JPH0325253A - ヘリウム冷凍装置 - 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、ヘリウム冷凍装置に関するものである。

〔従来の技術〕

４．４Ｋレベルの極低Ａヘリウムは、超電導装置の冷凍
に用いられるが、一般的に、極低温レベルの熱負荷を少
しでも低減する方が経済的であり、そのため，８０Ｋレ
ベルの熱シールドが設置されることが多い。８０Ｋレベ
ルであれば、より安価な液体窒素が使用できるためであ
る。しかし、大量の放射線にさらされる装置←こおいて
は、放射１ヒされ易い窒素を用いることは危険である。

そのため、ヘリウムを熱シールドの冷媒として用いる必
要がある。

第５図，第６図に、従来例を示す。圧縮機Ｌで圧縮され
たヘリウムガスは、コールドボックセ２に入る。コール
ドボヅスク内の熱交換器において、戻りヘリウムガスお
よび液体窒素８で冷却されたヘリウムガスは、一旦，レ
ールドライン（往）４としてコールドボヅクスを出、低
温移送配管９の中のシールド管１０を冷却し、超電導装
！［１３のシールド板ｌ４を冷却し，低温移送配管９の
シールドラィン（ｔＪ［）　５となり、再び、コールド
ボックスに戻る。そして、熱交換器３で、さらに冷却さ
れ、一部は、膨張機６で膨張し、寒冷を発生し、戻りラ
インとなり圧縮機２に戻る。また、別の一部は、さらに
冷却され、弁７を経て、極低温移送配管９の極低温ライ
ン（往）を通って、超電導装１１３の本体ｌ５の冷却に
用いられ、低温移送配管９の極低潅ライン（復）１２を
通って、再びコールドボックスに戻る。極低温移送管の
中は、例えば、第６図に示すような構造をしており、熱
シールド管ｌＯの内部に極低温ライン１１．１２を配し
て侵入熱の低減を図っている。

なお、この樋の！ｊｋｆｆｉＩは、例えば、アドヴアン
シズ◆イン・クライオジ，ニイック・エンジニアリング
，第３１魯　（１９８６），ＩＢ６３５頁から第６４５
頁（　Ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ　
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏ１、３１　（　１　９８
６）．ＰＰ　６３５−６４５）において論じられている
。

〔発明が解決しようとするｌｌＩｌ１〕上記従来技術は
、熱シールド負荷と、極低温ラィンの制御性に配慮がさ
れておらず、熱シールド負荷と極低温ライン負荷とが互
いに干渉し合うという問題があった。

本発明の目的は、熱シールド負荷と極低温ライン負荷の
制御性を向上させることができるヘリウム冷凍装置を提
供することにある。

〔課題を解決するこめの手段〕

上記目的を達或するために、寒冷装置能力を、極低温ラ
インと、熱シールドラインとＯこそれぞれ独立させたも
のである。

〔作　　用〕

熱シールドラインの寒冷発生能力を、極低温ラインの寒
冷発生能力から独立させることにより、それぞれの能力
を互いに独立に調整するこεができるので、互いに干渉
し合うことがない。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例を１１１図により説明する。

圧縮機１で圧縮されたヘリウムガスは、コールドボック
ス２に入り、熱交換器３Ｉこおいて、戻りヘリウムガス
および液体窒素８により冷却され、一部のヘリウムガス
は、ＩｌＩｇｋ機６で寒冷を発生し、戻りガスと合流し
、圧縮機ｌに戻る。別の一部のヘリウムガスは、さらに
冷却されて、弁７を通り、低温移送配管９の極低温ライ
ン（住）Ｕを経て、超電導！！１本体ｌ５を冷却し、再
び低温移送配管９の極低温ライン（僕）ｌ２を経て、コ
ールドボックス２に戻る。

一方、シールド冷却系においては、圧縮９２１で圧縮さ
れたヘリウムガスは、シールド冷却系のコールドボック
スｎに入り、熱交換器乙において戻りヘリウムガスおよ
び液体ＷａＸにより冷却され弁ｎ１ｋ軽て、低温移送配
管９のシールドライン（往）４を冷却し、さらに、超電
導装＠［１３のシールド板１４を冷却し、再び低温移送
配管９のシールドライン（復〉５を経て、シールド系コ
ールドボックス卒に戻る。

本実施例によれば、シールド系の熱負荷と、極低温系の
熱負荷とを互いに独立に冷却しているので、制御が容易
であるという効果がある。

例えば、極低温系の膨張機の入口温度，圧力は、直接に
は、必要とする寒冷発生量に依存するだけであり、シー
ルド系の熱負荷の影響は間接的にしわ過ぎず、極めて小
さいものである。故に、極低温系の運転・制御は容易と
なる。

また、極低温系が故障等により、運転を中止しても、シ
ールド系の運転を続けることにより、極低温系の温度を
低（保てるので、復旧が容易となるという効果もある。

第２図は、本発明の第２の実施例であり、シールド冷却
系コールドボックスｎに、膨張機部を設置した例である
。本実施例では、シールド冷却系の温度を低くでき、か
つ、シールド熱負荷の作動に対しても幅広く対応するこ
とが可能となる。

第３図は、本発明の第３の実施例である。本実施例では
、シールド冷却系の圧縮機として、低温圧縮機３１を用
いており、８０Ｋレベルより上の熱交換器が不要となり
、全体として、コンパクトになるという効果が付加され
る。

！Ｊ４図は、本発明の第４の実施例である。本案施例で
は、極低温系の圧縮機１の前段に減圧ポンプ１′を設置
し、極低温系の作動温度をヘリウムの沸点４．２Ｋより
低くした例である。熱シールド系の温度をかなり低く（
例えば、４．５Ｋ）することが可能であるので、極低温
系の熱負荷を小さくできる。したがって、減圧して比容
積が大ｈ＜なる極低温系をコンパクトにできるという効
果がある。

また、いずれの実施例昏こおいても、極低温系とシール
ド系のコールドボックスの共有｛ヒをしても同様の効果
が得られ、全体として、コンパクトになることは、いう
までもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、シールド系の熱負荷と、極低温系の熱
負荷とを互いに独立に冷却しているので、制御が安定で
容易になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のヘリウム冷凍装置のフロ
ー図、第２図ないし！ｉｌ４ｒ！！Ａは、本発明の第２
ないし第４実施例のヘリウム冷凍装置のフロー図、第５
図は、従来例のヘリウム冷凍装置のフロー図、第６図は
、第５図の低温移送配管部の縦断面図である。 １〜１’，２１・・一・・圧縮機，　　２．　２２・・
一・・コールドボックス、３，　２３・・・・・・ｆＡ
交ｔ！［、４．　　５・聞・シールドライン、６，２６
・・・・・・膨張機、９・・〜・・低温移送配３２図 ’ｆ　−−−−−−４Ｋラｋ彰頃９虻鴬１３−−−−−
−＃電斗執孟 オ４ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、極低温レベルのヘリウムで冷却保持される超電導装
   置、極低温移送配管等の装置の熱負荷を軽減するために
   設けられる熱シールドの冷却にヘリウムが用いられるヘ
   リウム冷凍装置において、前記熱シールドの冷却系を極
   低温レベルの冷却系と独立に作動可能に具備したことを
   特徴とするヘリウム冷凍装置。 ２、前記熱シールドの冷却系のヘリウム駆動源が、低温
   圧縮機である第１請求項に記載のヘリウム冷凍装置。 ３、前記極低温レベルが、４．２Ｋ以下で、前記熱シー
   ルドレベルが、４．２Ｋ以上である第１請求項に記載の
   ヘリウム冷凍装置。