JP2010196909A - Cryogenic cooling device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cryogenic cooling device shortening precooling time, reducing reduction of a cold storage amount or change of a coil temperature due to temperature change of gas, and capable of carrying out simplification of a configuration. <P>SOLUTION: A cooling reception object 1 is installed in a sealed container of an airtight structure. The cryogenic cooling device includes a low temperature gas container 2 holding low temperature pressure gas in the sealed container, a low temperature buffer 5 receiving supply of the pressure gas via cooling gas piping thermally contacting the cooling reception object from the low temperature gas container, a flow control 4 valve provided in the cooling gas piping and opening and closing a conduit, a compressor 9 pressurizing the gas held in the low temperature buffer to the atmospheric pressure or more, and a measuring means for measuring a change of state of the cooling reception object. In the low temperature gas container 2, a high pressure piping connection port A for connecting high pressure piping and a coil cooling piping connection port B for connecting coil cooling piping are formed on different faces of the gas container, and in the low temperature buffer, a low pressure gas piping port C for connecting low pressure gas piping and a coil cooling piping connection port D for connecting the coil cooling piping are formed on different faces of the low temperature buffer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は例えば単結晶引上げ装置、磁気分離装置等に適用される極低温冷却装置に関する。   The present invention relates to a cryogenic cooling device applied to, for example, a single crystal pulling device, a magnetic separation device, and the like.

近年、臨界温度が高い超電導材料を用いた高温超電導コイルが開発され、この高温超電導コイルを適用した超電導磁石が種々提案されている。超電導磁石は極低温に冷却して使用され、この冷却方式には液体ヘリウムで浸漬冷却する方式と、冷凍機で伝導冷却する方式とが採用されている。   In recent years, a high-temperature superconducting coil using a superconducting material having a high critical temperature has been developed, and various superconducting magnets using the high-temperature superconducting coil have been proposed. The superconducting magnet is used after being cooled to a very low temperature. For this cooling method, a method of immersion cooling with liquid helium and a method of conductive cooling with a refrigerator are employed.

一般的には、液体ヘリウム浸漬方式は大きい発熱がある装置および安定性が要求される装置等に適用され(例えば非特許文献1等参照)、伝導冷却方式は小型の超電導装置および熱負荷の少ない超電導磁石に適用される。   In general, the liquid helium immersion method is applied to a device that generates a large amount of heat and a device that requires stability (see, for example, Non-Patent Document 1), and the conduction cooling method is a small superconducting device and a small heat load. Applied to superconducting magnets.

高温超電導コイルは従来の金属系超電導コイルよりも高い温度で使用できるため、従来と異なる冷却方法が考えられる。特に、超電導エネルギ貯蔵装置(SMES)等の一時的に大きな発熱がある超電導コイルの冷却には、蒸発潜熱による大きな冷却能力が期待できる液体ヘリウムによる浸漬冷却方式が採用されてきた。しかし、液体ヘリウムによる浸漬冷却方式では冷却温度が4Kに限定されるため、高温超電導コイルに適した冷却方式ということはできない。   Since the high-temperature superconducting coil can be used at a higher temperature than the conventional metal-based superconducting coil, a cooling method different from the conventional one can be considered. In particular, for cooling a superconducting coil that generates a large amount of heat temporarily, such as a superconducting energy storage device (SMES), an immersion cooling method using liquid helium, which can be expected to have a large cooling capacity due to latent heat of vaporization, has been adopted. However, since the cooling temperature is limited to 4K in the immersion cooling method using liquid helium, it cannot be a cooling method suitable for the high-temperature superconducting coil.

これに対し、本願発明者らは高温超電導マグネットを使用することができる高い冷却温度でも、大きい冷却能力を有するガス蓄冷冷却方式を適用した極低温冷却装置を開発している。   On the other hand, the present inventors have developed a cryogenic cooling device to which a gas regenerative cooling system having a large cooling capacity is applied even at a high cooling temperature at which a high-temperature superconducting magnet can be used.

図8は、このガス蓄冷冷却方式を適用した従来の極低温冷却装置100を一部断面として示す側面図である。図8に示すように、この極低温冷却装置100は密閉容器として、気密な密閉箱形の真空断熱容器101を備えており、この真空断熱容器101内の一側壁側(図示右側)に冷却ガス配管102が縦長に配置されている。冷却ガス配管102の上端には極低温冷凍機101aが設けられ、下端側には低温ガス(例えばヘリウムガス)を収容する低温ガス容器103が設けてられている。   FIG. 8 is a side view showing, as a partial cross-section, a conventional cryogenic cooling device 100 to which this gas regenerative cooling system is applied. As shown in FIG. 8, this cryogenic cooling device 100 includes an airtight sealed box-shaped vacuum heat insulating container 101 as a closed container, and a cooling gas is provided on one side wall side (the right side in the drawing) in the vacuum heat insulating container 101. The pipe 102 is arranged vertically. A cryogenic refrigerator 101a is provided at the upper end of the cooling gas pipe 102, and a cryogenic gas container 103 for accommodating a cryogenic gas (for example, helium gas) is provided at the lower end side.

真空断熱容器101内の低温ガス容器103と対峙する下端位置(図示左側)には、低温バッファ104が配置されており、これらの真空断熱容器101と低温バッファ104とはコイル冷却ガス配管105によって接続されて、低温ガス容器103側から冷却ガスがコイル冷却ガス配管105に流れる構成としてある。   A low-temperature buffer 104 is disposed at a lower end position (on the left side in the drawing) facing the low-temperature gas container 103 in the vacuum heat insulating container 101, and these vacuum heat insulating container 101 and the low-temperature buffer 104 are connected by a coil cooling gas pipe 105. Thus, the cooling gas flows into the coil cooling gas pipe 105 from the low temperature gas container 103 side.

また、コイル冷却ガス配管105の長さ方向中央部分には、被冷却装置である超電導コイル106が配置されており、コイル冷却ガス配管105には超電導コイル106と同一の軸心をもって円弧状部分105aが形成されている。このコイル冷却ガス配管105の円弧状部分105aが、超電導コイル106の径方向の略中央部に配置されている。コイル冷却ガス配管105には、冷却ガス流量制御弁107が設けられている。超電導コイル106には温度検出器(温度計)108が設けてある。   In addition, a superconducting coil 106 that is a device to be cooled is disposed in the central portion of the coil cooling gas pipe 105 in the length direction. The coil cooling gas pipe 105 has an arcuate portion 105 a having the same axis as the superconducting coil 106. Is formed. The arc-shaped portion 105 a of the coil cooling gas pipe 105 is disposed at a substantially central portion in the radial direction of the superconducting coil 106. The coil cooling gas pipe 105 is provided with a cooling gas flow rate control valve 107. The superconducting coil 106 is provided with a temperature detector (thermometer) 108.

低温バッファ104には高温ガス配管109が接続され、この高温ガス配管109は真空断熱容器101上方の圧縮機流量調整弁110を介して極低温圧縮機111に接続されている。また、高温ガス配管109には熱交換器112a,112bが設けられている。極低温圧縮機111の吐出側には、高圧配管113が連結され、この高圧配管113には圧縮機流量調整弁114が設けられている。   A high-temperature gas pipe 109 is connected to the low-temperature buffer 104, and this high-temperature gas pipe 109 is connected to a cryogenic compressor 111 via a compressor flow rate adjustment valve 110 above the vacuum heat insulating container 101. The high temperature gas pipe 109 is provided with heat exchangers 112a and 112b. A high pressure pipe 113 is connected to the discharge side of the cryogenic compressor 111, and a compressor flow rate adjustment valve 114 is provided in the high pressure pipe 113.

さらに、高圧配管113は真空断熱容器101内において熱交換器112a,112bを介して冷却ガス配管102の冷凍機熱交換器115a,115bに接続されている。冷凍機熱交換器115a,115bには予冷配管116が設けられ、この予冷配管116には予冷弁117が設けられている。超電導コイル106は、伝熱部材118を介して冷却ガス配管102に接続されている。   Further, the high-pressure pipe 113 is connected to the refrigerator heat exchangers 115 a and 115 b of the cooling gas pipe 102 through the heat exchangers 112 a and 112 b in the vacuum heat insulating container 101. The refrigerator heat exchangers 115a and 115b are provided with a precooling pipe 116, and the precooling pipe 116 is provided with a precooling valve 117. Superconducting coil 106 is connected to cooling gas pipe 102 via heat transfer member 118.

この構成により、低温ガス容器103には低温に冷却した加圧ヘリウムガスが蓄えられ、必要に応じて低温バッファ104との差圧でコイル冷却ガス配管105にガスが流されて超電導コイル106が冷却される。低温ガス容器103から低温バッファ104に移動したヘリウムガスは、極低温圧縮機111で再度圧縮されるとともに、極低温冷凍機111と熱交換器112a,112bで冷却され、低温ガス容器103に戻されて次の冷却に備えられる。   With this configuration, pressurized helium gas cooled to a low temperature is stored in the low temperature gas container 103, and the superconducting coil 106 is cooled by flowing the gas through the coil cooling gas pipe 105 at a differential pressure with the low temperature buffer 104 as necessary. Is done. The helium gas that has moved from the cryogenic gas container 103 to the cryogenic buffer 104 is compressed again by the cryogenic compressor 111, cooled by the cryogenic refrigerator 111 and the heat exchangers 112 a and 112 b, and returned to the cryogenic gas container 103. Ready for the next cooling.

低温工学 Vol.37(2002)p18−26Cryogenic engineering Vol. 37 (2002) p18-26

ところで、図8に示した上述の冷却系については、下記の(1)―(4)に示す課題がある。   Incidentally, the above-described cooling system shown in FIG. 8 has the following problems (1) to (4).

(1)低温ガス容器の予冷方法についての課題
図8の構成では、超電導コイル106を室温から冷却する際に、冷却ガスを連続して流すことで超電導コイル106をガス冷却し、この超電導コイル106と極低温冷凍機101aとの温度差を低減することで効率よく冷却し、冷却時間を短縮している。しかし、この構成では低温ガス容器103および低温バッファ104の上面側にのみコイル冷却ガス配管105が設けられているため、必ずしもガス冷却を効率よく行うことができず、装置全体の冷却時間の短縮が図れないという課題がある。
(1) Problems concerning the method of pre-cooling the low temperature gas container In the configuration of FIG. 8, when the superconducting coil 106 is cooled from room temperature, the superconducting coil 106 is gas-cooled by continuously flowing a cooling gas. And the cryogenic refrigerator 101a reduce the temperature difference, thereby efficiently cooling and shortening the cooling time. However, in this configuration, since the coil cooling gas pipe 105 is provided only on the upper surface side of the low temperature gas container 103 and the low temperature buffer 104, gas cooling cannot always be performed efficiently, and the cooling time of the entire apparatus can be shortened. There is a problem that it cannot be planned.

また、低温ガス容器103および低温バッファ104に接続される配管105,109が、低温ガス容器103の上方の一箇所にまとめて配置されているため、低温ガスによる予冷を必ずしも効率よく行うことができず、予冷に一定以上の時間が必要となっていた。   In addition, since the pipes 105 and 109 connected to the low temperature gas container 103 and the low temperature buffer 104 are collectively arranged at one location above the low temperature gas container 103, precooling with the low temperature gas can always be performed efficiently. However, a certain amount of time was required for precooling.

(2)ガスの膨張圧縮についての課題
従来の冷却方法では、ガスを加圧および減圧するときにヘリウムガスの温度が変化するが、この温度変化がガスの流れに悪影響を与える場合がある。
(2) Problems concerning expansion and compression of gas In the conventional cooling method, the temperature of the helium gas changes when the gas is pressurized and depressurized. This change in temperature may adversely affect the gas flow.

第1の影響は、低温ガス容器103から低温バッファ104にガスを流すときに、低温ガス容器103の圧力が低下することによって低温ガス容器103内のガス温度が低下する一方、低温バッファ104の圧力が高くなることにより低温バッファ104内のガス温度が上昇する場合である。   The first effect is that when the gas flows from the low temperature gas container 103 to the low temperature buffer 104, the gas temperature in the low temperature gas container 103 decreases due to a decrease in the pressure of the low temperature gas container 103, while the pressure of the low temperature buffer 104 This is a case where the gas temperature in the low temperature buffer 104 rises due to the increase in the gas pressure.

この場合には、低温ガス容器103のガス密度が高くなり、低温ガス容器103に残るガスの量が温度変化しない場合に比べて増加し、逆に低温バッファ104のガス密度が低くなり、低温バッファ104に充填できるガス量が、温度変化の無い場合に比べて減少する。この結果、低温ガス容器103から低温バッファ104に送り込むことができるガス量が、温度変化しない場合に比べて減少する。このように、利用できるガス量が減少するため、蓄冷量が減少し、除熱できる熱量が減少する。   In this case, the gas density of the low temperature gas container 103 is increased, and the amount of gas remaining in the low temperature gas container 103 is increased as compared with the case where the temperature does not change. The amount of gas that can be filled in 104 is reduced as compared with the case where there is no temperature change. As a result, the amount of gas that can be sent from the low temperature gas container 103 to the low temperature buffer 104 is reduced as compared with the case where the temperature does not change. In this way, since the amount of gas that can be used decreases, the amount of cold storage decreases, and the amount of heat that can be removed decreases.

第2の影響は、低温バッファ104のガスを低温ガス容器103に加圧して充填する場合である。この場合にも、低温ガス容器103内の温度が上昇してガス密度が低下し、低温バッファ104では温度が低下してガス密度が高くなるため、充填できるガス量が温度変化の無い場合に比べて減少する。この点も蓄冷量の減少に繋がり、除熱量が減少する。   The second effect is when the gas in the low temperature buffer 104 is pressurized and filled into the low temperature gas container 103. Also in this case, the temperature in the low temperature gas container 103 is increased and the gas density is decreased, and the temperature is decreased in the low temperature buffer 104 and the gas density is increased. Decrease. This also leads to a decrease in the amount of cold storage, and the amount of heat removal decreases.

(3)ガスの温度変化によるコイルへの影響の課題
また、従来では低温に冷却したガスを低温ガス容器103に充填していたが、この場合、ガス充填時に低温ガス容器103内に収容されていたガスを圧縮するために、ガス温度が上昇する問題があった。すなわち、ガス充填時に低温ガス容器103の温度が上昇すると、極低温冷凍機111の温度が上昇し、超電導コイル106の温度が上昇する。
(3) Problem of influence on coil due to change in gas temperature Conventionally, a gas cooled to a low temperature is filled in the cryogenic gas container 103. In this case, the gas is stored in the cryogenic gas container 103 at the time of gas filling. In order to compress the gas, there was a problem that the gas temperature increased. That is, when the temperature of the cryogenic gas container 103 rises during gas filling, the temperature of the cryogenic refrigerator 111 rises and the temperature of the superconducting coil 106 rises.

(4)2重冷却システムについての課題
図8に示した冷却システムでは、通常は伝導冷却により冷却し、一時的な発熱があった時のみガス冷却しており、二つの冷却システムを併用している。このため、構造が複雑になっている。
(4) Problems with the double cooling system The cooling system shown in FIG. 8 is usually cooled by conduction cooling and gas cooling only when there is temporary heat generation. Yes. For this reason, the structure is complicated.

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、予冷時間を短縮するとともに、ガスの温度変化による蓄冷量の減少やコイル温度の変化を少なくし、構成の簡単化も図ることができる極低温冷却装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and shortens the pre-cooling time, reduces the amount of cold storage and changes in coil temperature due to changes in gas temperature, and simplifies the configuration. An object of the present invention is to provide a cryogenic cooling device capable of achieving the above.

前記の目的を達成するため、本発明では、気密構造の密閉容器内に極低温冷却対象となる被冷却物を設置するとともに、前記密閉容器内に低温の加圧ガスを収容する低温ガス容器を配置し、この低温ガス容器から前記被冷却物と熱的に接触する冷却ガス配管を介して前記低温ガス容器から前記加圧ガスの供給を受ける低温バッファと、前記冷却ガス配管に設けられてその管路を開閉する冷却ガス流量制御弁と、前記低温バッファに収容されたガスの供給を低圧配管により受けて当該ガスを大気圧以上に加圧し、前記低温ガス容器に高圧配管を介して高圧ガスを供給する圧縮機と、前記被冷却物の状態変化を測定する測定手段とを備え、前記低温ガス容器は、前記高圧配管を接続する高圧配管接続口と、前記コイル冷却配管を接続するコイル冷却配管接続口とを当該ガス容器の異なる面に形成する一方、前記低温バッファは、前記低圧ガス配管を接続する低圧ガス配管口と前記コイル冷却配管を接続するコイル冷却配管接続口とを前記低温バッファの異なる面に形成したことを特徴とする極低温冷却装置を提供する。   In order to achieve the above object, in the present invention, an object to be cooled that is a cryogenic cooling object is installed in an airtight sealed container, and a low-temperature gas container that contains a low-temperature pressurized gas is contained in the airtight container. A low-temperature buffer that receives the pressurized gas from the low-temperature gas container via a cooling gas pipe that is in thermal contact with the object to be cooled from the low-temperature gas container, and is provided in the cooling gas pipe A cooling gas flow rate control valve that opens and closes the pipeline, and the supply of the gas stored in the low-temperature buffer is received by a low-pressure pipe, the gas is pressurized to atmospheric pressure or higher, and the high-pressure gas is supplied to the low-temperature gas container via the high-pressure pipe. And a measuring means for measuring a state change of the object to be cooled, wherein the low temperature gas container has a high pressure pipe connection port for connecting the high pressure pipe and a coil cooling port for connecting the coil cooling pipe. While the pipe connection port is formed on a different surface of the gas container, the low temperature buffer includes the low pressure gas pipe port connecting the low pressure gas pipe and the coil cooling pipe connection port connecting the coil cooling pipe. The cryogenic cooling device is characterized by being formed on different surfaces.

本発明によれば、低温ガス容器および低温バッファのそれぞれ異なる面に配管接続口を形成することによって効率よくガスを流動させることができ、予冷時間を短縮することができるとともに、ガスの温度変化による蓄冷量の減少やコイル温度の変化を減少することができ、しかも構成の簡素化を図ることができる。   According to the present invention, the gas can be efficiently flowed by forming the pipe connection ports on the different surfaces of the low temperature gas container and the low temperature buffer, the precooling time can be shortened, and the temperature change of the gas A decrease in the amount of cold storage and a change in coil temperature can be reduced, and the configuration can be simplified.

本発明の第1実施形態による極低温冷却装置を示す模式図。The schematic diagram which shows the cryogenic cooling device by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による極低温冷却装置を示す模式図。The schematic diagram which shows the cryogenic cooling device by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態による極低温冷却装置を示す模式図。The schematic diagram which shows the cryogenic cooling device by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態による極低温冷却装置を示す模式図。The schematic diagram which shows the cryogenic cooling device by 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態による極低温冷却装置を示す模式図。The schematic diagram which shows the cryogenic cooling device by 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態による極低温冷却装置を示す模式図。The schematic diagram which shows the cryogenic cooling device by 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態による極低温冷却装置を示す模式図。The schematic diagram which shows the cryogenic cooling device by 7th Embodiment of this invention. 従来例を示す模式図。The schematic diagram which shows a prior art example.

以下、本発明に係る極低温冷却装置の実施形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of a cryogenic cooling device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1実施形態](図1)
図1は、本発明の第1実施形態による極低温冷却装置100Aを示す模式図である。
First Embodiment (FIG. 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cryogenic cooling device 100A according to a first embodiment of the present invention.

図1に示すように、本実施形態の極低温冷却装置100Aは、気密構造の真空断熱容器からなる密閉容器20を備えており、この密閉容器20内の一方の側(図示右下側)に低温ガス容器2が配置され、低温ガス容器2には低温の加圧ガスが収容されている。   As shown in FIG. 1, the cryogenic cooling device 100A of the present embodiment includes a sealed container 20 made of a vacuum heat insulating container having an airtight structure, and one side (lower right side in the figure) in the sealed container 20 is provided. A low temperature gas container 2 is disposed, and the low temperature gas container 2 contains a low temperature pressurized gas.

また、密閉容器20内には、極低温冷却の対象となる被冷却物である超電導コイル1が設置されている。さらに、密閉容器20内の他方の側(図示左側)には低温バッファ5が設けられ、低温ガス容器2側からコイル冷却配管であるコイル冷却ガス配管3を介して冷却ガス(矢印a1)の供給を受ける構成となっている。コイル冷却ガス配管3には管路を開閉する冷却ガス流量制御弁4が設けられている。   In the sealed container 20, a superconducting coil 1 that is an object to be cooled that is a target for cryogenic cooling is installed. Further, a low-temperature buffer 5 is provided on the other side (the left side in the figure) in the hermetic container 20, and the cooling gas (arrow a1) is supplied from the low-temperature gas container 2 side via the coil cooling gas pipe 3 which is a coil cooling pipe. It is configured to receive. The coil cooling gas pipe 3 is provided with a cooling gas flow rate control valve 4 for opening and closing the pipe line.

また、低温バッファ5に収容されたガスは低圧ガス配管10aを介して圧縮機9に供給されて、大気圧以上に加圧される。そして、高圧ガス配管10bを介して低温ガス容器2に高圧ガスが供給される。また、被冷却物である超電導コイル1の状態変化を測定する温度測定手段として、温度計7が備えられている。   Moreover, the gas accommodated in the low temperature buffer 5 is supplied to the compressor 9 via the low pressure gas pipe 10a, and is pressurized to the atmospheric pressure or higher. Then, the high pressure gas is supplied to the low temperature gas container 2 through the high pressure gas pipe 10b. In addition, a thermometer 7 is provided as a temperature measuring means for measuring the state change of the superconducting coil 1 that is an object to be cooled.

さらに、低温ガス容器2の上面側には、高圧ガス配管10bを接続する高圧配管接続口「A」が形成される一方、低温ガス容器2の下面側には、コイル冷却ガス配管3を接続するコイル冷却ガス配管接続口「B」が形成されている。このように、本実施形態では、ガス容器の異なる面に高圧配管接続口「A」と、コイル冷却ガス配管接続口「B」とが形成されている。   Further, a high pressure pipe connection port “A” for connecting the high pressure gas pipe 10 b is formed on the upper surface side of the low temperature gas container 2, while a coil cooling gas pipe 3 is connected to the lower surface side of the low temperature gas container 2. A coil cooling gas pipe connection port “B” is formed. Thus, in this embodiment, the high-pressure pipe connection port “A” and the coil cooling gas pipe connection port “B” are formed on different surfaces of the gas container.

また、低温バッファ5には、コイル冷却ガス配管3を接続するコイル冷却ガス配管接続口「C」と低圧ガス配管2を接続する低圧ガス配管口「D」とが、低温バッファ5の異なる面に形成されている。すなわち、被冷却物である超電導コイル1と、加圧したガスを収容可能な低温ガス容器2と、前記低温ガス容器2に接続されるとともに被冷却物に熱的に接触しているコイル冷却ガス配管3とが設けられている。   The low temperature buffer 5 has a coil cooling gas pipe connection port “C” for connecting the coil cooling gas pipe 3 and a low pressure gas pipe connection port “D” for connecting the low pressure gas pipe 2 on different surfaces of the low temperature buffer 5. Is formed. That is, a superconducting coil 1 that is an object to be cooled, a low-temperature gas container 2 that can store pressurized gas, and a coil cooling gas that is connected to the low-temperature gas container 2 and is in thermal contact with the object to be cooled A pipe 3 is provided.

また、コイル1を極低温冷凍機6で冷却するための伝熱部材8と、低温バッファ5に収容したガスを圧縮し低温ガス容器2に再充填するための圧縮機9と、低圧ガス配管10aおよび高圧ガス配管10bとが備えられている。さらに、圧縮したガスを極低温冷凍機6で冷却するための冷凍機熱交換器11a,11bと、圧縮機9による圧縮過程で低温部分と室温部分とを往復するガスの熱交換のための熱交換器12a,12bと、圧縮機9の出入口に設けられた圧縮機流量調整弁13a,13bとが備えられている。   Further, a heat transfer member 8 for cooling the coil 1 with the cryogenic refrigerator 6, a compressor 9 for compressing the gas accommodated in the low temperature buffer 5 and refilling the low temperature gas container 2, and a low pressure gas pipe 10a. And a high-pressure gas pipe 10b. Furthermore, the heat for the heat exchange of the gas reciprocating between the low-temperature part and the room-temperature part in the compression process by the compressor 9 with the refrigerator heat exchangers 11a and 11b for cooling the compressed gas with the cryogenic refrigerator 6 Exchangers 12a and 12b and compressor flow rate adjusting valves 13a and 13b provided at the entrance and exit of the compressor 9 are provided.

そして、高圧ガス配管10bから分岐した2段熱交換器12bをバイパスする予冷配管14と、この予冷配管14に設けられた予冷弁15と、これらの低温部分を内包する真空断熱容器20とが備えてある。また、超電導コイル6には、伝熱部材8が連結されており、コイル冷却ガス配管3は、傾斜状に配置された金属製の伝熱部材8により低温ガス容器2に接続されている。   A precooling pipe 14 bypassing the two-stage heat exchanger 12b branched from the high-pressure gas pipe 10b, a precooling valve 15 provided in the precooling pipe 14, and a vacuum heat insulating container 20 containing these low-temperature portions are provided. It is. Further, a heat transfer member 8 is connected to the superconducting coil 6, and the coil cooling gas pipe 3 is connected to the low temperature gas container 2 by a metal heat transfer member 8 arranged in an inclined manner.

このように構成された極低温冷却装置100Aにおいて、超電導コイル1は定常時に伝熱部材8を介して極低温冷凍機6によって冷却される。電流変化等によって大きな発熱があり、超電導コイル1の温度が上昇した場合には、冷却ガス流量制御弁4が開となり、極低温冷凍機6で冷却されて、低温ガス容器2に蓄えられているガスが大気圧以上の加圧ガスとなる。   In the cryogenic cooling device 100A configured as described above, the superconducting coil 1 is cooled by the cryogenic refrigerator 6 via the heat transfer member 8 at the normal time. When a large amount of heat is generated due to a current change or the like and the temperature of the superconducting coil 1 rises, the cooling gas flow rate control valve 4 is opened and cooled by the cryogenic refrigerator 6 and stored in the cryogenic gas container 2. The gas becomes a pressurized gas at atmospheric pressure or higher.

そして、矢印a1で示すように、大流量の低温ガスを一気にコイル冷却ガス配管3に流すことで、超電導コイル1を速やかに冷却する。超電導コイル1を冷却した後のガスは、低温バッファ5に一時的に蓄えられ、低圧ガス配管10aを通り、圧縮機9で圧縮された後、高圧ガス配管10bを通して低温ガス容器2に充填される。   Then, as indicated by an arrow a1, the superconducting coil 1 is rapidly cooled by flowing a large amount of low-temperature gas through the coil cooling gas pipe 3 at once. The gas after cooling the superconducting coil 1 is temporarily stored in the low temperature buffer 5, passes through the low pressure gas pipe 10a, is compressed by the compressor 9, and then is filled into the low temperature gas container 2 through the high pressure gas pipe 10b. .

このとき、圧縮ガスは2つの熱交換器12a,12bと、冷凍機熱交換器11a,11bによって冷却される。この場合のガス流量は、冷凍機6への熱負荷を少なくするため、超電導コイル1を冷却する場合の流量に比べて格段に少ない流量に設定される。   At this time, the compressed gas is cooled by the two heat exchangers 12a and 12b and the refrigerator heat exchangers 11a and 11b. The gas flow rate in this case is set to a much smaller flow rate than the flow rate when cooling the superconducting coil 1 in order to reduce the thermal load on the refrigerator 6.

これにより、冷凍機6の冷凍能力に比べて極めて大きい冷凍能力で超電導コイル1を急速に冷却することが可能となる。   As a result, the superconducting coil 1 can be rapidly cooled with a refrigerating capacity that is extremely larger than the refrigerating capacity of the refrigerator 6.

この極低温冷却装置100Aを室温から所定の温度まで冷却する場合には、冷却ガス流量制御弁4と予冷弁15とを開き、圧縮機流量制御弁13a,13bでガス充填過程と同程度に流量を絞った状態で、圧縮機9により圧縮したガスを冷凍機熱交換器11a,11bで冷却し、コイル冷却ガス配管3に流すことで超電導コイル1を冷却する。これにより超電導コイル1を伝熱部材8で冷却した場合に比べて短時間で超電導コイル1を冷却することができる。   When the cryogenic cooling device 100A is cooled from room temperature to a predetermined temperature, the cooling gas flow rate control valve 4 and the precooling valve 15 are opened, and the compressor flow rate control valves 13a and 13b are used to flow at the same level as the gas filling process. In a state where the gas is compressed, the superconducting coil 1 is cooled by cooling the gas compressed by the compressor 9 with the refrigerator heat exchangers 11 a and 11 b and flowing it through the coil cooling gas pipe 3. As a result, the superconducting coil 1 can be cooled in a shorter time than when the superconducting coil 1 is cooled by the heat transfer member 8.

なお、予冷配管14および予冷弁15を設けることにより、1段冷凍機熱交換器11aで冷却したガスが、2段熱交換器12a,12bで低圧ガス配管10aを流れるガスに暖められ、冷凍効率が悪くなることを防止している。   In addition, by providing the pre-cooling pipe 14 and the pre-cooling valve 15, the gas cooled by the first-stage refrigerator heat exchanger 11a is warmed to the gas flowing through the low-pressure gas pipe 10a by the two-stage heat exchangers 12a and 12b. To prevent it from getting worse.

また、図1に示した構成では、低温ガス容器2に入る高温ガス配管10bの接続部Aと、低温ガス容器2から出るコイル冷却ガス配管3の接続部Bとが、低温ガス容器2の概ね反対側の相対する位置(上下位置)に取付けられているため、低温ガス容器2も短時間で冷却される。   Further, in the configuration shown in FIG. 1, the connection part A of the high temperature gas pipe 10 b entering the low temperature gas container 2 and the connection part B of the coil cooling gas pipe 3 exiting from the low temperature gas container 2 are substantially the same as the low temperature gas container 2. Since it is attached to the opposite position (vertical position) on the opposite side, the cryogenic gas container 2 is also cooled in a short time.

同様に、低温バッファ5に出入りする低圧ガス配管10aとコイル冷却ガス配管3の接続部C,Dも概ね反対側の相当する位置(上下位置)に取付けられているため、低温バッファ5を短時間で冷却することが可能になる。従来では低温ガス容器2に出入りする配管が1箇所にまとめて設置されていたため、低温ガスで予冷することができず、予冷時には一定以上の時間を必要としていたが、本実施形態によれば、低温ガス容器2および低温バッファ5を低温ガスで予冷することができるため、従来に比して予冷時間を短縮することができる。   Similarly, since the connecting portions C and D of the low pressure gas pipe 10a and the coil cooling gas pipe 3 entering and exiting the low temperature buffer 5 are also attached to substantially the corresponding positions (up and down positions) on the opposite side, the low temperature buffer 5 can be used for a short time. It becomes possible to cool with. Conventionally, since the pipes that go in and out of the low temperature gas container 2 were installed together in one place, it was not possible to precool with the low temperature gas and required a certain amount of time during the precooling, Since the low-temperature gas container 2 and the low-temperature buffer 5 can be pre-cooled with the low-temperature gas, the pre-cooling time can be shortened as compared with the conventional case.

すなわち、本実施形態によれば、低温ガス容器2に、高圧配管10bを接続する接続口「A」と、コイル冷却配管であるコイル冷却ガス配管3を接続する接続口「B」とを個別に配置し、低温バッファ5にコイル冷却ガス配管3を接続する接続口「C」と、低圧ガス配管10aを接続する接続口「D」とを別々に設けたことにより、低温ガス容器2に入る高温ガス配管10bの接続部と、低温ガス容器2から出るコイル冷却ガス配管3の接続部が低温ガス容器2の概ね反対側に取付けられているため低温ガス容器2も短時間で冷却される。   That is, according to this embodiment, the connection port “A” for connecting the high-pressure pipe 10 b to the low-temperature gas container 2 and the connection port “B” for connecting the coil cooling gas pipe 3 that is the coil cooling pipe are individually provided. The connection port “C” for connecting the coil cooling gas pipe 3 to the low-temperature buffer 5 and the connection port “D” for connecting the low-pressure gas pipe 10a are separately provided, so that the high temperature entering the low-temperature gas container 2 can be obtained. Since the connection part of the gas pipe 10b and the connection part of the coil cooling gas pipe 3 coming out of the low temperature gas container 2 are mounted on the substantially opposite side of the low temperature gas container 2, the low temperature gas container 2 is also cooled in a short time.

[第2実施形態](図2)
図2は、本発明の第2実施形態による極低温冷却装置100Bを示す模式図である。なお、以下の実施の形態において第1実施形態と同一部分については同一符号を付し当該部分の構成の説明は省略する。
[Second Embodiment] (FIG. 2)
FIG. 2 is a schematic diagram showing a cryogenic cooling device 100B according to a second embodiment of the present invention. In the following embodiments, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description of the structure of the parts is omitted.

本発明の第2実施形態では、図2に示すように、低温ガス容器2の内部にフィン16a付きの銅ブロック16が挿入されている。これにより、低温ガス容器2内部のガスがフィン16aとの直接接触により冷却される構成となっている。   In 2nd Embodiment of this invention, as shown in FIG. 2, the copper block 16 with the fin 16a is inserted in the inside of the cryogenic gas container 2. As shown in FIG. Thereby, the gas inside the cryogenic gas container 2 is cooled by direct contact with the fins 16a.

すなわち、本実施形態では極低温冷凍機6で低温ガス容器2内のガスを直接冷却するため、低温ガス容器2内のガスを充分に冷却することが可能になる。この結果、超電導コイル1を冷却するときの低温ガスの温度を充分低温にできるのみならず、ガスの密度が高くなる結果、低温ガス容器2に充填できるガスの量を増やすことができる。   That is, in this embodiment, since the cryogenic refrigerator 6 directly cools the gas in the cryogenic gas container 2, the gas in the cryogenic gas container 2 can be sufficiently cooled. As a result, not only can the temperature of the low-temperature gas when cooling the superconducting coil 1 be sufficiently low, but the density of the gas can be increased, so that the amount of gas that can be filled in the low-temperature gas container 2 can be increased.

ただし、本実施形態では充填時のガス流量が多いと、低温ガス容器2の温度が上昇して冷凍機の冷却ステージ温度が上昇し、超電導コイル1の温度が上昇する場合がある。そこで、本実施形態では低温ガス容器2の温度を測定するための温度計7bが取付けられており、この温度が上昇しないように圧縮機流量制御弁13bを調整する。これによりガス充填時に超電導コイル1の温度上昇を防止することができる。なお、他の構成については第1実施形態と略同様である。   However, in this embodiment, if the gas flow rate at the time of filling is large, the temperature of the cryogenic gas container 2 increases, the cooling stage temperature of the refrigerator increases, and the temperature of the superconducting coil 1 may increase. Therefore, in this embodiment, a thermometer 7b for measuring the temperature of the low temperature gas container 2 is attached, and the compressor flow control valve 13b is adjusted so that the temperature does not rise. Thereby, the temperature rise of the superconducting coil 1 can be prevented at the time of gas filling. Other configurations are substantially the same as those in the first embodiment.

本実施形態によれば、従来低温に冷却したガスを低温ガス容器2に充填していた場合に比べて、ガス充填時に低温ガス容器2内にあったガスを圧縮するためのガス温度上昇を防止することができる。   According to the present embodiment, compared to the case where the gas cooled to a low temperature is filled in the low temperature gas container 2, the gas temperature rise for compressing the gas in the low temperature gas container 2 at the time of gas filling is prevented. can do.

[第3実施形態](図3)
図3は、本発明の第3実施形態による極低温冷却装置100cを示す模式図である。
[Third Embodiment] (FIG. 3)
FIG. 3 is a schematic diagram showing a cryogenic cooling device 100c according to a third embodiment of the present invention.

本実施形態では、図3に示すように、低温ガス容器2が大径管からなるコイル状の低温ガス蓄積配管2bとして構成されている。また、この低温ガス蓄積配管2bは銅ブロック16bに巻回された構成としてある。なお、他の構成については、第1実施形態と略同様である。   In this embodiment, as shown in FIG. 3, the cryogenic gas container 2 is configured as a coiled cryogenic gas storage pipe 2b made of a large diameter pipe. The low temperature gas storage pipe 2b is wound around the copper block 16b. Other configurations are substantially the same as those in the first embodiment.

本実施形態によれば、極低温冷凍機6で低温ガス蓄積配管2b内のガスを充分に冷却することができるため、超電導コイル1を冷却するときのガスの温度を充分低温にすることができる。しかも、この構成によれば、低温ガスの密度が高くなる結果、低温ガス容器2に充填できるガスの量を増大することができる。なお、他の構成については第1実施形態と略同様である。   According to the present embodiment, the cryogenic refrigerator 6 can sufficiently cool the gas in the low temperature gas storage pipe 2b, so that the temperature of the gas when cooling the superconducting coil 1 can be sufficiently lowered. . Moreover, according to this configuration, as a result of the density of the low temperature gas being increased, the amount of gas that can be filled in the low temperature gas container 2 can be increased. Other configurations are substantially the same as those in the first embodiment.

[第4実施形態](図4)
図4は、本発明の第4実施形態による極低温冷却装置100dを示す模式図である。
[Fourth Embodiment] (FIG. 4)
FIG. 4 is a schematic diagram showing a cryogenic cooling device 100d according to a fourth embodiment of the present invention.

本実施形態では、図4に示すように、低温ガス容器2と低温バッファ5を伝熱部材17で熱的に接続している。これにより、温度上昇した低温バッファ5から温度低下した低温ガス容器2に熱が流れ、低温ガス容器2と低温バッファ5との温度変化が小さくなる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the low temperature gas container 2 and the low temperature buffer 5 are thermally connected by a heat transfer member 17. Thereby, heat flows from the low temperature buffer 5 whose temperature has increased to the low temperature gas container 2 whose temperature has decreased, and the temperature change between the low temperature gas container 2 and the low temperature buffer 5 becomes small.

その結果、低温ガス容器2から低温バッファ5へ流すことができるガス量が多くなり、冷凍能力を大きくすることができる。   As a result, the amount of gas that can flow from the low temperature gas container 2 to the low temperature buffer 5 increases, and the refrigeration capacity can be increased.

すなわち、従来では低温ガス容器2から低温バッファ5へガスを流したときに、低温ガス容器2の温度は圧力が低下すると共に下がり、逆に低温バッファ5の温度は圧力が上昇するとともに上がっていた。このため、低温ガス容器2の圧力は流出したガスによる低下分を上回って下がり、逆に低温バッファ5の圧力は流入したガスによる圧力上昇分を上回って上がる。   That is, conventionally, when gas flows from the low temperature gas container 2 to the low temperature buffer 5, the temperature of the low temperature gas container 2 decreases as the pressure decreases, and conversely, the temperature of the low temperature buffer 5 increases as the pressure increases. . For this reason, the pressure in the low temperature gas container 2 decreases more than the decrease due to the outflowing gas, and conversely, the pressure in the low temperature buffer 5 increases above the increase in pressure due to the inflowing gas.

この結果、低温ガス容器2と低温バッファ5との圧力差が温度変化の無い場合よりも小さくなり、供給することができるガス量が少なくなっていた。   As a result, the pressure difference between the cryogenic gas container 2 and the cryogenic buffer 5 is smaller than when there is no temperature change, and the amount of gas that can be supplied is reduced.

これに対し、本実施形態によれば、低温ガス容器2から低温バッファ5へ流すことができるガス量が多くなり、冷凍能力を大きくすることができる。なお、他の構成については第1実施形態と略同様である。また、本実施の形態では伝熱部材17で接続した例を示したが、直接熱的に接続することも可能である。   On the other hand, according to the present embodiment, the amount of gas that can flow from the low temperature gas container 2 to the low temperature buffer 5 increases, and the refrigerating capacity can be increased. Other configurations are substantially the same as those in the first embodiment. Moreover, although the example connected with the heat-transfer member 17 was shown in this Embodiment, it is also possible to connect directly thermally.

[第5実施形態](図5)
図5は、本発明の第5実施形態による極低温冷却装置100Eを示す模式図である。
[Fifth Embodiment] (FIG. 5)
FIG. 5 is a schematic diagram showing a cryogenic cooling device 100E according to a fifth embodiment of the present invention.

本実施形態では、低温バッファ5と極低温冷凍機6を接続する伝熱部材18と、低温ガス容器2を加熱するヒーター19を有する。これにより低温バッファ5の温度が上昇しても冷凍機6で冷却することで温度変化を小さくでき圧力上昇を抑えることができる。一方低温ガス容器2内の温度が設定値より低下した場合にはヒーター19で加熱することで低温ガス容器2の温度変化を小さくでき、圧力低下を小さく抑えることができる。その結果、低温ガス容器2から低温バッファ5へ流せるガス量が多くなり、冷凍能力を大きくすることができる。   In this embodiment, the heat transfer member 18 that connects the low-temperature buffer 5 and the cryogenic refrigerator 6 and the heater 19 that heats the low-temperature gas container 2 are provided. Thereby, even if the temperature of the low temperature buffer 5 rises, the temperature change can be reduced by cooling with the refrigerator 6 and the pressure rise can be suppressed. On the other hand, when the temperature in the low temperature gas container 2 falls below the set value, the temperature change of the low temperature gas container 2 can be reduced by heating with the heater 19, and the pressure drop can be suppressed small. As a result, the amount of gas that can flow from the low temperature gas container 2 to the low temperature buffer 5 increases, and the refrigeration capacity can be increased.

[第6実施形態](図6)
図6は、本発明の第6実施形態による極低温冷却装置100Fを示す模式図である。
[Sixth Embodiment] (FIG. 6)
FIG. 6 is a schematic diagram showing a cryogenic cooling device 100F according to a sixth embodiment of the present invention.

本実施形態の極低温冷却装置100Fでは、図6に示すように、低温バッファ5のガスを圧縮して低温ガス容器2に充填する圧縮機9と、低温バッファ5と圧縮機9とを接続する低圧配管10aと、圧縮機9と低温ガス容器2とを接続する高圧配管10bと、低圧配管10aと高圧配管10bとを流れるガスを熱交換させる熱交換器12a,12bとを有し、これらの熱交換器12a,12b内またはその前後にバッファ10cを有する構成としてある。   In the cryogenic cooling device 100F of the present embodiment, as shown in FIG. 6, the compressor 9 that compresses the gas in the cryogenic buffer 5 and fills the cryogenic gas container 2, and the cryogenic buffer 5 and the compressor 9 are connected. A low-pressure pipe 10a, a high-pressure pipe 10b connecting the compressor 9 and the low-temperature gas container 2, and heat exchangers 12a and 12b for exchanging heat through the gas flowing through the low-pressure pipe 10a and the high-pressure pipe 10b. The buffer 10c is provided inside or behind the heat exchangers 12a and 12b.

すなわち、低温ガス容器2と低温バッファ5とが直接または伝熱部材17を介して熱的に接続されている。   That is, the low temperature gas container 2 and the low temperature buffer 5 are thermally connected directly or via the heat transfer member 17.

本実施形態では2段熱交換器12a,12bの高圧ガス配管10bの一部を太くしてバッファ10cとしている。   In the present embodiment, a part of the high-pressure gas pipe 10b of the two-stage heat exchangers 12a and 12b is thickened to form the buffer 10c.

低温ガス容器2のガスを流すと、高圧ガス配管10bの一部であるバッファ10c内の温度の高いガスが低温ガス容器2に流れ込み、低温ガス容器2の温度変化が小さくなり、圧力変化を小さく抑えることができる。他の構成については第1実施形態と略同様である。   When the gas in the low temperature gas container 2 is flowed, the gas having a high temperature in the buffer 10c, which is a part of the high pressure gas pipe 10b, flows into the low temperature gas container 2, and the temperature change of the low temperature gas container 2 becomes small, and the pressure change becomes small. Can be suppressed. Other configurations are substantially the same as those of the first embodiment.

[第7実施形態](図7)
図7は、本発明の第7実施形態による極低温冷却装置100Gを示す模式図である。
[Seventh Embodiment] (FIG. 7)
FIG. 7 is a schematic diagram showing a cryogenic cooling device 100G according to a seventh embodiment of the present invention.

本実施形態の極低温冷却装置100Gでは、図7に示すように、低温ガス容器2と超電導コイル1との間に設けられたコイル冷却ガス配管3に対し、前記各実施形態と同様の冷却ガス流量制御弁4と並列にバイパス配管3aが設けられ、このバイパス配管3aに流量調整弁4bが設けられている。この追加された流量調整弁4bは小流量用の流量調整弁とされている。また、低温ガス容器2にはヒーター19および温度計7bが設けられ、低温ガス容器2を所定温度に加熱することができる構成となっている。   In the cryogenic cooling device 100G of the present embodiment, as shown in FIG. 7, the same cooling gas as that of the above embodiments is applied to the coil cooling gas pipe 3 provided between the cryogenic gas container 2 and the superconducting coil 1. A bypass pipe 3a is provided in parallel with the flow rate control valve 4, and a flow rate adjustment valve 4b is provided in the bypass pipe 3a. The added flow regulating valve 4b is a small flow regulating valve. Further, the low-temperature gas container 2 is provided with a heater 19 and a thermometer 7b so that the low-temperature gas container 2 can be heated to a predetermined temperature.

そして、極低温冷却装置100Gの定常運転時には冷却ガス流量制御弁4を閉じ、小流量用の流量調整弁4bを開とし、この流量調整弁4b介して低温ガス容器2からコイル冷却ガス配管3に小流量のガスを流し、これにより超電導コイル1の冷却を行う。   During steady operation of the cryogenic cooling device 100G, the cooling gas flow rate control valve 4 is closed, the small flow rate flow rate adjusting valve 4b is opened, and the low temperature gas container 2 is connected to the coil cooling gas pipe 3 via the flow rate adjusting valve 4b. A small flow rate of gas is flowed, thereby cooling the superconducting coil 1.

一方、電流変化等により大きな発熱があり、超電導コイル1の温度が上昇した場合には、本設の冷却ガス流量制御弁4も開として、大量のガスを流して急速に超電導コイル1の冷却を行う。   On the other hand, when there is a large heat generation due to a current change or the like and the temperature of the superconducting coil 1 rises, the cooling gas flow rate control valve 4 is also opened and a large amount of gas is flowed to rapidly cool the superconducting coil 1. Do.

本実施形態によれば、流量調整弁4bを設けたことにより、定常時の冷却に必要であった前記他の実施形態で設けたコイルの伝熱部材8が不要となる。   According to the present embodiment, the provision of the flow rate adjusting valve 4b eliminates the need for the coil heat transfer member 8 provided in the other embodiments, which is necessary for cooling during normal operation.

また、超電導コイル1はコイル冷却ガス配管3からのみ冷却されるため、伝熱経路が一定になるので、冷却設計が容易になるという利点がある。なお、他の構成については前記各実施形態と同様であり、説明を省略する。   Further, since the superconducting coil 1 is cooled only from the coil cooling gas pipe 3, the heat transfer path becomes constant, so that there is an advantage that the cooling design becomes easy. Other configurations are the same as those in the above-described embodiments, and a description thereof will be omitted.

1‥超電導コイル
1a〜1g‥極低温冷却装置
2‥低温ガス容器
3‥コイル冷却ガス配管
4‥冷却ガス流量制御弁
5‥低温バッファ
6‥極低温冷凍機
7‥温度計(測定手段)
8‥伝熱部材
9‥圧縮機
10a‥低圧ガス配管
10b‥高圧ガス配管
11a,11b‥冷凍機熱交換器
12a,12b‥熱交換器
13a,13b‥圧縮機流量調整弁
14‥予冷配管
15‥予冷弁
16‥銅ブロック
16a‥フィン
17‥伝熱部材
18‥伝熱部材
19‥ヒーター
20‥密閉容器(真空断熱容器)
100A〜100F‥極低温冷却装置
101‥真空断熱容器
101a‥極低温冷凍機
102‥冷却ガス配管
103‥低温ガス容器
104‥低温バッファ
105‥コイル冷却ガス配管
105a‥円弧状状部分
106‥超電導コイル
107‥冷却ガス流量制御弁
108‥温度検出器
109‥高温ガス配管
110‥圧縮機流量調整弁
111‥極低温圧縮機
112a,112b‥熱交換器
113‥高圧配管
114‥圧縮気流量調整弁
115a,115b‥冷凍機熱交換器
116‥予冷配管
117‥予冷弁
118‥超電導部材
「A」‥高圧配管接続口
「B」‥コイル冷却配管接続口
「C」‥低圧ガス配管口
「D」‥コイル冷却配管接続口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Superconducting coil 1a-1g ... Cryogenic cooling device 2 ... Cryogenic gas container 3 ... Coil cooling gas piping 4 ... Cooling gas flow control valve 5 ... Cryogenic buffer 6 ... Cryogenic refrigerator 7 ... Thermometer (measuring means)
8 Heat transfer member 9 Compressor 10a Low pressure gas pipe 10b High pressure gas pipe 11a, 11b Refrigerator heat exchangers 12a, 12b Heat exchangers 13a, 13b Compressor flow rate adjustment valve 14 Precooling pipe 15 Pre-cooling valve 16 ... Copper block 16a ... Fin 17 ... Heat transfer member 18 ... Heat transfer member 19 ... Heater 20 ... Sealed container (vacuum insulation container)
100A to 100F, cryogenic cooling device 101, vacuum heat insulating container 101a, cryogenic refrigerator 102, cooling gas pipe 103, low temperature gas container 104, low temperature buffer 105, coil cooling gas pipe 105a, arc-shaped portion 106, superconducting coil 107 Cooling gas flow control valve 108 Temperature detector 109 Hot gas piping 110 Compressor flow adjustment valve 111 Cryogenic compressors 112a and 112b Heat exchanger 113 High pressure piping 114 Compressed air flow adjustment valves 115a and 115b ... Refrigerator heat exchanger 116 ... Pre-cooling pipe 117 ... Pre-cooling valve 118 ... Superconducting member "A" ... High-pressure piping connection port "B" ... Coil cooling piping connection port "C" ... Low-pressure gas piping port "D" ... Coil cooling piping Connection

Claims (10)

気密構造の密閉容器内に極低温冷却対象となる被冷却物を設置するとともに、前記密閉容器内に低温の加圧ガスを収容する低温ガス容器を配置し、この低温ガス容器から前記被冷却物と熱的に接触する冷却ガス配管を介して前記低温ガス容器から前記加圧ガスの供給を受ける低温バッファと、前記冷却ガス配管に設けられてその管路を開閉する冷却ガス流量制御弁と、前記低温バッファに収容されたガスの供給を低圧ガス配管により受けて当該ガスを大気圧以上に加圧し、前記低温ガス容器に高圧配管を介して高圧ガスを供給する圧縮機と、前記被冷却物の状態変化を測定する測定手段とを備え、前記低温ガス容器は、前記高圧配管を接続する高圧配管接続口と、前記コイル冷却ガス配管を接続するコイル冷却ガス配管接続口とを当該ガス容器の異なる面に形成する一方、前記低温バッファは、前記低圧ガス配管を接続する低圧ガス配管口と前記コイル冷却ガス配管を接続するコイル冷却ガス配管接続口とを前記低温バッファの異なる面に形成していることを特徴とする極低温冷却装置。 An object to be cooled that is subject to cryogenic cooling is installed in an airtight sealed container, and a cryogenic gas container that contains a low-temperature pressurized gas is disposed in the sealed container, and the object to be cooled is disposed from the cryogenic gas container. A low-temperature buffer that receives supply of the pressurized gas from the low-temperature gas container through a cooling gas pipe that is in thermal contact with the cooling gas pipe, a cooling gas flow rate control valve that is provided in the cooling gas pipe and opens and closes the pipe line, A compressor for supplying the gas stored in the low-temperature buffer by a low-pressure gas pipe, pressurizing the gas to an atmospheric pressure or higher, and supplying the high-pressure gas to the low-temperature gas container via the high-pressure pipe; Measuring means for measuring the state change of the gas, the low temperature gas container comprises a high pressure pipe connection port for connecting the high pressure pipe and a coil cooling gas pipe connection port for connecting the coil cooling gas pipe. On the other hand, the low temperature buffer has a low pressure gas piping port connecting the low pressure gas piping and a coil cooling gas piping connection port connecting the coil cooling gas piping formed on different surfaces of the low temperature buffer. A cryogenic cooling device characterized by that. 前記高圧配管接続口とコイル冷却ガス配管接続口および前記低圧ガス配管口とコイル冷却ガス配管口は相対する位置に取り付けられていることを特徴とする請求項1記載の極低温冷却装置。 2. The cryogenic cooling device according to claim 1, wherein the high-pressure pipe connection port and the coil cooling gas pipe connection port, and the low-pressure gas pipe connection port and the coil cooling gas pipe port are attached at opposing positions. 前記低温ガス容器と前記極低温冷凍機、前記低温バッファのいずれかを直接または伝熱部材を介して熱的に接続した請求項1または2記載の極低温冷却装置。 The cryogenic cooling device according to claim 1 or 2, wherein any one of the cryogenic gas container, the cryogenic refrigerator, and the cryogenic buffer is thermally connected directly or via a heat transfer member. 前記伝熱部材が前記低温ガス容器の壁を貫通し、容器内に突出している請求項3記載の極低温冷却装置。 The cryogenic cooling device according to claim 3, wherein the heat transfer member penetrates the wall of the cryogenic gas container and protrudes into the container. 大気圧以上に加圧したガスを前記低温ガス容器に充填するときの流量を制御する手段と、前記低温ガス容器の温度を測定する手段とを有し、前記低温ガス容器の温度が所定温度以上に上昇しないようにガス流量を制御する設定とした請求項3または4記載の極低温冷却装置。 A means for controlling a flow rate when the cryogenic gas container is filled with a gas pressurized to an atmospheric pressure or higher, and a means for measuring the temperature of the cryogenic gas container, the temperature of the cryogenic gas container being equal to or higher than a predetermined temperature The cryogenic cooling device according to claim 3 or 4, wherein the gas flow rate is controlled so as not to rise. 前記低温ガス容器が配管を巻回させた構成であり、前記極低温冷凍機に取付けた伝熱部材に巻回させて冷却する構成とした請求項1ないし3のいずれか1項記載の極低温冷却装置。 The cryogenic temperature according to any one of claims 1 to 3, wherein the cryogenic gas container has a configuration in which a pipe is wound, and is cooled by being wound around a heat transfer member attached to the cryogenic refrigerator. Cooling system. 前記低温ガス容器にこの低温ガス容器内の温度が設定値より低下した場合にこの低温ガス容器内を加熱する加熱手段を設けた請求項1ないし6のいずれか1項記載の極低温冷却装置。 The cryogenic cooling device according to any one of claims 1 to 6, wherein the cryogenic gas container is provided with heating means for heating the inside of the cryogenic gas container when the temperature in the cryogenic gas container falls below a set value. 前記低温バッファのガスを圧縮して前記低温ガス容器に充填する圧縮機と、前記低温バッファと前記圧縮機とを接続する低圧ガス配管と、前記圧縮機と前記低温ガス容器とを接続する高圧ガス配管と、前記低圧ガス配管と前記高圧ガス配管とを流れるガスを熱交換させる熱交換器とを備え、バッファを前記熱交換器の内部またはこの熱交換器の前後部に設けた請求項1ないし6のいずれか1項記載の極低温冷却装置。 A compressor that compresses the gas in the low-temperature buffer and fills the low-temperature gas container; a low-pressure gas pipe that connects the low-temperature buffer and the compressor; and a high-pressure gas that connects the compressor and the low-temperature gas container A pipe and a heat exchanger that exchanges heat between the gas flowing through the low-pressure gas pipe and the high-pressure gas pipe, and a buffer is provided in the heat exchanger or in front and rear portions of the heat exchanger. The cryogenic cooling device according to any one of 6. 前記熱交換器として直列に配置した2段熱交換器を備え、これらの熱交換器の流路を構成する低温側配管の一部を大径としてバッファとした請求項8記載の極低温冷却装置。 The cryogenic cooling device according to claim 8, comprising a two-stage heat exchanger arranged in series as the heat exchanger, wherein a part of a low temperature side pipe constituting a flow path of these heat exchangers has a large diameter as a buffer. . 前記冷却ガス流量制御弁と並列に流量調整弁を有し、定常時には前記流量調整弁を介して冷却ガス配管にガスを流すことで冷却する設定とした請求項1ないし9のいずれか1項記載の極低温冷却装置。 10. The system according to claim 1, wherein a flow rate adjustment valve is provided in parallel with the cooling gas flow rate control valve, and cooling is performed by flowing a gas through a cooling gas pipe via the flow rate adjustment valve in a steady state. Cryogenic cooling system.
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