JP2602982B2 - Cooling system - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、強制冷却超電導コイルの冷却装置におい
て、特に被冷却物であるコイルを冷却する冷媒の温度上
昇を改善した冷却装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a cooling device for a forced cooling superconducting coil, in particular, a cooling device in which the temperature rise of a refrigerant for cooling a coil to be cooled is improved. Related to the device.
（従来の技術） 従来、強制冷却超電導コイルの冷却装置としては、例
えば、Fusion Engineering and Design Vol.7 Nos 1＆
２（1988年９月発行）56〜57ページに記載された冷却装
置があった。この冷却装置は、循環装置より供給された
高圧低温の冷媒（超臨界ヘリウム）が、液体ヘリウム溜
内の熱交換器で再冷却され、コイルへと送られる回路で
あった。この場合の熱交換器を有する液体ヘリウム溜に
は、別系統で冷凍装置の冷凍ラインと接続され冷凍運転
をすることによって溜内の液体ヘリウムを維持してい
た。(Conventional technology) Conventionally, as a cooling device of a forced cooling superconducting coil, for example, Fusion Engineering and Design Vol.7 Nos 1 &
2 (September 1988), page 56-57. This cooling device was a circuit in which a high-pressure and low-temperature refrigerant (supercritical helium) supplied from a circulation device was recooled by a heat exchanger in a liquid helium reservoir and sent to a coil. In this case, the liquid helium reservoir having the heat exchanger was connected to a refrigeration line of a refrigerating device by a separate system, and the liquid helium in the reservoir was maintained by performing a refrigeration operation.
（発明が解決しようとする課題） ところで、一般に従来の冷却装置では、高圧、低温の
超臨界ヘリウムを供給、もしくは循環する装置、例えば
低温循環ポンプが被冷却体である超電導コイルとは空間
的に離れた位置に設置されるため、両者を接続する断熱
冷却配管やバルブ等からの熱侵入により、コイルへ供給
される超臨界ヘリウムの温度が上昇してしまう。この結
果、コイルの安定運転に不可欠な温度マージン（超電導
状態を保った状態で許容できる温度上昇量）を低下して
しまい、コイルはクエンチし易くなってしまう。(Problems to be Solved by the Invention) In general, in a conventional cooling device, a device for supplying or circulating high-pressure, low-temperature supercritical helium, for example, a superconducting coil in which a low-temperature circulating pump is a cooling target is spatially different. Since it is installed at a distant position, the temperature of the supercritical helium supplied to the coil rises due to heat intrusion from the adiabatic cooling pipe or valve connecting the two. As a result, the temperature margin (the amount of temperature rise allowable while maintaining the superconducting state) essential for stable operation of the coil is reduced, and the coil is easily quenched.
一方、コイルに供給される超臨界ヘリウムを温度上昇
後、再冷却するために熱交換器をコイルに近接して配置
することがある。この場合には熱交換器を内蔵した液溜
に別途冷凍機から冷却配管を接続しており、結果的には
配管やバルブなどから熱侵入を招いてしまい、冷凍装置
への熱負荷が増加したり、配管系統が複雑になるなどの
不都合があった。On the other hand, after the temperature of the supercritical helium supplied to the coil rises, a heat exchanger may be arranged close to the coil in order to re-cool it. In this case, a cooling pipe is separately connected from the refrigerator to the liquid reservoir containing the heat exchanger, and as a result, heat intrusion is caused from the pipes and valves, and the heat load on the refrigerator is increased. And the piping system becomes complicated.
そこで本発明の目的は、冷媒循環装置とコイル間の熱
侵入によって冷媒の温度上昇をまねいていても複雑な冷
却装置を付加することなく、簡単な構成によって安定し
た低い温度の冷媒を供給することのできる冷却装置を提
供することにある。Therefore, an object of the present invention is to supply a stable low-temperature refrigerant with a simple configuration without adding a complicated cooling device even if the temperature of the refrigerant rises due to heat intrusion between the refrigerant circulation device and the coil. It is an object of the present invention to provide a cooling device which can be used.
（課題を解決するための手段） すなわち本発明の強制冷却超電導コイルの冷却装置
は、前記強制冷却超電導コイルと冷媒循環装置とを循環
連結する冷却配管に熱交換器を配設し、この熱交換器を
冷媒を収容する冷媒液溜内に設置し、この冷媒液溜の上
流側に配設された冷却配管を分岐させ、この分岐させた
冷却配管はジュールトムソン弁を介して前記冷媒液溜に
接続する。(Means for Solving the Problems) That is, in the cooling device for a forced cooling superconducting coil of the present invention, a heat exchanger is provided in a cooling pipe that circulates and connects the forced cooling superconducting coil and a refrigerant circulation device, The cooling device is installed in a coolant reservoir containing a coolant, and a cooling pipe disposed upstream of the coolant reservoir is branched.The branched cooling pipe is connected to the coolant reservoir via a Joule-Thomson valve. Connecting.
（作 用） 上記技術手段をとることにより、温度上昇した冷媒
は、JT膨張による液化で生成した液体ヘリウムの蒸発潜
熱を用いて再冷却することができ、冷媒の温度を安定し
て低く保つことができる。(Operation) By taking the above technical measures, the refrigerant whose temperature has risen can be re-cooled using the latent heat of vaporization of liquid helium generated by liquefaction due to JT expansion, and the temperature of the refrigerant can be kept stable and low. Can be.
（実施例） 以下本発明を第１図に示す実施例について説明する。
冷却装置１は、被冷却物である強制冷却コイル２、ヘリ
ウム冷凍液化機３、熱交換器８を内蔵し液体ヘリウム４
を収容する超臨界ヘリウム熱交換器槽5a,5b、この超臨
界ヘリウム熱交換器槽5b内に配置された超臨界ヘリウム
循環用ポンプ６、バッファタンク７、および超臨界ヘリ
ウム循環ライン9a,9b,9c,9d、液体ヘリウム移送管10、
蒸発ガス移送管11、低圧ガス戻り管12、およびジュール
トムソン弁（JT弁）13、低温弁14などの弁・配管類から
成っている。(Example) Hereinafter, the present invention will be described with reference to an example shown in FIG.
The cooling device 1 has a built-in forced cooling coil 2, a helium refrigeration liquefier 3, and a heat exchanger 8, which are liquid helium 4.
Supercritical helium heat exchanger tanks 5a and 5b, a supercritical helium circulation pump 6, a buffer tank 7, and a supercritical helium circulation line 9a, 9b, which are disposed in the supercritical helium heat exchanger tank 5b. 9c, 9d, liquid helium transfer tube 10,
It is composed of valves and piping such as an evaporative gas transfer pipe 11, a low pressure gas return pipe 12, a Joule Thomson valve (JT valve) 13, and a low temperature valve 14.
次に、動作について説明する。強制冷却コイル２に冷
媒である超臨界ヘリウム（SHE）を超臨界ヘリウム循環
用ポンプ６を用いて圧送する。この際、SHEは、超臨界
ヘリウム熱交換器槽5b内に配置された熱交換器８で冷却
されその熱負荷は、ヘリウム冷凍液化機３によってとり
のぞかれる。一方、冷却され所定の圧力および温度（例
えば10 atm 4.5K）に保たれたSHEは、超臨界ヘリウム循
環ライン9aを介して離れた場所に設けられた図示してい
ない断熱容器内の強制冷却コイル２に供給される。この
場合、超臨界ヘリウム循環ライン9aに外からの熱侵入が
あり、SHEは、温度が上昇する。温度が上昇したSHEの１
部を超臨界ヘリウム循環ライン9bにバイパスしてジュー
ルトムソン弁13で膨張させ、強制冷却コイル２に近接し
て配置した超臨界ヘリウム熱交換機槽5aに液体ヘリウム
を発生させる。Next, the operation will be described. Supercritical helium (SHE) as a refrigerant is pumped to the forced cooling coil 2 using a supercritical helium circulation pump 6. At this time, the SHE is cooled by the heat exchanger 8 arranged in the supercritical helium heat exchanger tank 5b, and its heat load is removed by the helium refrigeration liquefier 3. On the other hand, the SHE cooled and maintained at a predetermined pressure and temperature (for example, 10 atm 4.5K) is a forced cooling coil in a heat insulating container (not shown) provided at a remote location via a supercritical helium circulation line 9a. 2 is supplied. In this case, there is heat intrusion from the outside into the supercritical helium circulation line 9a, and the temperature of the SHE rises. 1 of SHE where temperature rose
The section is bypassed to the supercritical helium circulation line 9b and expanded by the Joule-Thomson valve 13 to generate liquid helium in the supercritical helium heat exchanger tank 5a arranged close to the forced cooling coil 2.
超臨界ヘリウム熱交換器槽5aは、予冷完了時点で本回
路を用いて液体ヘリウム４を貯液しておけば配管系から
の熱侵入による熱負荷のみを液体ヘリウム４の蒸発潜熱
を利用して熱交換器８で除去してやれば良いことにな
る。温度上昇したSHEは、超臨界ヘリウム熱交換器槽5a
で再冷却され、所定の圧力および温度になって強制冷却
コイル２で熱負荷をとる。再度温度上昇したSHEは、超
臨界ヘリウム循環ライン9cを介して超臨界ヘリウム循環
用ポンプ６にもどされる。この時、循環したSHEの量
は、超臨界ヘリウム循環ライン9bでバイパスした量だけ
系外から排出されるため、超臨界ヘリウム循環ライン9d
を介してヘリウム冷凍液化機３から供給される。この場
合、循環しているSHEの脈動等を防ぐため、超臨界ヘリ
ウム熱交換器槽5b内に設置したバッファタンク７にSHE
を充填しておく。バッファタンク７は、液体ヘリウム４
に浸漬されているため、高圧、低温ガスとして保たれて
いることになる。If the supercritical helium heat exchanger tank 5a stores liquid helium 4 using this circuit at the time of completion of precooling, only the heat load due to heat intrusion from the piping system is utilized by utilizing the latent heat of vaporization of liquid helium 4. What is necessary is just to remove it with the heat exchanger 8. The temperature of the SHE is increased by the supercritical helium heat exchanger tank 5a.
At the predetermined pressure and temperature, and the heat load is taken by the forced cooling coil 2. The SHE whose temperature has risen again is returned to the supercritical helium circulation pump 6 via the supercritical helium circulation line 9c. At this time, the amount of SHE circulated is discharged from the outside of the system by the amount bypassed in the supercritical helium circulation line 9b, so that the supercritical helium circulation line 9d
Is supplied from the helium refrigerating liquefier 3 via the In this case, in order to prevent pulsation of the circulating SHE, etc., the SHE is stored in the buffer tank 7 installed in the supercritical helium heat exchanger tank 5b.
Fill beforehand. The buffer tank 7 contains liquid helium 4
Therefore, it is kept as a high-pressure, low-temperature gas.
いま仮に10 atm 4.5KのSHEを循環し、コイルまでの冷
却ラインによって5.5Kまで温度上昇したとすると、バイ
パス量は、全流量の30％程度となる。但し熱交換器の熱
交換率を80％とした。Assuming now that the SHE of 10 atm 4.5K is circulated and the temperature is raised to 5.5K by the cooling line to the coil, the bypass amount is about 30% of the total flow rate. However, the heat exchange rate of the heat exchanger was set to 80%.
本実施例によれば冷媒の温度上昇分をJT膨張による液
化によって液体ヘリウムの蒸発潜熱で除去することが可
能であり安定した低温の冷媒を供給することができる。
又、本実施例の主構成は、超臨界ヘリウム熱交換器槽5
a、熱交換器８、JT弁13からなっており、複雑な冷却装
置を付加する必要がない。According to the present embodiment, the temperature rise of the refrigerant can be removed by the latent heat of vaporization of liquid helium by liquefaction by JT expansion, and a stable low-temperature refrigerant can be supplied.
The main configuration of the present embodiment is a supercritical helium heat exchanger tank 5
a, It consists of a heat exchanger 8 and a JT valve 13, so that there is no need to add a complicated cooling device.
次に第２図を参照して本発明の他の実施例について説
明する。なお、第２図において第１図と同一部分には同
一符号を付しその部分の構成は省略する。第２図におい
て、超臨界ヘリウム熱交換器槽5aとヘリウム冷凍液化機
３は減圧装置15を介して蒸発ガス移送管16によって接続
されている。よって、超臨界ヘリウム熱交換器槽5aに減
圧装置15を設置することにより、強制冷却コイル２に過
冷却SHEを供給することも可能である。Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the same portions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the configuration of the portions is omitted. In FIG. 2, the supercritical helium heat exchanger tank 5a and the helium refrigeration liquefier 3 are connected by an evaporative gas transfer pipe 16 via a pressure reducing device 15. Therefore, the supercooled SHE can be supplied to the forced cooling coil 2 by installing the decompression device 15 in the supercritical helium heat exchanger tank 5a.
上記の実施例では冷媒であるSHEの循環方法として超
臨界ヘリウム循環用ポンプを用いた場合について説明し
たが、常温圧縮機を用いての循環方式を採用した場合に
も何ら不都合は生じない。In the above-described embodiment, the case where a supercritical helium circulation pump is used as a method of circulating SHE as a refrigerant has been described. However, there is no inconvenience when a circulation system using a room temperature compressor is employed.
以上説明したように本発明によれば冷媒循環装置とコ
イル間の熱侵入によって冷媒の温度上昇をまねいても複
雑な冷却装置を付加することなく簡単な構成によって安
定した低い温度の冷媒を供給することのできる冷却装置
を提供することができる。As described above, according to the present invention, even if the temperature of the refrigerant rises due to heat intrusion between the refrigerant circulation device and the coil, a stable low-temperature refrigerant is supplied by a simple configuration without adding a complicated cooling device. The cooling device which can be provided.
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の冷却装置の系統図、第２図
は他の実施例の系統図である。 ２……強制冷却コイル、４……液体ヘリウム ５……超臨界ヘリウム熱交換器槽 ６……超臨界ヘリウム循環用ポンプ ８……熱交換器、13……ジュールトムソン弁BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a system diagram of a cooling device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a system diagram of another embodiment. 2 ... forced cooling coil, 4 ... liquid helium 5 ... supercritical helium heat exchanger tank 6 ... supercritical helium circulation pump 8 ... heat exchanger, 13 ... Joule Thomson valve
Claims (2)
強制冷却超電導コイルの冷却装置において、前記強制冷
却超電導コイルと冷媒循環装置とを循環連結する冷却配
管に熱交換器を配設し、この熱交換器を冷媒を収容する
冷媒液溜内に設置し、この冷媒液溜の上流側に配設され
た冷却配管を分岐させ、この分岐させた冷却配管はジュ
ールトムソン弁を介して前記冷媒液溜に接続されて成る
ことを特徴とする冷却装置。In a cooling device for a forced cooling superconducting coil for forcibly circulating and cooling a cryogenic refrigerant, a heat exchanger is provided in a cooling pipe for circulating and connecting the forced cooling superconducting coil and a refrigerant circulating device. Then, this heat exchanger is installed in a refrigerant reservoir containing a refrigerant, and a cooling pipe disposed upstream of the refrigerant reservoir is branched, and the branched cooling pipe is passed through a Joule-Thomson valve. A cooling device characterized by being connected to the coolant reservoir.
接続したことを特徴とする請求項（１）記載の冷却装
置。2. A cooling device according to claim 1, wherein a pressure reducing device is connected to a refrigerant reservoir containing a heat exchanger.
Priority Applications (1)
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| JP2185358A JP2602982B2 (en) | 1990-07-16 | 1990-07-16 | Cooling system |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2185358A JP2602982B2 (en) | 1990-07-16 | 1990-07-16 | Cooling system |
Publications (2)
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| JPH0473975A JPH0473975A (en) | 1992-03-09 |
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Family Applications (1)
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| CN114551025B (en) * | 2022-01-29 | 2024-01-30 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | Device for providing liquid helium forced flow cooling working medium |
-
1990
- 1990-07-16 JP JP2185358A patent/JP2602982B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH0473975A (en) | 1992-03-09 |
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