JP2017172813A - Cryogenic cooling apparatus and cryogenic cooling method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、極低温冷却装置および極低温冷却方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a cryogenic cooling device and a cryogenic cooling method.
超電導線材は、抵抗ゼロの特性を有し、高い電流密度の電流を流せることから、発電機や電力ケーブルなどの電力機器、電力貯蔵装置、高磁場発生装置(超伝導マグネット)、MRI装置(磁気共鳴撮影装置)、重粒子線がん治療装置などのヘルスケア機器、単結晶引上げ装置、高磁場NMR(核磁気共鳴)などで実用化されている。また、超電導線材は、磁気浮上列車、磁気分離装置など様々な分野への応用も期待されている。 Superconducting wire has the characteristics of zero resistance and allows high current density to flow, so power equipment such as generators and power cables, power storage devices, high magnetic field generators (superconducting magnets), MRI devices (magnetic) (Resonance imaging apparatus), heavy particle beam cancer treatment apparatus and other healthcare equipment, single crystal pulling apparatus, high magnetic field NMR (nuclear magnetic resonance) and the like. In addition, superconducting wires are expected to be applied to various fields such as magnetic levitation trains and magnetic separation devices.
これらの装置では、例えば、超電導線材は巻かれて超電導コイルとして使用されるが、この超電導コイルは、抵抗ゼロの特性や高い電流密度を実現するために、周囲磁場と通電電流密度に依存する臨界温度以下の極低温に冷却する必要がある。例えば、超電導コイルなどは、例えば、4K(−269℃)程度に冷却して使用される。超電導コイルなどの産業用超電導機器の冷却方法としては、液体ヘリウム中に産業用超電導機器を浸す浸漬冷却方式と、極低温冷凍機と産業用超電導機器とを伝熱材を介して接続して冷却する伝導冷却方式とがある。 In these devices, for example, a superconducting wire is wound and used as a superconducting coil. This superconducting coil is a critical element that depends on the ambient magnetic field and the energizing current density in order to achieve the characteristics of zero resistance and high current density. It is necessary to cool to a very low temperature below the temperature. For example, the superconducting coil is used after being cooled to about 4K (−269 ° C.), for example. Cooling methods for industrial superconducting equipment such as superconducting coils include immersion cooling in which industrial superconducting equipment is immersed in liquid helium, and cryogenic refrigerators and industrial superconducting equipment connected via a heat transfer material. There is a conduction cooling system.
浸漬冷却方式を用いて超電導コイルを冷却する場合、超電導コイルの熱負荷の増加、極低温冷凍機の故障などがあると超電導コイルの温度が上昇しても、液体ヘリウムの蒸発潜熱で超電導コイルの熱負荷の増加分を吸収できる点で優れているといえる。 When cooling a superconducting coil using the immersion cooling method, if there is an increase in the thermal load of the superconducting coil or a cryogenic refrigerator breaks down, even if the temperature of the superconducting coil rises, It can be said that it is excellent in that it can absorb the increase in heat load.
そこで、例えば、断熱容器内の液体ヘリウムの液面または圧力面を検出して、液体ヘリウムの供給量を調整することで、超電導コイルを安定して冷却する方法が提案されている。 Therefore, for example, a method for stably cooling the superconducting coil by detecting the liquid level or pressure level of liquid helium in the heat insulating container and adjusting the supply amount of liquid helium has been proposed.
ここで、ヘリウムの枯渇などにより液体ヘリウムの価格が上昇していることなどから、極低温冷却装置の運転費用を抑えるため、液体ヘリウムの使用量の削減が求められている。そのため、液体ヘリウムの使用量を低減しつつ、効率良く液体ヘリウムを超電導コイルなどの冷却に使用できる極低温冷却装置が求められている。 Here, since the price of liquid helium is rising due to depletion of helium, etc., it is required to reduce the amount of liquid helium used in order to reduce the operating cost of the cryogenic cooling device. Therefore, there is a need for a cryogenic cooling device that can efficiently use liquid helium for cooling a superconducting coil or the like while reducing the amount of liquid helium used.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、極低温液体の使用量を低減しつつ、効率良く被冷却物を冷却することができる極低温冷却装置および極低温冷却方法を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a cryogenic cooling device and a cryogenic cooling method capable of efficiently cooling an object to be cooled while reducing the amount of cryogenic liquid used.
一の実施形態による極低温冷却装置は、被冷却物を収容するための断熱容器と、前記断熱容器を内部に内包する真空容器とを具備してなるクライオスタットと、極低温冷凍機を用いて冷媒ガスにより前記被冷却物を冷却する主冷却系統と、極低温液体を用いて前記被冷却物を冷却する副冷却系統と、前記冷媒ガスおよび前記極低温液体の供給量を制御する制御部と、を具備してなる極低温冷却装置であって、前記副冷却系統は、前記被冷却物の外側に接触させた状態で設けられた、前記極低温液体が通る冷却管と、前記被冷却物の外側と接触するように設けられた、前記被冷却物の温度を測定する被冷却物温度測定部と、前記冷却管の前記被冷却物に接触している部分よりも前記極低温液体の排出側に設けられた、前記極低温液体の温度を測定する流出液体測定部と、前記被冷却物に接触している部分に供給される前記極低温液体の供給量を調整する流量調整弁と、を具備してなり、前記制御部は、前記被冷却物温度測定部および前記流出液体測定部の測定結果に基づいて前記流量調整弁の開度を調整し、前記冷却管への前記極低温液体の供給量が制御される。 A cryogenic cooling device according to an embodiment includes a cryostat including a heat insulating container for containing an object to be cooled, a vacuum container containing the heat insulating container inside, and a refrigerant using a cryogenic refrigerator. A main cooling system that cools the object to be cooled with gas, a sub-cooling system that cools the object to be cooled using a cryogenic liquid, and a control unit that controls the supply amount of the refrigerant gas and the cryogenic liquid; The sub-cooling system is provided in a state of being in contact with the outside of the object to be cooled, the cooling pipe through which the cryogenic liquid passes, and the object to be cooled A cooled object temperature measuring unit for measuring the temperature of the cooled object provided in contact with the outside, and a discharge side of the cryogenic liquid from a portion of the cooling pipe that is in contact with the cooled object The temperature of the cryogenic liquid provided in the And a flow rate adjusting valve for adjusting a supply amount of the cryogenic liquid supplied to a portion in contact with the object to be cooled. The amount of the cryogenic liquid supplied to the cooling pipe is controlled by adjusting the opening of the flow rate adjusting valve based on the measurement results of the object temperature measuring unit and the effluent liquid measuring unit.
他の一の実施形態による極低温冷却装置は、被冷却物の周囲を囲む断熱容器と、前記断熱容器を内部に内包する真空容器とを具備してなるクライオスタットと、極低温冷凍機を用いて冷媒ガスにより前記被冷却物を冷却する主冷却系統と、極低温液体を用いて前記被冷却物を冷却する副冷却系統と、前記冷媒ガスおよび前記極低温液体の供給量を制御する制御部と、を具備してなる極低温冷却装置であって、前記副冷却系統は、前記被冷却物の外側に接触させた状態で設けられた、前記極低温液体が通る冷却管と、前記被冷却物に供給される前記極低温液体が通る前記冷却管から分岐して前記断熱容器の外側と接触するように設けられ、前記被冷却物と熱交換された前記極低温液体が通る前記冷却管に接続された分岐冷却管と、前記被冷却物の外側と接触するように設けられた、前記被冷却物の温度を測定する被冷却物温度測定部と、前記断熱容器の外側と接触するように設けられた、前記断熱容器内の温度を測定する容器温度測定部と、前記被冷却物に接触している部分に供給される前記極低温液体の供給量を調整する流量調整弁と、前記冷却管に設けられた、前記分岐冷却管に供給される前記極低温液体の流量を調整する分流調整弁と、前記容器温度測定部および前記被冷却物温度測定部の測定結果に基づいて、前記流量調整弁または前記分流調整弁を制御する制御部と、を具備してなり、前記制御部は、前記被冷却物温度測定部または前記容器温度測定部の測定結果に基づいて流量調整弁または分流調整弁の開度を調整し、前記冷却管または前記分岐冷却管への前記極低温液体の供給量が制御される。 A cryogenic cooling apparatus according to another embodiment uses a cryostat including a heat insulating container surrounding the object to be cooled, a vacuum container containing the heat insulating container, and a cryogenic refrigerator. A main cooling system for cooling the object to be cooled by the refrigerant gas, a sub-cooling system for cooling the object to be cooled by using a cryogenic liquid, and a control unit for controlling the supply amount of the refrigerant gas and the cryogenic liquid; The subcooling system is provided in a state of being in contact with the outside of the object to be cooled, the cooling pipe through which the cryogenic liquid passes, and the object to be cooled Branched from the cooling pipe through which the cryogenic liquid supplied to the pipe passes and contacts the outside of the heat insulating container, and connected to the cooling pipe through which the cryogenic liquid exchanged with the object to be cooled passes. Branched cooling pipe and the object to be cooled An object temperature measuring unit for measuring the temperature of the object to be cooled provided to be in contact with the outside, and a temperature in the heat insulating container provided to be in contact with the outside of the heat insulating container are measured. Supplyed to the branch cooling pipe provided in the cooling pipe, a flow rate adjusting valve for adjusting a supply amount of the cryogenic liquid supplied to a portion in contact with the object to be cooled, a container temperature measuring section, A flow control valve that adjusts the flow rate of the cryogenic liquid, and a control unit that controls the flow control valve or the flow control valve based on the measurement results of the container temperature measurement unit and the cooled object temperature measurement unit; The control unit adjusts the opening degree of the flow rate adjusting valve or the diversion adjusting valve based on the measurement result of the object to be cooled temperature measuring unit or the container temperature measuring unit, and the cooling pipe or the The cryogenic liquid to the branch cooling pipe The amount of feed is controlled.
他の一の実施形態による極低温冷却方法は、被冷却物の周囲を囲む断熱容器と、前記断熱容器を内部に内包する真空容器とを具備してなるクライオスタットと、極低温冷凍機を用いて冷媒ガスにより前記被冷却物を冷却する主冷却系統と、前記被冷却物の外側に接触させた状態で設けられた冷却管内を通る極低温液体を用いて前記被冷却物を冷却する副冷却系統とを具備してなる極低温冷却装置を用いて、前記冷却管に前記極低温液体を供給し、前記被冷却物を前記極低温液体で冷却する工程と、前記被冷却物の温度を測定すると共に、前記クライオスタットから排出される前記極低温液体の温度を測定する工程と、を含み、前記被冷却物の温度と、前記クライオスタットから排出される前記極低温液体の温度との測定結果に基づいて、前記冷却管への前記極低温液体の供給量を制御する。 A cryogenic cooling method according to another embodiment uses a cryostat including a heat insulating container surrounding the object to be cooled, a vacuum container containing the heat insulating container, and a cryogenic refrigerator. A main cooling system that cools the object to be cooled with a refrigerant gas, and a sub-cooling system that cools the object to be cooled using a cryogenic liquid that passes through a cooling pipe provided in contact with the outside of the object to be cooled. A step of supplying the cryogenic liquid to the cooling pipe, cooling the object to be cooled with the cryogenic liquid, and measuring the temperature of the object to be cooled. And measuring the temperature of the cryogenic liquid discharged from the cryostat, based on the measurement result of the temperature of the object to be cooled and the temperature of the cryogenic liquid discharged from the cryostat. The above Controlling the supply amount of the cryogenic liquid to 却管.
他の一の実施形態による極低温冷却方法は、被冷却物の周囲を囲む断熱容器と、前記断熱容器を内部に内包する真空容器とを具備してなるクライオスタットと、極低温冷凍機を用いて冷媒ガスにより前記被冷却物を冷却する主冷却系統と、前記被冷却物の外側に接触させた状態で設けられた冷却管内を通る極低温液体を用いて前記被冷却物を冷却する副冷却系統とを具備してなる極低温冷却装置を用いて、前記冷却管、または前記被冷却物に供給される前記極低温液体が通る前記冷却管から分岐して前記断熱容器の外側と接触するように設けられ、前記被冷却物と熱交換された前記極低温液体が通る前記冷却管に接続された分岐冷却管に前記極低温液体を供給し、前記被冷却物または前記断熱容器を前記極低温液体で冷却する工程と、前記被冷却物または前記断熱容器の温度を測定する工程と、を含み、前記被冷却物または前記断熱容器の温度結果に基づいて、前記冷却管または前記分岐冷却管への前記極低温液体の供給量を制御する。 A cryogenic cooling method according to another embodiment uses a cryostat including a heat insulating container surrounding the object to be cooled, a vacuum container containing the heat insulating container, and a cryogenic refrigerator. A main cooling system that cools the object to be cooled with a refrigerant gas, and a sub-cooling system that cools the object to be cooled using a cryogenic liquid that passes through a cooling pipe provided in contact with the outside of the object to be cooled. Using the cryogenic cooling device comprising: the cooling pipe or the cooling pipe through which the cryogenic liquid supplied to the object to be cooled branches and comes into contact with the outside of the heat insulating container The cryogenic liquid is supplied to a branch cooling pipe connected to the cooling pipe through which the cryogenic liquid exchanged with the object to be cooled passes, and the object to be cooled or the heat insulating container is connected to the cryogenic liquid. Cooling with Measuring the temperature of the reject or the insulated container, and based on the temperature result of the cooled object or the insulated container, the amount of the cryogenic liquid supplied to the cooling pipe or the branch cooling pipe Control.
本発明によれば、極低温液体の供給量を制御することにより、熱交換されずに放出される極低温液体の使用量を低減することができるため、極低温液体の使用量を低減しつつ、効率良く被冷却物を冷却することができる。 According to the present invention, by controlling the supply amount of the cryogenic liquid, the usage amount of the cryogenic liquid released without heat exchange can be reduced, and thus the usage amount of the cryogenic liquid is reduced. The object to be cooled can be efficiently cooled.
以下、実施形態について図面を参照して説明する。なお、理解の容易のため、図面における各部材の縮尺は実際とは異なる場合がある。また、以下の説明において、極低温冷却装置の高さ方向の一方を上または上方といい、極低温冷却装置の高さ方向の他方を下または下方という場合がある。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. For ease of understanding, the scale of each member in the drawings may be different from the actual scale. In the following description, one of the cryogenic cooling devices in the height direction may be referred to as “upper” or “upper”, and the other of the cryogenic cooling devices in the height direction may be referred to as “lower” or “lower”.
(第1の実施形態)
第1の実施形態による極低温冷却装置について説明する。図1は、第1の実施形態による極低温冷却装置の構成を示す概略断面図である。図1に示すように、極低温冷却装置10Aは、クライオスタット11と、極低温冷凍機12と、冷却管13と、被冷却物温度測定部14と、流出液体測定部15と、制御部16と、流量調整弁V11、V12とを有し、超電導線材を用いて得られた被冷却物としての超電導コイル17をクライオスタット11内に内包している。極低温冷却装置10Aは、超電導コイル17を冷却する手段として、極低温冷凍機12を用いて冷媒ガス18により超電導コイル17を冷却する主冷却系統Aと、極低温液体として液体ヘリウム19を用いて超電導コイル17を冷却する副冷却系統Bとを有し、主冷却系統Aにおいて、超電導コイル17を、極低温に冷却された冷媒ガス18と熱交換させて、例えば、4K程度の極低温に冷却している。
(First embodiment)
The cryogenic cooling device according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the cryogenic cooling device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the cryogenic cooling device 10 </ b> A includes a
なお、本実施形態では、被冷却物として、超電導コイル17を用いているが、超電導素子などでもよい。また、極低温液体として、液体ヘリウム19を用いているが、液体窒素などを用いることもでき、例えば、一般に、被冷却物を常温から80K程度まで冷却する場合は液体窒素を用い、80Kから4K程度まで冷却する場合は液体ヘリウムを用いる。
In this embodiment, the
クライオスタット11は、熱シールド板で形成された断熱容器21と、真空容器22とを備えている。
The
断熱容器21は、超電導コイル17の周囲を囲むように形成されている。断熱容器21は、第1冷却ステージ31により冷却されて、断熱容器21内への伝熱が低減される。極低温冷凍機12の第2冷却ステージ32は、例えば、4K程度に冷却されているため、断熱容器21内にある超電導コイル17は、例えば4Kに保持されている。
The
真空容器22は、断熱容器21と、極低温冷凍機12の第1冷却ステージ31とを内部に内包しており、真空容器22の内部を真空にして真空断熱している。真空容器22の内側は、常温(例えば、300K程度)に保持されている。真空容器22に極低温冷凍機12が支持して設けられている。なお、本実施形態において、真空とは、真空容器22内が真空に近い圧力まで減圧された状態をいい、真空容器22内の真空度(内部圧力)が10−3Pa以下に減圧された状態をいう。
The
主冷却系統Aは、極低温冷凍機12を備えた冷却系統であり、副冷却系統Bは、冷却管13、被冷却物温度測定部14、流出液体測定部15、および流量調整弁V11、V12を備えた冷却系統である。以下、主冷却系統A、副冷却系統Bを説明しつつ、極低温冷却装置10Aを構成する各部材について説明する。
The main cooling system A is a cooling system including a
(主冷却系統A)
主冷却系統Aは、極低温冷凍機12を備え、極低温冷凍機12において冷媒ガス18により超電導コイル17は冷却される。
(Main cooling system A)
The main cooling system A includes a
極低温冷凍機12は、超電導コイル17を冷却するものであり、第1冷却ステージ31および第2冷却ステージ32を有する。極低温冷凍機12は、真空容器22に支持して設けられ、第1冷却ステージ31は、断熱容器21に接触して設けられ、第2冷却ステージ32は、超電導コイル17に接触して設けられている。なお、超電導コイル17の外周に冷却管13が設けられるが、第2冷却ステージ32は、冷却管13の設置されていない場所に超電導コイル17に接触させて設けられている。また、第2冷却ステージ32は、冷却管13上に設置して、冷却管13を介して超電導コイル17を冷却するようにしてもよい。本実施形態では、主冷却系統Aには、超電導コイル17を冷却した後の冷媒ガス18を圧縮する圧縮機(コンプレッサ)34が設けられている。冷媒ガス18は、極低温冷凍機12、および圧縮機34を供給配管35を介して循環している。超電導コイル17を冷却した後の冷媒ガス18は、供給配管35を介して、圧縮機34に送られて圧縮される。冷媒ガス18としては、ヘリウムガスなどが用いられる。圧縮機34で、冷媒ガス18は、例えば、圧力が2.0MPa程度に圧縮されることが好ましい。冷媒ガス18がヘリウムガスである場合、ヘリウムガスは、温度が20K程度の時、圧力が上記範囲内にあれば、熱容量が大きくなるため、超電導コイル17を極低温に安定して冷却することができる。
The
圧縮機34で圧縮された冷媒ガス18が、供給配管35を介して、極低温冷凍機12内に供給される。冷媒ガス18は、極低温冷凍機12内を流れることで、断熱容器21は、第1冷却ステージ31により冷却され、断熱容器21内への熱の侵入量が低減される。また、第2冷却ステージ32は、例えば、4K程度に冷却されており、第2冷却ステージ32により超電導コイル17は、例えば、4K程度に保持される。冷媒ガス18は、極低温冷凍機12で膨張して、例えば、0.8MPa程度になり、圧縮機34に戻される。
The
(副冷却系統B)
副冷却系統Bは、冷却管13、被冷却物温度測定部14、流出液体測定部15、および流量調整弁V11、V12を備え、液体ヘリウム19により超電導コイル17は冷却される。
(Sub cooling system B)
The sub cooling system B includes a cooling
冷却管13は、その内部を液体ヘリウム19が通過可能な配管であり、冷却管13の供給口13aおよび排出口13bは、クライオスタット11の外側に配置されている。冷却管13は、超電導コイル17の外側に接触させた状態で設けられている。冷却管13は、超電導コイル17の外側に接触させて超電導コイル17を冷却することができれば、冷却管13の設置方法は特に限定されず、例えば、超電導コイル17の外側に接触させた状態で複数回巻いて設けることができる。第2冷却ステージ32は、例えば、4K程度に冷却されているため、超電導コイル17は、冷却管13を介して液体ヘリウム19と熱交換されて、4K程度に冷却されている。冷却管13は、配管壁の熱抵抗を十分小さくするために熱伝導率の良好な材料として、例えば、銅、アルミニウム、または銅もしくはアルミニウムの合金で構成されることが好ましい。
The cooling
また、冷却管13には流量調整弁V11、V12が設けられ、クライオスタット11に供給される液体ヘリウム19の供給量を調整している。なお、本実施形態では、冷却管13には流量調整弁V11、V12の両方が設けられているが、液体ヘリウム19の流入側に位置する流量調整弁V11のみを冷却管13に設けるようにしてもよい。
The cooling
冷却管13は、極低温液体注入部41より液体ヘリウム19が注入される。極低温液体注入部41は、内部に液体ヘリウム19を収容したデュワー42と、デュワー42から冷却管13に液体ヘリウム19を供給するトランスファーチューブ43とを備えている。デュワー42内の上部空間は、安全弁44と、ガス排気弁45と、ガス導入弁46とを備え、ガス導入弁46は、ヘリウムガスを収容しているヘリウムガスボンベ47に通じている。デュワー42には手動操作弁48が設けられ、手動操作弁48は、液体ヘリウム19内に貯留した液体ヘリウム19を冷却管13に供給する案内管49に設けられている。案内管49は、その他端がデュワー42内に収容されている液体ヘリウム19中に位置するように配置されている。案内管49の出口には挿入締結式の連結部50Aを介してトランスファーチューブ43の一端側が接続されている。このトランスファーチューブ43は、金属製の内管と、金属製の外管とを備え、内管と外管との間に真空断熱層を備えた二重管構造に形成されており、その他端側が連結部50Bを介して冷却管13と接続されている。すなわち、トランスファーチューブ43は、その入口側が案内管49の出口に接続され、その出口側が冷却管13の入口に接続されている。また、トランスファーチューブ43には流入液体センサー43aが設けられ、トランスファーチューブ43内を通る液体ヘリウム19の温度、流量、または圧力などが測定される。デュワー42内に貯蔵されている液体ヘリウム19は、ヘリウムガスボンベ47のヘリウムガスで加圧すると、デュワー42からトランスファーチューブ43を介して、冷却管13に供給される。なお、本実施形態では、流入液体センサー43aはトランスファーチューブ43に設けられているが、流入液体センサー43aの設置場所はこれに限定されず、例えば、冷却管13の入口側近傍に設けて、トランスファーチューブ43から冷却管13に供給される液体ヘリウム19の温度、流量、または圧力などを測定するようにしてもよい。
被冷却物温度測定部14は、超電導コイル17に設けられており、超電導コイル17の温度を測定する。超電導コイル17の温度は、例えば、4K程度となることが好ましい。
The to-be-cooled object
流出液体測定部15は、冷却管13の超電導コイル17に接触している部分よりも液体ヘリウム19の排出側、すなわち、真空容器22の出口側に設けられており、クライオスタット11から排出される液体ヘリウム19の温度を測定している。
The effluent
制御部16は、被冷却物温度測定部14、流出液体測定部15、圧縮機34、流量調整弁V11、V12、流入液体センサー43a、安全弁44、ガス排気弁45、およびガス導入弁46など極低温冷却装置10Aを構成する各部材に接続されている。制御部16は、例えば、制御プログラムや各種記憶情報を格納する記憶手段と、制御プログラムに基づいて動作する演算手段とを含んで構成することができる。制御部16は、超電導コイル17の温度と、クライオスタット11から排出される液体ヘリウム19の温度との差の関係を示すマップなどを、予め記憶手段に記憶しておき、そのマップ情報を利用して制御してもよい。制御部16は、被冷却物温度測定部14で得られた超電導コイル17の温度および流出液体測定部15で得られた液体ヘリウム19の温度の測定結果に基づいて、超電導コイル17の冷却状態、液体ヘリウム19の状態などを判断して、流量調整弁V11、V12の開度の調整、または冷却管13への液体ヘリウム19の供給量の制御などを行う。本実施形態では、超電導コイル17の温度と、冷却管13から排出される液体ヘリウム19が、液体、気体、またはこれらの混合状態であるか否かとにより流量調整弁V11、V12の開度は調整される。例えば、超電導コイル17の温度が4K程度であり、冷却管13から排出される液体ヘリウム19の温度も4K程度であり、液体ヘリウム19が液体状態のまま冷却管13から排出されている場合、超電導コイル17と冷却管13から排出される液体ヘリウム19の温度差が小さい(例えば、1K以下)と判断する。この場合、超電導コイル17が4K程度に冷却されているのに対し、冷却管13に供給される液体ヘリウム19の流量は大きいといえる。そのため、液体ヘリウム19は超電導コイル17との熱交換にあまり利用されずに冷却管13から排出されていると判断し、制御部16は、流量調整弁V11の開度を小さくして、冷却管13に供給される液体ヘリウム19の流量を小さくするように制御する。
The
次に、極低温冷却装置10Aを用いて、超電導コイル17を極低温、例えば4K程度に冷却するための極低温冷却方法の一例について説明する。なお、図2、3では、流量調整弁V11、V12の弁を白抜きで表示しているものは弁を開いていることを意味し、弁を黒抜きで表示しているものは弁を閉じていることを意味する。
Next, an example of a cryogenic cooling method for cooling the
極低温冷却装置10Aにおいて、超電導コイル17が極低温に冷却されている場合などの極低温冷却装置10Aが通常の運転状態の時などには、制御部16は、図2に示すように、圧縮機34の運転を開始する指示と、流量調整弁V11、V12を閉じる指示を送る。このとき、極低温冷却装置10Aにおいて、冷媒ガス18は、圧縮機34で加圧された後、極低温冷凍機12に供給され、使用された冷媒ガス18は、極低温冷凍機12から排出され、供給配管35を循環する。極低温冷凍機12に供給された冷媒ガス18により、極低温冷凍機12の第1冷却ステージ31は、20K〜50K(例えば、30K)程度に冷却されており、第2冷却ステージ32は、4K程度の極低温に冷却されている。そのため、断熱容器21は第1冷却ステージ31により冷却され、断熱容器21内への熱の侵入量が低減される。第2冷却ステージ32は、4K程度に冷却されており、第2冷却ステージ32により超電導コイル17を伝導冷却することにより、超電導コイル17は、4K〜6K(例えば、4K)程度に冷却され、断熱容器21は、20K〜50K(例えば、40K)程度に保持される。
In the
次に、極低温冷却装置10Aの運転開始時、または超電導コイル17が常温もしくはクエンチ(超伝導現象を消失した場合)後に超電導コイル17の温度が上昇しており励磁可能な極低温まで冷却が必要である場合、制御部16は、図3に示すように、圧縮機34の運転を行ったまま、流量調整弁V11、V12を開く指示を送る。また、手動操作弁48は、開いておく。このとき、極低温冷却装置10Aでは、デュワー42内の液体ヘリウム19は、トランスファーチューブ43を通って冷却管13に供給される。冷却管13の入口13aから供給された液体ヘリウム19は、冷却管13と接触している超電導コイル17と熱交換した後、冷却管13の出口13bから外部に放出される。
Next, at the start of operation of the
液体ヘリウム19の供給開始後、制御部16は、被冷却物温度測定部14と、流出液体測定部15とから、超電導コイル17の温度と、冷却管13から排出される液体ヘリウム19の温度を測定する。制御部16は、被冷却物温度測定部14および流出液体測定部15の値から、超電導コイル17の冷却状態、液体ヘリウム19の状態を判断する。超電導コイル17の温度が4K程度であり、冷却管13から排出される液体ヘリウム19の温度も4K程度である場合、液体ヘリウム19が液体状態のまま冷却管13から排出されており、超電導コイル17と冷却管13から排出される液体ヘリウム19の温度差が小さい(例えば、1K以下)と判断する。この場合、制御部16は、超電導コイル17が極低温(例えば、4K)にまで十分冷却され、液体ヘリウム19が超電導コイル17からほとんど吸熱せずに大気に放出され、液体ヘリウム19が無駄に消費しているといえる。この場合、制御部16は、流量調整弁V11の開度を絞るか閉じる指示を送り、デュワー42から供給される液体ヘリウム19の流量を減らす。制御部16による液体ヘリウム19の流量制御は、液体ヘリウム19の供給開始から超電導コイル17が目的の温度に到達するまで連続して行う。
After the supply of the
なお、極低温冷却装置10Aを用いた超電導コイル17を冷却するための運転方法の一例では、液体ヘリウム19を冷却管13に供給する際には、圧縮機34の運転を行っている状態のままとしているが、これに限定されず、圧縮機34の運転を停止するようにしてもよい。
In an example of an operation method for cooling the
このように、本実施形態によれば、極低温冷却装置10Aは、被冷却物温度測定部14および流出液体測定部15で超電導コイル17の温度と、冷却管13から排出される液体ヘリウム19の温度を検出して、流量調整弁V11を制御して、冷却管13に供給される液体ヘリウム19の供給量を制御することにより、液体ヘリウム19の消費量を管理することができる。このため、極低温冷却装置10Aは、極低温冷却装置10Aの運転開始時の予冷時や超電導コイル17が常温またはクエンチ後の再冷却の場合などにおいて、超電導コイル17の冷却に使用される液体ヘリウム19の使用量を軽減することができ、超電導コイル17と熱交換しないまま外部に放出している液体ヘリウム19の量を低減しつつ、効率良く超電導コイル17を冷却することができる。極低温冷却装置10Aによれば、従来の冷却装置に比べて、熱交換しないまま外部に放出している液体ヘリウム19の量を、例えば10%以下、好ましくは5%以下にまで軽減することができると共に、液体ヘリウム19の使用量を、例えば80%程度に軽減することが可能となる。そのため、今後、極低温冷却装置10A、または超電導コイル17などの大型化に伴い、装置内に供給される液体ヘリウム19の使用量が増大することが予想されるような場合でも、超電導コイル17との熱交換に使用されずに外部に放出される液体ヘリウム19の量を軽減でき、液体ヘリウム19の使用量の削減効果を高めることができる。
As described above, according to this embodiment, the cryogenic cooling device 10 </ b> A includes the temperature of the
したがって、本実施形態によれば、発電機や電力ケーブルなどの電力機器、電力貯蔵装置、小型で低消費電力の高磁場発生装置である超電導マグネットなどの高磁場発生装置、医療用MRI、単結晶引上げ装置、回転ガントリーなどの超伝導機器、高磁場NMR、磁気浮上列車、磁気分離装置などに有効に用いることができる。 Therefore, according to this embodiment, power devices such as generators and power cables, power storage devices, high magnetic field generators such as superconducting magnets, which are small and low power consumption high magnetic field generators, medical MRI, single crystals It can be effectively used for pulling devices, superconducting equipment such as rotating gantry, high magnetic field NMR, magnetic levitation train, magnetic separation device and the like.
なお、本実施形態では、超電導コイル17と断熱容器21との組合せが1系統の場合について説明したが、超電導コイル17および断熱容器21の組合せが2系統以上の場合でもよく、超電導コイル17および断熱容器21の組合せが複数ある場合でも、複数の超電導コイル17の温度を測定して、それぞれの超電導コイル17に接続した冷却管13への液体ヘリウム19の供給を制御し、複数の系統を同時に制御してもよい。
In this embodiment, the case where the combination of the
(第2の実施形態)
第2の実施形態による極低温冷却装置について、図面を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。また、本実施形態では、極低温液体として、液体窒素を用いる場合について説明する。図4は、第2の実施形態による極低温冷却装置の構成を示す概略断面図である。図4に示すように、極低温冷却装置10Bは、クライオスタット11と、極低温冷凍機12と、冷却管13と、分岐冷却管51と、被冷却物温度測定部14と、容器温度測定部52と、制御部16と、流量調整弁V11、V12と、分流調整弁V21、V22とを有する。
(Second Embodiment)
A cryogenic cooling device according to a second embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as the said embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted. In this embodiment, a case where liquid nitrogen is used as the cryogenic liquid will be described. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the cryogenic cooling device according to the second embodiment. As shown in FIG. 4, the cryogenic cooling device 10 </ b> B includes a
本実施形態では、デュワー42には液体窒素53が収容されており、冷却管13には、極低温液体注入部41より液体窒素53が注入される。
In this embodiment,
分岐冷却管51は、断熱容器21の外側で冷却管13の断熱容器21よりも液体窒素53の流れ方向の上流側から分岐して断熱容器21をバイパスし、断熱容器21の外側と接触するように設けられ、冷却管13の断熱容器21よりも液体窒素53の流れ方向の下に接続している。分岐冷却管51は、分流調整弁V21、V22を介して冷却管13と接続されている。これにより、冷却管13に供給された液体窒素53の一部は、分岐冷却管51に供給され、また、分岐冷却管51に供給された液体窒素53は、分岐冷却管51を介して、分岐冷却管51と接触している断熱容器21と熱交換させた後、冷却管13の出口側で冷却管13内の液体窒素53と合流し、冷却管13の出口13bから外部に放出される。
The
分流調整弁V21、V22は分岐冷却管51に設けられ、分岐冷却管51に供給される液体窒素53の流量を調整する。
The diversion regulating valves V21 and V22 are provided in the
被冷却物温度測定部14は、超電導コイル17に設けられており、超電導コイル17の温度を測定するものであり、超電導コイル17の温度は、例えば、極低温(例えば、4K)程度となることが好ましい。
The to-be-cooled object
容器温度測定部52は、断熱容器21に設けられており、断熱容器21内の温度を測定するものであり、断熱容器21内の温度は、例えば、20〜50K(例えば、40K)内となることが好ましい。
The container
制御部16は、被冷却物温度測定部14、圧縮機34、流量調整弁V11、V12、流入液体センサー43a、安全弁44、ガス排気弁45、およびガス導入弁46などの各部材の他に、容器温度測定部52、分流調整弁V21、V22など極低温冷却装置10Bを構成する各部材に接続されている。制御部16は、容器温度測定部52で測定される断熱容器21の基準となる所定の温度、被冷却物温度測定部14と容器温度測定部52との温度差の関係を示すマップなどを、予め記憶手段に記憶しておいてもよい。制御部16は、被冷却物温度測定部14および容器温度測定部52の測定結果に基づいて、超電導コイル17の冷却状態、液体ヘリウム19の状態、断熱容器21内の温度などを判断して、流量調整弁V11、V12、または分流調整弁V21、V22の開度を調整し、液体窒素53の状態、または断熱容器21内の温度などに応じて液体窒素53の冷却管13または分岐冷却管51への供給量を制御している。本実施形態では、断熱容器21の温度が、70〜100K(例えば、80K)程度に冷却されているか否かにより分流調整弁V21、V22の開度は調整される。
In addition to each member such as the object to be cooled
次に、極低温冷却装置10Bを用いて、超電導コイル17を極低温に冷却しつつ、断熱容器21内の温度を低下させるための極低温冷却方法の一例について説明する。なお、図5、6では、流量調整弁V11、V12、分流調整弁V21、V22の弁を白抜きで表示しているものは弁を開いていることを意味し、弁を黒抜きで表示しているものは弁を閉じていることを意味する。
Next, an example of a cryogenic cooling method for lowering the temperature in the
極低温冷却装置10Bにおいて、超電導コイル17が極低温に冷却されている場合などの極低温冷却装置10Bが通常の運転状態の時などには、制御部16は、図5に示すように、流量調整弁V11、V12、および分流調整弁V21、V22を閉じ、圧縮機34の運転を開始する指示を送る。このとき、極低温冷却装置10Bでは、上記の極低温冷却装置10Aと同様、超電導コイル17は、4K程度に冷却され、断熱容器21に囲まれた内側空間は、20K〜50K(例えば、40K)程度に保持される。
In the
極低温冷却装置10Bの運転開始時、または超電導コイル17が常温もしくはクエンチ後に超電導コイル17の温度が上昇しており励磁可能な極低温まで冷却が必要である場合、制御部16は、制御部16は、図6に示すように、圧縮機34の運転を行ったまま、流量調整弁V11、V12を開く指示を送る。また、手動操作弁48は開いておく。このとき、極低温冷却装置10Bでは、デュワー42内の液体窒素53は、トランスファーチューブ43を通って冷却管13に供給される。冷却管13に供給された液体窒素53は冷却管13と接触している超電導コイル17と熱交換した後、冷却管13の出口から外部に放出される。
At the start of operation of the
液体窒素53の供給開始後、制御部16は、被冷却物温度測定部14と、容器温度測定部52とから、超電導コイル17と断熱容器21の温度を測定する。制御部16は、容器温度測定部52の値から断熱容器21の温度を測定し、被冷却物温度測定部14の値から超電導コイル17の温度を測定する。
After starting the supply of the
制御部16は、被冷却物温度測定部14および容器温度測定部52の測定結果に基づいて、容器温度測定部52が所定の温度(例えば、120〜300K)以上であり、被冷却物温度測定部14と容器温度測定部52との温度差が所定の温度差(例えば、20K)以上となっている場合には、制御部16は、断熱容器21の温度が70〜100K(例えば、80K)程度に冷却されていないため、断熱容器21に囲まれた内側空間は、70〜100K(例えば、80K)程度に保持されていないと判断する。そのため、制御部16は、超電導コイル17と断熱容器21との間の空間と冷却管13内を通る超電導コイル17とが熱交換されて液体窒素53の温度が上昇することにより、液体窒素53により超電導コイル17が極低温にまで冷却されているか否かに関わらず、超電導コイル17に対する液体窒素53の冷却効率が低下しているため、液体窒素53が超電導コイル17から十分吸熱せずに大気に放出され、液体窒素53が無駄に消費している可能性があると判断する。この場合、制御部16は、図4に示すように、さらに分流調整弁V21、V22を開く信号を送り、冷却管13に供給された液体窒素53の少なくとも一部を分岐冷却管51に供給させる。分岐冷却管51に供給された液体窒素53は、分岐冷却管51を介して、分岐冷却管51と接触している断熱容器21と熱交換させ、断熱容器21を冷却した後、冷却管13の出口側で冷却管13内の液体窒素53と合流して、冷却管13の出口13bから外部に放出される。冷却管13および分岐冷却管51への液体窒素53の流量制御は、液体窒素53の供給開始から超電導コイル17および断熱容器21が、それぞれ所定の温度に到達するまで連続して行う。
Based on the measurement results of the object
なお、本実施形態では、液体窒素53を冷却管13および分岐冷却管51に供給したが、液体窒素53は、冷却管13または分岐冷却管51にのみ供給するようにしてもよい。
In this embodiment, the
よって、本実施系形態によれば、被冷却物温度測定部14および容器温度測定部52で超電導コイル17および断熱容器21の温度を測定して冷却管13の分流調整弁V21、V22を制御することにより、極低温冷却装置10Bは、極低温冷却装置10Bの運転開始時の予冷時や超電導コイル17が常温またはクエンチ後の再冷却の場合など、超電導コイル17と熱交換しないまま外部に放出している液体窒素53の量を低減しつつ、効率良く超電導コイル17および断熱容器21内の空間を冷却することができる。
Therefore, according to the present embodiment, the temperature of the
なお、本実施形態では、超電導コイル17が1つ設けられている場合について説明したが、複数設けてもよい。また、主冷却系統Aおよび副冷却系統Bが、それぞれ1つ設けられている場合について説明したが、超電導コイル17が複数設けられる場合、主冷却系統Aおよび副冷却系統Bは超電導コイル17ごとに備え、主冷却系統Aおよび副冷却系統Bは超電導コイル17の数に応じて複数備えるようにしてもよい。例えば、超電導コイル17が真空容器22内に3つ収容される場合、極低温冷却装置10Bは、主冷却系統Aとして極低温冷凍機12を3つ備え、副冷却系統Bとして、冷却管13、被冷却物温度測定部14、流出液体測定部15、および流量調整弁V11、V12を3つ備え、それぞれの超電導コイル17ごとに、極低温冷凍機12、冷却管13、被冷却物温度測定部14、流出液体測定部15、および流量調整弁V11、V12が備えられる。
In the present embodiment, the case where one
また、本実施形態では、極低温液体として液体窒素53を用いた場合について説明したが、上記第1の実施形態と同様、液体ヘリウム19を用いてもよい。また、液体ヘリウム19および液体窒素53の両方を用いてもよい。
In this embodiment, the case where
(第3の実施形態)
第3の実施形態による極低温冷却装置について、図面を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。また、本実施形態では、上記の第1の実施形態と同様、極低温液体として、液体窒素を用いる場合について説明する。図7は、第3の実施形態による極低温冷却装置の構成を示す概略断面図である。図7に示すように、極低温冷却装置10Cは、図1に示す第1の実施形態の極低温冷却装置10Aと、図4に示す第2の実施形態の極低温冷却装置10Bとの構成を組み合わせたものである。すなわち、本実施形態による極低温冷却装置10Cは、クライオスタット11と、極低温冷凍機12と、冷却管13と、被冷却物温度測定部14と、流出液体測定部15と、制御部16と、分岐冷却管51と、容器温度測定部52と、流量調整弁V11、V12と、分流調整弁V21、V22とを有する。
(Third embodiment)
A cryogenic cooling device according to a third embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as the said embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted. In the present embodiment, a case where liquid nitrogen is used as the cryogenic liquid will be described, as in the first embodiment. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the cryogenic cooling device according to the third embodiment. As shown in FIG. 7, the cryogenic cooling device 10 </ b> C has a configuration of the cryogenic cooling device 10 </ b> A of the first embodiment shown in FIG. 1 and the cryogenic cooling device 10 </ b> B of the second embodiment shown in FIG. 4. It is a combination. That is, the
制御部16は、被冷却物温度測定部14、流出液体測定部15、圧縮機34、容器温度測定部52、流量調整弁V11、V12、流入液体センサー43a、安全弁44、ガス排気弁45、ガス導入弁46、ヘリウムガスボンベ47、および手動操作弁48など極低温冷却装置10Cを構成する各部材に接続されている。
The
本実施形態は、上記第1実施形態および第2実施形態を組合せた形態であり、極低温冷却装置10Cを用いて、超電導コイル17を極低温、例えば4K程度に冷却するための極低温冷却方法は、上記第1実施形態および第2実施形態と同様にして行われるため、本実施形態では説明を省略する。
This embodiment is a combination of the first embodiment and the second embodiment, and a cryogenic cooling method for cooling the
よって、本実施形態によれば、極低温冷却装置10Cは、被冷却物温度測定部14および流出液体測定部15の測定結果に基づいて流量調整弁V11を制御して、冷却管13に供給される液体ヘリウム19の供給量を制御すると共に、同時に、被冷却物温度測定部14および容器温度測定部52の測定結果に基づいて分流調整弁V21、V22を制御して、冷却管13に供給される液体ヘリウム19の供給量を制御することにより、さらに効率良く超電導コイル17および断熱容器21内の空間を冷却することができる。これにより、極低温冷却装置10Cは、極低温冷却装置10Cの運転開始時の予冷時や超電導コイル17が常温またはクエンチ後の再冷却の場合などにおいて、さらに効率良く超電導コイル17を冷却することができる。
Therefore, according to this embodiment, the cryogenic cooling device 10 </ b> C controls the flow rate adjustment valve V <b> 11 based on the measurement results of the cooled object
以上の通り、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更などを行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various combinations, omissions, replacements, changes, and the like can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10A〜10C 極低温冷却装置
11 クライオスタット
12 極低温冷凍機
13 冷却管
14 被冷却物温度測定部
15 流出液体測定部
16 制御部
17 超電導コイル(被冷却物)
18 冷媒ガス
19 液体ヘリウム(極低温液体)
21 断熱容器
22 真空容器
31 第1冷却ステージ
32 第2冷却ステージ
34 圧縮機(コンプレッサ)
35 供給配管
41 極低温液体注入部
42 デュワー
43 トランスファーチューブ
43a 流入液体センサー
44 安全弁
45 ガス排気弁
46 ガス導入弁
47 ヘリウムガスボンベ
48 手動操作弁
49 案内管
50A、50B 連結部
51 分岐冷却管
52 容器温度測定部
53 液体窒素(極低温液体)
A 主冷却系統
B 副冷却系統
V11、V12 流量調整弁
V13 ガス供給弁
V21、V22 分流調整弁
10A to 10C
18
21 Insulating
35 Supply piping 41 Cryogenic
A Main cooling system B Sub cooling system V11, V12 Flow rate adjustment valve V13 Gas supply valve V21, V22 Split flow adjustment valve
Claims (10)
極低温冷凍機を用いて冷媒ガスにより前記被冷却物を冷却する主冷却系統と、
極低温液体を用いて前記被冷却物を冷却する副冷却系統と、
前記冷媒ガスおよび前記極低温液体の供給量を制御する制御部と、
を具備してなる極低温冷却装置であって、
前記副冷却系統は、
前記被冷却物の外側に接触させた状態で設けられた、前記極低温液体が通る冷却管と、
前記被冷却物の外側と接触するように設けられた、前記被冷却物の温度を測定する被冷却物温度測定部と、
前記冷却管の前記被冷却物に接触している部分よりも前記極低温液体の排出側に設けられた、前記極低温液体の温度を測定する流出液体測定部と、
前記被冷却物に接触している部分に供給される前記極低温液体の供給量を調整する流量調整弁と、
を具備してなり、
前記制御部は、前記被冷却物温度測定部および前記流出液体測定部の測定結果に基づいて前記流量調整弁の開度を調整し、前記冷却管への前記極低温液体の供給量が制御されることを特徴とする、極低温冷却装置。 A cryostat comprising a heat insulating container for containing an object to be cooled, and a vacuum container containing the heat insulating container inside;
A main cooling system that cools the object to be cooled with refrigerant gas using a cryogenic refrigerator;
A sub-cooling system that cools the object to be cooled using a cryogenic liquid;
A control unit for controlling the supply amount of the refrigerant gas and the cryogenic liquid;
A cryogenic cooling device comprising:
The sub-cooling system is
A cooling pipe provided in contact with the outside of the object to be cooled, through which the cryogenic liquid passes;
A cooled object temperature measuring unit for measuring the temperature of the cooled object, which is provided in contact with the outside of the cooled object;
An effluent liquid measuring unit for measuring the temperature of the cryogenic liquid provided on the discharge side of the cryogenic liquid from a portion in contact with the object to be cooled of the cooling pipe;
A flow rate adjustment valve that adjusts the supply amount of the cryogenic liquid supplied to the portion in contact with the object to be cooled;
Comprising
The controller adjusts the opening of the flow rate adjustment valve based on the measurement results of the object temperature measuring unit and the effluent liquid measuring unit, and the supply amount of the cryogenic liquid to the cooling pipe is controlled. A cryogenic cooling device characterized by the above.
極低温冷凍機を用いて冷媒ガスにより前記被冷却物を冷却する主冷却系統と、
極低温液体を用いて前記被冷却物を冷却する副冷却系統と、
前記冷媒ガスおよび前記極低温液体の供給量を制御する制御部と、
を具備してなる極低温冷却装置であって、
前記副冷却系統は、
前記被冷却物の外側に接触させた状態で設けられた、前記極低温液体が通る冷却管と、
前記被冷却物に供給される前記極低温液体が通る前記冷却管から分岐して前記断熱容器の外側と接触するように設けられ、前記被冷却物と熱交換された前記極低温液体が通る前記冷却管に接続された分岐冷却管と、
前記被冷却物の外側と接触するように設けられた、前記被冷却物の温度を測定する被冷却物温度測定部と、
前記断熱容器の外側と接触するように設けられた、前記断熱容器内の温度を測定する容器温度測定部と、
前記被冷却物に接触している部分に供給される前記極低温液体の供給量を調整する流量調整弁と、
前記冷却管に設けられた、前記分岐冷却管に供給される前記極低温液体の流量を調整する分流調整弁と、
前記容器温度測定部および前記被冷却物温度測定部の測定結果に基づいて、前記流量調整弁または前記分流調整弁を制御する制御部と、
を具備してなり、
前記制御部は、前記被冷却物温度測定部または前記容器温度測定部の測定結果に基づいて流量調整弁または分流調整弁の開度を調整し、前記冷却管または前記分岐冷却管への前記極低温液体の供給量が制御されることを特徴とする、極低温冷却装置。 A cryostat comprising a heat insulating container surrounding the object to be cooled; and a vacuum container containing the heat insulating container inside;
A main cooling system that cools the object to be cooled with refrigerant gas using a cryogenic refrigerator;
A sub-cooling system that cools the object to be cooled using a cryogenic liquid;
A control unit for controlling the supply amount of the refrigerant gas and the cryogenic liquid;
A cryogenic cooling device comprising:
The sub-cooling system is
A cooling pipe provided in contact with the outside of the object to be cooled, through which the cryogenic liquid passes;
The cryogenic liquid that is supplied to the object to be cooled is provided so as to be branched from the cooling pipe through which the cryogenic liquid passes, and to contact the outside of the heat insulating container, and the cryogenic liquid that has exchanged heat with the object to be cooled passes through. A branch cooling pipe connected to the cooling pipe;
A cooled object temperature measuring unit for measuring the temperature of the cooled object, which is provided in contact with the outside of the cooled object;
A container temperature measurement unit for measuring the temperature in the heat insulation container, provided to be in contact with the outside of the heat insulation container;
A flow rate adjustment valve that adjusts the supply amount of the cryogenic liquid supplied to the portion in contact with the object to be cooled;
A shunt adjusting valve provided in the cooling pipe for adjusting a flow rate of the cryogenic liquid supplied to the branch cooling pipe;
Based on the measurement results of the container temperature measurement unit and the cooled object temperature measurement unit, a control unit that controls the flow rate adjustment valve or the diversion adjustment valve;
Comprising
The control unit adjusts an opening degree of a flow rate adjustment valve or a diversion control valve based on a measurement result of the object to be cooled temperature measurement unit or the container temperature measurement unit, and supplies the pole to the cooling pipe or the branch cooling pipe. A cryogenic cooling device, wherein a supply amount of a cryogenic liquid is controlled.
前記断熱容器の外側と接触するように設けられた、前記断熱容器内の温度を測定する容器温度測定部と、
前記冷却管に設けられた、前記分岐冷却管に供給される前記極低温液体の流量を調整する分流調整弁と、
をさらに具備してなり、
前記制御部は、前記容器温度測定部および前記被冷却物温度測定部の測定結果に基づいて、前記流量調整弁または前記分流調整弁の開度を調整し、前記冷却管または前記分岐冷却管への前記極低温液体の供給量が制御される、請求項1に記載の極低温冷却装置。 The sub-cooling system is provided so as to be branched from the cooling pipe through which the cryogenic liquid supplied to the object to be cooled passes and is in contact with the outside of the heat insulating container, and the heat exchange with the object to be cooled is performed. A branch cooling pipe connected to the cooling pipe through which the cryogenic liquid passes;
A container temperature measurement unit for measuring the temperature in the heat insulation container, provided to be in contact with the outside of the heat insulation container;
A shunt adjusting valve provided in the cooling pipe for adjusting a flow rate of the cryogenic liquid supplied to the branch cooling pipe;
Further comprising
The control unit adjusts an opening degree of the flow rate adjustment valve or the diversion control valve based on the measurement results of the container temperature measurement unit and the cooled object temperature measurement unit, and supplies the cooling pipe or the branch cooling pipe. The cryogenic cooling device according to claim 1, wherein a supply amount of the cryogenic liquid is controlled.
前記圧縮機で圧縮された前記冷媒ガスが前記極低温冷凍機に供給されてなる、請求項1〜4の何れか一項に記載の極低温冷却装置。 The main cooling system comprises a compressor that compresses the refrigerant gas after cooling the object to be cooled,
The cryogenic cooling device according to any one of claims 1 to 4, wherein the refrigerant gas compressed by the compressor is supplied to the cryogenic refrigerator.
前記冷却管に前記極低温液体を供給し、前記被冷却物を前記極低温液体で冷却する工程と、
前記被冷却物の温度を測定すると共に、前記クライオスタットから排出される前記極低温液体の温度を測定する工程と、
を含み、
前記被冷却物の温度と、前記クライオスタットから排出される前記極低温液体の温度との測定結果に基づいて、前記冷却管への前記極低温液体の供給量を制御することを特徴とする、極低温冷却方法。 A cryostat comprising a heat-insulating container surrounding the object to be cooled, a vacuum container containing the heat-insulating container, and a main cooling system for cooling the object to be cooled with refrigerant gas using a cryogenic refrigerator And a subcooling system that cools the object to be cooled using a cryogenic liquid that passes through a cooling pipe provided in contact with the outside of the object to be cooled. ,
Supplying the cryogenic liquid to the cooling pipe, and cooling the object to be cooled with the cryogenic liquid;
Measuring the temperature of the object to be cooled and measuring the temperature of the cryogenic liquid discharged from the cryostat;
Including
The supply amount of the cryogenic liquid to the cooling pipe is controlled based on the measurement result of the temperature of the object to be cooled and the temperature of the cryogenic liquid discharged from the cryostat. Low temperature cooling method.
前記冷却管、または前記被冷却物に供給される前記極低温液体が通る前記冷却管から分岐して前記断熱容器の外側と接触するように設けられ、前記被冷却物と熱交換された前記極低温液体が通る前記冷却管に接続された分岐冷却管に前記極低温液体を供給し、前記被冷却物または前記断熱容器を前記極低温液体で冷却する工程と、
前記被冷却物または前記断熱容器の温度を測定する工程と、
を含み、
前記被冷却物または前記断熱容器の温度結果に基づいて、前記冷却管または前記分岐冷却管への前記極低温液体の供給量を制御することを特徴とする、極低温冷却方法。 A cryostat comprising a heat-insulating container surrounding the object to be cooled, a vacuum container containing the heat-insulating container, and a main cooling system for cooling the object to be cooled with refrigerant gas using a cryogenic refrigerator And a subcooling system that cools the object to be cooled using a cryogenic liquid that passes through a cooling pipe provided in contact with the outside of the object to be cooled. ,
The pole that is provided so as to be branched from the cooling pipe or the cooling pipe through which the cryogenic liquid supplied to the object to be cooled passes and is in contact with the outside of the heat insulating container, and exchanges heat with the object to be cooled. Supplying the cryogenic liquid to a branch cooling pipe connected to the cooling pipe through which the cryogenic liquid passes, and cooling the object to be cooled or the heat insulating container with the cryogenic liquid;
Measuring the temperature of the object to be cooled or the insulated container;
Including
A cryogenic cooling method, comprising: controlling a supply amount of the cryogenic liquid to the cooling pipe or the branch cooling pipe based on a temperature result of the object to be cooled or the heat insulating container.
前記断熱容器または前記被冷却物の温度を測定する工程と、
をさらに含み、
前記被冷却物または前記断熱容器の温度結果に基づいて、前記冷却管または前記分岐冷却管への前記極低温液体の供給量を制御する、請求項8に記載の極低温冷却方法。 While being supplied with the cryogenic liquid to the cooling pipe, the cryogenic liquid supplied to the object to be cooled is branched from the cooling pipe through which the cryogenic liquid passes and is in contact with the outside of the heat insulating container. Supplying the cryogenic liquid to a branch cooling pipe connected to the cooling pipe through which the cryogenic liquid heat-exchanged with an object passes, and cooling the object to be cooled or the heat insulating container with the cryogenic liquid;
Measuring the temperature of the insulated container or the object to be cooled;
Further including
The cryogenic cooling method according to claim 8, wherein a supply amount of the cryogenic liquid to the cooling pipe or the branch cooling pipe is controlled based on a temperature result of the object to be cooled or the heat insulating container.
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