JPH01142367A - 極低温冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は極低温冷却装置に係り、特にＩＯＫ以下まで冷
却可能で広範囲の温度域を利用する極低温試験装置等に
好適な極低温冷却装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は第３図に示すように、真空断熱槽３内に寒
冷発生段５．６を挿入した冷凍機１と。

その寒冷を更に低温に冷却するための熱交換器９ａ、９
ｂ、９ｃ及びジュールトムソン弁ｉｏ（以後Ｊ−Ｔ弁と
称す）を有するＪ−Ｔ回路とから成り、被冷却体２３は
温度が最も低くなるＪ−Ｔ弁１０の後に設けられた試料
台２２に取付けて冷却するようになっていた。ここで、
２は圧縮機ユニット、４はシールド層、１３および１５
は高圧ガス供給ライン、１４は中圧ガス戻りライン、１
６は低圧ガス戻りライン、１９は排％管、３１は真空空
間、３２は真空排気装置である。

通常、この被冷却体２３は、極低温域での特性を調査す
る素子、超電導材などであり、常温から極低温までの任
意の温度における特性を調査するため、試料取付台２２
の温度は温調器３０により設定、制御される。被冷却体
２３はこの場合、ヘリウムガスを用いた極低温冷却装置
によって常温から４．５Ｋまで冷却されるが、試料取付
台２２の温度制御は、最低到達温度４．５Ｋまで冷却し
た後には、冷却運転を継続するための系内の温度バラン
スの関係より、速やかに温度上昇させることは困難であ
る。このため、極低温冷却装置は冷却過程の各温度ポイ
ントで被冷却体２３の特性値を採取するように試験、運
転されていた。

なお、この種の装置として関連するものには、例えば、
特開昭４９−８３０４３号等が挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術に於ては、４．５Ｋまで冷却される被冷却
体の場合しか考慮されておらず、従来の装置は、例えば
２０に、８０になどの中間温度域での特性を採るような
被冷却体の場合においても、Ｊ−Ｔ回゛路を含めた系全
体を冷却することとなり、このため、冷却時間が約１０
時間余り必要となって、日々に試料を取替えて試験する
には、冷却時間が長すぎ、昼夜運転、隔日運転などしか
出来ないと言う問題があった。

本発明の目的は、上記問題点を解決し、日々効率よく試
験できる極低温冷却装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、被冷却体をその特性に応じた温度域に冷却
できるように、試料台をＪ−Ｔ回路の極低温域部と冷凍
機の寒冷発生部との複数の温度レベルの部分に配設する
ことにより、達成される。

〔作　　　用〕

複数の温度レベルの試料台を設けて、取扱う被冷却体の
対象温度域に応じて利用する。すなわち、極低温域以外
の温度域の被冷却体に対しては、冷凍機の寒冷発生段を
そのまま利用することによって、所定の温度域の制御が
容易に効率よく行える。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

真空排気装置３２により排気された真空保冷槽３内には
、寒冷発生用の冷凍機１の寒冷発生段５゜６および、そ
の寒冷を利用してさらに低温を生成するＪ−Ｔ回路が内
蔵されている。このＪ−Ｔ回路は、この場合、３段の熱
交換器９ａないし９ｃ、Ｊ−Ｔ弁１０、バイパス弁１１
およびこれらを連結する配管より成っている。また、冷
凍機ｌは、この場合、８０にレベルの寒冷発生段（以下
第１ステージと称す）５と２０にレベルの寒冷発生段（
以下第２ステージと称す）６とより成っている。

これらの寒冷発生回路には、圧縮機ユニット２によって
約１８ａｔｍ〜２０ａｔｍ程度に圧縮昇圧された。この
場合、高圧のガスヘリウムが高圧ガス供給ライン１３．
１５を介して供給される。この高圧のガスヘリウムは、
冷凍機ｌ内ではガスヘリウムが蓄冷器を介して膨張室に
流れ断熱膨張を繰返して冷却され、Ｊ−Ｔ回路において
は、冷凍機１の第１ステージ５、第２ステージ６で発生
した寒冷熱により冷却されて、第３段熱交換器９ｃおよ
びＪ−Ｔ弁ｌＯでさらに冷却されて、この場合、４．５
Ｋまで温度低下する。冷却されたガスは、この場合、冷
凍機ｌでは約５〜ｆｊ　ａｔｅの中圧に。

またＪ−Ｔ回路では約１　ａｔｍに圧力降下して、中圧
ガス戻りライン１４および低圧ガス戻りライン１６を介
して圧縮機ユニット２内の圧縮機７．８の中間段および
低圧段に戻される。

なおここで、圧縮機ユニット２内に示す１２は中圧タン
クで、２７．２８および３２は弁である。

また、真空排気装置３２に示す１７は、この場合、油拡
散ポンプで、１８は、この場合、油回転ポン。

プで、１９は排気管で、２０．２１および２９は弁であ
る。また、真空断熱層３に示す４はシールド層で、２２
は４．５に温度レベルに設けた試料台で、２５は２０に
レベルの第２ステージ６に設けた試料台で、２６は８０
にレベルの第１ステージ５に設けた試料台で、２３は被
冷却体で、２４は被冷却体２３につながるリード線で、
３１は真空空間である。また、温調器３０は試料台２２
゜２５および２６をそれぞれに温度調整可能になってい
る。

このように構成された装置により、４．５にレベルにま
で冷却する必要のある被冷却体２３は、試料台２２に取
付けて、Ｊ−Ｔ回路の全能力を利用して冷却装置全系を
冷やし、所定の４．５Ｋを得る。

また、被冷却体２３の特性上、温度レベルが４゜５にレ
ベルまで必要でなく、２０に、８０にあるいはその近辺
の温度レベルまで到達すれば良いものにおいては、試料
台２５または２６を用いて被冷却体２３を冷却する。こ
れにより、冷却装置を最初から運転しなおさなくて良い
ので、日々効率良く試験できる。

また、このときにはＪ−７回路は必要なく、冷凍機１の
運転のみで得られる温度域であるため、Ｊ−７回路は冷
凍機１の運転の熱負荷とならないようにし、冷却速度を
向上させる。この運転方法としては次の２とおりがある
。

まず第１の方法は、Ｊ−７回路を冷凍４！１１の熱負荷
とならない程度に冷却するように弁２７，２８を調整、
すなわち、高圧ガス供給ライン１５からの高圧ガス、ヘ
リウムガスを低圧戻りラインに流し、高圧ガス回路１５
からＪ−７回路に流れるガスヘリウムを少なくして供給
し、負荷容量を小さくする。また、バイパス弁１１を介
して直接Ｊ−Ｔ弁ｌＯにガスヘリウムを流すことにより
、さらに負荷を小さくして、冷凍機１を急速に冷却する
方法である。

第２の方法は、弁２８．３２を閉じ、弁２９を開けてＪ
−Ｔ回路内を真空ポンプ１７．１８を用いて排気し、Ｊ
−７回路から冷凍＃１１にかかる熱負荷を排除する方法
である。

これらの方法を構じることによって冷凍機ｌはほとんど
Ｊ−Ｔ回路側からの熱負荷を受けることなく、冷凍機単
体に近い条件で運転できるため、冷却速度は全系を冷却
する場合の数倍向上し、加えて温度制御も容易に、かつ
、効率よく行える。

以上、本−実施例によれば、被冷却体の所要温度レベル
に応じて冷却範囲を調整でき、加えて試料取付台も最適
の温度レベルが利用できる。このため、特に温度レベル
が２０により高い被冷却体に対しては、冷却速度が数倍
に向上すると共に温度制御も容易且つ効率的になり、運
転、試験が日々実施できるようになる。

なお、木−実施例ではＪ−７回路の真空排気を行うとき
、弁２８．３２を締めるようにしているが、第２図に示
すように寒冷発生段５によって冷却された高圧ガスライ
ンを弁３３を介して低圧ガスラインにバイパスさせると
ともに、熱交換器９ｂにつながる高圧ガスラインおよび
低圧ガスラインに弁３４および３５を設け、さらに熱交
換器９ｂ側の低圧ガスラインに弁３６を介して真空排気
装置３２を接続し、弁３４．３５を閉じ、弁３３゜３６
を開けて、熱交換器９ｂ側のＪ−７回路を真空排気し、
シールド槽４を冷却可能にしておく。

これにより、Ｊ−Ｔ回路真空排気時の真空断熱層３内へ
の熱侵入を防止できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、被冷却体を日々効率よく試験できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である極低温冷却装置を示す
構成図、第２図は第１図の装置のＪ−Ｔ回路真空排気の
他の実施例を示す構成図、第３図は従来の装置を示す構
成図である。 ６−−−−−−第２ステージ、９ａ　、　９ｂ　、　９
ｃｍ−−−−一熱交換器、１０−−−−−−Ｊ−Ｔ弁、
１３　、１５−一−−−−高圧ガス供給ライン、１４、
−−−−−一中圧ガス戻りライン、１ｆｌ−−−−−一
低圧ガス戻りライン、２２　、２５　、２８−一−−−
−試料台、２３−−一−−一被冷却体代理人　弁理士　
　小　川　勝　男１．５−１１９、。 オ１図 ／Ｑ−−−−，７−Ｔ弁 ２ｉ２目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空保冷槽内に冷凍機の寒冷発生部と該冷凍機で発
   生した冷熱をさらに極低温域にまで冷却するＪ−Ｔ回路
   とを有し、被冷却体を取付ける試料台を、前記Ｊ−Ｔ回
   路の極低温域部と前記冷凍機の寒冷発生部とに配設した
   ことを特徴とする極低温冷却装置。 ２、前記Ｊ−Ｔ回路に流す冷媒ガス量を調整可能にした
   特許請求の範囲第１項記載の極低温冷却装置。 ３、前記Ｊ−Ｔ回路を真空排気可能にした特許請求の範
   囲第１項記載の極低温冷却装置。