JP2559933B2 - Cryogenic refrigerator - Google Patents
Cryogenic refrigeratorInfo
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- JP2559933B2 JP2559933B2 JP3324146A JP32414691A JP2559933B2 JP 2559933 B2 JP2559933 B2 JP 2559933B2 JP 3324146 A JP3324146 A JP 3324146A JP 32414691 A JP32414691 A JP 32414691A JP 2559933 B2 JP2559933 B2 JP 2559933B2
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、極低温冷凍装置に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cryogenic refrigerator.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、超電導装置においては、超電導マ
グネット部分を極低温に冷却する必要があり、超電導マ
グネット部分を、例えば密封された液体ヘリウム槽内に
設け、該液体ヘリウム槽内に収容された液体ヘリウムに
よって約４．２°Ｋに冷却している。そして、更に上記
液体ヘリウム槽を断熱ケースによって包囲し、該断熱ケ
ース内を真空に維持して断熱ケースの外側の大気中の熱
が進入しないようにしている。2. Description of the Related Art Conventionally, in a superconducting device, it is necessary to cool the superconducting magnet portion to a cryogenic temperature. For example, the superconducting magnet portion is provided in a sealed liquid helium tank and is housed in the liquid helium tank. It is cooled to about 4.2 ° K by liquid helium. Further, the liquid helium tank is further surrounded by a heat insulating case, and the inside of the heat insulating case is maintained in a vacuum so that heat in the atmosphere outside the heat insulating case does not enter.
【０００３】この場合、上記超電導マグネットには断熱
ケースを介して大気中の熱が輻射熱となって進入するた
め、その分上記液体ヘリウムが気化してしまう。そのた
め、ヘリウムガスを回収して再び液体ヘリウムにするた
めに極低温冷凍装置が使用される。上記極低温冷凍装置
は、吸着剤、向流型熱交換器及びＪ−Ｔ膨張弁から成る
同一の冷凍サイクルを複数段直列に接続して極低温状態
を形成するようにしている。In this case, the heat in the atmosphere enters the superconducting magnet through the heat insulating case as radiant heat, and the liquid helium is vaporized accordingly. Therefore, a cryogenic refrigerator is used to recover the helium gas and convert it into liquid helium again. In the cryogenic refrigeration system, the same refrigeration cycle consisting of an adsorbent, a countercurrent heat exchanger, and a JT expansion valve is connected in multiple stages in series to form a cryogenic state.
【０００４】この場合、冷凍サイクルにおいては、吸着
剤の冷却と加熱を交互に行い、吸着剤から放出された冷
媒をＪ−Ｔ膨張弁に送って膨張させ、この時のジュール
・トムソン効果を利用して冷媒の温度を降下させるよう
になっている。そして、前段の冷凍サイクルの冷媒を利
用して、次段の冷凍サイクルの吸着剤を冷却することに
よって極低温状態が形成されるようになっている。In this case, in the refrigeration cycle, cooling and heating of the adsorbent are alternately performed, and the refrigerant released from the adsorbent is sent to the JT expansion valve for expansion, and the Joule-Thomson effect at this time is utilized. Then, the temperature of the refrigerant is lowered. Then, the cryogenic state is formed by cooling the adsorbent of the subsequent refrigeration cycle using the refrigerant of the previous refrigeration cycle.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の極低温冷凍装置においては、複数段の同一の冷凍サ
イクルにおいて吸着剤をすべて同じように使用している
ため、装置が大型化してしまう。また、冷媒を吸着剤に
吸着させる場合には前段の冷媒を使用して吸着剤が冷却
され、冷媒を吸着剤から放出する場合には適宜加熱流体
を使用して吸着剤が加熱される。したがって、前段の冷
媒及び加熱流体を間歇的に吸着剤に供給する必要があ
り、冷媒や加熱流体が流れる流路に電磁弁などの制御弁
を用いたサーマルスイッチを配設しなければならない。However, in the above-mentioned conventional cryogenic refrigeration system, since the adsorbents are all used in the same manner in a plurality of stages of the same refrigeration cycle, the system becomes large. Further, when adsorbing the refrigerant to the adsorbent, the adsorbent is cooled using the refrigerant in the preceding stage, and when releasing the refrigerant from the adsorbent, the adsorbent is heated using a heating fluid as appropriate. Therefore, it is necessary to intermittently supply the refrigerant and the heating fluid in the preceding stage to the adsorbent, and a thermal switch using a control valve such as a solenoid valve must be arranged in the flow path through which the refrigerant and the heating fluid flow.
【０００６】上記サーマルスイッチを使用する場合は、
極低温状態において精度良く電磁的制御を行うためにソ
レノイド部分を常温下に置く必要がある。その場合、常
温下のソレノイド部分と極低温下のアクチュエータ部分
が離れた場所に置かれ、制御性が低下するだけでなく、
電磁弁の寸法が大きくなってしまう。また、常温下のソ
レノイド部分と極低温下のアクチュエータ部分を連結す
る部材を介して外部熱が進入して効率が低下してしま
う。When the above thermal switch is used,
In order to perform accurate electromagnetic control in a cryogenic state, it is necessary to place the solenoid part at room temperature. In that case, not only the solenoid part at room temperature and the actuator part at cryogenic temperature are placed at a distance, but not only the controllability deteriorates, but also
The size of the solenoid valve becomes large. Further, external heat enters through the member connecting the solenoid portion at room temperature and the actuator portion at extremely low temperature, and the efficiency is reduced.
【０００７】本発明は、上記従来の極低温冷凍装置の問
題点を解決して、装置を大型化することなく、温度制御
を精度良く行うことができ、しかも高効率で運転するこ
とができる極低温冷凍装置を提供することを目的とす
る。The present invention solves the above-mentioned problems of the conventional cryogenic refrigeration system, and enables accurate temperature control without increasing the size of the system, and also enables highly efficient operation. An object is to provide a low temperature refrigeration system.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】そのために、本発明の極
低温冷凍装置においては、吸着剤と、該吸着剤を加熱す
る加熱手段と、熱伝導性の高い材料によって形成される
とともに、上記吸着剤及び加熱手段を収容し、内部に第
１の冷媒室を形成する内槽と、該内槽を収容し、内槽と
の間に第２の冷媒室を形成する外槽と、上記第１の冷媒
室から第１の冷媒を排出するための第１の一方向弁と、
該第１の一方向弁を介して上記第１の冷媒室に接続さ
れ、第１の冷媒を膨張させる膨張弁と、該膨張弁に接続
され、被冷却物を冷却する負荷冷却器と、該負荷冷却器
と上記第１の冷媒室との間に接続され、第１の冷媒室に
第１の冷媒を帰還させるための第２の一方向弁と、上記
第２の冷媒室に第２の冷媒を常時供給する手段と、上記
加熱手段を間歇的に作動させ、加熱手段を作動させるこ
とによって上記第１の冷媒室から第１の冷媒を排出し、
加熱手段を停止させることによって上記第１の冷媒室に
第１の冷媒を帰還させる手段とを有する。Therefore, in the cryogenic refrigerating apparatus of the present invention, the adsorbent, the heating means for heating the adsorbent, the material having high thermal conductivity, and the adsorption An inner tank for accommodating the agent and the heating means and forming a first refrigerant chamber therein; an outer tank for accommodating the inner tank and forming a second refrigerant chamber between the inner tank and the first tank; A first one-way valve for discharging a first refrigerant from the refrigerant chamber of
An expansion valve connected to the first refrigerant chamber via the first one-way valve to expand the first refrigerant; a load cooler connected to the expansion valve to cool an object to be cooled; A second one-way valve connected between the load cooler and the first refrigerant chamber for returning the first refrigerant to the first refrigerant chamber, and a second one-way valve for the second refrigerant chamber. The first refrigerant is discharged from the first refrigerant chamber by intermittently operating the means for constantly supplying the refrigerant and the heating means, and operating the heating means,
Means for returning the first refrigerant to the first refrigerant chamber by stopping the heating means.
【０００９】本発明の他の極低温冷凍装置においては、
複数の吸着剤と、該各吸着剤にそれぞれ配設され、各吸
着剤を独立して加熱する複数の加熱手段と、熱伝導性の
高い材料によって形成されるとともに、上記各吸着剤及
び各加熱手段を独立して収容し、内部に第１の冷媒室を
形成する複数の内槽と、該複数の内槽を収容し、内槽と
の間に共通の第２の冷媒室を形成する一つの外槽と、上
記各第１の冷媒室から第１の冷媒を独立して排出するた
めの複数の第１の一方向弁と、該各第１の一方向弁を介
して上記各第１の冷媒室に接続され、第１の冷媒を膨張
させる膨張弁と、該膨張弁に接続され、被冷却物を冷却
する負荷冷却器と、該負荷冷却器と上記各第１の冷媒室
との間に接続され、各第１の冷媒室に第１の冷媒を独立
して帰還させるための複数の第２の一方向弁と、上記第
２の冷媒室に第２の冷媒を常時供給する手段と、上記複
数の加熱手段を交互に間歇的に作動させ、加熱手段を作
動させることによって上記各第１の冷媒室から第１の冷
媒を排出し、加熱手段を停止させることによって上記各
第１の冷媒室に第１の冷媒を帰還させる手段とを有す
る。In another cryogenic refrigeration system of the present invention,
A plurality of adsorbents, a plurality of heating means disposed in each of the adsorbents and heating the adsorbents independently, and formed of a material having high thermal conductivity. A plurality of inner tanks that house the means independently and that form a first refrigerant chamber therein; and a plurality of inner tanks that house the plurality of inner tanks and that form a common second refrigerant chamber with the inner tanks. Two outer tanks, a plurality of first one-way valves for independently discharging the first refrigerant from each of the first refrigerant chambers, and each of the first one-way valves via the first one-way valve. Of the expansion valve connected to the refrigerant chamber for expanding the first refrigerant, the load cooler connected to the expansion valve for cooling the object to be cooled, the load cooler and each of the first refrigerant chambers A plurality of second one-way valves that are connected between the first refrigerant chambers and independently return the first refrigerant to the first refrigerant chambers; The means for constantly supplying the refrigerant and the plurality of heating means are intermittently operated alternately, and the heating means is operated to discharge the first refrigerant from each of the first refrigerant chambers and stop the heating means. Therefore, there is provided means for returning the first refrigerant to each of the first refrigerant chambers.
【００１０】本発明の更に他の極低温冷凍装置において
は、さらに、上記加熱手段は、吸着剤に隣接して配設さ
れたヒータと、該ヒータに電流を流す電源回路から成
る。In still another cryogenic refrigeration system of the present invention, the heating means further comprises a heater disposed adjacent to the adsorbent and a power supply circuit for supplying an electric current to the heater.
【００１１】本発明の更に他の極低温冷凍装置において
は、さらに、上記加熱手段は、吸着剤に取り付けられた
一対の電極と、該電極に接続され、吸着剤に電流を流す
電源回路から成る。In still another cryogenic refrigeration system of the present invention, the heating means further comprises a pair of electrodes attached to the adsorbent, and a power supply circuit connected to the electrodes and supplying a current to the adsorbent. .
【００１２】[0012]
【作用及び発明の効果】本発明によれば、上記のように
極低温冷凍装置においては、吸着剤と、該吸着剤を加熱
する加熱手段と、熱伝導性の高い材料によって形成され
るとともに、上記吸着剤及び加熱手段を収容し、内部に
第１の冷媒室を形成する内槽と、該内槽を収容し、内槽
との間に第２の冷媒室を形成する外槽と、上記第１の冷
媒室から第１の冷媒を排出するための第１の一方向弁
と、該第１の一方向弁を介して上記第１の冷媒室に接続
され、第１の冷媒を膨張させる膨張弁と、該膨張弁に接
続され、被冷却物を冷却する負荷冷却器と、該負荷冷却
器と上記第１の冷媒室との間に接続され、第１の冷媒室
に第１の冷媒を帰還させるための第２の一方向弁と、上
記第２の冷媒室に第２の冷媒を常時供給する手段と、上
記加熱手段を間歇的に作動させ、加熱手段を作動させる
ことによって上記第１の冷媒室から第１の冷媒を排出
し、加熱手段を停止させることによって上記第１の冷媒
室に第１の冷媒を帰還させる手段とを有する。According to the present invention, as described above, in the cryogenic refrigeration system, the adsorbent, the heating means for heating the adsorbent, and the material having high thermal conductivity are used. An inner tank for accommodating the adsorbent and the heating means and forming a first refrigerant chamber therein; an outer tank for accommodating the inner tank and forming a second refrigerant chamber between the inner tank and the inner tank; A first one-way valve for discharging the first refrigerant from the first refrigerant chamber, and the first refrigerant chamber connected via the first one-way valve to expand the first refrigerant An expansion valve, a load cooler that is connected to the expansion valve and cools an object to be cooled, and is connected between the load cooler and the first refrigerant chamber, and has a first refrigerant in the first refrigerant chamber. A second one-way valve for returning the air, a means for constantly supplying the second refrigerant to the second refrigerant chamber, and the heating means intermittently. And a means for discharging the first refrigerant from the first refrigerant chamber by operating the heating means and for returning the first refrigerant to the first refrigerant chamber by stopping the heating means. .
【００１３】この場合、上記加熱手段を作動させると、
上記第１の冷媒室から第１の冷媒が排出され、膨張弁に
よって膨張させられる。その後、上記第１の冷媒は、負
荷冷却器によって被冷却物が冷却され、上記加熱手段が
停止するのに伴って上記第１の冷媒室に帰還させられ
る。In this case, when the heating means is operated,
The first refrigerant is discharged from the first refrigerant chamber and expanded by the expansion valve. Then, the first refrigerant is returned to the first refrigerant chamber as the object to be cooled is cooled by the load cooler and the heating means is stopped.
【００１４】また、上記第２の冷媒室には第２の冷媒が
常時供給されるので、吸着剤を冷却するために電磁弁等
の制御弁を用いたサーマルスイッチを使用して、第２の
冷媒を供給したり停止したりする必要がなくなる。した
がって、電磁弁を介して外部熱が進入することがなくな
り、熱効率を向上させることができる。また、電磁弁を
用いる場合、電磁弁の可動部分を常温に近い位置に配置
し、作動の確実性を図る必要があるが、上記第２の冷媒
室に常温近傍部から制御弁の一部を延長させる必要がな
いので、極低温冷凍装置を小型化することができる。Further, since the second refrigerant is constantly supplied to the second refrigerant chamber, the second switch is used by using a thermal switch using a control valve such as a solenoid valve for cooling the adsorbent. There is no need to supply or stop the refrigerant. Therefore, external heat does not enter through the solenoid valve, and the thermal efficiency can be improved. Further, when using the solenoid valve, it is necessary to arrange the movable part of the solenoid valve at a position close to room temperature to ensure the operation. However, in the second refrigerant chamber, a part of the control valve is provided from near room temperature. Since there is no need to extend, the cryogenic refrigerator can be downsized.
【００１５】本発明の他の極低温冷凍装置においては、
複数の吸着剤と、該各吸着剤にそれぞれ配設され、各吸
着剤を独立して加熱する複数の加熱手段と、熱伝導性の
高い材料によって形成されるとともに、上記各吸着剤及
び各加熱手段を独立して収容し、内部に第１の冷媒室を
形成する複数の内槽と、該複数の内槽を収容し、内槽と
の間に共通の第２の冷媒室を形成する一つの外槽と、上
記各第１の冷媒室から第１の冷媒を独立して排出するた
めの複数の第１の一方向弁と、該各第１の一方向弁を介
して上記各第１の冷媒室に接続され、第１の冷媒を膨張
させる膨張弁と、該膨張弁に接続され、被冷却物を冷却
する負荷冷却器と、該負荷冷却器と上記各第１の冷媒室
との間に接続され、各第１の冷媒室に第１の冷媒を独立
して帰還させるための複数の第２の一方向弁と、上記第
２の冷媒室に第２の冷媒を常時供給する手段と、上記複
数の加熱手段を交互に間歇的に作動させ、加熱手段を作
動させることによって上記各第１の冷媒室から第１の冷
媒を排出し、加熱手段を停止させることによって上記各
第１の冷媒室に第１の冷媒を帰還させる手段とを有す
る。この場合、内槽が複数個配設され、該各内槽に上記
吸着剤及び加熱手段が独立して収容されるので、加熱さ
れた吸着剤からだけ第１の冷媒が放出される。また、上
記複数の内槽は一つの外槽に収容され、各内槽と外槽と
の間に共通の第２の冷媒室が形成される。したがって、
上記各内槽は第２の冷媒によって常時冷却されるので、
加熱手段が作動していない吸着剤には、第１の冷媒が吸
着される。In another cryogenic refrigeration system of the present invention,
A plurality of adsorbents, a plurality of heating means disposed in each of the adsorbents and heating the adsorbents independently, and formed of a material having high thermal conductivity. A plurality of inner tanks that house the means independently and that form a first refrigerant chamber therein; and a plurality of inner tanks that house the plurality of inner tanks and that form a common second refrigerant chamber with the inner tanks. Two outer tanks, a plurality of first one-way valves for independently discharging the first refrigerant from each of the first refrigerant chambers, and each of the first one-way valves via the first one-way valve. Of the expansion valve connected to the refrigerant chamber for expanding the first refrigerant, the load cooler connected to the expansion valve for cooling the object to be cooled, the load cooler and each of the first refrigerant chambers A plurality of second one-way valves that are connected between the first refrigerant chambers and independently return the first refrigerant to the first refrigerant chambers; The means for constantly supplying the refrigerant and the plurality of heating means are intermittently operated alternately, and the heating means is operated to discharge the first refrigerant from each of the first refrigerant chambers and stop the heating means. Therefore, there is provided means for returning the first refrigerant to each of the first refrigerant chambers. In this case, since a plurality of inner tanks are provided and the adsorbent and the heating means are housed independently in each inner tank, the first refrigerant is released only from the heated adsorbent. The plurality of inner tanks are housed in one outer tank, and a common second refrigerant chamber is formed between each inner tank and the outer tank. Therefore,
Since each inner tank is constantly cooled by the second refrigerant,
The first refrigerant is adsorbed on the adsorbent whose heating means is not operating.
【００１６】また、上記各第１の冷媒室から第１の冷媒
を独立して排出するための複数の一方向弁と、上記各第
１の冷媒室に第１の冷媒を独立して帰還させるための複
数の一方向弁が設けられるので、各一方向弁を介して第
１の冷媒が選択的に内槽から排出され、内槽に帰還す
る。そして、上記第２の冷媒室に第２の冷媒が常時供給
され、上記複数の加熱手段は交互に間歇的に作動させら
れる。Further, a plurality of one-way valves for independently discharging the first refrigerant from each of the first refrigerant chambers and the first refrigerant to independently return to each of the first refrigerant chambers. Therefore, the first refrigerant is selectively discharged from the inner tank and returned to the inner tank through each one-way valve. Then, the second refrigerant is constantly supplied to the second refrigerant chamber, and the plurality of heating means are alternately and intermittently operated.
【００１７】本発明の更に他の極低温冷凍装置において
は、さらに、上記加熱手段は、吸着剤に隣接して配設さ
れたヒータと、該ヒータに電流を流す電源回路から成
る。この場合、電源回路からヒータに電流を流すことに
よって、上記第１の冷媒室から第１の冷媒が排出され、
電源回路からヒータに電流を流すのを停止すると、上記
第１の冷媒室に第１の冷媒が帰還させられる。本発明の
更に他の極低温冷凍装置においては、さらに、上記加熱
手段は、吸着剤に取り付けられた一対の電極と、該電極
に接続され、吸着剤に電流を流す電源回路から成る。こ
の場合、ヒータを内槽の中に配設する必要がないので、
極低温冷凍装置を小型化することができるとともに、吸
着剤以外の部材を加熱することがないので、熱効率を更
に向上させることができる。In still another cryogenic refrigeration system of the present invention, the heating means further comprises a heater arranged adjacent to the adsorbent and a power supply circuit for supplying an electric current to the heater. In this case, by supplying an electric current from the power supply circuit to the heater, the first refrigerant is discharged from the first refrigerant chamber,
When the flow of current from the power circuit to the heater is stopped, the first refrigerant is returned to the first refrigerant chamber. In still another cryogenic refrigeration apparatus of the present invention, the heating means further includes a pair of electrodes attached to the adsorbent, and a power supply circuit connected to the electrodes and supplying a current to the adsorbent. In this case, since it is not necessary to arrange the heater in the inner tank,
The cryogenic refrigeration system can be downsized, and since members other than the adsorbent are not heated, thermal efficiency can be further improved.
【００１８】[0018]
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施例を
示す極低温冷凍装置の概略図である。図において、１１
は熱負荷を冷却するための第１冷凍サイクル、１２は該
第１冷凍サイクル１１の低温源を構成し、第１冷凍サイ
クル１１の吸着剤を冷却する第２冷凍サイクルである。
上記第１冷凍サイクル１１及び第２冷凍サイクル１２を
２段連結することによって、約４．２°Ｋの極低温状態
が形成される。本実施例においては、上記第１冷凍サイ
クル１１は冷媒としてヘリウム（Ｈｅ）を使用し、吸着
物質として吸着剤を使用する冷凍サイクルで構成され、
第２冷凍サイクル１２は冷媒として水素（Ｈ2 ）を使用
し、吸着物質として水素吸蔵合金を使用する冷凍サイク
ルで構成される。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a cryogenic refrigeration system showing a first embodiment of the present invention. In the figure, 11
Is a first refrigeration cycle for cooling the heat load, and 12 is a second refrigeration cycle that constitutes a low temperature source of the first refrigeration cycle 11 and cools the adsorbent of the first refrigeration cycle 11.
By connecting the first refrigeration cycle 11 and the second refrigeration cycle 12 in two stages, a cryogenic state of about 4.2 ° K is formed. In the present embodiment, the first refrigeration cycle 11 is a refrigeration cycle using helium (He) as a refrigerant and an adsorbent as an adsorbent,
The second refrigeration cycle 12 is a refrigeration cycle that uses hydrogen (H 2 ) as a refrigerant and a hydrogen storage alloy as an adsorbent.
【００１９】１３はヘリウムガスを吸着するとともに放
出するための吸着装置である。該吸着装置１３は、吸着
物質として活性炭やゼオライトなどの吸着剤１４、該吸
着剤１４を加熱するためのヒータ１５、及び冷却器１６
から成る。上記吸着剤１４の温度をヒータ１５によって
強制的に上昇させると、吸着されていたヘリウムが吸着
剤１４から放出される。また、上記吸着剤１４の温度を
冷却器１６によって強制的に低下させると、ヘリウムが
吸着剤１４に吸着される。Reference numeral 13 is an adsorption device for adsorbing and releasing helium gas. The adsorption device 13 includes an adsorbent 14 such as activated carbon or zeolite as an adsorbent, a heater 15 for heating the adsorbent 14, and a cooler 16.
Consists of. When the temperature of the adsorbent 14 is forcibly raised by the heater 15, the adsorbed helium is released from the adsorbed helium. When the temperature of the adsorbent 14 is forcibly lowered by the cooler 16, helium is adsorbed on the adsorbent 14.
【００２０】上記吸着剤１４を備えた吸着装置１３は、
接続管１７を介してループ状の冷媒管路１８に接続され
ていて、吸着剤１４を加熱することによって発生したヘ
リウムガスは上記冷媒管路１８に供給され、該冷媒管路
１８に配設されるＪ−Ｔ膨張弁１９で膨張させられ、ジ
ュール・トムソン効果によって少なくとも一部が液化さ
せられ、ミスト状の冷媒となる。そして、ミスト状の冷
媒は熱負荷となる負荷冷却器２０に送られ、該負荷冷却
器２０において本実施例では被冷却物をほぼ４．２°Ｋ
に冷却するとともに気化し、ヘリウムガスとなる。The adsorption device 13 having the adsorbent 14 is
The helium gas, which is connected to the loop-shaped refrigerant pipe 18 via the connecting pipe 17 and is generated by heating the adsorbent 14, is supplied to the refrigerant pipe 18 and is arranged in the refrigerant pipe 18. It is expanded by the JT expansion valve 19 and is at least partially liquefied by the Joule-Thomson effect, and becomes a mist-like refrigerant. Then, the mist-like refrigerant is sent to the load cooler 20 which becomes a heat load, and in the load cooler 20, the object to be cooled is substantially 4.2 ° K in this embodiment.
It vaporizes as it cools to helium gas.
【００２１】続いて、上記吸着剤１４を冷却することに
よって、上記冷媒管路１８内のヘリウムガスを上記吸着
剤１４に吸着させることができる。上記Ｊ−Ｔ膨張弁１
９においてジュール・トムソン効果によって冷媒を液化
させるためには、高圧で所定温度以下の冷媒をＪ−Ｔ膨
張弁１９に供給して、該Ｊ−Ｔ膨張弁１９から低圧側に
吐出する必要がある。Subsequently, by cooling the adsorbent 14, the helium gas in the refrigerant conduit 18 can be adsorbed by the adsorbent 14. The JT expansion valve 1
In order to liquefy the refrigerant by the Joule-Thomson effect in No. 9, it is necessary to supply a high-pressure refrigerant having a predetermined temperature or lower to the J-T expansion valve 19 and discharge the J-T expansion valve 19 to the low-pressure side. .
【００２２】そこで、上記冷媒管路１８におけるＪ−Ｔ
膨張弁１９の上流側の高圧側冷媒管路１８ａに一方向弁
２２を、Ｊ−Ｔ膨張弁１９の下流側の低圧側冷媒管路１
８ｂに一方向弁２３を配設し、冷媒を一方向に流すとと
もに高圧側冷媒管路１８ａにおいて高圧を形成してい
る。この場合、上記一方向弁２２はヘリウムガスの圧力
が例えば１４ａｔｍ．の設定圧力になるまでは開放され
ない構造になっていて、上記高圧側冷媒管路１８ａ内に
おいてヘリウムガスは例えば１４〜１８ａｔｍ．の圧力
に維持される。Therefore, J-T in the refrigerant line 18 is
A one-way valve 22 is provided in the high pressure side refrigerant pipeline 18a upstream of the expansion valve 19, and a low pressure side refrigerant pipeline 1 is provided downstream of the JT expansion valve 19.
A one-way valve 23 is arranged at 8b to allow the refrigerant to flow in one direction and form a high pressure in the high pressure side refrigerant pipe line 18a. In this case, the one-way valve 22 has a helium gas pressure of, for example, 14 atm. The structure is such that the pressure is not released until the set pressure becomes, and the helium gas in the high pressure side refrigerant pipe line 18a is, for example, 14 to 18 atm. Maintained at the pressure of.
【００２３】このようにして、吸着剤１４を加熱するこ
とによって発生したヘリウムガスは一方向弁２２を介し
て高圧側冷媒管路１８ａに送られ、上記Ｊ−Ｔ膨張弁１
９から低圧側冷媒管路１８ｂに吐出される。上述したよ
うに、ヘリウムガスはＪ−Ｔ膨張弁１９から吐出されて
少なくとも一部が液化させられるが、該Ｊ−Ｔ膨張弁１
９の上流側のヘリウムガスの温度が低温であればあるほ
ど吐出後の温度は低下し、液化する量が増加する。そこ
で、上記Ｊ−Ｔ膨張弁１９の上流側の高圧側冷媒管路１
８ａに、ヘリウムガスを冷却するための第１、第２熱交
換器２５，２６と該第１、第２熱交換器２５，２６間に
第３熱交換器２７が配設される。In this way, the helium gas generated by heating the adsorbent 14 is sent to the high pressure side refrigerant pipe line 18a via the one-way valve 22, and the JT expansion valve 1
9 is discharged to the low pressure side refrigerant pipe line 18b. As described above, the helium gas is discharged from the JT expansion valve 19 and at least a part thereof is liquefied.
The lower the temperature of the helium gas on the upstream side of 9, the lower the temperature after discharge and the more the amount of liquefaction. Therefore, the high pressure side refrigerant pipeline 1 on the upstream side of the JT expansion valve 19 is provided.
8a, the first and second heat exchangers 25 and 26 for cooling the helium gas and the third heat exchanger 27 are disposed between the first and second heat exchangers 25 and 26.
【００２４】上記第１熱交換器２５及び第２熱交換器２
６は、向流型熱交換器が採用され、上記負荷冷却器２０
において被冷却物を冷却した後の低圧側冷媒管路１８ｂ
内のヘリウムガスの冷熱を利用して高圧側冷媒管路１８
ａ内のヘリウムガスを冷却するようにしている。また、
第３熱交換器２７は、第２冷凍サイクル１２において冷
却器１６で吸着剤１４を冷却した後の水素ガスの冷熱を
利用している。The first heat exchanger 25 and the second heat exchanger 2
6, a countercurrent heat exchanger is adopted, and the load cooler 20
Low pressure side refrigerant line 18b after cooling the object to be cooled in
High-pressure-side refrigerant line 18 using the cold heat of the helium gas in the
The helium gas in a is cooled. Also,
The third heat exchanger 27 uses the cold heat of the hydrogen gas after the adsorbent 14 is cooled by the cooler 16 in the second refrigeration cycle 12.
【００２５】このようにして、少なくとも一部が液化さ
せられてヘリウムガスと液体ヘリウムの混合物になった
冷媒は負荷冷却器２０に送られ、該負荷冷却器２０で被
冷却物を冷却する。上記液体ヘリウムの沸点は約４．２
°Ｋであり、負荷冷却器２０は約４．２°Ｋで被冷却物
を冷却することができる。したがって、上記負荷冷却器
２０を超電導モータの液体ヘリウム槽に配設すれば、超
電導マグネットを冷却して気化したヘリウムガスを再び
液化することができる。In this way, the refrigerant, at least a part of which is liquefied and becomes a mixture of helium gas and liquid helium, is sent to the load cooler 20, and the load cooler 20 cools the object to be cooled. The boiling point of the liquid helium is about 4.2.
The load cooler 20 can cool the object to be cooled at about 4.2 ° K. Therefore, by disposing the load cooler 20 in the liquid helium tank of the superconducting motor, the superconducting magnet can be cooled and the vaporized helium gas can be liquefied again.
【００２６】なお、この場合、超電導マグネットを冷却
して気化したヘリウムガスを負荷冷却器２０の被冷却物
としているが、例えば負荷冷却器２０を液体ヘリウム槽
で構成し、被冷却物としての超電導マグネットを直接冷
却するようにしてもよい。上述したように、吸着装置１
３には、吸着剤１４を加熱するためにヒータ１５が設け
られている。該ヒータ１５は電源回路３１に接続され、
図示しない制御装置によって制御され、間歇的に上記吸
着剤１４を加熱する。また、上記吸着剤１４には冷却器
１６が配設されていて、該冷却器１６内を流れる水素ガ
スと液化水素の混合物から成る冷媒によって上記吸着剤
１４は常時２２°Ｋに冷却されている。In this case, the helium gas which is obtained by cooling the superconducting magnet and vaporized is used as the object to be cooled of the load cooler 20. You may make it cool a magnet directly. As described above, the adsorption device 1
3, a heater 15 is provided to heat the adsorbent 14. The heater 15 is connected to a power supply circuit 31,
The adsorbent 14 is intermittently heated under the control of a controller (not shown). Further, the adsorbent 14 is provided with a cooler 16, and the adsorbent 14 is constantly cooled to 22 ° K by a refrigerant composed of a mixture of hydrogen gas and liquefied hydrogen flowing in the cooler 16. .
【００２７】次に、第２冷凍サイクル１２について説明
する。３３は冷却することによって水素ガスを吸蔵し、
加熱することによって水素ガスを放出するための吸蔵装
置である。該吸蔵装置３３は、ＬａＮｉ5 などの水素吸
蔵合金から成る吸蔵物質３４、該吸蔵物質３４を選択的
に加熱・冷却するためのペルチェ素子３５から成る。該
ペルチェ素子３５は上記電源回路３１に接続されるとと
もに、図示しない制御装置によって制御され、接続され
る極性を切り替えることによって雰囲気温度に対して±
６０°Ｃの加熱・冷却を行う。すなわち、雰囲気温度を
例えば０°Ｃに維持した場合、加熱時には６０°Ｃの加
熱を、冷却時には−６０°Ｃの冷却を行うことができ
る。Next, the second refrigeration cycle 12 will be described. 33 absorbs hydrogen gas by cooling,
It is an occlusion device for releasing hydrogen gas by heating. The occlusion device 33 comprises an occlusion substance 34 made of a hydrogen occlusion alloy such as LaNi 5, and a Peltier element 35 for selectively heating and cooling the occlusion substance 34. The Peltier element 35 is connected to the power supply circuit 31 and is controlled by a control device (not shown).
Heat and cool at 60 ° C. That is, when the atmospheric temperature is maintained at 0 ° C, for example, heating at 60 ° C can be performed during heating, and cooling at -60 ° C can be performed during cooling.
【００２８】したがって、例えば上記吸蔵物質３４とし
て−６０°Ｃ程度の低温下で吸蔵を行うことができるも
のを使用すると、上記吸蔵装置３３をほぼ０°Ｃの雰囲
気下に置くことができ、吸蔵装置３３を極低温状態から
分離して断熱構造内に収容すると、装置の熱効率を向上
させることができる。上記構成の吸蔵装置３３におい
て、吸蔵物質３４の温度をペルチェ素子３５によって強
制的に上昇させると、吸蔵されていた水素が気化し水素
ガスとなって吸蔵物質３４から放出される。また、上記
ペルチェ素子３５を切り替え、上記吸蔵物質３４の温度
をペルチェ素子３５によって強制的に低下させると、水
素ガスが吸蔵物質３４に吸蔵される。Therefore, for example, when the occluding substance 34 that can occlude at a low temperature of about -60 ° C. is used, the occluding device 33 can be placed in an atmosphere of about 0 ° C. If the device 33 is separated from the cryogenic state and housed in the heat insulating structure, the thermal efficiency of the device can be improved. In the occlusion device 33 having the above-described configuration, when the temperature of the occlusion substance 34 is forcibly raised by the Peltier element 35, the stored hydrogen is vaporized and becomes hydrogen gas, which is released from the occlusion substance 34. When the Peltier element 35 is switched and the temperature of the storage material 34 is forcibly lowered by the Peltier element 35, hydrogen gas is stored in the storage material 34.
【００２９】上記吸蔵物質３４を備えた吸蔵装置３３は
接続管３７を介してループ状の冷媒管路３８に接続され
ていて、吸蔵物質３４を加熱することによって発生した
水素ガスは上記冷媒管路３８に供給され、該冷媒管路３
８に配設されるＪ−Ｔ膨張弁３９で膨張させられ、ジュ
ール・トムソン効果によって少なくとも一部が液化させ
られ、ミスト状の冷媒となる。そして、ミスト状の冷媒
は上記冷却器１６に送られ、該冷却器１６において上記
吸着剤１４を約２２°Ｋに冷却するとともに一部が気化
し、水素ガスとなる。上記冷却器１６の下流側には第３
熱交換器２７が配設されていて、吸着剤１４を冷却した
後の冷媒は更に第３熱交換器２７に送られ、該第３熱交
換器２７においてヘリウムガスを冷却する。The occlusion device 33 provided with the occlusion substance 34 is connected to the loop-shaped refrigerant pipe 38 via the connecting pipe 37, and the hydrogen gas generated by heating the occlusion substance 34 is the refrigerant pipe. 38, and the refrigerant line 3
8 is expanded by the JT expansion valve 39, and at least a part thereof is liquefied by the Joule-Thomson effect to become a mist-like refrigerant. Then, the mist-like refrigerant is sent to the cooler 16, and in the cooler 16, the adsorbent 14 is cooled to about 22 ° K and a part thereof is vaporized to become hydrogen gas. On the downstream side of the cooler 16, there is a third
The heat exchanger 27 is provided, and the refrigerant after cooling the adsorbent 14 is further sent to the third heat exchanger 27, and the helium gas is cooled in the third heat exchanger 27.
【００３０】続いて、上記ペルチェ素子３５を切り替
え、吸蔵物質３４を冷却することによって、上記冷媒管
路３８内の水素ガスを上記吸蔵物質３４に吸蔵させるこ
とができる。上記Ｊ−Ｔ膨張弁３９においてジュール・
トムソン効果によって冷媒を液化させるためには、高圧
で所定温度以下の冷媒をＪ−Ｔ膨張弁３９に供給して、
該Ｊ−Ｔ膨張弁３９から低圧側に吐出する必要がある。Then, by switching the Peltier element 35 and cooling the storage substance 34, the hydrogen gas in the refrigerant pipe 38 can be stored in the storage substance 34. In the JT expansion valve 39,
In order to liquefy the refrigerant by the Thomson effect, a high-pressure refrigerant having a temperature equal to or lower than a predetermined temperature is supplied to the JT expansion valve 39,
It is necessary to discharge from the JT expansion valve 39 to the low pressure side.
【００３１】そこで、上記冷媒管路３８におけるＪ−Ｔ
膨張弁３９の上流側の高圧側冷媒管路３８ａに一方向弁
４２を、Ｊ−Ｔ膨張弁３９の下流側の低圧側冷媒管路３
８ｂに一方向弁４３を配設し、冷媒を一方向に流すとと
もに高圧側冷媒管路３８ａにおいて高圧を形成してい
る。このようにして、吸蔵物質３４を加熱することによ
って発生した水素ガスは一方向弁４２を介して高圧側冷
媒管路３８ａに送られ、上記Ｊ−Ｔ膨張弁３９から低圧
側冷媒管路３８ｂに吐出される。上述したように、水素
ガスはＪ−Ｔ膨張弁３９から吐出されて少なくとも一部
が液化させられるが、該Ｊ−Ｔ膨張弁３９の上流側の水
素ガスの温度が低温であればあるほど吐出後の温度は低
下し、液化する量が増加する。そこで、上記Ｊ−Ｔ膨張
弁３９の上流側の高圧側冷媒管路３８ａに、水素ガスを
冷却するための第１、第２熱交換器４５，４６と該第
１、第２熱交換器４５，４６間に第３熱交換器４７が配
設される。Therefore, the JT in the refrigerant pipe line 38 is
A one-way valve 42 is provided in the high pressure side refrigerant pipeline 38a upstream of the expansion valve 39, and a low pressure side refrigerant pipeline 3 is provided downstream of the JT expansion valve 39.
A one-way valve 43 is provided at 8b to allow the refrigerant to flow in one direction and to form a high pressure in the high pressure side refrigerant pipeline 38a. In this way, the hydrogen gas generated by heating the occlusion substance 34 is sent to the high pressure side refrigerant pipe line 38a via the one-way valve 42, and from the JT expansion valve 39 to the low pressure side refrigerant pipe line 38b. Is ejected. As described above, the hydrogen gas is discharged from the J-T expansion valve 39 and at least a part thereof is liquefied. The lower the temperature of the hydrogen gas on the upstream side of the J-T expansion valve 39 is, the more the hydrogen gas is discharged. The subsequent temperature decreases and the amount of liquefaction increases. Therefore, the first and second heat exchangers 45 and 46 for cooling the hydrogen gas and the first and second heat exchanger 45 are provided in the high pressure side refrigerant pipe line 38a on the upstream side of the JT expansion valve 39. , 46 is provided with a third heat exchanger 47.
【００３２】上記第１熱交換器４５及び第２熱交換器４
６は、向流型熱交換器が採用され、第１冷凍サイクル１
１の第３熱交換器２７においてヘリウムガスを冷却した
後の低圧側冷媒管路３８ｂ内の水素ガスの冷熱を利用し
て高圧側冷媒管路３８ａ内の水素ガスを冷却するように
している。また、第３熱交換器４７は、液化ガス、例え
ば液体窒素（Ｎ2 ）を冷熱源とする液化ガス式冷却器で
構成される。そのため、液化ガス供給手段が設けられ、
上記第３熱交換器４７は液体窒素管路５１を介して液体
窒素槽５２に接続されている。The first heat exchanger 45 and the second heat exchanger 4
6, a countercurrent heat exchanger is adopted, and the first refrigeration cycle 1
In the first third heat exchanger 27, the cold heat of the hydrogen gas in the low pressure side refrigerant pipeline 38b after cooling the helium gas is used to cool the hydrogen gas in the high pressure side refrigerant pipeline 38a. The third heat exchanger 47 is composed of a liquefied gas type cooler using a liquefied gas, for example, liquid nitrogen (N 2 ) as a cold heat source. Therefore, liquefied gas supply means is provided,
The third heat exchanger 47 is connected to a liquid nitrogen tank 52 via a liquid nitrogen pipe 51.
【００３３】液体窒素は沸点が７７°Ｋであり、単位重
量当たりの蒸発潜熱が比較的高く、冷却効果が大きい。
したがって、わずかな量の液体窒素を上記第３熱交換器
４７に供給するだけで、高圧側冷媒管路３８ａ内の水素
ガスを十分に冷却することができる。なお、図示されて
いないが、上記液体窒素管路５１には、供給される液体
窒素の量を調節するための調節弁が設けられる。上記第
３熱交換器４７において水素ガスを冷却し、気化した窒
素ガスは回収されることなく放出され、その後断熱ケー
ス５５内を冷却する。Liquid nitrogen has a boiling point of 77 ° K, has a relatively high latent heat of vaporization per unit weight, and has a large cooling effect.
Therefore, the hydrogen gas in the high-pressure side refrigerant pipe line 38a can be sufficiently cooled by supplying only a small amount of liquid nitrogen to the third heat exchanger 47. Although not shown, the liquid nitrogen pipe line 51 is provided with a control valve for controlling the amount of liquid nitrogen supplied. The hydrogen gas is cooled in the third heat exchanger 47, and the vaporized nitrogen gas is discharged without being recovered, and then the inside of the heat insulating case 55 is cooled.
【００３４】上記第３熱交換器４７は、液体窒素を利用
して水素ガスを冷却するため、水素ガスの冷却が促進さ
れ、ジュール・トムソン効果を十分に機能させることが
可能となる。したがって、第２冷凍サイクル１２で吸蔵
装置３３による冷凍サイクルを使用してもＪ−Ｔ膨張弁
３９から吐出された後の冷媒中の液体水素の量が多くな
り、第２冷凍サイクル１２が小型化する分だけ装置を小
型化することができる。Since the third heat exchanger 47 cools the hydrogen gas by using liquid nitrogen, the cooling of the hydrogen gas is promoted and the Joule-Thomson effect can be fully functioned. Therefore, even if the refrigeration cycle by the occlusion device 33 is used in the second refrigeration cycle 12, the amount of liquid hydrogen in the refrigerant after being discharged from the JT expansion valve 39 is large, and the second refrigeration cycle 12 is downsized. The size of the device can be reduced by the amount.
【００３５】このようにして、水素ガスと液体水素の混
合物になった冷媒は、冷却器１６に送られ、該冷却器１
６で吸着剤１４を冷却するが、冷媒内の液体水素の量が
多いので、上記冷却器１６において吸着剤１４を十分に
冷却することができる。したがって、吸着剤１４の加熱
時に冷却器１６への冷媒の供給を停止する必要がない。In this way, the refrigerant that has become a mixture of hydrogen gas and liquid hydrogen is sent to the cooler 16, and the cooler 1
Although the adsorbent 14 is cooled by 6, the adsorbent 14 can be sufficiently cooled in the cooler 16 because the amount of liquid hydrogen in the refrigerant is large. Therefore, it is not necessary to stop the supply of the refrigerant to the cooler 16 when heating the adsorbent 14.
【００３６】さらに、上記冷却器１６への冷媒の供給を
停止する必要がないので、電磁弁などの制御弁を用いた
サーマルスイッチが不要となる。したがって、極低温状
態において温度を検出する必要がなくなり制御性が向上
するだけでなく、制御弁の電磁石などを介した熱侵入が
ないため装置の熱効率の向上を図ることができる。ま
た、電磁弁を用いる場合、電磁弁の可動部分を常温に近
い位置に配置し、作動の確実性を図る必要があるが、上
記水素冷媒室７２ａに常温近傍部から制御弁の一部を延
長させる必要がないため装置を小型化することができ
る。Furthermore, since it is not necessary to stop the supply of the refrigerant to the cooler 16, a thermal switch using a control valve such as a solenoid valve is unnecessary. Therefore, it is not necessary to detect the temperature in the extremely low temperature state, and not only the controllability is improved but also the thermal efficiency of the device can be improved because there is no heat intrusion through the electromagnet of the control valve. Further, when using the solenoid valve, it is necessary to arrange the movable part of the solenoid valve at a position close to room temperature to ensure the operation. However, a part of the control valve is extended from the vicinity of room temperature to the hydrogen refrigerant chamber 72a. The device can be downsized because there is no need to do so.
【００３７】上記冷媒は冷却器１６を出た後、第１冷凍
サイクル１１の第３熱交換器２７に送られ、該第３熱交
換器２７においてヘリウムガスを冷却する。液体水素の
沸点は約２２°Ｋであり、冷却器１６は約２２°Ｋで吸
着剤１４を冷却することができ、また、第３熱交換器２
７は約２２°Ｋでヘリウムガスを冷却することができ
る。After leaving the cooler 16, the refrigerant is sent to the third heat exchanger 27 of the first refrigeration cycle 11 and cools the helium gas in the third heat exchanger 27. The boiling point of liquid hydrogen is about 22 ° K, the cooler 16 can cool the adsorbent 14 at about 22 ° K, and the third heat exchanger 2
7 can cool helium gas at about 22 ° K.
【００３８】ところで、上記第１冷凍サイクル１１にお
いては、約２２°Ｋの冷媒を使用して負荷冷却器２０に
おいて約４．２°Ｋの極低温状態を形成する。したがっ
て、上記第１冷凍サイクル１１の各構成要素、すなわち
吸着装置１３、冷媒管路１８、Ｊ−Ｔ膨張弁１９、負荷
冷却器２０、一方向弁２２，２３、第１熱交換器２５、
第２熱交換器２６及び第３熱交換器２７が常温から隔離
される。また、第２冷凍サイクル１２においては、約０
°Ｃの雰囲気を使用して冷却器１６において約２２°Ｋ
の低温状態を形成する。したがって、第２冷凍サイクル
１２の吸蔵装置３３以外の構成要素、すなわち冷媒管路
３８、Ｊ−Ｔ膨張弁３９、一方向弁４２，４３、第１熱
交換器４５、第２熱交換器４６及び第３熱交換器４７が
常温から隔離される。さらに、液体窒素によって上記第
３熱交換器４７を冷却するための液体窒素槽５２及び液
体窒素管路５１も常温から隔離される。By the way, in the first refrigeration cycle 11, the refrigerant of about 22 ° K is used to form the cryogenic state of about 4.2 ° K in the load cooler 20. Therefore, each component of the first refrigeration cycle 11, that is, the adsorption device 13, the refrigerant pipe line 18, the JT expansion valve 19, the load cooler 20, the one-way valves 22, 23, the first heat exchanger 25,
The second heat exchanger 26 and the third heat exchanger 27 are isolated from room temperature. Further, in the second refrigeration cycle 12, about 0
About 22 ° K in cooler 16 using an atmosphere of ° C
Form a cold state of. Therefore, components other than the storage device 33 of the second refrigeration cycle 12, that is, the refrigerant pipe line 38, the JT expansion valve 39, the one-way valves 42 and 43, the first heat exchanger 45, the second heat exchanger 46, and The third heat exchanger 47 is isolated from room temperature. Further, the liquid nitrogen tank 52 and the liquid nitrogen pipe line 51 for cooling the third heat exchanger 47 by the liquid nitrogen are also isolated from room temperature.
【００３９】そのため、図１の破線で示すように断熱ケ
ース５５が設けられていて、常温から上記各構成要素を
隔離するようになっている。そして、上記第３熱交換器
４７において水素ガスを冷却することによって気化した
後の窒素ガスを、上記断熱ケース５５内に放出して上記
窒素ガスの冷熱を利用している。この場合、上記吸蔵装
置３３はペルチェ素子３５を動作させるために、断熱ケ
ース５５の外側に配設される。Therefore, as shown by the broken line in FIG. 1, a heat insulating case 55 is provided so as to isolate each of the above components from room temperature. Then, the nitrogen gas after being vaporized by cooling the hydrogen gas in the third heat exchanger 47 is released into the heat insulating case 55 to utilize the cold heat of the nitrogen gas. In this case, the storage device 33 is arranged outside the heat insulating case 55 in order to operate the Peltier element 35.
【００４０】上述したように、上記ペルチェ素子３５を
動作させる場合の雰囲気温度を、この場合０°Ｃに維持
する必要があるため、上記吸蔵装置３３を一点鎖線で示
すように副断熱ケース５６で包囲し、常温から隔離して
いる。したがって、大気中には電源回路３１のみが配設
されることになる。このように構成することによって、
断熱ケース５５内と大気間はａ点において電気配線５８
を介してのみ接続され、断熱ケース５５内と副断熱ケー
ス５６内の間はｂ点において吸蔵物質３４と一方向弁４
２，４３を連結する接続管３７を介してのみ接続され、
副断熱ケース５６内と大気間はｃ点において電気配線６
１を介してのみ接続されることになり、断熱性が高くな
る。As described above, since the ambient temperature when operating the Peltier element 35 needs to be maintained at 0 ° C. in this case, the storage device 33 is accommodated in the auxiliary heat insulating case 56 as shown by the one-dot chain line. Surrounded and isolated from room temperature. Therefore, only the power supply circuit 31 is provided in the atmosphere. With this configuration,
Electrical wiring 58 is provided between the heat insulating case 55 and the atmosphere at point a.
Is connected only through the space between the heat insulating case 55 and the sub heat insulating case 56 at the point b.
Connected only via a connecting pipe 37 that connects 2, 43,
Electrical wiring 6 at the point c between the sub-insulation case 56 and the atmosphere
Therefore, the heat insulation is enhanced.
【００４１】次に、吸着装置１３について説明する。図
２は本発明の実施例における吸着装置の概念図、図３は
本発明の実施例における吸着装置の動作を示すタイムチ
ャートである。図３の（ａ）は外槽温度の変化を、
（ｂ）はヒータ電流の変化を、（ｃ）は内槽温度の変化
を、（ｄ）はヘリウムガスの吸着量の変化を示してい
る。Next, the adsorption device 13 will be described. FIG. 2 is a conceptual diagram of the adsorption device in the embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a time chart showing the operation of the adsorption device in the embodiment of the present invention. FIG. 3 (a) shows changes in the outer tank temperature,
(B) shows a change in the heater current, (c) shows a change in the inner tank temperature, and (d) shows a change in the adsorption amount of helium gas.
【００４２】図２において、１３は吸着装置、１４は吸
着剤、１５は該吸着剤１４を加熱するためのヒータであ
る。上記吸着剤１４及びヒータ１５は内槽７１に包囲さ
れ、該内槽７１はさらに外槽７２に包囲されていて、内
槽７１によって吸着剤１４にヘリウムガスを吸着させた
り、吸着剤１４からヘリウムガスを放出させたりするた
めのヘリウム冷媒室７１ａが形成され、上記内槽７１と
外槽７２間に水素ガスと液体水素の混合物を送る水素冷
媒室７２ａが形成される。上記ヘリウム冷媒室７１ａ、
水素冷媒室７２ａ及び内槽７１によって冷却器１６が構
成される。したがって、上記内槽７１は熱伝導性の高い
材料によって形成される。In FIG. 2, 13 is an adsorption device, 14 is an adsorbent, and 15 is a heater for heating the adsorbent 14. The adsorbent 14 and the heater 15 are surrounded by an inner tank 71, and the inner tank 71 is further surrounded by an outer tank 72. The inner tank 71 causes the adsorbent 14 to adsorb helium gas, or the adsorbent 14 to helium. A helium refrigerant chamber 71a for releasing gas is formed, and a hydrogen refrigerant chamber 72a for sending a mixture of hydrogen gas and liquid hydrogen is formed between the inner tank 71 and the outer tank 72. The helium refrigerant chamber 71a,
The hydrogen refrigerant chamber 72a and the inner tank 71 constitute the cooler 16. Therefore, the inner tank 71 is formed of a material having high thermal conductivity.
【００４３】上記水素冷媒室７２ａ内の水素ガスと液体
水素の混合物は、内槽７１を介してヘリウム冷媒室７１
ａ内のヘリウムガス及び吸着剤１４を冷却する。上記水
素冷媒室７２ａ内に熱が進入しないように外槽７２は断
熱性の高い材料で形成される。上記水素冷媒室７２ａに
水素ガスと液体水素の混合物を供給し、吸着剤１４を冷
却して気化した後の水素ガスを吸蔵装置３３（図１）に
戻すため、上記外槽７２に低圧側冷媒管路３８ｂが接続
される。そして、外槽７２の上流側の低圧側冷媒管路３
８ｂにはＪ−Ｔ膨張弁３９が配設され、下流側の低圧側
冷媒管路３８ｂには一方向弁７４が配設される。The mixture of the hydrogen gas and the liquid hydrogen in the hydrogen refrigerant chamber 72a passes through the inner tank 71 and the helium refrigerant chamber 71.
The helium gas in a and the adsorbent 14 are cooled. The outer tank 72 is made of a material having a high heat insulating property so that heat does not enter the hydrogen refrigerant chamber 72a. A mixture of hydrogen gas and liquid hydrogen is supplied to the hydrogen refrigerant chamber 72a to cool the adsorbent 14 and vaporize the hydrogen gas back to the storage device 33 (FIG. 1). The pipe line 38b is connected. Then, the low pressure side refrigerant pipeline 3 on the upstream side of the outer tank 72
A JT expansion valve 39 is arranged at 8b, and a one-way valve 74 is arranged at the low pressure side refrigerant pipe line 38b on the downstream side.
【００４４】また、上記ヘリウム冷媒室７１ａにおいて
発生したヘリウムガスをＪ−Ｔ膨張弁１９に供給するた
めに接続管１７ａが、負荷冷却器２０で被冷却物を冷却
した後のヘリウムガスをヘリウム冷媒室７１ａに戻すた
めに接続管１７ｂが設けられる。そして、接続管１７ａ
に第１の一方向弁７６が、接続管１７ｂに第２の一方向
弁７７が配設されている。Further, the connection pipe 17a for supplying the helium gas generated in the helium refrigerant chamber 71a to the JT expansion valve 19 is the helium gas after the object to be cooled is cooled by the load cooler 20. A connecting pipe 17b is provided for returning to the chamber 71a. And the connecting pipe 17a
A first one-way valve 76 is provided in the connection pipe 17b, and a second one-way valve 77 is provided in the connection pipe 17b.
【００４５】なお、図１においては、説明の便宜上、吸
着剤１４と一方向弁２２，２３は１本の接続管１７によ
って接続されているが、図２に示すように各一方向弁７
６，７７ごと配設した接続管１７ａ，１７ｂによって接
続するとよい。また、上記吸着剤１４は隣接して配設さ
れたヒータ１５によって加熱される。そして、該ヒータ
１５はコネクタ７８を介して電源回路３１に接続され、
図示しない制御装置によって制御されるようになってい
る。In FIG. 1, for convenience of explanation, the adsorbent 14 and the one-way valves 22 and 23 are connected by one connecting pipe 17, but as shown in FIG. 2, each one-way valve 7 is connected.
It is advisable to connect them by connecting pipes 17a and 17b arranged together with 6, and 7. Further, the adsorbent 14 is heated by the heater 15 arranged adjacent to the adsorbent 14. The heater 15 is connected to the power supply circuit 31 via the connector 78,
It is controlled by a control device (not shown).
【００４６】次に、図３に基づいて上記吸着装置１３の
動作について説明する。なお、図３は模式的に各値を示
しており、実際の推移と異なる。第２冷凍サイクル１２
（図１）のＪ−Ｔ膨張弁３９で形成された水素ガスと液
体水素の混合物は、定常的に低圧側冷媒管路３８ｂを介
して上記水素冷媒室７２ａ（図２）に供給される。そし
て、混合物のうち液体水素が吸着剤１４を冷却するた
め、水素冷媒室７２ａの温度すなわち外槽温度Ｔ１は図
の（ａ）に示すように一定である。Next, the operation of the adsorption device 13 will be described with reference to FIG. Note that FIG. 3 schematically shows each value, which is different from the actual transition. Second refrigeration cycle 12
The mixture of hydrogen gas and liquid hydrogen formed by the JT expansion valve 39 of FIG. 1 is constantly supplied to the hydrogen refrigerant chamber 72a (FIG. 2) via the low pressure side refrigerant pipe line 38b. Since liquid hydrogen in the mixture cools the adsorbent 14, the temperature of the hydrogen refrigerant chamber 72a, that is, the outer tank temperature T1 is constant as shown in FIG.
【００４７】そして、上記ヒータ１５は図示しない制御
装置によって制御され、間歇的にオン・オフを繰り返
す。したがって、ヒータ電流は図の（ｂ）に示すように
推移する。上記ヒータ１５によって間歇的に加熱が行わ
れると、ヘリウム冷媒室７１ａの温度はヒータ１５がオ
ンになっている間だけ上昇してＴ２になる。そして、ヒ
ータ１５がオフになると、上記水素冷媒室７２ａの温度
すなわち外槽温度Ｔ１に下降する。したがって、ヘリウ
ム冷媒室７１ａの温度すなわち内槽温度は図の（ｃ）に
示すように推移する。The heater 15 is controlled by a controller (not shown), and intermittently repeats on / off. Therefore, the heater current changes as shown in FIG. When the heater 15 is intermittently heated, the temperature of the helium refrigerant chamber 71a rises to T2 only while the heater 15 is on. When the heater 15 is turned off, the temperature of the hydrogen refrigerant chamber 72a is lowered to the outer tank temperature T1. Therefore, the temperature of the helium refrigerant chamber 71a, that is, the inner tank temperature changes as shown in FIG.
【００４８】そして、上記ヘリウム冷媒室７１ａの温度
が上昇と下降を繰り返すと、その温度に対応して吸着剤
１４に対するヘリウムガスの吸着量が変化し、ヘリウム
冷媒室７１ａの温度が上昇するのに伴いヘリウムガスを
放出して吸着量を減少させ、ヘリウム冷媒室７１ａの温
度が下降するのに伴いヘリウムガスを吸着して吸着量を
増加させる。When the temperature of the helium refrigerant chamber 71a repeatedly rises and falls, the adsorbed amount of helium gas on the adsorbent 14 changes corresponding to the temperature, and the temperature of the helium refrigerant chamber 71a rises. Along with this, the helium gas is released to reduce the adsorption amount, and the helium gas is adsorbed to increase the adsorption amount as the temperature of the helium refrigerant chamber 71a decreases.
【００４９】図４は本発明の実施例における吸着装置の
断面図である。図において、１３は吸着装置、８１は該
吸着装置１３を収容する吸着装置ケースである。該吸着
装置ケース８１は断熱材で形成されていて、外槽７２と
の間に断熱室８１ａを形成し、該断熱室８１ａに一方向
弁７６，７７を収容している。上記外槽７２の内側には
熱伝導性の高い材料で形成された内槽７１が配設され、
両者間に水素冷媒室７２ａが形成される。上記内槽７１
は、円筒形状を有しており、水素冷媒室７２ａ側に径方
向に突出する環状のフィン８２が複数形成されていて、
水素ガスと液体水素の混合物との熱伝達を良好にしてい
る。FIG. 4 is a sectional view of an adsorption device according to an embodiment of the present invention. In the figure, 13 is a suction device, and 81 is a suction device case that houses the suction device 13. The adsorption device case 81 is formed of a heat insulating material, forms a heat insulating chamber 81a with the outer tank 72, and accommodates the one-way valves 76 and 77 in the heat insulating chamber 81a. Inside the outer tank 72, the inner tank 71 made of a material having high thermal conductivity is provided.
A hydrogen refrigerant chamber 72a is formed between them. Inner tank 71
Has a cylindrical shape, and a plurality of annular fins 82 protruding in the radial direction are formed on the hydrogen refrigerant chamber 72a side,
Good heat transfer between the mixture of hydrogen gas and liquid hydrogen.
【００５０】上記内槽７１の内部にはヘリウム冷媒室７
１ａが形成され、該ヘリウム冷媒室７１ａに円筒形の吸
着剤１４が配設されている。該吸着剤１４は内槽７１に
沿ってほぼ全域に延び、内側にヒータ１５が配設され
る。該ヒータ１５は一面に多孔を形成した筒状の支持体
１５ａの周囲に配設される。上記吸着剤１４は円筒形状
を有している。また、ヒータ１５は吸着剤１４の内周面
に沿って配設されるため、加熱効率が良好になる。A helium refrigerant chamber 7 is provided inside the inner tank 71.
1a is formed, and the cylindrical adsorbent 14 is disposed in the helium refrigerant chamber 71a. The adsorbent 14 extends almost all over the inner tank 71, and a heater 15 is provided inside. The heater 15 is arranged around a cylindrical support 15a having a porous surface. The adsorbent 14 has a cylindrical shape. Further, since the heater 15 is arranged along the inner peripheral surface of the adsorbent 14, the heating efficiency becomes good.
【００５１】上記内槽７１及び外槽７２の左端（図にお
いて左端）には接続管１７ａが貫通して配設され、上記
ヒータ１５の支持体１５ａ内に開口している。また、上
記内槽７１及び外槽７２の右端（図において右端）には
接続管１７ｂが貫通して配設され、同様に上記ヘリウム
冷媒室７１ａ内に開口している。したがって、吸着剤１
４を加熱することによって発生したヘリウムガスは左端
から排出され、吸着剤１４を冷却することによって吸着
されるヘリウムガスは右端から進入させられ、上記支持
体１５ａの多孔を介して吸着剤１４の内側に噴射され
る。A connecting pipe 17a is provided so as to penetrate the left ends (the left ends in the drawing) of the inner tank 71 and the outer tank 72, and open into the support 15a of the heater 15. A connecting pipe 17b is provided so as to penetrate the right ends (right ends in the drawing) of the inner tub 71 and the outer tub 72, and similarly opens into the helium refrigerant chamber 71a. Therefore, the adsorbent 1
Helium gas generated by heating No. 4 is discharged from the left end, and helium gas adsorbed by cooling the adsorbent 14 is allowed to enter from the right end, inside the adsorbent 14 through the pores of the support 15a. Is injected into.
【００５２】上記接続管１７ａ，１７ｂの他端側には、
それぞれ一方向弁７６，７７が接続され、該一方向弁７
６，７７の更に他端側には第１冷凍サイクル１１（図
１）の高圧側冷媒配管１８ａ及び低圧側冷媒配管１８ｂ
が接続される。該高圧側冷媒配管１８ａ及び低圧側冷媒
配管１８ｂは、上記吸着装置ケース８１を貫通して延
び、第１熱交換器２５に接続される。なお、上記低圧側
冷媒配管１８ｂは、図に示すように左端から右端に延び
て一方向弁７７に接続されるため、一部が水素冷媒室７
２ａ内を通るようになっている。したがって、配管用ス
ペースを少なくして吸着装置１３を小型化することがで
きるだけでなく、吸着剤１４に吸着される前のヘリウム
ガスを冷却することができ、吸着を促進させることがで
きる。On the other end side of the connecting pipes 17a and 17b,
One-way valves 76 and 77 are respectively connected to the one-way valve 7
Further, on the other end side of 6, 77, the high pressure side refrigerant pipe 18a and the low pressure side refrigerant pipe 18b of the first refrigeration cycle 11 (FIG. 1) are provided.
Is connected. The high pressure side refrigerant pipe 18a and the low pressure side refrigerant pipe 18b extend through the adsorption device case 81 and are connected to the first heat exchanger 25. Since the low pressure side refrigerant pipe 18b extends from the left end to the right end and is connected to the one-way valve 77 as shown in the figure, a part of the low pressure side refrigerant pipe 18b is connected to the hydrogen refrigerant chamber 7.
It is designed to pass through the inside of 2a. Therefore, not only can the space for piping be reduced to reduce the size of the adsorption device 13, but also the helium gas before being adsorbed by the adsorbent 14 can be cooled and the adsorption can be promoted.
【００５３】また、上記外槽７２の左端には、第２冷凍
サイクル１２（図１）の低圧側冷媒配管３８ｂが接続さ
れ、水素冷媒室７２ａに開口するとともに、上記吸着装
置ケース８１を貫通して延びて第３熱交換器２７に接続
される。上記吸着剤１４を冷却した後の水素冷媒室７２
ａ内の水素ガスは、上記該低圧側冷媒配管３８ｂを介し
て上記第３熱交換器２７に送られる。そして、上記外槽
７２の右端には高圧側冷媒配管３８ａが接続され、該高
圧側冷媒配管３８ａは水素冷媒室７２ａにＪ−Ｔ膨張弁
３９を介して開口するとともに、上記吸着装置ケース８
１を貫通して延び、第２熱交換器４６に接続される。Ｊ
−Ｔ膨張弁３９から吐出された水素ガスと液体水素の混
合物は、上記水素冷媒室７２ａに直接供給されるように
なっている。The low-pressure side refrigerant pipe 38b of the second refrigeration cycle 12 (FIG. 1) is connected to the left end of the outer tank 72, opens into the hydrogen refrigerant chamber 72a, and penetrates the adsorption device case 81. And extends to be connected to the third heat exchanger 27. Hydrogen refrigerant chamber 72 after cooling the adsorbent 14
The hydrogen gas in a is sent to the third heat exchanger 27 via the low pressure side refrigerant pipe 38b. A high-pressure side refrigerant pipe 38a is connected to the right end of the outer tank 72, and the high-pressure side refrigerant pipe 38a opens to the hydrogen refrigerant chamber 72a through the JT expansion valve 39 and the adsorption device case 8
1 extends through and is connected to the second heat exchanger 46. J
The mixture of hydrogen gas and liquid hydrogen discharged from the -T expansion valve 39 is directly supplied to the hydrogen refrigerant chamber 72a.
【００５４】上記吸着剤１４の内周側に配設されたヒー
タ１５は、電源回路３１に接続され、制御装置によって
間歇的にオンにされ吸着剤１４を加熱する。そのため、
上記ヒータ１５は上記内槽７１、外槽７２及び吸着装置
ケース８１を貫通して電源回路３１と電気的に接続され
る。７８ａ，７８ｂ，７８ｃはそれぞれ内槽７１、外槽
７２、吸着装置ケース８１に埋設されたコネクタであ
る。The heater 15 disposed on the inner peripheral side of the adsorbent 14 is connected to the power supply circuit 31 and is intermittently turned on by the control device to heat the adsorbent 14. for that reason,
The heater 15 penetrates the inner tank 71, the outer tank 72 and the adsorption device case 81 and is electrically connected to the power supply circuit 31. Reference numerals 78a, 78b, and 78c denote connectors embedded in the inner tank 71, the outer tank 72, and the suction device case 81, respectively.
【００５５】次に、吸着装置１３の冷却器１６にヒート
パイプを使用した例について説明する。図５は本発明の
他の実施例における吸着装置の概念図である。図におい
て、７２は外槽であり、該外槽７２の中に内槽７１が配
設され、両者間に水素冷媒室７２ａが形成される。そし
て、該水素冷媒室７２ａに液体水素８４が収容され、該
液体水素８４は内槽７１全体を浸漬している。Next, an example in which a heat pipe is used for the cooler 16 of the adsorption device 13 will be described. FIG. 5 is a conceptual diagram of an adsorption device according to another embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 72 denotes an outer tank, and the inner tank 71 is disposed in the outer tank 72, and a hydrogen refrigerant chamber 72a is formed between the two. Liquid hydrogen 84 is stored in the hydrogen refrigerant chamber 72a, and the liquid hydrogen 84 is immersed in the entire inner tank 71.
【００５６】８５は液体水素槽であり、内部に液体水素
８４が溜められる。該液体水素槽８５はＪ−Ｔ膨張弁３
９を介して高圧側冷媒配管３８ａに接続され、上記Ｊ−
Ｔ膨張弁３９から水素ガスと液体水素の混合物が吐出さ
れる。そして、上記外槽７２と液体水素槽８５間にはヒ
ートパイプ１６ａが接続され、該ヒートパイプ１６ａ、
水素冷媒室７２ａ内の液体水素８４及び内槽７１によっ
て冷却器１６を構成している。なお、上記Ｊ−Ｔ膨張弁
３９からは、温度及び圧力の条件によって水素ガスのみ
又は液体水素のみが吐出されることもある。Reference numeral 85 is a liquid hydrogen tank in which liquid hydrogen 84 is stored. The liquid hydrogen tank 85 is the JT expansion valve 3
9 to the high pressure side refrigerant pipe 38a,
A mixture of hydrogen gas and liquid hydrogen is discharged from the T expansion valve 39. A heat pipe 16a is connected between the outer tank 72 and the liquid hydrogen tank 85, and the heat pipe 16a,
The liquid hydrogen 84 in the hydrogen refrigerant chamber 72a and the inner tank 71 constitute the cooler 16. Note that only hydrogen gas or liquid hydrogen may be discharged from the JT expansion valve 39 depending on the temperature and pressure conditions.
【００５７】内槽７１は表面の全体が２２°Ｋの液体水
素８４によって覆われるため、水素冷媒室７２ａに水素
ガスと液体水素の混合物を供給する場合に比べて温度む
らがなくなり、内槽７１全体が均一に冷却される。ま
た、内槽７１の表面の全体において液体水素８４を気化
させることができるため、冷却能力が向上し、ヒータ１
５をオフにした時に吸着剤１４を速く冷却することがで
きる。Since the entire surface of the inner tank 71 is covered with the liquid hydrogen 84 of 22 ° K, the temperature unevenness is eliminated as compared with the case where the mixture of hydrogen gas and liquid hydrogen is supplied to the hydrogen refrigerant chamber 72a, and the inner tank 71 is The whole is cooled uniformly. Further, since the liquid hydrogen 84 can be vaporized on the entire surface of the inner tank 71, the cooling capacity is improved and the heater 1
When 5 is turned off, the adsorbent 14 can be cooled quickly.
【００５８】なお、上記Ｊ−Ｔ膨張弁３９は液体水素槽
８５内に開口して設けられているが、低圧側冷媒配管３
８ｂに接続させ、液体水素槽８５内に収容された液体水
素８４と間接的に熱交換するようにしてもよい。次に、
吸着剤１４を複数個設け、それぞれを交互に加熱し、冷
却することによってヘリウムガスの発生量及び吸着量を
平滑化することができる実施例について説明する。な
お、本実施例においては、吸着剤１４を３個設けた例に
ついて説明しているが、平滑化の程度に合わせ２個以上
の適宜個数が選択される。Although the JT expansion valve 39 is provided in the liquid hydrogen tank 85 so as to open, the low pressure side refrigerant pipe 3
8b may be connected to indirectly exchange heat with the liquid hydrogen 84 stored in the liquid hydrogen tank 85. next,
An example will be described in which a plurality of adsorbents 14 are provided, and the amounts of helium gas generated and adsorbed can be smoothed by alternately heating and cooling each. In this embodiment, an example in which three adsorbents 14 are provided has been described, but an appropriate number of two or more is selected according to the degree of smoothing.
【００５９】図６は本発明の実施例における複式吸着装
置の概念図、図７は本発明の実施例における複式吸着装
置の断面図である。図６に示すように、複式吸着装置８
６は、３個の吸着装置１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃから成
り、一つの外槽７２の中に３個の内槽７１Ａ，７１Ｂ，
７１Ｃを並列に収容して構成される。各内槽７１Ａ，７
１Ｂ，７１Ｃ内には、吸着剤１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ及
びヒータ１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃが配設され、該ヒータ
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは電源回路３１に接続され、制
御回路８７によって制御され交互にオンにされるように
なっている。FIG. 6 is a conceptual diagram of the double adsorption device in the embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a sectional view of the double adsorption device in the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the double adsorption device 8
6 is composed of three adsorption devices 13A, 13B, 13C, and one outer tank 72 has three inner tanks 71A, 71B,
71C are accommodated in parallel. Each inner tank 71A, 7
Adsorbents 14A, 14B, 14C and heaters 15A, 15B, 15C are arranged in 1B, 71C, and the heaters 15A, 15B, 15C are connected to a power supply circuit 31 and controlled by a control circuit 87 to be turned on alternately. It is supposed to be.
【００６０】また、上記内槽７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ
は、それぞれ第１の一方向弁７６Ａ，７６Ｂ，７６Ｃが
接続されていて、該一方向弁７６Ａ，７６Ｂ，７６Ｃを
介して共通の高圧側冷媒配管１８ａに接続される。同様
に、内槽７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃは、第２の一方向弁７
７Ａ，７７Ｂ，７７Ｃを介して共通の低圧側冷媒配管１
８ｂに接続される。Further, the inner tanks 71A, 71B, 71C
Are connected to first one-way valves 76A, 76B and 76C, respectively, and are connected to a common high pressure side refrigerant pipe 18a via the one-way valves 76A, 76B and 76C. Similarly, the inner tanks 71A, 71B, 71C are connected to the second one-way valve 7
Common low-pressure side refrigerant pipe 1 via 7A, 77B, 77C
8b is connected.
【００６１】そして、上記外槽７２の水素冷媒室７２ａ
には、Ｊ−Ｔ膨張弁３９から吐出された水素ガスと液体
水素の混合物が供給され、上記内槽７１Ａ，７１Ｂ，７
１Ｃを常時冷却する。したがって、上記ヒータ１５Ａ，
１５Ｂ，１５Ｃを交互にオンにして吸着剤１４Ａ，１４
Ｂ，１４Ｃを交互に加熱すると、加熱された吸着剤１４
Ａ，１４Ｂ，１４Ｃがヘリウムガスを発生し、高圧側冷
媒配管１８ａに供給する。加熱されていない吸着剤１４
Ａ，１４Ｂ，１４Ｃは、上記水素冷媒室７２ａ内の水素
ガスと液体水素の混合物によって冷却され、低圧側冷媒
配管１８ｂから供給されたヘリウムガスを吸着する。The hydrogen refrigerant chamber 72a of the outer tank 72
A mixture of hydrogen gas discharged from the JT expansion valve 39 and liquid hydrogen is supplied to the inner tank 71A, 71B, 7
Always cool 1C. Therefore, the heater 15A,
15B and 15C are alternately turned on to turn on the adsorbents 14A and 14A.
When B and 14C are heated alternately, the heated adsorbent 14
A, 14B and 14C generate helium gas and supply it to the high pressure side refrigerant pipe 18a. Unheated adsorbent 14
A, 14B and 14C are cooled by the mixture of hydrogen gas and liquid hydrogen in the hydrogen refrigerant chamber 72a and adsorb the helium gas supplied from the low pressure side refrigerant pipe 18b.
【００６２】上記一方向弁７６Ａ，７６Ｂ，７６Ｃは、
ヘリウムガスの圧力が例えば１４ａｔｍ．の設定圧力に
なるまでは開放されない構造になっている。したがっ
て、設定圧力に達した内槽７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃから
は自動的にヘリウムガスが排出される。次に、図７に基
づいて複式吸着装置８６の構造について説明する。図に
おいては、３個の吸着装置１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃのう
ち吸着装置１３Ａ，１３Ｂのみが示されているが、実際
は各吸着装置１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃが正三角形状に配
列されている。The one-way valves 76A, 76B and 76C are
The pressure of the helium gas is 14 atm. The structure is such that it will not be released until the set pressure is reached. Therefore, the helium gas is automatically discharged from the inner tanks 71A, 71B, 71C that have reached the set pressure. Next, the structure of the double adsorption device 86 will be described with reference to FIG. Although only the adsorbing devices 13A, 13B among the three adsorbing devices 13A, 13B, 13C are shown in the figure, the adsorbing devices 13A, 13B, 13C are actually arranged in a regular triangular shape.
【００６３】複式吸着装置８６を構成する３個の吸着装
置１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは吸着装置ケース８１に収容
される。該吸着装置ケース８１は断熱材で形成されてい
て、外槽７２との間に断熱室８１ａを形成し、該断熱室
８１ａに一方向弁７６Ａ，７６Ｂ，７６Ｃ，７７Ａ，７
７Ｂ，７７Ｃを収容している。上記外槽７２の内側には
熱伝導性の高い材料で形成された内槽７１Ａ，７１Ｂ，
７１Ｃが配設され、両者間に水素冷媒室７２ａが形成さ
れる。上記内槽７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃは、それぞれ円
筒形状を有しており、三角形状に配列され、水素冷媒室
７２ａ側に径方向に突出する環状のフィン８２が複数形
成されていて、水素ガスと液体水素の混合物との熱伝達
を良好にしている。該フィン８２は、図の左側に位置す
るものほど三角形の中心側に迫り出す量が多くなってい
る。The three adsorption devices 13A, 13B and 13C which constitute the double adsorption device 86 are housed in the adsorption device case 81. The adsorption device case 81 is formed of a heat insulating material and forms a heat insulating chamber 81a with the outer tank 72, and the one-way valves 76A, 76B, 76C, 77A, 7 are provided in the heat insulating chamber 81a.
It houses 7B and 77C. Inside the outer tank 72, inner tanks 71A, 71B made of a material having high thermal conductivity,
71C is disposed, and a hydrogen refrigerant chamber 72a is formed between them. The inner tanks 71A, 71B, 71C each have a cylindrical shape, are arranged in a triangular shape, and are provided with a plurality of annular fins 82 projecting in the radial direction on the hydrogen refrigerant chamber 72a side. Good heat transfer with a mixture of liquid hydrogen. The fins 82 located on the left side of the drawing have a greater amount of protrusion toward the center of the triangle.
【００６４】上記内槽７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃの内部に
は円筒形の吸着剤１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃが配設され、
該吸着剤１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの内側にヒータ１５
Ａ，１５Ｂ，１５Ｃが配設される。上記一方向弁７６
Ａ，７６Ｂ，７６Ｃには共通の高圧側冷媒配管１８ａが
接続され、上記一方向弁７７Ａ，７７Ｂ，７７Ｃには共
通の低圧側冷媒配管１８ｂが接続される。一方向弁７６
Ａ，７６Ｂ，７６Ｃを高圧側冷媒配管１８ａに接続する
ための合流部８８ａ及び一方向弁７７Ａ，７７Ｂ，７７
Ｃを低圧側冷媒配管１８ｂに接続するための合流部８８
ｂは上記断熱室８１ａ内に配設される。Inside the inner tanks 71A, 71B, 71C, cylindrical adsorbents 14A, 14B, 14C are arranged,
A heater 15 is provided inside the adsorbents 14A, 14B and 14C.
A, 15B and 15C are arranged. One way valve 76
A common high pressure side refrigerant pipe 18a is connected to A, 76B and 76C, and a common low pressure side refrigerant pipe 18b is connected to the one-way valves 77A, 77B and 77C. One way valve 76
A merging portion 88a for connecting A, 76B, 76C to the high pressure side refrigerant pipe 18a and one-way valves 77A, 77B, 77.
Merging portion 88 for connecting C to the low pressure side refrigerant pipe 18b
b is disposed in the heat insulation chamber 81a.
【００６５】上記外槽７２の左端には、第２冷凍サイク
ル１２（図１）の低圧側冷媒配管３８ｂが接続され、水
素冷媒室７２ａに開口する。上記外槽７２の右端には、
高圧側冷媒配管３８ａが接続され、水素冷媒室７２ａに
Ｊ−Ｔ膨張弁３９を介して開口する。該Ｊ−Ｔ膨張弁３
９は上記外槽７２の右端の壁のほぼ中央に配設され、該
Ｊ−Ｔ膨張弁３９から吐出された水素ガスと液体水素の
混合物は、上記水素冷媒室７２ａに直接供給され、各内
槽７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃのフィン８２に当たる。この
時、フィン８２は図の左側に位置するものほど三角形の
中心側に迫り出す量が多くなっているので、各内槽７１
Ａ，７１Ｂ，７１Ｃを長手方向において均一に冷却する
ことができる。The low pressure side refrigerant pipe 38b of the second refrigeration cycle 12 (FIG. 1) is connected to the left end of the outer tank 72 and opens to the hydrogen refrigerant chamber 72a. At the right end of the outer tub 72,
The high-pressure side refrigerant pipe 38a is connected to the hydrogen refrigerant chamber 72a and opens through the JT expansion valve 39. The J-T expansion valve 3
9 is disposed substantially in the center of the wall at the right end of the outer tank 72, and the mixture of hydrogen gas and liquid hydrogen discharged from the JT expansion valve 39 is directly supplied to the hydrogen refrigerant chamber 72a, and each of It hits the fins 82 of the tanks 71A, 71B, 71C. At this time, the fins 82 located closer to the left side of the drawing have a greater amount of protrusion toward the center of the triangle.
A, 71B, 71C can be cooled uniformly in the longitudinal direction.
【００６６】上記吸着剤１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの内側
に配設されたヒータ１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、電源回
路３１（図６）に接続され、制御装置８７によって間歇
的にオンにされ吸着剤１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを加熱す
る。そのため、上記ヒータ１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは上
記内槽７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ、外槽７２及び吸着装置
ケース８１を貫通して電源回路３１と電気的に接続され
る。コネクタ７８ａは各内槽７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃご
とに必要とされるが、コネクタ７８ｂ，７８ｃは各吸着
装置１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃに共通のものを使用してい
る。したがって、シール部分を少なくすることができ
る。The heaters 15A, 15B, 15C disposed inside the adsorbents 14A, 14B, 14C are connected to the power supply circuit 31 (FIG. 6) and are turned on intermittently by the control device 87 to turn the adsorbents 14A on. , 14B, 14C are heated. Therefore, the heaters 15A, 15B and 15C penetrate the inner tanks 71A, 71B and 71C, the outer tank 72 and the adsorption device case 81 and are electrically connected to the power supply circuit 31. The connector 78a is required for each of the inner tanks 71A, 71B, 71C, but the connectors 78b, 78c are common to the suction devices 13A, 13B, 13C. Therefore, the seal portion can be reduced.
【００６７】次に、吸着剤１４にヒータ１５を使用する
ことなく加熱することができるようにした実施例につい
て説明する。図８は本発明の他の実施例における吸着装
置の吸着剤の概念図である。図において、９０は吸着
剤、９１，９２は該吸着剤９０の両端に取り付けられる
電極である。上記吸着剤９０は例えば活性炭で形成され
るため導体であり、電流を流すと発熱する。そこで、本
実施例においては、吸着剤９０自体を電極９１，９２を
介して電源装置３１に接続し、電流を流すことによって
吸着剤９０を発熱させ、ヘリウムガスを発生させるよう
にしている。Next, an embodiment in which the adsorbent 14 can be heated without using the heater 15 will be described. FIG. 8 is a conceptual diagram of an adsorbent of an adsorption device according to another embodiment of the present invention. In the figure, 90 is an adsorbent, and 91 and 92 are electrodes attached to both ends of the adsorbent 90. The adsorbent 90 is a conductor because it is made of activated carbon, for example, and generates heat when an electric current is applied. Therefore, in this embodiment, the adsorbent 90 itself is connected to the power supply device 31 via the electrodes 91 and 92, and a current is passed to heat the adsorbent 90 to generate helium gas.
【図１】本発明の第１の実施例を示す極低温冷凍装置の
概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a cryogenic refrigeration system showing a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施例における吸着装置の概念図であ
る。FIG. 2 is a conceptual diagram of an adsorption device according to an embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施例における吸着装置の動作を示す
タイムチャートである。FIG. 3 is a time chart showing the operation of the adsorption device in the example of the present invention.
【図４】本発明の実施例における吸着装置の断面図であ
る。FIG. 4 is a sectional view of an adsorption device according to an embodiment of the present invention.
【図５】本発明の他の実施例における吸着装置の概念図
である。FIG. 5 is a conceptual diagram of an adsorption device according to another embodiment of the present invention.
【図６】本発明の実施例における複式吸着装置の概念図
である。FIG. 6 is a conceptual diagram of a double adsorption device in an example of the present invention.
【図７】本発明の実施例における複式吸着装置の断面図
である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a double adsorption device in an example of the present invention.
【図８】本発明の他の実施例における吸着装置の吸着剤
の概念図である。FIG. 8 is a conceptual diagram of an adsorbent of an adsorption device according to another embodiment of the present invention.
１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，９０ 吸着剤 １５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ ヒータ（加熱手段） ３１ 電源回路 ７１ 内槽 ７１ａ ヘリウム冷媒室（第１の冷媒室） ７２ 外槽 ７２ａ 水素冷媒室（第２の冷媒室） ７６，７６Ａ，７６Ｂ，７６Ｃ，７７，７７Ａ，７７
Ｂ，７７Ｃ 一方向弁 ８７ 制御回路 ９１，９２ 電極14, 14A, 14B, 14C, 90 Adsorbent 15, 15A, 15B, 15C Heater (heating means) 31 Power supply circuit 71 Inner tank 71a Helium refrigerant chamber (first refrigerant chamber) 72 Outer tank 72a Hydrogen refrigerant chamber (second) Refrigerant chamber) 76, 76A, 76B, 76C, 77, 77A, 77
B, 77C One-way valve 87 Control circuit 91, 92 Electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 椎窓 利博 東京都千代田区外神田２丁目19番12号 株式会社エクォス・リサーチ内 (72)発明者 伊藤 義久 東京都千代田区外神田２丁目19番12号 株式会社エクォス・リサーチ内 (72)発明者 堀 孝二 東京都千代田区外神田２丁目19番12号 株式会社エクォス・リサーチ内 (56)参考文献 実開 平１−125974（ＪＰ，Ｕ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toshihiro Shiido 2-19-12 Sotokanda, Chiyoda-ku, Tokyo Within Equus Research Co., Ltd. (72) Yoshihisa Ito 2--19, Sotokanda, Chiyoda-ku, Tokyo No. 12 Equas Research Co., Ltd. (72) Inventor, Koji Hori 2-19-12 Sotokanda, Chiyoda-ku, Tokyo Equas Research Co., Ltd. (56) References: Mitsuihei Hei 1-125974 (JP, U)
Claims (4)
に、上記吸着剤及び加熱手段を収容し、内部に第１の冷
媒室を形成する内槽と、 （ｄ）該内槽を収容し、内槽との間に第２の冷媒室を形
成する外槽と、 （ｅ）上記第１の冷媒室から第１の冷媒を排出するため
の第１の一方向弁と、 （ｆ）該第１の一方向弁を介して上記第１の冷媒室に接
続され、第１の冷媒を膨張させる膨張弁と、 （ｇ）該膨張弁に接続され、被冷却物を冷却する負荷冷
却器と、 （ｈ）該負荷冷却器と上記第１の冷媒室との間に接続さ
れ、第１の冷媒室に第１の冷媒を帰還させるための第２
の一方向弁と、（ｉ） 上記第２の冷媒室に第２の冷媒を常時供給する手
段と、（ｊ） 上記加熱手段を間歇的に作動させ、加熱手段を作
動させることによって上記第１の冷媒室から第１の冷媒
を排出し、加熱手段を停止させることによって上記第１
の冷媒室に第１の冷媒を帰還させる手段とを有すること
を特徴とする極低温冷凍装置。1. An adsorbent comprising: (a) an adsorbent; (b) a heating means for heating the adsorbent; and (c) a material having a high thermal conductivity and containing the adsorbent and the heating means. An inner tank that forms a first refrigerant chamber therein; (d) an outer tank that houses the inner tank and forms a second refrigerant chamber between the inner tank and (e) the first refrigerant A first one-way valve for discharging the first refrigerant from the chamber, and (f) contacting the first refrigerant chamber via the first one-way valve.
An expansion valve for expanding the first refrigerant, and (g) a load cooling connected to the expansion valve for cooling the object to be cooled.
And (h) is connected between the load cooler and the first refrigerant chamber.
And a second refrigerant for returning the first refrigerant to the first refrigerant chamber .
A one-way valve, (i) means for constantly supplying the second refrigerant to the second refrigerant chamber, and (j) intermittent operation of the heating means to create the heating means.
Moving from the first refrigerant chamber to the first refrigerant
Is discharged and the heating means is stopped so that the first
Cryogenic refrigeration system characterized by having a means for Ru fed back the first refrigerant in the refrigerant chamber.
して加熱する複数の加熱手段と、 （ｃ）熱伝導性の高い材料によって形成されるととも
に、上記各吸着剤及び各加熱手段を独立して収容し、内
部に第１の冷媒室を形成する複数の内槽と、 （ｄ）該複数の内槽を収容し、内槽との間に共通の第２
の冷媒室を形成する一つの外槽と、 （ｅ）上記各第１の冷媒室から第１の冷媒を独立して排
出するための複数の第１の一方向弁と、 （ｆ）該各第１の一方向弁を介して上記各第１の冷媒室
に接続され、第１の冷媒を膨張させる膨張弁と、 （ｇ）該膨張弁に接続され、被冷却物を冷却する負荷冷
却器と、 （ｈ）該負荷冷却器と上記各第１の冷媒室との間に接続
され、各第１の冷媒室に第１の冷媒を独立して帰還させ
るための複数の第２の一方向弁と、（ｉ） 上記第２の冷媒室に第２の冷媒を常時供給する手
段と、（ｊ） 上記複数の加熱手段を交互に間歇的に作動させ、
加熱手段を作動させることによって上記各第１の冷媒室
から第１の冷媒を排出し、加熱手段を停止させることに
よって上記各第１の冷媒室に第１の冷媒を帰還させる手
段とを有することを特徴とする極低温冷凍装置。2. A (a) a plurality of adsorbent, (b) are respectively disposed in the respective adsorbent, and a plurality of heating means for heating independently of each adsorbent, the (c) thermal conductivity together are formed by a high material housed independently each adsorbent and the heating means, accommodates a plurality of the inner tank to form a first coolant chamber therein, the inner tank (d) plurality of Second common to the inner tank
And one outer tank to form a coolant chamber, a plurality of first one-way valve for discharging independently of the first refrigerant from (e) above each of the first coolant chamber, (f) each of said Each of the first refrigerant chambers via the first one-way valve
An expansion valve connected to the expansion valve for expanding the first refrigerant, and (g) a load cooling connected to the expansion valve for cooling the object to be cooled.
And (h) a connection between the load cooler and each of the first refrigerant chambers.
A plurality of second one-way valves for independently returning the first refrigerant to the respective first refrigerant chambers, and (i) means for constantly supplying the second refrigerant to the second refrigerant chambers. (J) intermittently actuating the plurality of heating means alternately ,
Each of the first refrigerant chambers is operated by operating the heating means.
To discharge the first refrigerant from and to stop the heating means
Accordingly cryogenic refrigeration system characterized by having a means for Ru fed back the first refrigerant to each first coolant chamber.
されたヒータと、該ヒータに電流を流す電源回路から成
る請求項１又は２に記載の極低温冷凍装置。3. The cryogenic refrigerating apparatus according to claim 1, wherein the heating means includes a heater arranged adjacent to the adsorbent and a power supply circuit for supplying an electric current to the heater.
た一対の電極と、該電極に接続され、吸着剤に電流を流
す電源回路から成る請求項１又は２に記載の極低温冷凍
装置。4. The cryogenic refrigerating apparatus according to claim 1, wherein the heating means includes a pair of electrodes attached to the adsorbent and a power supply circuit connected to the electrodes and supplying a current to the adsorbent.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3324146A JP2559933B2 (en) | 1991-12-09 | 1991-12-09 | Cryogenic refrigerator |
| US07/986,586 US5339649A (en) | 1991-12-09 | 1992-12-07 | Cryogenic refrigerator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3324146A JP2559933B2 (en) | 1991-12-09 | 1991-12-09 | Cryogenic refrigerator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05157396A JPH05157396A (en) | 1993-06-22 |
| JP2559933B2 true JP2559933B2 (en) | 1996-12-04 |
Family
ID=18162648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3324146A Expired - Lifetime JP2559933B2 (en) | 1991-12-09 | 1991-12-09 | Cryogenic refrigerator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2559933B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006284001A (en) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Temperature control device |
-
1991
- 1991-12-09 JP JP3324146A patent/JP2559933B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05157396A (en) | 1993-06-22 |
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