JPH02502665A

JPH02502665A - 遠隔低温箱付極低温再凝縮器

Info

Publication number: JPH02502665A
Application number: JP63502610A
Authority: JP
Inventors: バートレット，アレン，ジェイ．; アンディーン，ブルース，アール．; レサード，フィリップ，エイ．
Original assignee: ヘリックス　テクノロジー　コーポレーション
Priority date: 1987-01-20
Filing date: 1988-01-19
Publication date: 1990-08-23
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: JP2580026B2; US4766741A; WO1988005519A2; EP0423110A1; CA1285781C

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】遠隔低温鞘付極低温　凝縮発明の背景超伝導コンピュータ及び磁気共鳴作像システムの超伝導磁石のような今日の幾つかの超伝導装置は連続冷凍のために備品の液化寒剤（即ちヘリウム）を使用する。液体寒剤のクリオスタット即ち真空ジャケット付溜めが超伝導率を達成すべく装置を冷却するために使用される。

装置が使用されるにつれて、熱が発生され且つ備品の液体寒剤はボイルオフする。移動式の磁気共鳴作像システムの場合には、各走行行程毎に装置を消磁することが必要である。消磁過程は更に数リットルの寒剤をボイルオフさせる。液体寒剤の備品を維持し且つ補充するために、気体寒剤の連続供給がなされ、液化され且つ液体備品中へ導入されねばならず、又はボイルオフを液体備品中へ再凝縮させる装置が備えられねばならない。

再凝縮への１つのアプローチは、排出気体を集めること及び寒剤を再凝縮づるクリオスタットの外側の冷凍装置へそれを向けることであった。液体寒剤はクリオスラット中へ再導入される。しかしながら、低温度を維持しながら液体寒剤をクリオスタットへ戻すことに問題が生別のアプローチは、冷凍機をクリオスタットの接近口部又は首部に直接に配置することであった。そのような冷凍機は米国特許第４，２２３，５４０＠及び同第４゜４８４．４５８号に開示されている。各米国特許はジュール−トムソン熱交＊ａと関連したディスプレーサ−エキスパンダ冷凍機を開示している。冷凍機はクリオスタットの熱シールドを冷却するため及び寒剤のボイルオフを再凝縮するために少なくとも１つの接近１口部に配置さる。米国特許第４，４８４．４５８号は熱交換器中の熱勾配を冷凍機の熱勾配に合せて冷凍機の使用時のクリオスグツト中の熱損失を最小限にする。

１ｉＷ又は冷凍機をクリオスタットのハウジング内に配置したとき、冷凍機を点検しなければならないならば、冷凍機を取外す装置を設けることは必要となる。

しかしながら、そのような取外しによって、液体寒剤のｉ品を周囲状態へ露呈すること及び寒剤のボイルオフを遠方まで広げる熱侵入を許すことの危険がある。

この取外し問題を解決するための１つの方法はクリオスタットを特別に設計することである。しかしながら、そのようなりリオスタットのための冷凍機は典型的には比較的高い熱伝達損失を有し且つクリオスタットは大きいｆＡ！！！ｉ面積を有する。米国特許第４．２２３，５４０号は、液体寒剤への熱の漏れを遮断するため及び寒剤のボイルオフを再凝縮するために数段階の冷凍を有する閉サイクル冷凍機を開示している。クリオスタットは超伝導装置の連続運転中に冷凍機の取外し、修理及び交換に適合される。しかしながら、それぞれの異なる超伝導装置のためにそのようなりリオスタットを設計することはコストが高く且つ非実際的である。

従来技術のクリオスタット冷凍機での別の問題は、今日の装置のより小さい接近口部と比較して冷凍機によつボイルオフの促進を阻止するために作られている。

特に、磁気共鳴作像システムの場合に、接近口部は直径約２５．４ａｍ（１インチ）であり、それは従来技術のどの冷凍機よりもはるかに小さい直径である。

別のアブローヂにおいて、外部源のヘリウム気体を液体状態に凝縮すること、液体ヘリウムをボイルオフとの熱交換中に伝達ラインを通してクリオスグツト中へ伝達すること及びそれによりボイルオフを再凝縮してクリオスグツト中に収容される液体寒剤を補充することが提案されている。

発明の概要液体ヘリウムの標準沸点は１大気圧力において約４．２にである。クリオスグツト中に収容された液体ヘリウムのボイルオフを凝縮するべく約４．５に以下で冷凍を行うために、本発明はヘリウム気体の流れを冷却し且つ膨張させてヘリウム液体及び気体の低温低圧力混合物を作り、且つ該混合物をボイルオフを熱交換関係におく。ヘリウム気体の流れは機械式冷凍機を含む手段によって予冷却される。予冷却された気体は次にクリオスタットから遠方にある冷却Ｈｉ＆からの伝達ラインを通してクリオスタットへ運ばれる。クリオスグツト中の伝達ラインの端はジュール−トムソン（ＪＴ）弁を有し、それを通して予冷却された気体は膨張されてヘリウム液体及び気体の低温低圧力混合物を作る。該混合物はボイルオフと熱交換関係で通される。

一す式のものである。本発明の一観点によれば、冷！！ｌｉ誼は中程度の温度におけるクリオスタットの外側に配置された別のＪＴ弁を含む。該ＪＴ弁は予冷却されたヘリウム気体を中程度の圧力の気体まで膨張させ、クリオスグツト中の伝達ラインの端にある最終ＪＴ弁での膨張のより高い熱力学的効率を可能にする。

本発明の別の観点によれば、クリオスグツト中に配置された伝達ラインは、外方表面にまくれを有する外方管と、外方管内に同軸状に配置された内方管とを與４Ｊｌ＠する。

まくれは外方管と一体であり且つ外方表面への一連の半径方向及び円周方向の切込みによって形成されて突出面ラインをＭＲＩ冷却浴及び類似物の小さい接近口部を通して嵌合させる。制限された口部面積を通して閉じ込められた面積のクリオスタットへの接近を可能にする伝達ラインの小さい外径によって及びクリオスタットから遠方の機械式冷凍機によって、クリＡスタットへの及びクリオスグツト中のボイルオフへの熱侵入は最小限にされらない唯一の部分であり、遠隔の機械式冷凍機及び冷却Ｈｉ＆は殆どどのシステムにも適合し得る。

伝達ライン自体は同軸状の予冷却熱交換器として作用し且つ最終のＪＴ弁及び同軸状の再凝縮熱交換器を支持する。伝達ラインは外方管内に同軸状に配置された内方管によって形成された中心チャネル及び外方チャネルの間に低温気体を通す。好適な実施例では、膨張され且つ冷却された気体は内方管の中心チャネルを通して伝達ラインのクリオスタット端へ伝達され且つ外方及び内方管の間の外方チャネルを通して逆方向へ伝達される。

図面の簡単な説明本発明の前述の及び他の目的、特徴及び利益は添付図面に例示する本発明の好適な実施例の以下のより詳細な説明から明らかになり、図面において向様な参照符号は異なる図面全体を通して同じ部分を示す。図面は必ずしも一定の尺度でなく、その代わり強調は本発明の原理を例示することにおかれている。

第１図は本発明を具現化し且つ再凝縮が起こるクリオスタットから遠方の冷却装置を有する再凝縮器の概略図である。

第２図は典型的なシステムサイクルを例示するヘリウムの温度−エントロピー線図である。

第３図は本発明を具現化する伝達ライン、ＪＴ弁及び再凝縮熱交換器の一部値断側面図である。

第４図は第３図のＪＴ弁のｍＡ−Ａで切った長手方向断面図である。

第５図は第３図の熱交換器の長手方向断面図である。

第６図は第３図の熱交換器の横断面図である。

好適な一施例の説明出願人は、クリＡスタットに冷凍を生じるため、且つより詳しくは第１図に示すＭＨＩシスｊム９の磁石７のための真空ジャケット付りリオスタット５９中に保持される液体寒剤の浴からのボイルオフを再凝縮するように冷凍を生じるために二段階冷却及び膨張Ｉｉｉ渦を利用する。

そのようなシステムでは、環状に形成されたｔａ造１０は液体寒剤の浴中に超伝導！’（ｉ７を保持する真空ジャケット付りリオスタット５９を収める。ＭＲＩシステム９によって調べられる主体（人）は環状ｔＡ造１ｏの中心に置かれる。

ＭＨＩシステム９が使用される時、磁石７はグリオスタット５９中に保、持された液体寒剤の浴中で過冷却される。ＭＨＩシステム９の使用中に発生される熱放射はクリオスタット５９を取囲む液体窒素の浴によって吸収される。

使用との間の区別を明瞭にするために、次の定義が用いられる。「クリオスタット」は寒剤が単なる貯蔵以外に成る目的のために利用される液体寒剤保持器である。

「ジュア−」は内容物を単に貯ｊＩするための容器である。

本発明を具現化するクリオスラット中で寒剤を再冷凍し且つ再凝縮するための装置が第１図に示される。成る体積の作業気体（即ちヘリウム）が段階付圧縮機の１つに入り、そこで気体は約１気圧から約６気圧まで圧縮される。圧縮された気体は約２０気圧の高圧力の気体を発生する圧縮機２３を通して実質的に圧縮される。高圧力気体は圧縮機２３から冷却装置２５へ流れる。冷却装置２５内で、気体は熱交換器３１．４７．３３．４９及び３５を通して約１０度ケルビンの温度まで冷却される。

熱交換器３１．３３及び３５は向流式熱交換器であり、且つ交換器４７及び４つは機械式冷凍機５７によって冷却される。冷却された気体は次に８．５度ケルビンの温度及び約６気圧の圧力までＪＴ弁５８を通して膨張される。膨張された気体は約５ｒ！Ｊ、ケルビンの温度まで熱交換器３７を通して冷却される。気体は次に１０１輪状熱交換番伝達ライン６１によって冷却８Ｍ２５からクリオスタット５９まで運ばれ、そこでボイルオフの再冷凍及び再凝縮が起こる。伝達ライン６１は更に向流熱交換を生じ且つ更に気体を冷却する。第２のＪＴ弁４１がグリオスタット５９中に配置された伝達ラインの低温端４５に配Ｗされる。気体はＪＴ弁４１を通して約５度ケルビンにおける６気圧から約４．２１１ケルビンにおける約１気圧まで膨張され、その点においてヘリウム気体は液体−気体混合物に変化する。伝達ライン６１の低温＄ｉ４５中で形成された液体−気体混合物は再凝縮熱交換器５０中のクリオスタット５９の内容物と熱交換関係にある。混合物はボイルオフから熱を吸収し且つボイルオフをグリオスタット５９中へ凝縮する。このため、低温端４５はクリオスラット５９内に必要な冷凍を提供する。低温度気体は次に伝達ライン６１を通り、冷却装置２５の熱交換器を通って圧縮ｖａ１９へ再循環される。

この実施例の温良エントロピーＩ１図が第２図に示される。第２図に実線で示すように、出願人は約２０気圧に圧縮されたヘリウム気体を冷Ｉ［１１ることから始める。気体は熱交換器３１ａ、４７．３３ａ、４９及び３５ａを通して約１０度ケルビンまで冷却され、且つ９度ケルビンよりちょっと低く約６気圧の圧力まで第１のＪＴ弁５８を通して一定のエンタルピーで膨張される。気体は次に熱交換器３７ｂ及び伝達ライン６１を通して約６気圧の一定圧力線に沿って約５度ケルビンまで冷却され、そこで気体は第２のＪＴ弁４１を通して一定のエンタルピーで膨張される。この時気体は約４．２度ケルビンで約１気圧まで膨張され、それは約２対１の比の液体気体混合物を生ずる。

この高い液体対気体比は４．２度ケルビンにおいて及び１気圧の圧力で良好な冷凍を行う。ｌ！ｌｊち、形成された高い液体含有量のために、比較的大量の熱が吸収されることができ、液体−気体淀合物が１気圧線に沿って温度を増加することがない。

ヘリウム気体は、より低い圧力への一定のエンタルピーでの気体の膨張が液体− 気体相に達する前に、約１０度ケルビン又はそれ以ｆの温度まで冷却されねばならないことは理解される。膨張の同じ開始温度を仮定すると、より低い圧力までの等エンタルピー膨張の際にかなり大きい液体対気体の比に達するために高い圧力での前記冷却及び膨張を開始することは典型的には好ましい。しかしながら、約４．６度ケルビンの温度にお【プるそのような畠い圧力での一段階の等エンタルピー膨張中に、ヘリウム気体は第２図に破線で示に相段階に達する前に温度を増加する。クリオスタット５９の内容物はそのような温度の増加又は減少に非常に敏感である。このため、クリオスタット内での膨張中に温度増加を最小限にすることは重要である。より低い圧力レベルにおいて及び４．６度ケルビンとほぼ同じ温度で等エンタルピー膨張を開始することはシステムの熱力学的効率を増加するが、高圧力差においてより容易に作動する熱交換器に機械的困難を生ずる。

それ政、高圧力から膨張の高い液体対気体比を臀るため及び更に膨張中に気体の温度増加を最小限にするために、出願人は異なる一定圧力及び一定エンタルピー線に沿って二段階で冷却し且つ膨張させる。第２図の線図によって示すように、実線に沿う二段階膨張中の温度増加の全体量は、破線に沿う約４．６度ケルビンにおける約２０気圧から約４．２ケルビンにおける１気圧までの単一の膨張中に起こった増加量よりもはるかに少ない。このように、二段階での冷却及び膨張は膨張中の温度増加を最小限にし且つ更にシステムの熱交換器に適当に＾い圧力差を提供する。

更に、ヘリウムが膨張される第２図の線図の二相領域の左へ行く程、形成される液体対気体比は益々大きくなる。第２図に示すように、実線は二相領域を破線の左へ伸ばし、このためより大きな液体気体比が２０気圧から単一の膨張によるよりも二段階［ｉｉ張によって得られる。

更に、段階付冷却及び膨張は、膨張中に高く開始）圧力気体と低（最終）圧力気体との間の温良差である妥当な温度ピンチを提供する。

典型的には、より低い圧力への膨張及びそれによる冷Ｈ）は寒剤の流れ経路中の配管を減らすことによって行われていた。本システムでは、非常に少ない配管は含まれる小さい物質流及び小さい流ａのために既に使用されている。そのような配管の減少は不可能であり、そのため本発明の段階付冷却及び等エントロピー膨張は２つのＪＴ弁によって行われる。

段階付圧縮機１つ及び２３はモジュール方式の独立に作動する回転圧縮機である。圧縮ｌ！１９は作業ヘリウム気体の体積に対する第１復階の圧縮を行う。気体は約１気圧にあるライン９１によって圧縮１１９へ入る。圧縮機１９は約６対１の圧縮を加え、且つ気体はライン２１を通して圧縮機１９から出る。ライン２１中の気体は機械式冷凍機５７からの約６気圧の圧力にあるライン１５の到来気体によって合流される。合流された気体は段階付圧縮の第２段階である圧縮１１２３へ流れる。気体は約３対１の圧縮を受（プて約２０気圧の圧力を生ずる。高圧力気体は圧縮１２３から出でジイン１１及び１３を流れる。ライン１３は貯蔵タンク６９へ通じ且つライン１１中の圧力を弁６７によって一定に保つ。即ち、弁６７は開閉してその量の圧縮された気体を貯蔵器６９へ流し、それにより残りの気体は約２０１．圧の一定圧力でライン１１を流れる。同様に、弁７１は調整器の制御により開閉してその量の気体を貯蔵器６９からライン９１へ流し、それによりライン９１を流れる気体は約１気圧で且つ周囲温度にある。ｌＬｉ１様な弁７３はライン１５中の圧力を約６気圧に一定に保つ。

好適な実施例において、段階付圧縮ｍ１９及び２３はＣＴＩ　　Ｅ８０９６０２４モジュールである。段階付圧縮機１９及び２３の相互連結配管、圧力制御ｌ講整器及び貯蔵タンク６９は基板に収められる。別個のモジュールは含まれるエレクトロニクス及び吸着器を収める。別個のモジュール及び圧ｔａ８！モジュールはモジュールを一緒に結ぶ基板を共有する。

圧縮された気体はライン１１によって冷却装置２５へ供給され且つ調整器弁７５によってυ＋１１１１される。調整器弁７５は熱交換器ライン３１ａへの気体の流れを制御し且つそれによりその気体の圧力を制御する。気体が第２図の冷却及び膨張機構のために約２０気圧の圧力で熱交換器３１へ入ることは好ましい。しかしながら、システムを別の組の冷却及び膨張圧力及び温度で作動することは司能である。弁７５はシステムの冷凍能力の制御を行う。下側圧力はシステムの温度を決定する。もし能力が弁７５によって減少されて流れを減らすならば、一定の低圧力気体はシステムを通して流れるであろう。流量にかかわりなく一定の圧力降下を生ずるＪＴ弁５８及び４１のために、戻り気体は実質的に減少された圧力にあり、それに対して弁７１は貯蔵器６９からの高圧力気体を抽気することによって応答し、ライン９１中を戻る気体の圧力及びそのため温度を維持りる。

典型的には、調節可能なＪＴ弁が従来技術のシステムの能力を制御するために使用される。そのような弁は本発明に含まれる小さい作動領域への助けにならない。その結果として、出願人は下側圧力及び温度をＭ持するためにバイパス片７１の助けを伴う温端弁７５によってシステム能力を制ｔＩｌｌ″ｇる。更に、弁７５は制御された圧力時Ｆを流れに誘起することによる冷謙礪５７の周期的流れによって生じる脈動を減衰する。

気体が冷却装置２５へ入ると、それは熱交換器３３゜３５及び３７のような向流式交換器である熱交！ｌｉＩ器３１によって冷却される。ライン３１ａ、３３ａ、２５ａ及び３７ａを流れる高圧力気体からの熱は、ライン３１ｂ。

３３ｂ、３５ｂ及び３７ｂを通って流出する低圧力の冷却器気体によって吸収される。これは流入する作業気体を熱交換器３１において約７７１ｆケルビンまで冷却し、熱交換器３３において約１５度ケルビンまで冷却し、熱交換器３５において約８〜１０度ケルビンまで冷却し、且つ熱交換器３７後約５度ケルビンまで冷却する。

冷凍機５７は熱交換器３１及び３５の間に配置され且つ冷凍機−ディスプレーサ形式のものである。好適な実施例では、ギフオード−マクマホンサイクルが使用される。該サイクルはうイン１１からとられる圧縮された気体を弁７ｏを通して膨張することによって冷却する。気体は最初に低温フィンガハウジング１４中のディスプレーサ内の再生式熱交換器で冷却される。再生マトリックスは一方向へ流れる気体から熱を吸収する。気体は次に弁６５が開かれる時に膨張され且つこのため更に冷却される。再生器中に蓄えられた熱は次に膨張された気体が再生器を通って移動する時にそれへ伝達される。機械式冷凍機５７の第１の段階は熱交換器４７中のＪＴ流れ経路中の作業気体を約７７〜８０度ケルビンまで冷却する。

熱交換器３３は冷凍機５７の第１及び第２の段階の聞のＪＴ流れ経路の作業気体を更に冷却する。第２の段階は作業気体を熱交換器４９中で約１０〜２０度ケルビンまで冷却する。

炭素吸着器４３及び５３は冷凍機５７による冷却の前に作業気体を純化する。これは作業気体で運ばれる汚染物及び細片によるＪＴ弁の誌まりを防止する。ＪＴ弁５８及び４１への流れ面積は作業気体の低物質流、高圧力及び低温度のために非常に小さい寸法に設定される。このため、作業気体中の細片は潜在的な詰まり問題を提供する。好適な実施例では、ＪＴ弁５８及び４１は、ＪＰＬＩｎｖｅｎｔｉｏｎ　Ｒｅｐｏｒｔ　ＮＰＬ−１６５４６／６０４８からの１９８６年５月／り月ＮＡＳＡ　ＴＦＣＨＢＲＩＥＦ　、　１０巻、３号、＃８項目のはね負荷ジュール−トムソン弁の技術的支持パッケージに開示され且つここに組入れられるような自己緩和形式のものである。これらのばね負荷ジュール−トムソン弁では、圧力降下は第４図に示すようにステンレス鋼ボール８９を座８７に対して押付けるばね７７によって調整される。鋼ボール８９は上流圧力の力がばね７７の力を超える時に座８７から離れて持上げられる。ねじ９５がばね張力を１■る。

圧力降下は、ヘリウムｉｔにかかわりなく且つ気体によって弁中へ運ばれた汚染物にかかわりなくほぼ一定のままである。流量の増加はボール８９を更に持上げるだ（ブであり、圧力降下に影響しない。

ボール８９又は座８７の上に凍った汚染物はボール８９を僅かに更に持上げ、且つ一定オリフイスのＪＴ弁におけるように弁を永久的に詰まらせない。

作業気体は、ＪＴ弁５８を通してＷ張される前に、ライン３５ａを通して熱交換器３５によって約１０度ケルビンまで更に冷却される。ＪＴ弁５８を通しての膨張は約８．５度ケルビンにおける約６気圧の圧力の作業気体を発生する。冷却された中程度の圧力の作業気体は次に熱交換器３７で更に冷却される。作業気体は冷却装置２５から流れる前に再度純化される。炭素吸着Δ６３は吸着器４３及び５３と同様である。この点で、作業体積の気体は６気圧で約５度ケルビンである。

冷却装Ｍ２５は真空室を形成プる低伝導性ステンレス鋼シリンダ１６の内側に真空で収められる。シリンダ１６は約３００度クルビンの温度にあるシリンダの外方周囲からの熱絶縁を提供する。冷却装置２５は約１０−１〜１０　’Ｔｏｒｒまで凡そ減圧ポンプ作用されて真空を形成する。木炭吸着剤１７が熱交換器コイル４７及び４９の上に設けられて極低温ポンプ作用表面を生じ、高絶縁真空を酊能にする。機械式冷凍機はこのため絶縁真空を発生し且つ維持する追加の作用をする。

第３図に示すように、熱交換器伝達ライン６１はコネクタ片２７によって冷却ＩＡＭ２５へ取付けられる。伝達ライン６１のコネクタ片２７の外側表面は約３００度ケルビンである。片２７から延びる配管８１は外方伝達管３９中に同軸状に配置された内方伝達管２９を収める。

内方伝達管２９は＠石器６３から延びるラインの延長部として作用し且つナツト９７によってラインへ鎖錠される。外方伝達管３９は戻りラインであり、且つライン３７ｂへマニホルド７９において連結される。同軸状の伝達管は第２のＪ１弁４１中での膨張に先立つ！＆柊の自流熱交換を提供する。内方伝達管２９は約４．７６＃１１（３／１６インチ〉の外径を有し且つ外方管３９は約９、５２ａｍ　（３／８インチ）の外径を有する。両方の管はステンレス鋼からなる。アルミニウム処理されたマイラーからなる多層放射シールド５１は外方伝達管３９の周りに包まれて周囲からの熱の漏れを防止する。

配管８１は約３８．１ａｍ（１，５インチ）の外径を有し且つ内方管２９及び外方管３９を真空中に収める。ナイロンのスペーサ１８３が管８１を通して配置されて伝達管を支持する。ベロー９３は伝達ライン６１の低温端４５を主体のグリオスタット５９中に配置する時に機械的整合を許す。エルボ８３はハウジング管８１を配管遷移部８５へ連結する約９０ｒ！１．彎曲を提供する。外方管３９及び内方管２９はエルボ８３内に対応プるエルボを有する。伝達ライン６１は伯のクリオスタットのために他の形状を有することができ、その場合他の度数のエルボ及びベロー及び類似物が機械的整合を助けるために使用される。

「Ｊ」形状のベンドの周りで、配管遷移部８５は長さ約３８１　ａｅ　（１５インチ）の薄い弱伝導性ステンレス鋼の外方配管１５８中へ延びる。これはコネクタ端における３００度ケルビンから低温クリオスタット端４５における約４．２度ケルビンまでの外方表面温度の遷移を可能にする。配管１５８は同軸状伝達管２９及び３つのための真空ハウジングの延長部を提供する。

第４図に示ずように、ＪＴ弁４１へ通じる外方伝達管３９の端は連結管１０７中へ嵌合された配管径違い継手１０５によって適合される。、連結管１０７内で、内方伝達管２９の端はＪＴ弁４１へ連結される。

ＪＴ弁４１は配管１５８の低温端においてグリオスタット５９中に配置される。

この位置は、従来技術におけるような低圧力におけるＪＴ弁を通る膨張の際に形成される液体−気体混合物を伝達することに関連した問題を最小限にする。更に、システムの熱力学的効率は再凝縮熱交換き５０により近い低温作業気体をｉ張するＪＴ弁４１によって高められ、それにより膨張された気体は低温端４５への流れと関連したより暖かい温度又は圧力降下の戻り気体によって作用されない。

伝達ライン６１自体は同軸状熱交換器として作用する。

それはグリオスタット５９中の第２のＪＴ弁４１に先立つ最終の予冷却を生じ、そこで作業気体４１の最終膨張は内方管５５中に低温液体−気体混合物を生ずる。

第５図及び第６図に示すように、伝達ライン６１の低温端４５は外方管１２内に同軸状に配置された内方管５５で形成された再凝縮熱交換器構造５０を具備する。両管５５及び１２の内方壁は半径方向内方へ突出するフインを具備する。フィンは流れチャネルを画成し且つ管を流れる寒剤への熱伝達を助ける。好適な実施例では、外方管１２は約１４個のフィン１０１を有し、且っ管１２は内方管５５の周りにプレスばめされ、それによりフィン１０１は内方管５５と機械的接触状態にある。これは外方管１２から内方管５５へ及びチャネル１０３中を流れるヘリウムへの熱の伝達を向上する。

端キャップ８０が管１２の低温端において外方管１２を栓をする。このため、作業気体及び液体混合物はクリオスタットの寒剤と連通するのを明止され且つ内方管５５から外方管１２中のチャネル１０３へ伝達される。同軸状管５５及び１２中の作業気体及び液体混合物は熱をクリオスラット中の寒剤ボイルオフから外方管１２、フィン１０１及び端キャップ８０を通して吸収する。

ＪＴ弁４１及び端キャップ８０の間で、外方管１２は外方管１２の外方表面から形成されたまくれ９９を具備する。外方管１２の外方表面は管の表面から材料の縁を離れる方へ持上げるように半径方向へ削られる。これらの削られた縁は次に線条と呼ばれる数個のまくれに円周方向へ切られる。そのような線条の１つの形式はペンシルバニア州ヨークのヒートロン社によって予成形される。

好適な実施例では、外方管１２はキャップ端８ｏにおいて一ターン当り約２６１１１Ｊの線条を有し、ターン間に約３．１７５ｍｍ（０，１２５インチ）の間隔を有づる。まくれ９９の周りの外方管１２の外径は約２２．８６ａｗ〈０．９インチ）より小さく、それはクリオスタットの狭い口部への接近を回位にする。

寒剤ボイルオフから吸収される熱の１は作業気体（ｔｉｌｌちヘリウム）及び再凝縮熱交換器５０の突出表面領域の熱伝達係数の関数である。ヘリウムは低い熱伝達係数を有し、それはボイルオフをかなり再凝縮するために大きな表面領域を必要とする。外方管１２の線条付表面は従来技術の装置で使用される他の配管より以上に前記表面領域の増加を提供する。腫条付配管は約５つの突出した面積の単位につき表面領域を備える。まくれ９９は凝縮物論が表面を形成し且つそれから滴下する多くの場所を形成する。

好適な実施例では、作業気体は外径的１２．７同（０，５インチ）を有する内方管５５を通して端ギャップ８０へ伝達される。内方管５５及び外方管１２の間に形成された外方チャネル１０３は作業気体を逆方向へ熱交換器３７．３５．３３及び３１の側部ｒｂＪを通してライン９１へ戻す。戻り時に、作業気体は各熱交換器において熱を吸収し且つライン９１を通して出て閉ループシステムを形成づる。

本発明をその好適な実施例と関連して特に図示し且つ説明したが、形及び細部の種々の変更が添付した請求の範囲に規定された本発明の精神及び範囲から逸脱せずになし得ることは当業者に理解されよう。

１潅（０に）

Claims

【特許請求の範囲】

１．貯蔵容器中に保持された寒剤を再凝縮するための極低温再凝縮器であつて、該再凝縮器が、貯蔵容器の外側に配置された機械式冷凍機を具備する冷却配置であつて、該装置が或る量の気体寒剤を予冷却する冷却装置と、冷却装置から通じ且つ貯蔵容器中へ取外し可能に挿入された伝達ラインと、貯蔵容器中で伝達ラインの端にあるＪＴ弁であつて、予冷却された寒剤が冷却装置からＪＴ弁までの伝達ライン中で戻り寒剤と熱交換関係で伝達され且つＪＴ弁を通して膨張されて伝達ラインの端内に液体−気体温合物を形成し、該混合物が貯蔵容器中に保持された寒剤からのボイルオフと熱交換関係にあり、それによりボイルオフが冷却され且つ再凝縮されるＪＴ弁と、戻り寒剤がＪＴ弁へ伝達される寒剤と熱交換関係にあるように伝達ラインを通して冷却装置へ戻される寒剤と、を具備する極低温再凝縮器。
２．前記機械式冷凍機がギフオードーマクマホン冷凍機デイスプレーサ形式のシステムである請求の範囲第１項に記載の極低温再凝縮器。
３．前記冷却装置が、機械式冷凍機によつて冷却された寒剤を受入れ且つ予冷却された気体を膨張させるための別のＪＴ弁を更に含む請求の範囲第２項に記載の極低温再凝縮器。
４．　形成された液体−気体寒剤混合物を受入れ且つ混合物をボイルオフと熱交換関係で通してボイルオフを冷却し且つ再凝縮するためにＪＴ弁へ連結された再縮熱交換器を更に具備する請求の範囲第１項に記載の極低温再凝縮器。
５．ＪＴ弁へ連結された再凝縮熱交換器が外方管内に同軸状に配置された内方管を具備し、形成された液体−気体寒剤混合物が一方の管中でＪＴ弁から伝達され且つボイルオフと熱交換関係で他方の管へ通される請求の範囲第４項に記載の極低温再縮器。
６．伝達ラインが外方管内に同軸状に配置された内方管を具備し、ＪＴ弁によつて膨張される予冷却された寒剤が一方の管中で伝達ラインの端へ伝達され、且つＪＴ弁を通して膨張される予冷却された寒剤が他方の管を通して前記冷却装置へ逆に伝達される請求の範囲第５項に記載の極低温再凝縮器。
７．外方管が寒剤凝縮物を上に形成する複数個のまくれを有する外方表面を具備し、且つ外方管が約２５．４ｍｍ（１インチ）より小さい外径を有する請求の範囲第５項に記載の極低温再縮器。
８．再凝縮熱交換器が約２５．４ｍｍ（１インチ）より小さい外径を有する請求の範囲第４項に記載の極低温再凝縮器。
９．伝達ラインが外方管内に同軸状に配置された内方管を具備し、ＪＴ弁によつて膨張される予冷却された寒剤が一方の管中で伝達ラインの端へ伝達され、且つＪＴ弁を通して膨張される予冷却された寒剤が前記一方の管中の予冷却された寒剤と熱交換関係で他方の管を通して前記冷却装置へ逆に伝達される請求の範囲第１項に記載の極低温再凝縮器。
１０．形成された液体−気体寒剤混合物を受入れ且つ混合物をボイルオフと熱交換関係で通してボイルオフを冷却し且つ再凝縮するためにＪＴ弁へ連結された同軸状再凝縮熱交換器を更に具備する請求の範囲第９項に記載の極低温再凝縮器。
１１．気体寒剤の量がヘリウムである請求の範囲第１項に記載の極低温再凝縮器。
１２．前記冷却装置が前記機械式冷凍機の周りに真空を発生するための木炭吸着剤を更に具備する請求の範囲第１項に記載の極低温再凝縮器。
１３．磁気共嗚作像システムの磁気コイルが冷却されるクリオスタツト中の寒剤の浴を冷却するための装置であつて、該装置が、浴の外側に配置された機械式冷凍機であつて、該冷凍機が或る量の気体寒剤を冷却する機械式冷凍機と、クリオスタツト中へ通じる伝達ラインと、クリオスタツト中の伝達ラインの端にあるＪＴ弁であつて、伝達ラインが予冷却された寒剤を戻り寒剤と熱交換関係で機械式冷凍機からＪＴ弁へ伝達し、予冷却された寒剤がＪＴ弁を通して膨張されてクリオスタツト中の伝達ラインの端に液体及び気体の寒剤混合物を形成し、形成された液体及び気体の混合物が浴からのボイルオフと熱交換関係にあり且つそれにより前記ボイルオフを再凝縮するＪＴ弁とを具備し、寒剤がＪＴ弁へ伝達される予冷却され且つ膨張された寒剤と熱交換関係で伝達ラインを通して機械式冷凍機へ戻される装置。
１４．機械式冷凍機が浴の外側に配置された外部ＪＴ弁と関連し、外部ＪＴ弁が予冷却された寒剤を最初に膨張させ、それにより伝達ラインが予冷却され且つ膨張された寒剤を浴中の伝達ラインの端にあるＪＴ弁へ伝達し、且つ伝達ラインの端にあるＪＴ弁が予冷却され且つ膨張された寒剤を更に膨張させて浴中へ通じる伝達ラインの端内に液体及び気体の寒剤混合物を形成する請求の範囲第１３項に記載の装置。
１５．冷凍機がフオードーマクマホン冷凍機−デイスプレーサ形式のものである請求の範囲第１３項に記載の装置。
１６．伝達ラインが外方管内に同軸状に配置された内方管を具備し、予冷却され且つ膨張された寒剤が内方管中を伝達ラインの浴端にあるＪＴ弁へ伝達され且つ外方管を通して前記機械式冷凍機へ逆に伝達される請求の範囲第１３項に記載の装置。
１７．外方管内に同軸状に配置された内方管を有する再凝縮熱交換器を更に具備し、前記同軸状再凝縮熱交換器が形成された液体及び気体の寒剤混合物を受入れるためにＪＴ弁の端に配置され、ＪＴ弁からの寒剤混合物が内方管によつて受入れられ且つボイルオフと熱交換関係で外方管へ通される請求の範囲第１６項に記載の装置。
１８．同軸状再凝縮熱交換器の外方管が約２５．４ｍｍ（１インチ）より小さい外径を有する請求の範囲第１７項に記載の装置。
１９．気体寒剤の量がヘリウムである請求の範囲第１３項に記載の装置。
２０．前記機械式冷凍機の周りに真空を発生し且つ維持するための木炭吸着剤を更に具備する請求の範囲第１３項に記載の装置。
２１．クリオスタツト中に保持された寒剤の浴からのボイルオフを再凝縮するための装置であつて、クリオスタツトの外側に配置された機械式冷凍機を具備する冷却及び膨張装置であつて、該装置が或る量の作業気体を予冷却し且つ膨張させる装置と、クリオスタツト中へ通じる外方管内に同軸状に配置された内方管を有する同軸状伝達ラインと、クリオスタツト中の同軸状伝達ラインの端にあるＪＴ弁であつて、前記予冷却され且つ膨張された作業気体が同軸状伝達ラインの外方管中を流れる作業機械と熱交換関係で同軸状伝達ラインの内方管を通してＪＴ弁へ伝達され且つＪＴ弁を通して膨張されて液体及び気体の寒剤混合物を形成するＪＴ弁と、外方配管内に同軸状に配置され且つＪＴ弁の端に配置されて形成された液体及び気体の寒剤混合物を受入れるための内方配管を有する同軸状再凝縮熱交換器であつて、形成された寒剤混合物がボイルオフと熱交換関係で内方配管及び外方配管を通過し、それにより前記ボイルオフが再凝縮され且つ前記寒剤が同軸状伝達ラインの外方管を通して冷却及び膨張装置へ戻される同軸状再凝縮熱交換器と、を具備する装置。
２２．同軸状再凝縮熱交換器の外方配管が約２５．４ｍｍ（１インチ）より小さい外径を有し、且つボイルオフが上に再凝縮する複数個のまくれを有する外方表面を具備する請求の範囲第２１項に記載の装置。
２３．同軸状伝達ラインの外方管及び同軸状再凝縮熱交換器の外方配管が約２５．４ｍｍ（１インチ）より小さい外径である請求の範囲第２１項に記載の装置。
２４．寒剤気体を凝縮する方法であつて、圧縮された気体の流れを予冷却すること、中程度の圧力の気体の流れを形成するために予冷却された気体を第１のＪＴ弁を通して膨張させること、中程度の圧力の気体の流れを冷却すること、及び前記第１のＪＴ弁から遠方にあるクリオスタツト中の第２のＪＴ弁を通して冷却された中程度の圧力の気体の流れを膨張させ、第２のＪＴ弁を通しての膨張がクリオスタツト中に収容された或る量の液体寒剤からの寒剤ボイルオフと熱交換関係にある液体及び低圧力気体の低温混合物を形成し且つそれによりボイルオフを再凝縮すること、のステツプからなる寒剤気体の凝縮方法。
２５．予冷却するステツプが冷凍機−デイスプレーサ形式のシステムの機械式冷凍機による請求の範囲第２４項に記載の寒剤気体の凝縮方法。
２６．気体の流れがヘリウムである請求の範囲第２４項に記載の寒剤の凝縮方法。
２７．圧縮された気体の流れを予冷却するための機械式冷凍機と、圧縮された気体の予冷却された流れを予冷却された気体の中程度の圧力の流れまで膨張させるための第１のＪＴ弁と、第１のＪＴ弁及び第２のＪＴ弁の間の中程度の圧力の予冷却された気体を更に冷却し且つ伝達するための熱交換及び伝達配置であつて、第２のＪＴ弁が更に冷却された気体の中程度の圧力の流れを膨張させ、第２のＪＴ弁による前記膨張が中程度の圧力より低い圧力において液体及び気体の低温混合物を形成し、第１及び第２のＪＴ弁が互いに遠隔して配置され、第２のＪＴ弁が貯蔵容器中にあり且つ第１のＪＴ弁が貯蔵容器の外側にある熱交換及び伝達装置と、を具備する凝縮器。
２８．寒剤を凝縮するための熱交換表面であつて、外方管内に同軸状に配置された内方管を有する同軸状熱交換器を具備し、外方管が端の外方表面からの複数個の延長部を有する端を有し、凝縮物が前記延長部に発生し、延長部が約２５．４ｍｍ（１インチ）より小さい外方管の外径を形成し、且つ外方管がその内方壁に沿う複数個の半径方向内方への突出部を有し、該突出部が内方及び外方管を橋絡する熱交換表面。
２９．ジユアー中の寒剤を凝縮するためにジユアー中へ通じる伝達ラインの端に配置された熱交換表面であつて、外方管内に配置された内方管を有する同軸状熱交換器を具備し、前記外方管が外方表面からの複数個の延長部を有し且つ約２５．４ｍｍ（１インチ）より小さい外径を有する熱交換表面。
３０．寒剤を凝縮するための熱交換表面であつて、閉じた端を有し且つ外方表面にまくれを有する外方管と、外方管内に同軸状に配置されて中心及び中間チヤネルを形成する内方管とを具備し、少なくとも１つのチヤネルがヘリウム気体を一方の管を通して一方向へ通し且つ他のチヤネルがヘリウム気体を他方の管を通して反対方向へ通し、ヘリウム気体が凝縮される寒剤と熱交換関係で一方の管から他方の管へ伝達され、まくれが外方管と一体にあり且つ外方管の外方表面中への一連の円周方向及び半径方向の切込みによつて形成された熱交換表面。
３１．前記外方管が約２５．４ｍｍ（１インチ）より小さい外径である請求の範囲第３０項に記載の熱交換表面。