JP3465195B2 - クライオポンプ - Google Patents
クライオポンプInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はクライオポンプに係り、
特に、極低温に冷却したクライオパネルと、輻射熱を防
止する熱シールド板及びブラインド、等で構成するクラ
イオポンプに関する。
特に、極低温に冷却したクライオパネルと、輻射熱を防
止する熱シールド板及びブラインド、等で構成するクラ
イオポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のクライオポンプは、実開昭６２−
１６７８７５号公報に記載のように、液体ヘリウム等で
５．０Ｋ以下の極低温に冷却した単一平坦面のクライオ
パネルに排気ガスを凝縮・凝固捕捉して排気する真空ポ
ンプである。クライオパネルの重力方向上下端に液体ヘ
リウムタンクを設け、冷却用の液体ヘリウムは、まず、
上部タンクからクライオパネル群内を通らずバイパス管
を通り下部連通管または下部タンクに導かれてクライオ
パネル群内を上昇し、上部タンク、クライオパネル内、
下部連通管または下部タンクの間を密度差により自然循
環する。これは、クライオポンプ群が室温の状態から冷
却する場合、上部タンクから熱負荷を伴うクライオパネ
ル群内に液体ヘリウムを重力方向に通すと液体ヘリウム
がクライオパネル群内で蒸発し、蒸発したヘリウムガス
が気泡となってクライオパネル群内を反重力方向に上昇
し、重力方向に流動する液体ヘリウムの流動性を阻害す
る。このため、クライオパネル群への液体ヘリウム供給
量が減少し、クライオパネル群が冷却できなくなった
り、長時間の冷却時間が必要となる。このような理由か
ら、バイパス管と下部連通管または下部タンクを設けて
いる。
１６７８７５号公報に記載のように、液体ヘリウム等で
５．０Ｋ以下の極低温に冷却した単一平坦面のクライオ
パネルに排気ガスを凝縮・凝固捕捉して排気する真空ポ
ンプである。クライオパネルの重力方向上下端に液体ヘ
リウムタンクを設け、冷却用の液体ヘリウムは、まず、
上部タンクからクライオパネル群内を通らずバイパス管
を通り下部連通管または下部タンクに導かれてクライオ
パネル群内を上昇し、上部タンク、クライオパネル内、
下部連通管または下部タンクの間を密度差により自然循
環する。これは、クライオポンプ群が室温の状態から冷
却する場合、上部タンクから熱負荷を伴うクライオパネ
ル群内に液体ヘリウムを重力方向に通すと液体ヘリウム
がクライオパネル群内で蒸発し、蒸発したヘリウムガス
が気泡となってクライオパネル群内を反重力方向に上昇
し、重力方向に流動する液体ヘリウムの流動性を阻害す
る。このため、クライオパネル群への液体ヘリウム供給
量が減少し、クライオパネル群が冷却できなくなった
り、長時間の冷却時間が必要となる。このような理由か
ら、バイパス管と下部連通管または下部タンクを設けて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術は、バ
イパス管と下部連通管または下部タンクを設置するた
め、クライオポンプの体積が増加し大型化する問題があ
った。また、クライオパネル群を下部タンクにそれぞれ
接続しなければならないので、全体を構成するクライオ
ポンプの冷却時に生じる熱変形で、下部タンクとの接続
部に歪が集中して過大の応力が発生する。このため、こ
の接続部に亀裂が発生し、クライオパネル内の液体ヘリ
ウムが真空内にリークする問題があった。また、下部連
通管または下部タンクとクライオパネルとを連通する配
管が必要となるため製作コストが上昇するという問題が
あった。
イパス管と下部連通管または下部タンクを設置するた
め、クライオポンプの体積が増加し大型化する問題があ
った。また、クライオパネル群を下部タンクにそれぞれ
接続しなければならないので、全体を構成するクライオ
ポンプの冷却時に生じる熱変形で、下部タンクとの接続
部に歪が集中して過大の応力が発生する。このため、こ
の接続部に亀裂が発生し、クライオパネル内の液体ヘリ
ウムが真空内にリークする問題があった。また、下部連
通管または下部タンクとクライオパネルとを連通する配
管が必要となるため製作コストが上昇するという問題が
あった。
【０００４】本発明の目的は、クライオパネルが常温状
態にある場合でも、重力方向に流動する液体ヘリウムの
流動性が阻害されることなく良好に、クライオパネルの
下部へ液体ヘリウムを供給できるクライオポンプを提供
することにある。
態にある場合でも、重力方向に流動する液体ヘリウムの
流動性が阻害されることなく良好に、クライオパネルの
下部へ液体ヘリウムを供給できるクライオポンプを提供
することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、第１極低温冷媒９で極低温に冷却して排気
ガスを凝固・吸着するクライオパネル１８と、前記第１
極低温冷媒９を貯蔵する第１極低温冷媒容器５と、前記
クライオパネル１８と前記第１極低温冷媒容器５とを連
通する給液・排気配管３と、前記クライオパネル１８の
排気ガス流入面１７以外に設置されて第２極低温冷媒１
３で低温に冷却される第２熱シールド板２０と、前記ク
ライオパネル１８の排気ガス流入面１７に対向するよう
に設置されて前記第２極低温冷媒１３で低温に冷却され
る第１熱シールド板１９と、前記第２極低温冷媒１３を
貯蔵する第２極低温冷媒容器６と、前記第１熱シールド
板及び第２熱シールド板と前記第２極低温冷媒容器６と
を連通する給液配管４とを備えたクライオポンプ１にお
いて、前記給液・排気配管３のうち少なくとも前記第１
極低温冷媒９を供給する第１極低温冷媒注液管２３の回
りを断熱手段で断熱し、該断熱した第１極低温冷媒注液
管２３を前記クライオパネル１８の下部ヘッダ２４に先
端が達するように配置し、前記断熱手段を真空空間２６
で形成したこと特徴とするものである。また、これに代
えて、前記断熱手段を前記クライオパネル１８や前記第
１極低温冷媒注液管２３を構成する材料の熱伝導率より
も小さな熱伝導率の材料の断熱管３１を断熱層として、
前記第１極低温冷媒注液管２３の外周部に密着させて形
成することができる。さらに、前記断熱手段を前記クラ
イオパネル１８を構成する材料の熱伝導率よりも小さな
熱伝導率の材料の断熱管３２で形成することができる。
に本発明は、第１極低温冷媒９で極低温に冷却して排気
ガスを凝固・吸着するクライオパネル１８と、前記第１
極低温冷媒９を貯蔵する第１極低温冷媒容器５と、前記
クライオパネル１８と前記第１極低温冷媒容器５とを連
通する給液・排気配管３と、前記クライオパネル１８の
排気ガス流入面１７以外に設置されて第２極低温冷媒１
３で低温に冷却される第２熱シールド板２０と、前記ク
ライオパネル１８の排気ガス流入面１７に対向するよう
に設置されて前記第２極低温冷媒１３で低温に冷却され
る第１熱シールド板１９と、前記第２極低温冷媒１３を
貯蔵する第２極低温冷媒容器６と、前記第１熱シールド
板及び第２熱シールド板と前記第２極低温冷媒容器６と
を連通する給液配管４とを備えたクライオポンプ１にお
いて、前記給液・排気配管３のうち少なくとも前記第１
極低温冷媒９を供給する第１極低温冷媒注液管２３の回
りを断熱手段で断熱し、該断熱した第１極低温冷媒注液
管２３を前記クライオパネル１８の下部ヘッダ２４に先
端が達するように配置し、前記断熱手段を真空空間２６
で形成したこと特徴とするものである。また、これに代
えて、前記断熱手段を前記クライオパネル１８や前記第
１極低温冷媒注液管２３を構成する材料の熱伝導率より
も小さな熱伝導率の材料の断熱管３１を断熱層として、
前記第１極低温冷媒注液管２３の外周部に密着させて形
成することができる。さらに、前記断熱手段を前記クラ
イオパネル１８を構成する材料の熱伝導率よりも小さな
熱伝導率の材料の断熱管３２で形成することができる。
【０００６】
【作用】上記構成によれば、極低温冷却冷媒の液供給管
を断熱し、これをそれぞれのクライオパネルに下部まで
配置することにより、冷却用の液体ヘリウムは、上部タ
ンクからクライオパネル下部までほとんど蒸発すること
なく移動する。そのため、この液体ヘリウムはクライオ
パネル下部でクライオパネル内に設けたクライオパネル
幅方向の連通空間（ヘッダー）を通り、クライオパネル
内を上昇する。液体ヘリウムが上昇するときにクライオ
パネルを冷却し、液体ヘリウムは上部タンクに戻る。ク
ライオパネル内の気液混相の液体ヘリウムと液供給管内
の液体ヘリウムとの密度差で上部タンクとクライオパネ
ル間を自然循環する。液供給管内では液体ヘリウムの蒸
発は極めて少ないので、重力方向に流動する液体ヘリウ
ムの流動性を阻害することがない。
を断熱し、これをそれぞれのクライオパネルに下部まで
配置することにより、冷却用の液体ヘリウムは、上部タ
ンクからクライオパネル下部までほとんど蒸発すること
なく移動する。そのため、この液体ヘリウムはクライオ
パネル下部でクライオパネル内に設けたクライオパネル
幅方向の連通空間（ヘッダー）を通り、クライオパネル
内を上昇する。液体ヘリウムが上昇するときにクライオ
パネルを冷却し、液体ヘリウムは上部タンクに戻る。ク
ライオパネル内の気液混相の液体ヘリウムと液供給管内
の液体ヘリウムとの密度差で上部タンクとクライオパネ
ル間を自然循環する。液供給管内では液体ヘリウムの蒸
発は極めて少ないので、重力方向に流動する液体ヘリウ
ムの流動性を阻害することがない。
【０００７】
【実施例】以下、本発明のいくつかの実施例を、図面を
参照して説明する。まず、図３により本発明のクライオ
ポンプ冷却システムの一例の構成を説明する。クライオ
ポンプ１は、核融合装置の中性粒子入射装置やスペース
チャンバー等の真空容器２内に配置される。クライオポ
ンプ１の上部は、給液・排気配管３、給液配管４を介し
て液体ヘリウムタンク５及び液体窒素上部タンク６と連
通している。クライオポンプ１の下部は、窒素ガス排気
配管７を介して液体窒素下部タンク８と連通している。
液体ヘリウム９は、ヘリウム液化装置１０内で製造さ
れ、液体ヘリウム供給管１１で液体ヘリウムタンク４内
に供給される。クライオポンプ１で加熱されて蒸発した
ヘリウムガスは、液体ヘリウムタンク４及び給液・排気
配管３、ヘリウムガス回収管１２を通ってヘリウム液化
装置１０に戻り、再び液化される。図３に示すものは、
給液・排気配管３で図示するように、液体ヘリウム９を
バイパスすることなく直接にクライオポンプ１に供給し
ている。一方、液体窒素１３は、窒素液化装置、または
窒素貯蔵タンク１４より供給管１５で液体窒素上部タン
ク６内に供給される。液体窒素上部タンク６と液体窒素
下部タンク８は液体窒素バイパス管１６を介して連通さ
れている。
参照して説明する。まず、図３により本発明のクライオ
ポンプ冷却システムの一例の構成を説明する。クライオ
ポンプ１は、核融合装置の中性粒子入射装置やスペース
チャンバー等の真空容器２内に配置される。クライオポ
ンプ１の上部は、給液・排気配管３、給液配管４を介し
て液体ヘリウムタンク５及び液体窒素上部タンク６と連
通している。クライオポンプ１の下部は、窒素ガス排気
配管７を介して液体窒素下部タンク８と連通している。
液体ヘリウム９は、ヘリウム液化装置１０内で製造さ
れ、液体ヘリウム供給管１１で液体ヘリウムタンク４内
に供給される。クライオポンプ１で加熱されて蒸発した
ヘリウムガスは、液体ヘリウムタンク４及び給液・排気
配管３、ヘリウムガス回収管１２を通ってヘリウム液化
装置１０に戻り、再び液化される。図３に示すものは、
給液・排気配管３で図示するように、液体ヘリウム９を
バイパスすることなく直接にクライオポンプ１に供給し
ている。一方、液体窒素１３は、窒素液化装置、または
窒素貯蔵タンク１４より供給管１５で液体窒素上部タン
ク６内に供給される。液体窒素上部タンク６と液体窒素
下部タンク８は液体窒素バイパス管１６を介して連通さ
れている。
【０００８】クライオポンプ内の、排気ガス流入面１７
からクライオパネル１８（図２で説明）に侵入する輻射
熱から保護するために液体窒素で低温に冷却した第１熱
シールド板のルーバ１９（図２で説明）、および排気ガ
ス流入面１７以外の高温壁からクライオパネル１８に侵
入する輻射熱から保護するために液体窒素で低温に冷却
した第２熱シールド板の熱シールド板２０で加熱されて
蒸発した窒素ガスは、液体窒素上部タンク６及び窒素ガ
ス回収管２１を通って窒素液化装置に戻り、再び液化さ
れるか、または、大気に放出される。第１熱シールド板
のルーバ１９および第２熱シールド板の熱シールド板２
０の表面は輻射熱を効果的に吸収するため、黒色処理し
ている。液体ヘリウムタンク５及び液体窒素上部タンク
６内の液体ヘリウム９、および液体窒素１３は自然循環
によりそれぞれ給液・排気配管３、液体窒素バイパス管
１６を介してクライオポンプ内に供給、排気される。
からクライオパネル１８（図２で説明）に侵入する輻射
熱から保護するために液体窒素で低温に冷却した第１熱
シールド板のルーバ１９（図２で説明）、および排気ガ
ス流入面１７以外の高温壁からクライオパネル１８に侵
入する輻射熱から保護するために液体窒素で低温に冷却
した第２熱シールド板の熱シールド板２０で加熱されて
蒸発した窒素ガスは、液体窒素上部タンク６及び窒素ガ
ス回収管２１を通って窒素液化装置に戻り、再び液化さ
れるか、または、大気に放出される。第１熱シールド板
のルーバ１９および第２熱シールド板の熱シールド板２
０の表面は輻射熱を効果的に吸収するため、黒色処理し
ている。液体ヘリウムタンク５及び液体窒素上部タンク
６内の液体ヘリウム９、および液体窒素１３は自然循環
によりそれぞれ給液・排気配管３、液体窒素バイパス管
１６を介してクライオポンプ内に供給、排気される。
【０００９】次に、本発明の第１の実施例を図１及び図
２により説明する。図１は本実施例の要部断面、図２は
３個のユニットを組み合わせたクライオポンプの上部側
断面を示す図である。図１、図２において、排気ガスを
凝縮・凝固してトラップするクライオパネル１８は、ス
テンレス鋼、銅、或いはアルミニウ等の金属製でろう付
けや押し出し成形等によりパネル内に液体ヘリウム流路
２２を設けている。クライオパネル１８と液体ヘリウム
タンク５を連通する給液・排気配管３の給液配管３ａ内
に、ステンレス鋼、銅、或いはアルミニウ等の金属製の
注液管２３をクライオパネル１８の液体ヘリウム流路２
２群の１つを注液管挿入孔として、連通した下部ヘッダ
２４に先端が達するように配置する。注液管２３の回り
には真空壁２５で真空空間２６を設け真空断熱してい
る。給液・排気配管３の排気管３ｂは、クライオパネル
１８の液体ヘリウム流路２２群に連通した上部ヘッダ２
７と導通している。
２により説明する。図１は本実施例の要部断面、図２は
３個のユニットを組み合わせたクライオポンプの上部側
断面を示す図である。図１、図２において、排気ガスを
凝縮・凝固してトラップするクライオパネル１８は、ス
テンレス鋼、銅、或いはアルミニウ等の金属製でろう付
けや押し出し成形等によりパネル内に液体ヘリウム流路
２２を設けている。クライオパネル１８と液体ヘリウム
タンク５を連通する給液・排気配管３の給液配管３ａ内
に、ステンレス鋼、銅、或いはアルミニウ等の金属製の
注液管２３をクライオパネル１８の液体ヘリウム流路２
２群の１つを注液管挿入孔として、連通した下部ヘッダ
２４に先端が達するように配置する。注液管２３の回り
には真空壁２５で真空空間２６を設け真空断熱してい
る。給液・排気配管３の排気管３ｂは、クライオパネル
１８の液体ヘリウム流路２２群に連通した上部ヘッダ２
７と導通している。
【００１０】ステンレス鋼、銅、或いはアルミニウ等の
金属製のルーバ１９はルーバホルダー２８と櫛歯状に組
み合わされ、組み合わせ部はろう付け、溶接、半田付け
等で冶金的に一体化されている。ルーバホルダー２８お
よびルーバ１９は、同ホルダーにろう付け等で冶金的に
一体化された配管７内を自然循環で流動する液体窒素で
温度約８０Ｋに冷却される。また、熱シールド板２０
は、同熱シールド板に一体化した配管７内を自然循環で
流動する液体窒素で温度約８０Ｋに冷却される。ルーバ
ホルダー２８は熱シールド板２０に一体化されている。
金属製のルーバ１９はルーバホルダー２８と櫛歯状に組
み合わされ、組み合わせ部はろう付け、溶接、半田付け
等で冶金的に一体化されている。ルーバホルダー２８お
よびルーバ１９は、同ホルダーにろう付け等で冶金的に
一体化された配管７内を自然循環で流動する液体窒素で
温度約８０Ｋに冷却される。また、熱シールド板２０
は、同熱シールド板に一体化した配管７内を自然循環で
流動する液体窒素で温度約８０Ｋに冷却される。ルーバ
ホルダー２８は熱シールド板２０に一体化されている。
【００１１】液体ヘリウムは注液管２３内を通り下部ヘ
ッダ２４に移動する。このとき、注液管２３は断熱され
ているので、クライオパネル１８群が常温状態にある場
合でも、液体ヘリウムは注液管２３内で蒸発しない。こ
のため、重力方向に流動する液体ヘリウムの流動性が阻
害されることなく、良好に下部ヘッダ２４に液体ヘリウ
ムを供給できる。液体ヘリウムは下部ヘッダ２４から液
体ヘリウム流路２２内を上方に自然循環で流れ、クライ
オパネル群は４.５Ｋ以下の極低温に冷却される。液体
ヘリウム流路２２内で気液混相流となったヘリウムは、
上部ヘッダ２７、排気管３ｂを通り液体ヘリウムタンク
５の気相部に導かれ、気液分離板５３で液体を下方に落
下させ、気体ヘリウムのみをヘリウムガス回収管１２で
ヘリウム液化装置１０に回収する。このように、本構造
では、クライオパネル１８群を下部で連通する液体ヘリ
ウム下部タンクを必要としない。
ッダ２４に移動する。このとき、注液管２３は断熱され
ているので、クライオパネル１８群が常温状態にある場
合でも、液体ヘリウムは注液管２３内で蒸発しない。こ
のため、重力方向に流動する液体ヘリウムの流動性が阻
害されることなく、良好に下部ヘッダ２４に液体ヘリウ
ムを供給できる。液体ヘリウムは下部ヘッダ２４から液
体ヘリウム流路２２内を上方に自然循環で流れ、クライ
オパネル群は４.５Ｋ以下の極低温に冷却される。液体
ヘリウム流路２２内で気液混相流となったヘリウムは、
上部ヘッダ２７、排気管３ｂを通り液体ヘリウムタンク
５の気相部に導かれ、気液分離板５３で液体を下方に落
下させ、気体ヘリウムのみをヘリウムガス回収管１２で
ヘリウム液化装置１０に回収する。このように、本構造
では、クライオパネル１８群を下部で連通する液体ヘリ
ウム下部タンクを必要としない。
【００１２】本実施例によれば、クライオパネル内にク
ライオパネルと断熱した液体ヘリウムの注液管を配置し
することにより、冷却用の液体ヘリウムは、上部タンク
からクライオパネル下部までほとんど蒸発することなく
クライオパネル下部まで良好に移送できる。クライオパ
ネル群は、それぞれのクライオパネル毎に独立に良好に
冷却でき、クライオポンプの冷却時に熱変形が生じても
それぞれのクライオパネル毎に自由に変形できる。この
ため、上部タンクとクライオパネルの接続部に歪が集中
することはなく、この接続部に亀裂が生じることがな
い。したがって、クライオパネル内の液体ヘリウムが真
空内にリークする問題は生じない。この構造により、下
部タンクは不要となり、かつバイパス管をクライオパネ
ル内に配置できるためクライオポンプを小型化できる効
果がある。
ライオパネルと断熱した液体ヘリウムの注液管を配置し
することにより、冷却用の液体ヘリウムは、上部タンク
からクライオパネル下部までほとんど蒸発することなく
クライオパネル下部まで良好に移送できる。クライオパ
ネル群は、それぞれのクライオパネル毎に独立に良好に
冷却でき、クライオポンプの冷却時に熱変形が生じても
それぞれのクライオパネル毎に自由に変形できる。この
ため、上部タンクとクライオパネルの接続部に歪が集中
することはなく、この接続部に亀裂が生じることがな
い。したがって、クライオパネル内の液体ヘリウムが真
空内にリークする問題は生じない。この構造により、下
部タンクは不要となり、かつバイパス管をクライオパネ
ル内に配置できるためクライオポンプを小型化できる効
果がある。
【００１３】本発明の第２の実施例を図４に示す。この
実施例では、液体ヘリウムタンク５と給液配管３ａの接
続部において、液体ヘリウムタンク５下部にリング５ａ
を設け、注液管２３上部に一体化したカバー２９が前記
リング５ａの外周部にはめ合い状態で接触シールしてい
る。本実施例によれば、給液配管３ａと注液管２３の真
空壁２５との間の空間３０を、液体ヘリウムタンク５内
をカバー２９により隔離できるので、空間３０内に液体
ヘリウムが流動することはない。このため、空間３０内
に液体ヘリウムが気液混相状態で流動することがなく、
注液管２３が流体振動せず安定して液体ヘリウムを下方
に移送できる効果がある。また、リング５ａにより注液
管２３は液体ヘリウムタンク５下部に固定できるので、
注液管２３の流体振動が抑えられ、安定して液体ヘリウ
ムを下方に移送できる効果がある。特に、カバー２９の
材質の熱膨張率を注液管２３とリング５ａの材質の熱膨
張率より小さくすることにより、さらにカバー２９とリ
ング５ａの接触シール性能を向上し、注液管２３とリン
グ５ａの固着性能を向上させ、より安定に液体ヘリウム
を下方に移送できる効果がある。
実施例では、液体ヘリウムタンク５と給液配管３ａの接
続部において、液体ヘリウムタンク５下部にリング５ａ
を設け、注液管２３上部に一体化したカバー２９が前記
リング５ａの外周部にはめ合い状態で接触シールしてい
る。本実施例によれば、給液配管３ａと注液管２３の真
空壁２５との間の空間３０を、液体ヘリウムタンク５内
をカバー２９により隔離できるので、空間３０内に液体
ヘリウムが流動することはない。このため、空間３０内
に液体ヘリウムが気液混相状態で流動することがなく、
注液管２３が流体振動せず安定して液体ヘリウムを下方
に移送できる効果がある。また、リング５ａにより注液
管２３は液体ヘリウムタンク５下部に固定できるので、
注液管２３の流体振動が抑えられ、安定して液体ヘリウ
ムを下方に移送できる効果がある。特に、カバー２９の
材質の熱膨張率を注液管２３とリング５ａの材質の熱膨
張率より小さくすることにより、さらにカバー２９とリ
ング５ａの接触シール性能を向上し、注液管２３とリン
グ５ａの固着性能を向上させ、より安定に液体ヘリウム
を下方に移送できる効果がある。
【００１４】本発明の第３の実施例を図５、図６に示
す。この実施例は注液管２３を断熱化した別の例であ
る。図５に示したものは、クライオパネルや注液管２３
の材質の熱膨張率よりも小さな熱膨張率の材質、例えば
エポキシ樹脂製の断熱管３１を断熱層として金属製の注
液管２３の外周部に密着させている。また、図６に示し
たものは、注液管３２自身をクライオパネルや注液管２
３の材質の熱膨張率よりも小さな熱膨張率の材質、例え
ばエポキシ樹脂で製作したものである。本実施例によれ
ば、断熱層付き注液管を低コストで提供できる効果があ
る。
す。この実施例は注液管２３を断熱化した別の例であ
る。図５に示したものは、クライオパネルや注液管２３
の材質の熱膨張率よりも小さな熱膨張率の材質、例えば
エポキシ樹脂製の断熱管３１を断熱層として金属製の注
液管２３の外周部に密着させている。また、図６に示し
たものは、注液管３２自身をクライオパネルや注液管２
３の材質の熱膨張率よりも小さな熱膨張率の材質、例え
ばエポキシ樹脂で製作したものである。本実施例によれ
ば、断熱層付き注液管を低コストで提供できる効果があ
る。
【００１５】本発明の第４の実施例を図７、図８に示
す。図８は図７のＹ−Ｙ断面図である。この実施例で
は、クライオパネル３３をステンレス鋼、銅、或いはア
ルミニウ等の金属のろう付け製作したものである。クラ
イオパネル３３は、上部バー３４、下部バー３５、側壁
バー３６、３７、パネル３８、３９、クライオパネル内
の隔壁４０、４１、４２、フィン４３、４４で構成さ
れ、それぞれの接触部はろう付けされている。上部バー
３４には孔４５を設け上部バー３４、隔壁４０、４１、
４２で囲まれた空間４６とクライオパネル外の真空空間
とを連通しているので、空間４６は真空断熱空間であ
る。
す。図８は図７のＹ−Ｙ断面図である。この実施例で
は、クライオパネル３３をステンレス鋼、銅、或いはア
ルミニウ等の金属のろう付け製作したものである。クラ
イオパネル３３は、上部バー３４、下部バー３５、側壁
バー３６、３７、パネル３８、３９、クライオパネル内
の隔壁４０、４１、４２、フィン４３、４４で構成さ
れ、それぞれの接触部はろう付けされている。上部バー
３４には孔４５を設け上部バー３４、隔壁４０、４１、
４２で囲まれた空間４６とクライオパネル外の真空空間
とを連通しているので、空間４６は真空断熱空間であ
る。
【００１６】液体ヘリウムは、隔壁４０、側壁バー３６
の間の流路４７内を重力方向に流動して下部ヘッダ４８
に移動する。このとき、流路４７は、隔壁４１、側壁バ
ー３７の間の流路４９と空間４６を介してある程度断熱
されているので、クライオパネル３３内の流路４９が常
温状態にある場合でも、液体ヘリウムは流路４７内でほ
とんど蒸発しない。このため、重力方向に流動する液体
ヘリウムの流動性が阻害されることがなく、良好に下部
ヘッダ４８に液体ヘリウムを供給できる。液体ヘリウム
は下部ヘッダ４８から流路４９内を上方に自然循環で流
れ、クライオパネル群は４.５Ｋ以下の極低温に冷却さ
れる。液体ヘリウムは液体ヘリウム流路４９内で蒸発
し、蒸発したヘリウムガスは、上部ヘッダ５０、排気管
３ｂを通り、液体ヘリウムタンクの気相部に導かれる。
本実施例によれば、クライオパネル内に真空断熱空間を
設けることができるので、液体ヘリウム注入管に断熱層
を追設する必要がないため低コストのクライオパネルを
提供できる効果がある。
の間の流路４７内を重力方向に流動して下部ヘッダ４８
に移動する。このとき、流路４７は、隔壁４１、側壁バ
ー３７の間の流路４９と空間４６を介してある程度断熱
されているので、クライオパネル３３内の流路４９が常
温状態にある場合でも、液体ヘリウムは流路４７内でほ
とんど蒸発しない。このため、重力方向に流動する液体
ヘリウムの流動性が阻害されることがなく、良好に下部
ヘッダ４８に液体ヘリウムを供給できる。液体ヘリウム
は下部ヘッダ４８から流路４９内を上方に自然循環で流
れ、クライオパネル群は４.５Ｋ以下の極低温に冷却さ
れる。液体ヘリウムは液体ヘリウム流路４９内で蒸発
し、蒸発したヘリウムガスは、上部ヘッダ５０、排気管
３ｂを通り、液体ヘリウムタンクの気相部に導かれる。
本実施例によれば、クライオパネル内に真空断熱空間を
設けることができるので、液体ヘリウム注入管に断熱層
を追設する必要がないため低コストのクライオパネルを
提供できる効果がある。
【００１７】本発明の第５の実施例を図９に示す。この
実施例では、図１に示したものと主に異なる点は、クラ
イオパネル１８と液体ヘリウムタンク５とを連通する給
液・排気配管３を一本にまとめたことにある。注液管２
３はクライオパネル１８の一本の液体ヘリウム流路２２
内を通り、流路２２群に連通した下部ヘッダ２４に先端
が達するように配置する。注液管２３の回りには真空壁
２５で真空空間２６を設け真空断熱している。液体ヘリ
ウムは注液管２３内を通り下部ヘッダ２４に移動する。
このとき、注液管２３は断熱されているので、クライオ
パネル１８群が常温状態にある場合でも、液体ヘリウム
は注液管２３内で蒸発しない。このため、重力方向に流
動する液体ヘリウムの流動性を阻害することなく、良好
に下部ヘッダ２４に液体ヘリウムを供給できる。液体ヘ
リウムは下部ヘッダ２４から液体ヘリウム流路２２内を
上方に自然循環で流れ、クライオパネル群は４.５Ｋ以
下の極低温に冷却される。液体ヘリウム流路２２内で気
液混相流となったヘリウムは、上部ヘッダ２７、給液・
排気配管３を通り液体ヘリウムタンク５の気相部に導か
れ、気液分離板５３で液体を下方に落下させ、気体ヘリ
ウムのみをヘリウムガス回収管１２でヘリウム液化装置
１０に回収する。このように、本構造では、給液・排気
配管３を一本にまとめることができるので、低コストの
クライオポンプを提供できる効果がある。
実施例では、図１に示したものと主に異なる点は、クラ
イオパネル１８と液体ヘリウムタンク５とを連通する給
液・排気配管３を一本にまとめたことにある。注液管２
３はクライオパネル１８の一本の液体ヘリウム流路２２
内を通り、流路２２群に連通した下部ヘッダ２４に先端
が達するように配置する。注液管２３の回りには真空壁
２５で真空空間２６を設け真空断熱している。液体ヘリ
ウムは注液管２３内を通り下部ヘッダ２４に移動する。
このとき、注液管２３は断熱されているので、クライオ
パネル１８群が常温状態にある場合でも、液体ヘリウム
は注液管２３内で蒸発しない。このため、重力方向に流
動する液体ヘリウムの流動性を阻害することなく、良好
に下部ヘッダ２４に液体ヘリウムを供給できる。液体ヘ
リウムは下部ヘッダ２４から液体ヘリウム流路２２内を
上方に自然循環で流れ、クライオパネル群は４.５Ｋ以
下の極低温に冷却される。液体ヘリウム流路２２内で気
液混相流となったヘリウムは、上部ヘッダ２７、給液・
排気配管３を通り液体ヘリウムタンク５の気相部に導か
れ、気液分離板５３で液体を下方に落下させ、気体ヘリ
ウムのみをヘリウムガス回収管１２でヘリウム液化装置
１０に回収する。このように、本構造では、給液・排気
配管３を一本にまとめることができるので、低コストの
クライオポンプを提供できる効果がある。
【００１８】本発明の第６の実施例を図１０に示す。こ
の実施例では、図２に示したものと主に異なる点は、液
体窒素上部タンク６に連通する液体窒素の断熱給液配管
５１を排気配管５２内に設置し、ルーバホルダー２８と
排気配管５２の組み合わせ部はろう付け、溶接、半田付
け等で冶金的に一体化されている。ルーバホルダー２８
およびルーバ１９は、同ホルダーにろう付け等で冶金的
に一体化された排気配管５２内を自然循環で流動する液
体窒素で温度約８０Ｋに冷却される。本実施例でも、給
液配管５１は断熱されているので、ルーバホルダー２８
およびルーバ１９群が常温状態にある場合でも、液体窒
素は給液配管５１内で蒸発しない。このため、重力方向
に流動する液体窒素の流動性を阻害することがなく、良
好に下部のルーバホルダー２８に液体窒素を供給でき
る。
の実施例では、図２に示したものと主に異なる点は、液
体窒素上部タンク６に連通する液体窒素の断熱給液配管
５１を排気配管５２内に設置し、ルーバホルダー２８と
排気配管５２の組み合わせ部はろう付け、溶接、半田付
け等で冶金的に一体化されている。ルーバホルダー２８
およびルーバ１９は、同ホルダーにろう付け等で冶金的
に一体化された排気配管５２内を自然循環で流動する液
体窒素で温度約８０Ｋに冷却される。本実施例でも、給
液配管５１は断熱されているので、ルーバホルダー２８
およびルーバ１９群が常温状態にある場合でも、液体窒
素は給液配管５１内で蒸発しない。このため、重力方向
に流動する液体窒素の流動性を阻害することがなく、良
好に下部のルーバホルダー２８に液体窒素を供給でき
る。
【００１９】また、熱シールド板も同様に、同熱シール
ド板に一体化した排気配管５２内に液体窒素の断熱給液
配管５１を設置できるので、液体窒素は液体窒素上部タ
ンクに連通する断熱給液配管５１と排気配管５２内を自
然循環で流動する液体窒素で温度約８０Ｋに冷却され
る。ここで、給液配管５１は断熱されているので、熱シ
ールド板が常温状態にある場合でも、液体窒素は給液配
管５１内で蒸発しない。このため、重力方向に流動する
液体窒素の流動性を阻害するとがなく、良好に熱シール
ド板下部まで液体窒素を供給できる。したがって、液体
窒素下部タンク８を設置する必要がなく、かつクライオ
パネル１８と液体窒素上部タンクを連通する窒素ガス排
気配管７と液体窒素バイパス管１６を一本にまとめるこ
とができるので、さらにクライオポンプを小型化でき、
低コストで製作できる。
ド板に一体化した排気配管５２内に液体窒素の断熱給液
配管５１を設置できるので、液体窒素は液体窒素上部タ
ンクに連通する断熱給液配管５１と排気配管５２内を自
然循環で流動する液体窒素で温度約８０Ｋに冷却され
る。ここで、給液配管５１は断熱されているので、熱シ
ールド板が常温状態にある場合でも、液体窒素は給液配
管５１内で蒸発しない。このため、重力方向に流動する
液体窒素の流動性を阻害するとがなく、良好に熱シール
ド板下部まで液体窒素を供給できる。したがって、液体
窒素下部タンク８を設置する必要がなく、かつクライオ
パネル１８と液体窒素上部タンクを連通する窒素ガス排
気配管７と液体窒素バイパス管１６を一本にまとめるこ
とができるので、さらにクライオポンプを小型化でき、
低コストで製作できる。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、クライオパネル内にク
ライオパネルと断熱した液体ヘリウムの注液管を配置し
たので、クライオパネルが常温状態にある場合でも、冷
却用の液体ヘリウムは、上部タンクからクライオパネル
下部までほとんど蒸発することなくクライオパネル下部
まで良好に移送できる。
ライオパネルと断熱した液体ヘリウムの注液管を配置し
たので、クライオパネルが常温状態にある場合でも、冷
却用の液体ヘリウムは、上部タンクからクライオパネル
下部までほとんど蒸発することなくクライオパネル下部
まで良好に移送できる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面を示し、３個のクライオポン
プユニットの例を示した上部側断面図である。
プユニットの例を示した上部側断面図である。
【図３】本発明のクライオポンプを説明するための冷却
システムの一例を示す構成図である。
システムの一例を示す構成図である。
【図４】本発明の第２の実施例を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例の注液管構造の一例を示
す断面図である。
す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例の注液管構造の別の例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施例を示す断面図である。
【図８】図７のＹ−Ｙ断面図である。
【図９】本発明の第５の実施例を示す断面図である。
【図１０】本発明の第６の実施例を示す断面図である。
１ クライオポンプ
２ 真空容器
３ 給液・排気配管
３ａ 給液配管
３ｂ 排気管
４ 給液配管
２ 液体ヘリウムタンク
５ａ リング
６ 液体窒素上部タンク
７ 窒素ガス排気配管
８ 液体窒素下部タンク
９ 液体ヘリウム
１０ ヘリウム液化装置
１１ 液体ヘリウム供給管
１２ ヘリウムガス回収管
１３ 液体窒素
１４ 窒素貯蔵タンク
１５ 供給管
１６ 液体窒素バイパス管
１７ 排気ガス流入面
１８ クライオパネル
１９ 第１熱シールド板のルーバ
２０ 第２熱シールド板の熱シールド板
２１ 窒素ガス回収管
２２ 液体ヘリウム流路
２３ 注液管
２４ 下部ヘッダ
２５ 真空壁
２６ 真空空間
２７ 上部ヘッダ
２８ ルーバホルダー
２９ カバー
３０ 空間
３１ 断熱管
３２ 注液管
３３ クライオパネル
３４ 上部バー
３５ 下部バー
３６、３７ 側壁バー
３８、３９ パネル
４０、４１、４２ 隔壁
４３、４４ フィン
４５ 孔
４６ 空間
４７ 流路
４８ 下部ヘッダ
４９ 流路
５０ 上部ヘッダ
５１ 断熱給液配管
５２ 排気配管
５３ 気液分離板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 上出 泰生
茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株
式会社 日立製作所 国分工場内
(72)発明者 山下 泰郎
茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株
式会社 日立製作所 国分工場内
(56)参考文献 特開 昭61−232391（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−279777（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−134190（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−219365（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−250389（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−147173（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−292584（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−104988（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−290976（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−209979（ＪＰ，Ａ)
実開 昭62−167875（ＪＰ，Ｕ)
実開 昭62−167872（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F04B 37/08
F04B 37/16
Claims (5)
- 【請求項１】 第１極低温冷媒９で極低温に冷却して排
気ガスを凝固・吸着するクライオパネル１８と、前記第
１極低温冷媒９を貯蔵する第１極低温冷媒容器５と、前
記クライオパネル１８と前記第１極低温冷媒容器５とを
連通する給液・排気配管３と、前記クライオパネル１８
の排気ガス流入面１７以外に設置されて第２極低温冷媒
１３で低温に冷却される第２熱シールド板２０と、前記
クライオパネル１８の排気ガス流入面１７に対向するよ
うに設置されて前記第２極低温冷媒１３で低温に冷却さ
れる第１熱シールド板１９と、前記第２極低温冷媒１３
を貯蔵する第２極低温冷媒容器６と、前記第１熱シール
ド板及び第２熱シールド板と前記第２極低温冷媒容器６
とを連通する給液配管４とを備えたクライオポンプ１に
おいて、前記給液・排気配管３のうち少なくとも前記第
１極低温冷媒９を供給する第１極低温冷媒注液管２３の
回りを断熱手段で断熱し、該断熱した第１極低温冷媒注
液管２３を前記クライオパネル１８の下部ヘッダ２４に
先端が達するように配置し、前記断熱手段を真空空間２
６で形成したこと特徴とするクライオポンプ。 - 【請求項２】 第１極低温冷媒９で極低温に冷却して排
気ガスを凝固・吸着するクライオパネル１８と、前記第
１極低温冷媒９を貯蔵する第１極低温冷媒容器５と、前
記クライオパネル１８と前記第１極低温冷媒容器５とを
連通する給液・排気配管３と、前記クライオパネル１８
の排気ガス流入面１７以外に設置されて第２極低温冷媒
１３で低温に冷却される第２熱シールド板２０と、前記
クライオパネル１８の排気ガス流入面１７に対向するよ
うに設置されて前記第２極低温冷媒１３で低温に冷却さ
れる第１熱シールド板１９と、前記第２極低温冷媒１３
を貯蔵する第２極低温冷媒容器６と、前記第１熱シール
ド板及び第２熱シールド板と前記第２極低温冷媒容器６
とを連通する給液配管４とを備えたクライオポンプ１に
おいて、前記給液・排気配管３のうち少なくとも前記第
１極低温冷媒９を供給する第１極低温冷媒注液管２３の
回りを断熱手段で断熱し、該断熱した第１極低温冷媒注
液管２３を前記クライオパネル１８の下部ヘッダ２４に
先端が達するように配置し、前記断熱手段を前記クライ
オパネル１８や前記第１極低温冷媒注液管２３を構成す
る材料の熱伝導率よりも小さな熱伝導率の材料の断熱管
３１を断熱層として、前記第１極低温冷媒注液管２３の
外周部に密着させたことを特徴とするクライオポンプ。 - 【請求項３】 第１極低温冷媒９で極低温に冷却して排
気ガスを凝固・吸着するクライオパネル１８と、前記第
１極低温冷媒９を貯蔵する第１極低温冷媒容器５と、前
記クライオパネル１８と前記第１極低温冷媒容器５とを
連通する給液・排気配管３と、前記クライオパネル１８
の排気ガス流入面１７以外に設置されて第２極低温冷媒
１３で低温に冷却される第２熱シールド板２０と、前記
クライオパネル１８の排気ガス流入面１７に対向するよ
うに設置されて前記第２極低温冷媒１３で低温に冷却さ
れる第１熱シールド板１９と、前記第２極低温冷媒１３
を貯蔵する第２極低温冷媒容器６と、前記第１熱シール
ド板及び第２熱シールド板と前記第２極低温冷媒容器６
とを連通する給液配管４とを備えたクライオポンプ１に
おいて、前記給液・排気配管３のうち少なくとも前記第
１極低温冷媒９を供給する第１極低温冷媒注液管２３の
回りを断熱手段で断熱し、該断熱した第１極低温冷媒注
液管２３を前記クライオパネル１８の下部ヘッダ２４に
先端が達するように配置し、前記断熱手段を前記クライ
オパネル１８を構成する材料の熱伝導率よりも小さな熱
伝導率の材料の断熱管３２で形成したことを特徴とする
クライオポンプ。 - 【請求項４】 前記第１極低温冷媒注液管２３の端部の
うち、少なくとも反重力方向の端部の外周部に、該第１
極低温冷媒注液管２３と一体化したカバー２９を設け、
該カバー２９を前記第１極低温冷媒容器５の下部に設け
たリング５ａの外周部にはめ合い状態で接触シールさせ
たことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれかに
記載のクライオポンプ。 - 【請求項５】 前記カバー２９を、前記第１極低温冷媒
注液管２３と前記リング５ａを構成する材料の熱膨張率
よりも大きな熱膨張率の材料で形成したことを特徴とす
る請求項４に記載のクライオポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28444892A JP3465195B2 (ja) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | クライオポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28444892A JP3465195B2 (ja) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | クライオポンプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06137267A JPH06137267A (ja) | 1994-05-17 |
| JP3465195B2 true JP3465195B2 (ja) | 2003-11-10 |
Family
ID=17678677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28444892A Expired - Fee Related JP3465195B2 (ja) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | クライオポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3465195B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4972910A (en) * | 1990-03-22 | 1990-11-27 | Masaru Fujiki | Extinguishing apparatus |
| US8590315B2 (en) * | 2010-06-01 | 2013-11-26 | General Electric Company | Extruded fluid manifold for gas turbomachine combustor casing |
-
1992
- 1992-10-22 JP JP28444892A patent/JP3465195B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06137267A (ja) | 1994-05-17 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |