JP5196781B2 - 極低温に冷却される機器の閉ループ予冷方法及び装置 - Google Patents
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Description
また、極低温容器内の極低温に冷却されるべき超電導マグネット装置を予冷する方法であって、第1のサーキュレータの動作により、第1の閉ループ冷却回路に、第1の熱伝達用流体を通流させて、前記第1の熱伝達用流体を前記第1の閉ループ冷却回路中を循環させるステップと、前記第1の閉ループ冷却回路と熱接触している熱交換器の使用によって、前記第1の熱伝達用流体から熱を抽出するステップとを含み、前記第1の熱伝達用流体が、前記極低温容器の超電導マグネットを収容する内部空間に流入し、かつ前記内部空間から流出するようにし、さらに、前記熱交換器は、それ自体、第2の閉ループ冷却回路により冷却され、前記第2の閉ループ冷却回路は、第2のサーキュレータの動作により、第2の熱伝達用流体を循環させて、前記第2の熱伝達用流体を前記第2の閉ループ冷却回路中を循環させることと、前記第2の閉ループ冷却回路と熱接触している第2の熱抽出装置の使用によって、前記第2の熱伝達用流体から熱を抽出することとによって、前記熱交換器を冷却することを特徴とする(請求項13)。
Claims (28)
- 極低温容器(26)内に収容され、液体の極低温冷却剤によって極低温に冷却されるべき超電導マグネット装置(20)を予冷する装置であって、第1の熱伝達用流体を有する第1の閉ループ冷却回路(50)と、前記第1の熱伝達用流体を前記第1の閉ループ冷却回路中を循環させる第1のサーキュレータ(52)と、前記第1の熱伝達用流体から熱を抽出するように構成された熱交換器(42)とを備え、前記第1の閉ループ冷却回路は、第1の熱伝達用流体を、前記極低温容器(26)の超電導マグネット装置を収容する内部空間に流入させ、かつ内部空間から流出させるようにしてなり、前記熱交換器(42)は、それ自体、第2の熱伝達用流体が閉じ込められている第2の閉ループ冷却回路(40)により冷却され、前記第2の閉ループ冷却回路は、第2の熱伝達用流体と、この第2の熱伝達用流体を前記第2の閉ループ冷却回路中を循環させる第2のサーキュレータと、および、前記第2の熱伝達用流体から熱を抽出するように構成された第2の熱抽出装置(44,46)とを備えることを特徴とする装置。
- 前記第1のサーキュレータ(52)が、気体熱伝達用流体を、絶対圧力で100〜300kPaの範囲内の圧力まで圧縮するように働く圧縮機を含むことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記第1のサーキュレータ(52)がファンを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の装置。
- 前記第1の熱伝達用流体と前記第2の熱伝達用流体が両方とも気体であり、また、前記第2の閉ループ冷却回路中の前記第2の熱伝達用流体が、前記第1の閉ループ冷却回路中の前記第1の熱伝達用流体の圧力よりも高い圧力にあることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の装置。
- 前記第2の閉ループ冷却回路中の前記第2の熱伝達用流体が、前記第1の閉ループ冷却回路中の前記第1の熱伝達用流体とは異なる材料からなることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の装置。
- 前記第2の熱抽出装置が、外部メカニカル・アクティブ極低温冷凍機であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の装置。
- 前記第2の熱抽出装置が、前記第2の熱伝達用流体を前記第2の閉ループ冷却回路中を運ぶ管(36)と熱接触している貯留極低温冷却剤を含むパッシブ極低温冷凍機であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の装置。
- 前記貯留極低温冷却剤が、多量の固体極低温冷却剤を含むことを特徴とする請求項7に記載の装置。
- 前記第2の熱抽出装置が、アクティブ極低温冷凍機(44)と、パッシブ極低温冷凍機(46)とを備え、前記極低温に冷却されるべき超電導マグネット装置(20)が第1の温度に冷えるまでパッシブ冷却が前記第2の熱伝達用流体に適用され、さらに、前記第2の熱伝達用流体の流れを、前記アクティブ極低温冷凍機に切り替えることにより、さらに冷却して、前記パッシブ極低温冷凍機のみで得られる温度よりも低い所望の温度まで冷却し続けるようにしたことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の装置。
- 前記貯留極低温冷却剤が、70Kよりも低い温度まで冷却させ得るものであることを特徴とする請求項7ないし9のいずれか1つに記載の装置。
- 前記第2のサーキュレータがファンを含むことを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1つに記載の装置。
- 前記熱交換器が、一定量の液体窒素または固体窒素、あるいは水氷を含むことを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1つに記載の装置。
- 極低温容器内の極低温に冷却されるべき超電導マグネット装置を予冷する方法であって、第1のサーキュレータ(52)の動作により、第1の閉ループ冷却回路(50)に、第1の熱伝達用流体を通流させて、前記第1の熱伝達用流体を前記第1の閉ループ冷却回路中を循環させるステップと、前記第1の閉ループ冷却回路と熱接触している熱交換器(42)の使用によって、前記第1の熱伝達用流体から熱を抽出するステップとを含み、前記第1の熱伝達用流体が、前記極低温容器(26)の超電導マグネットを収容する内部空間に流入し、かつ前記内部空間から流出するようにし、さらに、前記熱交換器(42)は、それ自体、第2の閉ループ冷却回路(40)により冷却され、前記第2の閉ループ冷却回路(40)は、第2のサーキュレータの動作により、第2の熱伝達用流体を循環させて、前記第2の熱伝達用流体を前記第2の閉ループ冷却回路中を循環させることと、前記第2の閉ループ冷却回路と熱接触している第2の熱抽出装置(44、46)の使用によって、前記第2の熱伝達用流体から熱を抽出することとによって、前記熱交換器(42)を冷却することを特徴とする方法。
- 前記第1のサーキュレータ(52)が、気体熱伝達用流体を、絶対圧力で100〜300kPaの範囲内の或る圧力まで圧縮する圧縮機を含むことを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 当初、前記極低温に冷却されるべき超電導マグネット装置が、予備的な捨て冷却剤としての犠牲極低温冷却剤の温度よりも低くない第1の温度に冷えるまで、貯留極低温冷却剤を用いるパッシブ冷却により、熱抽出を行い、次に、アクティブ冷凍機を用いて、さらなる熱抽出を行って、所望の予冷温度まで冷却し続けることを特徴とする請求項13または14に記載の方法。
- 前記第2の閉ループ冷却回路を動作させて、前記熱交換器を冷却した後で、前記第1の閉ループ冷却回路を動作させることを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 前記第2の熱抽出装置が、外部メカニカル・アクティブ極低温冷凍機であることを特徴とする請求項13または16に記載の方法。
- 前記第2の熱抽出装置が、前記第1の閉ループ冷却回路と熱接触している貯留極低温冷却剤であるパッシブ極低温冷凍機を含むことを特徴とする請求項13または16に記載の方法。
- 当初、前記極低温に冷却されるべき超電導マグネット装置が、貯留極低温冷却剤の温度よりも低くない第1の温度に冷えるまで、前記第2の閉ループ冷却回路による熱抽出を、前記貯留極低温冷却剤を用いるパッシブ冷却により行い、次に、アクティブ冷凍機を用いて、さらなる熱抽出を行って、前記貯留極低温冷却剤だけの使用によって得られる温度よりも低い所望の予冷温度まで冷却し続けることを特徴とする請求項13または16に記載の方法。
- 前記第2のサーキュレータがファンを含むことを特徴とする請求項13ないし19のいずれか1つに記載の方法。
- 前記第1の熱伝達用流体と前記第2の熱伝達用流体が両方とも気体であり、また、前記第2の閉ループ冷却回路中の前記第2の熱伝達用流体が、前記第1の閉ループ冷却回路中の前記第1の熱伝達用流体の圧力よりも高い圧力にあることを特徴とする請求項13ないし20のいずれか1つに記載の方法。
- 前記第2の閉ループ冷却回路中の前記第2の熱伝達用流体が、前記第1の閉ループ冷却回路中の前記第1の熱伝達用流体とは異なる材料からなることを特徴とする請求項13ないし21のいずれか1つに記載の方法。
- 前記第2の閉ループ冷却回路からの熱抽出が、外部メカニカル・アクティブ極低温冷凍機により行われることを特徴とする請求項13ないし22のいずれか1つに記載の方法。
- 前記第2の閉ループ冷却回路からの熱抽出が、前記第2の閉ループ冷却回路(36)と熱接触している貯留極低温冷却剤を含むパッシブ極低温冷凍機によって行われることを特徴とする請求項13ないし23のいずれか1つに記載の方法。
- 前記第2の閉ループ冷却回路からの熱抽出が、アクティブ極低温冷凍機と、パッシブ極低温冷凍機とを用いて行なわれ、前記極低温に冷却される装置が第1の温度に冷えるまでパッシブ冷却が前記第2の熱伝達用流体に適用され、さらに、前記第2の熱伝達用流体の流れを、前記アクティブ極低温冷凍機に切り替えることにより、さらに冷却して、所望の予冷温度まで冷却し続けることを特徴とする請求項13ないし24のいずれか1つに記載の方法。
- 前記第2のサーキュレータがファンを含むことを特徴とする請求項13ないし25のいずれか1つに記載の方法。
- 前記熱交換器(42)が、一定量の液体窒素または固体窒素、あるいは水氷を含むことを特徴とする請求項13ないし26のいずれか1つに記載の方法。
- 前記熱交換器が、或る極低温の温度まで冷却された後に、前記第1の閉ループ冷却回路を動作させることを特徴とする請求項13ないし27のいずれか1つに記載の方法。
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