JPH05223373A - ヘリウム冷凍システム - Google Patents
ヘリウム冷凍システムInfo
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- JPH05223373A JPH05223373A JP2916092A JP2916092A JPH05223373A JP H05223373 A JPH05223373 A JP H05223373A JP 2916092 A JP2916092 A JP 2916092A JP 2916092 A JP2916092 A JP 2916092A JP H05223373 A JPH05223373 A JP H05223373A
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- temperature exhaust
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- low temperature
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Abstract
(57)【要約】
【目的】超臨界ヘリウムを強制循環して冷却される被冷
却体の熱負荷が変動するヘリウム冷凍システムにおい
て、被冷却体の変動に追従して、安定に寒冷を供給する
ヘリウム冷凍システムを提供することを目的とする。 【構成】循環ポンプ９で循環供給される超臨界ヘリウム
と、ヘリウム冷凍機から供給される液体ヘリウムとを熱
交換するサブクーラ８において、被冷却体１１の負荷変
動に応じて低温排気ポンプ１２の回転数を制御し、サブ
クーラ８の蒸発ヘリウムガスの排気能力を調節するヘリ
ウム冷凍システム。 【効果】被冷却体の熱負荷変動に対応して超臨界ヘリウ
ムの供給能力を可変とし、安定したヘリウム冷凍システ
ムの運転が可能となる。
却体の熱負荷が変動するヘリウム冷凍システムにおい
て、被冷却体の変動に追従して、安定に寒冷を供給する
ヘリウム冷凍システムを提供することを目的とする。 【構成】循環ポンプ９で循環供給される超臨界ヘリウム
と、ヘリウム冷凍機から供給される液体ヘリウムとを熱
交換するサブクーラ８において、被冷却体１１の負荷変
動に応じて低温排気ポンプ１２の回転数を制御し、サブ
クーラ８の蒸発ヘリウムガスの排気能力を調節するヘリ
ウム冷凍システム。 【効果】被冷却体の熱負荷変動に対応して超臨界ヘリウ
ムの供給能力を可変とし、安定したヘリウム冷凍システ
ムの運転が可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超伝導機器の強制冷却
等に用いられる低温排気ポンプを有するヘリウム冷凍シ
ステムに関する。
等に用いられる低温排気ポンプを有するヘリウム冷凍シ
ステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の装置を図４を用いて説明する。
【０００３】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へ送られ、戻りヘリウムガスと熱交換
器３で熱交換して冷却される。一部のヘリウムガスは、
膨張タービン４で膨張し、寒冷を発生して低圧ラインに
戻り、圧縮機１の吸入側へ戻る。他のヘリウムガスは、
さらに戻りヘリウムガスで冷却され、ＪＴ弁５で膨張し
て気液分離器６に戻る。気液分離器６でガス化したヘリ
ウムガスは、低圧ラインより圧縮機１の吸入側へ戻る。
一方、気液分離器６で液化したヘリウムは、低温移送配
管７を経てサブクーラ８へ至る。
ールドボックス２へ送られ、戻りヘリウムガスと熱交換
器３で熱交換して冷却される。一部のヘリウムガスは、
膨張タービン４で膨張し、寒冷を発生して低圧ラインに
戻り、圧縮機１の吸入側へ戻る。他のヘリウムガスは、
さらに戻りヘリウムガスで冷却され、ＪＴ弁５で膨張し
て気液分離器６に戻る。気液分離器６でガス化したヘリ
ウムガスは、低圧ラインより圧縮機１の吸入側へ戻る。
一方、気液分離器６で液化したヘリウムは、低温移送配
管７を経てサブクーラ８へ至る。
【０００４】一方、超臨界ヘリウムは、循環ポンプ９で
加圧され、サブクーラ８内の熱交換器１０−１で液体ヘ
リウムと熱交換し、被冷却体１１ヘ送られて冷却に供さ
れる。被冷却体を冷却して温度上昇した超臨界ヘリウム
は、サブクーラ８に戻り、熱交換器１０−２で液体ヘリ
ウムと熱交換して循環ポンプ９の吸入側に至り、再び、
加圧される。サブクーラ８内の液体ヘリウムは、熱交換
器１０−１，１０−２で加熱されて蒸発し、低温排気ポ
ンプ１２で圧縮され、コールドボックス２の低圧ライン
に至る。
加圧され、サブクーラ８内の熱交換器１０−１で液体ヘ
リウムと熱交換し、被冷却体１１ヘ送られて冷却に供さ
れる。被冷却体を冷却して温度上昇した超臨界ヘリウム
は、サブクーラ８に戻り、熱交換器１０−２で液体ヘリ
ウムと熱交換して循環ポンプ９の吸入側に至り、再び、
加圧される。サブクーラ８内の液体ヘリウムは、熱交換
器１０−１，１０−２で加熱されて蒸発し、低温排気ポ
ンプ１２で圧縮され、コールドボックス２の低圧ライン
に至る。
【０００５】サブクーラ８内の液体ヘリウムの圧力は、
低温排気ポンプ１２で圧縮される分だけコールドボック
ス２内の低圧ラインよりも低くなり、従って、その飽和
温度も低下する。これにより、被冷却体１１に送られる
超臨界ヘリウムの温度を下げることが可能となる。
低温排気ポンプ１２で圧縮される分だけコールドボック
ス２内の低圧ラインよりも低くなり、従って、その飽和
温度も低下する。これにより、被冷却体１１に送られる
超臨界ヘリウムの温度を下げることが可能となる。
【０００６】このようなヘリウム冷凍システムについて
は、たとえば、アドバンシーズ イン クライオジェニ
ック エンジニアリング 第２７巻（１９８２）第５０
１頁から第５０８頁（Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｃｒｙ
ｏｇｅｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｖｏｌ２
７，（１９８２）ｐｐ５０１〜５０８）において論じら
れている。
は、たとえば、アドバンシーズ イン クライオジェニ
ック エンジニアリング 第２７巻（１９８２）第５０
１頁から第５０８頁（Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｃｒｙ
ｏｇｅｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｖｏｌ２
７，（１９８２）ｐｐ５０１〜５０８）において論じら
れている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、サブ
クーラ及び被冷却体の負荷変動を考慮していないため、
サブクーラの負荷が多くなり、蒸発ガスが増加した場
合、サブクーラ内の圧力が上昇してサブクーラ内液体ヘ
リウムの飽和温度の上昇、及び超臨界ヘリウムの温度上
昇を生じ、そのため被冷却体の温度上昇に至るという問
題点があった。
クーラ及び被冷却体の負荷変動を考慮していないため、
サブクーラの負荷が多くなり、蒸発ガスが増加した場
合、サブクーラ内の圧力が上昇してサブクーラ内液体ヘ
リウムの飽和温度の上昇、及び超臨界ヘリウムの温度上
昇を生じ、そのため被冷却体の温度上昇に至るという問
題点があった。
【０００８】本発明は、被冷却体及びサブクーラの負荷
変動に対して、被冷却体をより安定に冷却することを目
的としており、さらに、負荷変動に対して応答性の良い
低温排気ポンプを有するヘリウム冷凍システムを供給す
ることを目的としている。
変動に対して、被冷却体をより安定に冷却することを目
的としており、さらに、負荷変動に対して応答性の良い
低温排気ポンプを有するヘリウム冷凍システムを供給す
ることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、低温排気ポンプの回転数を負荷の変動に対応して制
御するものとし、さらに、上記の目的を達成するため
に、主たる低温排気ポンプの他に低温排気ポンプを並列
に設けたり、低温排気ポンプと並列にバッファータンク
を設けたり、低温排気ポンプの制御モードの切替を被冷
却体の負荷変動状態のトリガーとしたりしたものであ
る。
に、低温排気ポンプの回転数を負荷の変動に対応して制
御するものとし、さらに、上記の目的を達成するため
に、主たる低温排気ポンプの他に低温排気ポンプを並列
に設けたり、低温排気ポンプと並列にバッファータンク
を設けたり、低温排気ポンプの制御モードの切替を被冷
却体の負荷変動状態のトリガーとしたりしたものであ
る。
【００１０】
【作用】低温排気ポンプの流量と吐出吸入圧力比の特性
は、回転数により異なる。回転数を上げることにより、
同じ吸入圧力，吐出圧力でも流量を多くとることが可能
となる。
は、回転数により異なる。回転数を上げることにより、
同じ吸入圧力，吐出圧力でも流量を多くとることが可能
となる。
【００１１】また、主たる低温排気ポンプの他に並列に
低温排気ポンプを設置することにより、総合的な流量を
多くとることが可能となる。但し、他の低温排気ポンプ
を速やかに起動するために、他の低温排気ポンプが停止
中に主たる低温排気ポンプ等を利用して予冷しておく必
要がある。
低温排気ポンプを設置することにより、総合的な流量を
多くとることが可能となる。但し、他の低温排気ポンプ
を速やかに起動するために、他の低温排気ポンプが停止
中に主たる低温排気ポンプ等を利用して予冷しておく必
要がある。
【００１２】さらに、低温排気ポンプに並列にバッファ
ータンクを設けることにより、低温排気ポンプの能力に
余力がある時は、バッファータンクを介して低温ヘリウ
ムガスを循環し、負荷が上昇して必要流量が増加し、低
温排気ポンプの能力に余力がなくなった時には、バッフ
ァータンクへの循環量を低減する。
ータンクを設けることにより、低温排気ポンプの能力に
余力がある時は、バッファータンクを介して低温ヘリウ
ムガスを循環し、負荷が上昇して必要流量が増加し、低
温排気ポンプの能力に余力がなくなった時には、バッフ
ァータンクへの循環量を低減する。
【００１３】さらに、上記の各制御を行なう際に、被冷
却体の負荷変動源の発生をトリガーとすることにより、
より速やかに、かつ、経済的に負荷変動に対応すること
が可能となる。
却体の負荷変動源の発生をトリガーとすることにより、
より速やかに、かつ、経済的に負荷変動に対応すること
が可能となる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。
る。
【００１５】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へ送られ、戻りヘリウムガスと熱交換
器３で熱交換して冷却される。一部のヘリウムガスは、
膨張タービン４で膨張し、寒冷を発生して低圧ラインに
戻り、圧縮機１の吸入側へ戻る。他のヘリウムガスは、
さらに、戻りヘリウムガスで冷却され、ＪＴ弁５で膨張
して気液分離器６に戻る。気液分離器６でガス化したヘ
リウムガスは、低圧ラインより圧縮機１の吸入側へ戻
る。一方、気液分離器６で液化したヘリウムは、低温移
送配管７を経てサブクーラ８へ至る。
ールドボックス２へ送られ、戻りヘリウムガスと熱交換
器３で熱交換して冷却される。一部のヘリウムガスは、
膨張タービン４で膨張し、寒冷を発生して低圧ラインに
戻り、圧縮機１の吸入側へ戻る。他のヘリウムガスは、
さらに、戻りヘリウムガスで冷却され、ＪＴ弁５で膨張
して気液分離器６に戻る。気液分離器６でガス化したヘ
リウムガスは、低圧ラインより圧縮機１の吸入側へ戻
る。一方、気液分離器６で液化したヘリウムは、低温移
送配管７を経てサブクーラ８へ至る。
【００１６】一方、超臨界ヘリウムは、循環ポンプ９で
加圧され、サブクーラ８内の熱交換器１０−１で液体ヘ
リウムと熱交換し、被冷却体１１ヘ送られて冷却に供さ
れる。被冷却体を冷却して温度上昇した超臨界ヘリウム
は、サブクーラ８に戻り、熱交換器１０−２で液体ヘリ
ウムと熱交換して循環ポンプ９の吸入側に至り、再び、
加圧される。サブクーラ８内の液体ヘリウムは、熱交換
器１０−１，１０−２で加熱されて蒸発し、低温排気ポ
ンプ１２で圧縮され、コールドボックス２の低圧ライン
に至る。
加圧され、サブクーラ８内の熱交換器１０−１で液体ヘ
リウムと熱交換し、被冷却体１１ヘ送られて冷却に供さ
れる。被冷却体を冷却して温度上昇した超臨界ヘリウム
は、サブクーラ８に戻り、熱交換器１０−２で液体ヘリ
ウムと熱交換して循環ポンプ９の吸入側に至り、再び、
加圧される。サブクーラ８内の液体ヘリウムは、熱交換
器１０−１，１０−２で加熱されて蒸発し、低温排気ポ
ンプ１２で圧縮され、コールドボックス２の低圧ライン
に至る。
【００１７】被冷却体１１の熱負荷が、たとえば、マグ
ネットにおける交流損失のように急激に増加し、その
後、通常時に戻るような場合には、一時的にサブクーラ
８の熱負荷が増加し、サブクーラ８内の液体ヘリウムが
急激に蒸発する。そこで、サブクーラ８内の圧力が上昇
しないように、被冷却体１１の交流損失が発生するタイ
ミングに合わせて、制御装置２０からの指示に従って低
温排気ポンプ１２の回転数を上昇させておく。それによ
り、被冷却体１１の負荷の増加がサブクーラ８側に伝わ
る際には、すでに低温排気ポンプ１２の能力が増大して
おり、サブクーラ８の圧力を上げることなく運転するこ
とが可能となる。
ネットにおける交流損失のように急激に増加し、その
後、通常時に戻るような場合には、一時的にサブクーラ
８の熱負荷が増加し、サブクーラ８内の液体ヘリウムが
急激に蒸発する。そこで、サブクーラ８内の圧力が上昇
しないように、被冷却体１１の交流損失が発生するタイ
ミングに合わせて、制御装置２０からの指示に従って低
温排気ポンプ１２の回転数を上昇させておく。それによ
り、被冷却体１１の負荷の増加がサブクーラ８側に伝わ
る際には、すでに低温排気ポンプ１２の能力が増大して
おり、サブクーラ８の圧力を上げることなく運転するこ
とが可能となる。
【００１８】図２により、本発明の他の実施例を説明す
る。
る。
【００１９】主たる低温排気ポンプ１２と並列に他の低
温排気ポンプ２１を設置する。主たる低温排気ポンプ１
２の能力に余力がある時は、他の低温排気ポンプ２１は
停止しており、予冷のために主たる低温排気ポンプ１２
の吐出側から、他の低温排気ポンプ２１，及び主たる低
温排気ポンプ１２の吸入側へ低温のヘリウムガスを流
す。制御装置２０からの指示で、負荷が増大し始めた時
には、主たる低温排気ポンプ１２の回転数を上昇させる
とともに、他の低温排気ポンプ２１を起動することによ
り、低温排気ポンプとしての能力を上昇させる。
温排気ポンプ２１を設置する。主たる低温排気ポンプ１
２の能力に余力がある時は、他の低温排気ポンプ２１は
停止しており、予冷のために主たる低温排気ポンプ１２
の吐出側から、他の低温排気ポンプ２１，及び主たる低
温排気ポンプ１２の吸入側へ低温のヘリウムガスを流
す。制御装置２０からの指示で、負荷が増大し始めた時
には、主たる低温排気ポンプ１２の回転数を上昇させる
とともに、他の低温排気ポンプ２１を起動することによ
り、低温排気ポンプとしての能力を上昇させる。
【００２０】他の低温排気ポンプが複数であっても、そ
の機能は同様に有効であることはいうまでもない。ま
た、他の低温排気ポンプの予冷手段として、ヘリウム冷
凍機の寒冷を利用しても同様である。
の機能は同様に有効であることはいうまでもない。ま
た、他の低温排気ポンプの予冷手段として、ヘリウム冷
凍機の寒冷を利用しても同様である。
【００２１】図３により、本発明のさらに他の実施例を
説明する。
説明する。
【００２２】低温排気ポンプ１２と並列に低温バッファ
ータンク２２を設置する。低温排気ポンプ１２の能力に
余力がある時は、低温排気ポンプ１２の吐出側から低温
バッファータンク２２及び低温排気ポンプ１２の吸入側
へ低温のヘリウムガスを流す。制御装置２０からの指示
で、負荷が増大し始めた時には、低温排気ポンプ１２の
回転数を上昇させるとともに、低温バッファータンク２
２への循環ガス量を減少させる。
ータンク２２を設置する。低温排気ポンプ１２の能力に
余力がある時は、低温排気ポンプ１２の吐出側から低温
バッファータンク２２及び低温排気ポンプ１２の吸入側
へ低温のヘリウムガスを流す。制御装置２０からの指示
で、負荷が増大し始めた時には、低温排気ポンプ１２の
回転数を上昇させるとともに、低温バッファータンク２
２への循環ガス量を減少させる。
【００２３】上記実施例によれば、被冷却体の負荷の増
大に対応して低温排気ポンプの能力を増量制御できるの
で、サブクーラの温度を上昇させることなく、また、被
冷却体の温度を上昇させることなく、安定したヘリウム
冷凍システムの運転が可能となり、さらに、負荷変動に
対して速やかに追従するので、応答性が良く、かつ経済
的なヘリウム冷凍システムの運転が可能となるという効
果がある。
大に対応して低温排気ポンプの能力を増量制御できるの
で、サブクーラの温度を上昇させることなく、また、被
冷却体の温度を上昇させることなく、安定したヘリウム
冷凍システムの運転が可能となり、さらに、負荷変動に
対して速やかに追従するので、応答性が良く、かつ経済
的なヘリウム冷凍システムの運転が可能となるという効
果がある。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、被冷却体の負荷の増大
に対応して低温排気ポンプの能力を増量制御できるの
で、サブクーラの温度を上昇させることなく、また、被
冷却体の温度を上昇させることなく、安定したヘリウム
冷凍システムの運転が可能となり、さらに、負荷変動に
対して速やかに追従するので、応答性が良く、かつ経済
的なヘリウム冷凍システムの運転が可能となるという効
果がある。
に対応して低温排気ポンプの能力を増量制御できるの
で、サブクーラの温度を上昇させることなく、また、被
冷却体の温度を上昇させることなく、安定したヘリウム
冷凍システムの運転が可能となり、さらに、負荷変動に
対して速やかに追従するので、応答性が良く、かつ経済
的なヘリウム冷凍システムの運転が可能となるという効
果がある。
【図１】本発明の一実施例のフロー図である。
【図２】本発明の他の実施例のフロー図である。
【図３】本発明のさらに他の実施例のフロー図である。
【図４】従来例のフロー図である。
１…圧縮機、２…コールドボックス、３，１０…熱交換
器、４…膨張タービン、５…ＪＴ弁、６…気液分離器、
７…低温移送配管、８…サブクーラ、９…循環ポンプ、
１１…被冷却体、１２，２１…低温排気ポンプ、１３…
中圧タンク、２０…制御装置、２２…低温バッファータ
ンク。
器、４…膨張タービン、５…ＪＴ弁、６…気液分離器、
７…低温移送配管、８…サブクーラ、９…循環ポンプ、
１１…被冷却体、１２，２１…低温排気ポンプ、１３…
中圧タンク、２０…制御装置、２２…低温バッファータ
ンク。
Claims (4)
- 【請求項１】圧縮機，膨張機，コールドボックス等から
なり、液体ヘリウムを生成するヘリウム冷凍機と、被冷
却体に超臨界ヘリウムを送る循環ポンプと、ヘリウム冷
凍機で生成した液体ヘリウムと循環ポンプで循環される
ヘリウムとを熱交換させるためのサブクーラと、サブク
ーラで蒸発したヘリウムを排気，圧縮し、ヘリウム冷凍
機へ送る低温排気ポンプとからなる系において、被冷却
体の負荷変動に応じて低温排気ポンプの回転数を変動さ
せ、サブクーラの変動する蒸発流量に対応することを特
徴とするヘリウム冷凍システム。 - 【請求項２】低温排気ポンプを並列に設け、流量が少な
い時に主たる低温排気ポンプの吐出ヘリウムを他の低温
排気ポンプに一部逆流させて予冷することにより、負荷
変動に対応して他の低温排気ポンプが起動容易になるよ
うにしたことを特徴とする請求項１記載のヘリウム冷凍
システム。 - 【請求項３】低温排気ポンプと並列にバッファータンク
を設け、低温排気ポンプの吐出圧力と吸入圧力に応じ
て、負荷が少なく吐出圧が高く吸入圧が低い時には、バ
ッファータンクを介して低温排気ポンプの吐出ヘリウム
を吸入側へ戻すことを可能としたことを特徴とする請求
項１記載のヘリムウ冷凍システム。 - 【請求項４】被冷却体の負荷変動に対して、クエンチ，
圧力上昇等の変動源の発生をトリガーとして、回転数の
設定変更，流路の変更などの制御を切替えることを特徴
とする請求項１及至請求項３記載のヘリウム冷凍システ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2916092A JPH05223373A (ja) | 1992-02-17 | 1992-02-17 | ヘリウム冷凍システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2916092A JPH05223373A (ja) | 1992-02-17 | 1992-02-17 | ヘリウム冷凍システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05223373A true JPH05223373A (ja) | 1993-08-31 |
Family
ID=12268512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2916092A Pending JPH05223373A (ja) | 1992-02-17 | 1992-02-17 | ヘリウム冷凍システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05223373A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007205709A (ja) * | 2005-12-22 | 2007-08-16 | Siemens Magnet Technology Ltd | 極低温に冷却される機器の閉ループ予冷方法及び装置 |
-
1992
- 1992-02-17 JP JP2916092A patent/JPH05223373A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007205709A (ja) * | 2005-12-22 | 2007-08-16 | Siemens Magnet Technology Ltd | 極低温に冷却される機器の閉ループ予冷方法及び装置 |
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