JP2001108320A - Cryostatic refrigerator - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、極低温冷凍装置に
関し、特に、不純物対策に係るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cryogenic refrigeration system, and more particularly to a countermeasure against impurities.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、極低温冷凍装置には、特公平
６―８４８５４号公報に開示されているように、ＪＴ冷
凍機と予冷冷凍機とを組み合わせたものがある。この予
冷冷凍機にはＧＭ冷凍機が用いられている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a cryogenic refrigeration system, there is a cryogenic refrigeration system in which a JT refrigerator and a pre-cooling refrigerator are combined as disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-84854. A GM refrigerator is used as the precooling refrigerator.
【０００３】上記ＪＴ冷凍機は、圧縮機からの高圧ヘリ
ウムガスをＪＴ弁でジュールトムソン膨張させている。In the above JT refrigerator, high-pressure helium gas from a compressor is expanded by Joule-Thomson by a JT valve.
【０００４】一方、上記予冷冷凍機は、圧縮機からの高
圧ヘリウムガスをディスプレーサの往復動により膨張さ
せて極低温を発生させている。この予冷冷凍機は、ジュ
ールトムソン膨張する前のＪＴ冷凍機のヘリウムガスを
予冷している。On the other hand, the pre-cooling refrigerator generates cryogenic temperature by expanding high-pressure helium gas from a compressor by reciprocating a displacer. This pre-cooling refrigerator pre-cools the helium gas of the JT refrigerator before Joule Thomson expansion.
【０００５】そして、上記ＪＴ冷凍機は、ＪＴ弁におけ
るヘリウムガスの膨張によって約４Ｋの極低温レベルの
寒冷を発生させる。[0005] The JT refrigerator generates a cryogenic temperature of about 4K due to the expansion of helium gas in the JT valve.
【０００６】具体的に、図５に基づいて極低温冷凍装置
を説明する。この図５は極低温冷凍装置の要部を示して
いる。該極低温冷凍装置は、圧縮機ユニット（ａ）と冷
凍機ユニット（ｂ）とを備えている。ＪＴ冷凍機のＪＴ
回路（ｃ）は、圧縮機ユニット（ａ）から冷凍機ユニッ
ト（ｂ）に亘って配管されている。そして、該ＪＴ回路
（ｃ）は、高圧ライン（ｄ）と低圧ライン（ｅ）とを備
えている。[0006] The cryogenic refrigeration system will be specifically described with reference to FIG. FIG. 5 shows a main part of the cryogenic refrigerator. The cryogenic refrigerator includes a compressor unit (a) and a refrigerator unit (b). JT of JT refrigerator
The circuit (c) is piped from the compressor unit (a) to the refrigerator unit (b). The JT circuit (c) has a high voltage line (d) and a low voltage line (e).
【０００７】上記高圧ライン（ｄ）は、冷凍機ユニット
（ｂ）において、第１熱交換器（ｆ）と第１予冷部
（ｇ）と第２熱交換器（ｈ）と第２予冷部（ｉ）と第３
熱交換器（ｊ）とＪＴ弁（ｋ）とを順に接続し、ヘリウ
ムタンク（ｍ）に接続されている。また、上記低圧ライ
ン（ｅ）は、ヘリウムタンク（ｍ）から第３熱交換器
（ｊ）と第２熱交換器（ｈ）と第１熱交換器（ｆ）とを
順に接続している。The high-pressure line (d) is connected to the first heat exchanger (f), the first precooling section (g), the second heat exchanger (h), and the second precooling section (f) in the refrigerator unit (b). i) and third
The heat exchanger (j) and the JT valve (k) are connected in order and are connected to a helium tank (m). The low-pressure line (e) connects the third heat exchanger (j), the second heat exchanger (h), and the first heat exchanger (f) in order from the helium tank (m).
【０００８】一方、上記第１予冷部（ｇ）及び第２予冷
部（ｉ）は予冷冷凍機の予冷機（ｎ）における第１ヒー
トステイション（ｐ）及び第２ヒートステイション
（ｑ）に配置されている。On the other hand, the first pre-cooling section (g) and the second pre-cooling section (i) correspond to the first heat station (p) and the second heat station (q) in the pre-cooler (n) of the pre-cooling refrigerator. Are located.
【０００９】したがって、上記高圧ライン（ｄ）を流れ
る高圧ヘリウムガスは、圧縮機ユニット（ａ）から、第
１熱交換器（ｆ）と第１予冷部（ｇ）と第２熱交換器
（ｈ）と第２予冷部（ｉ）と第３熱交換器（ｊ）とを順
に経て冷却される。その後、上記高圧ヘリウムガスは、
ＪＴ弁（ｋ）でジュールトムソン膨張し、約４Ｋの液状
態となり、ヘリウムタンク（ｍ）に供給される。Therefore, the high-pressure helium gas flowing through the high-pressure line (d) is supplied from the compressor unit (a) to the first heat exchanger (f), the first precooling section (g), and the second heat exchanger (h). ), The second pre-cooling section (i), and the third heat exchanger (j). Then, the high-pressure helium gas is
The Joule Thompson expands at the JT valve (k), becomes a liquid state of about 4K, and is supplied to the helium tank (m).
【００１０】このヘリウムタンク（ｍ）には超伝導コイ
ルが設けられている。そして、液体ヘリウムが超伝導コ
イルを極低温レベルまで冷却している。This helium tank (m) is provided with a superconducting coil. Liquid helium then cools the superconducting coil to cryogenic levels.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の極低温
冷凍装置において、ヘリウムガスに微少量の不純ガスや
水分などの不純物が混入する場合がある。この不純物が
ＪＴ回路（ｃ）に蓄積し、冷凍機ユニット（ｂ）におけ
るＪＴ回路（ｃ）が閉塞するという問題があった。In the above-mentioned conventional cryogenic refrigeration system, a small amount of impurities such as an impurity gas or moisture may be mixed into the helium gas. These impurities accumulate in the JT circuit (c), and there is a problem that the JT circuit (c) in the refrigerator unit (b) is blocked.
【００１２】このＪＴ回路（ｃ）の閉塞が生ずると、Ｊ
Ｔ回路（ｃ）を循環するヘリウムガスの流量が低下す
る。この結果、冷凍能力が低下する。When the JT circuit (c) is closed, J
The flow rate of the helium gas circulating in the T circuit (c) decreases. As a result, the refrigeration capacity decreases.
【００１３】従来の極低温冷凍装置は、上記閉塞に対し
て何らの対策も講じられていなかった。したがって、上
記閉塞を解消する場合、先ず、冷凍運転を停止し、配管
を取り外す。更に、図５のＸ点に示す高圧ライン（ｄ）
から冷凍機ユニット（ｂ）のＪＴ回路（ｃ）にヘリウム
ガスを供給する一方、ヘリウムタンク（ｍ）を大気に開
放する。上記ヘリウムガスの供給により、水分などの不
純物を除去していた（フラッシング）。The conventional cryogenic refrigeration system has not taken any measures against the blockage. Therefore, in order to eliminate the blockage, first, the refrigeration operation is stopped and the pipe is removed. Further, a high pressure line (d) shown at point X in FIG.
Supplies the helium gas to the JT circuit (c) of the refrigerator unit (b), while opening the helium tank (m) to the atmosphere. The supply of the helium gas removes impurities such as moisture (flushing).
【００１４】しかしながら、これでは、冷凍機ユニット
（ｂ）を常温まで昇温する必要がある。また、ヘリウム
タンク（ｍ）の液体ヘリウムがフラッシング用ガスによ
って蒸発するという問題があった。However, in this case, it is necessary to raise the temperature of the refrigerator unit (b) to normal temperature. Further, there is a problem that the liquid helium in the helium tank (m) is evaporated by the flushing gas.
【００１５】この結果、再び超伝導コイルを極低温レベ
ルまで冷却し、該超伝導コイルが機能するまでに長時間
を要するという問題があった。As a result, there has been a problem that it takes a long time for the superconducting coil to be cooled again to a very low temperature level and for the superconducting coil to function.
【００１６】本発明は、斯かる点に鑑みて成されたもの
で、不純物を除去する際、低温部の昇温を抑制すると同
時に、液体ヘリウムの蒸発を抑制することを目的とする
ものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to suppress the temperature rise of a low-temperature portion and to suppress the evaporation of liquid helium when removing impurities. .
【００１７】[0017]
【課題を解決するための手段】〈発明の概要〉本発明
は、ＪＴ冷凍機（20）の冷媒ガスを利用し、該冷媒ガス
を熱交換器（40）の高圧通路（41）に供給して不純物を
除去するようにしたものである。<Summary of the Invention> The present invention utilizes a refrigerant gas of a JT refrigerator (20) and supplies the refrigerant gas to a high-pressure passage (41) of a heat exchanger (40). To remove impurities.
【００１８】〈解決手段〉具体的に、図２に示すよう
に、本発明が講じた手段は、高圧冷媒ガスをジュールト
ムソン膨張させて極低温を発生させる一方、上記高圧冷
媒ガスと低圧冷媒ガスを熱交換させる複数の熱交換器
（40，50，60）が設けられたＪＴ冷凍機（20）と、該Ｊ
Ｔ冷凍機（20）の高圧冷媒ガスを予冷する予冷冷凍機
（30）とを備えている。そして、上記ＪＴ冷凍機（20）
の圧縮機（21，22）から吐出した冷媒ガスを少なくとも
１つの熱交換器（40）の高圧通路（41）に供給し、該高
圧通路（41）の不純物を除去するための供給通路（70）
が設けられている。<Solution> Specifically, as shown in FIG. 2, the means adopted by the present invention is to expand the high-pressure refrigerant gas by Joule-Thomson expansion to generate a very low temperature, Refrigerator (20) provided with a plurality of heat exchangers (40, 50, 60) for exchanging heat with
A precooling refrigerator (30) for precooling the high-pressure refrigerant gas of the T refrigerator (20). And the above JT refrigerator (20)
The refrigerant gas discharged from the compressors (21, 22) is supplied to a high-pressure passage (41) of at least one heat exchanger (40), and a supply passage (70) for removing impurities in the high-pressure passage (41). )
Is provided.
【００１９】また、上記供給通路（70）から熱交換器
（40）に供給される冷媒ガスを加熱する加熱手段（H1，
H2，H3）を設けるようにしてもよい。Further, heating means (H1, H2) for heating the refrigerant gas supplied from the supply passage (70) to the heat exchanger (40).
H2, H3) may be provided.
【００２０】また、上記供給通路（70）から熱交換器
（40）への冷媒ガスの供給時にＪＴ弁（25）を閉鎖する
弁制御手段（80）を設けるようにしてもよい。Further, a valve control means (80) for closing the JT valve (25) when the refrigerant gas is supplied from the supply passage (70) to the heat exchanger (40) may be provided.
【００２１】また、上記供給通路（70）は、冷媒ガスが
熱交換器（40）の高圧通路（41）を逆方向に流れるよう
に、ＪＴ冷凍機（20）の圧縮機の吐出側と、熱交換器
（40）の出口側との間に接続されていてもよい。その
際、ＪＴ冷凍機（20）には、上記供給通路（70）から熱
交換器（40）を流れた冷媒ガスを圧縮機（21，22）の吸
込側に戻すための戻し通路（71）が設けられる。The supply passage (70) is connected to the discharge side of the compressor of the JT refrigerator (20) so that the refrigerant gas flows in the reverse direction through the high pressure passage (41) of the heat exchanger (40). It may be connected between the outlet side of the heat exchanger (40). At this time, a return passage (71) for returning the refrigerant gas flowing from the supply passage (70) through the heat exchanger (40) to the suction side of the compressor (21, 22) is provided in the JT refrigerator (20). Is provided.
【００２２】また、上記戻し通路（71）には、吸着器
（72）が設けられていてもよい。Further, an adsorber (72) may be provided in the return passage (71).
【００２３】また、上記ＪＴ冷凍機（20）には、供給通
路（70）の流出側接続端より下流側に吸着器（73）が設
けられていてもよい。Further, the JT refrigerator (20) may be provided with an adsorber (73) on the downstream side of the outlet connection end of the supply passage (70).
【００２４】すなわち、本発明では、冷却運転時におい
て、熱交換器（40）の高圧通路（41）が不純物により閉
塞すると、閉塞解消運転が行われる。この場合、例え
ば、ＪＴ弁（25）を全閉にし、加熱手段（H1，H2，H3）
を加熱動作させる。That is, in the present invention, when the high-pressure passage (41) of the heat exchanger (40) is blocked by impurities during the cooling operation, the blockage elimination operation is performed. In this case, for example, the JT valve (25) is fully closed, and the heating means (H1, H2, H3)
Is operated for heating.
【００２５】この状態において、圧縮機（21，22）で圧
縮された冷媒ガスが供給通路（70）を流れ、熱交換器
（40）の高圧通路（41）に供給される。In this state, the refrigerant gas compressed by the compressors (21, 22) flows through the supply passage (70) and is supplied to the high-pressure passage (41) of the heat exchanger (40).
【００２６】その際、ＪＴ弁（25）が閉じているので、
上記冷媒ガスは、熱交換器（40）の高圧通路（41）を逆
流し、例えば、戻し配管（71）を流れる。その後、上記
冷媒ガスは、圧縮機（21，22）に戻り、この循環を繰り
返す。At this time, since the JT valve (25) is closed,
The refrigerant gas flows backward through the high-pressure passage (41) of the heat exchanger (40), and flows through, for example, a return pipe (71). Thereafter, the refrigerant gas returns to the compressor (21, 22) and repeats this circulation.
【００２７】この閉塞解消運転時において、加熱手段
（H1，H2，H3）が加熱動作しているので、冷媒ガスが加
熱される。したがって、上記不純物が水分で、熱交換器
（40）で凍結して付着している場合、加熱された冷媒ガ
スによって融解される。つまり、上記冷媒ガスの噴出流
と加熱とによって不純物が熱交換器（40）から除去され
る。During the blockage elimination operation, since the heating means (H1, H2, H3) is performing a heating operation, the refrigerant gas is heated. Therefore, when the impurities are water and are attached by being frozen in the heat exchanger (40), they are melted by the heated refrigerant gas. That is, impurities are removed from the heat exchanger (40) by the jet flow of the refrigerant gas and the heating.
【００２８】この融解した水分は、戻し配管（71）の吸
着器（72）によって除去される。また、上記冷媒ガスが
熱交換器（40）より下流側に流れ、該冷媒ガスに水分が
含まれている場合がある。その際、上記水分は、下流側
の吸着器（73）によって除去される。The molten water is removed by the adsorber (72) of the return pipe (71). Further, the refrigerant gas may flow downstream of the heat exchanger (40), and the refrigerant gas may contain moisture. At this time, the water is removed by the adsorber (73) on the downstream side.
【００２９】[0029]
【発明の効果】したがって、本発明によれば、ＪＴ冷凍
機（20）の圧縮機（21，22）から吐出した冷媒ガスを供
給配管（70）から熱交換器（40）の高圧通路（41）に供
給するようにしたために、該高圧通路（41）に付着した
不純物を確実に除去することができる。Thus, according to the present invention, the refrigerant gas discharged from the compressors (21, 22) of the JT refrigerator (20) is supplied from the supply pipe (70) to the high pressure passage (41) of the heat exchanger (40). ), The impurities attached to the high-pressure passage (41) can be reliably removed.
【００３０】特に、閉塞除去時にＪＴ弁（25）を閉鎖す
るようにすると、冷媒ガスが下流側のタンクに流れるこ
とがない。この結果、低温部が常温まで昇温することを
抑制することができる。更に、上記タンクの液冷媒の蒸
発を確実に防止することができる。In particular, when the JT valve (25) is closed when the blockage is removed, the refrigerant gas does not flow to the tank on the downstream side. As a result, it is possible to suppress the temperature of the low-temperature portion from rising to room temperature. Furthermore, the evaporation of the liquid refrigerant in the tank can be reliably prevented.
【００３１】この結果、例えば、再び超伝導コイルを極
低温レベルまで冷却し、該超伝導コイルが機能するまで
の時間を短縮することができる。As a result, for example, the superconducting coil can be cooled again to a cryogenic temperature level, and the time required for the superconducting coil to function can be shortened.
【００３２】また、加熱手段（H1，H2，H3）を設けるよ
うにすると、冷媒ガスを加熱して該冷媒ガスの温度を高
くすることができ、凍結した不純物を融解して確実に除
去することができる。When the heating means (H1, H2, H3) is provided, the temperature of the refrigerant gas can be raised by heating the refrigerant gas, and the frozen impurities can be thawed and reliably removed. Can be.
【００３３】また、戻し配管（71）に吸着器（72）を設
けるようにすると、不純物を確実に除去することがで
き、信頼性の向上を図ることができる。Further, if the adsorber (72) is provided in the return pipe (71), impurities can be reliably removed, and reliability can be improved.
【００３４】また、ＪＴ冷凍機（20）における供給通路
（70）の流出側接続端より下流側に吸着器（73）を設け
るようにすると、該下流側に流れようとする不純物を確
実に除去することができ、より信頼性の向上を図ること
ができる。Further, if the adsorber (73) is provided downstream of the connection end of the supply passage (70) in the JT refrigerator (20), impurities which are likely to flow downstream are surely removed. And reliability can be further improved.
【００３５】[0035]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００３６】図１及び図２に示すように、極低温冷凍装
置（10）は超電導コイルを極低温レベルにまで冷却する
冷凍装置である。つまり、該極低温冷凍装置（10）は、
ヘリウムを冷媒とし、液体ヘリウムを貯溜するヘリウム
タンク（11）を備えている。該ヘリウムタンク（11）に
は超電導磁石が収容され、液体ヘリウムが超電導磁石の
超電導コイルを臨界温度以下に冷却している。As shown in FIGS. 1 and 2, the cryogenic refrigeration system (10) is a refrigeration system for cooling a superconducting coil to a cryogenic level. That is, the cryogenic refrigeration system (10)
A helium tank (11) for storing liquid helium using helium as a refrigerant is provided. The helium tank (11) contains a superconducting magnet, and the liquid helium cools the superconducting coil of the superconducting magnet to a critical temperature or lower.
【００３７】上記極低温冷凍装置（10）は、ＪＴ冷凍機
（20）と予冷冷凍機（30）とより構成されている。該Ｊ
Ｔ冷凍機（20）のＪＴ回路（2A）と予冷冷凍機（30）の
予冷回路（3A）とは圧縮機ユニット（1A）と冷凍機ユニ
ット（1B）とに亘って構成されている。そして、上記Ｊ
Ｔ回路（2A）は、冷凍機ユニット（1B）に設けられる低
温部（2D）と、該低温部（2D）から圧縮機ユニット（1
A）に設けられるガス部（2G）とより構成されている。The cryogenic refrigerator (10) comprises a JT refrigerator (20) and a pre-cool refrigerator (30). The J
The JT circuit (2A) of the T refrigerator (20) and the precooling circuit (3A) of the precooling refrigerator (30) are configured to extend over the compressor unit (1A) and the refrigerator unit (1B). And the above J
The T circuit (2A) includes a low-temperature section (2D) provided in the refrigerator unit (1B) and a compressor unit (1D) from the low-temperature section (2D).
A) The gas section (2G) provided in (A).
【００３８】上記圧縮機ユニット（1A）は、ＪＴ回路
（2A）の圧縮機ユニットと、予冷回路（3A）の圧縮機ユ
ニットとを兼用している。The compressor unit (1A) serves both as a compressor unit of the JT circuit (2A) and a compressor unit of the pre-cooling circuit (3A).
【００３９】上記圧縮機ユニット（1A）には、ＪＴ回路
（2A）の低段側圧縮機（21）と高段側圧縮機（22）とが
設けられている。該低段側圧縮機（21）の吐出側は高段
側圧縮機（22）の吸込側に連結されている。そして、該
両圧縮機（21，22）はヘリウムガスを２段圧縮するよう
に構成されている。The compressor unit (1A) includes a low-stage compressor (21) and a high-stage compressor (22) of the JT circuit (2A). The discharge side of the low-stage compressor (21) is connected to the suction side of the high-stage compressor (22). The two compressors (21, 22) are configured to compress helium gas in two stages.
【００４０】上記高段側圧縮機（22）の吐出側には高圧
配管（23）が接続され、低段側圧縮機（21）の吸込側に
は低圧配管（24）が接続されている。上記高圧配管（2
3）には、高段側圧縮機（22）の吐出側から２つの油分
離器（2a，2b）と吸着器（2c）と開閉弁（V1）と流量制
御弁（V2）とが順に設けられている。A high-pressure pipe (23) is connected to the discharge side of the high-stage compressor (22), and a low-pressure pipe (24) is connected to the suction side of the low-stage compressor (21). The above high pressure piping (2
In 3), two oil separators (2a, 2b), an adsorber (2c), an on-off valve (V1), and a flow control valve (V2) are provided in order from the discharge side of the high-stage compressor (22). Have been.
【００４１】そして、上記ＪＴ回路（2A）のガス部（2
G）は、低段側圧縮機（21）及び高段側圧縮機（22）を
始め、高圧配管（23）及び低圧配管（24）などによって
構成されている。The gas portion (2) of the JT circuit (2A)
G) includes a low-stage compressor (21) and a high-stage compressor (22), as well as a high-pressure pipe (23) and a low-pressure pipe (24).
【００４２】上記高圧配管（23）には予冷回路（3A）の
予冷用高圧配管（31）が接続されている。該予冷用高圧
配管（31）は、吸着器（2c）と開閉弁（V1）の間の高圧
配管（23）から分岐されている。また、上記低段側圧縮
機（21）の吐出側と高段側圧縮機（22）の吸込側との間
には予冷回路（3A）の中間圧配管（32）が接続されてい
る。The high-pressure pipe (23) is connected to a pre-cooling high-pressure pipe (31) of the pre-cooling circuit (3A). The precooling high-pressure pipe (31) branches off from the high-pressure pipe (23) between the adsorber (2c) and the on-off valve (V1). An intermediate pressure pipe (32) of the pre-cooling circuit (3A) is connected between the discharge side of the low-stage compressor (21) and the suction side of the high-stage compressor (22).
【００４３】つまり、上記高段側圧縮機（22）が、ＪＴ
回路（2A）と予冷回路（3A）の圧縮機を兼用している。That is, the high-stage side compressor (22) is
The compressor of the circuit (2A) and the pre-cooling circuit (3A) are also used.
【００４４】上記低段側圧縮機（21）の吸込側には、バ
ッファタンク（12）がガス配管（13）を介して接続され
ている。該ガス配管（13）には低圧制御弁（V4）が設け
られると共に、回収配管（14）が接続されている。A buffer tank (12) is connected to the suction side of the low-stage compressor (21) via a gas pipe (13). The gas pipe (13) is provided with a low-pressure control valve (V4) and is connected to a recovery pipe (14).
【００４５】上記低圧制御弁（V4）は、低圧配管（24）
の低圧圧力が所定値以下に低下すると、自動的に開口す
る。この開口によってバッファタンク（12）のヘリウム
ガスが低段側圧縮機（21）に供給される。The low pressure control valve (V4) is connected to a low pressure pipe (24)
When the low-pressure pressure drops below a predetermined value, it opens automatically. The helium gas in the buffer tank (12) is supplied to the low-stage compressor (21) through this opening.
【００４６】上記回収配管（14）の一端は、高圧配管
（23）における吸着器（2c）と分岐部との間に接続さ
れ、他端がガス配管（13）に接続されている。該回収配
管（14）には高圧制御弁（V3）が設けられている。該高
圧制御弁（V3）は、高圧配管（23）の高圧圧力が所定値
以上に上昇すると、自動的に開口する。この開口によっ
て高圧ヘリウムガスがバッファタンク（12）に回収され
る。One end of the recovery pipe (14) is connected between the adsorber (2c) and the branch in the high-pressure pipe (23), and the other end is connected to the gas pipe (13). The collection pipe (14) is provided with a high-pressure control valve (V3). The high-pressure control valve (V3) opens automatically when the high-pressure in the high-pressure pipe (23) rises above a predetermined value. Through this opening, high-pressure helium gas is collected in the buffer tank (12).
【００４７】上記高圧配管（23）と予冷用高圧配管（3
1）と中間圧配管（32）と低圧配管（24）は、圧縮機ユ
ニット（1A）から冷凍機ユニット（1B）に延長されてい
る。The high pressure pipe (23) and the precooling high pressure pipe (3
1), the intermediate pressure pipe (32) and the low pressure pipe (24) extend from the compressor unit (1A) to the refrigerator unit (1B).
【００４８】上記冷凍機ユニット（1B）は、予冷回路
（3A）の予冷機（33）とＪＴ回路（2A）の低温部（2D）
とより構成されている。The refrigerator unit (1B) comprises a pre-cooler (33) of a pre-cooling circuit (3A) and a low-temperature section (2D) of a JT circuit (2A).
It is composed of
【００４９】上記予冷冷凍機（30）は、図２に示すよう
に、ＪＴ冷凍機（20）の冷媒であるヘリウムガスを予冷
するための冷凍機で、ヘリウムガスを圧縮及び膨張させ
ている。上記予冷機（33）は、図示しないが、ディスプ
レーサを備えている。該予冷機（33）は、ヘリウムガス
圧によりディスプレーサを往復動させるガス圧駆動型の
Ｇ−Ｍ（ギフォード・マクマホン）サイクルの膨張機で
ある。As shown in FIG. 2, the precooling refrigerator (30) is a refrigerator for precooling helium gas, which is a refrigerant of the JT refrigerator (20), and compresses and expands helium gas. Although not shown, the precooler (33) includes a displacer. The precooler (33) is a gas-pressure driven GM (Gifford McMahon) cycle expander that reciprocates a displacer by helium gas pressure.
【００５０】上記予冷機（33）は、モータヘッド（34）
と、該モータヘッド（34）に連結された２段構造のシリ
ンダ（35）とをを備えている。該モータヘッド（34）に
は、予冷用高圧配管（31）と中間圧配管（32）とが接続
されている。The precooler (33) includes a motor head (34)
And a two-stage cylinder (35) connected to the motor head (34). The motor head (34) is connected to a pre-cooling high pressure pipe (31) and an intermediate pressure pipe (32).
【００５１】上記シリンダ（35）の大径部の先端部が所
定の温度レベルに冷却保持される第１ヒートステーショ
ン（36）に形成されている。また、上記シリンダ（35）
の小径部の先端部が第１ヒートステーション（36）より
も低い温度レベルに冷却保持される第２ヒートステーシ
ョン（37）に形成されている。The leading end of the large diameter portion of the cylinder (35) is formed in a first heat station (36) which is cooled and held at a predetermined temperature level. The cylinder (35)
Is formed in a second heat station (37) that is cooled and held at a lower temperature level than the first heat station (36).
【００５２】上記予冷機（33）を詳述すると、次の通り
である。上記シリンダ（35）には、図示しないが、フリ
ータイプのディスプレーサ（置換器）が往復動可能に収
納されている。該各ディスプレーサは、各ヒートステー
ション（36，37）に対応する位置にそれぞれ膨張空間を
区画形成する。The precooler (33) will be described in detail as follows. Although not shown, a free type displacer (replacer) is housed in the cylinder (35) so as to be able to reciprocate. Each displacer defines an expansion space at a position corresponding to each heat station (36, 37).
【００５３】上記モータヘッド（34）には、ロータリバ
ルブと、該ロータリバルブを駆動するバルブモータとが
収容されている。該ロータリバルブは、予冷用高圧配管
（31）の高圧ヘリウムガスをシリンダ（35）の各膨張空
間に供給する切換え状態と、各膨張空間で膨張した低圧
ヘリウムガスを中間圧配管（32）に排出する切換え状態
とに切り換わる。The motor head (34) contains a rotary valve and a valve motor for driving the rotary valve. The rotary valve is in a switching state in which the high-pressure helium gas in the pre-cooling high-pressure pipe (31) is supplied to each expansion space of the cylinder (35), and the low-pressure helium gas expanded in each expansion space is discharged to the intermediate pressure pipe (32). To the switching state.
【００５４】上記モータヘッド（34）には、シリンダ
（35）の膨張空間にオリフィスを介して連通する中間圧
室が設けられている。該中間圧室と膨張空間との間に
は、ロータリバルブの切り換わりによって圧力差が生じ
る。ディスプレーサが上記圧力差によって往復駆動す
る。The motor head (34) is provided with an intermediate pressure chamber communicating with the expansion space of the cylinder (35) via an orifice. A pressure difference is generated between the intermediate pressure chamber and the expansion space by switching of the rotary valve. The displacer is reciprocated by the pressure difference.
【００５５】そして、上記高圧ヘリウムガスがロータリ
バルブの開閉によってシリンダ（35）の各膨張空間でサ
イモン膨張する。このヘリウムガスの膨張によって極低
温レベルの寒冷が発生する。この寒冷を第１ヒートステ
ーション（36）及び第２ヒートステーション（37）に保
持する。該第１ヒートステーション（36）及び第２ヒー
トステーション（37）の寒冷が、ＪＴ冷凍機（20）の高
圧ヘリウムガスを予冷する。Then, the high-pressure helium gas expands Simon in each expansion space of the cylinder (35) by opening and closing the rotary valve. The expansion of the helium gas causes cryogenic cooling. This cold is held in the first heat station (36) and the second heat station (37). The cooling of the first heat station (36) and the second heat station (37) pre-cools the high-pressure helium gas of the JT refrigerator (20).
【００５６】一方、上記ＪＴ回路（2A）は、約４Ｋレベ
ルの寒冷を発生させるためにヘリウムガスをジュールト
ムソン膨張させている。該ＪＴ回路（2A）の低温部（2
D）は冷凍機ユニット（1B）に配置された第１熱交換器
（40）と第２熱交換器（50）と第３熱交換器（60）とＪ
Ｔ弁（25）とを備えている。On the other hand, in the JT circuit (2A), helium gas is expanded by Joule-Thomson in order to generate cold of about 4K level. The low-temperature section (2
D) is a first heat exchanger (40), a second heat exchanger (50), a third heat exchanger (60), and J arranged in the refrigerator unit (1B).
A T-valve (25).
【００５７】該各熱交換器（40，50，60）は、１次側で
ある高圧ヘリウムガスと２次側である低圧ヘリウムガス
とを互いに熱交換させている。Each of the heat exchangers (40, 50, 60) exchanges heat between the high-pressure helium gas on the primary side and the low-pressure helium gas on the secondary side.
【００５８】上記第１熱交換器（40）の高圧通路（41）
の入口側は高圧配管（23）に接続されている。また、上
記第１熱交換器（40）の高圧通路（41）の出口側と第２
熱交換器（50）の高圧通路（41）の入口側とは冷媒配管
（26）を介して第１予冷部（27）に接続されている。該
第１予冷部（27）は、予冷機（33）の第１ヒートステー
ション（36）の外周に配置されている。The high-pressure passage (41) of the first heat exchanger (40)
Is connected to a high-pressure pipe (23). Further, the outlet side of the high-pressure passage (41) of the first heat exchanger (40) is
The inlet side of the high-pressure passage (41) of the heat exchanger (50) is connected to the first pre-cooling section (27) via a refrigerant pipe (26). The first precooling section (27) is arranged on the outer periphery of the first heat station (36) of the precooler (33).
【００５９】上記第２熱交換器（50）の高圧通路（51）
の出口側と第３熱交換器（60）の高圧通路（51）の入口
側とは冷媒配管（26）を介して第２予冷部（28）に接続
されている。該第２予冷部（28）は、予冷機（33）の第
２ヒートステーション（37）の外周に配置されている。The high-pressure passage (51) of the second heat exchanger (50)
The outlet side of the third heat exchanger (60) and the inlet side of the high pressure passage (51) of the third heat exchanger (60) are connected to a second precooling section (28) via a refrigerant pipe (26). The second precooling section (28) is arranged on the outer periphery of the second heat station (37) of the precooler (33).
【００６０】上記第３熱交換器（60）の高圧通路（61）
の出口側は、冷媒配管（26）によってＪＴ弁（25）を経
てヘリウムタンク（11）に接続されている。該ＪＴ弁
（25）には、弁開度を調節する操作ロッド（2d）が連結
されている。The high-pressure passage (61) of the third heat exchanger (60)
Is connected to a helium tank (11) via a JT valve (25) by a refrigerant pipe (26). An operation rod (2d) for adjusting the valve opening is connected to the JT valve (25).
【００６１】上記高段側圧縮機（22）から高圧配管（2
3）と各熱交換器（40，50，60）と各予冷部（27，28）
とＪＴ弁（25）を経てヘリウムタンク（11）に至るライ
ンが高圧ライン（2H）となる。The high-pressure side compressor (22)
3) and each heat exchanger (40, 50, 60) and each pre-cooling section (27, 28)
And the line leading to the helium tank (11) through the JT valve (25) becomes a high-pressure line (2H).
【００６２】上記第３熱交換器（60）の低圧通路（62）
と第２熱交換器（50）の低圧通路（52）と第１熱交換器
（40）の低圧通路（42）とは順に冷媒配管（26）によっ
て接続されている。そして、上記第３熱交換器（60）の
低圧通路（62）がヘリウムタンク（11）に接続され、上
記第１熱交換器（40）の低圧通路（42）が低圧配管（2
4）に接続されている。The low-pressure passage (62) of the third heat exchanger (60)
The low pressure passage (52) of the second heat exchanger (50) and the low pressure passage (42) of the first heat exchanger (40) are connected in order by a refrigerant pipe (26). The low pressure passage (62) of the third heat exchanger (60) is connected to the helium tank (11), and the low pressure passage (42) of the first heat exchanger (40) is connected to the low pressure pipe (2).
4) Connected to.
【００６３】上記ヘリウムタンク（11）から各熱交換器
（40，50，60）と低圧配管（24）を経て低段側圧縮機
（21）に至るラインが低圧ライン（2L）となる。The line from the helium tank (11) to the low-stage compressor (21) via each heat exchanger (40, 50, 60) and the low-pressure pipe (24) is a low-pressure line (2L).
【００６４】つまり、上記高段側圧縮機（22）から吐出
した高圧ヘリウムガスは、各熱交換器（40，50，60）に
おいて、圧縮機ユニット（1A）に戻る低温の低圧ヘリウ
ムガスと熱交換する。同時に、上記高圧ヘリウムガス
は、各予冷部（27，28）でそれぞれ予冷機（33）の第１
ヒートステーション（36）及び第２ヒートステーション
（37）で冷却（予冷）される。その後、上記高圧ヘリウ
ムガスは、ＪＴ弁（25）でジュールトムソン膨張して約
４Ｋの液状態のヘリウムになる。この液体ヘリウムがヘ
リウムタンク（11）に供給される。That is, the high-pressure helium gas discharged from the high-stage compressor (22) is converted into a low-temperature low-pressure helium gas returning to the compressor unit (1A) in each of the heat exchangers (40, 50, 60). Exchange. At the same time, the high-pressure helium gas is supplied to the first pre-cooler (33) in each pre-cooling section (27, 28).
It is cooled (pre-cooled) in the heat station (36) and the second heat station (37). Thereafter, the high-pressure helium gas is expanded by Joule-Thomson by the JT valve (25) to become helium in a liquid state of about 4K. This liquid helium is supplied to the helium tank (11).
【００６５】一方、上記ヘリウムタンク（11）で蒸発し
たヘリウムガスは低圧ライン（2L）を流れ、各熱交換器
（40，50，60）を通り、圧縮機ユニット（1A）の低段側
圧縮機（21）に戻る。On the other hand, the helium gas evaporated in the helium tank (11) flows through the low-pressure line (2 L), passes through each heat exchanger (40, 50, 60), and is compressed at the low stage side of the compressor unit (1A). Return to the machine (21).
【００６６】ここで、上記各熱交換器（40，50，60）の
構造を説明する。尚、上記各熱交換器（40，50，60）の
構造は同じである。したがって、第１熱交換器（40）を
例に図３に基づいて説明する。Here, the structure of each of the above heat exchangers (40, 50, 60) will be described. The structures of the heat exchangers (40, 50, 60) are the same. Therefore, the first heat exchanger (40) will be described with reference to FIG. 3 as an example.
【００６７】上記第１熱交換器（40）は、チューブ（4
3）と該チューブ（43）に収納されたマンドレル（44）
及び高圧管（45）とを備えている。該高圧管（45）はフ
ィン付きの配管であり、マンドレル（44）の外周に螺旋
状に巻き付けられている。該高圧管（45）の内部は、高
圧ヘリウムガスが流れる高圧通路（41）となる。The first heat exchanger (40) includes a tube (4
3) and the mandrel (44) stored in the tube (43)
And a high-pressure pipe (45). The high-pressure pipe (45) is a pipe with fins, and is spirally wound around the outer circumference of the mandrel (44). The inside of the high-pressure pipe (45) becomes a high-pressure passage (41) through which high-pressure helium gas flows.
【００６８】一方、上記チューブ（43）とマンドレル
（44）の間は、低圧ヘリウムガスが流れる低圧通路（4
2）となる。そして、上記高圧ヘリウムガスと低圧ヘリ
ウムガスとが高圧管（45）を介して熱交換する。On the other hand, between the tube (43) and the mandrel (44), a low-pressure passage (4) through which low-pressure helium gas flows.
2) Then, the high-pressure helium gas and the low-pressure helium gas exchange heat via the high-pressure pipe (45).
【００６９】一方、上記ＪＴ回路（2A）には、ヘリウム
ガスの供給配管（70）と戻し配管（71）が設けられてい
る。該供給配管（70）は、第１熱交換器（40）の高圧通
路（41）に生じた不純物を除去するために該高圧通路
（41）にヘリウムガスを供給する供給通路である。On the other hand, the JT circuit (2A) is provided with a helium gas supply pipe (70) and a return pipe (71). The supply pipe (70) is a supply passage that supplies helium gas to the high-pressure passage (41) to remove impurities generated in the high-pressure passage (41) of the first heat exchanger (40).
【００７０】上記供給配管（70）の一端は、圧縮機ユニ
ット（1A）における高圧配管（23）に接続されている。
また、上記供給配管（70）の他端は、第１熱交換器（4
0）の高圧通路（41）の出口側と第１予冷部（27）の間
の冷媒配管（26）に接続されている。つまり、上記供給
配管（70）は、ヘリウムガスが第１熱交換器（40）の高
圧通路（41）を逆流するように該ヘリウムガスを高圧通
路（41）に供給する。One end of the supply pipe (70) is connected to a high pressure pipe (23) in the compressor unit (1A).
The other end of the supply pipe (70) is connected to the first heat exchanger (4).
0) is connected to the refrigerant pipe (26) between the outlet side of the high-pressure passage (41) and the first precooling section (27). That is, the supply pipe (70) supplies the helium gas to the high-pressure passage (41) such that the helium gas flows backward through the high-pressure passage (41) of the first heat exchanger (40).
【００７１】上記戻し配管（71）は、第１熱交換器（4
0）の高圧通路（41）を流れたヘリウムガスを低段側圧
縮機（21）に戻す戻し通路である。上記戻し配管（71）
の一端は、高圧配管（23）における供給配管（70）の接
続部と第１熱交換器（40）との間に接続されている。ま
た、上記戻し通路の他端は、圧縮機ユニット（1A）にお
ける低圧配管（24）に接続されている。The return pipe (71) is connected to the first heat exchanger (4).
This is a return passage for returning the helium gas flowing through the high-pressure passage (41) to the low-stage compressor (21). Return piping (71)
Is connected between the connection of the supply pipe (70) in the high-pressure pipe (23) and the first heat exchanger (40). The other end of the return passage is connected to a low-pressure pipe (24) in the compressor unit (1A).
【００７２】上記供給配管（70）には、第１閉鎖弁（V
6）が設けられると共に、ヒータ（H1）が設けられてい
る。また、上記第１熱交換器（40）の高圧通路（41）の
出口側における冷媒配管（26）にはヒータ（H2）が設け
られ、更に、上記第１熱交換器（40）のチューブ（43）
の外側にはヒータ（H3）が設けられている。上記各ヒー
タ（H1，H2，H3）は、ヘリウムガスを加熱する加熱手段
である。The supply pipe (70) has a first shut-off valve (V
6) and a heater (H1). Further, a heater (H2) is provided in the refrigerant pipe (26) on the outlet side of the high pressure passage (41) of the first heat exchanger (40). 43)
A heater (H3) is provided outside the box. Each of the heaters (H1, H2, H3) is heating means for heating the helium gas.
【００７３】つまり、上記不純物は、水分である場合が
多く、凍結して第１熱交換器（40）の高圧管（45）に付
着する。したがって、上記ヒータ（H1，H2，H3）は、こ
の不純物を除去するために、第１熱交換器（40）に供給
するヘリウムガスを加熱すると共に、第１熱交換器（4
0）を加熱する。この加熱によって凍結した不純物を融
解する。この不純物は、ヘリウムガスと共に第１熱交換
器（40）より排出される。That is, the impurities are often water, and are frozen and adhere to the high-pressure pipe (45) of the first heat exchanger (40). Therefore, the heaters (H1, H2, H3) heat the helium gas supplied to the first heat exchanger (40) and remove the first heat exchanger (4
Heat 0). This heating melts the frozen impurities. These impurities are discharged from the first heat exchanger (40) together with the helium gas.
【００７４】上記戻し配管（71）には、第２閉鎖弁（V
7）と吸着器（72）が設けられている。また、上記第１
予冷部（27）と第２熱交換器（50）の高圧通路（51）の
入口側との間の冷媒配管（26）には吸着器（73）が設け
られている。該吸着器（72，73）は、ヘリウムガスに混
入している水分を吸着して除去するものである。The return pipe (71) has a second closing valve (V
7) and an adsorber (72) are provided. In addition, the first
An adsorber (73) is provided in the refrigerant pipe (26) between the precooling section (27) and the inlet side of the high-pressure passage (51) of the second heat exchanger (50). The adsorbers (72, 73) adsorb and remove water mixed in the helium gas.
【００７５】特に、上記戻し配管（71）の吸着器（72）
は、第１熱交換器（40）の高圧通路（41）を流れたヘリ
ウムガスに含まれている水分を除去する。一方、上記第
２熱交換器（50）の入口側の吸着器（73）は、供給配管
（70）から第２熱交換器（50）に流れるヘリウムガスに
含まれている水分を除去する。In particular, the adsorber (72) of the return pipe (71)
Removes moisture contained in the helium gas flowing through the high pressure passage (41) of the first heat exchanger (40). On the other hand, the adsorber (73) on the inlet side of the second heat exchanger (50) removes water contained in the helium gas flowing from the supply pipe (70) to the second heat exchanger (50).
【００７６】また、上記供給配管（70）には、第１熱交
換器（40）へ向かうヘリウムガスの流れのみを許容する
逆止弁（74）が設けられている。つまり、該逆止弁（7
4）は、ヘリウムガスが通常の冷却運転時に供給配管（7
0）に流れ込まないようにしている。The supply pipe (70) is provided with a check valve (74) that allows only the flow of the helium gas toward the first heat exchanger (40). That is, the check valve (7
4) The helium gas supply pipe (7
0).
【００７７】上記圧縮機ユニット（1A）における高圧配
管（23）には、供給配管（70）の接続部と戻し配管（7
1）の接続部との間に第３閉鎖弁（V8）が設けられてい
る。また、上記圧縮機ユニット（1A）における低圧配管
（24）には、戻し配管（71）の接続部と第１熱交換器
（40）との間に第４閉鎖弁（V9）が設けられている。The high pressure pipe (23) of the compressor unit (1A) has a connection part of the supply pipe (70) and a return pipe (7).
A third shut-off valve (V8) is provided between the connection portion 1). In the low pressure pipe (24) of the compressor unit (1A), a fourth closing valve (V9) is provided between the connection part of the return pipe (71) and the first heat exchanger (40). I have.
【００７８】尚、上記予冷用高圧配管（31）と中間圧配
管（32）との間には、バイパス配管（75）が設けられて
いる。該バイパス配管（75）には差圧弁（76）が設けら
れている。該バイパス配管（75）は、不純物の除去時に
おいて、予冷機（33）のバルブモータを停止した際、予
冷機（33）に流れるヘリウムガスが中間圧配管（32）に
流れるようにしている。A bypass pipe (75) is provided between the pre-cooling high pressure pipe (31) and the intermediate pressure pipe (32). The bypass pipe (75) is provided with a differential pressure valve (76). The bypass pipe (75) allows the helium gas flowing through the precooler (33) to flow through the intermediate pressure pipe (32) when the valve motor of the precooler (33) is stopped during the removal of impurities.
【００７９】上記ＪＴ弁（25）は、コントローラ（80）
によって開度が制御されている。該コントローラ（80）
は、不純物の除去運転時にＪＴ弁（25）を閉鎖する弁制
御手段を構成している。The JT valve (25) is connected to the controller (80)
The opening degree is controlled by. The controller (80)
Constitutes valve control means for closing the JT valve (25) during the operation of removing impurities.
【００８０】〈作用〉次に、上述した極低温冷凍装置
（10）の冷却動作について説明する。<Operation> Next, the cooling operation of the cryogenic refrigeration system (10) will be described.
【００８１】基本的に、超電導磁石が作動する状態で
は、超電導コイルがヘリウムタンク（11）の液体ヘリウ
ムにより臨界温度以下に冷却保持される。また、上記ヘ
リウムタンク（11）で蒸発したヘリウムガスは、ＪＴ回
路（2A）を流れ、圧縮及び膨張により冷却されて液化す
る。この液体ヘリウムがヘリウムタンク（11）に供給さ
れる。この動作によって、所定量の液体ヘリウムがヘリ
ウムタンク（11）に溜まる。そして、この液体ヘリウム
が超電導コイルを臨界温度以下に安定して冷却する。Basically, when the superconducting magnet operates, the superconducting coil is cooled and kept below the critical temperature by the liquid helium in the helium tank (11). The helium gas evaporated in the helium tank (11) flows through the JT circuit (2A), and is cooled and liquefied by compression and expansion. This liquid helium is supplied to the helium tank (11). By this operation, a predetermined amount of liquid helium accumulates in the helium tank (11). This liquid helium stably cools the superconducting coil below the critical temperature.
【００８２】上記冷却運転をさらに詳しく説明する。こ
の場合、図２に示すように、第３閉鎖弁（V8）及び第４
閉鎖弁（V9）を開き、第１閉鎖弁（V6）及び第２閉鎖弁
（V7）を閉じる。また、ＪＴ弁（25）は所定開度に開口
している。一方、各ヒータ（H1，H2，H3）はオフし、予
冷機（33）のバルブモータは駆動している。The cooling operation will be described in more detail. In this case, as shown in FIG. 2, the third closing valve (V8) and the fourth closing valve (V8)
The closing valve (V9) is opened, and the first closing valve (V6) and the second closing valve (V7) are closed. The JT valve (25) is open at a predetermined opening. On the other hand, each heater (H1, H2, H3) is turned off, and the valve motor of the precooler (33) is driven.
【００８３】この状態において、圧縮機ユニット（1A）
の高段側圧縮機（22）から吐出した高圧ヘリウムガスの
一部が予冷用高圧配管（31）から予冷機（33）に流れ
る。該高圧ヘリウムガスは、予冷機（33）のシリンダ
（35）の各膨張空間で膨張する。この膨張により、ヘリ
ウムガスが温度降下する。そして、第１ヒートステーシ
ョン（36）が所定温度レベルに冷却される。また、第２
ヒートステーション（37）が第１ヒートステーション
（36）よりも低い温度レベルに冷却される。膨張したヘ
リウムガスは圧縮機ユニット（1A）に戻り、中間圧配管
（32）を流れて高段側圧縮機（22）に戻る。この循環動
作を繰り返す。In this state, the compressor unit (1A)
A part of the high-pressure helium gas discharged from the high-stage compressor (22) flows from the pre-cooling high-pressure pipe (31) to the pre-cooler (33). The high-pressure helium gas expands in each expansion space of the cylinder (35) of the precooler (33). Due to this expansion, the temperature of the helium gas drops. Then, the first heat station (36) is cooled to a predetermined temperature level. Also, the second
The heat station (37) is cooled to a lower temperature level than the first heat station (36). The expanded helium gas returns to the compressor unit (1A), flows through the intermediate pressure pipe (32), and returns to the high-stage compressor (22). This circulation operation is repeated.
【００８４】一方、上記圧縮機ユニット（1A）における
高段側圧縮機（22）から吐出された高圧ヘリウムガスの
残部は、ＪＴ高圧配管（23）を通り、ＪＴ回路（2A）の
低温部（2D）に流れる。この低温部（2D）において、上
記高圧ヘリウムガスは、第１熱交換器（40）の高圧通路
（41）を通る。その際、上記高圧ヘリウムガスは、圧縮
機ユニット（1A）へ戻る低圧通路（42）の低圧ヘリウム
ガスと熱交換して冷却される。例えば、上記高圧ヘリウ
ムガスは、第１熱交換器（40）において、常温３００Ｋ
から約５０Ｋまで冷却される。その後、上記高圧ヘリウ
ムガスは、第１予冷部（27）を流れ、予冷機（33）の第
１ヒートステーション（36）によって冷却される。尚、
上記第１熱交換器（40）を流れた高圧ヘリウムガスは、
供給配管（70）に逆止弁（74）が設けられているので、
該供給配管（70）に流れ込むことはない。On the other hand, the remainder of the high-pressure helium gas discharged from the high-stage compressor (22) in the compressor unit (1A) passes through the JT high-pressure pipe (23) and passes through the low-temperature section (2A) of the JT circuit (2A). 2D) flows. In the low-temperature section (2D), the high-pressure helium gas passes through the high-pressure passage (41) of the first heat exchanger (40). At this time, the high-pressure helium gas is cooled by heat exchange with the low-pressure helium gas in the low-pressure passage (42) returning to the compressor unit (1A). For example, the high-pressure helium gas is supplied to the first heat exchanger (40) at a normal temperature of 300K.
To about 50K. Thereafter, the high-pressure helium gas flows through the first precooling section (27) and is cooled by the first heat station (36) of the precooler (33). still,
The high-pressure helium gas flowing through the first heat exchanger (40) is
Since the supply pipe (70) is provided with a check valve (74),
It does not flow into the supply pipe (70).
【００８５】続いて、上記高圧ヘリウムガスは、第２熱
交換器（50）の高圧通路（51）を通る。その際、上記高
圧ヘリウムガスは、圧縮機ユニット（1A）へ戻る低圧通
路（52）の低圧ヘリウムガスと熱交換して冷却される。
例えば、上記高圧ヘリウムガスは、第２熱交換器（50）
において、約１５Ｋまで冷却される。その後、上記高圧
ヘリウムガスは、第２予冷部（28）を流れ、予冷機（3
3）の第２ヒートステーション（37）によって冷却され
る。Subsequently, the high-pressure helium gas passes through the high-pressure passage (51) of the second heat exchanger (50). At this time, the high-pressure helium gas is cooled by heat exchange with the low-pressure helium gas in the low-pressure passage (52) returning to the compressor unit (1A).
For example, the high-pressure helium gas is supplied to the second heat exchanger (50).
At about 15K. Thereafter, the high-pressure helium gas flows through the second pre-cooling section (28), and the pre-cooler (3
It is cooled by the second heat station (37) of 3).
【００８６】更に、上記高圧ヘリウムガスは、第３熱交
換器（60）の高圧通路（61）を通る。その際、上記高圧
ヘリウムガスは、圧縮機ユニット（1A）へ戻る低圧通路
（62）の低圧ヘリウムガスと熱交換して冷却される。Further, the high-pressure helium gas passes through the high-pressure passage (61) of the third heat exchanger (60). At this time, the high-pressure helium gas is cooled by heat exchange with the low-pressure helium gas in the low-pressure passage (62) returning to the compressor unit (1A).
【００８７】その後、上記高圧ヘリウムガスは、ＪＴ弁
（25）において、ジュールトムソン膨張し、約４Ｋの液
体ヘリウムとなる。この液体ヘリウムがヘリウムタンク
（11）に供給される。Thereafter, the high-pressure helium gas undergoes Joule-Thomson expansion at the JT valve (25) to become liquid helium of about 4K. This liquid helium is supplied to the helium tank (11).
【００８８】また、上記ヘリウムタンク（11）で蒸発し
た低圧ヘリウムガスは、第３熱交換器（60）の低圧通路
（62）を流れ、第２熱交換器（50）の低圧通路（52）及
び第１熱交換器（40）の低圧通路（42）を経由して低段
側圧縮機（21）に戻る。この循環動作を繰り返す。The low-pressure helium gas evaporated in the helium tank (11) flows through the low-pressure passage (62) of the third heat exchanger (60) and passes through the low-pressure passage (52) of the second heat exchanger (50). And it returns to the low stage side compressor (21) via the low pressure passage (42) of the first heat exchanger (40). This circulation operation is repeated.
【００８９】上記冷却運転時において、第１熱交換器
（40）の高圧通路（41）が不純物により閉塞すると、閉
塞解消運転が行われる。この場合、図４に示すように、
第３閉鎖弁（V8）及び第４閉鎖弁（V9）を閉じ、第１閉
鎖弁（V6）及び第２閉鎖弁（V7）を開ける。また、ＪＴ
弁（25）はコントローラ（80）により全閉になる。一
方、上記各ヒータ（H1，H2，H3）はオンし、予冷機（3
3）のバルブモータは停止する。During the cooling operation, if the high-pressure passage (41) of the first heat exchanger (40) is blocked by impurities, the blockage elimination operation is performed. In this case, as shown in FIG.
The third closing valve (V8) and the fourth closing valve (V9) are closed, and the first closing valve (V6) and the second closing valve (V7) are opened. Also, JT
The valve (25) is fully closed by the controller (80). On the other hand, the heaters (H1, H2, H3) are turned on, and the pre-cooler (3
3) The valve motor stops.
【００９０】この状態において、低段側圧縮機（21）及
び高段側圧縮機（22）で２段圧縮されたヘリウムガスが
高圧配管（23）から供給配管（70）を流れる。尚、上述
した冷却運転時に予冷機（33）に流れるヘリウムガス
は、バイパス配管（75）を流れて中間圧配管（32）に流
れる。In this state, the helium gas compressed in two stages by the low-stage compressor (21) and the high-stage compressor (22) flows from the high-pressure pipe (23) to the supply pipe (70). The helium gas flowing through the precooler (33) during the cooling operation flows through the bypass pipe (75) and flows into the intermediate pressure pipe (32).
【００９１】上記供給配管（70）を流れるヘリウムガス
は、冷凍機ユニット（1B）に流れ、第１熱交換器（40）
と第１予冷部（27）の間の冷媒配管（26）に流れる。The helium gas flowing through the supply pipe (70) flows to the refrigerator unit (1B), and the first heat exchanger (40)
And flows into the refrigerant pipe (26) between the first precooling section (27).
【００９２】その際、ＪＴ弁（25）が閉じているので、
上記ヘリウムガスは、第１熱交換器（40）の高圧通路
（41）を逆流し、圧縮機ユニット（1A）に戻り、高圧配
管（23）から戻し配管（71）を流れる。その後、上記ヘ
リウムガスは、低圧配管（24）を流れ、低段側圧縮機
（21）に戻る。この循環を繰り返す。At this time, since the JT valve (25) is closed,
The helium gas flows back through the high-pressure passage (41) of the first heat exchanger (40), returns to the compressor unit (1A), and flows from the high-pressure pipe (23) to the return pipe (71). Thereafter, the helium gas flows through the low-pressure pipe (24) and returns to the low-stage compressor (21). This cycle is repeated.
【００９３】上記閉塞解消運転時において、各ヒータ
（H1，H2，H3）がオンしているので、ヘリウムガスが加
熱される。したがって、上記不純物が水分で、第１熱交
換器（40）で凍結し、高圧管（45）に付着している場
合、加熱されたヘリウムガスによって融解する。つま
り、上記ヘリウムガスの噴出流と加熱とによって不純物
が第１熱交換器（40）から除去される。During the blockage elimination operation, the helium gas is heated since each heater (H1, H2, H3) is on. Therefore, when the impurities are water and are frozen in the first heat exchanger (40) and adhere to the high-pressure pipe (45), they are melted by the heated helium gas. That is, impurities are removed from the first heat exchanger (40) by the helium gas ejection flow and heating.
【００９４】この融解した水分は、戻し配管（71）の吸
着器（72）によって除去される。また、上記水分は、高
圧配管（23）の吸着器（2c）によっても除去される。The molten water is removed by the adsorber (72) of the return pipe (71). The water is also removed by the adsorber (2c) of the high-pressure pipe (23).
【００９５】尚、上記ヘリウムガスが第２熱交換器（5
0）に流れ、該ヘリウムガスに水分が含まれている場合
がある。その際、上記水分は、第２熱交換器（50）の入
口側の吸着器（73）によって除去される。The helium gas is supplied to the second heat exchanger (5
0), and the helium gas may contain moisture. At that time, the water is removed by the adsorber (73) on the inlet side of the second heat exchanger (50).
【００９６】〈実施形態の効果〉以上のように、本実施
形態によれば、高段側圧縮機（22）から吐出したヘリウ
ムガスを供給配管（70）から第１熱交換器（40）の高圧
通路（41）に供給するようにしたために、該高圧通路
（41）に付着した不純物を確実に除去することができ
る。<Effects of Embodiment> As described above, according to the present embodiment, the helium gas discharged from the high-stage compressor (22) is supplied from the supply pipe (70) to the first heat exchanger (40). Since the high-pressure passage (41) is supplied, impurities attached to the high-pressure passage (41) can be reliably removed.
【００９７】特に、閉塞除去時にＪＴ弁（25）を閉鎖す
るので、ヘリウムガスがヘリウムタンク（11）に流れる
ことがない。この結果、冷凍機ユニット（1B）が常温ま
で昇温することを抑制することができる。更に、ヘリウ
ムタンク（11）の液体ヘリウムの蒸発を確実に防止する
ことができる。In particular, the helium gas does not flow into the helium tank (11) because the JT valve (25) is closed when the blockage is removed. As a result, it is possible to suppress the temperature of the refrigerator unit (1B) from rising to room temperature. Further, evaporation of the liquid helium in the helium tank (11) can be reliably prevented.
【００９８】この結果、再び超伝導コイルを極低温レベ
ルまで冷却し、該超伝導コイルが機能するまでの時間を
短縮することができる。As a result, the time required for the superconducting coil to be cooled to the cryogenic level again and for the superconducting coil to function can be shortened.
【００９９】また、ヒータ（H1，H2，H3）を設けている
ので、ヘリウムガスの温度を高くすることができ、凍結
した不純物を融解して確実に除去することができる。Further, since the heaters (H1, H2, H3) are provided, the temperature of the helium gas can be increased, and the frozen impurities can be thawed and reliably removed.
【０１００】また、戻し配管（71）に吸着器（72）を設
けているので、不純物を確実に除去することができ、信
頼性の向上を図ることができる。Further, since the adsorber (72) is provided in the return pipe (71), impurities can be surely removed and reliability can be improved.
【０１０１】また、第２熱交換器（50）の手前に吸着器
（73）を設けているので、第２熱交換器（50）に流れよ
うとする不純物を確実に除去することができ、より信頼
性の向上を図ることができる。Further, since the adsorber (73) is provided in front of the second heat exchanger (50), impurities which are likely to flow into the second heat exchanger (50) can be reliably removed. Reliability can be further improved.
【０１０２】また、上記供給配管（70）に逆止弁（74）
を設けているので、通常の冷却運転時にヘリウムガスが
供給配管（70）に流れ込むことを防止することができ
る。この結果、入熱の増加を防止することができる。
尚、上記逆止弁（74）によって閉塞解消機能が損なわれ
ることはない。A check valve (74) is connected to the supply pipe (70).
The helium gas can be prevented from flowing into the supply pipe (70) during the normal cooling operation. As a result, an increase in heat input can be prevented.
The check valve (74) does not impair the blockage elimination function.
【０１０３】[0103]
【発明の他の実施の形態】上記実施形態においては、Ｊ
Ｔ回路（2A）と予冷回路（3A）とを設けるようにした
が、シールド冷凍回路を設けてもよい。つまり、上記予
冷機（33）やＪＴ回路（2A）の低温部（2D）を熱シール
ド板によって覆い、該熱シールド板をシールド冷凍回路
によって冷却する。Another embodiment of the present invention
Although the T circuit (2A) and the pre-cooling circuit (3A) are provided, a shield refrigeration circuit may be provided. That is, the low temperature section (2D) of the pre-cooler (33) and the JT circuit (2A) is covered with a heat shield plate, and the heat shield plate is cooled by a shield refrigeration circuit.
【０１０４】その際、上記シールド冷凍回路は予冷機
（33）と並列に接続されていてもよい。At this time, the shield refrigeration circuit may be connected in parallel with the precooler (33).
【０１０５】また、上記圧縮機ユニット（1A）は、ＪＴ
回路（2A）と予冷回路（3A）とに対応してそれぞれ別個
に設けてもよい。The compressor unit (1A) is a JT
The circuit (2A) and the pre-cooling circuit (3A) may be separately provided.
【０１０６】また、本実施形態は、第１熱交換器（40）
に不純物が付着することを前提としている。しかしなが
ら、本発明は、第２熱交換器（50）又は第３熱交換器
（60）に不純物が付着する場合にも適用することができ
る。つまり、供給通路（70）を第２熱交換器（50）又は
第３熱交換器（60）の下流側に接続するようにしてもよ
い。この場合、ヘリウムガスは、第２熱交換器（50）又
は第３熱交換器（60）から第１熱交換器（40）へ流れる
ことになる。In the present embodiment, the first heat exchanger (40)
It is assumed that impurities adhere to the surface. However, the present invention can also be applied to a case where impurities adhere to the second heat exchanger (50) or the third heat exchanger (60). That is, the supply passage (70) may be connected to the downstream side of the second heat exchanger (50) or the third heat exchanger (60). In this case, the helium gas flows from the second heat exchanger (50) or the third heat exchanger (60) to the first heat exchanger (40).
【０１０７】また、上記実施形態においては、ヒータ
（H1，H2，H3）を３つ設けるようにしたが、冷凍機ユニ
ット（1B）に１つのヒータ（H1，H2，H3）を設けるよう
にしてもよい。また、圧縮機ユニット（1A）に１つのヒ
ータ（H1，H2，H3）を設けるようにしてもよい。In the above embodiment, three heaters (H1, H2, H3) are provided. However, one heater (H1, H2, H3) is provided in the refrigerator unit (1B). Is also good. Further, one heater (H1, H2, H3) may be provided in the compressor unit (1A).
【０１０８】また、戻し配管（71）に吸着器（72）と、
第２熱交換器（50）の手前に吸着器（73）は、必ずしも
設ける必要はない。つまり、高圧配管（23）の吸着器
（2c）のみでもよい。An adsorber (72) is connected to the return pipe (71).
It is not always necessary to provide the adsorber (73) before the second heat exchanger (50). That is, only the adsorber (2c) of the high-pressure pipe (23) may be used.
【０１０９】また、閉塞解消時にＪＴ弁（25）を閉鎖す
るようにしたが、ＪＴ弁（25）とは別個に専用の閉鎖弁
を設けるようにしてもよい。Although the JT valve (25) is closed when the blockage is cleared, a dedicated closing valve may be provided separately from the JT valve (25).
【図１】本発明の実施形態を示す極低温冷凍装置の冷媒
回路図である。FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram of a cryogenic refrigeration apparatus showing an embodiment of the present invention.
【図２】極低温冷凍装置の低温側要部を示す冷媒回路図
である。FIG. 2 is a refrigerant circuit diagram showing a low temperature side main part of the cryogenic refrigeration apparatus.
【図３】第１熱交換器を示す縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a first heat exchanger.
【図４】閉塞解消時を示す極低温冷凍装置の低温側要部
の冷媒回路図である。FIG. 4 is a refrigerant circuit diagram of a main part on the low-temperature side of the cryogenic refrigeration apparatus showing the state when the blockage is eliminated.
【図５】従来の極低温冷凍装置の低温側要部を示す冷媒
回路図である。FIG. 5 is a refrigerant circuit diagram showing a low temperature side main part of a conventional cryogenic refrigeration apparatus.
10 極低温冷凍装置 11 ヘリウムタンク 20 ＪＴ冷凍機 21，22 圧縮機 25 ＪＴ弁 40，50，60 熱交換器 41，51，61 高圧通路 42，52，62 低圧通路 30 予冷冷凍機 33 予冷機 70 供給配管（供給通路） 71 戻し配管（戻し通路） 72，73 吸着器 H1，H2，H3 ヒータ（加熱手段） 10 Cryogenic refrigeration equipment 11 Helium tank 20 JT refrigerator 21, 22 Compressor 25 JT valve 40, 50, 60 Heat exchanger 41, 51, 61 High pressure passage 42, 52, 62 Low pressure passage 30 Pre-cooled refrigerator 33 Pre-cooler 70 Supply piping (supply passage) 71 Return piping (return passage) 72, 73 Adsorber H1, H2, H3 Heater (heating means)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 五十嵐 基仁 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 古澤 孝之 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 中尾 裕行 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 (72)発明者 山口 達也 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所内 (72)発明者 富岡 計次 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所内 (72)発明者 栗原 利行 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Motohito Igarashi 1-1-4 Meiji Station, Nakamura-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture Inside Tokai Railway Company (72) Inventor Takayuki Furusawa Meiji Station, Nakamura-ku, Nagoya City, Aichi Prefecture 1-4-1 Tokai Passenger Railway Co., Ltd. Inside Sakai Works Co., Ltd.
Claims (6)
せて極低温を発生させる一方、上記高圧冷媒ガスと低圧
冷媒ガスを熱交換させる複数の熱交換器（40，50，60）
が設けられたＪＴ冷凍機（20）と、該ＪＴ冷凍機（20）
の高圧冷媒ガスを予冷する予冷冷凍機（30）とを備えた
極低温冷凍装置において、 上記ＪＴ冷凍機（20）の圧縮機（21，22）から吐出した
冷媒ガスを少なくとも１つの熱交換器（40）の高圧通路
（41）に供給し、該高圧通路（41）の不純物を除去する
ための供給通路（70）が設けられている極低温冷凍装
置。A plurality of heat exchangers for exchanging heat between the high-pressure refrigerant gas and the low-pressure refrigerant gas while expanding the high-pressure refrigerant gas by Joule-Thomson expansion to generate a cryogenic temperature.
JT refrigerator (20) provided with
And a pre-cooling refrigerator (30) for pre-cooling the high-pressure refrigerant gas, wherein the refrigerant gas discharged from the compressors (21, 22) of the JT refrigerator (20) is converted into at least one heat exchanger. A cryogenic refrigeration system provided with a supply passage (70) for supplying to the high pressure passage (41) of the (40) and removing impurities in the high pressure passage (41).
スを加熱する加熱手段（H1，H2，H3）が設けられている
極低温冷凍装置。2. The cryogenic refrigeration system according to claim 1, further comprising heating means (H1, H2, H3) for heating the refrigerant gas supplied from the supply passage (70) to the heat exchanger (40).
時にＪＴ弁（25）を閉鎖する弁制御手段（80）が設けら
れている極低温冷凍装置。3. The cryogenic cooling system according to claim 1, further comprising valve control means (80) for closing the JT valve (25) when the refrigerant gas is supplied from the supply passage (70) to the heat exchanger (40). Refrigeration equipment.
路（41）を逆方向に流れるように、ＪＴ冷凍機（20）の
圧縮機の吐出側と、熱交換器（40）の出口側との間に接
続される一方、 ＪＴ冷凍機（20）には、上記供給通路（70）から熱交換
器（40）を流れた冷媒ガスを圧縮機（21，22）の吸込側
に戻すための戻し通路（71）が設けられている極低温冷
凍装置。4. The compressor of the JT refrigerator (20) according to claim 1, wherein the supply passage (70) is arranged so that the refrigerant gas flows in the reverse direction through the high pressure passage (41) of the heat exchanger (40). While connected between the discharge side and the outlet side of the heat exchanger (40), the JT refrigerator (20) receives the refrigerant gas flowing through the heat exchanger (40) from the supply passage (70). A cryogenic refrigeration system having a return passage (71) for returning to the suction side of the compressors (21, 22).
低温冷凍装置。5. The cryogenic refrigeration system according to claim 4, wherein an adsorber (72) is provided in the return passage (71).
より下流側に吸着器（73）が設けられている極低温冷凍
装置。6. The cryogenic refrigeration system according to claim 1, wherein the JT refrigerator (20) is provided with an adsorber (73) downstream of an outlet connection end of the supply passage (70).
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