JP2758514B2 - 極低温冷凍装置 - Google Patents

極低温冷凍装置

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JP2758514B2
JP2758514B2 JP3168142A JP16814291A JP2758514B2 JP 2758514 B2 JP2758514 B2 JP 2758514B2 JP 3168142 A JP3168142 A JP 3168142A JP 16814291 A JP16814291 A JP 16814291A JP 2758514 B2 JP2758514 B2 JP 2758514B2
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泰司 藤本
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Aisin Corp
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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Control Of Vehicles With Linear Motors And Vehicles That Are Magnetically Levitated (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は極低温冷凍装置に関す
る。この極低温冷凍装置は磁気浮上式鉄道の車両(リニ
アモーターカー)に適用できる。
【0002】
【従来の技術】極低温冷凍装置、例えば、磁気浮上式鉄
道(リニヤモーターカー)の車体に装備される極低温冷
凍装置として、図に示す様に、超電導コイル100が
浸漬される極低温の液体ヘリウム101が収納される密
閉状態の液室102をもつ内槽103と、内槽103の
液室102に供給する液体ヘリウムを生成する冷凍部1
04と、内槽103の液室102の液体ヘリウム101
の昇温を抑える熱シールド部105と、熱シールド部1
05に液体窒素を供給する冷媒タンク106と、冷媒タ
ンク106及び内槽103を覆う真空断熱層108を形
成する外槽109とをもつものが知られている。この熱
シールド部105は、内槽103全体を覆う被覆部10
5bと、被覆部105bに一体的に配設され冷媒として
の液体窒素が流れる冷媒通路105cとをもつ。この装
置では、車両走行時における液室102の液体ヘリウム
101の昇温は熱シールド部105により抑えられ、液
体ヘリウム101は極低温に維持される。
【0003】ここで、熱シールド部105の冷媒通路1
05c内の液体窒素は蒸発するので、減少した分の液体
窒素を補給する必要がある。補給にあたり、従来の磁気
浮上式鉄道では、車両を停止させた状態で、図に示す
様に、地上側の冷媒貯溜タンク110の供給路110a
を車載の冷媒タンク106の仕切り弁111に接続し、
これにより冷媒貯溜タンク110の液体窒素は冷媒タン
ク106に貯溜され熱シールド部105の冷媒通路10
5cに補給される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで従来では、前
記した様に、車両を停止させた状態で、地上側の冷媒貯
溜タンク110の供給路110aを車載の冷媒タンク1
06の仕切り弁111に接続し、冷媒貯溜タンク110
の液体窒素を冷媒タンク106に貯溜して熱シールド部
105に補給することにしている。そのため所定の補給
時間を必要とする。しかも地上側の冷媒貯溜タンク11
0の供給路110aを車載の冷媒タンク106の仕切り
弁111に接続する際に、液体窒素系路に外気が混入さ
れ汚染され、熱シールド部105に悪影響を与える。
【0005】本発明は上記した実情に鑑みなされたもの
であり、その目的は、熱シールド部の冷媒通路の冷媒が
蒸発してもこれを再液化して熱シールド部に補給し、こ
れにより冷媒の補給の手間、補給時間を省略でき、熱シ
ールド部の冷媒の汚染も防止できるという利点をもつ極
低温冷凍装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】求項にかかる極低温
冷凍装置は、超電導材料が浸漬される液化ガスが収納さ
れる密閉状態の液室をもつ内槽と、内槽の液室に供給す
る液化ガスを生成する主冷凍部と、内槽を覆う被覆部と
被覆部に一体的に配設され冷媒が流れる冷媒通路とをも
ち内槽の液室の液化ガスの昇温を抑える熱シールド部
と、熱シールド部の冷媒通路の入口及び出口に連通し下
部に液状冷媒を貯め上部にガス状冷媒を貯める冷媒室を
もつ冷媒タンクと、冷媒タンクの冷媒室の上部に連通し
冷媒室のガス状冷媒を吸い込む吸込路と吸込路から吸い
込んだ冷媒を再液化して冷媒タンクの冷媒室に補給する
吐出路と吐出路の先端部に冷媒室のガス状冷媒に対面し
設けられた気液分離器とをもつ副冷凍部とを具備する
ことを特徴とするものである。
【0007】主冷凍部、副冷凍部としては、逆スターリ
ングサイクルを用いた冷凍機、ジュールトムソン弁など
を採用できる。
【0008】
【作用】熱シールド部の冷媒通路の冷媒は外部からの熱
伝導、熱輻射等で蒸発する。この場合、蒸発した分
媒を冷媒タンクから補給しなければならない。従って冷
媒タンク内の冷媒が蒸発すると、冷媒タンクから熱シー
ルド部への冷媒補給性が低下し、熱シールド部の熱シー
ルド効果は低下する。この点請求項1では、蒸発した冷
媒タンクのガス状冷媒は冷媒タンクから吸込路を介して
副冷凍部に送られ、そこで再液化されて吐出路及び気液
分離器を介して冷媒タンクにされる。
【0009】
【実施例】(第1実施例) 以下、本発明の第1実施例を図1に基づき説明する。 (第1実施の例構成) この極低温冷凍装置は、超電導装置1と、主冷凍部2
と、供給路3と、タンク室40および元弁42をもつ貯
溜タンク4と、戻し路5と、副冷凍部6とをもつ。
【0010】超電導装置1は、内槽10と、熱シールド
部としての熱シールド板11と、外槽13とで形成され
ている。内槽10には液室16が形成されている。液室
16に、液体ヘリウム15が所定の液位で収納されてい
る。液体ヘリウム15の下部には、超電導コイル14が
浸漬されている。熱シールド板11は、内槽10全体を
覆う被覆部11bと、被覆部11bに一体的に配設され
た冷媒通路11cとで構成されている。冷媒通路11c
に冷媒として極低温の液体窒素が装填されており、従っ
て熱シールド板11は、内槽10の液体ヘリウム155
熱シールドして内槽10の液体ヘリウム15の昇温を抑
止する。外槽13内は高真空とされており、内槽10の
液体ヘリウム15の昇温を抑えるべく真空断熱されてい
る。
【0011】主冷凍部2は極低温を生成するものであ
り、内槽10の液室16に供給する液体ヘリウムを生成
する。主冷凍部2は、逆スターリングサイクルを利用し
た冷凍機20と、冷凍機20の膨張行程および圧縮行程
を行う第1電動機21と、冷凍機20に高圧ヘリウムガ
スを送る圧縮機22と、圧縮機22を駆動させる第2電
動機23とで形成されている
【0012】給路3は、冷凍部2の冷凍機20と内槽
10の液室16とをつないでおり、先端には気液分離器
30が装備されている。気液分離器30は主冷凍部2か
ら送られた気液混合のミスト状のヘリウムから液体とガ
スとを分離して液体のみを液室16に滴下させるもので
ある。したがって内槽10の液室16の液上の上部空間
には気液混合のミストでなく、ガスが残るものである。
【0013】蒸発ガス戻し路9は通路9a、9b、9
c、9d、9eからなる。通路9aは液室16の上部空
間と冷凍機20とをつないでいる。通路9eには吐出圧
調整弁90が配置されている。ここで、冷凍機20に送
られるヘリウムガスが所定値よりも過剰になり、通路9
dの圧が所定値よりも高いときには、吐出圧調整弁90
は自動的に開放するものである。そして吐出圧調整弁9
0が開放されているとき、内槽10の液室16で蒸発し
たヘリウムガスは、通路9dの分岐点9rで分岐し、冷
凍機20側に送られるとともに、吐出圧調整弁90を介
して貯溜タンク4のタンク室40にも送られ、これによ
り圧縮機22の吐出圧が調整される。そして、貯溜タン
ク4のタンク室40に送られたガスはそこで貯溜され
る。
【0014】戻し路5は、貯溜タンク4のタンク室40
に貯溜されたガスを圧縮機22の吸込側22aに戻すも
のであり、吸込圧調整弁50が配置されている。ここ
で、冷凍機20側に送られるヘリウムガスが所定値より
も過小となり、通路9cの圧が所定値よりも低下したと
きに吸込圧調整弁50は自動的に開放し、貯溜タンク4
内のヘリウムガスを圧縮機22の吸込側22aに補給
し、圧縮機22の吸込圧を調整するものである
【0015】電導装置1にはパワーリード93が装備
されており、パワーリード93は超電導コイル14と電
源装置95とをつなぐものである。94は超電導コイル
14の励消磁のときにパワーリード93を冷却するため
にヘリウムの流路9yを開放する仕切り弁である。本例
では熱シールド板11の冷媒通路11cに冷媒を送給す
るための冷媒タンク11eが外槽13内に装備されてい
る。冷媒タンク11eの冷媒室11hは、熱シールド板
11の冷媒通路11cの入口11s、出口11tに連通
している。冷媒タンク11eの冷媒室11hの下部に、
冷媒としての液体窒素11iが貯まり、上部に窒素ガス
11jが貯まる。
【0016】て、第2電動機23の駆動に伴い、圧縮
機22で圧縮された高圧のヘリウムガスは冷凍機20に
送られ、冷凍機20で所定の極低温に冷却される。その
冷却されたヘリウムガスは供給路3を介して液分離器3
0から内槽10の液室16に送られ、超電導コイル14
を極低温に維持する。ところで液室16の液体ヘリウム
は蒸発する。蒸発したぶん液面は低下する。その蒸発し
たヘリウムガスの一部は蒸発ガス戻し路9の通路9a、
9b、9c、9d、開放した吐出圧調整弁90、通路9
eを介して貯溜タンク4のタンク室40に貯溜される。
【0017】副冷凍部8は圧縮行程および膨張行程を行
い極低温を発生する冷凍発生部80と、冷凍発生部80
で圧縮行程および膨張行程を行う電動機81と、液化し
た窒 素を送る圧送用の低温ブロア82と、冷凍発生部8
0および低温ブロア82を真空断熱する真空槽83と、
吐出路84の先端に設けられた気液分離器85と、吸込
路86とをもつ。ここで、気液分離器85、吸込路86
の先端86aは冷媒タンク11eの上部に位置してい
る。気液分離器85は副冷凍部8から送られた気液混合
のミスト状の窒素から液体とガスとを分離して液体を冷
媒タンク11e内に滴下させるものである。したがって
冷媒タンク11e内の冷媒室11hの液上の上部空間に
は気液混合のミストでなく、ガスが残るものである。
【0018】そしてこの例では、冷媒タンク11eの液
体窒素11iから蒸発した窒素ガス11jは吸込路86
を介して冷凍発生部80に吸い込まれて再液化され、低
温ブロア82によりに吐出路84に送られる。更に、吐
出路84の先端に設けた気液分離器85を介して液体が
分離され、分離された液体は重力で冷媒タンク11eの
液体窒素11iに向けて滴下するので、冷媒タンク11
e内は補給される。
【0019】この様に本実施例によれば、冷媒タンク1
1eでは液体窒素が蒸発するものの、蒸発した窒素ガス
が再液化して冷媒タンク11hに補給されるので、冷媒
タンク11hにおける蒸発に伴う液体窒素11iの減少
を回避できる。 従って冷媒タンク11hによる熱シール
ド板11への冷媒補給性が確保され、熱シールド板11
を極低温に維持でき、液室16の液体ヘリウム15の蒸
発を抑止できる。従って図4に示す従来とは異なり、車
両の停止中に地上側の冷媒貯溜タンク110から液体窒
素を補給する手間、時間を省略でき、更に熱シールド板
11に使用する冷媒の汚染も防止できる。 (適 用例) 上記した各実施例を磁気浮上式鉄道の車両に適用した例
を図、図に示す。この例では、車両100は、室1
01をもつ車体102と、車体102を支える台車10
3とで形成されている。台車103には貯溜タンク4、
冷凍機20、圧縮機22、超電導装置1が装備されてい
る。貯溜タンク4は、車体方向にのびる縦梁状の第1タ
ンク部4cと、車幅方向にのびる横梁状の第2タンク部
4dとをもつ。なお、107は貯溜タンク4と冷凍機2
0とを接続する可撓性配管であり、前記した冷凍機20
の極低温ヘリウムガスを超電導装置1に送る供給路3が
内装されている。109は車両が走行する走行路を区画
する側壁部110に設けられた車両浮上、推進、案内用
のコイルである。
【0020】
【発明の効果】以上説明した様に本発明の極低温冷凍装
置によれば、外部からの熱伝導、熱輻射などにより、熱
シールド部の冷媒通路に対して冷媒を供給する冷媒タン
の冷媒が蒸発または昇温するものの、それを再液化ま
たは再び極低温に冷却して冷媒タンクに補給できる。
に、熱シールド部の冷媒通路に対する冷媒補給性が確保
される。従って熱シールド部を極低温に維持するのに有
利である。よって内槽の液室に貯溜した液化ガスの蒸発
を防止するのに有利であり、液室内の超電導材料を保護
するのに有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の極低温冷凍装置の構成図である。
【図2】磁気浮上式鉄道の車両を模式的に示す横断面図
である。
【図3】磁気浮上式鉄道の車両を要部を模式的に示す平
面図である。
【図4】従来の極低温冷凍装置の構成図である。
【符号の説明】
図中、10は内槽、11は熱シールド板、11cは冷媒
通路、11eは冷媒タンク、2は主冷凍部、は副冷凍
部、85は気液分離器を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−149493(JP,A) 特開 昭60−219780(JP,A) 実開 昭52−10785(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 39/02 - 39/04 ZAA H01L 39/14 - 39/16 ZAA H01L 39/20 ZAA

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超電導材料が浸漬される液化ガスが収納
    される密閉状態の液室をもつ内槽と、 該内槽の液室に供給する液化ガスを生成する主冷凍部
    と、 該内槽を覆う被覆部と被覆部に一体的に配設され冷媒が
    流れる冷媒通路とをもち該内槽の液室の液化ガスの昇温
    を抑える熱シールド部と、 該熱シールド部の冷媒通路の入口及び出口に連通し下部
    に液状冷媒を貯め上部にガス状冷媒を貯める冷媒室をも
    つ冷媒タンクと、 該冷媒タンクの冷媒室の上部に連通し該冷媒室のガス状
    冷媒を吸い込む吸込路と該吸込路から吸い込んだ冷媒を
    再液化して該冷媒タンクの冷媒室に補給する吐出路と該
    吐出路の先端部に前記冷媒室のガス状冷媒に対面して
    けられた気液分離器とをもつ副冷凍部とを具備すること
    を特徴とする極低温冷凍装置。
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