JP2012057871A - Pulse tube refrigerating machine, and superconductive magnet device using the same - Google Patents
Pulse tube refrigerating machine, and superconductive magnet device using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012057871A JP2012057871A JP2010202094A JP2010202094A JP2012057871A JP 2012057871 A JP2012057871 A JP 2012057871A JP 2010202094 A JP2010202094 A JP 2010202094A JP 2010202094 A JP2010202094 A JP 2010202094A JP 2012057871 A JP2012057871 A JP 2012057871A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- valve
- pulse tube
- air supply
- closes
- orifice
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
Description
本発明は、オリフィス・ダブルインレット方式のパルスチューブ冷凍機およびそれを用いた超電導磁石装置に関する。 The present invention relates to an orifice / double inlet type pulse tube refrigerator and a superconducting magnet apparatus using the same.
パルスチューブ冷凍機は蓄冷式冷凍機の一つで、ギフォード・マクマホン(GM)冷凍機、スターリング冷凍機に比べ、低温部に可動部がないため、信頼性の高い冷凍機である。ただし、膨張空間にピストン、あるいはディスプレーサがないため、冷凍サイクルを成立させるために、様々な位相制御機構が考案されている。 The pulse tube refrigerator is one of the regenerative refrigerators, and is a highly reliable refrigerator because it has no moving parts in the low temperature part compared to the Gifford McMahon (GM) refrigerator and the Stirling refrigerator. However, since there is no piston or displacer in the expansion space, various phase control mechanisms have been devised to establish a refrigeration cycle.
その中の代表的な一つの制御機構として、オリフィス・ダブルインレット方式のパルスチューブ冷凍機がある(例えば、特許文献1〜4)。
One typical control mechanism is an orifice / double inlet type pulse tube refrigerator (for example,
オリフィス・ダブルインレット方式は、一般に、開閉弁が2つだけで、GM冷凍機と同等のことが行えるが、ダブルインレット配管側からパルス管へ流入した冷媒ガスの一部がオリフィス配管を通ってバッファタンクへ流入してしまうという課題がある。この流入ガスは、寒冷発生に寄与せず、流量増と中間圧バッファの圧力増につながるため、冷却効率が低下する要因となっている。 In general, the orifice / double inlet system has only two on-off valves and can be equivalent to a GM refrigerator, but a part of the refrigerant gas flowing into the pulse tube from the double inlet piping side passes through the orifice piping and is buffered. There is a problem that it flows into the tank. This inflowing gas does not contribute to the generation of cold and leads to an increase in the flow rate and an increase in the pressure of the intermediate pressure buffer, which causes a decrease in cooling efficiency.
本発明は上記実情を鑑みてなされたもので、冷却効率が向上するパルスチューブ冷凍機およびそれを用いた超電導磁石装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a pulse tube refrigerator having improved cooling efficiency and a superconducting magnet device using the same.
本発明の一態様によるパルスチューブ冷凍機は、冷媒ガスの圧縮を行う圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒ガスを供給する流路にて開閉動作する給気弁と、使用後の冷媒ガスを前記圧縮機に戻す流路にて開閉動作する排気弁と、前記給気弁および前記排気弁に給排気配管を介して連通する蓄冷器と、前記給気弁および前記排気弁にダブルインレット配管を介して連通すると共に、前記蓄冷器の低温端に冷却ステージを介して連通するパルス管と、前記パルス管の高温端にオリフィス配管を介して連通するバッファタンクとを具備し、前記オリフィス配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するオリフィス開閉弁が設けられていることを特徴とする。 A pulse tube refrigerator according to an aspect of the present invention includes a compressor that compresses refrigerant gas, an air supply valve that opens and closes in a flow path that supplies refrigerant gas compressed by the compressor, and a refrigerant after use An exhaust valve that opens and closes in a flow path for returning gas to the compressor; a regenerator that communicates with the air supply valve and the exhaust valve via an air supply / exhaust pipe; and a double inlet for the air supply valve and the exhaust valve The orifice pipe comprising: a pulse pipe communicating with a low temperature end of the regenerator through a cooling stage; and a buffer tank communicating with the high temperature end of the pulse pipe through an orifice pipe. In addition, an orifice opening / closing valve that opens and closes in synchronization with a periodic opening / closing operation of the air supply valve and the exhaust valve is provided.
本発明の他の態様によるパルスチューブ冷凍機は、冷媒ガスの圧縮を行う圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒ガスを供給する流路にて開閉動作する給気弁と、使用後の冷媒ガスを前記圧縮機に戻す流路にて開閉動作する排気弁と、前記給気弁および前記排気弁に給排気配管を介して連通する蓄冷器と、前記給気弁および前記排気弁にダブルインレット配管を介して連通すると共に、前記蓄冷器の低温端に冷却ステージを介して連通するパルス管と、前記パルス管の高温端にオリフィス配管を介して連通するバッファタンクとを具備し、前記ダブルインレット配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するダブルインレット開閉弁が設けられていることを特徴とする。 A pulse tube refrigerator according to another aspect of the present invention includes a compressor that compresses refrigerant gas, an air supply valve that opens and closes in a flow path that supplies refrigerant gas compressed by the compressor, An exhaust valve that opens and closes in a flow path that returns the refrigerant gas to the compressor, a regenerator that communicates with the air supply valve and the exhaust valve via an air supply / exhaust pipe, and a double air supply to the air supply valve and the exhaust valve. A pulse tube communicating with the low temperature end of the regenerator via a cooling stage, and a buffer tank communicating with the high temperature end of the pulse tube via an orifice piping. The inlet pipe is provided with a double inlet on / off valve that opens and closes in synchronization with the periodic opening and closing of the air supply valve and the exhaust valve.
本発明の他の態様によるパルスチューブ冷凍機は、冷媒ガスの圧縮を行う圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒ガスを供給する流路にて開閉動作する給気弁と、使用後の冷媒ガスを前記圧縮機に戻す流路にて開閉動作する排気弁と、前記給気弁および前記排気弁に給排気配管を介して連通する蓄冷器と、前記給気弁および前記排気弁にダブルインレット配管を介して連通すると共に、前記蓄冷器の低温端に冷却ステージを介して連通するパルス管と、前記パルス管の高温端にオリフィス配管を介して連通するバッファタンクとを具備し、前記オリフィス配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するオリフィス開閉弁が設けられ、前記ダブルインレット配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するダブルインレット開閉弁が設けられていることを特徴とする。 A pulse tube refrigerator according to another aspect of the present invention includes a compressor that compresses refrigerant gas, an air supply valve that opens and closes in a flow path that supplies refrigerant gas compressed by the compressor, An exhaust valve that opens and closes in a flow path that returns the refrigerant gas to the compressor, a regenerator that communicates with the air supply valve and the exhaust valve via an air supply / exhaust pipe, and a double air supply to the air supply valve and the exhaust valve. A pulse pipe communicating with the low temperature end of the regenerator via a cooling stage, and a buffer tank communicating with the high temperature end of the pulse pipe via an orifice pipe. An orifice opening / closing valve that opens and closes in synchronization with the periodic opening / closing operation of the supply valve and the exhaust valve is provided in the pipe, and the supply valve and the exhaust valve are periodically provided in the double inlet pipe. Wherein the double inlet closing valve for opening and closing operation in synchronization with the opening and closing operation is provided.
本発明によれば、冷却効率が向上するパルスチューブ冷凍機およびそれを用いた超電導磁石装置を提供することができる。 According to the present invention, a pulse tube refrigerator with improved cooling efficiency and a superconducting magnet device using the same can be provided.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
最初に、本発明の第1の実施形態について説明する。
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described.
図1は、本発明の第1の実施形態に係るオリフィス・ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機の概略構成を示す構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of an orifice / double inlet type pulse tube refrigerator according to a first embodiment of the present invention.
この第1の実施形態に係るパルスチューブ冷凍機は、オリフィス・ダブルインレット方式のパルスチューブ冷凍機であり、圧縮機1、給気弁2(V1)、排気弁3(V2)、給排気配管4、蓄冷器5、ダブルインレット配管6、冷却ステージ7、パルス管8、オリフィス配管9、バッファタンク10、ダブルインレット流量調整部11、オリフィス流量調整部12、ダブルインレット開閉弁13(V3)、オリフィス開閉弁14(V4)などを備えている。
The pulse tube refrigerator according to the first embodiment is an orifice / double inlet type pulse tube refrigerator, and includes a
圧縮機1は、高低圧力源(圧力発振源)を構成し、冷媒ガスの圧縮を行う。
The
給気弁2(V1)は、圧縮機1により圧縮された冷媒ガスをコールドヘッド(図示せず)へ供給する流路にて開閉動作する開閉弁である。
The air supply valve 2 (V1) is an open / close valve that opens and closes in a flow path that supplies the refrigerant gas compressed by the
排気弁3(V2)は、使用後の冷媒ガスを圧縮機1に戻す流路にて開閉動作する開閉弁である。
The exhaust valve 3 (V2) is an open / close valve that opens and closes in a flow path that returns the used refrigerant gas to the
蓄冷器5は、内部で往復流動する冷媒ガスと熱交換を行う蓄冷材が充填されたものであり、高温端が給排気配管4を介して給気弁2(V1)および排気弁3(V2)に連通すると共に、パルス管8の高温端に連通し、低温端が冷却ステージ7を介してパルス管8の低温端に連通する。
The
ダブルインレット配管6は、給気弁2(V1)および排気弁3(V2)(あるいは、蓄冷器5の高温端)と、パルス管8の高温端に連通する。
The
冷却ステージ7は、蓄冷器5の低温端とパルス管8の低温端とに連通する流路に設けられ、冷却サイクルで生じる寒冷により被冷却物を冷却する。
The
パルス管8は、内部で冷媒ガスが膨張することで寒冷を発生させる中空の筒体であり、高温端がダブルインレット配管6を介して給気弁2(V1)および排気弁3(V2)に(あるいは蓄冷器5の高温端に)連通すると共に、オリフィス配管9を介してバッファタンク10に連通し、低温端が冷却ステージ7を介して蓄冷器5の低温端に連通する。
The
オリフィス配管9は、パルス管8の高温端とバッファタンク10に連通する。
The
バッファタンク10は、中間圧力源を構成し、オリフィス配管9を介してパルス管8の高温端に連通する。
The
ダブルインレット流量調整部11は、ダブルインレット配管6に設けられ、ダブルインレット配管6を流れる冷媒ガスの流量を調整する。
The double inlet flow
オリフィス流量調整部12は、オリフィス配管9に設けられ、オリフィス配管9を流れる冷媒ガスの流量を調整する。
The orifice flow
特に、ダブルインレット配管6には、給気弁2(V1)および排気弁3(V2)の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するダブルインレット開閉弁13(V3)が設けられる。また、オリフィス配管9には、給気弁2(V1)および排気弁3(V2)の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するオリフィス開閉弁14(V4)が設けられる。
In particular, the
制御装置100は、所定のシーケンスに従って、給気弁2(V1)、排気弁3(V2)、ダブルインレット開閉弁13(V3)、およびオリフィス開閉弁14(V4)が周期的に開閉動作するよう制御することにより、パルスチューブ冷凍機における冷凍サイクルを実施する。
The
なお、給気弁2(V1)、排気弁3(V2)、ダブルインレット開閉弁13(V3)、およびオリフィス開閉弁14(V4)は、1つの機械式開閉弁の中に収められていてもよい。例えば、1つのロータリー弁あるいは1つのスプール弁により、上記4つの開閉弁の周期的な開閉動作を実現するように構成する。その場合、装置を小型化することが可能となる。 The supply valve 2 (V1), the exhaust valve 3 (V2), the double inlet on-off valve 13 (V3), and the orifice on-off valve 14 (V4) may be housed in one mechanical on-off valve. Good. For example, the four open / close valves can be periodically opened / closed by one rotary valve or one spool valve. In that case, the apparatus can be reduced in size.
次に、図2を参照して、本実施形態のパルスチューブ冷凍機における冷凍サイクルについて説明する。 Next, with reference to FIG. 2, the refrigerating cycle in the pulse tube refrigerator of this embodiment is demonstrated.
本実施形態に係るパルスチューブ冷凍機では、図2に示されるように、4つの開閉弁、すなわち、給気弁2(V1)、排気弁3(V2)、ダブルインレット開閉弁13(V3)、およびオリフィス開閉弁14(V4)がそれぞれ周期的に開閉動作する冷凍サイクルが実施される。 In the pulse tube refrigerator according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, four on-off valves, that is, an air supply valve 2 (V1), an exhaust valve 3 (V2), a double inlet on-off valve 13 (V3), A refrigeration cycle is performed in which the orifice on / off valve 14 (V4) periodically opens and closes.
4つの開閉弁が全て閉まっている状態から、まず、給気弁2(V1)とダブルインレット開閉弁13(V3)とが概略同時に開く。これにより、圧縮機1により圧縮された高圧の冷媒ガスが、蓄冷器5の高温端とパルス管8の高温端の両側から冷凍機コールドヘッド内に導入される。このとき、オリフィス開閉弁14(V4)は閉まっているため、図3に示されるような無効な圧縮ガスの流れを阻止し、理想的な圧縮ガスの流れを形成することが可能となる。また、このとき、流量調整部11は、ダブルインレット配管6からパルス管8に導入される冷媒ガスの量を調整する固定あるいは半固定の圧損部として機能する。なお、圧力調整部9を設けずに、代わりにダブルインレット配管6自身の圧損で流量を調整するように構成してもよい。
First, the supply valve 2 (V1) and the double inlet on / off valve 13 (V3) are opened almost simultaneously from the state in which all the four on-off valves are closed. Thereby, the high-pressure refrigerant gas compressed by the
ダブルインレット開閉弁13(V3)は、給気弁2(V1)が閉まる前に閉まり、その後、オリフィス開閉弁14(V4)が開く。高圧ガスが蓄冷器5→冷却ステージ7→パルス管8の方向に移動した後、給気弁2(V1)が閉まる。これにより、冷媒ガスの供給がない状態で、パルス管8内の冷媒ガスがバッファタンク12に流れ出るため、パルス管8内の冷媒ガスが膨張し、温度が低下する。このとき、ダブルインレット開閉弁13(V3)が閉まっているため、図4に示されるような無効な圧縮ガスの流れを阻止し、理想的な圧縮ガスの流れを形成することが可能となる。
The double inlet on / off valve 13 (V3) is closed before the air supply valve 2 (V1) is closed, and then the orifice on / off valve 14 (V4) is opened. After the high-pressure gas moves in the direction of the
その後、オリフィス開閉弁14(V4)が閉まり、排気弁3(V2)とダブルインレット開閉弁13(V3)とが概略同時に開き、コールドヘッド内のガスが圧縮機1の低圧側圧力レベルにまで減圧される。
Thereafter, the orifice on / off valve 14 (V4) is closed, the exhaust valve 3 (V2) and the double inlet on / off valve 13 (V3) are opened almost simultaneously, and the gas in the cold head is reduced to the low pressure side pressure level of the
減圧完了後、ダブルインレット開閉弁13(V3)が閉まり、その後にオリフィス開閉弁14(V4)が開くと、冷媒ガスがパルス管8→冷却ステージ7→蓄冷器5の方向に押し出される。その後、排気弁3(V2)が閉まり、オリフィス開閉弁14(V4)が閉まると、最初に示したV1,V3を開ける昇圧過程の直前の状態となり、冷凍サイクルの1サイクル分が完了する。
After the decompression is completed, when the double inlet on / off valve 13 (V3) is closed and then the orifice on / off valve 14 (V4) is opened, the refrigerant gas is pushed out in the direction of the
この第1の実施形態によれば、オリフィス・ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機において、寒冷発生に寄与せず非効率の要因となっている冷媒ガスの流れを抑制できるため、冷凍能力を向上させることができる。 According to the first embodiment, in the orifice / double inlet type pulse tube refrigerator, the flow of the refrigerant gas that does not contribute to the generation of cold and is an inefficient factor can be suppressed, so that the refrigerating capacity is improved. Can do.
なお、本実施形態では、ダブルインレット開閉弁13(V3)とオリフィス開閉弁14(V4)の両方が設けられる場合を例示したが、ダブルインレット開閉弁13(V3)とオリフィス開閉弁14(V4)のいずれか一方のみが設けられる構成としてもよい。その場合も、冷凍能力を向上させることができる。 In the present embodiment, the case where both the double inlet on-off valve 13 (V3) and the orifice on-off valve 14 (V4) are provided is illustrated, but the double inlet on-off valve 13 (V3) and the orifice on-off valve 14 (V4) are provided. It is good also as a structure in which any one of these is provided. Even in this case, the refrigerating capacity can be improved.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。なお、前述の第1の実施形態と共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in the above-mentioned 1st Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
この第2の実施形態では、前述の4つの開閉弁の制御を実施することに加え、冷却ステージ7の温度に応じてダブルインレット開閉弁13(V3)やオリフィス開閉弁14(V4)の開閉タイミング、あるいはバッファタンク10の容積、あるいはバッファタンク10の内部ガス温度を変化させる制御を実施する。
In the second embodiment, in addition to the above-described control of the four open / close valves, the open / close timing of the double inlet open / close valve 13 (V3) and the orifice open / close valve 14 (V4) according to the temperature of the
図5は、本発明の第2の実施形態に係るパルスチューブ冷凍機の概略構成を示す構成図である。 FIG. 5 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a pulse tube refrigerator according to the second embodiment of the present invention.
図5に示されるように、第2の実施形態に係るパルスチューブ冷凍機は、図1に示した構成要素に加え、温度センサ21、バッファタンク容積制御機構22、およびバッファタンク温度制御機構23を備えている。なお、バッファタンク容積制御機構22とバッファタンク温度制御機構23のうち、いずれか一方のみが設けられるようにしてもよい。
As shown in FIG. 5, the pulse tube refrigerator according to the second embodiment includes a
温度センサ21は、冷却ステージ7に設置され、冷却ステージ7の温度を検出する。温度センサ21が検出した結果は検出信号として制御装置100Aに伝えられる。
The
バッファタンク容積制御機構22は、バッファタンク10の容積を増減させる機構である。
The buffer tank
バッファタンク温度制御機構23は、バッファタンク10の内部ガスの温度を変化させる機構である。
The buffer tank
制御装置100Aは、前述のように給気弁2(V1)、排気弁3(V2)、ダブルインレット開閉弁13(V3)、およびオリフィス開閉弁14(V4)の開閉動作を制御する機能のほか、次のような機能を備えている。
The
制御装置100Aは、冷凍機運転中に、温度センサ21の検出信号を監視し、冷却ステージ7の温度上昇/温度下降に連動して、バッファタンク容積制御機構22を通じてバッファタンク10の容積を大きく/小さくする、あるいはバッファタンク温度制御機構23を通じてバッファタンク10の内部ガスの温度を低くする/高くする、あるいはこれらの両方を実施する機能を備えている。
The
さらに、制御装置100Aは、上述のバッファタンク10の容積や内部ガス温度を制御する代わりに、冷凍機運転中、冷却ステージ7の温度上昇/温度下降に連動して、ダブルインレット開閉弁13(V3)が開いている時間を短くする/長くする、あるいはオリフィス開閉弁14(V4)が開いている時間を長くする/短くする、あるいはこれらの両方を実施する機能を備えている。この機能を用いる場合、バッファタンク容積制御機構22およびバッファタンク温度制御機構23の設置は不要となる。
Further, the
すなわち、本実施形態においては、冷却ステージ7での冷却温度が高い場合は、パルス管8の温度勾配が小さいので、例えば、バッファタンク10の容積を増加させるか、あるいはバッファタンク10内の冷媒ガスの温度を低下させるか、あるいはオリフィス開閉弁14(V4)が開いている時間を長くする等の制御を行うことによって、オリフィス配管9からバッファタンク10内への膨張ガス量を増加させる。冷媒ガスの膨張容積を大きくとっても、シャトル損失等の冷凍損失は小さいため、効率を向上させることができる。また、冷却ステージ7での冷却温度が高い場合は、冷凍機内に流入する冷媒ガスの流量が少ないので、その流量を増加させるために、ダブルインレット開閉弁が開いている時間を短くする制御を行い、ダブルインレット開閉弁13(V3)からのガス流入を抑制することも有効となる。
That is, in the present embodiment, when the cooling temperature in the
図6は、冷却ステージ7の温度が高いときにオリフィス開閉弁14(V4)が開いている時間を長くした場合の冷凍サイクルの例を示している。
FIG. 6 shows an example of the refrigeration cycle when the time during which the orifice opening / closing valve 14 (V4) is open is extended when the temperature of the
図6に示されるように、オリフィス開閉弁14(V4)が開いている時間は、図2に示したものよりも長くなっている。このとき、ダブルインレット開閉弁13(V3)が開いている時間帯とオリフィス開閉弁14(V4)が開いている時間帯とが重ならないようにする。なお、オリフィス開閉弁14(V4)が開いている時間を長くするだけでなく、ダブルインレット開閉弁13(V3)が開いている時間を短くするようにしてもよい。 As shown in FIG. 6, the time during which the orifice opening / closing valve 14 (V4) is open is longer than that shown in FIG. At this time, the time zone in which the double inlet on-off valve 13 (V3) is open and the time zone in which the orifice on-off valve 14 (V4) is open do not overlap. It should be noted that not only the time during which the orifice on / off valve 14 (V4) is open, but also the time during which the double inlet on / off valve 13 (V3) is open may be shortened.
この第2の実施形態によれば、冷却ステージの温度が高い場合などに、その温度に応じた高効率な運転を実現する制御が行われるので、冷凍能力が一層向上し、例えば室温からの初期予冷過程における冷却時間を短縮することもできる。 According to the second embodiment, when the temperature of the cooling stage is high, the control for realizing the high-efficiency operation according to the temperature is performed, so that the refrigerating capacity is further improved, for example, the initial temperature from room temperature The cooling time in the precooling process can also be shortened.
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。なお、前述の第2の実施形態と共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in the above-mentioned 2nd Embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
この第3の実施形態では、前述の第2の実施形態(図5)で説明したオリフィス・ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機を利用した超電導磁石装置について説明する。 In the third embodiment, a superconducting magnet apparatus using the orifice / double inlet type pulse tube refrigerator described in the second embodiment (FIG. 5) will be described.
図7は、本発明の第3の実施形態に係る超電導磁石装置の概略構成を示す構成図である。 FIG. 7 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a superconducting magnet apparatus according to the third embodiment of the present invention.
この第3の実施形態に係る超電導磁石装置は、前述の第2の実施形態(図5)で説明したオリフィス・ダブルインレット型パルスチューブ冷凍機を用いて超電導コイル31を冷却するシステムを構成している。
The superconducting magnet apparatus according to the third embodiment constitutes a system for cooling the
上記冷凍機の冷却ステージ7は、伝熱板32を介して超電導コイル31に接続される。前述の温度センサ21は超電導コイル31に設置されており、温度センサ21が検出した結果は検出信号として制御装置100Bに伝えられる。
The
制御装置100Bは、温度センサ21の検出信号を監視し、超電導磁石のクエンチによる超電導コイルの温度上昇/温度下降に連動して、バッファタンク10の容積を大きくする/小さくする、あるいはバッファタンクの内部ガスの温度を低くする/高くする、あるいはこれらの両方を実施する機能を備えている。
The
さらに、制御装置100Bは、上述のバッファタンク10の容積や内部ガス温度を制御する代わりに、温度センサ21の検出信号を監視し、超電導磁石のクエンチによる超電導コイル31の温度上昇/温度下降に連動して、オリフィス開閉弁14(V4)が開いている時間を長くする/短くする、あるいはダブルインレット開閉弁13(V3)が開いている時間を短くする/長くする、あるいはこれらの両方を実施する機能を備えている。この機能を用いる場合、バッファタンク容積制御機構22およびバッファタンク温度制御機構23の設置は不要となる。
Furthermore, instead of controlling the volume of the
なお、冷凍サイクルの例については、前述の第2の実施形態において説明した通りである。 An example of the refrigeration cycle is as described in the second embodiment.
この第3の実施形態によれば、超電導コイルの温度が高い場合などに、その温度に応じた高効率な運転を実現する制御が行われるので、冷凍能力が一層向上し、例えば室温からの初期予冷過程における冷却時間を短縮することができるほか、超電導磁石冷却時において超電導コイルがクエンチした場合の温度上昇の際に、超電導コイルのクエンチ後の復帰時間を短縮することができる。 According to the third embodiment, when the temperature of the superconducting coil is high, control for realizing highly efficient operation according to the temperature is performed, so that the refrigerating capacity is further improved, for example, the initial temperature from room temperature. In addition to shortening the cooling time in the precooling process, the return time after quenching of the superconducting coil can be shortened when the temperature of the superconducting coil is quenched during cooling of the superconducting magnet.
以上詳述したように、本発明の各実施形態によれば、オリフィス・ダブルインレット方式のパルスチューブ冷凍機およびそれを用いた超電導磁石装置において、冷却効率を向上させることが可能となる。 As described above in detail, according to each embodiment of the present invention, it is possible to improve cooling efficiency in an orifice / double inlet type pulse tube refrigerator and a superconducting magnet apparatus using the same.
本発明は上記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できる。また、上記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よい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1…蓄冷器、2…給気弁(V1)、3…排気弁(V2)、4…給排気配管、5…蓄冷器、6…ダブルインレット配管、7…冷却ステージ、8…パルス管、9…オリフィス配管、10…バッファタンク、11…ダブルインレット流量調整部、12…オリフィス流量調整部、13…ダブルインレット開閉弁(V3)、14…オリフィス開閉弁(V4)、21…温度センサ、22…バッファタンク容積制御機構、23…バッファタンク温度制御機構、31…超電導コイル、32…伝熱板、100,100A,100B…制御装置。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記圧縮機により圧縮された冷媒ガスを供給する流路にて開閉動作する給気弁と、
使用後の冷媒ガスを前記圧縮機に戻す流路にて開閉動作する排気弁と、
前記給気弁および前記排気弁に給排気配管を介して連通する蓄冷器と、
前記給気弁および前記排気弁にダブルインレット配管を介して連通すると共に、前記蓄冷器の低温端に冷却ステージを介して連通するパルス管と、
前記パルス管の高温端にオリフィス配管を介して連通するバッファタンクと
を具備し、
前記オリフィス配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するオリフィス開閉弁が設けられていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。 A compressor for compressing refrigerant gas;
An air supply valve that opens and closes in a flow path for supplying refrigerant gas compressed by the compressor;
An exhaust valve that opens and closes in a flow path for returning the used refrigerant gas to the compressor;
A regenerator that communicates with the air supply valve and the exhaust valve via a supply / exhaust pipe;
A pulse tube communicating with the air supply valve and the exhaust valve via a double inlet pipe, and communicating with a low temperature end of the regenerator via a cooling stage;
A buffer tank communicating with the high temperature end of the pulse tube through an orifice pipe;
A pulse tube refrigerator, wherein the orifice pipe is provided with an orifice opening / closing valve that opens and closes in synchronization with a periodic opening / closing operation of the air supply valve and the exhaust valve.
前記オリフィス開閉弁は、前記給気弁が開く前に閉まり、前記給気弁が閉まる前に開き、前記排気弁が開く前に閉まり、前記排気弁が閉まる前に開くことを特徴とするパルスチューブ冷凍機。 In the pulse tube refrigerator according to claim 1,
The orifice open / close valve is closed before the air supply valve is opened, is opened before the air supply valve is closed, is closed before the exhaust valve is opened, and is opened before the exhaust valve is closed. refrigerator.
冷凍機運転中に、前記冷却ステージの温度上昇に連動して、前記オリフィス開閉弁が開いている時間を長くする手段を備えていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。 In the pulse tube refrigerator according to claim 1 or 2,
A pulse tube refrigerator comprising means for extending the time during which the orifice on-off valve is open in conjunction with a rise in temperature of the cooling stage during operation of the refrigerator.
前記圧縮機により圧縮された冷媒ガスを供給する流路にて開閉動作する給気弁と、
使用後の冷媒ガスを前記圧縮機に戻す流路にて開閉動作する排気弁と、
前記給気弁および前記排気弁に給排気配管を介して連通する蓄冷器と、
前記給気弁および前記排気弁にダブルインレット配管を介して連通すると共に、前記蓄冷器の低温端に冷却ステージを介して連通するパルス管と、
前記パルス管の高温端にオリフィス配管を介して連通するバッファタンクと
を具備し、
前記ダブルインレット配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するダブルインレット開閉弁が設けられていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。 A compressor for compressing refrigerant gas;
An air supply valve that opens and closes in a flow path for supplying refrigerant gas compressed by the compressor;
An exhaust valve that opens and closes in a flow path for returning the used refrigerant gas to the compressor;
A regenerator that communicates with the air supply valve and the exhaust valve via a supply / exhaust pipe;
A pulse tube communicating with the air supply valve and the exhaust valve via a double inlet pipe, and communicating with a low temperature end of the regenerator via a cooling stage;
A buffer tank communicating with the high temperature end of the pulse tube through an orifice pipe;
A pulse tube refrigerator, wherein the double inlet pipe is provided with a double inlet on / off valve that opens and closes in synchronization with the periodic opening and closing of the air supply valve and the exhaust valve.
前記ダブルインレット開閉弁は、前記給気弁が開くのと概略同時に開き、前記給気弁が閉まる前に閉まり、前記排気弁が開くのと概略同時に開き、前記排気弁が閉まる前に閉まることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。 In the pulse tube refrigerator according to claim 4,
The double inlet open / close valve opens substantially simultaneously with the opening of the air supply valve, closes before the air supply valve closes, opens approximately simultaneously with the opening of the exhaust valve, and closes before the exhaust valve closes. A featured pulse tube refrigerator.
冷凍機運転中に、前記冷却ステージの温度上昇に連動して、前記ダブルインレット開閉弁が開いている時間を短くする手段を備えていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。 In the pulse tube refrigerator according to claim 4 or 5,
A pulse tube refrigerator comprising means for shortening a time during which the double inlet on-off valve is open in conjunction with an increase in temperature of the cooling stage during operation of the refrigerator.
前記圧縮機により圧縮された冷媒ガスを供給する流路にて開閉動作する給気弁と、
使用後の冷媒ガスを前記圧縮機に戻す流路にて開閉動作する排気弁と、
前記給気弁および前記排気弁に給排気配管を介して連通する蓄冷器と、
前記給気弁および前記排気弁にダブルインレット配管を介して連通すると共に、前記蓄冷器の低温端に冷却ステージを介して連通するパルス管と、
前記パルス管の高温端にオリフィス配管を介して連通するバッファタンクと
を具備し、
前記オリフィス配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するオリフィス開閉弁が設けられ、
前記ダブルインレット配管に、前記給気弁および前記排気弁の周期的な開閉動作に同期して開閉動作するダブルインレット開閉弁が設けられていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。 A compressor for compressing refrigerant gas;
An air supply valve that opens and closes in a flow path for supplying refrigerant gas compressed by the compressor;
An exhaust valve that opens and closes in a flow path for returning the used refrigerant gas to the compressor;
A regenerator that communicates with the air supply valve and the exhaust valve via a supply / exhaust pipe;
A pulse tube communicating with the air supply valve and the exhaust valve via a double inlet pipe, and communicating with a low temperature end of the regenerator via a cooling stage;
A buffer tank communicating with the high temperature end of the pulse tube through an orifice pipe;
The orifice piping is provided with an orifice opening / closing valve that opens and closes in synchronization with the periodic opening and closing operations of the air supply valve and the exhaust valve,
A pulse tube refrigerator, wherein the double inlet pipe is provided with a double inlet on / off valve that opens and closes in synchronization with the periodic opening and closing of the air supply valve and the exhaust valve.
前記オリフィス開閉弁は、前記給気弁が開く前に閉まり、前記給気弁が閉まる前に開き、前記排気弁が開く前に閉まり、前記排気弁が閉まる前に開き、
前記ダブルインレット開閉弁は、前記給気弁が開くのと概略同時に開き、前記給気弁が閉まる前に閉まり、前記排気弁が開くのと概略同時に開き、前記排気弁が閉まる前に閉まることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。 In the pulse tube refrigerator according to claim 7,
The orifice opening / closing valve is closed before the air supply valve is opened, opened before the air supply valve is closed, closed before the exhaust valve is opened, and opened before the exhaust valve is closed,
The double inlet open / close valve opens substantially simultaneously with the opening of the air supply valve, closes before the air supply valve closes, opens approximately simultaneously with the opening of the exhaust valve, and closes before the exhaust valve closes. A featured pulse tube refrigerator.
それぞれの弁の周期的な開閉動作が1つのロータリー弁あるいは1つのスプール弁で実現されていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。 In the pulse tube refrigerator according to any one of claims 1 to 8,
A pulse tube refrigerator characterized in that a periodic opening / closing operation of each valve is realized by one rotary valve or one spool valve.
冷凍機運転中に、前記バッファタンクの容積あるいは前記バッファタンクの内部ガスの温度を変える手段を備えていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。 In the pulse tube refrigerator according to any one of claims 1 to 9,
A pulse tube refrigerator comprising means for changing the volume of the buffer tank or the temperature of the internal gas of the buffer tank during operation of the refrigerator.
冷凍機運転中に、前記冷却ステージの温度上昇に連動して、前記バッファタンクの容積を大きくする、あるいは前記バッファタンクの内部ガスの温度を低くする、あるいはこれらの両方を実施する手段を備えていることを特徴とするパルスチューブ冷凍機。 In the pulse tube refrigerator according to any one of claims 1 to 10,
A means for increasing the volume of the buffer tank, or lowering the temperature of the internal gas of the buffer tank, or both in conjunction with the temperature rise of the cooling stage during operation of the refrigerator; The pulse tube refrigerator characterized by having.
前記超電導コイルの温度上昇に連動して、前記オリフィス開閉弁が開いている時間を長くする手段を備えていることを特徴とする超電導磁石装置。 A superconducting magnet apparatus for cooling a superconducting coil using the pulse tube refrigerator according to any one of claims 1 to 3 and 7 to 11.
A superconducting magnet device comprising means for extending the time during which the orifice on-off valve is open in conjunction with a temperature rise of the superconducting coil.
前記超電導コイルの温度上昇に連動して、前記ダブルインレット開閉弁が開いている時間を短くする手段を備えていることを特徴とする超電導磁石装置。 In the superconducting magnet apparatus that cools the superconducting coil using the pulse tube refrigerator according to any one of claims 4 to 11,
A superconducting magnet device comprising means for shortening a time during which the double inlet on-off valve is open in conjunction with a temperature rise of the superconducting coil.
超電導コイルの温度上昇に連動して、前記バッファタンクの容積を大きくする、あるいは前記バッファタンクの内部ガスの温度を低くする、あるいはこれらの両方を実施する手段を備えていることを特徴とする超電導磁石装置。 The superconducting magnet device according to any one of claims 12 to 14,
Superconductivity characterized by comprising means for enlarging the volume of the buffer tank and / or lowering the temperature of the internal gas of the buffer tank in conjunction with a rise in the temperature of the superconducting coil. Magnet device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010202094A JP2012057871A (en) | 2010-09-09 | 2010-09-09 | Pulse tube refrigerating machine, and superconductive magnet device using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010202094A JP2012057871A (en) | 2010-09-09 | 2010-09-09 | Pulse tube refrigerating machine, and superconductive magnet device using the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012057871A true JP2012057871A (en) | 2012-03-22 |
Family
ID=46055188
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010202094A Withdrawn JP2012057871A (en) | 2010-09-09 | 2010-09-09 | Pulse tube refrigerating machine, and superconductive magnet device using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012057871A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018151128A (en) * | 2017-03-13 | 2018-09-27 | 住友重機械工業株式会社 | Pulse pipe refrigerator and rotary valve unit for pulse pipe refrigerator |
JP2021148396A (en) * | 2020-03-23 | 2021-09-27 | 住友重機械工業株式会社 | Pulse tube refrigerator |
-
2010
- 2010-09-09 JP JP2010202094A patent/JP2012057871A/en not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018151128A (en) * | 2017-03-13 | 2018-09-27 | 住友重機械工業株式会社 | Pulse pipe refrigerator and rotary valve unit for pulse pipe refrigerator |
JP2021148396A (en) * | 2020-03-23 | 2021-09-27 | 住友重機械工業株式会社 | Pulse tube refrigerator |
WO2021192721A1 (en) * | 2020-03-23 | 2021-09-30 | 住友重機械工業株式会社 | Pulse tube refrigerator |
CN115280081A (en) * | 2020-03-23 | 2022-11-01 | 住友重机械工业株式会社 | Pulse tube refrigerator |
JP7408451B2 (en) | 2020-03-23 | 2024-01-05 | 住友重機械工業株式会社 | Two-stage pulse tube refrigerator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5589193B2 (en) | GM refrigerator having phase adjustment mechanism | |
JP4617251B2 (en) | Coaxial multistage pulse tube for helium recondensation. | |
JP3624542B2 (en) | Pulse tube refrigerator | |
JP2007212128A (en) | Hybrid heat pump/refrigerator with magnetic cooling stage | |
US8991196B2 (en) | Regenerator, GM refrigerator, and pulse tube refrigerator | |
JP2015511695A (en) | Device and method for filling a tank | |
US20130219923A1 (en) | Cryogenic refrigerator | |
Zhu | Step piston pulse tube refrigerator | |
US6351954B1 (en) | Pulse tube refrigerator | |
CN106062491B (en) | Hybrid brayton-Ji Fude-McMahon expanding machine | |
JPH0611200A (en) | Cryogenic refrigerating machine | |
JP2012057871A (en) | Pulse tube refrigerating machine, and superconductive magnet device using the same | |
JP5599766B2 (en) | Cryogenic refrigerator | |
CN103216966A (en) | Free piston type pulse tube refrigerator | |
JP2004093124A (en) | Heat acoustic driving orifice type pulse pipe extremely low temperature refrigeration device | |
US10018381B2 (en) | Cryogenic refrigerator | |
JP6529850B2 (en) | Cryogenic refrigerator and operating method of cryogenic refrigerator | |
JP6270368B2 (en) | refrigerator | |
JP2004301445A (en) | Pulse pipe refrigerating machine | |
JPH11304271A (en) | Cold storage type refrigerating machine and superconducting magnet using it | |
JP3766507B2 (en) | refrigerator | |
JP2007093120A (en) | Pulse tube refrigerating machine | |
JP7507966B2 (en) | Coaxial double inlet valve for pulse tube coolers. | |
JP6909167B2 (en) | Active buffer pulse tube refrigerator | |
CN103512258B (en) | Pulse tube refrigerator driven by V-M type thermal compressor in liquid helium temperature zone |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20131203 |