JP2011141074A - Cryogenic refrigerator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cryogenic refrigerator that improves precooling properties by shortening precooling time, simplifying handleability, and preventing the deterioration or the like due to thermal strain, to the utmost extent with a single refrigerator. <P>SOLUTION: The cryogenic refrigerator supplies a refrigerant the pressure of which is raised by a compressor 18 into a coldhead 11 and expands the refrigerant to generate frigidness, and again transfers the refrigerant that have been expanded in the coldhead 11 to the compressor 18 to raise the pressure of the refrigerant. The cryogenic refrigerator includes: a bypass pipe 27 that connects a high-pressure pipe 20, into which the refrigerant pressurized by the compressor 18 is supplied, with a low-pressure pipe 19, with which the refrigerant introduced from the outside of a compressor unit 17 is provided to the compressor 18; a pressure regulating valve 26 that regulates at least one inner pressure of pipes of the high-pressure pipe 20 and the low-pressure pipe 19, and is provided in the bypass pipe 27; an outlet 38 for taking out the refrigerant in the bypass pipe 27 to the outside of the compressor unit 17; an inlet 37 for introducing the refrigerant from the outside of the compressor unit 17 to the inside of the compressor unit 17. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、被冷却体を極低温に冷却する極低温冷凍機に係り、特に、冷凍機が1台でも予冷特性の向上を図った極低温冷凍機に関する。   The present invention relates to a cryogenic refrigerator that cools an object to be cooled to a cryogenic temperature, and more particularly, to a cryogenic refrigerator that has improved precooling characteristics even with a single refrigerator.

被冷却体を極低温に冷却する極低温冷凍機により、例えば、超電導コイルの冷却への応用が可能となり、液体ヘリウム、液体窒素等の冷媒を使うことなく、格段に取り扱いが簡便となった。使われている冷凍機は、冷媒を圧縮、循環させる圧縮機と、寒冷を発生させるコールドヘッドで構成され、被冷却体の冷却仕様にあった冷凍機がラインナップされつつある。   A cryogenic refrigerator that cools an object to be cooled to a cryogenic temperature, for example, can be applied to cooling of a superconducting coil, and handling is greatly simplified without using a refrigerant such as liquid helium or liquid nitrogen. Refrigerators used are composed of a compressor that compresses and circulates refrigerant and a cold head that generates cold, and a lineup of refrigerators that meet the cooling specifications of the object to be cooled is being lined up.

被冷却体の冷却仕様としては、必要とする冷却温度、およびその温度でどれだけの熱負荷、熱侵入量を冷却する必要があるかに応じた冷凍能力がある。さらに、その所定の温度まで室温から冷却する時間を短くする要求がある場合がある。その場合、室温から所定温度までの冷凍能力が大きい必要があるが、一般には極低温で必要な冷凍能力に対し、室温付近では被冷却体の熱容量は大きくなるため、長時間の予冷が必要となる。特に大型機器の冷却の場合は数週間〜数ヶ月かかることもあり、例えば、予冷時には別の手段の冷却、例えば液体窒素を引き回して冷却する方法が併用されることもある。   As a cooling specification of the object to be cooled, there is a refrigerating capacity corresponding to a required cooling temperature and how much heat load and heat penetration amount need to be cooled at that temperature. Further, there may be a demand for shortening the time for cooling from room temperature to the predetermined temperature. In that case, the refrigerating capacity from room temperature to the specified temperature needs to be large, but generally the heat capacity of the object to be cooled increases near the room temperature, compared to the refrigerating capacity required at extremely low temperatures, so long-time precooling is necessary. Become. In particular, in the case of cooling a large-sized device, it may take several weeks to several months. For example, at the time of pre-cooling, cooling by another means, for example, a method of cooling by drawing liquid nitrogen may be used in combination.

上述したような極低温冷凍機に関する技術は、例えば、以下の特許文献1,2,3に記載されている。   The technique regarding the cryogenic refrigerator as described above is described in, for example, the following Patent Documents 1, 2, and 3.

特開2008−116171号公報JP 2008-116171 A 特開2005−201604号公報JP 2005-201604 A 特許第3673410号公報Japanese Patent No. 3673410

上述したように、一般には極低温で必要な冷凍能力に対し、室温付近では被冷却体の熱容量は大きくなり、長時間の予冷が必要となることから、予冷手段と、定常の状態での極低温を維持する冷却仕様を同時に満たす設計をある1台の冷凍機に施すことは困難であった。そのため、予冷の時間が長期間になることを余儀なくされるか、あるいは予冷手段として他の手段を併用させることがなされているが、後者の場合、装置の高コスト化、取り扱いの不便さ等のデメリットがあった。   As described above, in general, the heat capacity of the object to be cooled becomes large near room temperature and the long-time pre-cooling is necessary for the refrigerating capacity required at a very low temperature. It has been difficult to apply a design that satisfies the cooling specifications for maintaining a low temperature to a single refrigerator. Therefore, the precooling time is forced to be long, or other means are used together as a precooling means. In the latter case, however, the cost of the apparatus is increased, the inconvenience of handling, etc. There were disadvantages.

図7は従来の極低温冷凍機の一例である極低温冷凍機100とともに、この極低温冷凍機100を用いて超電導コイル124を冷却する様子を示した説明図である。上記の課題について、図7を引用してさらに説明する。   FIG. 7 is an explanatory view showing a state of cooling the superconducting coil 124 using the cryogenic refrigerator 100 together with the cryogenic refrigerator 100 as an example of a conventional cryogenic refrigerator. The above problem will be further described with reference to FIG.

尚、図7において、符番101〜117が極低温冷凍機100を構成する構成要素であり、具体的には、101がコールドヘッド、102が冷却ステージ、103が冷媒吐出継手、104が冷媒導入継手、105が冷媒低圧配管、106が冷媒高圧配管、107が圧縮機ユニット、108が圧縮機、109が圧縮機ユニット内低圧配管、110が圧縮機ユニット内高圧配管、111が冷媒導入継手、112が冷媒吐出継手、113がバッファタンク、114がオイルミストトラップ、115がアドソーバ、116が圧力調整弁、117がバイパス配管である。また、124が超電導コイル、125が伝熱板である。   In FIG. 7, reference numerals 101 to 117 are components constituting the cryogenic refrigerator 100. Specifically, 101 is a cold head, 102 is a cooling stage, 103 is a refrigerant discharge joint, and 104 is refrigerant introduction. Joint, 105 is a refrigerant low-pressure pipe, 106 is a refrigerant high-pressure pipe, 107 is a compressor unit, 108 is a compressor, 109 is a compressor unit low-pressure pipe, 110 is a compressor unit high-pressure pipe, 111 is a refrigerant introduction joint, 112 Is a refrigerant discharge joint, 113 is a buffer tank, 114 is an oil mist trap, 115 is an adsorber, 116 is a pressure regulating valve, and 117 is a bypass pipe. Further, 124 is a superconducting coil, and 125 is a heat transfer plate.

図7に示される極低温冷凍機100は、膨張器ユニット(コールドヘッド)101と、圧縮機ユニット107とが分離されているGM(Gifford−McMahon)冷凍機であって、圧縮機ユニット107とコールドヘッド101とは、冷媒低圧配管105と冷媒高圧配管106によって接続され、冷媒が循環できるように構成される。   A cryogenic refrigerator 100 shown in FIG. 7 is a GM (Gifford-McMahon) refrigerator in which an expander unit (cold head) 101 and a compressor unit 107 are separated from each other. The head 101 is connected by a refrigerant low-pressure pipe 105 and a refrigerant high-pressure pipe 106 so that the refrigerant can circulate.

極低温冷凍機100では、圧縮機ユニット107内の圧縮機108によって冷媒を昇圧し、昇圧した冷媒を圧縮機ユニット内高圧配管110へ送り、この圧縮機ユニット内高圧配管110の経路上に設けられたオイルミストトラップ114、アドソーバ115および冷媒吐出継手112を経由して圧縮機ユニット107の外部へ吐出する。   In the cryogenic refrigerator 100, the pressure of the refrigerant is increased by the compressor 108 in the compressor unit 107, and the increased pressure is sent to the high-pressure pipe 110 in the compressor unit, and is provided on the path of the high-pressure pipe 110 in the compressor unit. The oil mist trap 114, the adsorber 115 and the refrigerant discharge joint 112 are discharged to the outside of the compressor unit 107.

続いて、圧縮機ユニット107から吐出された冷媒は、冷媒高圧配管106とコールドヘッド101に設けられた冷媒導入継手104とを経由してコールドヘッド101へ導入され、コールドヘッド101の内部で膨張させる。コールドヘッド101の内部では、高圧冷媒が膨張することで寒冷が発生する。膨張後の低圧冷媒は、コールドヘッド101に設けられた冷媒吐出継手103からコールドヘッド101外部の冷媒低圧配管105へ吐出され、圧縮機ユニット107に設けられた冷媒導入継手111から再び圧縮機ユニット107へ導入される。   Subsequently, the refrigerant discharged from the compressor unit 107 is introduced into the cold head 101 via the refrigerant high-pressure pipe 106 and the refrigerant introduction joint 104 provided in the cold head 101, and is expanded inside the cold head 101. . Inside the cold head 101, cold is generated as the high-pressure refrigerant expands. The low-pressure refrigerant after expansion is discharged from the refrigerant discharge joint 103 provided in the cold head 101 to the refrigerant low-pressure pipe 105 outside the cold head 101, and again from the refrigerant introduction joint 111 provided in the compressor unit 107. To be introduced.

続いて、圧縮機ユニット107へ導入された冷媒は、冷媒導入継手111を介して冷媒低圧配管105と接続される圧縮機ユニット107内の圧縮機ユニット内低圧配管109に導入され、圧縮機ユニット内低圧配管109の経路上に設けられたバッファタンク113を経由して再び圧縮機108に導入される。   Subsequently, the refrigerant introduced into the compressor unit 107 is introduced into the compressor unit low-pressure pipe 109 in the compressor unit 107 connected to the refrigerant low-pressure pipe 105 via the refrigerant introduction joint 111, It is again introduced into the compressor 108 via a buffer tank 113 provided on the path of the low-pressure pipe 109.

図7に示されるような冷凍機による冷却の場合、被冷却体(例えば図7に示される超電導コイル124)との冷却インターフェースは、冷却ステージ102を被冷却体に熱接触させることで熱伝導により冷却する仕組のため、被冷却体の冷却が局所的になり、被冷却体との温度差による非効率性、および被冷却体内での温度差による熱ひずみの発生と劣化が生じるという課題がある。   In the case of cooling by a refrigerator as shown in FIG. 7, the cooling interface with the object to be cooled (for example, the superconducting coil 124 shown in FIG. 7) is caused by heat conduction by bringing the cooling stage 102 into thermal contact with the object to be cooled. Due to the cooling mechanism, cooling of the object to be cooled becomes local, inefficiency due to temperature difference from the object to be cooled, and generation and deterioration of thermal strain due to temperature difference in the object to be cooled occur. .

図7に示される従来の極低温冷凍機100の冷却ステージ102は一箇所であるため、超電導コイル124の片側からの冷却しかできず、他端は冷却されにくいため、超電導コイル124の両端で、有効熱伝導率に応じた温度差が生じてしまう。この温度差による熱ひずみが超電導コイル124を劣化させるため、これを防止するために、意図的に予冷能力を抑えて、温度差がつかないように冷却する場合もある。   Since the cooling stage 102 of the conventional cryogenic refrigerator 100 shown in FIG. 7 is a single location, it can only be cooled from one side of the superconducting coil 124, and the other end is difficult to cool, so at both ends of the superconducting coil 124, A temperature difference corresponding to the effective thermal conductivity occurs. The thermal strain due to this temperature difference deteriorates the superconducting coil 124. In order to prevent this, the pre-cooling capability is intentionally suppressed, and cooling may be performed so as not to cause a temperature difference.

また、従来の極低温冷凍機100において、圧縮機ユニット107内には圧力調整弁116とバイパス配管117が設置されている。この圧力調整弁116は、初期冷却時において、コールドヘッド101の温度が室温に近い温度での運転時に冷媒流量が少なく、低圧配管109と高圧配管110に大きな圧力差がかかるので、圧縮機108内の部品の劣化、破損が生じないように、低圧配管109と高圧配管110との圧力差が所定値以上になった場合、高圧配管110が所定の圧力以上になった場合、又は、低圧配管109が所定の圧力以下になった場合、圧力調整弁116を開き、差圧を低下させる機能を有する。   In the conventional cryogenic refrigerator 100, a pressure regulating valve 116 and a bypass pipe 117 are installed in the compressor unit 107. The pressure regulating valve 116 has a small refrigerant flow amount during operation when the temperature of the cold head 101 is close to room temperature during initial cooling, and a large pressure difference is applied between the low-pressure pipe 109 and the high-pressure pipe 110. The pressure difference between the low-pressure pipe 109 and the high-pressure pipe 110 becomes a predetermined value or more, the high-pressure pipe 110 becomes a predetermined pressure or more, or the low-pressure pipe 109 does not cause deterioration or damage of the parts. Has a function of opening the pressure regulating valve 116 and lowering the differential pressure.

所定の温度に冷却されると、コールドヘッド101への流量が増加するため、この圧力調整弁116は閉じ、バイパス配管117に設けられるバイパス弁に流れる冷媒はなくなる。このように初期冷却時は圧縮機108には余剰の冷媒があり、入力電力が有効に使われていない状況となっている。   When cooled to a predetermined temperature, the flow rate to the cold head 101 increases, so that the pressure regulating valve 116 is closed and no refrigerant flows through the bypass valve provided in the bypass pipe 117. As described above, during the initial cooling, the compressor 108 has excess refrigerant, and the input power is not effectively used.

以上のように、冷凍機一台で冷却する構成を採用した場合、予冷特性まで要求を満たす(予冷時間短縮、取り扱いの簡便さ、熱ひずみによる劣化防止)ことが困難であった。   As described above, when the configuration of cooling with one refrigerator is adopted, it is difficult to satisfy the requirements up to the precooling characteristics (reduction of precooling time, ease of handling, prevention of deterioration due to thermal strain).

本発明は、上述した課題を考慮してなされたものであり、冷凍機一台で可能な限り、予冷時間の短縮、取り扱いの簡便さ、および、熱ひずみによる劣化防止等の予冷特性の向上を図った極低温冷凍機を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems, and as far as possible with a single refrigerator, shortening the precooling time, ease of handling, and improving precooling characteristics such as prevention of deterioration due to thermal strain. It aims at providing the cryogenic refrigerator which aimed.

本発明に係る極低温冷凍機は、上述した課題を解決するため、圧縮機ユニットと、この圧縮機ユニットと分離したコールドヘッドとを備え、前記圧縮機ユニットの圧縮機によって昇圧された冷媒を前記コールドヘッドへ供給し、前記コールドヘッド内で膨張させることによって寒冷を発生させるとともに、前記コールドヘッド内で膨張した後の冷媒を再び前記圧縮機ユニットの圧縮機に導入して昇圧させる極低温冷凍機において、前記圧縮機によって昇圧された冷媒が供給される高圧側配管と前記圧縮機ユニットの外部から導入された冷媒を前記圧縮機へ供給する低圧側配管とを連結するバイパス配管と、このバイパス配管に設けられ、前記高圧側配管および前記低圧側配管の少なくとも一方の管内圧力を調整する圧力調整弁と、前記バイパス配管内の冷媒を前記圧縮機ユニットの外部へ取り出す取出口と、前記圧縮機ユニットの外部から前記圧縮機ユニットへ冷媒を導入する導入口と、を具備することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a cryogenic refrigerator according to the present invention includes a compressor unit and a cold head separated from the compressor unit, and the refrigerant pressurized by the compressor of the compressor unit is A cryogenic refrigerator that supplies the cold head and expands the cold head to generate cold, and again introduces the refrigerant that has been expanded in the cold head into the compressor of the compressor unit to increase the pressure. A bypass pipe for connecting a high-pressure side pipe to which the refrigerant boosted by the compressor is supplied and a low-pressure side pipe for supplying the refrigerant introduced from the outside of the compressor unit to the compressor, and the bypass pipe A pressure regulating valve for regulating a pressure in at least one of the high-pressure side pipe and the low-pressure side pipe, and the bypass A takeout retrieve the refrigerant in the pipe to the outside of the compressor unit, characterized by comprising, an inlet port for introducing a refrigerant into the compressor unit from the outside of the compressor unit.

本発明によれば、冷凍機1台で冷却する構成を採用しつつ、予冷時間の短縮、取り扱いの簡便さ、および、熱ひずみによる劣化の防止といった予冷特性を向上させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, precooling characteristics, such as shortening of precooling time, simplicity of handling, and prevention of deterioration due to thermal strain, can be improved while adopting a configuration of cooling with one refrigerator.

本発明の第1の実施形態に係る極低温冷凍機の構成を概略的に示した構成図。The block diagram which showed schematically the structure of the cryogenic refrigerator which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る極低温冷凍機の構成を概略的に示した構成図。The block diagram which showed schematically the structure of the cryogenic refrigerator which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る極低温冷凍機の構成を概略的に示した構成図。The block diagram which showed schematically the structure of the cryogenic refrigerator which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る極低温冷凍機の構成を概略的に示した構成図。The block diagram which showed schematically the structure of the cryogenic refrigerator which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る極低温冷凍機の構成を概略的に示した構成図。The block diagram which showed schematically the structure of the cryogenic refrigerator which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係る極低温冷凍機の構成を概略的に示した構成図。The block diagram which showed schematically the structure of the cryogenic refrigerator which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 従来の極低温冷凍機の構成図であり、この極低温冷凍機による被冷却体(超電導コイル)の冷却方法を概略的に説明する説明図。It is a block diagram of the conventional cryogenic refrigerator, and is explanatory drawing which illustrates roughly the cooling method of the to-be-cooled body (superconducting coil) by this cryogenic refrigerator.

以下、本発明に係る極低温冷凍機について添付の図面を参照して説明する。本発明に係る極低温冷凍機は、圧縮機ユニットと膨張器ユニット(コールドヘッド)が分離されているGM(Gifford−McMahon)冷凍機を構成の一部として採用し、これに、他の構成を付加して構成されるものである。   Hereinafter, a cryogenic refrigerator according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The cryogenic refrigerator according to the present invention employs a GM (Gifford-McMahon) refrigerator in which a compressor unit and an expander unit (cold head) are separated as a part of the configuration, and other configurations are adopted. It is configured by adding.

[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る極低温冷凍機の一例である第1の極低温冷凍機10Aの構成を概略的に示した構成図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a configuration of a first cryogenic refrigerator 10A, which is an example of a cryogenic refrigerator according to the first embodiment of the present invention.

第1の極低温冷凍機10Aは、コールドヘッド(膨張器ユニット)11と、冷却ステージ12と、冷媒吐出継手13と、冷媒導入継手14と、冷媒低圧配管15と、冷媒高圧配管16と、圧縮機ユニット17と、圧縮機18と、圧縮機ユニット内低圧配管19と、圧縮機ユニット内高圧配管20と、冷媒導入継手21と、冷媒吐出継手22と、バッファタンク23と、オイルミストトラップ24と、アドソーバ25と、圧力調整弁26と、バイパス配管27と、を具備するGM冷凍機(図7に示される極低温冷凍機100に相当)に対して、さらに、圧力調整弁バイパス流導入継手37および圧力調整弁バイパス流吐出継手38を具備して構成される。   The first cryogenic refrigerator 10A includes a cold head (expander unit) 11, a cooling stage 12, a refrigerant discharge joint 13, a refrigerant introduction joint 14, a refrigerant low-pressure pipe 15, a refrigerant high-pressure pipe 16, and compression. Compressor unit 17, compressor 18, compressor unit internal low-pressure pipe 19, compressor unit internal high-pressure pipe 20, refrigerant introduction joint 21, refrigerant discharge joint 22, buffer tank 23, and oil mist trap 24 In addition to the GM refrigerator (corresponding to the cryogenic refrigerator 100 shown in FIG. 7) having the adsorber 25, the pressure adjusting valve 26, and the bypass pipe 27, the pressure adjusting valve bypass flow introducing joint 37 is further provided. And a pressure regulating valve bypass flow discharge joint 38.

通常、GM冷凍機は、冷却ステージ12が室温近くの、まだ冷却が完了していない初期の冷却段階では、冷媒の密度が小さいため、冷媒の質量流量は少ない。そのため、低圧側の圧力は低下し、高圧側の圧力は増加する。圧縮機18内には高圧側から低圧側に冷媒がリークしないためのシール機構が必要だが、高圧側と低圧側の差圧が大きいと、シールが劣化、破損し、リーク量が増加する。そこで、これを防止するため、高圧側と低圧側とを結ぶバイパス配管27が設けられ、さらに、バイパス配管27に低圧側の圧力を一定値以下にしない、高圧側の圧力を一定値以上にしない、または、高圧側と低圧側の差圧を一定以上にしないように圧力調整弁26が設けられる。   In general, the GM refrigerator has a small mass flow rate of refrigerant because the refrigerant density is small in the initial cooling stage where the cooling stage 12 is near room temperature and cooling is not yet completed. Therefore, the pressure on the low pressure side decreases and the pressure on the high pressure side increases. In the compressor 18, a seal mechanism is necessary to prevent the refrigerant from leaking from the high pressure side to the low pressure side. However, if the differential pressure between the high pressure side and the low pressure side is large, the seal deteriorates and breaks, and the amount of leakage increases. Therefore, in order to prevent this, a bypass pipe 27 connecting the high pressure side and the low pressure side is provided, and further, the pressure on the low pressure side is not made lower than a predetermined value in the bypass pipe 27, and the pressure on the high pressure side is not made higher than a predetermined value. Alternatively, the pressure regulating valve 26 is provided so that the differential pressure between the high-pressure side and the low-pressure side does not exceed a certain level.

ここで、第1の極低温冷凍機10Aが具備するコールドヘッド11、冷却ステージ12、冷媒吐出継手13、冷媒導入継手14、冷媒低圧配管15、冷媒高圧配管16、圧縮機ユニット17、圧縮機18、圧縮機ユニット内低圧配管19、圧縮機ユニット内高圧配管20、冷媒導入継手21、冷媒吐出継手22、バッファタンク23、オイルミストトラップ24、アドソーバ25、および、圧力調整弁26については、例えば、図7で示したような従来の極低温冷凍機(GM冷凍機)が具備するものと実質的に同様である。   Here, the cold head 11, the cooling stage 12, the refrigerant discharge joint 13, the refrigerant introduction joint 14, the refrigerant low-pressure pipe 15, the refrigerant high-pressure pipe 16, the compressor unit 17, and the compressor 18 included in the first cryogenic refrigerator 10 </ b> A. The compressor unit low-pressure pipe 19, compressor unit high-pressure pipe 20, refrigerant introduction joint 21, refrigerant discharge joint 22, buffer tank 23, oil mist trap 24, adsorber 25, and pressure regulating valve 26 are, for example, This is substantially the same as that of the conventional cryogenic refrigerator (GM refrigerator) as shown in FIG.

すなわち、第1の極低温冷凍機10Aでは、圧縮機ユニット17とコールドヘッド11とが、冷媒低圧配管15と冷媒高圧配管16によって接続され、冷媒が循環できるように構成されており、圧縮機ユニット17内の圧縮機18で昇圧された冷媒は、圧縮機ユニット内高圧配管20、オイルミストトラップ24、アドソーバ25、冷媒吐出継手22、冷媒高圧配管16、冷媒導入継手14、コールドヘッド11、冷媒吐出継手13、冷媒低圧配管15、冷媒導入継手21、圧縮機ユニット内低圧配管19、および、バッファタンク23を経由して再び圧縮機18へ戻って循環することができる。   That is, in the first cryogenic refrigerator 10A, the compressor unit 17 and the cold head 11 are connected by the refrigerant low-pressure pipe 15 and the refrigerant high-pressure pipe 16 so that the refrigerant can circulate. The refrigerant whose pressure has been increased by the compressor 18 in the compressor 17 is the high-pressure pipe 20 in the compressor unit, the oil mist trap 24, the adsorber 25, the refrigerant discharge joint 22, the refrigerant high-pressure pipe 16, the refrigerant introduction joint 14, the cold head 11, and the refrigerant discharge. The refrigerant can be circulated back to the compressor 18 again via the joint 13, the refrigerant low-pressure pipe 15, the refrigerant introduction joint 21, the low-pressure pipe 19 in the compressor unit, and the buffer tank 23.

第1の極低温冷凍機10Aの圧力調整弁26は、圧縮機18が作る昇圧された高圧冷媒と減圧された低圧冷媒をバイパスさせるバイパス配管27に設けられ、高圧圧力、あるいは低圧側圧力、あるいはその両方を調整する。   The pressure regulating valve 26 of the first cryogenic refrigerator 10A is provided in a bypass pipe 27 that bypasses the pressurized high-pressure refrigerant and the decompressed low-pressure refrigerant produced by the compressor 18, and the high-pressure pressure, the low-pressure side pressure, or Adjust both.

第1の極低温冷凍機10Aのバイパス配管27は、圧縮機18が作る昇圧された高圧冷媒と減圧された低圧冷媒をバイパスさせるために、圧縮機ユニット内低圧配管19と、圧縮機ユニット内高圧配管20と、をバイパスさせる管である。第1の極低温冷凍機10Aのバイパス配管27は、その経路の途中に、バイパス配管27に流れる冷媒を圧縮機ユニット17の外へ吐出するための圧力調整弁バイパス流導入継手37と、圧縮機ユニット17の外から内へ導入する(戻す)ための圧力調整弁バイパス流吐出継手38とを設けて構成される点で、従来のGM冷凍機の基本構成と異なる。   The bypass pipe 27 of the first cryogenic refrigerator 10 </ b> A includes a low-pressure pipe 19 in the compressor unit and a high pressure in the compressor unit in order to bypass the pressurized high-pressure refrigerant created by the compressor 18 and the decompressed low-pressure refrigerant. The pipe 20 bypasses the pipe 20. The bypass pipe 27 of the first cryogenic refrigerator 10 </ b> A includes a pressure regulating valve bypass flow introduction joint 37 for discharging the refrigerant flowing through the bypass pipe 27 to the outside of the compressor unit 17 in the middle of the path, and the compressor. It differs from the basic configuration of a conventional GM refrigerator in that it is provided with a pressure regulating valve bypass flow discharge joint 38 for introducing (returning) the unit 17 from outside to inside.

圧力調整弁バイパス流導入継手37は、バイパス配管27の経路の途中に設けられ、バイパス配管27に流れる冷媒を圧縮機ユニット17の外へ取り出す際の取出口(吐出口)としての役割を担う。また、圧力調整弁バイパス流吐出継手38は、バイパス配管27に流れる冷媒を圧縮機ユニット17の内へ戻す際の導入口としての役割を担う。   The pressure regulating valve bypass flow introduction joint 37 is provided in the middle of the path of the bypass pipe 27, and plays a role as an outlet (discharge port) when the refrigerant flowing through the bypass pipe 27 is taken out of the compressor unit 17. The pressure regulating valve bypass flow discharge joint 38 serves as an inlet when returning the refrigerant flowing through the bypass pipe 27 into the compressor unit 17.

このように構成される第1の極低温冷凍機10Aでは、従来のGM冷凍機と同様に、冷却ステージ12が室温近い(冷却が完了していない)初期の冷却段階では、冷媒の密度が小さいため、冷媒の質量流量は少ないため、低圧側の圧力は低下し、高圧側の圧力は増加する。そのため、初期予冷時はバイパス配管27に流れる冷媒量は多く、圧縮機ユニット17側に冷媒が多く存在する。   In the first cryogenic refrigerator 10A configured in this manner, the density of the refrigerant is small in the initial cooling stage where the cooling stage 12 is near room temperature (cooling is not completed), as in the conventional GM refrigerator. Therefore, since the mass flow rate of the refrigerant is small, the pressure on the low pressure side decreases and the pressure on the high pressure side increases. Therefore, during the initial precooling, the amount of refrigerant flowing through the bypass pipe 27 is large, and a large amount of refrigerant exists on the compressor unit 17 side.

その後、冷却が進行して冷却ステージ12の冷却温度が低下するに従ってコールドヘッド11側に流れる流量が増加していき、バイパス配管27に流れる冷媒量は低下していく。そして、最終的に冷却ステージ12が所定の温度に到達する(冷却が完了する)と圧力調整が不要となり、圧力調整弁26が閉じてバイパス配管27の流量は0となる。   Thereafter, as the cooling progresses and the cooling temperature of the cooling stage 12 decreases, the flow rate flowing to the cold head 11 side increases, and the amount of refrigerant flowing to the bypass pipe 27 decreases. Then, when the cooling stage 12 finally reaches a predetermined temperature (cooling is completed), pressure adjustment becomes unnecessary, the pressure adjustment valve 26 is closed, and the flow rate of the bypass pipe 27 becomes zero.

そこで、第1の極低温冷凍機10Aは、初期の冷却段階(初期予冷時)に圧縮機ユニット17側に多く存在する冷媒を有効活用する観点から、バイパス配管27に流れる余剰な冷媒を圧縮機ユニット17の内外へ自在に出し入れできるように、圧力調整弁バイパス流導入継手37と、圧力調整弁バイパス流吐出継手38とを設けたものである。このように第1の極低温冷凍機10Aを構成することによって、初期予冷時に圧縮機ユニット17側で余剰になっている冷媒を簡便に利用できるように図っている。   In view of this, the first cryogenic refrigerator 10A is configured so that the excess refrigerant flowing in the bypass pipe 27 is compressed from the viewpoint of effectively using the refrigerant that is present on the compressor unit 17 side in the initial cooling stage (initial precooling). A pressure regulating valve bypass flow introduction joint 37 and a pressure regulating valve bypass flow discharge joint 38 are provided so that the unit 17 can be taken in and out freely. By configuring the first cryogenic refrigerator 10A in this way, the refrigerant remaining on the compressor unit 17 side during the initial precooling can be used easily.

上述したように、第1の極低温冷凍機10Aによれば、初期冷却(初期予冷)時にバイパス配管27に流れる余剰な冷媒を圧縮機ユニット17の外へ取り出すことができるように圧力調整弁バイパス流吐出継手38を設けることで、圧力調整弁バイパス流吐出継手38から余剰な冷媒を取り出して冷凍機以外の目的で簡便に利用することができる。また、バイパス配管27に圧力調整弁バイパス流吐出継手38と併せて圧力調整弁バイパス流導入継手37を設けることで、取り出して冷凍機以外の目的で利用した冷媒を簡便に戻すことができる。   As described above, according to the first cryogenic refrigerator 10 </ b> A, the pressure regulating valve bypass can be used so that excess refrigerant flowing in the bypass pipe 27 can be taken out of the compressor unit 17 during initial cooling (initial precooling). By providing the flow discharge joint 38, excess refrigerant can be taken out from the pressure regulating valve bypass flow discharge joint 38 and used simply for purposes other than the refrigerator. Further, by providing the bypass piping 27 with the pressure regulating valve bypass flow introduction joint 37 together with the pressure regulating valve bypass flow discharge joint 38, the refrigerant taken out and used for purposes other than the refrigerator can be easily returned.

[第2の実施形態]
図2は、本発明の第2の実施形態に係る極低温冷凍機の一例である第2の極低温冷凍機10Bの構成を概略的に示した構成図である。
[Second Embodiment]
FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a second cryogenic refrigerator 10B, which is an example of a cryogenic refrigerator according to the second embodiment of the present invention.

図2に示される第2の極低温冷凍機10Bは、図1に示される第1の極低温冷凍機10Aに対して、圧力調整弁バイパス流吐出継手38から吐出され、圧縮機ユニット17の外部に設けられた圧力調整弁バイパス流吐出配管39および圧力調整弁バイパス流戻り配管40を廻って圧力調整弁バイパス流導入継手37へ戻る冷媒の経路と、この経路上に設けられた熱交換器41,42,43とをさらに具備する点で相違するが、その他の点では実質的に相違しない。   The second cryogenic refrigerator 10B shown in FIG. 2 is discharged from the pressure regulating valve bypass flow discharge joint 38 to the outside of the compressor unit 17 with respect to the first cryogenic refrigerator 10A shown in FIG. A refrigerant path that returns to the pressure regulating valve bypass flow introduction joint 37 through the pressure regulating valve bypass flow discharge pipe 39 and the pressure regulating valve bypass flow return pipe 40 provided in the pipe, and a heat exchanger 41 provided on the path. , 42, and 43, but the other points are not substantially different.

そこで、本実施形態では、第2の極低温冷凍機10Bが、第1の極低温冷凍機10Aに対して相違する圧力調整弁バイパス流吐出配管39、圧力調整弁バイパス流戻り配管40、対向流熱交換器41、冷却ステージ熱交換器42、およびコイル部冷却熱交換器43を中心に説明し、その他の構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。   Therefore, in the present embodiment, the second cryogenic refrigerator 10B is different from the first cryogenic refrigerator 10A in the pressure regulation valve bypass flow discharge pipe 39, the pressure regulation valve bypass flow return pipe 40, the counter flow. The heat exchanger 41, the cooling stage heat exchanger 42, and the coil part cooling heat exchanger 43 will be mainly described, and the other components will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

図2に示されるように、第2の極低温冷凍機10Bは、図1に示される第1の極低温冷凍機10Aに対して、圧力調整弁バイパス流吐出継手38から吐出され、圧縮機ユニット17の外部に設けられた圧力調整弁バイパス流吐出配管39および圧力調整弁バイパス流戻り配管40を廻って圧力調整弁バイパス流導入継手37へ戻る冷媒の経路をさらに具備する。また、圧力調整弁バイパス流吐出継手38、圧力調整弁バイパス流吐出配管39、圧力調整弁バイパス流戻り配管40、および、圧力調整弁バイパス流導入継手37によって構成される経路上には、対向流熱交換器41と、冷却ステージ12に取り付けられた冷却ステージ熱交換器42と、被冷却体46を冷却する被冷却体冷却用熱交換器43とが設けられる。   As shown in FIG. 2, the second cryogenic refrigerator 10B is discharged from the pressure regulating valve bypass flow discharge joint 38 to the first cryogenic refrigerator 10A shown in FIG. 17 is further provided with a refrigerant path that returns to the pressure regulating valve bypass flow introduction joint 37 through the pressure regulating valve bypass flow discharge pipe 39 and the pressure regulating valve bypass flow return pipe 40 provided outside. Further, on the path constituted by the pressure adjustment valve bypass flow discharge joint 38, the pressure adjustment valve bypass flow discharge pipe 39, the pressure adjustment valve bypass flow return pipe 40, and the pressure adjustment valve bypass flow introduction joint 37, a counter flow A heat exchanger 41, a cooling stage heat exchanger 42 attached to the cooling stage 12, and a cooled object cooling heat exchanger 43 that cools the cooled object 46 are provided.

第2の極低温冷凍機10Bでは、バイパス配管27を流れる冷媒が、圧力機ユニット17の圧力調整弁バイパス流吐出継手38から吐出され、圧力調整弁バイパス流吐出配管39を通って、第2の極低温冷凍機10Bの冷却ステージ12に取り付けられた冷却ステージ熱交換器42によって冷却された後、被冷却体冷却用熱交換器43へ導かれ、被冷却体冷却用熱交換器43で被冷却体46と熱交換された後、圧力調整弁バイパス流戻り配管40を通って、圧力調整弁バイパス流導入継手37へ導かれ、圧縮機ユニット17へ戻る。   In the second cryogenic refrigerator 10B, the refrigerant flowing through the bypass pipe 27 is discharged from the pressure adjustment valve bypass flow discharge joint 38 of the pressure machine unit 17, passes through the pressure adjustment valve bypass flow discharge pipe 39, and passes through the second cryogenic refrigerator 10B. After being cooled by the cooling stage heat exchanger 42 attached to the cooling stage 12 of the cryogenic refrigerator 10B, it is led to the cooling object cooling heat exchanger 43 and cooled by the cooling object cooling heat exchanger 43. After the heat exchange with the body 46, the pressure adjustment valve bypass flow return pipe 40 passes through the pressure adjustment valve bypass flow return pipe 40, and the pressure control valve bypass flow introduction joint 37 returns to the compressor unit 17.

また、図2に示されるように、圧力調整弁バイパス流吐出配管39および圧力調整弁バイパス流戻り配管40の一部に、対向流熱交換器41をさらに設けることで、圧力調整弁バイパス流吐出配管39および圧力調整弁バイパス流戻り配管40を循環する冷媒が低温に冷却された場合、さらに効率よく冷却することができる。   In addition, as shown in FIG. 2, the pressure regulating valve bypass flow discharge pipe 39 is further provided in part of the pressure regulating valve bypass flow discharge pipe 39 and the pressure regulating valve bypass flow return pipe 40 to thereby discharge the pressure regulating valve bypass flow. When the refrigerant circulating through the pipe 39 and the pressure regulating valve bypass flow return pipe 40 is cooled to a low temperature, it can be cooled more efficiently.

このように構成された第2の極低温冷凍機10Bによれば、第1の極低温冷凍機10Aの余剰の冷媒の具体的な利用方法として、圧縮機ユニット17の圧力調整弁バイパス流吐出継手38から冷媒を吐出し圧力調整弁バイパス流導入継手37へ戻る循環冷却配管、すなわち、圧力調整弁バイパス流吐出配管39および圧力調整弁バイパス流戻り配管40を設けることで、初期冷却時の余剰な冷媒を被冷却体46の予冷用の冷却に利用することができる。   According to the second cryogenic refrigerator 10B configured as described above, as a specific method of using the surplus refrigerant of the first cryogenic refrigerator 10A, the pressure regulating valve bypass flow discharge joint of the compressor unit 17 is used. By providing a circulation cooling pipe that discharges the refrigerant from 38 and returns to the pressure adjustment valve bypass flow introduction joint 37, that is, a pressure adjustment valve bypass flow discharge pipe 39 and a pressure adjustment valve bypass flow return pipe 40, surplus at the time of initial cooling is provided. The refrigerant can be used for cooling the object to be cooled 46 for precooling.

従って、初期冷却時の余剰な冷媒を簡便に利用することができ、この冷媒を使って、コールドヘッド11の冷却部(冷却ステージ12)による局所的な範囲のみならず、被冷却体冷却用熱交換器43でも冷却することができ、従来よりも広範な範囲を冷却が可能な冷凍機を構成することができる。   Therefore, the surplus refrigerant at the time of the initial cooling can be easily used, and this refrigerant is used to heat not only the local range by the cooling part (cooling stage 12) of the cold head 11 but also the cooling object to be cooled. The exchanger 43 can also be cooled, and a refrigerator capable of cooling a wider range than before can be configured.

尚、図2に示される第2の極低温冷凍機10Bでは、被冷却体冷却用熱交換器43は一つであるが、複数であっても良い。被冷却体冷却用熱交換器43が複数である場合には、複数個所の冷却が可能となる。   In the second cryogenic refrigerator 10B shown in FIG. 2, the number of the heat exchanger 43 for cooling the object to be cooled is one, but may be plural. When there are a plurality of cooling object cooling heat exchangers 43, a plurality of places can be cooled.

また、図2に示される第2の極低温冷凍機10Bでは、圧縮機ユニット17の圧力調整弁バイパス流吐出継手38から冷媒を吐出し圧力調整弁バイパス流導入継手37へ戻る循環経路は一つであるが、この循環経路は、並列に複数構成することもできる。   Further, in the second cryogenic refrigerator 10B shown in FIG. 2, there is one circulation path for discharging the refrigerant from the pressure regulating valve bypass flow discharge joint 38 of the compressor unit 17 and returning to the pressure regulating valve bypass flow introduction joint 37. However, a plurality of circulation paths can be formed in parallel.

[第3の実施形態]
図3は、本発明の第3の実施形態に係る極低温冷凍機の一例である第3の極低温冷凍機10Cの構成を概略的に示した構成図である。
[Third Embodiment]
FIG. 3 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a third cryogenic refrigerator 10C, which is an example of a cryogenic refrigerator according to the third embodiment of the present invention.

図3に示される第3の極低温冷凍機10Cは、図2に示される第2の極低温冷凍機10Bの被冷却体46として超電導磁石(図3に示される超電導コイル44および伝熱板45)を想定した実施形態である。図3に示される超電導コイル44および伝熱板45は、第3の極低温冷凍機10Cの冷却ステージ12に熱的に接触させて冷却するのに加え、循環冷媒の冷却による被冷却体用熱交換器43での熱交換によっても冷却されている。   A third cryogenic refrigerator 10C shown in FIG. 3 is a superconducting magnet (superconducting coil 44 and heat transfer plate 45 shown in FIG. 3) as a body 46 to be cooled of the second cryogenic refrigerator 10B shown in FIG. ). The superconducting coil 44 and the heat transfer plate 45 shown in FIG. 3 are in contact with the cooling stage 12 of the third cryogenic refrigerator 10C to be cooled, and in addition to the heat for the object to be cooled by cooling the circulating refrigerant. It is also cooled by heat exchange in the exchanger 43.

第3の極低温冷凍機10Cでは、予冷時のコールドヘッド11への流量が少ない場合には、超電導コイル44全体の温度勾配を少なくして冷却するために、被冷却体用熱交換器43側へ冷媒を循環させることができ、冷却ステージ12が所定の温度に冷却された後は、温度変化による熱ひずみ量が低温では減少し、Cu、Al等の熱伝導体は熱伝導率が増加する結果、コールドヘッド11の局所的な冷却で十分伝熱特性が得られるため、循環冷媒による冷却は不要となる。そして、コールドヘッド11への冷媒質量が増加するとともに、循環冷媒の流量は減少し自動的に0となる。   In the third cryogenic refrigerator 10C, when the flow rate to the cold head 11 at the time of pre-cooling is small, in order to cool the entire superconducting coil 44 with a reduced temperature gradient, After the cooling stage 12 is cooled to a predetermined temperature, the amount of thermal strain due to temperature change decreases at low temperatures, and the thermal conductivity of Cu, Al, and other thermal conductors increases. As a result, sufficient heat transfer characteristics can be obtained by local cooling of the cold head 11, so that cooling with a circulating refrigerant is unnecessary. Then, as the mass of refrigerant to the cold head 11 increases, the flow rate of the circulating refrigerant decreases and automatically becomes zero.

このように構成される第3の極低温冷凍機10Cによれば、超電導コイル44全体の温度勾配を少なくして室温から冷却することができ、超電導コイル44の熱ひずみによる劣化を防ぎつつ、冷凍機の冷凍能力をフルに発揮した初期冷却特性を得ることが可能となり、初期予冷が完了した後は、バイパス配管27への冷媒の流量が0となることから、切替操作なく圧力調整弁バイパス流吐出配管39および圧力調整弁バイパス流戻り配管40を廻る循環冷媒の流量を自動的に0とすることができる。従って、初期予冷から定常冷却への切替操作が不要、すなわち、操作が簡便な超電導磁石およびその冷却システムを構成することが可能となる。   According to the third cryogenic refrigerator 10C configured as described above, the temperature of the entire superconducting coil 44 can be reduced from the room temperature by reducing the temperature gradient of the entire superconducting coil 44, while preventing deterioration of the superconducting coil 44 due to thermal strain. It is possible to obtain an initial cooling characteristic that fully exhibits the refrigerating capacity of the machine, and after the initial precooling is completed, the flow rate of the refrigerant to the bypass pipe 27 becomes 0. The flow rate of the circulating refrigerant around the discharge pipe 39 and the pressure regulating valve bypass flow return pipe 40 can be automatically reduced to zero. Therefore, it is possible to configure a superconducting magnet and its cooling system that do not require switching operation from initial precooling to steady cooling, that is, easy operation.

尚、図3に示される第3の極低温冷凍機10Cでは、被冷却体冷却用熱交換器43が一つであるが複数であっても良い点は第2の極低温冷凍機10Bと同様である。   In the third cryogenic refrigerator 10C shown in FIG. 3, the number of the cooling object cooling heat exchanger 43 is one, but a plurality of the cooling bodies may be plural, as in the second cryogenic refrigerator 10B. It is.

[第4の実施形態]
図4は、本発明の第4の実施形態に係る極低温冷凍機の一例である第4の極低温冷凍機10Dの構成を概略的に示した構成図である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 4 is a configuration diagram schematically showing a configuration of a fourth cryogenic refrigerator 10D which is an example of a cryogenic refrigerator according to the fourth embodiment of the present invention.

図4に示される第4の極低温冷凍機10Dは、図3に示される第3の極低温冷凍機10Cと構成要素としては実質的な相違はないが、コールドヘッド11の冷却ステージ12と被冷却体46である超電導コイル44が物理的に接触し、熱的な接触をしているか否かの点で相違する。   The fourth cryogenic refrigerator 10D shown in FIG. 4 is not substantially different from the third cryogenic refrigerator 10C shown in FIG. The superconducting coil 44, which is the cooling body 46, is physically in contact and is different in that it is in thermal contact.

すなわち、第4の極低温冷凍機10Dでは、コールドヘッド11の冷却ステージ12と、被冷却体46である超電導コイル44とを熱的に接触をさせない構成とし、循環冷却配管である圧力調整弁バイパス流吐出配管39および圧力調整弁バイパス流戻り配管40だけの取り回しにより超電導コイル44の両面を冷却する構成とした。また、圧力調整弁26を、冷却ステージ12が所定の温度に冷却された後も、循環冷却の冷媒流量を0としないような設定を施した。   That is, in the fourth cryogenic refrigerator 10D, the cooling stage 12 of the cold head 11 and the superconducting coil 44 that is the object to be cooled 46 are not in thermal contact with each other, and the pressure regulating valve bypass that is a circulation cooling pipe is used. Both sides of the superconducting coil 44 are cooled by handling only the flow discharge pipe 39 and the pressure regulating valve bypass flow return pipe 40. Further, the pressure regulating valve 26 was set so that the refrigerant flow rate of the circulating cooling was not zero even after the cooling stage 12 was cooled to a predetermined temperature.

このように構成される第4の極低温冷凍機10Dでは、図4に示されるように、コールドヘッド11の冷却ステージ12と被冷却体46とを空間的に隔離することによって、コールドヘッド11と被冷却体46との熱的な接触を遮断して構成されているため、被冷却体46はコールドヘッド11と直接的に熱交換することはない。   In the fourth cryogenic refrigerator 10D configured as described above, as shown in FIG. 4, the cooling stage 12 of the cold head 11 and the object to be cooled 46 are spatially separated from each other, Since the thermal contact with the cooled object 46 is cut off, the cooled object 46 does not exchange heat directly with the cold head 11.

この結果、第4の極低温冷凍機10Dでは、第4の極低温冷凍機10Dが止まった際にコールドヘッド11側から直接被冷却体である超電導コイル44への熱侵入を回避することができ、超電導コイル44に侵入する熱量は断熱特性の良い冷却配管からの小さい熱侵入量に止めることができるので、超電導コイル44の低温保持特性を向上させることができる。   As a result, in the fourth cryogenic refrigerator 10D, when the fourth cryogenic refrigerator 10D stops, it is possible to avoid heat intrusion directly from the cold head 11 side into the superconducting coil 44 that is the object to be cooled. Since the amount of heat entering the superconducting coil 44 can be kept to a small amount of heat entering from the cooling pipe having a good heat insulating property, the low temperature holding property of the superconducting coil 44 can be improved.

また、圧力調整弁バイパス流吐出配管39および圧力調整弁バイパス流戻り配管40の素材にステンレス等の熱伝導率の低い材料を適用すれば、さらに上述の効果をより強めることができる。   Further, if a material having a low thermal conductivity such as stainless steel is applied to the material of the pressure regulating valve bypass flow discharge pipe 39 and the pressure regulating valve bypass flow return pipe 40, the above-described effect can be further enhanced.

上述したように、第4の極低温冷凍機10Dによれば、例えば、停電時に第4の極低温冷凍機10Dが停止した場合に、超電導コイル44の温度上昇の速度が低減し、異常時の対処のための時間が大幅に増える。また、コールドヘッド11を取り替える等のメンテナンス時には、超電導磁石の温度を室温付近まで上昇させる必要はなく、コールドヘッド11のみをほぼ独立して室温に戻し、交換作業を行うことが可能となる。特に、熱容量が大きい超電導コイル44においては、超電導コイル44の室温までの温度上昇と再冷却が不要となるため、メンテナンス時間を大幅に短縮可能な超電導磁石およびその冷却システムを構成することができる。   As described above, according to the fourth cryogenic refrigerator 10D, for example, when the fourth cryogenic refrigerator 10D stops during a power failure, the temperature increase rate of the superconducting coil 44 is reduced, so The time required for coping is greatly increased. Further, at the time of maintenance such as replacement of the cold head 11, it is not necessary to raise the temperature of the superconducting magnet to near room temperature, and only the cold head 11 can be returned to room temperature almost independently and replacement work can be performed. In particular, in the superconducting coil 44 having a large heat capacity, it is not necessary to raise the temperature of the superconducting coil 44 to room temperature and to recool it. Therefore, it is possible to configure a superconducting magnet and its cooling system that can greatly reduce the maintenance time.

[第5の実施形態]
図5は、本発明の第5の実施形態に係る極低温冷凍機の一例である第5の極低温冷凍機10Eの構成を概略的に示した構成図である。
[Fifth Embodiment]
FIG. 5 is a configuration diagram schematically showing a configuration of a fifth cryogenic refrigerator 10E which is an example of a cryogenic refrigerator according to the fifth embodiment of the present invention.

図5に示される第5の極低温冷凍機10Eは、第2の極低温冷凍機10Bに対して一段式の冷却ステージ12を備えるコールドヘッド11(一段式の冷凍機)の代わりに、第1段ステージ47と第2段ステージ48とを備えるコールドヘッド11(二段式の冷凍機)を用いている点で相違するが、その他の点では実質的に相違しない。そこで、本実施形態では、相違する冷凍機を中心に説明し、実質的に相違しない構成要素については同じ符号を付してその説明を省略する。   A fifth cryogenic refrigerator 10E shown in FIG. 5 is a first cryogenic refrigerator 10B in place of a cold head 11 (single-stage refrigerator) having a one-stage cooling stage 12 with respect to the second cryogenic refrigerator 10B. The difference is that the cold head 11 (two-stage refrigerator) including the stage stage 47 and the second stage stage 48 is used, but there is no substantial difference in other points. Therefore, in the present embodiment, the description will be focused on the different refrigerators, and the components that are not substantially different will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

図5に示されるように、第5の極低温冷凍機10Eは、第2の極低温冷凍機10Bの冷却ステージ12の代わりに、高温側の第1段冷却ステージ47と、低温側の第2段冷却ステージ48とを備えて構成される。   As shown in FIG. 5, the fifth cryogenic refrigerator 10E includes a first stage cooling stage 47 on the high temperature side and a second one on the low temperature side instead of the cooling stage 12 of the second cryogenic refrigerator 10B. A stage cooling stage 48 is provided.

第5の極低温冷凍機10Eでは、圧縮機ユニット17内のバイパス配管27を通る冷媒が圧力調整弁バイパス流吐出継手38から取り出され、冷媒が取り出された圧力調整弁バイパス流吐出配管39が熱的に連結されて配管内の冷媒が第1段冷却ステージ47で冷却され、被冷却体46との熱交換器43を介して圧縮機ユニット17へ戻る圧力調整弁バイパス流戻り配管40が設けられる。また、第1段ステージ47よりも低い温度が得られる第2段冷却ステージ48には、被冷却体46が熱的に接続される。   In the fifth cryogenic refrigerator 10E, the refrigerant passing through the bypass pipe 27 in the compressor unit 17 is taken out from the pressure regulating valve bypass flow discharge joint 38, and the pressure regulating valve bypass flow discharge pipe 39 from which the refrigerant is taken out is heated. The pressure regulating valve bypass flow return pipe 40 is provided which is connected to the refrigerant in the pipe and is cooled by the first stage cooling stage 47 and returns to the compressor unit 17 through the heat exchanger 43 with the cooled object 46. . Further, the cooled object 46 is thermally connected to a second cooling stage 48 that can obtain a lower temperature than the first stage 47.

このように構成される第5の極低温冷凍機10Eでは、冷却初期時においてはバイパス配管27に冷媒が流れるため、第1段冷却ステージ47で冷却された冷媒と、第2段冷却ステージ48の両方により、被冷却体46が冷却される。また、被冷却体46が十分低温に冷却された段階で、バイパス配管27に流れる冷媒を少量、または、0とすることができるため、第2の冷却ステージ48に対して高い温度となる第1段冷却ステージ47による冷却は停止し、第1段冷却ステージ47よりも低い温度に到達できる第2段冷却ステージ48のみで冷却するようになる。   In the fifth cryogenic refrigerator 10E configured as described above, since the refrigerant flows through the bypass pipe 27 at the initial stage of cooling, the refrigerant cooled by the first stage cooling stage 47 and the second stage cooling stage 48 By both, the to-be-cooled body 46 is cooled. In addition, when the cooled object 46 is cooled to a sufficiently low temperature, the amount of refrigerant flowing through the bypass pipe 27 can be reduced to a small amount or 0, so that the first temperature that is higher than the second cooling stage 48 is obtained. Cooling by the stage cooling stage 47 is stopped, and cooling is performed only by the second stage cooling stage 48 that can reach a lower temperature than the first stage cooling stage 47.

第5の極低温冷凍機10Eによれば、熱容量が大きい被冷却体46の冷却における初期予冷時には、第1段冷却ステージ47と第2段冷却ステージ48の両方の冷凍能力を使って冷却できるため、初期冷却の時間を大幅に短縮できる。また、所定の温度に冷却されれば、第2段冷却ステージ48のみの冷却に切り替わるため、被冷却体46を第1段冷却ステージ47の到達温度よりも低い温度に冷却することができる。   According to the fifth cryogenic refrigerator 10E, at the time of initial pre-cooling in the cooling of the cooled object 46 having a large heat capacity, it is possible to cool using both of the first-stage cooling stage 47 and the second-stage cooling stage 48. The initial cooling time can be greatly shortened. Further, since the cooling is switched to the cooling of only the second stage cooling stage 48 when cooled to a predetermined temperature, the cooled object 46 can be cooled to a temperature lower than the temperature reached by the first stage cooling stage 47.

尚、圧力調整弁バイパス流吐出配管39および圧力調整弁バイパス流戻り配管40に、例えばステンレスのような熱伝導率の低い金属を用い、所定の長さを保たせて室温と第1段冷却ステージ47、第1段冷却ステージ47と被冷却体46との被冷却体用熱交換器43等を接続する構成とすると、圧力調整弁バイパス流吐出配管39および圧力調整弁バイパス流戻り配管40からの熱侵入量を低減でき、冷媒が流れていない場合の到達温度を低下させることができる。   The pressure regulating valve bypass flow discharge pipe 39 and the pressure regulating valve bypass flow return pipe 40 are made of a metal having a low thermal conductivity, such as stainless steel, and are kept at a predetermined length at room temperature and the first stage cooling stage. 47, the first stage cooling stage 47 and the object to be cooled 46 are connected to the heat exchanger 43 for the object to be cooled, and so on, from the pressure adjustment valve bypass flow discharge pipe 39 and the pressure adjustment valve bypass flow return pipe 40. The amount of heat penetration can be reduced, and the temperature reached when the refrigerant is not flowing can be reduced.

また、図5に示される第5の極低温冷凍機10Eでは、冷却ステージ47,48を備える二段冷凍機の場合の例を示したが、二段以上の段数を持つ冷凍機においても同様に適用することができる。すなわち、最終段より上の高温側の冷却ステージを図5に示される第1段冷却ステージ47と、最終段の冷却ステージを第2段冷却ステージ48と、同様に構成することで、同じ作用、効果が得られる。   Further, in the fifth cryogenic refrigerator 10E shown in FIG. 5, the example of the two-stage refrigerator including the cooling stages 47 and 48 is shown, but the same applies to the refrigerator having two or more stages. Can be applied. That is, the same action can be achieved by configuring the high-temperature side cooling stage above the final stage in the same manner as the first cooling stage 47 shown in FIG. 5 and the final cooling stage as the second cooling stage 48. An effect is obtained.

[第6の実施形態]
図6は、本発明の第6の実施形態に係る極低温冷凍機の一例である第6の極低温冷凍機10Fの構成を概略的に示した構成図である。
[Sixth Embodiment]
FIG. 6 is a configuration diagram schematically showing a configuration of a sixth cryogenic refrigerator 10F, which is an example of a cryogenic refrigerator according to the sixth embodiment of the present invention.

図6に示される第6の極低温冷凍機10Fは、図5に示される第5の極低温冷凍機10Eの被冷却体46を超電導コイル44および伝熱板45を冷却する構成としたものである。換言すれば、図3に示される第3の極低温冷凍機10Cに対して、一段式の冷却ステージ12を備えるコールドヘッド11(一段式の冷凍機)の代わりに、第1段ステージ47と第2段ステージ48とを備えるコールドヘッド11(二段式の冷凍機)を用いている点で相違するが、その他の点では実質的に相違しない。   The sixth cryogenic refrigerator 10F shown in FIG. 6 is configured to cool the superconducting coil 44 and the heat transfer plate 45 in the cooled object 46 of the fifth cryogenic refrigerator 10E shown in FIG. is there. In other words, with respect to the third cryogenic refrigerator 10C shown in FIG. 3, instead of the cold head 11 (one-stage refrigerator) including the one-stage cooling stage 12, the first stage 47 and the first stage The difference is that a cold head 11 (two-stage refrigerator) including the two-stage stage 48 is used, but the other points are not substantially different.

このように構成される第6の極低温冷凍機10Fでは、超電導コイル44全体の温度勾配を少なくして室温から冷却することができ、超電導コイル44の熱ひずみによる劣化を防ぎつつ、冷凍機の冷凍能力をフルに発揮した初期冷却特性を得ることができる。また、初期予冷から定常冷却への切替操作が不要(操作が簡便)である。   In the sixth cryogenic refrigerator 10F configured as described above, the temperature gradient of the entire superconducting coil 44 can be reduced and cooling can be performed from room temperature, and deterioration of the superconducting coil 44 due to thermal strain can be prevented, while It is possible to obtain an initial cooling characteristic that fully exhibits the refrigerating capacity. Moreover, the switching operation from the initial precooling to the steady cooling is unnecessary (the operation is simple).

一方、初期予冷時においては、第1段冷却ステージ47と第2段冷却ステージ48の両方の冷凍能力を使って冷却できるため、初期冷却の時間を大幅に短縮でき、また、所定の温度に冷却されれば、第2段冷却ステージ48のみの冷却に切り替わるため、被冷却体46を第1段冷却ステージ47の到達温度よりも低い温度に冷却することができる。   On the other hand, at the time of initial pre-cooling, the cooling capacity can be reduced by using the refrigeration capacities of both the first stage cooling stage 47 and the second stage cooling stage 48, so that the initial cooling time can be greatly shortened and the cooling is performed to a predetermined temperature. Then, since the cooling is switched to the cooling of only the second stage cooling stage 48, the cooled object 46 can be cooled to a temperature lower than the temperature reached by the first stage cooling stage 47.

第6の極低温冷凍機10Fによれば、超電導コイル44全体の温度勾配を少なくして室温から冷却することができ、超電導コイル44の熱ひずみによる劣化を防ぎつつ、冷凍機の冷凍能力をフルに発揮した初期冷却特性を得ることができる。特に、第1段冷却ステージ47と第2段冷却ステージ48とを備えるので、初期予冷時においては、第1段冷却ステージ47と第2段冷却ステージ48の両方の冷凍能力を使って冷却でき、初期冷却の時間を大幅に短縮できる。   According to the sixth cryogenic refrigerator 10F, the temperature gradient of the entire superconducting coil 44 can be reduced and cooling can be performed from room temperature, and the refrigerating capacity of the refrigerator is fully achieved while preventing deterioration of the superconducting coil 44 due to thermal strain. The initial cooling characteristics exhibited in the above can be obtained. In particular, since the first stage cooling stage 47 and the second stage cooling stage 48 are provided, at the time of initial precooling, cooling can be performed using the cooling capacity of both the first stage cooling stage 47 and the second stage cooling stage 48, The initial cooling time can be greatly shortened.

また、所定の温度に冷却された後は、特段の切替操作を行うことなく、第2段冷却ステージ48のみの冷却に切り替わるため、被冷却体46を第1段冷却ステージ47の到達温度よりも低い温度に冷却することができる。従って、初期予冷から定常冷却へ切り替える際も操作が極めて簡便である。さらに、このような第6の極低温冷凍機10Fを適用することによって、初期予冷時間を短縮し、到達温度での性能は維持し、操作簡便な超電導磁石およびその冷却システムを構成することができる。   In addition, after cooling to a predetermined temperature, the cooling target 46 is set to a temperature higher than the temperature reached by the first stage cooling stage 47 because only the second stage cooling stage 48 is switched without performing any special switching operation. It can be cooled to a lower temperature. Therefore, the operation is very simple when switching from the initial precooling to the steady cooling. Furthermore, by applying such a sixth cryogenic refrigerator 10F, it is possible to shorten the initial precooling time, maintain the performance at the ultimate temperature, and configure a superconducting magnet that is easy to operate and its cooling system. .

以上、極低温冷凍機10A,10B,10C,10D,10E,10Fによれば、冷凍機1台で冷却する構成を採用しつつ、予冷時間の短縮、取り扱いの簡便さ、および、熱ひずみによる劣化の防止といった予冷特性を向上させることができる。   As described above, according to the cryogenic refrigerators 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, and 10F, while adopting the configuration of cooling with one refrigerator, the precooling time is shortened, the handling is easy, and the deterioration due to thermal strain. It is possible to improve the pre-cooling characteristics such as prevention.

すなわち、極低温冷凍機10A,10B,10C,10D,10E,10Fは、初期冷却(初期予冷)時にバイパス配管27に流れる余剰な冷媒を圧縮機ユニット17の外へ取り出すことができるように圧力調整弁バイパス流吐出継手38を設けることで、圧力調整弁バイパス流吐出継手38から余剰な冷媒を取り出して冷凍機以外の目的で簡便に利用することができる。また、バイパス配管27に圧力調整弁バイパス流吐出継手38と併せて圧力調整弁バイパス流導入継手37を設けることで、取り出して冷凍機以外の目的で利用した冷媒を簡便に戻すことができる。   That is, the cryogenic refrigerators 10 </ b> A, 10 </ b> B, 10 </ b> C, 10 </ b> D, 10 </ b> E, and 10 </ b> F are pressure-adjusted so that excess refrigerant flowing through the bypass pipe 27 can be taken out of the compressor unit 17 during initial cooling (initial precooling). By providing the valve bypass flow discharge joint 38, surplus refrigerant can be taken out from the pressure regulating valve bypass flow discharge joint 38 and used simply for purposes other than the refrigerator. Further, by providing the bypass piping 27 with the pressure regulating valve bypass flow introduction joint 37 together with the pressure regulating valve bypass flow discharge joint 38, the refrigerant taken out and used for purposes other than the refrigerator can be easily returned.

さらに、極低温冷凍機10B,10C,10D,10E,10Fは、初期冷却時の余剰な冷媒を簡便に利用することができ、この冷媒を使って、コールドヘッド11の冷却部(冷却ステージ12)による局所的な範囲のみならず、被冷却体冷却用熱交換器43でも冷却することができ、従来よりも広範な範囲を冷却が可能な冷凍機を構成することができる。   Furthermore, the cryogenic refrigerators 10B, 10C, 10D, 10E, and 10F can easily use the excess refrigerant at the time of initial cooling, and the cooling unit (cooling stage 12) of the cold head 11 using this refrigerant. In addition to the local range according to the above, it is possible to cool the object to be cooled by the heat exchanger 43 for cooling the object to be cooled, and it is possible to configure a refrigerator capable of cooling a wider range than before.

さらにまた、超電導コイル44を被冷却体46とする極低温冷凍機10C,10Fでは、超電導コイル44全体の温度勾配を少なくして室温から冷却することができ、超電導コイル44の熱ひずみによる劣化を防ぎつつ、冷凍機の冷凍能力をフルに発揮した初期冷却特性を得ることが可能となり、初期予冷が完了した後は、バイパス配管27への冷媒の流量が0となることから、切替操作なく圧力調整弁バイパス流吐出配管39および圧力調整弁バイパス流戻り配管40を廻る循環冷媒の流量を自動的に0とすることができる。従って、初期予冷から定常冷却への切替操作が不要、すなわち、操作が簡便な超電導磁石およびその冷却システムを構成することが可能となる。   Furthermore, in the cryogenic refrigerators 10C and 10F in which the superconducting coil 44 is the object to be cooled 46, the temperature gradient of the entire superconducting coil 44 can be reduced and cooling can be performed from room temperature. It is possible to obtain an initial cooling characteristic that fully exhibits the refrigerating capacity of the refrigerator while preventing the flow rate, and after the initial precooling is completed, the flow rate of the refrigerant to the bypass pipe 27 becomes 0, so that the pressure is not switched. The flow rate of the circulating refrigerant around the regulating valve bypass flow discharge pipe 39 and the pressure regulating valve bypass flow return pipe 40 can be automatically reduced to zero. Therefore, it is possible to configure a superconducting magnet and its cooling system that do not require switching operation from initial precooling to steady cooling, that is, easy operation.

また、第4の極低温冷凍機10Dでは、被冷却体46を、コールドヘッド11からの直接的に冷却させないため、冷凍機の動作を止めた際に冷凍機からの熱侵入が直接被冷却体である超電導コイル44に入らず、断熱特性の良い冷却配管からの小さい熱侵入量となり、超電導コイル44の低温保持特性を向上させることができる。   Further, in the fourth cryogenic refrigerator 10D, the object to be cooled 46 is not directly cooled from the cold head 11, so that when the operation of the refrigerator is stopped, the heat intrusion from the refrigerator is directly cooled. Therefore, the amount of heat penetration from the cooling pipe having good heat insulation characteristics is reduced, and the low temperature holding characteristics of the superconducting coil 44 can be improved.

さらに、極低温冷凍機10E,10Fは、多段式(図5および図6に示される例では二段式)の冷凍機を採用しているので、熱容量が大きい被冷却体46(または超電導コイル44)の冷却における初期予冷時には、第1段冷却ステージ47と第2段冷却ステージ48の両方の冷凍能力を使って冷却でき、初期冷却の時間を大幅に短縮できる。さらにまた、所定の温度に冷却されれば、第2段冷却ステージ48のみの冷却に切り替わるため、被冷却体46(超電導コイル44)を第1段冷却ステージ47の到達温度よりも低い温度に冷却することができる。   Furthermore, since the cryogenic refrigerators 10E and 10F employ a multistage type (two stage type in the examples shown in FIGS. 5 and 6), the cooled object 46 (or the superconducting coil 44) having a large heat capacity. In the initial pre-cooling in the cooling of (), cooling can be performed using the refrigeration capacities of both the first stage cooling stage 47 and the second stage cooling stage 48, and the initial cooling time can be greatly shortened. Furthermore, since cooling to only the second stage cooling stage 48 is performed when it is cooled to a predetermined temperature, the cooled object 46 (superconducting coil 44) is cooled to a temperature lower than the temperature reached by the first stage cooling stage 47. can do.

尚、本発明は上記の各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化しても良い。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and may be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.

また、上記の各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。   In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, you may delete some components from all the components shown by embodiment. Furthermore, you may combine the component covering different embodiment suitably.

10A,10B,10C,10D,10E,10F 極低温冷凍機
11 コールドヘッド(膨張器ユニット)
12 冷却ステージ
13 冷媒吐出継手
14 冷媒導入継手
15 冷媒低圧配管
16 冷媒高圧配管
17 圧縮機ユニット
18 圧縮機
19 圧縮機ユニット内低圧配管
20 圧縮機ユニット内高圧配管
21 冷媒導入継手
22 冷媒吐出継手
23 バッファタンク
24 オイルミストトラップ
25 アドソーバ
26 圧力調整弁
27 バイパス配管
37 圧力調整弁バイパス流導入継手
38 圧力調整弁バイパス流吐出継手
39 圧力調整弁バイパス流吐出配管
40 圧力調整弁バイパス流戻り配管
41 対向流熱交換器
42 冷却ステージ熱交換器
43 被冷却体冷却用熱交換器
44 超電導コイル
45 伝熱板
46 被冷却体
47 第1段冷却ステージ
48 第2段冷却ステージ
100 従来の極低温冷凍機
101 コールドヘッド(膨張器ユニット)
102 冷却ステージ
103 冷媒吐出継手
104 冷媒導入継手
105 冷媒低圧配管
106 冷媒高圧配管
107 圧縮機ユニット
108 圧縮機
109 圧縮機ユニット内低圧配管
110 圧縮機ユニット内高圧配管
111 冷媒導入継手
112 冷媒吐出継手
113 バッファタンク
114 オイルミストトラップ
115 アドソーバ
116 圧力調整弁
117 バイパス配管
124 超電導コイル
125 伝熱板
10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F Cryogenic refrigerator 11 Cold head (expander unit)
12 Cooling stage 13 Refrigerant discharge joint 14 Refrigerant introduction joint 15 Refrigerant low-pressure pipe 16 Refrigerant high-pressure pipe 17 Compressor unit 18 Compressor 19 Compressor unit internal low-pressure pipe 20 Compressor unit high-pressure pipe 21 Refrigerant introduction joint 22 Refrigerant discharge joint 23 Buffer Tank 24 Oil mist trap 25 Adsorber 26 Pressure adjustment valve 27 Bypass pipe 37 Pressure adjustment valve bypass flow introduction joint 38 Pressure adjustment valve bypass flow discharge joint 39 Pressure adjustment valve bypass flow discharge pipe 40 Pressure adjustment valve bypass flow return pipe 41 Counterflow heat Exchanger 42 Cooling stage heat exchanger 43 Heat exchanger 44 for cooling object to be cooled Superconducting coil 45 Heat transfer plate 46 Object to be cooled 47 First stage cooling stage 48 Second stage cooling stage 100 Conventional cryogenic refrigerator 101 Cold head (Expander unit)
102 Cooling stage 103 Refrigerant discharge joint 104 Refrigerant inlet joint 105 Refrigerant low-pressure pipe 106 Refrigerant high-pressure pipe 107 Compressor unit 108 Compressor 109 Compressor unit low-pressure pipe 110 Compressor unit high-pressure pipe 111 Refrigerant inlet joint 112 Refrigerant discharge joint 113 Buffer Tank 114 Oil mist trap 115 Adsorber 116 Pressure regulating valve 117 Bypass piping 124 Superconducting coil 125 Heat transfer plate

Claims (7)

圧縮機ユニットと、この圧縮機ユニットと分離したコールドヘッドとを備え、前記圧縮機ユニットの圧縮機によって昇圧された冷媒を前記コールドヘッドへ供給し、前記コールドヘッド内で膨張させることによって寒冷を発生させるとともに、前記コールドヘッド内で膨張した後の冷媒を再び前記圧縮機ユニットの圧縮機に導入して昇圧させる極低温冷凍機において、
前記圧縮機によって昇圧された冷媒が供給される高圧側配管と前記圧縮機ユニットの外部から導入された冷媒を前記圧縮機へ供給する低圧側配管とを連結するバイパス配管と、
このバイパス配管に設けられ、前記高圧側配管および前記低圧側配管の少なくとも一方の管内圧力を調整する圧力調整弁と、
前記バイパス配管内の冷媒を前記圧縮機ユニットの外部へ取り出す取出口と、
前記圧縮機ユニットの外部から前記圧縮機ユニットへ冷媒を導入する導入口と、
を具備することを特徴とする極低温冷凍機。
A compressor unit and a cold head separated from the compressor unit are provided. The refrigerant is pressurized by the compressor of the compressor unit, supplied to the cold head, and expanded in the cold head to generate cold. In the cryogenic refrigerator that increases the pressure by introducing again the refrigerant after being expanded in the cold head to the compressor of the compressor unit,
A bypass pipe connecting a high-pressure side pipe to which a refrigerant boosted by the compressor is supplied and a low-pressure side pipe for supplying the refrigerant introduced from the outside of the compressor unit to the compressor;
A pressure adjusting valve that is provided in the bypass pipe and adjusts the internal pressure of at least one of the high-pressure side pipe and the low-pressure side pipe;
An outlet for taking out the refrigerant in the bypass pipe to the outside of the compressor unit;
An inlet for introducing refrigerant into the compressor unit from the outside of the compressor unit;
A cryogenic refrigerator having the above structure.
前記取出口と前記導入口とを接続し、前記取出口から前記バイパス配管内の冷媒を前記圧縮機ユニットの外部へ取り出すとともに取り出した冷媒を前記圧縮機ユニットの内部へ戻す循環経路を構成する配管が設置され、
この循環経路は、前記コールドヘッドの冷却ステージに設けられた冷却ステージ熱交換器と、この冷却ステージ熱交換器の下流側に被冷却体を冷却する少なくとも一以上の被冷却体熱交換器とが直列的に接続されて構成されることを特徴とする請求項1記載の極低温冷凍機。
A pipe that connects the take-out port and the introduction port, and that constitutes a circulation path for taking out the refrigerant in the bypass pipe from the take-out port to the outside of the compressor unit and returning the taken-out refrigerant to the inside of the compressor unit. Is installed,
The circulation path includes a cooling stage heat exchanger provided in the cooling stage of the cold head, and at least one or more cooled object heat exchangers that cool the cooled object downstream of the cooling stage heat exchanger. The cryogenic refrigerator according to claim 1, wherein the cryogenic refrigerator is configured to be connected in series.
前記コールドヘッドは、冷却ステージを複数段有することを特徴とする請求項1又は2記載の極低温冷凍機。 The cryogenic refrigerator according to claim 1 or 2, wherein the cold head has a plurality of cooling stages. 前記被冷却体を、前記コールドヘッドの最終段冷却ステージに熱的に接続させる一方、前記冷却ステージ熱交換器を、前記最終段冷却ステージよりも初段側の冷却ステージの何れかに設けることを特徴とする請求項3記載の極低温冷凍機。 The object to be cooled is thermally connected to the final cooling stage of the cold head, and the cooling stage heat exchanger is provided in any one of the first cooling stages than the final cooling stage. The cryogenic refrigerator according to claim 3. 前記被冷却体は、超電導コイルであることを特徴とする請求項2乃至4の何れか1項に記載の極低温冷凍機。 The cryogenic refrigerator according to any one of claims 2 to 4, wherein the object to be cooled is a superconducting coil. 前記被冷却体は、超電導コイルであり、前記コールドヘッドの冷却ステージから直接冷却されている箇所とは別の少なくとも一箇所を前記被冷却体熱交換器と熱的に接触させて構成したことを特徴とする請求項2乃至5の何れか1項に記載の極低温冷凍機。 The to-be-cooled body is a superconducting coil, and is configured to be in thermal contact with the to-be-cooled body heat exchanger at least one place different from the place directly cooled from the cooling stage of the cold head. The cryogenic refrigerator according to any one of claims 2 to 5, characterized in that 前記被冷却体熱交換器は、少なくとも第1の被冷却体熱交換器と、第2の被冷却体熱交換器とを有し、前記第1の被冷却体熱交換器および第2の被冷却体熱交換器を被冷却体と熱的に接触させる一方、前記冷却ステージと被冷却体とは熱的な接触を遮断して構成されることを特徴とする請求項2に記載の極低温冷凍機。 The cooled object heat exchanger includes at least a first cooled object heat exchanger and a second cooled object heat exchanger, and the first cooled object heat exchanger and the second cooled object heat exchanger. The cryogenic temperature according to claim 2, wherein the cooling body heat exchanger is in thermal contact with the body to be cooled, and the cooling stage and the body to be cooled are cut off from thermal contact. refrigerator.
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