JP5442506B2 - Cooling device and recondensing device - Google Patents

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    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General 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
    • F25B2400/17Re-condensers

Description

本発明は冷却装置及び再凝縮装置に係り、特に真空容器内に真空吸着器が設けられた冷却装置及び再凝縮装置に関する。   The present invention relates to a cooling device and a recondensing device, and more particularly to a cooling device and a recondensing device in which a vacuum adsorber is provided in a vacuum vessel.

従来から、SQUID装置(超電導量子干渉デバイス)やSCM装置(超電導磁石装置)等の液体ヘリウムの温度レベルの装置などには、装置の冷却用冷媒として例えば液体ヘリウムが用いられている。図3は、この種の装置100を示している。   Conventionally, for example, liquid helium is used as a cooling refrigerant for an apparatus having a liquid helium temperature level such as an SQUID apparatus (superconducting quantum interference device) or an SCM apparatus (superconducting magnet apparatus). FIG. 3 shows such an apparatus 100.

液体ヘリウムは、冷却処理中にその一部が蒸発するため、これを再凝縮する必要がある。このため同図に示すように、液体ヘリウム等の冷媒101が収納される冷媒槽102に冷却装置103を接続した構造の再凝縮装置104を用い、蒸発した冷媒を冷却装置103により冷却することにより再凝縮し冷媒槽102に戻すよう構成されている。   A portion of liquid helium evaporates during the cooling process and must be recondensed. For this reason, as shown in the figure, by using a recondensing device 104 having a structure in which a cooling device 103 is connected to a refrigerant tank 102 in which a refrigerant 101 such as liquid helium is stored, the evaporated refrigerant is cooled by the cooling device 103. It is configured to recondense and return to the refrigerant tank 102.

図4は、再凝縮装置に設けられる冷却装置103を拡大して示す図である。同図に示す冷却装置103は、ギフォード・マクマホンサイクル冷凍機105(以下、GM冷凍機という)にジュール・トムソン弁107を備えたジュール・トムソン回路106(以下、JT回路という)を付加した構成とされている。   FIG. 4 is an enlarged view of the cooling device 103 provided in the recondensing device. The cooling device 103 shown in the figure has a configuration in which a Joule-Thomson circuit 106 (hereinafter referred to as a JT circuit) provided with a Joule-Thomson valve 107 is added to a Gifford-McMahon cycle refrigerator 105 (hereinafter referred to as a GM refrigerator). Has been.

このGM冷凍機105及びJT回路106は極低温を生成するものであるため、外部からの熱の侵入を遮断する必要がある。このため、GM冷凍機105及びJT回路106の冷却部分を真空容器108内に挿入することが行われている。真空容器108内は真空ポンプにより吸引されて所定の真空度とされる。   Since the GM refrigerator 105 and the JT circuit 106 generate extremely low temperatures, it is necessary to block the intrusion of heat from the outside. For this reason, inserting the cooling part of GM refrigerator 105 and the JT circuit 106 in the vacuum vessel 108 is performed. The inside of the vacuum vessel 108 is sucked by a vacuum pump to have a predetermined degree of vacuum.

GM冷凍機105及びJT回路106に対する外部からの熱侵入を防止するためには、高い真空度が要求されるため、真空容器108内には真空吸着器110が配設される(特許文献1参照)。この真空吸着器110は、例えば活性炭パネルであり、GM冷凍機105の冷却ステージ105aに装着される。   In order to prevent heat penetration from the outside to the GM refrigerator 105 and the JT circuit 106, a high degree of vacuum is required, so a vacuum adsorber 110 is disposed in the vacuum vessel 108 (see Patent Document 1). ). The vacuum adsorber 110 is an activated carbon panel, for example, and is attached to the cooling stage 105 a of the GM refrigerator 105.

冷却ステージ105aは、二段式のGM冷凍機105の二段目の冷却ステージであり、8K〜15K程度の極低温とされる部位である。このため、真空ポンプによる吸引処理後も真空容器108に残存する気体分子(水素分子,窒素分子等)は、極低温とされた真空吸着器110に吸着される。これにより、真空容器108の内部を高い真空状態とすることができ、外部からの熱の侵入を抑制することができる。   The cooling stage 105a is the second cooling stage of the two-stage GM refrigerator 105, and is a part that is at an extremely low temperature of about 8K to 15K. For this reason, gas molecules (hydrogen molecules, nitrogen molecules, etc.) remaining in the vacuum vessel 108 even after the suction processing by the vacuum pump are adsorbed by the vacuum adsorber 110 which is set to a very low temperature. Thereby, the inside of the vacuum container 108 can be made into a high vacuum state, and the penetration | invasion of the heat from the outside can be suppressed.

特開平11−257770号公報JP 11-257770 A

しかしながら、従来の冷却装置103及びこれを用いた再凝縮装置104では、真空吸着器110がGM冷凍機105に設けられていたため、仮に停電等によりGM冷凍機105が停止した場合を想定すると、これに伴い真空吸着器110の温度が上昇してしまう。これにより、真空容器108に吸着されていた気体分子は、再び真空吸着器110から真空容器108内に放出され、真空容器108内の真空度が低下してしまう。このため、GM冷凍機105が停止後再起動する際、改めて真空吸着器110を真空にする処理が必要となり、再凝縮装置104及びこれを用いて装置100の効率が低下してしまうという問題点があった。   However, in the conventional cooling device 103 and the recondensing device 104 using the same, since the vacuum adsorber 110 is provided in the GM refrigerator 105, assuming that the GM refrigerator 105 is stopped due to a power failure or the like, As a result, the temperature of the vacuum adsorber 110 rises. As a result, the gas molecules adsorbed in the vacuum vessel 108 are released again from the vacuum adsorber 110 into the vacuum vessel 108, and the degree of vacuum in the vacuum vessel 108 decreases. For this reason, when the GM refrigerator 105 is restarted after being stopped, the vacuum adsorber 110 needs to be evacuated again, and the efficiency of the recondensing device 104 and the device 100 using the same is reduced. was there.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、冷凍機が停止しても真空容器内の真空度を高い状態に維持しうる冷却装置及び再凝縮装置を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of said point, and even if a refrigerator stops, it aims at providing the cooling device and recondensing device which can maintain the vacuum degree in a vacuum vessel in a high state.

上記の課題は、第1の観点からは、
冷媒槽に収納された冷媒が気化した際に再凝縮処理を行う再凝縮装置に取り付けられ、気化した前記冷媒を冷却処理する冷却装置であって、
冷却処理を行う冷凍機と、
前記冷凍機の一部を収納すると共に、前記冷媒槽に熱交換可能な状態で挿入される挿入管を有する真空容器と、
少なくとも前記挿入管内の前記冷媒槽と熱交換可能な位置に、前記真空容器内の気体分子を吸着する真空吸着器を設けたことを特徴とする冷却装置により解決することができる。
From the first point of view, the above problem is
A cooling device that is attached to a recondensing device that performs a recondensing process when the refrigerant stored in the refrigerant tank is vaporized, and that cools the vaporized refrigerant,
A refrigerator that performs a cooling process;
A vacuum container having an insertion tube inserted therein in a state in which heat can be exchanged with the refrigerant tank, while storing a part of the refrigerator;
This can be solved by a cooling device in which a vacuum adsorber for adsorbing gas molecules in the vacuum vessel is provided at least at a position where heat exchange with the refrigerant tank in the insertion tube is possible.

また上記の課題は、第2の観点からは、
冷媒が収納された冷媒槽と、
該冷媒槽に収納された冷媒が気化した際に、気化した冷媒ガスを冷却することにより再凝縮を行う冷却装置とを有する再凝縮装置であって、
前記冷却装置が、
冷却処理を行う冷凍機と、
前記冷凍機の一部を収納すると共に、前記冷媒槽に熱交換可能な状態で挿入される挿入管を有する真空容器と、
少なくとも前記挿入管内の前記冷媒槽と熱交換可能な位置に、前記真空容器内の気体分子を吸着する真空吸着器とを有することを特徴とする再凝縮装置により解決することができる。
In addition, the above problem is from the second point of view.
A refrigerant tank containing a refrigerant;
A recondensing device having a cooling device for recondensing by cooling the vaporized refrigerant gas when the refrigerant stored in the refrigerant tank is vaporized,
The cooling device is
A refrigerator that performs a cooling process;
A vacuum container having an insertion tube inserted therein in a state in which heat can be exchanged with the refrigerant tank, while storing a part of the refrigerator;
This can be solved by a recondensing device characterized by having a vacuum adsorber that adsorbs gas molecules in the vacuum vessel at least at a position where heat exchange with the refrigerant tank in the insertion tube is possible.

開示の冷却装置及び再凝縮装置によれば、挿入管内の冷媒槽と熱交換可能な位置に真空容器内の気体分子を吸着する真空吸着器を設けたことにより、冷凍機が停止した場合であっても真空吸着器は冷媒槽内の冷媒ガスにより冷却されて気体分子の吸着を維持するため、真空容器内の真空度を維持することができる。   According to the disclosed cooling device and recondensing device, the refrigerator was stopped by providing a vacuum adsorber that adsorbs gas molecules in the vacuum vessel at a position where heat exchange with the refrigerant tank in the insertion tube was possible. However, since the vacuum adsorber is cooled by the refrigerant gas in the refrigerant tank and maintains the adsorption of the gas molecules, the degree of vacuum in the vacuum vessel can be maintained.

図1は、本発明の一実施形態である冷却装置及び再凝縮装置を説明するための構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram for explaining a cooling device and a recondensing device according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態である冷却装置及び再凝縮装置に設けられる真空吸着器の構成を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration of a vacuum adsorber provided in a cooling device and a recondensing device according to an embodiment of the present invention. 図3は、従来の冷却装置及び再凝縮装置の一例を説明するための構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram for explaining an example of a conventional cooling device and recondensing device. 図4は、従来の冷却装置を説明するための構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram for explaining a conventional cooling device.

次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態である再凝縮装置1及び冷却装置3を示す構成図である。この冷却装置3を設けた再凝縮装置1は、SQUID装置やSCM装置等の液体ヘリウムの温度レベルで処理が行われる装置に適用される。   FIG. 1 is a configuration diagram showing a recondensing device 1 and a cooling device 3 according to an embodiment of the present invention. The recondensing device 1 provided with the cooling device 3 is applied to a device that performs processing at a liquid helium temperature level, such as a SQUID device or an SCM device.

再凝縮装置1は、大略すると冷媒槽2、冷却装置3、及び真空吸着器10,11等を有した構成されている。冷媒槽2は、被冷却物(SQUID装置やSCM装置内において冷却処理されるもの)を冷却する冷媒4が収納されている。本実施形態では、冷媒4として液体ヘリウムを用いた例を示している。しかしながら、冷媒4の種類は液体ヘリウムに限定されるものではなく、液体窒素等の他の冷媒を用いることも可能である。   The recondensing device 1 generally includes a refrigerant tank 2, a cooling device 3, vacuum adsorbers 10, 11 and the like. The refrigerant tank 2 contains a refrigerant 4 that cools an object to be cooled (one to be cooled in the SQUID apparatus or the SCM apparatus). In the present embodiment, an example in which liquid helium is used as the refrigerant 4 is shown. However, the type of the refrigerant 4 is not limited to liquid helium, and other refrigerants such as liquid nitrogen can be used.

また、冷媒槽2は内部に液化した冷媒4を収納する構成であるため、冷媒4の気化を防止する面から外部からの熱侵入を防止する必要がある。このため、冷媒槽2は内部を真空状態としうる冷媒用真空室6の内部に設けられている。   Moreover, since the refrigerant tank 2 is configured to store the liquefied refrigerant 4 therein, it is necessary to prevent heat from entering from the outside in terms of preventing vaporization of the refrigerant 4. For this reason, the refrigerant tank 2 is provided in the inside of the vacuum chamber 6 for refrigerant | coolant which can be made into a vacuum state inside.

冷却装置3は、本実施形態ではギフォードマクマホン冷凍機20(以下、GM冷凍機という)にJT回路30を付加した構成とされている。GM冷凍機20及び30は、いずれも冷媒ガスとしてヘリウムガスを用いている。尚、本実施形態では冷凍機としてGM冷凍機20を適用した例を示しているが、GM冷凍機20に代えてパルスチューブ冷凍機、スターリング冷凍機等の他の蓄冷式の冷凍機を適用することも可能である。   In the present embodiment, the cooling device 3 is configured by adding a JT circuit 30 to a Gifford McMahon refrigerator 20 (hereinafter referred to as a GM refrigerator). The GM refrigerators 20 and 30 both use helium gas as the refrigerant gas. In addition, although the example which applied GM refrigerator 20 as a refrigerator is shown in this embodiment, it replaces with GM refrigerator 20, and other cool storage type refrigerators, such as a pulse tube refrigerator and a Stirling refrigerator, are applied. It is also possible.

本実施形態で適用したGM冷凍機20は、1段シリンダ23の低温側(下部)に1段冷却ステージ21を有し、また1段冷却ステージ21の下部に配設された2段シリンダ24の低温側(下部)に2段冷却ステージ22を有した、いわゆる2段タイプのGM冷凍機である。このGM冷凍機20は、起動すると各シリンダ23,24内で蓄冷材が装着されたディスプレーサが往復移動することにより冷媒ガスが断熱膨張し、1段及び2段冷却ステージ21,22で寒冷が発生する。これにより、1段冷却ステージ21の温度は例えば45〜90Kとなり、2段冷却ステージ22の温度は例えば4K以下まで冷却することができる。   The GM refrigerator 20 applied in the present embodiment has a first-stage cooling stage 21 on the low temperature side (lower part) of the first-stage cylinder 23, and a two-stage cylinder 24 disposed below the first-stage cooling stage 21. This is a so-called two-stage GM refrigerator having a two-stage cooling stage 22 on the low temperature side (lower part). When the GM refrigerator 20 is activated, the displacer with the cold storage material reciprocally moves in the cylinders 23 and 24 to adiabatically expand the refrigerant gas, and the first and second cooling stages 21 and 22 generate cold. To do. As a result, the temperature of the first stage cooling stage 21 is 45 to 90K, for example, and the temperature of the second stage cooling stage 22 can be cooled to 4K or less, for example.

しかしながら、GM冷凍機単体では大きな冷凍能力を発生させることは困難である。このため、4Kにおいて大きな冷凍能力が必要な場合は、GM冷凍機20だけでは対応できないため、GM冷凍機20にジュール・トムソン回路30(以下、JT回路という)を付加して冷却装置3を構成している(特開平10−73333号公報、特開平11−108476号公報参照)。   However, it is difficult to generate a large refrigeration capacity with a single GM refrigerator. For this reason, when a large refrigeration capacity is required at 4K, the GM refrigerator 20 alone cannot cope with it, so the Joule-Thomson circuit 30 (hereinafter referred to as a JT circuit) is added to the GM refrigerator 20 to constitute the cooling device 3. (See JP 10-73333 A and JP 11-108476 A).

JT回路30は、3つの冷却器31,32,33と、3つの熱交換器34,35,36と、JTバルブ38等により構成されている。また、上記のように冷却装置3は4K付近の極低温を生成するため、外部からの熱侵入を抑制する必要がある。このため、GM冷凍機20を構成する各冷却ステージ21,22、各シリンダ23,24、及びJT回路30を構成する冷却器31,32,33、熱交換器34,35,36、JTバルブ38は、真空容器12の内部に収納されている。   The JT circuit 30 includes three coolers 31, 32, 33, three heat exchangers 34, 35, 36, a JT valve 38, and the like. Moreover, since the cooling device 3 produces | generates the cryogenic temperature of 4K vicinity as mentioned above, it is necessary to suppress the heat | fever penetration | invasion from the outside. Therefore, the cooling stages 21 and 22 constituting the GM refrigerator 20, the cylinders 23 and 24, the coolers 31, 32 and 33 constituting the JT circuit 30, the heat exchangers 34, 35 and 36, and the JT valve 38. Is housed inside the vacuum vessel 12.

真空容器12には真空排気装置に接続される接続バルブ(図示せず)が設けられており、この接続バルブを真空排気装置に接続して真空排気することにより所定の真空度として封じ切りされる。しかしながら、真空断熱効果を保持するためには、真空排気装置による排気のみでは十分であるとはいえない。また、GM冷凍機20及びJT回路30を構成する各材料の表面から放出ガスが放出される可能性もあり、この場合更に真空度が低下してしまう。尚、上記のように吸引により除去されなかった気体及び各材料から発生したガス等を総称して残留気体というものとする。この残留気体の主成分は、窒素ガス、酸素ガス、炭酸ガス等である。   The vacuum vessel 12 is provided with a connection valve (not shown) connected to an evacuation device. The connection valve is connected to the evacuation device and evacuated to be sealed to a predetermined degree of vacuum. . However, in order to maintain the vacuum heat insulating effect, it cannot be said that evacuation by the evacuation device alone is sufficient. Further, there is a possibility that emitted gas is released from the surface of each material constituting the GM refrigerator 20 and the JT circuit 30, and in this case, the degree of vacuum is further reduced. Note that the gas that has not been removed by suction as described above, the gas generated from each material, and the like are collectively referred to as residual gas. The main components of this residual gas are nitrogen gas, oxygen gas, carbon dioxide gas and the like.

真空容器12内に残留気体が存在すると、真空容器12内の真空度が低下して真空断熱効果が低減し良好な冷却処理ができなくなるおそれがある。そこで、本実施形態では真空容器12の内部に第1及び第2の真空吸着器10,11を設けることにより、真空容器12内の真空度を高める構成としている。尚、第1及び第2の真空吸着器10,11の詳細については説明の便宜上、後述するものとする。   If residual gas exists in the vacuum vessel 12, the degree of vacuum in the vacuum vessel 12 is lowered, and the vacuum heat insulation effect is reduced, and there is a possibility that a favorable cooling process cannot be performed. Therefore, in the present embodiment, the first and second vacuum adsorbers 10 and 11 are provided inside the vacuum container 12 to increase the degree of vacuum in the vacuum container 12. The details of the first and second vacuum suction devices 10 and 11 will be described later for convenience of explanation.

次に、再凝縮装置1及び冷却装置3の動作について説明する。   Next, operations of the recondensing device 1 and the cooling device 3 will be described.

JT回路30の圧縮機40から出た高圧(1〜2MP)のヘリウムガスは、先ず第1熱交換器34に入り、戻って来る低温のヘリウムガスと熱交換して90K程度まで冷却される。次に、ヘリウムガスはGM冷凍機20の1段冷却ステージ21に設けられた1段冷却器31に流入し、ここで75K程度まで冷却される。この1段冷却器31は、主に第1熱交換器34で生ずる損失を補う。   The high-pressure (1 to 2 MP) helium gas exiting from the compressor 40 of the JT circuit 30 first enters the first heat exchanger 34 and is cooled to about 90K through heat exchange with the returning low-temperature helium gas. Next, the helium gas flows into the first stage cooler 31 provided in the first stage cooling stage 21 of the GM refrigerator 20, and is cooled to about 75K here. The first stage cooler 31 compensates for a loss mainly generated in the first heat exchanger 34.

次に、ヘリウムガスは第2熱交換器35に入り、戻って来る低温のヘリウムガスと熱交換して15K程度まで冷却される。この、GM冷凍機20の2段冷却ステージ22に設けられた2段冷却器32で10K程度まで冷却される。次に、ヘリウムガスは第3熱交換器36に入り、戻って来る低温のヘリウムガスと熱交換して約6Kまで冷却される。   Next, the helium gas enters the second heat exchanger 35 and is cooled to about 15K by exchanging heat with the returning low temperature helium gas. The two-stage cooler 32 provided in the two-stage cooling stage 22 of the GM refrigerator 20 is cooled to about 10K. Next, the helium gas enters the third heat exchanger 36 and is cooled to about 6K by exchanging heat with the returning low-temperature helium gas.

ヘリウムガスは約30Kに逆転温度があり、この温度以下では膨張することにより温度が低下する領域がある。従って、6K程度まで冷却されている高圧のヘリウムガスを、断熱自由膨張で大気圧(0.1MPa)以下まで膨張すると、一部液体になる。どの程度の量が液化するかは、膨張前の温度と圧力及び膨張後の圧力で決まる。   The helium gas has a reversal temperature at about 30 K, and there is a region where the temperature decreases due to expansion below this temperature. Therefore, when the high-pressure helium gas cooled to about 6K is expanded to atmospheric pressure (0.1 MPa) or less by adiabatic free expansion, a part of the gas becomes liquid. The amount of liquefaction depends on the temperature and pressure before expansion and the pressure after expansion.

ヘリウムガスの膨張は、膨張弁であるJTバルブ38を通して行われる。この膨張は断熱自由膨張であるため、膨張弁は単なる絞り弁となっている。膨張後のヘリウムは、負荷冷却器33により凝縮器14を冷やす。   Helium gas is expanded through a JT valve 38 which is an expansion valve. Since this expansion is adiabatic free expansion, the expansion valve is merely a throttle valve. The expanded helium cools the condenser 14 by the load cooler 33.

真空容器12の下部には、細長な筒形状とされた挿入管13が一体的に形成されている。また、挿入管13の先端部には、凝縮器14が設けられている。この真空容器12及び挿入管13は、ステンレスにより形成されている。また、JT回路30の負荷冷却部33は凝縮器14内に配設されており、よって凝縮器14を流れるヘリウムにより凝縮器14は冷却される。   An insertion tube 13 having an elongated cylindrical shape is integrally formed at the lower portion of the vacuum vessel 12. A condenser 14 is provided at the distal end of the insertion tube 13. The vacuum vessel 12 and the insertion tube 13 are made of stainless steel. Further, the load cooling unit 33 of the JT circuit 30 is disposed in the condenser 14, and thus the condenser 14 is cooled by helium flowing through the condenser 14.

また挿入管13及びその先端に配設された凝縮器14は、冷媒槽2の内部に挿入された構成とされている。よって、冷媒槽2内で冷媒4(液体ヘリウム)が蒸発して冷媒ガス5(ヘリウムガス、図中波線の矢印で示す)となった場合、この冷媒ガス5は極低温(例えば、4K)とされた凝縮器14に触れることにより再凝縮して再び冷媒槽2の下部に向け落下する。これにより、冷媒ガス5の冷媒槽2からの漏洩を防止できると共に冷媒4の補給回数の低減を図ることができる。   Further, the insertion tube 13 and the condenser 14 disposed at the tip thereof are configured to be inserted into the refrigerant tank 2. Therefore, when the refrigerant 4 (liquid helium) evaporates in the refrigerant tank 2 to become the refrigerant gas 5 (helium gas, indicated by a wavy arrow in the figure), the refrigerant gas 5 is at a very low temperature (for example, 4K). The condensed condenser 14 is re-condensed by touching and falls again toward the lower part of the refrigerant tank 2. Thereby, the leakage of the refrigerant gas 5 from the refrigerant tank 2 can be prevented and the number of replenishments of the refrigerant 4 can be reduced.

一方、JTバルブ38から流入した液体ヘリウムは、凝縮器14において吸熱することにより再びヘリウムガスとなる。このヘリウムガスは、負荷冷却部33から第3熱交換器36、第2熱交換器35、及び第1熱交換器34を順に流れることにより室温に戻り、そして再び圧縮機40で圧縮される。   On the other hand, the liquid helium flowing in from the JT valve 38 becomes helium gas again by absorbing heat in the condenser 14. The helium gas returns to room temperature by flowing through the third heat exchanger 36, the second heat exchanger 35, and the first heat exchanger 34 in order from the load cooling unit 33, and is compressed by the compressor 40 again.

ここで、第1の真空吸着器10及び第2の真空吸着器11について説明する。第1及び第2の真空吸着器10,11は、本実施形態ではいずれも活性炭を用いている。具体的には、第1の真空吸着器10は、図2に示すように筒形状とされた挿入管13の内壁に活性炭を貼着した構成とされている。また、第2の真空吸着器11は活性炭パネルよりなり、GM冷凍機20の2段冷却部32に配設されている。   Here, the first vacuum suction device 10 and the second vacuum suction device 11 will be described. In the present embodiment, the first and second vacuum adsorbers 10 and 11 both use activated carbon. Specifically, the first vacuum adsorber 10 has a configuration in which activated carbon is adhered to the inner wall of the insertion tube 13 having a cylindrical shape as shown in FIG. The second vacuum adsorber 11 is made of an activated carbon panel, and is disposed in the two-stage cooling unit 32 of the GM refrigerator 20.

第1の真空吸着器10は、主に冷媒槽2内の冷媒4が蒸発することにより発生した冷媒ガス5により冷却が行われる。また、第2の真空吸着器11は、主にGM冷凍機20の2段冷却ステージ22により冷却が行われる。   The first vacuum adsorber 10 is cooled mainly by the refrigerant gas 5 generated by the evaporation of the refrigerant 4 in the refrigerant tank 2. The second vacuum adsorber 11 is cooled mainly by the two-stage cooling stage 22 of the GM refrigerator 20.

このように、第1及び第2の真空吸着器10,11は極低温に冷却されることにより、真空容器12内に存在する残留気体分子を吸着する。これにより、真空容器12の内部の真空度を高めることができ、真空容器12による真空断熱を確実に行うことができる。これにより、冷却装置3の外部から真空容器12内に熱が侵入することを防止でき、冷却装置3の冷却効率は高まり、冷媒ガス5の再凝縮処理を良好に行うことができる。   Thus, the 1st and 2nd vacuum adsorption devices 10 and 11 adsorb | suck the residual gas molecule which exists in the vacuum vessel 12 by being cooled to cryogenic temperature. Thereby, the vacuum degree inside the vacuum vessel 12 can be increased, and the vacuum insulation by the vacuum vessel 12 can be performed reliably. Thereby, heat can be prevented from entering the vacuum vessel 12 from the outside of the cooling device 3, the cooling efficiency of the cooling device 3 is increased, and the recondensing process of the refrigerant gas 5 can be performed satisfactorily.

ここで、本実施形態に係る再凝縮装置1及び冷却装置3において、例えば停電等によりGM冷凍機20が停止したことを想定する。   Here, in the recondensing device 1 and the cooling device 3 according to the present embodiment, it is assumed that the GM refrigerator 20 has stopped due to, for example, a power failure.

GM冷凍機20が停止することにより、GM冷凍機20及びJT回路30による冷却処理は停止する。このため、真空容器12内の温度が上昇し、第2の真空吸着器11に吸着されていた残留気体分子は再び真空容器12内に放出されるため、真空容器12内の真空度が低下することが懸念される。   When the GM refrigerator 20 stops, the cooling process by the GM refrigerator 20 and the JT circuit 30 stops. For this reason, the temperature in the vacuum vessel 12 rises, and the residual gas molecules adsorbed in the second vacuum adsorber 11 are released again into the vacuum vessel 12, so that the degree of vacuum in the vacuum vessel 12 decreases. There is concern.

しかしながら本実施形態では、第1の真空吸着器10が挿入管13に配設された構成とされている。更に、第1の真空吸着器10は挿入管13の先端部分に配設されており、またこの挿入管13の先端部分は冷媒槽2内に挿入された構成とされている。即ち、第1の真空吸着器10は、挿入管13内の冷媒槽2(具体的には冷媒ガス5)と熱交換可能な位置に配設されている。   However, in the present embodiment, the first vacuum suction device 10 is arranged in the insertion tube 13. Further, the first vacuum adsorber 10 is disposed at the distal end portion of the insertion tube 13, and the distal end portion of the insertion tube 13 is inserted into the refrigerant tank 2. That is, the first vacuum adsorber 10 is disposed at a position where heat exchange with the refrigerant tank 2 (specifically, the refrigerant gas 5) in the insertion tube 13 is possible.

よって、第1の真空吸着器10は、冷媒槽2内の冷媒4が蒸発した冷媒ガス5により冷却される。この冷媒ガス5による挿入管13の冷却は、GM冷凍機20及びJT回路30の停止に拘わらず行われる。このため、第2の真空吸着器11に吸着された残留気体分子が第2の真空吸着器11から放出されても、この残留気体分子は第1の真空吸着器10で吸着されるため、真空容器12内の真空度が大きく低下するようなことはない。   Therefore, the first vacuum adsorber 10 is cooled by the refrigerant gas 5 in which the refrigerant 4 in the refrigerant tank 2 is evaporated. The cooling of the insertion tube 13 by the refrigerant gas 5 is performed regardless of whether the GM refrigerator 20 and the JT circuit 30 are stopped. For this reason, even if the residual gas molecules adsorbed by the second vacuum adsorber 11 are released from the second vacuum adsorber 11, the residual gas molecules are adsorbed by the first vacuum adsorber 10, so that the vacuum The degree of vacuum in the container 12 is not greatly reduced.

これにより、停電後再びGM冷凍機20及びJT回路30が起動した際、真空容器12内は高い真空度を維持し、外部からの熱の侵入が抑制された状態を維持しているため、直ちに再凝縮処理を開始することができる。よって、再凝縮装置1が設けられるSQUID装置やSCM装置等の装置に及ぼす影響を殆どなくすことができるため、再凝縮装置1の信頼性を高めることができる。   As a result, when the GM refrigerator 20 and the JT circuit 30 are started again after a power failure, the vacuum vessel 12 maintains a high degree of vacuum and a state in which intrusion of heat from the outside is suppressed. The recondensation process can be started. Therefore, since the influence on devices such as the SQUID device and the SCM device provided with the recondensing device 1 can be almost eliminated, the reliability of the recondensing device 1 can be improved.

尚、本実施形態では真空吸着器を真空容器12内に2つ設けた構成(第1の真空吸着器10と第2の真空吸着器11とを設けた構成)とした。しかしながら、第2の真空吸着器11は必ずしも設ける必要はなく、第1の真空吸着器10のみでも本願発明の効果を実現しうるものである。   In this embodiment, a configuration in which two vacuum suction devices are provided in the vacuum container 12 (a configuration in which the first vacuum suction device 10 and the second vacuum suction device 11 are provided) is adopted. However, the second vacuum suction device 11 is not necessarily provided, and only the first vacuum suction device 10 can realize the effect of the present invention.

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be modified and changed.

1 再凝縮装置
2 冷媒槽
3 冷却装置
4 冷媒
5 冷媒ガス
6 冷媒用真空室
10 第1の真空吸着器
11 第2の真空吸着器
12 真空容器
13 挿入管
14 凝縮器
18 GM冷却機用圧縮機
20 GM冷凍機
21 1段冷却ステージ
22 2段冷却ステージ
23 1段シリンダ
24 2段シリンダ
30 JT回路
31 1段冷却部
32 2段冷却部
33 負荷冷却部
34 第1熱交換器
35 第2熱交換器
36 第3熱交換器
38 JTバルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Recondensing device 2 Refrigerant tank 3 Cooling device 4 Refrigerant 5 Refrigerant gas 6 Refrigerant vacuum chamber 10 First vacuum adsorber 11 Second vacuum adsorber 12 Vacuum vessel 13 Insertion tube 14 Condenser 18 GM compressor 20 GM refrigerator 21 1st stage cooling stage 22 2nd stage cooling stage 23 1st stage cylinder 24 2nd stage cylinder 30 JT circuit 31 1st stage cooling part 32 2nd stage cooling part 33 Load cooling part 34 1st heat exchanger 35 2nd heat exchange 36 Third heat exchanger 38 JT valve

Claims (7)

冷媒槽に収納された冷媒が気化した際に再凝縮処理を行う再凝縮装置に取り付けられ、気化した前記冷媒を冷却処理する冷却装置であって、
冷却処理を行う冷凍機と、
前記冷凍機の一部を収納すると共に、前記冷媒槽に熱交換可能な状態で挿入される挿入管を有する真空容器と、
少なくとも前記挿入管内の前記冷媒槽と熱交換可能な位置に、前記真空容器内の気体分子を吸着する真空吸着器を設けたことを特徴とする冷却装置。
A cooling device that is attached to a recondensing device that performs a recondensing process when the refrigerant stored in the refrigerant tank is vaporized, and that cools the vaporized refrigerant,
A refrigerator that performs a cooling process;
A vacuum container having an insertion tube inserted therein in a state in which heat can be exchanged with the refrigerant tank, while storing a part of the refrigerator;
A cooling device characterized in that a vacuum adsorber for adsorbing gas molecules in the vacuum vessel is provided at least at a position where heat exchange with the refrigerant tank in the insertion tube is possible.
前記真空吸着器を前記挿入管の先端部に配設したことを特徴とする請求項1記載の冷却装置。   The cooling device according to claim 1, wherein the vacuum suction device is disposed at a distal end portion of the insertion tube. 前記冷凍機は、蓄冷式冷凍機であることを特徴とする請求項1又は2記載の冷却装置。   The cooling apparatus according to claim 1 or 2, wherein the refrigerator is a regenerative refrigerator. 前記冷凍機は、蓄冷式冷凍機とジュール・トムソン回路を付加した構成であることを特徴とする請求項1又は2記載の冷却装置。   The cooling apparatus according to claim 1 or 2, wherein the refrigerator has a configuration in which a regenerative refrigerator and a Joule-Thomson circuit are added. 前記冷媒はヘリウムであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の冷却装置。   The cooling device according to claim 1, wherein the refrigerant is helium. 前記真空吸着器は、前記挿入管の内壁に配設された活性炭により構成されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の冷却装置。   The cooling apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the vacuum adsorber is made of activated carbon disposed on an inner wall of the insertion tube. 冷媒が収納された冷媒槽と、
該冷媒槽に収納された冷媒が気化した際に、気化した冷媒ガスを冷却することにより再凝縮を行う冷却装置とを有する再凝縮装置であって、
前記冷却装置が、
冷却処理を行う冷凍機と、
前記冷凍機の一部を収納すると共に、前記冷媒槽に熱交換可能な状態で挿入される挿入管を有する真空容器と、
少なくとも前記挿入管内の前記冷媒槽と熱交換可能な位置に、前記真空容器内の気体分子を吸着する真空吸着器とを有することを特徴とする再凝縮装置。
A refrigerant tank containing a refrigerant;
A recondensing device having a cooling device for recondensing by cooling the vaporized refrigerant gas when the refrigerant stored in the refrigerant tank is vaporized,
The cooling device is
A refrigerator that performs a cooling process;
A vacuum container having an insertion tube inserted therein in a state in which heat can be exchanged with the refrigerant tank, while storing a part of the refrigerator;
A recondensing apparatus comprising a vacuum adsorber that adsorbs gas molecules in the vacuum vessel at least at a position where heat exchange with the refrigerant tank in the insertion tube is possible.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JPH11248280A (en) * 1998-03-05 1999-09-14 Sumitomo Heavy Ind Ltd Cooler for cryopanel
JP3358053B2 (en) * 1998-03-13 2002-12-16 住友重機械工業株式会社 Liquid nitrogen recondenser
JP2001254678A (en) * 2000-03-10 2001-09-21 Sumitomo Heavy Ind Ltd Cryopump
GB0125188D0 (en) * 2001-10-19 2001-12-12 Oxford Magnet Tech A pulse tube refrigerator sleeve
JP4762840B2 (en) * 2006-09-22 2011-08-31 住友重機械工業株式会社 Cylinder of cool storage type refrigerator, cool storage type refrigerator, cryopump equipped with cool storage type refrigerator, recondensing device, superconducting magnet device, and semiconductor detection device

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