JPH051857A - 極低温冷却装置 - Google Patents

極低温冷却装置

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JPH051857A
JPH051857A JP15313991A JP15313991A JPH051857A JP H051857 A JPH051857 A JP H051857A JP 15313991 A JP15313991 A JP 15313991A JP 15313991 A JP15313991 A JP 15313991A JP H051857 A JPH051857 A JP H051857A
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Masashi Nagao
政志 長尾
Takashi Inaguchi
隆 稲口
Hideto Yoshimura
秀人 吉村
Takahiro Matsumoto
隆博 松本
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/17Re-condensers

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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、蓄冷型冷凍機の停止時に温度上
昇する最終段冷凍ステージからの熱侵入を抑え、液体ヘ
リウムの消費量を低減できる極低温冷却装置を得ること
を目的とする。 【構成】 ヘリウム槽3は液体ヘリウム2を貯液し、超
電導マグネット1を極低温に冷却する。このヘリウム槽
3は第2段熱シールド5、さらに第1段熱シールド4に
包囲されて、真空槽6内に収納されている。3段GM冷
凍機7は第1段冷凍ステージ8、第2段冷凍ステージ9
および第3段冷凍ステージ10から構成されている。断
熱管16は、第3段冷凍ステージ10とヘリウム槽3と
の間に配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば超電導マグネ
ットを冷媒である液体ヘリウムにより冷却する極低温冷
却装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は例えば特開平2ー298765号
公報に記載された従来の超電導マグネット用極低温冷却
装置を示す断面図であり、図において1は超電導マグネ
ット、2は冷媒である液体ヘリウム、3は液体ヘリウム
2を貯蔵する冷媒槽であるヘリウム槽、4はヘリウム槽
3を包囲して配設された第1段熱シールド、5は第1段
熱シールド4とヘリウム槽3との間に配設された第2段
熱シールドであり、ここで輻射熱シールドは、これらの
第1段熱シールド4と第2段熱シールド5とから構成さ
れている。
【0003】6は第1段熱シールド4を包囲して配設さ
れた真空槽、7は蓄冷型冷凍機である3段ギフォードマ
クマホン冷凍機(以下3段GM冷凍機という)であり、
この3段GM冷凍機7は第1段熱シールド4に取り付け
られ第1段熱シールド4を冷却する第1段冷凍ステージ
8、第2段熱シールド5に取り付けられ第2段熱シール
ド5を冷却する第2段冷凍ステージ9およびヘリウム槽
3に取り付けられヘリウム槽3を冷却する第3段冷凍ス
テージ10を備えている。11は圧縮機、12および1
3はそれぞれ3段GM冷凍機7と圧縮機11とに接続さ
れた排気管および吸気管、14は第3段冷凍ステージ1
0で凝縮された凝縮液体ヘリウム、15はヘリウムポー
トである。
【0004】つぎに、上記従来の超電導マグネット用極
低温冷却装置の動作について説明する。まず、圧縮機1
1から圧縮された高圧のヘリウムガスが吸気管13を通
って3段GM冷凍機7に導入される。3段GM冷凍機7
に導入された高圧のヘリウムガスは、3段GM冷凍機7
の各段のそれぞれに設けられた蓄冷器(図示せず)を通
じて、3段GM冷凍機7の各段のそれぞれに設けられた
膨張室(図示せず)に導入される。高圧のヘリウムガス
は、蓄冷器で所定の温度まで冷却される。膨張室の容積
が最大となった時に、吸気管13を閉じ、排気管12を
開ける。この時、高圧のヘリウムガスが低圧ガスに膨張
してそれぞれの膨張室で冷凍が発生する。低圧のヘリウ
ムガスは、それぞれの蓄冷器を冷却しながら圧縮機11
に戻る。ここで、それぞれの膨張室で発生した冷凍は、
第1段冷凍ステージ8、第2段冷凍ステージ9および第
3段冷凍ステージ10を介して第1段熱シールド4、第
2段熱シールド5およびヘリウム槽3に伝えられる。
【0005】また、超電導マグネット1はヘリウム槽3
に収納され、ヘリウム槽3内に貯蔵されている液体ヘリ
ウム2により極低温(例えば、4.2K)に冷却され
る。常温部からの熱は、真空槽6により真空断熱され、
さらに3段GM冷凍機7を構成する第1段冷凍ステージ
8および第2段冷凍ステージ9で冷却された第1段熱シ
ールド4および第2段熱シールド5により断熱され、ヘ
リウム槽3への侵入が防止されている。さらに、第3段
冷凍ステージ10によるヘリウム槽3の冷却により、僅
かに侵入する常温部からの熱侵入で蒸発したヘリウムガ
スを凝縮液体ヘリウム14として再凝縮し、液体ヘリウ
ム2の消費を抑えている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の超電導マグネッ
ト用極低温冷却装置は以上のように、3段GM冷凍機7
の第3段冷凍ステージ10がヘリウム槽3に直接取り付
けられているので、停電等により3段GM冷凍機7が停
止した場合に、第3段冷凍ステージ10の温度が上昇
し、ここからの熱侵入が増大して液体ヘリウム2の蒸発
量が増加することになり、冷却装置としての性能が低下
するという課題があった。
【0007】また、ヘリウム槽3を極低温に冷却する際
の熱収縮を第3段冷凍ステージ10で吸収できず、3段
GM冷凍機7に大きな力が加わって冷却装置を変形さ
せ、冷却装置の性能を損なうという課題もあった。
【0008】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、蓄冷型冷凍機が停止し、最終段
冷凍ステージの温度が上昇しても、最終段冷凍ステージ
からの熱侵入を抑え、蓄冷型冷凍機の停止時における冷
媒の消費量を抑えることができる極低温冷却装置を得る
ことを目的とし、また冷媒槽を初期冷却する際に冷媒槽
が熱収縮しても、この熱収縮を吸収して蓄冷型冷凍機に
加わる応力を低減し、信頼性を向上できる極低温冷却装
置を得ることを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
る極低温冷却装置は、蓄冷型冷凍機の最終段冷凍ステー
ジと冷媒槽との間に断熱部を配設したものである。
【0010】また、この発明の請求項2に係る極低温冷
却装置は、蓄冷型冷凍機の最終段冷凍ステージと冷媒槽
との間に応力吸収部を配設したものである。
【0011】
【作用】請求項1に係る発明においては、停電等により
蓄冷型冷凍機が停止した場合に最終段冷凍ステージが温
度上昇しても、蓄冷型冷凍機の最終段冷凍ステージと冷
媒槽との間に配設した断熱部に温度勾配ができ、最終段
冷凍シテージから冷媒槽への熱侵入を低減する。
【0012】また、請求項2に係る発明においては、蓄
冷型冷凍機の最終段冷凍ステージと冷媒槽との間に配設
した応力吸収部が、冷媒槽を初期冷却する際に冷媒槽に
発生する熱収縮を吸収する。
【0013】
【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例1. この実施例1は、請求項1に係る実施例である。図1は
この発明の実施例1を示す断面図であり、図において図
3に示した従来の超電導マグネット用極低温冷却装置と
同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を省
略する。図において、16は断熱部としての断熱管であ
り、この断熱管16は、例えばSUS304等の熱伝導
率の小さな材料で管状に作製され、両端のそれぞれが最
終段冷却ステージである第3段冷凍ステージ10の底面
およびヘリウム槽3のそれぞれに臨むように取り付けら
れている。
【0014】上記実施例1では、3段GM冷凍機7が正
常に動作している場合には、図3に示した従来の極低温
冷却装置と同様に、第3段冷凍ステージ10によりヘリ
ウムガスを再凝縮して液体ヘリウム2の消費を抑えてい
る。また、停電等により3段GM冷凍機7が停止した場
合には、第3段冷凍ステージ10の温度が上昇するが、
断熱管16において温度勾配ができて、第3段冷凍ステ
ージ10からヘリウム槽3への熱侵入を抑え、3段GM
冷凍機7の停止時における液体ヘリウム2の消費量を抑
えている。
【0015】実施例2. この実施例2は、請求項2に係る実施例である。図2は
この発明の実施例2を示す断面図であり、図において1
7は応力吸収部としてのベローズであり、このベローズ
17は、例えばSUS304等の熱伝導率の小さな材料
で作製されたひだ状の側壁を有する管状体で、両端のそ
れぞれが第3段冷凍ステージ10の底面およびヘリウム
槽3のそれぞれに臨むように取り付けられている。
【0016】上記実施例2では、初期冷却の際にヘリウ
ム槽3で発生する熱収縮による歪は、ベロース17が伸
縮変形することにより吸収され、3段GM冷凍機7に加
わる応力を低減でき、応力による極低温冷却装置の破損
を防ぎ、装置の信頼性が向上できる。また、停電等によ
り3段GM冷凍機7が停止した場合には、第3段冷凍ス
テージ10の温度が上昇するが、上記実施例1の断熱管
16に比べ、ベローズ17はその側壁形状に起因して断
熱距離が長くなっており、第3段冷凍ステージ10から
ヘリウム槽3への熱侵入を一層抑えることができる。
【0017】なお、上記各実施例では、蓄冷型冷凍機と
して3段GM冷凍機7を用いて説明しているが、他の蓄
冷型冷凍機、例えばスターリング冷凍機やソルベール冷
凍機であっても同様の効果を奏する。
【0018】また、上記各実施例では、蓄冷型冷凍機と
して3段GM冷凍機7を用いて説明しているが、単段膨
張式、2段膨張式、もしくは4段膨張式以上の冷凍機で
あっても同様の効果を奏する。
【0019】さらに、上記各実施例では、超電導マグネ
ット1を冷却する極低温冷却装置として説明している
が、この発明はこれに限定されるものでなく、超電導コ
ンピュータ、SQUID等にも適用できる。
【0020】さらにまた、上記実施例2では、応力吸収
部としてベローズ17を用いて説明しているが、この発
明は、応力吸収部は応力によって伸縮できる構造であれ
ばよく、ベローズ17に限ぎるものではない。
【0021】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、最終段
冷凍ステージと冷媒槽との間に断熱部を配設することに
よって、蓄冷型冷凍機が停止した際の最終段冷凍ステー
ジからの熱侵入を抑えることができ、また、最終段冷凍
ステージと冷媒槽との間に応力吸収部を配設することに
よって、冷媒槽を冷却する際に冷媒槽に発生する熱収縮
を吸収することができ、冷却装置の性能、信頼性を向上
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の発明の実施例である極低温冷却装置を示
す断面図である。
【図2】第2の発明の実施例である極低温冷却装置を示
す断面図である。
【図3】従来の極低温冷却装置の一例を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
2 液体ヘリウム(冷媒) 3 ヘリウム槽(冷媒槽) 4 第1段熱シールド(輻射熱シールド) 5 第2段熱シールド(輻射熱シールド) 6 真空槽 7 3段GM冷凍機(蓄冷型冷凍機) 10 第3段冷凍ステージ(最終段冷凍シールド) 16 断熱管(断熱部) 17 ベローズ(応力吸収部)
フロントページの続き (72)発明者 松本 隆博 赤穂市天和651番地 三菱電機株式会社赤 穂製作所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷媒を貯蔵する冷媒槽と、前記冷媒槽を
    包囲して設けられた真空槽と、最終段冷凍ステージが前
    記冷媒槽に取り付けられ、前記冷媒槽内の気化した前記
    冷媒を凝縮する蓄冷型冷凍機とを備えた極低温冷却装置
    において、前記冷媒槽と前記蓄冷型冷凍機の前記最終段
    冷凍ステージとの間に断熱部を配設したことを特徴とす
    る極低温冷却装置。
  2. 【請求項2】 冷媒を貯蔵する冷媒槽と、前記冷媒槽を
    包囲して設けられた真空槽と、最終段冷凍ステージが前
    記冷媒槽に取り付けられ、前記冷媒槽内の気化した前記
    冷媒を凝縮する蓄冷型冷凍機とを備えた極低温冷却装置
    において、前記冷媒槽と前記蓄冷型冷凍機の前記最終段
    冷凍ステージとの間に応力吸収部を配設したことを特徴
    とする極低温冷却装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5410286A (en) * 1994-02-25 1995-04-25 General Electric Company Quench-protected, refrigerated superconducting magnet
KR100454702B1 (ko) * 2002-06-26 2004-11-03 주식회사 덕성 지엠냉각기를 구비한 극저온용기 및 극저온용기의 제어방법
US9138753B1 (en) 2010-09-02 2015-09-22 Hiroshi Takahara Spray nozzle and the application
JP2015182717A (ja) * 2014-03-26 2015-10-22 大陽日酸株式会社 宇宙環境試験装置
CN113375359A (zh) * 2020-02-25 2021-09-10 住友重机械工业株式会社 超低温制冷机及超低温系统

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