JP2001015323A - ヘリウム循環冷却装置 - Google Patents
ヘリウム循環冷却装置Info
- Publication number
- JP2001015323A JP2001015323A JP11187349A JP18734999A JP2001015323A JP 2001015323 A JP2001015323 A JP 2001015323A JP 11187349 A JP11187349 A JP 11187349A JP 18734999 A JP18734999 A JP 18734999A JP 2001015323 A JP2001015323 A JP 2001015323A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- helium
- heat
- circulation
- cooling device
- refrigerant circulation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Abstract
(57)【要約】
【課題】被冷却体の発熱の変動する複数の冷媒循環流路
を有するものであっても、各冷媒循環流路からの熱入力
を平準化して大きな熱負荷の作用を防ぎ、小型で低コス
トに構成できると共に高い効率で運転可能なヘリウム循
環冷却装置を提供する。 【解決手段】ヘリウム循環冷却装置１０は、液体ヘリウ
ム貯槽１１と、該液体ヘリウム貯槽１１に接続されたヘ
リウム冷凍機１２と、トロイダルコイル２と液体ヘリウ
ム貯槽１１の間を巡る循環閉ループ状に形成された複数
の超臨界圧ヘリウム循環流路２０と、により構成されて
おり、各超臨界圧ヘリウム循環流路２０の、トロイダル
コイル２からヘリウム循環冷却装置１０までの流路長Ｌ
１，Ｌ２，Ｌ３は各トロイダルコイル２の発熱の位相が
所定時間ずれてヘリウム循環冷却装置１０に到達するよ
うに設定されている。
を有するものであっても、各冷媒循環流路からの熱入力
を平準化して大きな熱負荷の作用を防ぎ、小型で低コス
トに構成できると共に高い効率で運転可能なヘリウム循
環冷却装置を提供する。 【解決手段】ヘリウム循環冷却装置１０は、液体ヘリウ
ム貯槽１１と、該液体ヘリウム貯槽１１に接続されたヘ
リウム冷凍機１２と、トロイダルコイル２と液体ヘリウ
ム貯槽１１の間を巡る循環閉ループ状に形成された複数
の超臨界圧ヘリウム循環流路２０と、により構成されて
おり、各超臨界圧ヘリウム循環流路２０の、トロイダル
コイル２からヘリウム循環冷却装置１０までの流路長Ｌ
１，Ｌ２，Ｌ３は各トロイダルコイル２の発熱の位相が
所定時間ずれてヘリウム循環冷却装置１０に到達するよ
うに設定されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヘリウム冷凍機と
接続された液体ヘリウム貯槽内に熱交換器が配設され、
該熱交換器と被冷却体の間を巡る循環閉ループの冷媒循
環流路内を冷媒ヘリウムが循環して被冷却体を冷却する
ヘリウム循環冷却装置に関する。
接続された液体ヘリウム貯槽内に熱交換器が配設され、
該熱交換器と被冷却体の間を巡る循環閉ループの冷媒循
環流路内を冷媒ヘリウムが循環して被冷却体を冷却する
ヘリウム循環冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近時研究・開発が進められている核融合
炉や超伝導磁気エネルギー貯蔵装置（Super Conducting
Magnet Energe Storge：ＳＭＥＳ）等に用いられる超
伝導コイルでは、その冷却に超臨界圧又は液体ヘリウム
を循環させて強制冷却するヘリウム循環冷却装置の利用
が考えられている。
炉や超伝導磁気エネルギー貯蔵装置（Super Conducting
Magnet Energe Storge：ＳＭＥＳ）等に用いられる超
伝導コイルでは、その冷却に超臨界圧又は液体ヘリウム
を循環させて強制冷却するヘリウム循環冷却装置の利用
が考えられている。
【０００３】ヘリウム循環冷却装置は、図８に概念図を
示すように、ヘリウム冷凍機１２と戻りガス管路１３及
び液送り管路１４を介して接続された液体ヘリウム貯槽
１１の内部に熱交換器２０Ａ，２０Ｂが配設され、該熱
交換器２０Ａ，２０Ｂと被冷却体２（磁気コイル等）の
間を巡る循環閉ループの超臨界圧ヘリウム循環流路２０
が形成されると共に、この超臨界圧ヘリウム循環流路２
０に液体ヘリウムポンプ２０Ｃが介設されて構成されて
おり、超臨界圧ヘリウム循環流路２０の内部を冷媒とし
ての超臨界圧ヘリウムが循環し、被冷却体２の熱を超臨
界圧ヘリウムが顕熱として搬送して液体ヘリウム貯槽１
１内の液体ヘリウム１１Ｂとの間で熱交換を行い、液体
ヘリウム貯槽１１ではその内部の液体ヘリウム１１Ｂが
気化する潜熱でこれを吸収するようになっている。ま
た、ガス化したヘリウムは戻りガス管路１３を介してヘ
リウム冷凍機１２に送られ、該ヘリウム冷凍機１２によ
って冷却液化されて、液送り管路１４を介して液体ヘリ
ウム貯槽１１に戻される。尚、図中１５は戻りガス管路
１３に介設された排気ポンプ，１６は気液分離器であ
る。
示すように、ヘリウム冷凍機１２と戻りガス管路１３及
び液送り管路１４を介して接続された液体ヘリウム貯槽
１１の内部に熱交換器２０Ａ，２０Ｂが配設され、該熱
交換器２０Ａ，２０Ｂと被冷却体２（磁気コイル等）の
間を巡る循環閉ループの超臨界圧ヘリウム循環流路２０
が形成されると共に、この超臨界圧ヘリウム循環流路２
０に液体ヘリウムポンプ２０Ｃが介設されて構成されて
おり、超臨界圧ヘリウム循環流路２０の内部を冷媒とし
ての超臨界圧ヘリウムが循環し、被冷却体２の熱を超臨
界圧ヘリウムが顕熱として搬送して液体ヘリウム貯槽１
１内の液体ヘリウム１１Ｂとの間で熱交換を行い、液体
ヘリウム貯槽１１ではその内部の液体ヘリウム１１Ｂが
気化する潜熱でこれを吸収するようになっている。ま
た、ガス化したヘリウムは戻りガス管路１３を介してヘ
リウム冷凍機１２に送られ、該ヘリウム冷凍機１２によ
って冷却液化されて、液送り管路１４を介して液体ヘリ
ウム貯槽１１に戻される。尚、図中１５は戻りガス管路
１３に介設された排気ポンプ，１６は気液分離器であ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、複数の被冷
却体を有するシステムになると、個々の被冷却体に対し
て個々に独立したヘリウム循環冷却装置を備えたのでは
無駄の多い不合理な構成となるため、一つの液体ヘリウ
ム貯槽に複数の冷媒循環流路を設けることが考えられ
る。
却体を有するシステムになると、個々の被冷却体に対し
て個々に独立したヘリウム循環冷却装置を備えたのでは
無駄の多い不合理な構成となるため、一つの液体ヘリウ
ム貯槽に複数の冷媒循環流路を設けることが考えられ
る。
【０００５】しかし、このように一つの液体ヘリウム貯
槽に複数の冷媒循環流路を設けた構成では、被冷却体の
熱出力に変動がある場合、各被冷却体の熱出力のピーク
が一致した状態を考慮して容量設定しなければならず、
大型化を余儀なくされるという問題がある。
槽に複数の冷媒循環流路を設けた構成では、被冷却体の
熱出力に変動がある場合、各被冷却体の熱出力のピーク
が一致した状態を考慮して容量設定しなければならず、
大型化を余儀なくされるという問題がある。
【０００６】即ち、図９（Ａ）に示すように、複数の被
冷却体の発熱が図中（Ａ），（Ｂ）に示すように同期し
ている場合には、（Ｃ）に示すように両者を合成して極
めて大きなピークが生ずるものである。
冷却体の発熱が図中（Ａ），（Ｂ）に示すように同期し
ている場合には、（Ｃ）に示すように両者を合成して極
めて大きなピークが生ずるものである。
【０００７】これにより、例えば複数の超伝導磁気コイ
ルを有する核融合炉の場合には、各磁気コイルからの発
熱はそれぞれ変化するため、各磁気コイルの発熱の位相
が一致するとヘリウム循環冷却装置に大きな熱負荷がか
かる。また、超伝導磁気エネルギー貯蔵装置の場合では
電力を取り出す際に交流損失によって発熱するため、複
数の超伝導磁気エネルギー貯蔵装置を一つのヘリウム循
環冷却装置によって冷却するシステムでは、電力を取り
出すタイミングが同期するとヘリウム循環冷却装置に大
きな熱負荷がかかる。
ルを有する核融合炉の場合には、各磁気コイルからの発
熱はそれぞれ変化するため、各磁気コイルの発熱の位相
が一致するとヘリウム循環冷却装置に大きな熱負荷がか
かる。また、超伝導磁気エネルギー貯蔵装置の場合では
電力を取り出す際に交流損失によって発熱するため、複
数の超伝導磁気エネルギー貯蔵装置を一つのヘリウム循
環冷却装置によって冷却するシステムでは、電力を取り
出すタイミングが同期するとヘリウム循環冷却装置に大
きな熱負荷がかかる。
【０００８】ヘリウム循環冷却装置に大きな熱負荷がか
かると、液体ヘリウム貯槽内で蒸発するヘリウムの量が
増大するため、それを液化して液体ヘリウム貯槽に戻す
ヘリウム冷凍機にそれに対応した大きな容量（液化能
力）が要求されることとなり、装置（ヘリウム冷凍機）
が大型化してコストも増大し、また、特殊な大負荷時を
想定したヘリウム冷凍機となるために通常時の運転効率
は低下するものである。
かると、液体ヘリウム貯槽内で蒸発するヘリウムの量が
増大するため、それを液化して液体ヘリウム貯槽に戻す
ヘリウム冷凍機にそれに対応した大きな容量（液化能
力）が要求されることとなり、装置（ヘリウム冷凍機）
が大型化してコストも増大し、また、特殊な大負荷時を
想定したヘリウム冷凍機となるために通常時の運転効率
は低下するものである。
【０００９】本発明は、上記解決課題に鑑みてなされた
ものであって、被冷却体の発熱の変動する複数の冷媒循
環流路を有するものであっても、各冷媒循環流路からの
熱入力を平準化して大きな熱負荷の作用を防ぎ、小型で
低コストに構成できると共に高い効率で運転可能なヘリ
ウム循環冷却装置を提供することを目的とする。
ものであって、被冷却体の発熱の変動する複数の冷媒循
環流路を有するものであっても、各冷媒循環流路からの
熱入力を平準化して大きな熱負荷の作用を防ぎ、小型で
低コストに構成できると共に高い効率で運転可能なヘリ
ウム循環冷却装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のヘリウム循環冷却装置は、ヘリウム冷凍機と接続さ
れた液体ヘリウム貯槽内に熱交換器が配設され、該熱交
換器と被冷却体の間を巡る循環閉ループの冷媒循環流路
内を冷媒ヘリウムが循環して前記被冷却体を冷却するヘ
リウム循環冷却装置であって、一基の前記液体ヘリウム
貯槽に、複数の被冷却体と対応する複数の冷媒循環流路
が設けられると共に、前記各冷媒循環流路は、熱入力位
相変位手段によってそれぞれの前記液体ヘリウム貯槽へ
の熱入力の位相が異なるように構成されていることを特
徴とする。
明のヘリウム循環冷却装置は、ヘリウム冷凍機と接続さ
れた液体ヘリウム貯槽内に熱交換器が配設され、該熱交
換器と被冷却体の間を巡る循環閉ループの冷媒循環流路
内を冷媒ヘリウムが循環して前記被冷却体を冷却するヘ
リウム循環冷却装置であって、一基の前記液体ヘリウム
貯槽に、複数の被冷却体と対応する複数の冷媒循環流路
が設けられると共に、前記各冷媒循環流路は、熱入力位
相変位手段によってそれぞれの前記液体ヘリウム貯槽へ
の熱入力の位相が異なるように構成されていることを特
徴とする。
【００１１】また、上記熱入力位相変位手段は、上記各
冷媒循環流路の流路長が異なることで構成されているこ
とを特徴とする。
冷媒循環流路の流路長が異なることで構成されているこ
とを特徴とする。
【００１２】また、上記熱入力位相変位手段は、上記各
冷媒循環流路と対応するそれぞれの被冷却体の熱出力を
伴う作動を制御することで構成されていることを特徴と
する。
冷媒循環流路と対応するそれぞれの被冷却体の熱出力を
伴う作動を制御することで構成されていることを特徴と
する。
【００１３】また、上記冷媒循環経路の上記ヘリウム貯
槽より上流側に、液体ヘリウムを密閉した容器内に熱交
換器が配設されて成るアキュムレーターが介設されて構
成されていることを特徴とする。
槽より上流側に、液体ヘリウムを密閉した容器内に熱交
換器が配設されて成るアキュムレーターが介設されて構
成されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。
の実施の形態について説明する。
【００１５】図１は本発明に係るヘリウム循環冷却装置
を用いるトカマク型核融合炉を概念的に示す図であり、
図２はその冷却系統の概念図である。
を用いるトカマク型核融合炉を概念的に示す図であり、
図２はその冷却系統の概念図である。
【００１６】トカマク型核融合炉１は、トーラス方向に
沿うトロイダル磁場１Ａとそれに平行なプラズマ電流の
作るポロイダル磁場１Ｂとで螺旋状の合成磁力線１Ｃを
形成し、プラズマ１Ｄを閉じこめる。超伝導コイルとし
ては、セントラルソレノイドコイル，トロイダル磁場コ
イル，ポロイダル磁場コイルがあるが、図はトロイダル
磁場コイル２（２Ａ，２Ｂ）をヘリウム循環冷却装置１
０によって冷却する例を示している。
沿うトロイダル磁場１Ａとそれに平行なプラズマ電流の
作るポロイダル磁場１Ｂとで螺旋状の合成磁力線１Ｃを
形成し、プラズマ１Ｄを閉じこめる。超伝導コイルとし
ては、セントラルソレノイドコイル，トロイダル磁場コ
イル，ポロイダル磁場コイルがあるが、図はトロイダル
磁場コイル２（２Ａ，２Ｂ）をヘリウム循環冷却装置１
０によって冷却する例を示している。
【００１７】トロイダル磁場コイル２等の超伝導コイル
は、核融合炉１の運転を行うと、交流損失発熱，摩擦発
熱，閣発熱により発熱するが、超伝導状態を維持するた
めに、通常、４．５〜６．０Ｋに保持する必要がある。
は、核融合炉１の運転を行うと、交流損失発熱，摩擦発
熱，閣発熱により発熱するが、超伝導状態を維持するた
めに、通常、４．５〜６．０Ｋに保持する必要がある。
【００１８】ヘリウム循環冷却装置１０は、液体ヘリウ
ム貯槽１１と、該液体ヘリウム貯槽１１に接続されたヘ
リウム冷凍機１２と、冷媒循環流路としての超臨界圧ヘ
リウム循環流路２０（２１，２２，２３）とにより構成
されている。
ム貯槽１１と、該液体ヘリウム貯槽１１に接続されたヘ
リウム冷凍機１２と、冷媒循環流路としての超臨界圧ヘ
リウム循環流路２０（２１，２２，２３）とにより構成
されている。
【００１９】液体ヘリウム貯槽１１は、容器１１Ａの内
部に超臨界圧ヘリウム循環流路２０の熱交換器２０Ａ，
２０Ｂが配設され、これら熱交換器２０Ａ，２０Ｂを浸
すように液体ヘリウム１１Ｂが充填されている。
部に超臨界圧ヘリウム循環流路２０の熱交換器２０Ａ，
２０Ｂが配設され、これら熱交換器２０Ａ，２０Ｂを浸
すように液体ヘリウム１１Ｂが充填されている。
【００２０】ヘリウム冷凍機１２は、詳細は図示しない
が、熱交換器，コンプレッサ，膨張タービン及びＪＴ弁
等から成り、液体ヘリウム貯槽１１から戻りガス管路１
３を介して供給されるヘリウムガスを冷却液化して液送
り管路１４を介して液体ヘリウム貯槽１１に戻すもので
ある。尚、図中１５は戻りガス管路１３に介設された排
気ポンプ，１６は気液分離器である。
が、熱交換器，コンプレッサ，膨張タービン及びＪＴ弁
等から成り、液体ヘリウム貯槽１１から戻りガス管路１
３を介して供給されるヘリウムガスを冷却液化して液送
り管路１４を介して液体ヘリウム貯槽１１に戻すもので
ある。尚、図中１５は戻りガス管路１３に介設された排
気ポンプ，１６は気液分離器である。
【００２１】超臨界圧ヘリウム循環流路２０は、被冷却
体であるトロイダルコイル２と液体ヘリウム貯槽１１内
に設けられた熱交換器２０Ａ，２０Ｂの間を巡る循環閉
ループ状に形成されると共に、熱交換器２０Ａ，２０Ｂ
の間に液体ヘリウムポンプ２０Ｃが介設され、この液体
ヘリウムポンプ２０Ｃによって内部の液体ヘリウムを循
環駆動するようになっている。この超臨界圧ヘリウム循
環流路２０は、各トロイダルコイル２（２Ａ，２Ｂ，２
Ｃ）に対応してそれぞれ設けられている。即ち、一つの
液体ヘリウム貯槽１１に複数の超臨界圧ヘリウム循環流
路２０（２１，２２，２３）が設けられて構成されてい
るものである。
体であるトロイダルコイル２と液体ヘリウム貯槽１１内
に設けられた熱交換器２０Ａ，２０Ｂの間を巡る循環閉
ループ状に形成されると共に、熱交換器２０Ａ，２０Ｂ
の間に液体ヘリウムポンプ２０Ｃが介設され、この液体
ヘリウムポンプ２０Ｃによって内部の液体ヘリウムを循
環駆動するようになっている。この超臨界圧ヘリウム循
環流路２０は、各トロイダルコイル２（２Ａ，２Ｂ，２
Ｃ）に対応してそれぞれ設けられている。即ち、一つの
液体ヘリウム貯槽１１に複数の超臨界圧ヘリウム循環流
路２０（２１，２２，２３）が設けられて構成されてい
るものである。
【００２２】上記のごとく構成されたヘリウム循環冷却
装置１０では、液体ヘリウムポンプ２０Ｃの駆動によっ
て、超臨界圧ヘリウム循環流路２０内を超臨界圧ヘリウ
ムが循環駆動され、各トロイダルコイル２の発熱を超臨
界圧ヘリウムが顕熱として搬送し、熱交換器２０Ａ，２
０Ｂによって液体ヘリウム貯槽１１内の液体ヘリウム１
１Ｂとの間で熱交換を行い、液体ヘリウム貯槽１１では
その内部の液体ヘリウム１１Ｂが気化する潜熱でこの熱
を吸収する。これによってガス化したヘリウムは、ヘリ
ウム冷凍機１２によって冷却液化されて液体ヘリウム貯
槽１１に戻されるものである。
装置１０では、液体ヘリウムポンプ２０Ｃの駆動によっ
て、超臨界圧ヘリウム循環流路２０内を超臨界圧ヘリウ
ムが循環駆動され、各トロイダルコイル２の発熱を超臨
界圧ヘリウムが顕熱として搬送し、熱交換器２０Ａ，２
０Ｂによって液体ヘリウム貯槽１１内の液体ヘリウム１
１Ｂとの間で熱交換を行い、液体ヘリウム貯槽１１では
その内部の液体ヘリウム１１Ｂが気化する潜熱でこの熱
を吸収する。これによってガス化したヘリウムは、ヘリ
ウム冷凍機１２によって冷却液化されて液体ヘリウム貯
槽１１に戻されるものである。
【００２３】ここで、各超臨界圧ヘリウム循環流路２
１，２２，２３の、トロイダルコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃ
からヘリウム循環冷却装置１０（熱交換器２０Ａ，２０
Ｂ）までの流路長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、熱入力位相変位
手段としてそれぞれ異なるように構成されている。
１，２２，２３の、トロイダルコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃ
からヘリウム循環冷却装置１０（熱交換器２０Ａ，２０
Ｂ）までの流路長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、熱入力位相変位
手段としてそれぞれ異なるように構成されている。
【００２４】その流路長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の差は、超臨
界圧ヘリウム循環流路２０内の超臨界圧ヘリウムの流速
に基づいて、各トロイダルコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃの発
熱の位相が所定時間ずれてヘリウム循環冷却装置１０
（熱交換器２０Ａ，２０Ｂ）に到達するように設定され
ているものである。
界圧ヘリウム循環流路２０内の超臨界圧ヘリウムの流速
に基づいて、各トロイダルコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃの発
熱の位相が所定時間ずれてヘリウム循環冷却装置１０
（熱交換器２０Ａ，２０Ｂ）に到達するように設定され
ているものである。
【００２５】即ち、例えば、流量：１ｋｇ／ｓ，温度：
４．２Ｋ，圧力：６ｂａｒ，配管断面積：３００Ａとす
ると、流速が０．１０６ｍ／ｓとなり、この条件で６０
秒のずれを形成するためには流路長に６．４ｍの差を設
ければ良いものである。
４．２Ｋ，圧力：６ｂａｒ，配管断面積：３００Ａとす
ると、流速が０．１０６ｍ／ｓとなり、この条件で６０
秒のずれを形成するためには流路長に６．４ｍの差を設
ければ良いものである。
【００２６】これにより、各トロイダルコイル２Ａ，２
Ｂ，２Ｃが全く同期して発熱した場合にも、各超臨界圧
ヘリウム循環流路２１，２２，２３からのヘリウム循環
冷却装置１０への熱入力のピークの位相がずれる。つま
り、図３に例示するように、被冷却体（トロイダルコイ
ル）Ａ，Ｂからのヘリウム循環冷却装置１０への熱入力
のピークの位相がずれ、両者を合成した熱入力Ｃは平均
化された起伏の少ないものとなる。
Ｂ，２Ｃが全く同期して発熱した場合にも、各超臨界圧
ヘリウム循環流路２１，２２，２３からのヘリウム循環
冷却装置１０への熱入力のピークの位相がずれる。つま
り、図３に例示するように、被冷却体（トロイダルコイ
ル）Ａ，Ｂからのヘリウム循環冷却装置１０への熱入力
のピークの位相がずれ、両者を合成した熱入力Ｃは平均
化された起伏の少ないものとなる。
【００２７】従って、各超臨界圧ヘリウム循環流路２
１，２２，２３からのヘリウム循環冷却装置１０への熱
入力のピークが一致することによる熱負荷の増大によっ
て液体ヘリウム貯槽１１内で蒸発するヘリウムの量が増
加するためにヘリウム冷凍機１２にそれに対応した大き
な容量（液化能力）が要求されることはない。このた
め、ヘリウム冷凍機１２が大型化することによるコスト
の増大や、特殊な大負荷時を想定した高容量のヘリウム
冷凍機１２を通常時に低い効率で運転することを防ぐこ
とができるものである。
１，２２，２３からのヘリウム循環冷却装置１０への熱
入力のピークが一致することによる熱負荷の増大によっ
て液体ヘリウム貯槽１１内で蒸発するヘリウムの量が増
加するためにヘリウム冷凍機１２にそれに対応した大き
な容量（液化能力）が要求されることはない。このた
め、ヘリウム冷凍機１２が大型化することによるコスト
の増大や、特殊な大負荷時を想定した高容量のヘリウム
冷凍機１２を通常時に低い効率で運転することを防ぐこ
とができるものである。
【００２８】図４は、上記構成のヘリウム循環冷却装置
１０に対し、アキュムレーター３０を追加して更に熱負
荷を平準化し得る構成のヘリウム循環冷却装置１０′を
備えた冷却系統の概念図を示す。尚、図中上記構成例と
同機能の部位には同符号を付して説明は省略する。
１０に対し、アキュムレーター３０を追加して更に熱負
荷を平準化し得る構成のヘリウム循環冷却装置１０′を
備えた冷却系統の概念図を示す。尚、図中上記構成例と
同機能の部位には同符号を付して説明は省略する。
【００２９】アキュムレーター３０は、密閉容器３１内
に各超臨界圧ヘリウム循環流路２０の熱交換器２０Ｄが
配設されると共に液体ヘリウム３２が封入・密閉されて
構成されており、各熱交換器２０Ｄは各臨界圧ヘリウム
循環流路２０（２１，２２，２３）の液体ヘリウム貯槽
１１（熱交換器２０Ａ）より上流側に介設されるように
なっている。
に各超臨界圧ヘリウム循環流路２０の熱交換器２０Ｄが
配設されると共に液体ヘリウム３２が封入・密閉されて
構成されており、各熱交換器２０Ｄは各臨界圧ヘリウム
循環流路２０（２１，２２，２３）の液体ヘリウム貯槽
１１（熱交換器２０Ａ）より上流側に介設されるように
なっている。
【００３０】このようなアキュムレーター３０を介する
ことにより、超臨界圧ヘリウム循環流路２０を介した熱
入力（温度変化）を収斂することができる。
ことにより、超臨界圧ヘリウム循環流路２０を介した熱
入力（温度変化）を収斂することができる。
【００３１】即ち、圧力：０．６Ｐａ，流量：１．０ｋ
ｇ／ｓで循環する超臨界圧ヘリウムのアキュムレーター
３０への入口部温度が、図５に示すように、温度：４．
３Ｋから６．０Ｋに３０秒で上昇し、６．０Ｋから４．
３Ｋに３０秒で下降し、１０秒間４．３Ｋを保持すると
した場合、出口部温度変化は、図６に示すように収斂す
る。図は、容量の異なる三種類（０．５ｍ３，１ｍ３，
５ｍ３）のアキュムレーター３０における出口部温度変
化を示しており、アキュムレーター３０の容量に依存し
て収斂することが解る。
ｇ／ｓで循環する超臨界圧ヘリウムのアキュムレーター
３０への入口部温度が、図５に示すように、温度：４．
３Ｋから６．０Ｋに３０秒で上昇し、６．０Ｋから４．
３Ｋに３０秒で下降し、１０秒間４．３Ｋを保持すると
した場合、出口部温度変化は、図６に示すように収斂す
る。図は、容量の異なる三種類（０．５ｍ３，１ｍ３，
５ｍ３）のアキュムレーター３０における出口部温度変
化を示しており、アキュムレーター３０の容量に依存し
て収斂することが解る。
【００３２】このアキュムレーター３０による熱入力の
収斂作用と、各臨界圧ヘリウム循環流路２０（２１，２
２，２３）のトロイダルコイル２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）
から当該アキュムレーター３０に至る流路長Ｌ１，Ｌ
２，Ｌ３の違いによる熱入力の位相のずれによって、全
体としての熱入力がより一層平準化され、ヘリウム冷凍
機１２の小型・低コスト化と、高効率で安定した運転が
可能となるものである。
収斂作用と、各臨界圧ヘリウム循環流路２０（２１，２
２，２３）のトロイダルコイル２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）
から当該アキュムレーター３０に至る流路長Ｌ１，Ｌ
２，Ｌ３の違いによる熱入力の位相のずれによって、全
体としての熱入力がより一層平準化され、ヘリウム冷凍
機１２の小型・低コスト化と、高効率で安定した運転が
可能となるものである。
【００３３】尚、上記構成例では、トロイダルコイル２
（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）からヘリウム循環冷却装置１０
（熱交換器２０Ａ）までの流路長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３をそ
れぞれ異ならせることで同期した熱出力の位相をずら
し、これを熱入力位相変位手段としたものであるが、熱
入力位相変位手段はこれに限るものではない。
（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）からヘリウム循環冷却装置１０
（熱交換器２０Ａ）までの流路長Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３をそ
れぞれ異ならせることで同期した熱出力の位相をずら
し、これを熱入力位相変位手段としたものであるが、熱
入力位相変位手段はこれに限るものではない。
【００３４】即ち、例えば、図７に概念平面図を示すよ
うに、複数の超伝導磁気エネルギー貯蔵装置５０（５
１，５２，５３）を一つのヘリウム循環冷却装置１０″
によって冷却する構成では、超伝導磁気エネルギー貯蔵
装置５０（５１，５２，５３）の電力の入出力を制御す
る制御装置６０が各超伝導磁気エネルギー貯蔵装置５
１，５２，５３からの電力の取り出しのタイミングをず
らし、これを熱入力位相変位手段としても良いものであ
る。
うに、複数の超伝導磁気エネルギー貯蔵装置５０（５
１，５２，５３）を一つのヘリウム循環冷却装置１０″
によって冷却する構成では、超伝導磁気エネルギー貯蔵
装置５０（５１，５２，５３）の電力の入出力を制御す
る制御装置６０が各超伝導磁気エネルギー貯蔵装置５
１，５２，５３からの電力の取り出しのタイミングをず
らし、これを熱入力位相変位手段としても良いものであ
る。
【００３５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によるヘリウ
ム循環冷却装置によれば、一基の液体ヘリウム貯槽に、
複数の被冷却体と対応する複数の冷媒循環流路が設けら
れると共に、各冷媒循環流路は、熱入力位相変位手段に
よってそれぞれの液体ヘリウム貯槽への熱入力の位相が
異なるように構成されていることにより、各冷媒循環流
路からヘリウム循環冷却装置への熱入力のピークの位相
がずれ、熱入力のピークが一致することによる熱負荷の
増大に起因したヘリウム冷凍機の液化能力の大容量化は
必要なくなる。このため、ヘリウム冷凍機が大型化する
ことによるコストの増大や、特殊な大負荷時を想定した
高容量のヘリウム冷凍機として通常時に低い運転効率と
なることを防ぐことができるものである。
ム循環冷却装置によれば、一基の液体ヘリウム貯槽に、
複数の被冷却体と対応する複数の冷媒循環流路が設けら
れると共に、各冷媒循環流路は、熱入力位相変位手段に
よってそれぞれの液体ヘリウム貯槽への熱入力の位相が
異なるように構成されていることにより、各冷媒循環流
路からヘリウム循環冷却装置への熱入力のピークの位相
がずれ、熱入力のピークが一致することによる熱負荷の
増大に起因したヘリウム冷凍機の液化能力の大容量化は
必要なくなる。このため、ヘリウム冷凍機が大型化する
ことによるコストの増大や、特殊な大負荷時を想定した
高容量のヘリウム冷凍機として通常時に低い運転効率と
なることを防ぐことができるものである。
【００３６】また、熱入力位相変位手段は、各冷媒循環
流路の流路長が異なることで構成されていることによ
り、複数の被冷却体から熱が同期して出力されるシステ
ムでは、簡単な構成でヘリウム循環冷却装置への熱入力
のピークの位相をずらすことができ、ヘリウム冷凍機が
大型化することによるコストの増大や、特殊な大負荷時
を想定した高容量のヘリウム冷凍機として通常時に低い
運転効率となることを防ぐことができる。
流路の流路長が異なることで構成されていることによ
り、複数の被冷却体から熱が同期して出力されるシステ
ムでは、簡単な構成でヘリウム循環冷却装置への熱入力
のピークの位相をずらすことができ、ヘリウム冷凍機が
大型化することによるコストの増大や、特殊な大負荷時
を想定した高容量のヘリウム冷凍機として通常時に低い
運転効率となることを防ぐことができる。
【００３７】また、熱入力位相変位手段は、各冷媒循環
流路と対応するそれぞれの被冷却体の熱出力を伴う作動
を制御することで構成されていることにより、簡単な制
御によってヘリウム循環冷却装置への熱入力のピークの
位相をずらすことができ、ヘリウム冷凍機が大型化する
ことによるコストの増大や、特殊な大負荷時を想定した
高容量のヘリウム冷凍機として通常時に低い運転効率と
なることを防ぐことができる。
流路と対応するそれぞれの被冷却体の熱出力を伴う作動
を制御することで構成されていることにより、簡単な制
御によってヘリウム循環冷却装置への熱入力のピークの
位相をずらすことができ、ヘリウム冷凍機が大型化する
ことによるコストの増大や、特殊な大負荷時を想定した
高容量のヘリウム冷凍機として通常時に低い運転効率と
なることを防ぐことができる。
【００３８】また、各冷媒循環経路のヘリウム貯槽より
上流側に、液体ヘリウムを密閉した容器内に熱交換器が
配設されて成るアキュムレーターが介設されて構成され
ていることにより、アキュムレーターによる熱入力の収
斂作用が加わって全体としての熱入力がより一層平準化
され、ヘリウム冷凍機の小型・低コスト化と、高効率で
安定した運転が可能となるものである。
上流側に、液体ヘリウムを密閉した容器内に熱交換器が
配設されて成るアキュムレーターが介設されて構成され
ていることにより、アキュムレーターによる熱入力の収
斂作用が加わって全体としての熱入力がより一層平準化
され、ヘリウム冷凍機の小型・低コスト化と、高効率で
安定した運転が可能となるものである。
【図１】本発明に係るヘリウム循環冷却装置を用いるト
カマク型核融合炉を概念的に示す図である。
カマク型核融合炉を概念的に示す図である。
【図２】その冷却系統の概念図である。
【図３】熱入力のピークの位相がずれた合成熱入力を示
す図である。
す図である。
【図４】アキュムレーターを有するヘリウム循環冷却装
置を備えた冷却系統の概念図である。
置を備えた冷却系統の概念図である。
【図５】超臨界圧ヘリウムのアキュムレーターへの入口
部温度変化を示す図である。
部温度変化を示す図である。
【図６】アキュムレーターの出口部温度変化を示す図で
ある。
ある。
【図７】他の熱入力位相変位手段を適用した複数の超伝
導磁気エネルギー貯蔵装置を一つのヘリウム循環冷却装
置によって冷却する概念構成図である。
導磁気エネルギー貯蔵装置を一つのヘリウム循環冷却装
置によって冷却する概念構成図である。
【図８】従来例としてのヘリウム循環冷却装置の概念構
成図である。
成図である。
【図９】複数の被冷却体の発熱の位相が一致した状態に
おけるヘリウム循環冷却装置への熱入力を示す説明図で
ある。
おけるヘリウム循環冷却装置への熱入力を示す説明図で
ある。
２ トロイダルコイル（被冷却体） １０ ヘリウム循環冷却装置 １１ 液体ヘリウム貯槽 １２ ヘリウム冷凍機 ２０ 超臨界圧ヘリウム循環流路（冷媒循環流路） ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 熱交換器 ３０ アキュムレーター ３１ 容器 ３２ 液体ヘリウム ５０（５１，５２，５３） 超伝導磁気エネルギー貯蔵
装置（被冷却体） ６０ 制御装置（熱入力位相変位手段） Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ 流路長（熱入力位相変位手段）
装置（被冷却体） ６０ 制御装置（熱入力位相変位手段） Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ 流路長（熱入力位相変位手段）
Claims (4)
- 【請求項１】 ヘリウム冷凍機と接続された液体ヘリウ
ム貯槽内に熱交換器が配設され、該熱交換器と被冷却体
の間を巡る循環閉ループの冷媒循環流路内を冷媒ヘリウ
ムが循環して前記被冷却体を冷却するヘリウム循環冷却
装置であって、 一基の前記液体ヘリウム貯槽に、複数の被冷却体と対応
する複数の冷媒循環流路が設けられると共に、前記各冷
媒循環流路は、熱入力位相変位手段によってそれぞれの
前記液体ヘリウム貯槽への熱入力の位相が異なるように
構成されていることを特徴とするヘリウム循環冷却装
置。 - 【請求項２】 上記熱入力位相変位手段は、上記各冷媒
循環流路の流路長が異なることで構成されていることを
特徴とする請求項１に記載のヘリウム循環冷却装置。 - 【請求項３】 上記熱入力位相変位手段は、上記各冷媒
循環流路と対応するそれぞれの被冷却体の熱出力を伴う
作動を制御することで構成されていることを特徴とする
請求項１に記載のヘリウム循環冷却装置。 - 【請求項４】 上記各冷媒循環経路の上記ヘリウム貯槽
より上流側に、液体ヘリウムを密閉した容器内に熱交換
器が配設されて成るアキュムレーターが介設されて構成
されていることを特徴とする請求項１，２又は３に記載
のヘリウム循環冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18734999A JP4547731B2 (ja) | 1999-07-01 | 1999-07-01 | ヘリウム循環冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18734999A JP4547731B2 (ja) | 1999-07-01 | 1999-07-01 | ヘリウム循環冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001015323A true JP2001015323A (ja) | 2001-01-19 |
| JP4547731B2 JP4547731B2 (ja) | 2010-09-22 |
Family
ID=16204447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18734999A Expired - Fee Related JP4547731B2 (ja) | 1999-07-01 | 1999-07-01 | ヘリウム循環冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4547731B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003337200A (ja) * | 2002-05-17 | 2003-11-28 | Natl Inst Of Radiological Sciences | 極低温クラスタ／スラッシュガスターゲットの製造方法とその装置 |
| EP2465815A1 (en) | 2010-12-17 | 2012-06-20 | O-Ken Water Corporation | Water server employing improved mechanism for exchanging water bottle |
| CN114551025A (zh) * | 2022-01-29 | 2022-05-27 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种提供液氦迫流冷却工质的装置 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6123306A (ja) * | 1984-07-12 | 1986-01-31 | Hitachi Ltd | 超電導コイルの冷却装置 |
| JPS62113408A (ja) * | 1985-11-13 | 1987-05-25 | Hitachi Ltd | 強制循環冷却超電導マグネツト |
| JPH01150306A (ja) * | 1987-12-08 | 1989-06-13 | Toshiba Corp | 超電導マグネット |
| JPH0330403A (ja) * | 1989-06-28 | 1991-02-08 | Toshiba Corp | 超電導マグネット装置 |
| JPH0474401A (ja) * | 1990-07-17 | 1992-03-09 | Toshiba Corp | 超電導磁石 |
| JPH0886551A (ja) * | 1994-07-19 | 1996-04-02 | Nippondenso Co Ltd | 沸騰冷却装置 |
| JPH1154318A (ja) * | 1997-07-31 | 1999-02-26 | Toshiba Corp | 超電導マグネットの冷却装置 |
-
1999
- 1999-07-01 JP JP18734999A patent/JP4547731B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6123306A (ja) * | 1984-07-12 | 1986-01-31 | Hitachi Ltd | 超電導コイルの冷却装置 |
| JPS62113408A (ja) * | 1985-11-13 | 1987-05-25 | Hitachi Ltd | 強制循環冷却超電導マグネツト |
| JPH01150306A (ja) * | 1987-12-08 | 1989-06-13 | Toshiba Corp | 超電導マグネット |
| JPH0330403A (ja) * | 1989-06-28 | 1991-02-08 | Toshiba Corp | 超電導マグネット装置 |
| JPH0474401A (ja) * | 1990-07-17 | 1992-03-09 | Toshiba Corp | 超電導磁石 |
| JPH0886551A (ja) * | 1994-07-19 | 1996-04-02 | Nippondenso Co Ltd | 沸騰冷却装置 |
| JPH1154318A (ja) * | 1997-07-31 | 1999-02-26 | Toshiba Corp | 超電導マグネットの冷却装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003337200A (ja) * | 2002-05-17 | 2003-11-28 | Natl Inst Of Radiological Sciences | 極低温クラスタ／スラッシュガスターゲットの製造方法とその装置 |
| EP2465815A1 (en) | 2010-12-17 | 2012-06-20 | O-Ken Water Corporation | Water server employing improved mechanism for exchanging water bottle |
| CN114551025A (zh) * | 2022-01-29 | 2022-05-27 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种提供液氦迫流冷却工质的装置 |
| CN114551025B (zh) * | 2022-01-29 | 2024-01-30 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种提供液氦迫流冷却工质的装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4547731B2 (ja) | 2010-09-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101861500B (zh) | 极低温冷冻装置及其控制方法 | |
| CN105324601B (zh) | 用冷却回路中的过冷液体冷却耗能器的装置 | |
| JP6769850B2 (ja) | ボイルオフガスの液化システム | |
| CN114111082A (zh) | 一种基于gm制冷机的过冷液氮循环系统 | |
| US20240125431A1 (en) | Device for Providing Liquid Helium Forced Flow Cooling Fluid | |
| US6679066B1 (en) | Cryogenic cooling system for superconductive electric machines | |
| US7935450B2 (en) | Method for operation of an energy system, as well as an energy system | |
| JP4547731B2 (ja) | ヘリウム循環冷却装置 | |
| KR102560157B1 (ko) | 냉열을 이용하여 열원을 관리하기 위한 시스템 및 방법 | |
| KR20230052850A (ko) | 냉열을 이용하여 열원을 관리하기 위한 시스템 및 방법 | |
| US10690014B2 (en) | Cooling module, supercritical fluid power generation system including the same, and supercritical fluid supply method using the same | |
| JP2001066029A (ja) | 極低温冷却システム | |
| CN116130841A (zh) | 一种储能热管理系统及方法 | |
| Esmaeili et al. | Modeling and exergy analysis of an integrated cryogenic refrigeration system and superconducting magnetic energy storage | |
| Green | Cooling the MICE magnets using small cryogenic coolers | |
| JP2841955B2 (ja) | 超臨界ヘリウム冷却装置およびその運転方法 | |
| CN101105358B (zh) | 用于冷却的装置 | |
| JP3725305B2 (ja) | 超電導マグネットの冷却装置 | |
| Hoa et al. | EU DEMO cryogenic system and cryo-distribution: pre-conceptual design for an optimal cooling of the superconducting magnets and the thermal shields | |
| CN116379636B (zh) | 一种紧凑式低温磁制冷装置 | |
| KR102533384B1 (ko) | 다중목적 열적에너지 저장 및 방출 시스템 | |
| JP3113990B2 (ja) | ヘリウム液化冷凍装置及びその運転方法 | |
| CN116379637B (zh) | 一种双回热式低温磁制冷装置 | |
| CN116379705B (zh) | 一种磁制冷氢液化装置 | |
| JP2001280774A (ja) | 電気機器の冷却システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060628 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090206 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090224 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090421 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091104 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091224 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100615 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100628 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130716 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |