、極低温冷凍機１１の停止時において、制御部１９は、極低温冷凍機１１の冷却部２１を停止する（ステップＳ１１）。また、制御部１９は、保管ガス供給管１５のポンプ１５ｃを停止すると共に開閉弁１５ｄおよび開閉弁１５ｅを閉鎖する（ステップＳ１２）。また、制御部１９は、蒸発ガス回収管１４の第一開閉弁１４Ａｄおよび第二開閉弁１４Ｂｃを開放し排気弁１４Ｂｄを閉鎖してポンプ１４ｃを駆動する（ステップＳ１３）。これにより、図６に示すように、ヘリウム循環システム１０は、蒸発ガス回収管１４の第一蒸発ガス回収管１４Ａおよび第二蒸発ガス回収管１４Ｂによりデュワ１から極低温冷凍機１１の移送管２４および保温部２３を介して蒸発ガス回収部１３に蒸発ガスを送り、蒸発ガス回収部１３で回収する。さらに、ヘリウム循環システム１０は、蒸発ガス回収管１４の第一蒸発ガス回収管１４Ａによりデュワ１から極低温冷凍機１１を介さず蒸発ガス回収部１３に直接蒸発ガスを送り、蒸発ガス回収部１３で回収する。なお、ステップＳ１１からＳ１３の動作は同時に行ってもよい。

【0037】

また、極低温冷凍機１１の停止時において、制御部１９は、各開閉弁１４Ａｄ，１４Ｂｃの開度を調整することで、蒸発ガス回収管１４によってデュワ１から極低温冷凍機１１の移送管２４および保温部２３を介して蒸発ガス回収部１３に送る蒸発ガスの流量と、デュワ１から極低温冷凍機１１を介さず蒸発ガス回収部１３に直接送る蒸発ガスの流量とを調整する（ステップＳ１４）。また、ステップＳ１４において、制御部１９は、温度計２６により計測された温度を取得し、この温度に応じて蒸発ガス回収部１３に送る各蒸発ガスの流量を調整する。例えば、制御部１９は、温度計２６により計測された温度が所定温度以上の場合、極低温冷凍機１１の移送管２４および保温部２３を介する蒸発ガスの流量が多くなるように調整して保温部２３の内部の冷却部２１の温度上昇を抑える。一方、制御部１９は、温度計２６により計測された温度が所定温度未満の場合、極低温冷凍機１１を介するガス冷媒の流量が少なくなるように調整してデュワ１から第一蒸発ガス回収管１４Ａ側の温度上昇を抑える。

【0038】

本実施形態のヘリウム循環システム１０では、例えば、午後５時から翌日午前９時までの脳機能測定装置１０１を使用しない時、図３および図４に示す動作を行って、冷却部２１にてガス冷媒を冷却して液体冷媒とし、デュワ１に送る。また、本実施形態のヘリウム循環システム１０では、例えば、午前９時から午後５時までの脳機能測定装置１０１を使用する時、図５および図６に示す動作を行って、デュワ１から蒸発ガス回収部１３にガス冷媒を送り、蒸発ガス回収部１３で回収する。従って、本実施形態のヘリウム循環システム１０は、脳機能測定装置１０１を使用する計測時に、極低温冷凍機１１を停止させ、脳機能測定装置１０１への極低温冷凍機１１の振動による影響を防ぎ、脳機能測定装置１０１を使用せず計測しない時に、極低温冷凍機１１を駆動させ、デュワ１を極低温環境にできる。

【0039】

なお、本実施形態のヘリウム循環システム１０では、制御部１９において、温度計２６で計測された冷却部２１の温度を取得している。制御部１９は、取得した温度が所定温度以上となった場合、排気部の排気弁１４Ｂｄを開放する。具体的に、極低温冷凍機１１において、制御部１９は、本制御以外において排気弁１４Ｂｄを閉鎖している（図４および図６参照）。そして、制御部１９は、図６に示すように冷却部２１を停止しているとき、温度計２６で計測された温度が所定温度以上である場合、排気弁１４Ｂｄ開放する。所定温度とは、不純物（蒸発ガス中に含まれる微量の窒素、酸素、水など）の成分が気化し得る温度である。なお、冷却部２１の停止とは圧縮された圧縮ガスが供給されていないことを意味し、冷却部２１の駆動とは圧縮された圧縮ガスが供給されていることを意味する。また、制御部１９は、温度計２６で計測された温度が所定温度以上でない場合は、温度計２６で計測された温度を継続して取得する。このヘリウム循環システム１０によれば、不純物の成分が気化した場合、この不純物の成分を保温部２３の外部に排出できる。この結果、ヘリウム循環システム１０は、不純物が移送管２４の中で再冷却により固化し、移送管２４が閉塞することを防止できる。

【0040】

このように、本実施形態のヘリウム循環システム１０は、ガス冷媒を冷却する極低温冷凍機１１と、冷却された液体冷媒を保持するデュワ１と、デュワ１にて蒸発したガス冷媒を回収する蒸発ガス回収部１３と、極低温冷凍機１１からデュワ１に液体冷媒を送る移送管（第一経路）２４と、デュワ１から極低温冷凍機１１を介して蒸発ガス回収部１３にガス冷媒を送るための移送管２４および保温部２３および蒸発ガス回収管１４（第二経路）と、蒸発ガス回収部１３から極低温冷凍機１１にガス冷媒を送る保管ガス供給管（第三経路）１５と、デュワ１から極低温冷凍機１１を介さず蒸発ガス回収部１３にガス冷媒を送る第二蒸発ガス回収管１４Ａ（第四経路）と、極低温冷凍機１１の駆動時に、移送管２４により極低温冷凍機１１からデュワ１に液体冷媒を送りつつ、保管ガス供給管１５により蒸発ガス回収部１３から極低温冷凍機１１にガス冷媒を送る一方で、極低温冷凍機１１の停止時に、移送管２４および保温部２３および蒸発ガス回収管１４によりデュワ１から極低温冷凍機１１を介して蒸発ガス回収部１３にガス冷媒を送りつつ、第二蒸発ガス回収管１４Ａによりデュワ１から極低温冷凍機１１を介さず蒸発ガス回収部１３にガス冷媒を送る制御部１９と、を備える。

【0041】

また、本実施形態の極低温冷凍方法は、極低温冷凍機１１の駆動時に、移送管２４により極低温冷凍機１１からデュワ１に液体冷媒を送りつつ、保管ガス供給管１５により蒸発ガス回収部１３から極低温冷凍機１１にガス冷媒を送る一方で、極低温冷凍機１１の停止時に、移送管２４および保温部２３および蒸発ガス回収管１４によりデュワ１から極低温冷凍機１１を介して蒸発ガス回収部１３にガス冷媒を送りつつ、第二蒸発ガス回収管１４Ａによりデュワ１から極低温冷凍機１１を介さず蒸発ガス回収部１３にガス冷媒を送る。

【0042】

このヘリウム循環システム１０および極低温冷凍方法によれば、極低温冷凍機１１の停止時に、移送管２４および保温部２３および蒸発ガス回収管１４によりデュワ１から極低温冷凍機１１を介して蒸発ガス回収部１３にガス冷媒を送るため、デュワ１のガス冷媒は、極低温冷凍機１１の冷却部２１を冷却しつつ蒸発ガス回収部１３に回収される。このように、停止している極低温冷凍機１１は、ガス冷媒により冷却され温度上昇が抑制される。この結果、本実施形態のヘリウム循環システム１０および極低温冷凍方法は、停止後に極低温冷凍機１１の駆動からガス冷媒が再凝縮開始までの時間を短縮でき、ガス冷媒を効率よく冷却できる。また、停止時の温度上昇を抑制できることにより、サーマルショックを抑え、起動停止繰り返しの信頼性が向上する。

【0043】

また、本実施形態のヘリウム循環システム１０は、極冷温冷凍機１１の停止時に、極冷温冷凍機１１を介さずデュワ１と蒸発ガス回収部１３との間を接続する第一蒸発ガス回収管１４Ａ（第四経路）と、この第一蒸発ガス回収管１４Ａと移送管２４および保温部２３および蒸発ガス回収管１４（第二経路）とのガス冷媒の流量を調整する流量調整手段である各開閉弁１４Ａｄ，１４Ｂｃと、を備える。

【0044】

このヘリウム循環システム１０によれば、デュワ１から第一蒸発ガス回収管１４Ａ側と、極冷温冷凍機１１との両方の温度上昇を調整できる。

【0045】

また、本実施形態のヘリウム循環システム１０は、極冷温冷凍機１１の冷却部２１の温度を計測する温度計２６を備え、制御部１９は、温度計２６が計測した温度に応じて流量調整手段である各開閉弁１４Ａｄ，１４Ｂｃを制御する。

【0046】

このヘリウム循環システム１０によれば、温度計２６が計測した温度に応じて、各開閉弁１４Ａｄ，１４Ｂｃを制御することで、温度に応じたガス冷媒の流量調整により、デュワ１と、極冷温冷凍機１１との両方の温度上昇を調整できる。

【0047】

また、本実施形態のヘリウム循環システム１０は、保管ガス供給管（第三経路）１５に、蒸発ガス回収部１３から極低温冷凍機１１に送るガス冷媒の流量を制御する流量制御手段であるポンプ１５ｃを備える。

【0048】

このヘリウム循環システム１０によれば、蒸発ガス回収部１３から極低温冷凍機１１に送るガス冷媒の流量を制御することで、極低温冷凍機１１でのガス冷媒の再凝縮量を制御できる。

【0049】

また、本実施形態の生体磁気計測装置１００は、上述したヘリウム循環システム１０を備えることで、停止時の極低温冷凍機１１の冷却部２１が、蒸発ガス回収部１３に回収されるガス冷媒により冷却される。この結果、本実施形態の生体磁気計測装置１００は、脳機能測定装置１０１のデュワ１に供給するガス冷媒が再凝縮するまでの股間を短縮でき、可動効率を向上できる。

【符号の説明】

【0050】

１ デュワ（第二経路）
１０ ヘリウム循環システム
１１ 極低温冷凍機（冷凍機）
１３ 蒸発ガス回収部
１４ 蒸発ガス回収管（第二経路，第四経路）
１４Ａｄ，１４Ｂｃ 開閉弁（流量調整手段）
１５ 保管ガス供給管（第三経路）
１５ｃ ポンプ（流量制御手段）
１９ 制御部
２４ 移送管（第一経路（第二経路））
２６ 温度計
１００ 生体磁気計測装置
１０１ 脳機能測定装置（測定装置）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0051】

【文献】特許第６６０２４５６号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】