JPH04335959A - Cryogenic refrigerating machine - Google Patents
Cryogenic refrigerating machineInfo
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- JPH04335959A JPH04335959A JP10451391A JP10451391A JPH04335959A JP H04335959 A JPH04335959 A JP H04335959A JP 10451391 A JP10451391 A JP 10451391A JP 10451391 A JP10451391 A JP 10451391A JP H04335959 A JPH04335959 A JP H04335959A
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Landscapes
- Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は、絶対温度4Kレベルの
極低温を得る極低温冷凍機に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cryogenic refrigerator that obtains cryogenic temperatures at an absolute temperature of 4K level.
【0002】0002
【従来技術】従来、この種極低温冷凍機は、特開昭61
−235650号公報に開示されているように既に知ら
れている。この従来の極低温冷凍機は図3に示すように
、真空容器Dの内部に、3段に接続されるジュール・ト
ムソン熱交換器A、B、Cと、その前段側2つのジュー
ル・トムソン熱交換器A、Bの高圧出口側から流出する
冷媒を予冷する第1ヒートステージX及び第2ヒートス
テージYをもつ予冷機Eと、最終段ジュール・トムソン
熱交換器Cの高圧出口側と低圧入口側との間に接続され
るジュール・トムソン弁V及び最終の第3ヒートステー
ジZとを各々配設する一方、前記前段熱交換器Aの高圧
入口側と低圧出口側とをジュール・トムソン側圧縮ユニ
ットFに接続し、また、前記予冷機Eを予冷側圧縮ユニ
ットGに接続し、これら圧縮ユニットF、Gの併用運転
により、第1ヒートステージXに40〜50Kの低温を
得、第2ヒートステージYに12〜20Kの低温を得、
更に第3ヒートステージZに4Kレベルの極低温を得、
超伝導マグネット等を冷却したりするようにしている。
又、前記特開昭61−235650号公報には開示され
ていないが、前記圧縮ユニットFの高圧ガス管には、前
記前段熱交換器Aの高圧側における高圧圧力を二段階に
制御する高圧制御弁を設け、クールダウン運転時は前記
高圧制御弁を全閉側に切換えて、前記高圧圧力を最大限
高くし、定常運転時は一定開度側に切換えて前段熱交換
器Aの高圧側における高圧圧力が常に一定圧となるよう
に制御している。[Prior Art] Conventionally, this type of cryogenic refrigerator was
This is already known as disclosed in Japanese Patent No.-235650. As shown in Fig. 3, this conventional cryogenic refrigerator has Joule-Thomson heat exchangers A, B, and C connected in three stages inside a vacuum container D, and two Joule-Thomson heat exchangers connected in the preceding stages. A precooler E having a first heat stage A Joule-Thompson valve V and a final third heat stage Z are respectively provided, and the high-pressure inlet side and low-pressure outlet side of the pre-stage heat exchanger A are connected to the Joule-Thompson side compressor. In addition, the precooler E is connected to the precooling side compression unit G, and by operating these compression units F and G together, a low temperature of 40 to 50K is obtained in the first heat stage X, and the second heat stage Obtain a low temperature of 12-20K on stage Y,
Furthermore, the third heat stage Z has a cryogenic temperature of 4K level,
It is used to cool superconducting magnets, etc. Although not disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-open No. 61-235650, the high-pressure gas pipe of the compression unit F is provided with a high-pressure control system that controls the high pressure on the high-pressure side of the pre-stage heat exchanger A in two stages. During cool-down operation, the high-pressure control valve is switched to the fully closed side to maximize the high-pressure pressure, and during steady operation, the high-pressure control valve is switched to the constant opening side to control the high-pressure side of the pre-stage heat exchanger A. The high pressure is always controlled to be a constant pressure.
【0003】0003
【発明が解決しようとする課題】しかし、以上の構成で
、定常運転時におけるジュール・トムソン側圧縮ユニッ
トの高圧側における高圧圧力は、前記各ヒートステージ
X、Y、Zにおける温度に関係なく、高圧制御弁により
常に一定圧に制御されるようにしているから、第3ヒー
トステージZにおける単位循環量当りの冷凍能力を充分
発揮できない問題があった。即ち、以上のように高圧圧
力は一定圧力に制御されているため、図2に示すごとく
第2ヒートステージYの温度が変わると、最終段ジュー
ル・トムソン熱交換器Cでの熱交換効率が悪くなって、
第3ヒートステージZにおける単位循環量当りの冷凍能
力が充分発揮できないことが生ずるのである。However, with the above configuration, the high pressure on the high pressure side of the Joule-Thompson side compression unit during steady operation is high pressure regardless of the temperature at each of the heat stages X, Y, and Z. Since the pressure is always controlled to be constant by the control valve, there is a problem in that the refrigerating capacity per unit circulation amount in the third heat stage Z cannot be sufficiently exhibited. That is, since the high pressure is controlled to a constant pressure as described above, if the temperature of the second heat stage Y changes as shown in Figure 2, the heat exchange efficiency in the final stage Joule-Thompson heat exchanger C will deteriorate. Become,
This results in the third heat stage Z not being able to fully demonstrate its refrigerating capacity per unit circulation amount.
【0004】本発明は、前記高圧圧力が一定圧力に制御
されている場合、第3ヒートステージにおける単位循環
量当りの冷凍能力は第2ヒートステージYの温度に左右
されることに着目し、第2ヒートステージの温度に対応
し冷凍能力がピークとなる高圧圧力を見つけ出し、この
高圧圧力の制御により最終段ジュール・トムソン熱交換
器での熱交換効率を向上させられ、冷凍能力を充分発揮
できることに着目して発明したもので、主たる目的は、
第3ヒートステージにおける冷凍能力を充分に発揮でき
るようにする点にあり、又、他の目的は、定常運転時に
高圧圧力を制御して冷凍能力を向上できながらクールダ
ウン時には、そのクールダウン時間を短縮できるように
する点にある。The present invention focuses on the fact that when the high pressure is controlled to a constant pressure, the refrigerating capacity per unit circulation amount in the third heat stage depends on the temperature of the second heat stage Y. By finding the high pressure at which the refrigeration capacity peaks in accordance with the temperature of the second heat stage, and by controlling this high pressure, it is possible to improve the heat exchange efficiency in the final stage Joule-Thompson heat exchanger, and to fully utilize the refrigeration capacity. It was invented with a focus on the following:
The purpose is to make it possible to fully utilize the refrigerating capacity in the third heat stage, and another purpose is to improve the refrigerating capacity by controlling the high pressure during steady operation, while at the time of cool-down, the cool-down time is The point is that it can be shortened.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、上
記目的を達成するため、多段に接続されるジュール・ト
ムソン熱交換器1、2、3と、前段側のジュール・トム
ソン熱交換器1、2の高圧出口側から流出する冷媒を予
冷する第1ヒートステージ11及び第2ヒートステージ
12をもつ予冷機10と、最終段ジュール・トムソン熱
交換器3の高圧出口側と低圧入口側との間に接続される
ジュール・トムソン弁6及び最終の第3ヒートステージ
13とを備えた極低温冷凍機において、前記前段熱交換
器1の高圧入口側における高圧圧力を制御する高圧制御
弁208を設けると共に、前記第2ヒートステージ12
の温度を検出して出力する温度検出器7を設ける一方、
前記第2ヒートステージ12における温度に対し冷凍能
力がピークとなる高圧圧力を記憶し、かつ、前記温度検
出器7により検出した温度に基づいて前記高圧制御弁2
08に出力し、該高圧制御弁208を動作させて前記高
圧圧力を予め記憶した目標の高圧圧力に制御する圧力調
節器8を設けたのである。[Means for Solving the Problems] Therefore, in order to achieve the above object, the present invention provides Joule-Thomson heat exchangers 1, 2, and 3 connected in multiple stages, and a Joule-Thomson heat exchanger 1 on the previous stage side. , a precooler 10 having a first heat stage 11 and a second heat stage 12 for precooling the refrigerant flowing out from the high pressure outlet side of 2, and the high pressure outlet side and the low pressure inlet side of the final stage Joule-Thompson heat exchanger 3. In a cryogenic refrigerator equipped with a Joule-Thompson valve 6 and a final third heat stage 13 connected between them, a high pressure control valve 208 is provided to control the high pressure on the high pressure inlet side of the first stage heat exchanger 1. In addition, the second heat stage 12
A temperature detector 7 is provided to detect and output the temperature of
A high pressure at which the refrigerating capacity reaches a peak with respect to the temperature in the second heat stage 12 is memorized, and the high pressure control valve 2 is operated based on the temperature detected by the temperature detector 7.
08 and operates the high pressure control valve 208 to control the high pressure to a previously stored target high pressure.
【0006】又、前記圧力調節器8には、クールダウン
運転時、第2ヒートステージ12での温度が目標温度に
なるまで、高圧制御弁208への出力を中止するクール
ダウン制御手段9を設けるのが好ましい。The pressure regulator 8 is also provided with a cool-down control means 9 that stops the output to the high-pressure control valve 208 during the cool-down operation until the temperature in the second heat stage 12 reaches the target temperature. is preferable.
【0007】[0007]
【作用】温度検出器7により第2ヒートステージ12の
温度が常時検出されて、その検出値が圧力調節器8に出
力されると共に、圧力調節器8に、第2ヒートステージ
12における温度に対し冷凍能力がピークとなる高圧圧
力が予め記憶されているから、前記温度検出器7により
検出した温度に基づいて圧力調節器8から高圧制御弁2
08に指令信号が出力されて、該高圧制御弁208が動
作し、前記高圧圧力が、予め記憶した目標の高圧圧力、
即ち、第2ヒートステージ12における温度に対し第3
ヒートステージ13の冷凍能力がピークとなる高圧圧力
に制御されるのであり、従って、第3ヒートステージ1
3における冷凍能力を充分に発揮できるのである。[Operation] The temperature of the second heat stage 12 is constantly detected by the temperature detector 7, and the detected value is output to the pressure regulator 8. Since the high pressure at which the refrigerating capacity reaches its peak is stored in advance, the high pressure control valve 2 is controlled by the pressure regulator 8 based on the temperature detected by the temperature detector 7.
08, a command signal is output, the high pressure control valve 208 is operated, and the high pressure becomes the pre-stored target high pressure,
That is, the temperature at the second heat stage 12 is
The refrigerating capacity of the heat stage 13 is controlled to a high pressure at which it reaches its peak, and therefore the third heat stage 1
The refrigeration capacity in 3 can be fully demonstrated.
【0008】又、前記圧力調節器8に、第2ヒートステ
ージ12での温度が目標温度になるまで、高圧制御弁2
08への出力を中止するクールダウン制御手段9を設け
ることにより、クールダウン運転時には、第2ヒートス
テージ12における温度に関係なく、高圧圧力を高くし
、ガス循環量を多くして、迅速なクールダウンができる
から、定常運転時に高圧圧力を制御でき、前記したごと
く冷凍能力を向上できながらクールダウン時間を短縮で
きるのである。Further, the pressure regulator 8 is provided with a high pressure control valve 2 until the temperature at the second heat stage 12 reaches the target temperature.
By providing a cool-down control means 9 that stops output to 08, during cool-down operation, the high pressure is increased and the gas circulation amount is increased, regardless of the temperature in the second heat stage 12, to achieve rapid cooling. Since it is possible to down, the high pressure can be controlled during steady operation, and the cool-down time can be shortened while improving the refrigerating capacity as described above.
【0009】[0009]
【実施例】図1に示す極低温冷凍機は、予冷機10を支
持したステンレスの真空容器20内に第1〜第3ジュー
ル・トムソン熱交換器1、2、3を内蔵したクライオス
タット100と、低段及び高段圧縮機201、202を
備え、ヘリウムガスを圧縮して前記各ジュール・トムソ
ン熱交換器1、2、3に供給するジュール・トムソン側
圧縮ユニット200と、予冷圧縮機301を備え、予冷
用のヘリウムガスを圧縮して前記予冷機10に供給する
予冷側圧縮ユニット300を備えたものである。[Embodiment] The cryogenic refrigerator shown in FIG. 1 includes a cryostat 100 in which first to third Joule-Thompson heat exchangers 1, 2, and 3 are built in a stainless steel vacuum container 20 that supports a precooler 10. A Joule-Thomson side compression unit 200 comprising low-stage and high-stage compressors 201 and 202, compressing helium gas and supplying it to each of the Joule-Thomson heat exchangers 1, 2, and 3, and a pre-cooling compressor 301. , a pre-cooling side compression unit 300 that compresses helium gas for pre-cooling and supplies it to the pre-cooling machine 10.
【0010】前記各ジュール・トムソン熱交換器1、2
、3は、第1、第2高圧接続管30、31と、第1、第
2低圧接続管32、33とを介して多段に接続されてい
ると共に、前記前段の第1ジュール・トムソン熱交換器
1の高圧入口と前記高段圧縮機202の吐出口とが高圧
ガス管203で接続されており、また、前記第1ジュー
ル・トムソン熱交換器1の低圧出口と前記低段圧縮機2
01の吸入口とが低圧ガス管204で接続されている。
また、前記第1及び第2高圧接続管30、31の途中に
第1及び第2冷却器4、5を設けると共に、後段の第3
ジュール・トムソン熱交換器3の高圧出口と低圧入口と
の間に、ジュール・トムソン弁6と、このジュール・ト
ムソン弁6に流入するヘリウムガスから不純物を除去す
る吸着器35とを設けている。[0010] Each of the Joule-Thompson heat exchangers 1 and 2
, 3 are connected in multiple stages via first and second high-pressure connecting pipes 30 and 31 and first and second low-pressure connecting pipes 32 and 33, and the first Joule-Thompson heat exchanger in the previous stage The high-pressure inlet of the first Joule-Thompson heat exchanger 1 and the discharge port of the high-stage compressor 202 are connected by a high-pressure gas pipe 203, and the low-pressure outlet of the first Joule-Thompson heat exchanger 1 is connected to the discharge port of the high-stage compressor 202.
01 is connected through a low pressure gas pipe 204. In addition, first and second coolers 4 and 5 are provided in the middle of the first and second high-pressure connecting pipes 30 and 31, and a third cooler in the latter stage is provided.
A Joule-Thomson valve 6 and an absorber 35 for removing impurities from the helium gas flowing into the Joule-Thomson valve 6 are provided between the high-pressure outlet and the low-pressure inlet of the Joule-Thomson heat exchanger 3.
【0011】又、前記予冷機10は、前記前段側の第1
及び第2ジュール・トムソン熱交換器1、2の高圧出口
側から流出する冷媒を、前記第1及び第2冷却器4、5
で予冷する第1及び第2ヒートステージ11、12を備
えており、また、前記連絡管34における前記ジュール
・トムソン弁6の出口側には第3ヒートステージ13を
配置している。[0011] The precooler 10 also includes a first cooling unit on the front stage side.
The refrigerant flowing out from the high pressure outlet side of the second Joule-Thompson heat exchangers 1 and 2 is transferred to the first and second coolers 4 and 5.
A third heat stage 13 is provided on the outlet side of the Joule-Thompson valve 6 in the communication pipe 34.
【0012】又、前記ジュール・トムソン側圧縮ユニッ
ト200は、ヘリウムガスを1〜5アトムに圧縮する大
容量の前記低段圧縮機201と、この低段圧縮機201
で圧縮されたヘリウムガスを6〜19アトムに圧縮する
小容量の前記高段圧縮機202と、この高段圧縮機20
2の前記高圧ガス管203に介装する油分離器205及
び吸着器206とを備え、前記高段圧縮機202から高
圧ガス管203に高圧のヘリウムガスを吐出し、クライ
オスタット100側の前記各熱交換器1、2、3に供給
すると共に、前記低圧ガス管204から低圧のヘリウム
ガスを前記低段圧縮機201にリタ−ンさせるようにし
ている。また、前記高圧ガス管203には、前記低段圧
縮201の吐出側ラインに連通する分岐管207を設け
て、該分岐管207に、前記第1ジュール・トムソン熱
交換器1の高圧側における高圧圧力を制御する高圧制御
弁208と、前記低段圧縮機201の吐出ラインにガス
を補充するガス補充用バラストタンク209と、中間圧
制御弁210とを介装している。The Joule-Thomson side compression unit 200 also includes the low-stage compressor 201 with a large capacity for compressing helium gas into 1 to 5 atoms, and the low-stage compressor 201.
The high-stage compressor 202 has a small capacity and compresses helium gas compressed into 6 to 19 atoms, and the high-stage compressor 20
The high-pressure gas pipe 203 is equipped with an oil separator 205 and an adsorber 206 installed in the high-pressure gas pipe 203 of No. 2, and discharges high-pressure helium gas from the high-stage compressor 202 to the high-pressure gas pipe 203 to remove the heat on the cryostat 100 side. In addition to supplying the helium gas to the exchangers 1, 2, and 3, low-pressure helium gas is returned to the low-stage compressor 201 from the low-pressure gas pipe 204. Further, the high pressure gas pipe 203 is provided with a branch pipe 207 communicating with the discharge side line of the low stage compression 201, and the branch pipe 207 is connected to the high pressure on the high pressure side of the first Joule-Thompson heat exchanger 1. A high pressure control valve 208 for controlling pressure, a gas replenishment ballast tank 209 for replenishing gas to the discharge line of the low stage compressor 201, and an intermediate pressure control valve 210 are interposed.
【0013】又、前記予冷側圧縮ユニット300は、前
記予冷圧縮機301と前記予冷機10とを、高圧ガス管
302及び低圧ガス管303を介して接続し、前記高圧
ガス管302に、油分離器304及び吸着器305を設
け、低圧ガス管303にサージボトル306を設け、前
記予冷圧縮機301から前記予冷機10に高圧ヘリウム
ガスを供給し、該予冷機10で膨張した後の低圧ヘリウ
ムガスを前記予冷圧縮機301にリタ−ンさせるように
している。The precooling side compression unit 300 also connects the precooling compressor 301 and the precooler 10 via a high pressure gas pipe 302 and a low pressure gas pipe 303, and connects the high pressure gas pipe 302 to an oil separation A surge bottle 306 is provided in the low pressure gas pipe 303, high pressure helium gas is supplied from the precooling compressor 301 to the precooler 10, and the low pressure helium gas after being expanded in the precooler 10 is provided. is returned to the pre-cooling compressor 301.
【0014】尚、各圧縮ユニット200、300におい
て、211、307は冷却水コイルであって、冷却水コ
イル211により、吐出ガスコイル212、213及び
インジェクション用油コイル214、215を冷却し、
又、冷却水コイル307により、吐出ガスコイル308
及びインジェクション用油コイル309を冷却するよう
にしている。In each compression unit 200, 300, reference numerals 211, 307 are cooling water coils, and the cooling water coil 211 cools the discharge gas coils 212, 213 and the injection oil coils 214, 215.
In addition, the cooling water coil 307 causes the discharge gas coil 308 to
And the injection oil coil 309 is cooled.
【0015】こうして、前記圧縮ユニット200、30
0の併用運転で、前記高圧ガス管203から前記第1〜
第3ジュール・トムソン熱交換器1、2、3に流れる高
圧ヘリウムガスは、各熱交換器1、2、3における各リ
タ−ン側の低圧ヘリウムガスにより冷却されると共に、
第1ジュール・トムソン熱交換器1の高圧出口から第1
冷却器4に流出する高圧ヘリウムガスは、第1ヒートス
テージ11により40〜50Kの温度に冷却され、また
、第2ジュール・トムソン熱交換器2の高圧出口から第
2冷却器5に流出する高圧ヘリウムガスは、第2ヒート
ステージ12により12〜18Kの温度に冷却され、更
に第3ジュール・トムソン熱交換器3の高圧出口から流
出した高圧ヘリウムガスは、ジュール・トムソン弁6で
膨張した後、第3ヒートステージ3により4.2Kの極
低温に冷却されるのである。[0015] Thus, the compression units 200, 30
0, the high pressure gas pipe 203 is connected to the first to
The high-pressure helium gas flowing into the third Joule-Thomson heat exchangers 1, 2, and 3 is cooled by the low-pressure helium gas on each return side of each heat exchanger 1, 2, and 3, and
from the high pressure outlet of the first Joule-Thompson heat exchanger 1 to the first
The high-pressure helium gas flowing out into the cooler 4 is cooled to a temperature of 40 to 50 K by the first heat stage 11, and the high-pressure helium gas flowing out into the second cooler 5 from the high-pressure outlet of the second Joule-Thompson heat exchanger 2 The helium gas is cooled to a temperature of 12 to 18 K by the second heat stage 12, and the high-pressure helium gas flowing out from the high-pressure outlet of the third Joule-Thomson heat exchanger 3 is expanded by the Joule-Thomson valve 6, and then It is cooled to an extremely low temperature of 4.2K by the third heat stage 3.
【0016】しかして、図1に示した実施例では、以上
のごとく構成する冷凍機において、前記第2ヒートステ
ージ12の温度を検出する温度検出器7を設けると共に
、前記高圧制御弁208を弁開度の制御により高圧圧力
の調節が行なえるようにする一方、前記温度検出器7に
より検出した温度をもとに、前記高圧制御弁208に弁
開度信号を出力して、高圧圧力を所定圧力に制御する圧
力調節器8を設けるのである。In the embodiment shown in FIG. 1, the refrigerator configured as described above is provided with a temperature detector 7 for detecting the temperature of the second heat stage 12, and the high pressure control valve 208 is While the high pressure can be adjusted by controlling the opening, a valve opening signal is output to the high pressure control valve 208 based on the temperature detected by the temperature detector 7, and the high pressure is adjusted to a predetermined level. A pressure regulator 8 is provided to control the pressure.
【0017】即ち、第3ヒートステージ13での単位循
環量G当りの冷凍能力QPは、図2に示したように第2
ヒートステージ12の温度が低い程大きくできるのであ
るが、同じ温度においては第3ジュール・トムソン熱交
換器3の熱交換効率から前記ジュール・トムソン側圧縮
ユニット200における高圧圧力に左右され、所定の高
圧圧力で単位循環量当りの冷凍能力がピークとなるので
ある。換言すると、前記第3ヒートステージ13におい
て単位循環量当りの冷凍能力が最大となる高圧圧力は、
前記第2ヒートステージ12の温度に大きく左右される
ことになるのである。尚、図2において点Mで示した値
がピーク値であって、そのときの高圧圧力を更に増大し
ても、冷凍能力はそれ以上増大することなく減少する。That is, the refrigerating capacity QP per unit circulation amount G in the third heat stage 13 is as shown in FIG.
The lower the temperature of the heat stage 12, the higher the temperature can be.However, at the same temperature, the heat exchange efficiency of the third Joule-Thomson heat exchanger 3 depends on the high pressure in the Joule-Thomson side compression unit 200, and the predetermined high pressure The refrigerating capacity per unit circulation amount reaches its peak at the pressure. In other words, the high pressure at which the refrigerating capacity per unit circulation amount in the third heat stage 13 is maximum is:
This will largely depend on the temperature of the second heat stage 12. Note that the value indicated by point M in FIG. 2 is the peak value, and even if the high pressure at that time is further increased, the refrigerating capacity will decrease without increasing any further.
【0018】従って、前記第2ヒートステージ12にお
ける温度に対し前記冷凍能力が最大となる高圧圧力を求
めておき、この値を前記圧力調節器8に備える記憶部に
記憶させ、前記温度検出器7により検出した温度をもと
に予め記憶した高圧圧力の値を読出し、この圧力に対応
した弁開度信号を前記高圧制御弁208に出力して、該
高圧制御弁208を高圧圧力が予め記憶した高圧圧力と
なるように動作させ、前記ジュール・トムソン側圧縮ユ
ニット200の高圧圧力を予め記憶した目標の高圧圧力
に調節するようになすのである。Therefore, the high pressure at which the refrigerating capacity is maximized with respect to the temperature in the second heat stage 12 is determined, and this value is stored in the memory section provided in the pressure regulator 8, and The high pressure value stored in advance is read out based on the temperature detected by the high pressure control valve 208, and a valve opening signal corresponding to this pressure is output to the high pressure control valve 208, so that the high pressure pressure is stored in advance. The high pressure of the Joule-Thompson side compression unit 200 is adjusted to a pre-stored target high pressure.
【0019】また、図1に示した実施例では、前記高圧
制御弁208に圧力検出器36を設けて、この圧力検出
器36の出力側を前記圧力調節器8の入力側に接続して
フイードバック回路を形成し、前記圧力調節器8による
高圧圧力の調節精度を向上させている。In the embodiment shown in FIG. 1, the high pressure control valve 208 is provided with a pressure detector 36, and the output side of the pressure detector 36 is connected to the input side of the pressure regulator 8 to provide feedback. A circuit is formed to improve the accuracy of adjusting the high pressure by the pressure regulator 8.
【0020】尚、前記圧力検出器36は、前記高圧ガス
管203に設ける他、前記分岐管207でもよい。The pressure detector 36 may be provided in the branch pipe 207 instead of being provided in the high pressure gas pipe 203.
【0021】また、前記圧力調節器8による高圧圧力の
調節は、前記第2ヒートステージ12の温度変化に対し
リニヤーに制御するのが好ましいが、前記第2ヒートス
テージ12の温度変化を例えば1Kごとに区分して、前
記高圧圧力の調節を段階制御するようにしてもよい。こ
の場合、例えばプラス・マイナス0.5Kのディフアレ
ンシャルをとるのが好ましい。[0021]Also, the adjustment of the high pressure by the pressure regulator 8 is preferably controlled linearly with respect to the temperature change of the second heat stage 12. The adjustment of the high pressure may be controlled in stages. In this case, it is preferable to use a differential of, for example, plus or minus 0.5K.
【0022】更に、前記圧力調節器8による前記高圧制
御弁208の弁開度制御は、冷凍機の運転開始から運転
終了の全過程で常時行うようにしてもようが、運転開始
後前記第2ヒートステージ12の温度が高い場合、ジュ
ール・トムソン側圧縮ユニット200の高圧圧力を制御
しても、前記第3ヒートステージ13における冷凍能力
の向上は期待できないし、却ってクールダウン時間が長
くなることから、前記圧力調節器8には、クールダウン
運転時、つまり前記第2ヒートステージ12の温度が例
えば18Kになるまでのクールダウン運転時、前記圧力
調節器8から高圧制御弁208への出力を中止するクー
ルダウン制御手段9を設けるのが好ましい。斯くするこ
とによりクールダウン運転時には第2ヒートステージ1
2の温度に関係なく、前記高圧圧力が高くなり、ジュー
ル・トムソン側圧縮ユニット200のヘリウムガス循環
量が増大してクールダウン時間を短縮させられるのであ
る。Furthermore, although the valve opening degree control of the high pressure control valve 208 by the pressure regulator 8 may be carried out all the time from the start of operation to the end of operation of the refrigerator, the second If the temperature of the heat stage 12 is high, even if the high pressure of the Joule-Thompson side compression unit 200 is controlled, the refrigerating capacity of the third heat stage 13 cannot be expected to improve, and on the contrary, the cool-down time will become longer. , the pressure regulator 8 is configured to stop the output from the pressure regulator 8 to the high pressure control valve 208 during a cool-down operation, that is, during a cool-down operation until the temperature of the second heat stage 12 reaches, for example, 18K. Preferably, a cool-down control means 9 is provided. By doing this, during cool-down operation, the second heat stage 1
Regardless of the temperature of the compressor 2, the high pressure increases, the amount of helium gas circulated in the Joule-Thompson compression unit 200 increases, and the cool-down time is shortened.
【0023】本発明は以上のごとく構成するもので、冷
凍機の運転開始時、前記第2ヒートステージ12での温
度が例えば18Kになるまでのクールダウン運転時は、
圧力調節器8のクールダウン制御手段9により、圧力調
節器8から高圧制御弁208への出力を中止する指令信
号が出力されるため、高圧制御弁208は全閉となり、
高段圧縮機202から高圧ガス管203に吐出された高
圧ヘリウムガスの全量が各ジュール・トムソン熱交換器
1、2、3に供給されることになるので、迅速にクール
ダウンができ、クールダウン時間を短縮できるのである
。The present invention is constructed as described above, and when the refrigerator starts operating, during cool-down operation until the temperature at the second heat stage 12 reaches, for example, 18K,
The cool-down control means 9 of the pressure regulator 8 outputs a command signal to stop the output from the pressure regulator 8 to the high pressure control valve 208, so the high pressure control valve 208 is fully closed.
Since the entire amount of high-pressure helium gas discharged from the high-stage compressor 202 to the high-pressure gas pipe 203 is supplied to each Joule-Thompson heat exchanger 1, 2, and 3, cooling can be performed quickly. It can save time.
【0024】そして、このクールダウン運転により前記
第2ヒートステージ12の温度が18Kよりも下がった
後には、前記温度検出器7により検出される前記第2ヒ
ートステージ12の温度をもとに、前記圧力調節器8か
ら高圧制御弁208に指令信号が出力され、該高圧制御
弁208の弁開度が制御され、前記高圧ガス管203内
の高圧圧力を前記第2ヒートステージ12の温度に対応
する目標の高圧圧力にリニヤーに調整するのである。After the temperature of the second heat stage 12 falls below 18 K by this cool-down operation, the temperature of the second heat stage 12 is determined based on the temperature of the second heat stage 12 detected by the temperature detector 7. A command signal is output from the pressure regulator 8 to the high pressure control valve 208, and the valve opening degree of the high pressure control valve 208 is controlled, so that the high pressure in the high pressure gas pipe 203 corresponds to the temperature of the second heat stage 12. It linearly adjusts to the target high pressure.
【0025】しかして、前記第2ヒートステージ12に
おける或る温度に対し、前記高圧ガス管203内の高圧
圧力が、圧力調節器8に予め記憶している目標の高圧圧
力よりも低い場合、圧力調節器8から高圧制御弁208
に出力される指令信号により、高圧制御弁208は、そ
の弁開度が小さくなるように制御されるのであって、こ
の弁開度制御により高圧ガス管203内の高圧圧力が上
昇して、予め記憶した前記目標の高圧圧力に制御される
のである。従って、定常運転時、常に前記第2ヒートス
テージ12における温度に対し第3ヒートステージ13
の冷凍能力がピークとなる高圧圧力に制御できるので、
第2ヒートステージ12における温度が例えば18〜1
2Kの範囲内で変動しても、第3ジュール・トムソン熱
交換器3での熱交換効率を向上させられ、第3ヒートス
テージ13においては常に冷凍能力を充分に発揮できる
のである。[0025] Therefore, when the high pressure in the high pressure gas pipe 203 is lower than the target high pressure stored in advance in the pressure regulator 8 for a certain temperature in the second heat stage 12, the pressure regulator 8 to high pressure control valve 208
The high-pressure control valve 208 is controlled to reduce its valve opening by the command signal output to The pressure is controlled to the memorized target high pressure. Therefore, during steady operation, the temperature of the third heat stage 13 is always higher than that of the second heat stage 12.
Since the refrigerating capacity can be controlled to a high pressure that reaches its peak,
The temperature at the second heat stage 12 is, for example, 18 to 1
Even if the temperature varies within the range of 2K, the heat exchange efficiency in the third Joule-Thompson heat exchanger 3 can be improved, and the third heat stage 13 can always fully demonstrate its refrigerating capacity.
【0026】尚、以上説明した実施例では、前段側に二
つのジュール・トムソン熱交換器1、2を備えた冷凍機
について説明したが、この前段側ジュール・トムソン熱
交換器1、2は3個以上であってもよい。In the embodiment described above, the refrigerator is equipped with two Joule-Thompson heat exchangers 1 and 2 on the front stage side, but the Joule-Thompson heat exchangers 1 and 2 on the front stage side are equipped with three Joule-Thompson heat exchangers 1 and 2. It may be more than one.
【0027】又、前記温度検出器7は、図1のように第
2冷却器5に取付ける他、第2ヒートステージ12に取
付けてもよい。Further, the temperature detector 7 may be attached to the second heat stage 12 instead of being attached to the second cooler 5 as shown in FIG.
【0028】[0028]
【発明の効果】以上のごとく本発明は、多段に接続され
るジュール・トムソン熱交換器1、2、3と、前段側の
ジュール・トムソン熱交換器1、2の高圧出口側から流
出する冷媒を予冷する第1ヒートステージ11及び第2
ヒートステージ12をもつ予冷機10と、最終段ジュー
ル・トムソン熱交換器3の高圧出口側と低圧入口側との
間に接続されるジュール・トムソン弁6及び最終の第3
ヒートステージ13とを備えた極低温冷凍機において、
前記前段熱交換器1の高圧入口側における高圧圧力を制
御する高圧制御弁208を設けると共に、前記第2ヒー
トステージ12の温度を検出して出力する温度検出器7
を設ける一方、前記第2ヒートステージ12における温
度に対し冷凍能力がピークとなる高圧圧力を記憶し、か
つ、前記温度検出器7により検出した温度に基づいて前
記高圧制御弁208に出力し、該高圧制御弁208を動
作させて前記高圧圧力を予め記憶した目標の高圧圧力に
制御する圧力調節器8を設けたから、ジュール・トムソ
ン側の高圧圧力を、第2ヒートステージ12の温度に対
し単位循環量当りの冷凍能力がピークとなる高圧圧力に
制御できるので、第2ヒートステージ12の温度が変動
しても、第3ジュール・トムソン熱交換器3での熱交換
効率を向上させられ、第3ヒートステージ13において
は常に冷凍能力を充分に発揮できるのである。Effects of the Invention As described above, the present invention has the following advantages: Joule-Thompson heat exchangers 1, 2, 3 connected in multiple stages The first heat stage 11 and the second heat stage 11 pre-cool the
A precooler 10 having a heat stage 12, a Joule-Thompson valve 6 connected between the high-pressure outlet side and the low-pressure inlet side of the final stage Joule-Thompson heat exchanger 3, and a final third Joule-Thompson heat exchanger 3.
In a cryogenic refrigerator equipped with a heat stage 13,
A high pressure control valve 208 is provided to control the high pressure on the high pressure inlet side of the pre-stage heat exchanger 1, and a temperature detector 7 detects and outputs the temperature of the second heat stage 12.
while storing the high pressure at which the refrigerating capacity peaks with respect to the temperature in the second heat stage 12, and outputting it to the high pressure control valve 208 based on the temperature detected by the temperature detector 7, Since the pressure regulator 8 is provided to control the high pressure to a pre-stored target high pressure by operating the high pressure control valve 208, the high pressure on the Joule-Thomson side can be circulated in unit cycles with respect to the temperature of the second heat stage 12. Since the refrigerating capacity per volume can be controlled to a high pressure that peaks, even if the temperature of the second heat stage 12 fluctuates, the heat exchange efficiency in the third Joule-Thompson heat exchanger 3 can be improved, and the third The heat stage 13 can always fully demonstrate its refrigerating capacity.
【0029】また、圧力調節器8に、クールダウン運転
時、第2ヒートステージ12での温度が目標温度になる
まで、高圧制御弁208への出力を中止するクールダウ
ン制御手段9を設けることにより、前記第2ヒートステ
ージ12での温度に関係なく前記高圧圧力を高域に上げ
てガス循環量を多くし、迅速なクールダウンができるの
で、定常運転時には前記高圧圧力の制御ができ、前記し
たごとく冷凍能力を向上できるに拘らず、クールダウン
時間を短縮できるのである。Furthermore, by providing the pressure regulator 8 with a cool-down control means 9 that stops the output to the high-pressure control valve 208 during the cool-down operation until the temperature in the second heat stage 12 reaches the target temperature. Regardless of the temperature at the second heat stage 12, the high pressure can be raised to a high range to increase the amount of gas circulation and allow rapid cooldown, so the high pressure can be controlled during steady operation, and the high pressure can be controlled as described above. Not only can it improve the freezing ability, but it can also shorten the cooldown time.
【図1】本発明冷凍機のー実施例を示す配管系統図であ
る。FIG. 1 is a piping system diagram showing an embodiment of the refrigerator of the present invention.
【図2】第3ヒートステージにおける単位循環量当りの
冷凍能力とジュール・トムソン側圧縮ユニットにおける
高圧圧力との関係を示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the refrigerating capacity per unit circulation amount in the third heat stage and the high pressure in the Joule-Thompson side compression unit.
【図3】従来冷凍機の配管系統図である。FIG. 3 is a piping system diagram of a conventional refrigerator.
1、2、3 ジュール・トムソン熱交換器6
ジュール・トムソン弁7
温度検出器
8 圧力調節器
9 クールダウン制御手段10
予冷機
11 第1ヒートステージ12
第2ヒートステージ13 第3
ヒートステージ208 高圧制御弁1, 2, 3 Joule-Thomson heat exchanger 6
joule thomson valve 7
Temperature detector 8 Pressure regulator 9 Cool down control means 10
Precooler 11 First heat stage 12
2nd heat stage 13 3rd
Heat stage 208 High pressure control valve
Claims (2)
換器1、2、3と、前段側のジュール・トムソン熱交換
器1、2の高圧出口側から流出する冷媒を予冷する第1
ヒートステージ11及び第2ヒートステージ12をもつ
予冷機10と、最終段ジュール・トムソン熱交換器3の
高圧出口側と低圧入口側との間に接続されるジュール・
トムソン弁6及び最終の第3ヒートステージ13とを備
えた極低温冷凍機において、前記前段熱交換器1の高圧
入口側における高圧圧力を制御する高圧制御弁208を
設けると共に、前記第2ヒートステージ12の温度を検
出して出力する温度検出器7を設ける一方、前記第2ヒ
ートステージ12における温度に対し冷凍能力がピーク
となる高圧圧力を記憶し、かつ、前記温度検出器7によ
り検出した温度に基づいて前記高圧制御弁208に出力
し、該高圧制御弁208を動作させて前記高圧圧力を予
め記憶した目標の高圧圧力に制御する圧力調節器8を設
けたことを特徴とする極低温冷凍機。[Claim 1] Joule-Thomson heat exchangers 1, 2, and 3 connected in multiple stages, and a first refrigerant that precools refrigerant flowing out from the high-pressure outlet side of the Joule-Thomson heat exchangers 1 and 2 on the previous stage side.
A precooler 10 having a heat stage 11 and a second heat stage 12, and a Joule-Thomson heat exchanger 3 connected between the high-pressure outlet side and the low-pressure inlet side of the final stage Joule-Thomson heat exchanger 3.
In a cryogenic refrigerator equipped with a Thomson valve 6 and a final third heat stage 13, a high pressure control valve 208 is provided to control the high pressure on the high pressure inlet side of the first stage heat exchanger 1, and the second heat stage A temperature detector 7 is provided that detects and outputs the temperature of 12, and also stores a high pressure at which the refrigerating capacity reaches a peak with respect to the temperature in the second heat stage 12, and also stores the temperature detected by the temperature detector 7. Cryogenic refrigeration characterized by being provided with a pressure regulator 8 which outputs an output to the high pressure control valve 208 based on the above, and operates the high pressure control valve 208 to control the high pressure to a pre-stored target high pressure. Machine.
2ヒートステージ12での温度が目標温度になるまで、
高圧制御弁208への出力を中止するクールダウン制御
手段9を備えている請求項1記載の極低温冷凍機。[Claim 2] During the cool-down operation, the pressure regulator 8 operates until the temperature at the second heat stage 12 reaches the target temperature.
The cryogenic refrigerator according to claim 1, further comprising a cool-down control means (9) for stopping the output to the high-pressure control valve (208).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10451391A JPH04335959A (en) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | Cryogenic refrigerating machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10451391A JPH04335959A (en) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | Cryogenic refrigerating machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04335959A true JPH04335959A (en) | 1992-11-24 |
Family
ID=14382578
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10451391A Pending JPH04335959A (en) | 1991-05-09 | 1991-05-09 | Cryogenic refrigerating machine |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04335959A (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3087390B2 (en) * | 1991-10-09 | 2000-09-11 | 富士写真光機株式会社 | Switch device for in-vivo examination device |
-
1991
- 1991-05-09 JP JP10451391A patent/JPH04335959A/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP3087390B2 (en) * | 1991-10-09 | 2000-09-11 | 富士写真光機株式会社 | Switch device for in-vivo examination device |
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