JPH03267659A - ヘリウム冷凍機 - 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、極低温で作動し不純物を吸着する内部吸着器
を有するヘリウム冷凍機に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のａｍを第２図を用いて説明する。

ヘリウム圧縮Ｉ！！で圧縮されたヘリウムガスはコール
ドボックス２に送られ、戻りヘリウムガスおよび補助寒
冷である液体窒素と熱交換器３で熱交換して、液体窒素
温度レベルまで冷却され、内部吸着器４に至る。内部膜
！１１８４には、活生炭等の吸着剤が充填されており、
ヘリウムガス中の不純物を吸着除去する。内部吸着器４
を通過したヘリウムガスは、さらに、熱交換器５で戻り
ヘリウムガスと熱交換し、冷却される。一部のヘリウム
ガスは分岐して、膨張タービン６で断熱１１帰し、寒冷
を発生し、戻りヘリウムガスと合流する。他のヘリウム
ガスは、さらに、熱交換器５で戻りヘリウムガスと熱交
換し、冷却される。極低温下のヘリウムガスは、ＪＴ弁
７で膨張し、一部液体ヘリウムとなって、低温移送管８
を経由して、超伝導マグネマド等の被冷却体９に至る。

被冷却体９を冷却し、ガスとなった極低温のガスヘリウ
ムは、低温移送管Ｕを経由してコールドボックスに戻り
、熱交換ｎ５および熱交換器３を経由して、ヘリウム圧
縮ｍｌの吸入側に戻る。

補助寒冷である液体窒素は、液体窒素貯槽４から、低温
配管ｎを経て、コールドボックス２に入り、熱交換器３
で、ヘリウムガスと熱交換し大気放出される。

また、液体窒素の一部は窒素蒸発器囚で加温して窒素ガ
スとし、計装空気圧縮機為で作られる弁類作動用の計装
空気のバックアップとして弁２５　ｍ　。

２５ｂの切替で、系内の配管がを介して計装空気の代わ
りに空気作動弁類へ供給される。これによって計装空気
圧縮機スが故障したような場合でも、空気作動弁類を作
動させることができる。

冷却運転中には、系内で発生した、あるいは、当初より
残存した不純物が、内部吸着器４で低温吸着される。

一連の冷却運転の後に、被冷却体９を加温する加温運転
の必要が生じる。被冷却体９の内部機器１０として、代
表的なものは超伝導マグネブトであるが、一般に、急激
な加温はマグネットに悪影響を与えるため、弁あと弁あ
を調整して極低温ヘリウムガスと液体窒素温度レベルヘ
リウムガスを混合し、適切な温度レベルにしてマグネッ
トに供給する。さらに、高温レベルになれば、膨張ター
ビン６を停止し、弁Ｕと弁あを調整して液体窒素温度レ
ベルヘリウムガスと常温ヘリウムガスを混合して、適切
な温度レベルにしてマグネットに供給する。

加温が完了すれば、冷却運転中に吸着した不純物を脱着
させるために、内部吸着器４の再生を行なう。弁３１．
３２．３４．３５．３Ｂを閉止し、弁３を關け、内部吸
着器コイル１３に、常温ガスを流し、吸着器の温度を上
げ、吸着剤の脱着を促進させる。

さらに、真空ボンプリな作動させ、弁！を開け、内部吸
Ｓ器から脱着した不純物を系外に放出し、基土を完了さ
せる。

なお、ここで、認は中圧タンク、ｒおよび羽は弁である
。

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６０−２５３７６９号公報、特開昭６２−１０２
８１２号公報、特開昭６３−１６９４４８号公報等が挙
げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、被冷却体を加温している際に内部吸着
器の温度を完全に液体ｉ！素温度レベルに保持すること
について、配慮されておらず、冷却運転中に吸着した不
純物の一部を脱着してしまうという詩趣があった。

すなわち、加温運転中、常温ヘリウムガスと液体窒素温
度レベルとの間には、約２００にの温度差が存在し、マ
グネットへの供給温度が、例えば２００にでマグネット
からの戻り温度が１５０に程度の場合が存在し、マグネ
ットの戻りｍｙｔが液体窒素温度レベル（８０Ｋ）より
高い状態が長い時間ある。一方、熱交換器３は、主とし
て、ヘリウムガスの熱交換を中心に設計されており、補
助寒冷の液体窒素の影響は相対的に少ない、したがって
、内部吸着器へ入るヘリウムガスの温度は、マグネット
からの戻りヘリウムガスの一２１度に大きく影響され、
加温運転中、内部吸着器を液体窒素温度に保持できなく
なる。

また、内部吸着器を加温する際に流すヘリウガスは少量
ではあるが、ヘリウム圧縮機を運転する必要があり、実
際には、ヘリウム圧縮機で圧縮されたヘリウムガスは中
圧タンクをバイパスして、はんの一部が、内部吸着器内
のコイルを流れるという非効率の問題があった。

本発明の目的は、被冷却体の加温運転中も内部吸着器を
液体窒素温度に保持すること、および、内部吸着器の再
生を効率的に行なうことのできるヘリウム冷凍機を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、補助寒冷である液体窒素が
、内部吸着器内に善かれたコイルの中を量ってから、液
体窒素温度レベルより高温の熱交換器に導かれるように
し、再生時の加温には、上記コイルに窒素ガスを流せる
ようにしたものである。

〔作　　　用〕

被冷却体の加温運転中で、被冷却体からの戻りガスが液
体窒素温度レベル以上になる場合でも、比較的少量のヘ
リウムガスを内部吸着器内コイルを流れる液体窒素によ
り冷却することができるので、内部吸着器の温度を液体
窒素温度レベルに保つことができる。

また、内部吸着器の再生時には、ヘリウム圧縮機を停止
させ、窒素ガスを内部吸着器内コイルに流すので、ヘリ
ウム圧縮機を無駄に運転する必要がなく、効率的に内部
吸着器を加温できる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例を１！Ｊ１図により説明する。

１１Ａ１図において′Ｎ２図と同符号は同一部材を示し
、説明を省略する。本図が第２図と異なる点を以下に述
べる。

冷却運転中、補助寒冷である液体窒素は、コールドボッ
クス２に入った後、内部吸着器４内のコイルｌを経由し
て流れ、内部吸着器４を流れるヘリウムガスをより完全
に液体窒素温度レベルにならしめる。

被冷却体９である、例えば、マグネブトの加温運転時で
、弁Ｕ、弁おを調整して、液体ｉ！索温度レベルおよび
常温のヘリウムガスを混合して、マグネットに供給し、
マグネットからの戻りガスが、液体窒素温度レベルより
高温の場合においても、液体窒素は、内部吸着器４内の
コイルＢを流れて、内部吸着器４を流れる比較的少量の
ヘリウムガスを流体窒素温度レベルに保つことができる
。

内部吸着器４を再生する際には、弁３１．３２．３４゜
ア、３６を閉止し、窒素蒸発器ｎで加温した窒素ガスを
弁ｖｂを介して内部吸着器４内のコイル１３に導き入れ
、吸着器の温度を上げ、吸着剤の脱着を促進させる。さ
らに、真空ポンプ荀を作動させ、弁！を開け、内部吸着
器４から脱着した不純物を系外に放出し、再生を完了さ
せる。

本実施例によれば、マグネヅト加温時も、内部吸着器温
度を液体窒素温度に保持でき、系内の不純物をより多畷
吸着し、内部吸着器再生時に系外へ放出できるので、ヘ
リウム冷凍機の信頼性を高める効果がある。また、内部
吸着器再生時に、ヘリウム圧縮機を運転する必要がない
ので、効率的に再生できるという効果がある。

なお、内部吸着器加温用の窒素ガスをバッファ雫ブ用と
して設けた配管５を介して、計装空気圧縮機必から空気
作動弁類への配管と兼用させることにより、コールドボ
ックス２内に設置されている空気作動弁用の計装空気配
管を用いることができ、配管の布設を簡略化することが
できる。例えば、弁Ｕを作動させ４だめの計装空気を供
給する配管を用いて、窒素ガスを弁２５ａ、Ｚ７ａを介
して弁あの空気作動弁部に送り、該空気作動弁部で窒素
ガスを分岐させて、弁四を介してコイル１３に供給する
ようにしても良い。

これにより、窒素ガス配管に計装空気配管が兼用でき、
配管の布設を簡略化することができるので、経済的効果
がある。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので以下
に記載されるような効果な貴する。

被冷却体加温時も、内部吸着器温度を液体窒素温度に保
持でき、系内の不純物をより多く吸着し、内部吸着器再
生時に不純物を系外へ放出できるので、ヘリウム冷凍機
の信頼性を高めることができる。

また、内部吸着器再生時に、ヘリウム圧縮機を運転する
必要がないので、効率的に再生できる。

さらに、窒素ガス配管に計装空気配管が兼用できるので
、配管の布設を簡略化することができる。

【図面の簡単な説明】

ｔＪ１図は本発明の一実施例であるヘリウム冷凍機のフ
ロー図、第２図は従来例のヘリウム冷凍機のフロー図で
ある。 ｌ・−・・・・圧縮機、２・・・・・・コールドボック
ス、３゜５・・・・・・熱交換器、４・・・・・・内部
吸着器、９・・・・・・被冷却体、口・・・・・・コイ
ル、ム・・・・・・液体窒素貯槽、幻・・・窒素蒸発器
、 為・・・・・・ 計装空気圧縮機、 ２５１゜ ２５ｂ。 ２７ａ。 ２７ｂ。 囚。 四・・・・・・ 弁、 菊・・・・・・真空ポンプ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液体窒素温度レベルの内部吸着器を有するヘリウム
   冷凍機において、冷却時には、補助寒冷である液体窒素
   が、内部吸着器内に巻かれたコイルの中を通ってから、
   液体窒素温度レベルより高温の熱交換器に導かれ、ヘリ
   ウムガスと熱交換し、内部吸着器再生時には、内部吸着
   器を含むプロセスラインを弁により封じ切り、内部吸着
   器内に巻かれた上記コイルに、窒素ガスを流すことによ
   り、吸着器を加温し、上記の封じ切られたプロセスライ
   ンを真空引することにより、吸着剤を再生可能な構成と
   したことを特徴とするヘリウム冷凍機。 ２、バルブ作動用の計装用圧縮空気と切替えて窒素ガス
   をバルブ作動用に供給し、該窒素ガスの一部を吸着器加
   温用窒素ガスとして前記コイルに供給する請求項１記載
   のヘリウム冷凍機。