JP5869423B2 - 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
この極低温容器は、外部真空容器内に収められ、また、外部真空容器と極低温容器との間の空間が真空にされて、効果的な断熱(熱絶縁)をもたらす。この装置の予冷は、液体極低温冷却剤を極低温容器に単に追加することにより行われて、液体極低温冷却剤を蒸発させる。このような方法は効果的ではあるが、いくつかの欠点を持っている。
従来技術の予冷構成は、例えば、下記特許文献1〜4に記載されている。
また、極低温容器内の極低温に冷却される装置を、冷却された熱伝達用流体によって予冷する方法であって、サーキュレータにより、前記冷却された熱伝達用流体を加圧し、閉ループ冷却回路に、前記加圧冷却された熱伝達用流体を通流させて、前記熱伝達用流体を前記閉ループ冷却回路中を循環させるステップと、前記閉ループ冷却回路と熱接触している熱抽出装置の使用によって、前記熱伝達用流体から熱を抽出して前記熱伝達用流体を冷却するステップと、前記熱伝達用流体が、前記極低温容器の内部空間に流入し、かつ前記内部空間から流出するステップとを含み、さらに、当初、前記極低温に冷却される装置が、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、前記熱伝達用流体を極低温冷却剤が有する冷熱を利用して受動的に極低温に冷却する冷凍機(以下、パッシブ極低温冷凍機という。)であって、前記犠牲極低温冷却剤を用いたパッシブ極低温冷凍機によって前記熱伝達用流体の冷却を行い、次に、前記熱伝達用流体を冷凍サイクルを用いて能動的に極低温に冷却する冷凍機であるアクティブ極低温冷凍機を用いて、さらに前記熱伝達用流体の冷却を行って、所望の予冷温度まで冷却し続けるステップを含むことを特徴とする(請求項8)。
20Kの温度での動作では、凍結窒素が適していることがわかっている。80Kの温度での動作では、水氷が効果的であることがわかっている。以上の材料は両方とも、豊富で、安価で、しかも公害を起こさないものである。
よって、第2の冷却ループの熱伝達能力は、第1の閉ループ冷却回路の熱伝達能力よりも向上し、それにより、熱交換器42の冷却速度、したがって、マグネットまたは他の機器の冷却速度も速くすることができる。
Claims (11)
- 極低温容器(26)内に収容されている極低温に冷却される装置(20)を、冷却された熱伝達用流体によって予冷する装置であって、前記冷却された熱伝達用流体を有する閉ループ冷却回路(30)と、前記冷却された熱伝達用流体を加圧し、この加圧冷却された熱伝達用流体を前記閉ループ冷却回路中を循環させ、前記極低温容器(26)の内部空間に流入させ、かつ内部空間から流出させるサーキュレータ(32)と、前記熱伝達用流体から熱を抽出して前記熱伝達用流体を冷却するように構成された熱抽出装置(34)とを備え、前記熱抽出装置は、前記熱伝達用流体を冷凍サイクルを用いて能動的に極低温に冷却する冷凍機(以下、アクティブ極低温冷凍機という。)(44)と、極低温冷却剤が有する冷熱を利用して前記熱伝達用流体を受動的に極低温に冷却する冷凍機(以下、パッシブ極低温冷凍機という。)(46)とを備え、前記極低温に冷却される装置(20)が第1の温度に冷えるまで、前記熱伝達用流体の冷却が前記パッシブ極低温冷凍機によって行われ、さらに、前記熱伝達用流体の冷却を、前記アクティブ極低温冷凍機に切り替えて行うことにより、前記熱伝達用流体をさらに冷却して、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、前記極低温に冷却される装置(20)を冷却し続けるようにしたことを特徴とする装置。
- サーキュレータ(32)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。
- 前記熱抽出装置におけるアクティブ極低温冷凍機は、前記冷凍サイクルにおける圧縮過程または膨張過程のために圧縮機または膨張タービンを用いる極低温冷凍機(以下、外部メカニカル・アクティブ極低温冷凍機という。)であることを特徴とする請求項1または2に記載の装置。
- 前記熱抽出装置におけるパッシブ極低温冷凍機は、極低温冷却剤タンク内の貯留極低温冷却剤と熱接触した状態に配設した前記閉ループ冷却回路の熱交換管を介して、前記閉ループ冷却回路内の前記熱伝達用流体を、前記貯留極低温冷却剤により冷却する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または2に記載の装置。
- 前記貯留極低温冷却剤が、複数種の固体極低温冷却剤の中から、前記閉ループ冷却回路の所期の動作温度に応じて選択されたものであることを特徴とする請求項4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4または5に記載の装置。
- 前記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6のいずれか1つに記載の装置。
- 極低温容器(26)内の極低温に冷却される装置を、冷却された熱伝達用流体によって予冷する方法であって、サーキュレータ(32)により、前記冷却された熱伝達用流体を加圧し、閉ループ冷却回路(30)に、前記加圧冷却された熱伝達用流体を通流させて、前記熱伝達用流体を前記閉ループ冷却回路中を循環させるステップと、前記閉ループ冷却回路と熱接触している熱抽出装置(34)の使用によって、前記熱伝達用流体から熱を抽出して前記熱伝達用流体を冷却するステップと、前記熱伝達用流体が、前記極低温容器(26)の内部空間に流入し、かつ前記内部空間から流出するステップとを含み、さらに、当初、前記極低温に冷却される装置(20)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、前記犠牲極低温冷却剤が有する冷熱を利用して前記熱伝達用流体を受動的に極低温に冷却する冷凍機(以下、パッシブ極低温冷凍機という。)であって、前記犠牲極低温冷却剤を用いたパッシブ極低温冷凍機によって前記熱伝達用流体の冷却を行い、次に、前記熱伝達用流体を冷凍サイクルを用いて能動的に極低温に冷却する冷凍機であるアクティブ極低温冷凍機を用いて、さらに前記熱伝達用流体の冷却を行って、所望の予冷温度まで冷却し続けるステップを含むことを特徴とする方法。
- 前記サーキュレータが、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8に記載の方法。
- 前記熱抽出装置が、前記アクティブ極低温冷凍機として、前記冷凍サイクルにおける圧縮過程または膨張過程のために圧縮機または膨張タービンを用いる極低温冷凍機である外部メカニカル・アクティブ極低温冷凍機を含むことを特徴とする請求項8または9に記載の方法。
- 前記パッシブ極低温冷凍機は、極低温冷却剤タンク内の前記犠牲極低温冷却剤と熱接触した状態に配設した前記閉ループ冷却回路の熱交換管を介して、前記閉ループ冷却回路内の前記熱伝達用流体を、前記犠牲極低温冷却剤により冷却するパッシブ極低温冷凍機であることを特徴とする請求項8または9に記載の方法。
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