JP2935587B2 - 極低温冷却装置 - Google Patents
極低温冷却装置Info
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- JP2935587B2 JP2935587B2 JP3153139A JP15313991A JP2935587B2 JP 2935587 B2 JP2935587 B2 JP 2935587B2 JP 3153139 A JP3153139 A JP 3153139A JP 15313991 A JP15313991 A JP 15313991A JP 2935587 B2 JP2935587 B2 JP 2935587B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/17—Re-condensers
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば超電導マグネ
ットを冷媒である液体ヘリウムにより冷却する極低温冷
却装置に関するものである。
ットを冷媒である液体ヘリウムにより冷却する極低温冷
却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３は例えば特開平２ー２９８７６５号
公報に記載された従来の超電導マグネット用極低温冷却
装置を示す断面図であり、図において１は超電導マグネ
ット、２は冷媒である液体ヘリウム、３は液体ヘリウム
２を貯蔵する冷媒槽であるヘリウム槽、４はヘリウム槽
３を包囲して配設された第１段熱シールド、５は第１段
熱シールド４とヘリウム槽３との間に配設された第２段
熱シールドであり、ここで輻射熱シールドは、これらの
第１段熱シールド４と第２段熱シールド５とから構成さ
れている。
公報に記載された従来の超電導マグネット用極低温冷却
装置を示す断面図であり、図において１は超電導マグネ
ット、２は冷媒である液体ヘリウム、３は液体ヘリウム
２を貯蔵する冷媒槽であるヘリウム槽、４はヘリウム槽
３を包囲して配設された第１段熱シールド、５は第１段
熱シールド４とヘリウム槽３との間に配設された第２段
熱シールドであり、ここで輻射熱シールドは、これらの
第１段熱シールド４と第２段熱シールド５とから構成さ
れている。
【０００３】６は第１段熱シールド４を包囲して配設さ
れた真空槽、７は蓄冷型冷凍機である３段ギフォードマ
クマホン冷凍機（以下３段ＧＭ冷凍機という）であり、
この３段ＧＭ冷凍機７は第１段熱シールド４に取り付け
られ第１段熱シールド４を冷却する第１段冷凍ステージ
８、第２段熱シールド５に取り付けられ第２段熱シール
ド５を冷却する第２段冷凍ステージ９およびヘリウム槽
３に取り付けられヘリウム槽３を冷却する第３段冷凍ス
テージ１０を備えている。１１は圧縮機、１２および１
３はそれぞれ３段ＧＭ冷凍機７と圧縮機１１とに接続さ
れた排気管および吸気管、１４は第３段冷凍ステージ１
０で凝縮された凝縮液体ヘリウム、１５はヘリウムポー
トである。
れた真空槽、７は蓄冷型冷凍機である３段ギフォードマ
クマホン冷凍機（以下３段ＧＭ冷凍機という）であり、
この３段ＧＭ冷凍機７は第１段熱シールド４に取り付け
られ第１段熱シールド４を冷却する第１段冷凍ステージ
８、第２段熱シールド５に取り付けられ第２段熱シール
ド５を冷却する第２段冷凍ステージ９およびヘリウム槽
３に取り付けられヘリウム槽３を冷却する第３段冷凍ス
テージ１０を備えている。１１は圧縮機、１２および１
３はそれぞれ３段ＧＭ冷凍機７と圧縮機１１とに接続さ
れた排気管および吸気管、１４は第３段冷凍ステージ１
０で凝縮された凝縮液体ヘリウム、１５はヘリウムポー
トである。
【０００４】つぎに、上記従来の超電導マグネット用極
低温冷却装置の動作について説明する。まず、圧縮機１
１から圧縮された高圧のヘリウムガスが吸気管１３を通
って３段ＧＭ冷凍機７に導入される。３段ＧＭ冷凍機７
に導入された高圧のヘリウムガスは、３段ＧＭ冷凍機７
の各段のそれぞれに設けられた蓄冷器（図示せず）を通
じて、３段ＧＭ冷凍機７の各段のそれぞれに設けられた
膨張室（図示せず）に導入される。高圧のヘリウムガス
は、蓄冷器で所定の温度まで冷却される。膨張室の容積
が最大となった時に、吸気管１３を閉じ、排気管１２を
開ける。この時、高圧のヘリウムガスが低圧ガスに膨張
してそれぞれの膨張室で冷凍が発生する。低圧のヘリウ
ムガスは、それぞれの蓄冷器を冷却しながら圧縮機１１
に戻る。ここで、それぞれの膨張室で発生した冷凍は、
第１段冷凍ステージ８、第２段冷凍ステージ９および第
３段冷凍ステージ１０を介して第１段熱シールド４、第
２段熱シールド５およびヘリウム槽３に伝えられる。
低温冷却装置の動作について説明する。まず、圧縮機１
１から圧縮された高圧のヘリウムガスが吸気管１３を通
って３段ＧＭ冷凍機７に導入される。３段ＧＭ冷凍機７
に導入された高圧のヘリウムガスは、３段ＧＭ冷凍機７
の各段のそれぞれに設けられた蓄冷器（図示せず）を通
じて、３段ＧＭ冷凍機７の各段のそれぞれに設けられた
膨張室（図示せず）に導入される。高圧のヘリウムガス
は、蓄冷器で所定の温度まで冷却される。膨張室の容積
が最大となった時に、吸気管１３を閉じ、排気管１２を
開ける。この時、高圧のヘリウムガスが低圧ガスに膨張
してそれぞれの膨張室で冷凍が発生する。低圧のヘリウ
ムガスは、それぞれの蓄冷器を冷却しながら圧縮機１１
に戻る。ここで、それぞれの膨張室で発生した冷凍は、
第１段冷凍ステージ８、第２段冷凍ステージ９および第
３段冷凍ステージ１０を介して第１段熱シールド４、第
２段熱シールド５およびヘリウム槽３に伝えられる。
【０００５】また、超電導マグネット１はヘリウム槽３
に収納され、ヘリウム槽３内に貯蔵されている液体ヘリ
ウム２により極低温（例えば、４．２Ｋ）に冷却され
る。常温部からの熱は、真空槽６により真空断熱され、
さらに３段ＧＭ冷凍機７を構成する第１段冷凍ステージ
８および第２段冷凍ステージ９で冷却された第１段熱シ
ールド４および第２段熱シールド５により断熱され、ヘ
リウム槽３への侵入が防止されている。さらに、第３段
冷凍ステージ１０によるヘリウム槽３の冷却により、僅
かに侵入する常温部からの熱侵入で蒸発したヘリウムガ
スを凝縮液体ヘリウム１４として再凝縮し、液体ヘリウ
ム２の消費を抑えている。
に収納され、ヘリウム槽３内に貯蔵されている液体ヘリ
ウム２により極低温（例えば、４．２Ｋ）に冷却され
る。常温部からの熱は、真空槽６により真空断熱され、
さらに３段ＧＭ冷凍機７を構成する第１段冷凍ステージ
８および第２段冷凍ステージ９で冷却された第１段熱シ
ールド４および第２段熱シールド５により断熱され、ヘ
リウム槽３への侵入が防止されている。さらに、第３段
冷凍ステージ１０によるヘリウム槽３の冷却により、僅
かに侵入する常温部からの熱侵入で蒸発したヘリウムガ
スを凝縮液体ヘリウム１４として再凝縮し、液体ヘリウ
ム２の消費を抑えている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の超電導マグネッ
ト用極低温冷却装置は以上のように、３段ＧＭ冷凍機７
の第３段冷凍ステージ１０がヘリウム槽３に直接取り付
けられているので、停電等により３段ＧＭ冷凍機７が停
止した場合に、第３段冷凍ステージ１０の温度が上昇
し、ここからの熱侵入が増大して液体ヘリウム２の蒸発
量が増加することになり、冷却装置としての性能が低下
するという課題があった。
ト用極低温冷却装置は以上のように、３段ＧＭ冷凍機７
の第３段冷凍ステージ１０がヘリウム槽３に直接取り付
けられているので、停電等により３段ＧＭ冷凍機７が停
止した場合に、第３段冷凍ステージ１０の温度が上昇
し、ここからの熱侵入が増大して液体ヘリウム２の蒸発
量が増加することになり、冷却装置としての性能が低下
するという課題があった。
【０００７】また、ヘリウム槽３を極低温に冷却する際
の熱収縮を第３段冷凍ステージ１０で吸収できず、３段
ＧＭ冷凍機７に大きな力が加わって冷却装置を変形さ
せ、冷却装置の性能を損なうという課題もあった。
の熱収縮を第３段冷凍ステージ１０で吸収できず、３段
ＧＭ冷凍機７に大きな力が加わって冷却装置を変形さ
せ、冷却装置の性能を損なうという課題もあった。
【０００８】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、蓄冷型冷凍機が停止し、最終段
冷凍ステージの温度が上昇しても、最終段冷凍ステージ
からの熱侵入を抑え、蓄冷型冷凍機の停止時における冷
媒の消費量を抑えることができる極低温冷却装置を得る
ことを目的とし、また冷媒槽を初期冷却する際に冷媒槽
が熱収縮しても、この熱収縮を吸収して蓄冷型冷凍機に
加わる応力を低減し、信頼性を向上できる極低温冷却装
置を得ることを目的としている。
ためになされたもので、蓄冷型冷凍機が停止し、最終段
冷凍ステージの温度が上昇しても、最終段冷凍ステージ
からの熱侵入を抑え、蓄冷型冷凍機の停止時における冷
媒の消費量を抑えることができる極低温冷却装置を得る
ことを目的とし、また冷媒槽を初期冷却する際に冷媒槽
が熱収縮しても、この熱収縮を吸収して蓄冷型冷凍機に
加わる応力を低減し、信頼性を向上できる極低温冷却装
置を得ることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、熱伝
導率の小さい材料から構成される応力吸収部が冷媒槽と
蓄冷型冷凍機の最終段冷凍ステージとの間に配設されて
いるものである。
導率の小さい材料から構成される応力吸収部が冷媒槽と
蓄冷型冷凍機の最終段冷凍ステージとの間に配設されて
いるものである。
【００１０】また、冷媒をヘリウムとするものである。
【００１１】
【作用】この発明においては、蓄冷型冷凍機の最終段冷
凍ステージと冷媒槽との間に配設した応力吸収部が、冷
媒槽を初期冷却する際に冷媒槽に発生する熱収縮を吸収
する。そして、熱伝導率の小さい材料から構成される応
力吸収部を介しての最終段冷凍ステージから冷媒槽への
熱侵入が抑えられる。
凍ステージと冷媒槽との間に配設した応力吸収部が、冷
媒槽を初期冷却する際に冷媒槽に発生する熱収縮を吸収
する。そして、熱伝導率の小さい材料から構成される応
力吸収部を介しての最終段冷凍ステージから冷媒槽への
熱侵入が抑えられる。
【００１２】また、冷媒がヘリウムであるので、極低温
の冷却が可能となる。
の冷却が可能となる。
【００１３】
【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例１．図１ はこの発明の実施例１を示す断面図であり、図にお
いて図３に示した従来の超電導マグネット用極低温冷却
装置と同一または相当部分には同一符号を付し、その説
明を省略する。図において、１６は断熱部としての断熱
管であり、この断熱管１６は、例えばＳＵＳ３０４等の
熱伝導率の小さな材料で管状に作製され、両端のそれぞ
れが最終段冷凍ステージである第３段冷凍ステージ１０
の底面およびヘリウム槽３のそれぞれに臨むように取り
付けられている。
る。 実施例１．図１ はこの発明の実施例１を示す断面図であり、図にお
いて図３に示した従来の超電導マグネット用極低温冷却
装置と同一または相当部分には同一符号を付し、その説
明を省略する。図において、１６は断熱部としての断熱
管であり、この断熱管１６は、例えばＳＵＳ３０４等の
熱伝導率の小さな材料で管状に作製され、両端のそれぞ
れが最終段冷凍ステージである第３段冷凍ステージ１０
の底面およびヘリウム槽３のそれぞれに臨むように取り
付けられている。
【００１４】上記実施例１では、３段ＧＭ冷凍機７が正
常に動作している場合には、図３に示した従来の極低温
冷却装置と同様に、第３段冷凍ステージ１０によりヘリ
ウムガスを再凝縮して液体ヘリウム２の消費を抑えてい
る。また、停電等により３段ＧＭ冷凍機７が停止した場
合には、第３段冷凍ステージ１０の温度が上昇するが、
断熱管１６において温度勾配ができて、第３段冷凍ステ
ージ１０からヘリウム槽３への熱侵入を抑え、３段ＧＭ
冷凍機７の停止時における液体ヘリウム２の消費量を抑
えている。
常に動作している場合には、図３に示した従来の極低温
冷却装置と同様に、第３段冷凍ステージ１０によりヘリ
ウムガスを再凝縮して液体ヘリウム２の消費を抑えてい
る。また、停電等により３段ＧＭ冷凍機７が停止した場
合には、第３段冷凍ステージ１０の温度が上昇するが、
断熱管１６において温度勾配ができて、第３段冷凍ステ
ージ１０からヘリウム槽３への熱侵入を抑え、３段ＧＭ
冷凍機７の停止時における液体ヘリウム２の消費量を抑
えている。
【００１５】実施例２．図２ はこの発明の実施例２を示す断面図であり、図にお
いて１７は応力吸収部としてのベローズであり、このベ
ローズ１７は、例えばＳＵＳ３０４等の熱伝導率の小さ
な材料で作製されたひだ状の側壁を有する管状体で、両
端のそれぞれが第３段冷凍ステージ１０の底面およびヘ
リウム槽３のそれぞれに臨むように取り付けられてい
る。
いて１７は応力吸収部としてのベローズであり、このベ
ローズ１７は、例えばＳＵＳ３０４等の熱伝導率の小さ
な材料で作製されたひだ状の側壁を有する管状体で、両
端のそれぞれが第３段冷凍ステージ１０の底面およびヘ
リウム槽３のそれぞれに臨むように取り付けられてい
る。
【００１６】上記実施例２では、初期冷却の際にヘリウ
ム槽３で発生する熱収縮による歪は、ベロース１７が伸
縮変形することにより吸収され、３段ＧＭ冷凍機７に加
わる応力を低減でき、応力による極低温冷却装置の破損
を防ぎ、装置の信頼性が向上できる。また、停電等によ
り３段ＧＭ冷凍機７が停止した場合には、第３段冷凍ス
テージ１０の温度が上昇するが、上記実施例１の断熱管
１６に比べ、ベローズ１７はその側壁形状に起因して断
熱距離が長くなっており、第３段冷凍ステージ１０から
ヘリウム槽３への熱侵入を一層抑えることができる。
ム槽３で発生する熱収縮による歪は、ベロース１７が伸
縮変形することにより吸収され、３段ＧＭ冷凍機７に加
わる応力を低減でき、応力による極低温冷却装置の破損
を防ぎ、装置の信頼性が向上できる。また、停電等によ
り３段ＧＭ冷凍機７が停止した場合には、第３段冷凍ス
テージ１０の温度が上昇するが、上記実施例１の断熱管
１６に比べ、ベローズ１７はその側壁形状に起因して断
熱距離が長くなっており、第３段冷凍ステージ１０から
ヘリウム槽３への熱侵入を一層抑えることができる。
【００１７】なお、上記各実施例では、蓄冷型冷凍機と
して３段ＧＭ冷凍機７を用いて説明しているが、他の蓄
冷型冷凍機、例えばスターリング冷凍機やソルベール冷
凍機であっても同様の効果を奏する。
して３段ＧＭ冷凍機７を用いて説明しているが、他の蓄
冷型冷凍機、例えばスターリング冷凍機やソルベール冷
凍機であっても同様の効果を奏する。
【００１８】また、上記各実施例では、蓄冷型冷凍機と
して３段ＧＭ冷凍機７を用いて説明しているが、単段膨
張式、２段膨張式、もしくは４段膨張式以上の冷凍機で
あっても同様の効果を奏する。
して３段ＧＭ冷凍機７を用いて説明しているが、単段膨
張式、２段膨張式、もしくは４段膨張式以上の冷凍機で
あっても同様の効果を奏する。
【００１９】さらに、上記各実施例では、超電導マグネ
ット１を冷却する極低温冷却装置として説明している
が、この発明はこれに限定されるものでなく、超電導コ
ンピュータ、ＳＱＵＩＤ等にも適用できる。
ット１を冷却する極低温冷却装置として説明している
が、この発明はこれに限定されるものでなく、超電導コ
ンピュータ、ＳＱＵＩＤ等にも適用できる。
【００２０】さらにまた、上記実施例２では、応力吸収
部としてベローズ１７を用いて説明しているが、この発
明は、応力吸収部は応力によって伸縮できる構造であれ
ばよく、ベローズ１７に限ぎるものではない。
部としてベローズ１７を用いて説明しているが、この発
明は、応力吸収部は応力によって伸縮できる構造であれ
ばよく、ベローズ１７に限ぎるものではない。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、最終段
冷凍ステージと冷媒槽との間に応力吸収部を配設するこ
とによって、冷媒槽を冷却する際に冷媒槽に発生する熱
収縮を吸収することができ、冷却装置の性能、信頼性を
向上することができる。そして、応力吸収部を熱伝導率
の小さい材料から構成しているので、応力吸収部を介し
ての最終段冷凍ステージから冷媒槽への熱侵入が抑えら
れる。また、冷媒がヘリウムであるので、極低温の冷却
が可能となる。
冷凍ステージと冷媒槽との間に応力吸収部を配設するこ
とによって、冷媒槽を冷却する際に冷媒槽に発生する熱
収縮を吸収することができ、冷却装置の性能、信頼性を
向上することができる。そして、応力吸収部を熱伝導率
の小さい材料から構成しているので、応力吸収部を介し
ての最終段冷凍ステージから冷媒槽への熱侵入が抑えら
れる。また、冷媒がヘリウムであるので、極低温の冷却
が可能となる。
【図１】第１の発明の実施例である極低温冷却装置を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】第２の発明の実施例である極低温冷却装置を示
す断面図である。
す断面図である。
【図３】従来の極低温冷却装置の一例を示す断面図であ
る。
る。
２ 液体ヘリウム（冷媒） ３ ヘリウム槽（冷媒槽） ４ 第１段熱シールド（輻射熱シールド） ５ 第２段熱シールド（輻射熱シールド） ６ 真空槽 ７ ３段ＧＭ冷凍機（蓄冷型冷凍機） １０ 第３段冷凍ステージ（最終段冷凍シールド） １６ 断熱管（断熱部） １７ ベローズ（応力吸収部）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 隆博 赤穂市天和651番地 三菱電機株式会社 赤穂製作所内 (56)参考文献 特開 昭63−129251（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−140275（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−291410（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−68259（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F25B 9/00
Claims (2)
- 【請求項１】 冷媒を貯蔵する冷媒槽と、前記冷媒槽を
包囲して設けられた真空槽と、最終段冷凍ステージ部
で、前記冷媒槽内の気化した前記冷媒を凝縮する蓄冷型
冷凍機とを備えた極低温冷却装置において、熱伝導率の
小さい材料から構成される応力吸収部が前記冷媒槽と前
記蓄冷型冷凍機の前記最終段冷凍ステージとの間に配設
されていることを特徴とする極低温冷却装置。 - 【請求項２】 冷媒はヘリウムであることを特徴とする
請求項１記載の極低温冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3153139A JP2935587B2 (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | 極低温冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3153139A JP2935587B2 (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | 極低温冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH051857A JPH051857A (ja) | 1993-01-08 |
| JP2935587B2 true JP2935587B2 (ja) | 1999-08-16 |
Family
ID=15555867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3153139A Expired - Fee Related JP2935587B2 (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | 極低温冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2935587B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5410286A (en) * | 1994-02-25 | 1995-04-25 | General Electric Company | Quench-protected, refrigerated superconducting magnet |
| KR100454702B1 (ko) * | 2002-06-26 | 2004-11-03 | 주식회사 덕성 | 지엠냉각기를 구비한 극저온용기 및 극저온용기의 제어방법 |
| US9138753B1 (en) | 2010-09-02 | 2015-09-22 | Hiroshi Takahara | Spray nozzle and the application |
| JP6163693B2 (ja) * | 2014-03-26 | 2017-07-19 | 大陽日酸株式会社 | 宇宙環境試験装置 |
| JP7530185B2 (ja) * | 2020-02-25 | 2024-08-07 | 住友重機械工業株式会社 | 極低温冷凍機および極低温システム |
-
1991
- 1991-06-25 JP JP3153139A patent/JP2935587B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH051857A (ja) | 1993-01-08 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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