JPH05223393A - Heat transfer apparatus - Google Patents

Heat transfer apparatus

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Publication number
JPH05223393A
JPH05223393A JP33044891A JP33044891A JPH05223393A JP H05223393 A JPH05223393 A JP H05223393A JP 33044891 A JP33044891 A JP 33044891A JP 33044891 A JP33044891 A JP 33044891A JP H05223393 A JPH05223393 A JP H05223393A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refrigerant
cooled
heat transfer
expansion valve
hydrogen
Prior art date
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Pending
Application number
JP33044891A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masao Kawai
正夫 川合
Hideki Ariga
秀喜 有賀
Toshihiro Shiimado
利博 椎窓
Yoshihisa Ito
義久 伊藤
Koji Hori
孝二 堀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EKUOSU RES KK
Original Assignee
EKUOSU RES KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EKUOSU RES KK filed Critical EKUOSU RES KK
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Publication of JPH05223393A publication Critical patent/JPH05223393A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To operate a refrigerating cycle in a high efficiency without increasing its size. CONSTITUTION:A plurality of cylindrical inner tanks 71A, 71B, 71C are circumferentially arranged in a cylindrical outer tank 72, and refrigerant is supplied from a J-T expansion valve 39 arranged on one end of the tank 72. The refrigerant is supplied toward a central space enclosed by the tanks 71A, 71B, 71C to indirectly cool materials to be cooled in the tanks 71A, 71B, 71C. Fins 82 which radially externally protrude are formed on the surfaces of the tanks 71A, 71B, 71C. The fins 82 are so formed in protruding amounts at a part of a central space side that those disposed at positions separate farther from the valve 39 are more in number. Accordingly, the tanks 71A, 71B, 71C are uniformly cooled from one end to the other of the tank 72 and held at uniform temperatures.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、熱伝達装置に関するも
のである。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a heat transfer device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、例えば密閉容器内に筒状体を配設
し、該筒状体内の固体、流体、流動体等の被冷却物を冷
却媒体によって冷却する熱伝達装置においては、上記密
閉容器内に冷却媒体を供給して上記筒状体の表面に接触
させ、筒状体の壁を介して熱伝達を行うようになってい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, in a heat transfer device for arranging a tubular body in a closed container and cooling an object to be cooled such as solids, fluids and fluids in the tubular body with a cooling medium, A cooling medium is supplied into the container and brought into contact with the surface of the cylindrical body, and heat is transferred through the wall of the cylindrical body.

【0003】この場合、上記筒状体の壁における熱伝達
効率を向上させるため、壁の表面には冷却媒体との接触
面積を増大させるためのフィンが設けられている。
In this case, in order to improve the heat transfer efficiency in the wall of the cylindrical body, fins are provided on the surface of the wall for increasing the contact area with the cooling medium.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の熱伝達装置においては、密閉容器内に筒状体が配設
されているため、筒状体の内部を効率的に冷却すること
ができず、大量の冷却媒体を必要とする。すなわち、筒
状体と密閉容器間の環状空間に冷却媒体を供給する場
合、冷却媒体を筒状体の横方向から供給すると、冷却媒
体が当たる部分のみが冷却され、他の部分が冷却され
ず、筒状体の全体を冷却することができない。
However, in the above-mentioned conventional heat transfer device, since the tubular body is arranged in the closed container, the inside of the tubular body cannot be efficiently cooled. , Requires a large amount of cooling medium. That is, when the cooling medium is supplied to the annular space between the cylindrical body and the closed container, if the cooling medium is supplied from the lateral direction of the cylindrical body, only the portion contacted by the cooling medium is cooled and the other portions are not cooled. However, the entire tubular body cannot be cooled.

【0005】そこで、密閉容器の一端に冷却媒体を供給
し、筒状体に沿って流して熱伝達を行わせた後、密閉容
器の他端から排出するようにしている。この場合、冷却
媒体は筒状体の全体を冷却することができ、全体の熱伝
達効率が向上する。ところが、この場合も冷却媒体が供
給される密閉容器の一端側においては、冷却媒体による
冷却能力が高いが、他端側に流れるにつれて次第に温度
が上昇したり気化したりして冷却能力が低下し、筒状体
の全体にわたって均一な冷却を行うことができない。し
たがって、冷却むらが発生し、筒状体の全体を冷却する
までに長い時間がかかるだけでなく、冷却効率が低下
し、しかも、冷却媒体の使用量が増加してしまう。
Therefore, the cooling medium is supplied to one end of the closed container, flowed along the cylindrical body to conduct heat transfer, and then discharged from the other end of the closed container. In this case, the cooling medium can cool the entire tubular body, and the overall heat transfer efficiency is improved. However, even in this case, the cooling capacity by the cooling medium is high on one end side of the closed container to which the cooling medium is supplied, but the cooling capacity gradually decreases as the temperature flows to the other end side, and the cooling capacity decreases. However, uniform cooling cannot be performed over the entire tubular body. Therefore, uneven cooling occurs, it takes a long time to cool the entire tubular body, the cooling efficiency decreases, and the amount of the cooling medium used increases.

【0006】したがって、例えば、超電導モータにおい
ては超電導マグネット部分を極低温に冷却するための冷
凍装置が配設されているが、上記熱伝達装置を冷凍装置
に採用した場合、冷凍装置が大型化してしまうだけでな
く、冷凍サイクルの効率が低下し、超電導マグネット部
分を十分に冷却することができない。しかも、冷媒の使
用量が増加して冷媒槽も大型化してしまう。
Therefore, for example, in a superconducting motor, a refrigerating device for cooling the superconducting magnet portion to a cryogenic temperature is arranged. However, when the heat transfer device is adopted in the refrigerating device, the refrigerating device becomes large. Not only that, but the efficiency of the refrigeration cycle is reduced, and the superconducting magnet cannot be cooled sufficiently. Moreover, the amount of refrigerant used increases and the refrigerant tank also becomes large.

【0007】本発明は、上記従来の熱伝達装置の問題点
を解決して、冷却効率を向上することができ、冷却媒体
の使用量を低減することができ、装置を小型化すること
ができる熱伝達装置を提供することを目的とする。
The present invention solves the above problems of the conventional heat transfer device, improves the cooling efficiency, reduces the amount of the cooling medium used, and downsizes the device. An object is to provide a heat transfer device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】そのために、本発明の熱
伝達装置においては、筒状の外槽の内部に筒状の内槽が
複数設けられ、各内槽はほぼ円周上に配設される。上記
内槽の内部には被冷却物が収容され、上記外槽の一端に
配設された冷媒供給手段から上記各内槽によって包囲さ
れた中央空間に向けて冷媒が供給される。
To this end, in the heat transfer device of the present invention, a plurality of cylindrical inner tanks are provided inside the cylindrical outer tank, and each inner tank is arranged substantially on the circumference. To be done. An object to be cooled is housed inside the inner tank, and a refrigerant is supplied from a refrigerant supply means arranged at one end of the outer tank toward a central space surrounded by the inner tanks.

【0009】上記内槽の表面には、径方向外方に突出し
てフィンが形成される。該フィンは、上記中央空間側の
部分の突出量を上記冷媒供給手段から離れた位置にある
ものほど多くしてある。
Fins are formed on the surface of the inner tank so as to project radially outward. As for the fins, the amount of protrusion of the portion on the side of the central space is increased as it is located farther from the refrigerant supply means.

【0010】[0010]

【作用及び発明の効果】本発明によれば、上記のように
筒状の外槽の内部に筒状の内槽が複数設けられ、各内槽
はほぼ円周上に配設される。上記内槽の内部には被冷却
物が収容され、上記外槽の一端に配設された冷媒供給手
段から冷媒が供給される。冷媒は上記各内槽によって包
囲された中央空間に向けて供給され、各内槽内の被冷却
物を間接的に冷却する。
According to the present invention, as described above, a plurality of cylindrical inner tanks are provided inside the cylindrical outer tank, and each inner tank is arranged substantially on the circumference. An object to be cooled is housed inside the inner tank, and a refrigerant is supplied from a refrigerant supply means arranged at one end of the outer tank. The refrigerant is supplied toward the central space surrounded by the inner tanks, and indirectly cools the object to be cooled in the inner tanks.

【0011】上記内槽の表面において径方向外方に突出
してフィンが形成され、該フィンは、上記中央空間側の
部分の突出量を上記冷媒供給手段から離れた位置にある
ものほど多くしてある。したがって、冷媒供給手段から
離れるほど上記中央空間は狭くなり、冷媒の流れに対す
る抵抗が大きくなる。その結果、冷媒は各フィンに沿っ
て各内槽間を抜け、外槽内の全域に行き渡る。このよう
に、上記冷媒供給手段を各内槽によって包囲される中央
空間に向けて配設するだけで、冷媒供給手段から供給さ
れた冷媒を外槽内の全域に行き渡らせることができる。
Fins are formed on the surface of the inner tank so as to project outward in the radial direction, and the amount of projection of the fin on the side of the central space is increased as the position is farther from the refrigerant supply means. is there. Therefore, as the distance from the coolant supply means increases, the central space becomes narrower and the resistance to the flow of the coolant increases. As a result, the refrigerant passes along the fins between the inner tanks and spreads throughout the outer tank. In this way, the refrigerant supplied from the refrigerant supply means can be spread over the entire area of the outer tank simply by disposing the refrigerant supply means toward the central space surrounded by the inner tanks.

【0012】また、冷媒は上記外槽の一端から他端に移
動する間に単位重量当たりの冷却能力が低下するが、冷
媒供給手段から離れるほどフィンの突出量が多くなるた
め、熱伝達に寄与する表面積が大きくなる。したがっ
て、内槽は、外槽の一端から他端にかけて均一に冷却さ
れ、かつ、均一な温度に保たれる。また、熱伝達効率が
向上するため、熱伝達装置を小型化することができる。
Further, the cooling capacity of the refrigerant per unit weight decreases while moving from one end to the other end of the outer tub, but as the distance from the refrigerant supply means increases, the protruding amount of the fins increases, which contributes to heat transfer. The surface area for Therefore, the inner tank is uniformly cooled from one end to the other end of the outer tank and is kept at a uniform temperature. Further, since the heat transfer efficiency is improved, the heat transfer device can be downsized.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図1は本発明の熱伝達装置が適
用される極低温冷凍装置の概略図である。図において、
11は熱負荷を冷却するための第1冷凍サイクル、12
は該第1冷凍サイクル11の低温源を構成する第2冷凍
サイクルである。上記第1冷凍サイクル11及び第2冷
凍サイクル12を2段連結することによって、約4.2
°Kの極低温状態が形成される。上記第1冷凍サイクル
11は冷媒としてヘリウム(He)を使用し、吸着物質
として吸着剤を使用する吸着式冷凍サイクルで構成さ
れ、一方、第2冷凍サイクル12は冷媒として水素(H
2 )を使用し、吸着物質として水素吸蔵合金を使用する
化学式冷凍サイクルで構成されるが、第1冷凍サイクル
11と同様に吸着剤を使用することもできる。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a cryogenic refrigeration system to which the heat transfer device of the present invention is applied. In the figure,
11 is a first refrigeration cycle for cooling the heat load, 12
Is a second refrigeration cycle which constitutes a low temperature source of the first refrigeration cycle 11. By connecting the first refrigeration cycle 11 and the second refrigeration cycle 12 in two stages, about 4.2
A cryogenic state of ° K is formed. The first refrigeration cycle 11 is an adsorption refrigeration cycle using helium (He) as a refrigerant and an adsorbent as an adsorbent, while the second refrigeration cycle 12 is hydrogen (H) as a refrigerant.
2 ) is used and a chemical refrigeration cycle using a hydrogen storage alloy as an adsorbent is used, but an adsorbent can be used as in the first refrigeration cycle 11.

【0014】13はヘリウムガスを吸着するとともに放
出するための吸着装置である。該吸着装置13は、活性
炭やゼオライトなどの吸着剤14、該吸着剤14を加熱
するためのヒータ15、及び冷却器16から成る。上記
吸着剤14の温度をヒータ15によって強制的に上昇さ
せると、吸着されていたヘリウムが吸着剤14から放出
される。また、上記吸着剤14の温度を冷却器16によ
って強制的に低下させると、ヘリウムが吸着剤14に吸
着される。
Reference numeral 13 is an adsorption device for adsorbing and releasing helium gas. The adsorption device 13 comprises an adsorbent 14 such as activated carbon or zeolite, a heater 15 for heating the adsorbent 14, and a cooler 16. When the temperature of the adsorbent 14 is forcibly raised by the heater 15, the adsorbed helium is released from the adsorbed helium. When the temperature of the adsorbent 14 is forcibly lowered by the cooler 16, helium is adsorbed on the adsorbent 14.

【0015】上記吸着剤14を備えた吸着装置13は、
接続管17を介してループ状の冷媒管路18に接続され
ていて、吸着剤14を加熱することによって発生したヘ
リウムガスは上記冷媒管路18に供給され、該冷媒管路
18に配設されるJ−T膨張弁19で膨張させられ、ジ
ュール・トムソン効果によって少なくとも一部が液化さ
せられ、ミスト状の冷媒となる。そして、ミスト状の冷
媒は熱負荷となる負荷冷却器20に送られ、該負荷冷却
器20において本実施例では被冷却物をほぼ4.2°K
に冷却するとともに気化し、ヘリウムガスとなる。
The adsorption device 13 having the adsorbent 14 is
The helium gas, which is connected to the loop-shaped refrigerant pipe 18 via the connection pipe 17 and is generated by heating the adsorbent 14, is supplied to the refrigerant pipe 18 and is arranged in the refrigerant pipe 18. It is expanded by the JT expansion valve 19 and is at least partially liquefied by the Joule-Thomson effect, and becomes a mist-like refrigerant. Then, the mist-like refrigerant is sent to the load cooler 20 which becomes a heat load, and in the load cooler 20, the object to be cooled is substantially 4.2 ° K in this embodiment.
It becomes helium gas as it cools and vaporizes.

【0016】続いて、上記吸着剤14を冷却することに
よって、上記冷媒管路18内のヘリウムガスを上記吸着
剤14に吸着させることができる。上記J−T膨張弁1
9においてジュール・トムソン効果によって冷媒を液化
させるためには、高圧で所定温度以下の冷媒をJ−T膨
張弁19に供給して、該J−T膨張弁19から低圧側に
吐出する必要がある。
Subsequently, by cooling the adsorbent 14, the helium gas in the refrigerant conduit 18 can be adsorbed by the adsorbent 14. The JT expansion valve 1
In order to liquefy the refrigerant by the Joule-Thomson effect in No. 9, it is necessary to supply a high-pressure refrigerant having a predetermined temperature or lower to the J-T expansion valve 19 and discharge the J-T expansion valve 19 to the low-pressure side. ..

【0017】そこで、上記冷媒管路18におけるJ−T
膨張弁19の上流側の高圧側冷媒管路18aに一方向弁
22を、J−T膨張弁19の下流側の低圧側冷媒管路1
8bに一方向弁23を配設し、冷媒を一方向に流すとと
もに高圧側冷媒管路18aにおいて高圧を形成してい
る。この場合、上記一方向弁22はヘリウムガスの圧力
が例えば14atm.の設定圧力になるまでは開放され
ない構造になっていて、上記高圧側冷媒管路18a内に
おいてヘリウムガスは14〜18atm.の圧力に維持
される。なお、上記一方向弁22によって圧力を維持さ
せなくても、活性炭量、発熱サイクルを制御することに
よって圧力を維持させることもできる。
Therefore, J-T in the refrigerant line 18 is
A one-way valve 22 is provided in the high pressure side refrigerant pipeline 18a upstream of the expansion valve 19 and a low pressure side refrigerant pipeline 1 downstream of the JT expansion valve 19 is provided.
A one-way valve 23 is arranged at 8b to allow the refrigerant to flow in one direction and form a high pressure in the high pressure side refrigerant pipe line 18a. In this case, the one-way valve 22 has a helium gas pressure of, for example, 14 atm. The structure is such that the pressure is not released until the set pressure becomes, and the helium gas in the high pressure side refrigerant pipe line 18a is 14-18 atm. Maintained at the pressure of. Even if the pressure is not maintained by the one-way valve 22, the pressure can be maintained by controlling the amount of activated carbon and the heat generation cycle.

【0018】このようにして、吸着剤14を加熱するこ
とによって発生したヘリウムガスは一方向弁22を介し
て高圧側冷媒管路18aに送られ、上記J−T膨張弁1
9から低圧側冷媒管路18bに吐出される。上述したよ
うに、ヘリウムガスはJ−T膨張弁19から吐出されて
少なくとも一部が液化させられるが、該J−T膨張弁1
9の上流側のヘリウムガスの温度が低温であればあるほ
ど吐出後の温度は低下し、液化する量が増加する。そこ
で、上記J−T膨張弁19の上流側の高圧側冷媒管路1
8aに、ヘリウムガスを冷却するための第1、第2熱交
換器25,26と該第1、第2熱交換器25,26間に
第3熱交換器27が配設される。
The helium gas generated by heating the adsorbent 14 in this manner is sent to the high pressure side refrigerant pipe 18a via the one-way valve 22, and the JT expansion valve 1
9 is discharged to the low pressure side refrigerant pipe line 18b. As described above, the helium gas is discharged from the JT expansion valve 19 and at least part of it is liquefied.
The lower the temperature of the helium gas on the upstream side of 9, the lower the temperature after discharge and the more the amount of liquefaction. Therefore, the high pressure side refrigerant pipeline 1 on the upstream side of the JT expansion valve 19 is provided.
8a, the first and second heat exchangers 25 and 26 for cooling the helium gas and the third heat exchanger 27 are disposed between the first and second heat exchangers 25 and 26.

【0019】上記第1熱交換器25及び第2熱交換器2
6は、向流型熱交換器が採用され、上記負荷冷却器20
において被冷却物を冷却した後の低圧側冷媒管路18b
内のヘリウムガスの冷熱を利用して高圧側冷媒管路18
a内のヘリウムガスを冷却するようにしている。また、
第3熱交換器27は、第2冷凍サイクル12において冷
却器16で吸着剤14を冷却した後の水素ガスの冷熱を
利用している。
The first heat exchanger 25 and the second heat exchanger 2
6, a countercurrent heat exchanger is adopted, and the load cooler 20
Low pressure side refrigerant line 18b after cooling the object to be cooled in
High-pressure-side refrigerant line 18 using the cold heat of the helium gas in the
The helium gas in a is cooled. Also,
The third heat exchanger 27 uses the cold heat of the hydrogen gas after the adsorbent 14 is cooled by the cooler 16 in the second refrigeration cycle 12.

【0020】このようにして、少なくとも一部が液化さ
せられてヘリウムガスと液体ヘリウムの混合物になった
冷媒は負荷冷却器20に送られ、該負荷冷却器20で被
冷却物を冷却する。上記液体ヘリウムの沸点は約4.2
°Kであり、負荷冷却器20は約4.2°Kで被冷却物
を冷却することができる。したがって、上記負荷冷却器
20を超電導モータの液体ヘリウム槽に配設すれば、超
電導マグネットを冷却して気化したヘリウムガスを再び
液化することができる。
In this way, the refrigerant, which is at least partially liquefied and becomes a mixture of helium gas and liquid helium, is sent to the load cooler 20, and the load cooler 20 cools the object to be cooled. The boiling point of the liquid helium is about 4.2.
The load cooler 20 can cool the object to be cooled at about 4.2 ° K. Therefore, by disposing the load cooler 20 in the liquid helium tank of the superconducting motor, the superconducting magnet can be cooled and the vaporized helium gas can be liquefied again.

【0021】なお、この場合、超電導マグネットを冷却
して気化したヘリウムガスを負荷冷却器20の被冷却物
としているが、例えば負荷冷却器20を液体ヘリウム槽
で構成し、被冷却物としての超電導マグネットを直接冷
却するようにしてもよい。上述したように、吸着装置1
3には、吸着剤14を加熱するためにヒータ15が設け
られている。該ヒータ15は電源回路31に接続され、
図示しない制御装置によって制御され、間歇的に上記吸
着剤14を加熱する。また、上記吸着剤14には冷却器
16が配設されていて、該冷却器16内を流れる水素ガ
スと液化水素の混合物から成る冷媒によって上記吸着剤
14は常時22°Kに冷却されている。
In this case, the helium gas vaporized by cooling the superconducting magnet is used as the object to be cooled of the load cooler 20. However, for example, the load cooler 20 is composed of a liquid helium tank, and the superconducting object as the object to be cooled is used. The magnet may be cooled directly. As described above, the adsorption device 1
3, a heater 15 is provided to heat the adsorbent 14. The heater 15 is connected to a power supply circuit 31,
The adsorbent 14 is intermittently heated by being controlled by a control device (not shown). Further, the adsorbent 14 is provided with a cooler 16, and the adsorbent 14 is constantly cooled to 22 ° K by a refrigerant composed of a mixture of hydrogen gas and liquefied hydrogen flowing in the cooler 16. ..

【0022】次に、第2冷凍サイクル12について説明
する。33は冷却することによって水素ガスを吸蔵し、
加熱することによって水素ガスを放出するための吸蔵装
置である。該吸蔵装置33は、LaNi5 などの水素吸
蔵合金から成る吸蔵物質34、該吸蔵物質34を選択的
に加熱・冷却するためのペルチェ素子35から成る。該
ペルチェ素子35は上記電源回路31に接続されるとと
もに、図示しない制御装置によって制御され、接続され
る極性を切り替えることによって雰囲気温度に対して±
60°Cの加熱・冷却を行う。すなわち、雰囲気温度を
例えば0°Cに維持した場合、加熱時には60°Cの加
熱を、冷却時には−60°Cの冷却を行うことができ
る。
Next, the second refrigeration cycle 12 will be described. 33 absorbs hydrogen gas by cooling,
It is an occlusion device for releasing hydrogen gas by heating. The occlusion device 33 comprises an occlusion substance 34 made of a hydrogen occlusion alloy such as LaNi 5, and a Peltier element 35 for selectively heating and cooling the occlusion substance 34. The Peltier element 35 is connected to the power supply circuit 31 and is controlled by a control device (not shown).
Heat and cool at 60 ° C. That is, when the atmospheric temperature is maintained at 0 ° C, for example, heating at 60 ° C can be performed during heating, and cooling at -60 ° C can be performed during cooling.

【0023】したがって、例えば上記吸蔵物質34とし
て−60°C程度の低温下で吸蔵を行うことができるも
のを使用すると、上記吸蔵装置33をほぼ0°Cの雰囲
気下に置くことができ、吸蔵装置33を極低温状態から
分離して独立した断熱構造内に収容すると、装置の熱効
率を向上させることができる。上記構成の吸蔵装置33
において、吸蔵物質34の温度をペルチェ素子35によ
って強制的に上昇させると、吸蔵されていた水素が気化
し水素ガスとなって吸蔵物質34から放出される。ま
た、上記ペルチェ素子35を切り替え、上記吸蔵物質3
4の温度をペルチェ素子35によって強制的に低下させ
ると、水素ガスが吸蔵物質34に吸蔵される。
Therefore, for example, when the occluding substance 34 that can occlude at a low temperature of about -60 ° C. is used, the occluding device 33 can be placed in an atmosphere of about 0 ° C. If the device 33 is separated from the cryogenic state and housed in an independent heat insulating structure, the thermal efficiency of the device can be improved. Storage device 33 having the above configuration
In the above, when the temperature of the storage substance 34 is forcibly raised by the Peltier element 35, the stored hydrogen is vaporized and becomes hydrogen gas, which is released from the storage substance 34. Further, the Peltier element 35 is switched to change the storage material 3
When the temperature of 4 is forcibly reduced by the Peltier element 35, hydrogen gas is stored in the storage material 34.

【0024】上記吸蔵物質34を備えた吸蔵装置33は
接続管37を介してループ状の冷媒管路38に接続され
ていて、吸蔵物質34を加熱することによって発生した
水素ガスは上記冷媒管路38に供給され、該冷媒管路3
8に配設されるJ−T膨張弁39で膨張させられ、ジュ
ール・トムソン効果によって少なくとも一部が液化させ
られ、ミスト状の冷媒となる。そして、ミスト状の冷媒
は上記冷却器16に送られ、該冷却器16において上記
吸着剤14を約22°Kに冷却するとともに一部が気化
し、水素ガスとなる。上記冷却器16の下流側には第3
熱交換器27が配設されていて、吸着剤14を冷却した
後の冷媒は更に第3熱交換器27に送られ、該第3熱交
換器27においてヘリウムガスを冷却し、気化して水素
ガスとなる。
The occlusion device 33 having the occlusion substance 34 is connected to the loop-shaped refrigerant pipe 38 via the connecting pipe 37, and the hydrogen gas generated by heating the occlusion substance 34 is the refrigerant pipe. 38, and the refrigerant line 3
8 is expanded by the JT expansion valve 39, and at least a part thereof is liquefied by the Joule-Thomson effect, and becomes a mist-like refrigerant. Then, the mist-like refrigerant is sent to the cooler 16, and in the cooler 16, the adsorbent 14 is cooled to about 22 ° K and a part thereof is vaporized to become hydrogen gas. On the downstream side of the cooler 16, there is a third
The heat exchanger 27 is provided, and the refrigerant after cooling the adsorbent 14 is further sent to the third heat exchanger 27, where the helium gas is cooled and vaporized to hydrogen. It becomes gas.

【0025】続いて、上記ペルチェ素子35を切り替
え、吸蔵物質34を冷却することによって、上記冷媒管
路38内の水素ガスを上記吸蔵物質34に吸蔵させるこ
とができる。上記J−T膨張弁39においてジュール・
トムソン効果によって冷媒を液化させるためには、高圧
で所定温度以下の冷媒をJ−T膨張弁39に供給して、
該J−T膨張弁39から低圧側に吐出する必要がある。
Then, by switching the Peltier element 35 and cooling the storage substance 34, the hydrogen gas in the refrigerant pipe 38 can be stored in the storage substance 34. In the J-T expansion valve 39,
In order to liquefy the refrigerant by the Thomson effect, a high-pressure refrigerant having a temperature equal to or lower than a predetermined temperature is supplied to the J-T expansion valve 39,
It is necessary to discharge from the J-T expansion valve 39 to the low pressure side.

【0026】そこで、上記冷媒管路38におけるJ−T
膨張弁39の上流側の高圧側冷媒管路38aに一方向弁
42を、J−T膨張弁39の下流側の低圧側冷媒管路3
8bに一方向弁43を配設し、冷媒を一方向に流すとと
もに高圧側冷媒管路38aにおいて高圧を形成してい
る。このようにして、吸蔵物質34を加熱することによ
って発生した水素ガスは一方向弁42を介して高圧側冷
媒管路38aに送られ、上記J−T膨張弁39から低圧
側冷媒管路38bに吐出される。上述したように、水素
ガスはJ−T膨張弁39から吐出されて少なくとも一部
が液化させられるが、該J−T膨張弁39の上流側の水
素ガスの温度が低温であればあるほど吐出後の温度は低
下し、液化する量が増加する。そこで、上記J−T膨張
弁39の上流側の高圧側冷媒管路38aに、水素ガスを
冷却するための第1、第2熱交換器45,46と該第
1、第2熱交換器45,46間に第3熱交換器47が配
設される。
Therefore, J-T in the refrigerant pipe line 38 is
A one-way valve 42 is provided in the high pressure side refrigerant pipeline 38a upstream of the expansion valve 39, and a low pressure side refrigerant pipeline 3 is provided downstream of the JT expansion valve 39.
A one-way valve 43 is arranged at 8b to allow the refrigerant to flow in one direction and form a high pressure in the high pressure side refrigerant pipe line 38a. In this way, the hydrogen gas generated by heating the occlusion substance 34 is sent to the high pressure side refrigerant pipe line 38a via the one-way valve 42, and then from the JT expansion valve 39 to the low pressure side refrigerant pipe line 38b. Is ejected. As described above, the hydrogen gas is discharged from the J-T expansion valve 39 and at least a part thereof is liquefied. The lower the temperature of the hydrogen gas on the upstream side of the J-T expansion valve 39 is, the more the hydrogen gas is discharged. The subsequent temperature decreases and the amount of liquefaction increases. Therefore, the first and second heat exchangers 45 and 46 for cooling the hydrogen gas and the first and second heat exchangers 45 are provided in the high pressure side refrigerant pipe line 38a on the upstream side of the JT expansion valve 39. , 46 is provided with a third heat exchanger 47.

【0027】上記第1熱交換器45及び第2熱交換器4
6は、向流型熱交換器が採用され、第1冷凍サイクル1
1の第3熱交換器27においてヘリウムガスを冷却した
後の低圧側冷媒管路38b内の水素ガスの冷熱を利用し
て高圧側冷媒管路38a内の水素ガスを約77°Kに冷
却するようにしている。また、第3熱交換器47は、液
化ガス、例えば液体窒素(N2 )を冷熱源とする液化ガ
ス式冷却器で構成される。そのため、液化ガス供給手段
が設けられ、上記第3熱交換器47は液体窒素管路51
を介して液体窒素槽52に接続されている。
The first heat exchanger 45 and the second heat exchanger 4
6, a countercurrent heat exchanger is adopted, and the first refrigeration cycle 1
The hydrogen gas in the high pressure side refrigerant pipeline 38a is cooled to about 77 ° K by using the cold heat of the hydrogen gas in the low pressure side refrigerant pipeline 38b after cooling the helium gas in the first third heat exchanger 27. I am trying. The third heat exchanger 47 is composed of a liquefied gas cooler that uses liquefied gas, for example, liquid nitrogen (N 2 ) as a cold heat source. Therefore, a liquefied gas supply means is provided, and the third heat exchanger 47 is connected to the liquid nitrogen line 51.
It is connected to the liquid nitrogen tank 52 via.

【0028】液体窒素は沸点が77°Kであり、単位重
量当たりの蒸発潜熱が比較的高く、冷却効果が大きい。
したがって、わずかな量の液体窒素を上記第3熱交換器
47に供給するだけで、高圧側冷媒管路38a内の水素
ガスを十分に冷却することができる。なお、図示されて
いないが、上記液体窒素管路51には、供給される液体
窒素の量を調節するための調節弁が設けられる。上記第
3熱交換器47において水素ガスを冷却し、気化した窒
素ガスは回収されることなく放出され、その後断熱ケー
ス55内を冷却する。
Liquid nitrogen has a boiling point of 77 ° K, has a relatively high evaporation latent heat per unit weight, and has a large cooling effect.
Therefore, the hydrogen gas in the high pressure side refrigerant pipe line 38a can be sufficiently cooled by supplying only a small amount of liquid nitrogen to the third heat exchanger 47. Although not shown, the liquid nitrogen conduit 51 is provided with a control valve for controlling the amount of liquid nitrogen supplied. The hydrogen gas is cooled in the third heat exchanger 47, and the vaporized nitrogen gas is released without being collected, and then the inside of the heat insulating case 55 is cooled.

【0029】上記第3熱交換器47は、液体窒素の蒸発
潜熱を利用して水素ガスを冷却するため、水素ガスの冷
却が促進され、ジュール・トムソン効果を十分に機能さ
せることが可能となる。したがって、第2冷凍サイクル
12で吸蔵装置33による冷凍サイクルを使用してもJ
−T膨張弁39から吐出された後の冷媒中の液体水素の
量が多くなり、第2冷凍サイクル12が小型化する分だ
け装置を小型化することができる。
Since the third heat exchanger 47 cools the hydrogen gas by utilizing the latent heat of vaporization of liquid nitrogen, the cooling of the hydrogen gas is promoted and the Joule-Thomson effect can be fully functioned. .. Therefore, even if the refrigeration cycle by the occlusion device 33 is used in the second refrigeration cycle 12, J
The amount of liquid hydrogen in the refrigerant after being discharged from the -T expansion valve 39 increases, and the device can be downsized by the amount that the second refrigeration cycle 12 is downsized.

【0030】このようにして、かなりの部分が液化させ
られ水素ガスと液体水素の混合物になった冷媒は、冷却
器16に送られるが、冷媒内の液体水素の量が多いの
で、上記冷却器16において吸着剤14を十分に冷却す
ることができる。したがって、吸着剤14の加熱時に冷
却器16への冷媒の供給を停止することなく、同時にヒ
ータ15をオンにしても、冷却器16の冷却能力を損な
うことがなく、吸着剤14の冷却を安定させることがで
きる。
In this way, the refrigerant in which a considerable part is liquefied and becomes a mixture of hydrogen gas and liquid hydrogen is sent to the cooler 16, but since the amount of liquid hydrogen in the refrigerant is large, the above-mentioned cooler is used. At 16 the adsorbent 14 can be cooled sufficiently. Therefore, even if the heater 15 is turned on at the same time without stopping the supply of the refrigerant to the cooler 16 when the adsorbent 14 is heated, the cooling capacity of the cooler 16 is not impaired and the cooling of the adsorbent 14 is stabilized. Can be made

【0031】さらに、上記冷却器16への冷媒の供給を
停止する必要がないので、サーマルスイッチ、電磁弁等
の制御弁が不要となる。したがって、極低温状態におい
て温度を検出する必要がなくなり制御性が向上するだけ
でなく、制御弁の一部を常温下に置く必要がないため装
置を小型化することができる。上記冷媒は冷却器16を
出た後、第1冷凍サイクル11の第3熱交換器27に送
られ、該第3熱交換器27においてヘリウムガスを冷却
する。液体水素の沸点は約22°Kであり、冷却器16
は約22°Kで吸着剤14を冷却することができ、ま
た、第3熱交換器27は約22°Kでヘリウムガスを冷
却することができる。
Furthermore, since it is not necessary to stop the supply of the refrigerant to the cooler 16, a control valve such as a thermal switch or a solenoid valve becomes unnecessary. Therefore, it is not necessary to detect the temperature in an extremely low temperature state, and not only the controllability is improved, but also it is not necessary to place a part of the control valve at room temperature, so that the device can be downsized. After leaving the cooler 16, the refrigerant is sent to the third heat exchanger 27 of the first refrigeration cycle 11 and cools the helium gas in the third heat exchanger 27. The boiling point of liquid hydrogen is about 22 ° K, and the cooler 16
Can cool the adsorbent 14 at about 22 ° K, and the third heat exchanger 27 can cool the helium gas at about 22 ° K.

【0032】ところで、上記第1冷凍サイクル11にお
いては、約22°Kの冷媒を使用して負荷冷却器20に
おいて約4.2°Kの極低温状態を形成する。したがっ
て、上記第1冷凍サイクル11の各構成要素、すなわち
吸着装置13、冷媒管路18、J−T膨張弁19、負荷
冷却器20、一方向弁22,23、第1熱交換器25、
第2熱交換器26及び第3熱交換器27が常温から隔離
される。また、第2冷凍サイクル12においては、約0
°Cの雰囲気を使用して冷却器16において約22°K
の低温状態を形成する。したがって、第2冷凍サイクル
12の吸蔵装置33以外の構成要素、すなわち冷媒管路
38、J−T膨張弁39、一方向弁42,43、第1熱
交換器45、第2熱交換器46及び第3熱交換器47が
常温から隔離される。さらに、液体窒素によって上記第
3熱交換器47を冷却するための液体窒素槽52及び液
体窒素管路51も常温から隔離される。
By the way, in the first refrigeration cycle 11, the refrigerant of about 22 ° K is used to form the cryogenic state of about 4.2 ° K in the load cooler 20. Therefore, each constituent element of the first refrigeration cycle 11, that is, the adsorption device 13, the refrigerant pipe line 18, the JT expansion valve 19, the load cooler 20, the one-way valves 22, 23, the first heat exchanger 25,
The second heat exchanger 26 and the third heat exchanger 27 are isolated from room temperature. Further, in the second refrigeration cycle 12, about 0
About 22 ° K in cooler 16 using an atmosphere of ° C
Form a cold state of. Therefore, the components other than the storage device 33 of the second refrigeration cycle 12, that is, the refrigerant pipe line 38, the JT expansion valve 39, the one-way valves 42 and 43, the first heat exchanger 45, the second heat exchanger 46, and The third heat exchanger 47 is isolated from room temperature. Further, the liquid nitrogen tank 52 and the liquid nitrogen pipe line 51 for cooling the third heat exchanger 47 by the liquid nitrogen are also isolated from room temperature.

【0033】そのため、図1の破線で示すように断熱ケ
ース55が設けられていて、常温から上記各構成要素を
隔離するようになっている。そして、上記第3熱交換器
47において水素ガスを冷却することによって気化した
後の窒素ガスを、上記断熱ケース55内に放出して上記
窒素ガスの冷熱を利用している。この場合、上記吸蔵装
置33はペルチェ素子35を動作させるために、断熱ケ
ース55の外側に配設される。
Therefore, as shown by the broken line in FIG. 1, a heat insulating case 55 is provided so as to isolate each of the above components from room temperature. Then, the nitrogen gas after being vaporized by cooling the hydrogen gas in the third heat exchanger 47 is released into the heat insulating case 55 to utilize the cold heat of the nitrogen gas. In this case, the storage device 33 is arranged outside the heat insulating case 55 in order to operate the Peltier element 35.

【0034】上述したように、上記ペルチェ素子35を
動作させる場合の雰囲気温度を、この場合0°Cに維持
する必要があるため、上記吸蔵装置33を一点鎖線で示
すように副断熱ケース56で包囲し、常温から隔離して
いる。したがって、大気中には電源回路31のみが配設
されることになる。このように構成することによって、
断熱ケース55内と大気間はa点において電気配線58
を介してのみ接続され、断熱ケース55内と副断熱ケー
ス56内の間はb点において吸蔵物質34と一方向弁4
2,43を連結する接続管37を介してのみ接続され、
副断熱ケース56内と大気間はc点において電気配線6
1を介してのみ接続されることになり、断熱性が高くな
る。
As described above, since the ambient temperature when operating the Peltier element 35 must be maintained at 0 ° C. in this case, the storage device 33 is accommodated in the auxiliary heat insulating case 56 as shown by the alternate long and short dash line. Surrounded and isolated from room temperature. Therefore, only the power supply circuit 31 is arranged in the atmosphere. By configuring in this way,
Electric wiring 58 is provided at a point between the heat insulating case 55 and the atmosphere.
Is connected only via the space between the heat insulating case 55 and the sub heat insulating case 56 at the point b.
Connected only via a connecting pipe 37 that connects 2, 43,
The electric wiring 6 is provided at a point c between the sub-insulation case 56 and the atmosphere.
Therefore, the heat insulating property is improved.

【0035】上記吸蔵物質34は極低温状態で動作させ
ることができないのに対し、吸着剤14は極低温状態で
動作させることができる。したがって、第1冷凍サイク
ル11を極低温状態で動作させ、第2冷凍サイクル12
を第1冷凍サイクル11より高い温度領域で動作させ、
2段の冷凍サイクルで被冷却物を極低温状態に冷却する
ことができる。この場合、高い温度領域においては吸蔵
物質34が使用されるため、吸着剤14を低い温度領域
でのみ動作させることができる。吸着剤14は温度領域
が低いほど冷媒の吸着量が多いため、その分装置を小型
化することができる。
The storage material 34 cannot be operated in a cryogenic state, whereas the adsorbent 14 can be operated in a cryogenic state. Therefore, the first refrigeration cycle 11 is operated in a cryogenic state, and the second refrigeration cycle 12 is operated.
Is operated in a temperature range higher than that of the first refrigeration cycle 11,
The object to be cooled can be cooled to a cryogenic state by the two-stage refrigeration cycle. In this case, since the storage substance 34 is used in the high temperature range, the adsorbent 14 can be operated only in the low temperature range. Since the adsorbent 14 has a larger amount of adsorbed refrigerant as the temperature range is lower, the device can be downsized accordingly.

【0036】上記極低温冷凍装置において、吸着剤14
を複数個設け、それぞれを交互に加熱し、冷却すると、
ヘリウムガスの発生量及び吸着量を平滑化することがで
きる。次に、上記極低温冷凍装置に使用される熱伝達装
置について説明する。図2は本発明の実施例における熱
伝達装置の概略図である。
In the above cryogenic refrigerator, the adsorbent 14
By providing a plurality of, heating and cooling each alternately,
The generation amount and adsorption amount of helium gas can be smoothed. Next, the heat transfer device used in the cryogenic refrigeration system will be described. FIG. 2 is a schematic diagram of a heat transfer device according to an embodiment of the present invention.

【0037】図において、86は熱伝達装置であり、該
熱伝達装置86は、3個の吸着装置13A,13B,1
3Cから成り、一つの外槽72の中に3個の内槽71
A,71B,71Cを並列に収容して構成される。各内
槽71A,71B,71C内には、活性炭やゼオライト
などの吸着剤14A,14B,14C及び該吸着剤14
A,14B,14Cを加熱するためのヒータ15A,1
5B,15Cが配設され、該ヒータ15A,15B,1
5Cは電源回路31に接続され、制御回路87によって
制御され交互にオンにされるようになっている。
In the figure, reference numeral 86 is a heat transfer device, and the heat transfer device 86 includes three adsorption devices 13A, 13B, 1
3C, 3 outer tanks 71 in 1 outer tank 72
A, 71B and 71C are accommodated in parallel. In each of the inner tanks 71A, 71B, 71C, an adsorbent 14A, 14B, 14C such as activated carbon or zeolite and the adsorbent 14
Heaters 15A, 1 for heating A, 14B, 14C
5B and 15C are provided, and the heaters 15A, 15B and 1
5C is connected to the power supply circuit 31, is controlled by the control circuit 87, and is turned on alternately.

【0038】上記吸着装置13A,13B,13Cにお
いて、吸着剤14A,14B,14Cの温度をヒータ1
5A,15B,15Cによって強制的に上昇させると、
吸着されていたヘリウムが吸着剤14A,14B,14
Cから放出される。また、該吸着剤14A,14B,1
4Cの温度を第2の冷媒によって強制的に低下させる
と、ヘリウムガスが吸着剤14A,14B,14Cに吸
着される。
In the adsorption devices 13A, 13B and 13C, the temperature of the adsorbents 14A, 14B and 14C is set to the heater 1
When forcedly raised by 5A, 15B, 15C,
Helium that was adsorbed is absorbed by the adsorbents 14A, 14B, 14
Emitted from C. Also, the adsorbents 14A, 14B, 1
When the temperature of 4C is forcibly reduced by the second refrigerant, the helium gas is adsorbed by the adsorbents 14A, 14B, 14C.

【0039】また、上記内槽71A,71B,71C
は、それぞれ接続管88A,88B,88C、一方向弁
76A,76B,76C及び接続管89A,89B,8
9Cを介して第1冷凍サイクル11の共通の高圧側冷媒
管路18aに接続される。同様に、内槽71A,71
B,71Cは、それぞれ接続管90A,90B,90
C、一方向弁77A,77B,77C及び接続管91
A,91B,91Cを介して第1冷凍サイクル11の共
通の低圧側冷媒管路18bに接続される。
Further, the inner tanks 71A, 71B, 71C
Are connecting pipes 88A, 88B, 88C, one-way valves 76A, 76B, 76C and connecting pipes 89A, 89B, 8 respectively.
It is connected to the common high-pressure side refrigerant pipeline 18a of the first refrigeration cycle 11 via 9C. Similarly, the inner tank 71A, 71
B and 71C are connection pipes 90A, 90B and 90, respectively.
C, one-way valves 77A, 77B, 77C and connecting pipe 91
It is connected to the common low pressure side refrigerant pipe line 18b of the first refrigeration cycle 11 via A, 91B and 91C.

【0040】そして、上記高圧側冷媒管路18aと低圧
側冷媒管路18bはループ状の冷媒管路を構成してお
り、上記吸着剤14A,14B,14Cをヒータ15
A,15B,15Cで加熱することによって発生したヘ
リウムガスは上記高圧側冷媒管路18aに供給され、高
圧側冷媒管路18aと低圧側冷媒管路18b間に配設さ
れるJ−T膨張弁19で膨張させられ、ジュール・トム
ソン効果によって少なくとも一部が液化させられ、ミス
ト状の第1の冷媒となる。そして、ミスト状の第1の冷
媒は負荷冷却器20に送られ、被冷却物を冷却するとと
もに気化し、ヘリウムガスとなる。
The high-pressure side refrigerant pipe line 18a and the low-pressure side refrigerant pipe line 18b constitute a loop-shaped refrigerant pipe line, and the adsorbents 14A, 14B and 14C are connected to the heater 15
Helium gas generated by heating in A, 15B, and 15C is supplied to the high-pressure side refrigerant pipe line 18a, and is a JT expansion valve arranged between the high-pressure side refrigerant pipe line 18a and the low-pressure side refrigerant pipe line 18b. It is expanded at 19, and at least a part is liquefied by the Joule-Thomson effect, and becomes a mist-like first refrigerant. Then, the mist-like first refrigerant is sent to the load cooler 20, cools the object to be cooled and is vaporized, and becomes helium gas.

【0041】上記J−T膨張弁19においてジュール・
トムソン効果によって冷媒を液化させるためには、高圧
で所定温度以下の冷媒をJ−T膨張弁19に供給して、
該J−T膨張弁19から低圧側に吐出する必要がある。
そこで、高圧側冷媒管路18a側に一方向弁76A,7
6B,76Cを、低圧側冷媒管路18bに一方向弁77
A,77B,77Cを配設し、冷媒を一方向に流すとと
もに高圧側冷媒管路18aにおいて高圧を形成してい
る。この場合、上記一方向弁76A,76B,76Cは
ヘリウムガスの圧力が例えば14atm.の設定圧力に
なるまでは開放されない構造になっていて、上記高圧側
冷媒管路18a内においてヘリウムガスは14〜18a
tm.の圧力に維持される。
In the JT expansion valve 19, the Joule
In order to liquefy the refrigerant by the Thomson effect, a high-pressure refrigerant having a temperature equal to or lower than a predetermined temperature is supplied to the J-T expansion valve 19,
It is necessary to discharge from the J-T expansion valve 19 to the low pressure side.
Therefore, the one-way valves 76A, 7A are provided on the high pressure side refrigerant pipeline 18a side.
6B, 76C to the low pressure side refrigerant pipe line 18b, the one-way valve 77
A, 77B, and 77C are provided to allow the refrigerant to flow in one direction and form a high pressure in the high-pressure side refrigerant pipe line 18a. In this case, the one-way valves 76A, 76B, and 76C have a helium gas pressure of, for example, 14 atm. The structure is such that the helium gas is not released until the set pressure reaches 14 to 18a in the high pressure side refrigerant pipe line 18a.
tm. Maintained at the pressure of.

【0042】このようにして、吸着剤14A,14B,
14Cを加熱することによって発生したヘリウムガスは
一方向弁76A,76B,76Cを介して高圧側冷媒管
路18aに送られ、上記J−T膨張弁19から低圧側冷
媒管路18bに吐出される。上述したように、ヘリウム
ガスはJ−T膨張弁19から吐出されて少なくとも一部
が液化させられるが、該J−T膨張弁19の上流側のヘ
リウムガスの温度が低温であればあるほど吐出後の温度
は低下し、液化する量が増加する。
In this way, the adsorbents 14A, 14B,
Helium gas generated by heating 14C is sent to the high pressure side refrigerant pipe line 18a via the one-way valves 76A, 76B, 76C, and is discharged from the JT expansion valve 19 to the low pressure side refrigerant pipe line 18b. .. As described above, the helium gas is discharged from the JT expansion valve 19 and at least a part thereof is liquefied. The lower the temperature of the helium gas on the upstream side of the JT expansion valve 19, the more the helium gas is discharged. The subsequent temperature decreases and the amount of liquefaction increases.

【0043】一方、上記外槽72と各内槽71A,71
B,71Cの間には共通の水素冷媒室72aが形成さ
れ、第2冷凍サイクル12で形成された水素ガス、液体
水素又はそれらの混合物が供給されるようになってい
る。水素ガス、液体水素又はそれらの混合物は、第2冷
凍サイクル12の高圧側冷媒管路38aからJ−T膨張
弁39を介して供給され、上記内槽71A,71B,7
1Cを常時冷却する。
On the other hand, the outer tank 72 and the inner tanks 71A, 71
A common hydrogen refrigerant chamber 72a is formed between B and 71C, and the hydrogen gas formed in the second refrigeration cycle 12, liquid hydrogen, or a mixture thereof is supplied. Hydrogen gas, liquid hydrogen or a mixture thereof is supplied from the high pressure side refrigerant pipe line 38a of the second refrigeration cycle 12 through the JT expansion valve 39, and the inner tanks 71A, 71B, 7
Always cool 1C.

【0044】上記構成の熱伝達装置86において、上記
ヒータ15A,15B,15Cを交互にオンにして吸着
剤14A,14B,14Cを交互に加熱すると、加熱さ
れた吸着剤14A,14B,14Cがヘリウムガスを発
生し、高圧側冷媒管路18aに供給する。加熱されてい
ない吸着剤14A,14B,14Cは、上記水素冷媒室
72a内の水素ガス、液体水素又はそれらの混合物によ
って冷却され、低圧側冷媒管路18bから供給されたヘ
リウムガスを吸着する。
In the heat transfer device 86 having the above structure, when the heaters 15A, 15B and 15C are alternately turned on to heat the adsorbents 14A, 14B and 14C alternately, the heated adsorbents 14A, 14B and 14C become helium. Gas is generated and supplied to the high pressure side refrigerant pipe line 18a. The unheated adsorbents 14A, 14B, 14C are cooled by the hydrogen gas in the hydrogen refrigerant chamber 72a, liquid hydrogen or a mixture thereof, and adsorb the helium gas supplied from the low pressure side refrigerant pipe line 18b.

【0045】上記一方向弁76A,76B,76Cは、
ヘリウムガスの圧力が例えば14atm.の設定圧力に
なるまでは開放されない構造になっている。したがっ
て、設定圧力に達した内槽71A,71B,71Cから
は自動的にヘリウムガスが排出される。このようにし
て、少なくとも一部が液化させられてヘリウムガスと液
体ヘリウムの混合物になった第1の冷媒は負荷冷却器2
0に送られ、該負荷冷却器20で被冷却物を冷却する。
上記液体ヘリウムの沸点は約4.2°Kであり、約4.
2°Kで被冷却物を冷却することができる。
The one-way valves 76A, 76B and 76C are
The pressure of the helium gas is 14 atm. The structure is such that it will not be released until the set pressure is reached. Therefore, the helium gas is automatically discharged from the inner tanks 71A, 71B, 71C that have reached the set pressure. In this way, the first refrigerant, which is at least partially liquefied and becomes a mixture of helium gas and liquid helium, is the load cooler 2
0, and the load cooler 20 cools the object to be cooled.
The boiling point of the liquid helium is about 4.2 ° K, and about 4.
The object to be cooled can be cooled at 2 ° K.

【0046】なお、第2冷凍サイクル12は、冷却する
ことによって水素ガスを吸蔵し、加熱することによって
水素ガスを放出する吸蔵装置33が使用され、該吸蔵装
置33を加熱・冷却することによって作動する。そし
て、上記J−T膨張弁39においてジュール・トムソン
効果によって発生した水素ガス、液体水素又はそれらの
混合物は、上記水素冷媒室72a内に供給される。上記
混合物のうちの液体水素は、上記水素冷媒室72aにお
いて吸着装置13A,13B,13Cを冷却するととも
に気化して水素ガスとなり、低圧側冷媒管路38bから
排出される。
The second refrigeration cycle 12 uses a storage device 33 that stores hydrogen gas by cooling and releases hydrogen gas by heating, and operates by heating and cooling the storage device 33. To do. Then, the hydrogen gas generated by the Joule-Thomson effect in the JT expansion valve 39, liquid hydrogen, or a mixture thereof is supplied into the hydrogen refrigerant chamber 72a. Liquid hydrogen in the mixture cools the adsorbing devices 13A, 13B, 13C in the hydrogen refrigerant chamber 72a and is vaporized into hydrogen gas, which is discharged from the low pressure side refrigerant pipe line 38b.

【0047】このようにして、熱伝達装置86に供給さ
れた水素ガス、液体水素又はそれらの混合物は、上記熱
伝達装置86において吸着剤14A,14B,14Cを
十分に冷却することができる。したがって、吸着剤14
A,14B,14Cの加熱時に熱伝達装置86への水素
ガス、液体水素又はそれらの混合物の供給を停止するこ
となく、同時にヒータ15A,15B,15Cをオンに
しても、熱伝達装置86の冷却能力を損なうことがな
く、吸着剤14A,14B,14Cの冷却を安定させる
ことができる。
In this way, the hydrogen gas, liquid hydrogen, or a mixture thereof supplied to the heat transfer device 86 can sufficiently cool the adsorbents 14A, 14B, 14C in the heat transfer device 86. Therefore, the adsorbent 14
Even if the heaters 15A, 15B and 15C are turned on at the same time without stopping the supply of hydrogen gas, liquid hydrogen or a mixture thereof to the heat transfer device 86 at the time of heating A, 14B and 14C, the heat transfer device 86 is cooled. The cooling of the adsorbents 14A, 14B, 14C can be stabilized without impairing the capacity.

【0048】なお、図1においては、説明の便宜上、吸
着剤14と一方向弁22,23が1本の接続管17によ
って接続されているが、図2に示すように各一方向弁7
6A,76B,76C,77A,77B,77Cごとに
接続管88A,88B,88C,89A,89B,89
Cを配設するとよい。次に、図3〜図6に基づいて熱伝
達装置86の構造について説明する。
In FIG. 1, for convenience of explanation, the adsorbent 14 and the one-way valves 22 and 23 are connected by one connecting pipe 17. However, as shown in FIG.
6A, 76B, 76C, 77A, 77B, 77C for each connection pipe 88A, 88B, 88C, 89A, 89B, 89
C should be installed. Next, the structure of the heat transfer device 86 will be described with reference to FIGS.

【0049】図3は本発明の実施例における熱伝達装置
の縦断面図、図4は図3のA−A断面図、図5は図3の
B−B断面図、図6は図3のC−C断面図である。図3
においては、3個の吸着装置13A,13B,13Cの
うち吸着装置13A,13Bのみが示されているが、実
際は図4〜図6に示すように各吸着装置13A,13
B,13Cがほぼ円周上において正三角形状に配列され
ている。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a heat transfer device according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of FIG. 3, FIG. 5 is a sectional view taken along line BB of FIG. 3, and FIG. It is CC sectional drawing. Figure 3
In FIG. 4, only the adsorption devices 13A, 13B among the three adsorption devices 13A, 13B, 13C are shown, but in reality, as shown in FIGS.
B and 13C are arranged in a regular triangular shape on the circumference.

【0050】熱伝達装置86を構成する3個の吸着装置
13A,13B,13Cは吸着装置ケース81に収容さ
れる。該吸着装置ケース81は断熱材で形成されてい
て、外槽72との間に断熱室81aを形成し、該断熱室
81aに一方向弁76A,76B,76C,77A,7
7B,77Cを収容している。上記外槽72の内側には
熱伝導性の高い材料で形成された内槽71A,71B,
71Cが配設され、両者間に水素冷媒室72aが形成さ
れる。上記内槽71A,71B,71Cはそれぞれ円筒
形状を有しており、三角形状に配列され、各内槽71
A,71B,71Cによって包囲される中央空間92が
形成される。そして、各内槽71A,71B,71Cに
は、径方向外方に突出する環状のフィン82が複数形成
されていて、水素ガス、液体水素又はそれらの混合物と
の熱伝達を良好にしている。該フィン82は、三角形の
中央空間92側の部分の突出量が図3の左側に位置する
ものほど多くなっている。
The three adsorption devices 13A, 13B and 13C which constitute the heat transfer device 86 are housed in the adsorption device case 81. The adsorption device case 81 is made of a heat insulating material, and forms a heat insulating chamber 81a between itself and the outer tank 72, and the one-way valves 76A, 76B, 76C, 77A, 7 are provided in the heat insulating chamber 81a.
It contains 7B and 77C. Inside the outer tub 72, inner tubs 71A, 71B made of a material having high thermal conductivity,
71C is disposed, and a hydrogen refrigerant chamber 72a is formed between them. The inner tubs 71A, 71B, 71C each have a cylindrical shape and are arranged in a triangular shape.
A central space 92 surrounded by A, 71B and 71C is formed. Each of the inner tanks 71A, 71B, 71C is formed with a plurality of annular fins 82 projecting outward in the radial direction to improve heat transfer with hydrogen gas, liquid hydrogen or a mixture thereof. As for the fins 82, the protrusion amount of the triangular portion on the side of the central space 92 is larger as it is located on the left side of FIG.

【0051】上記内槽71A,71B,71Cの内部に
は円筒形の吸着剤14A,14B,14Cが配設され、
該吸着剤14A,14B,14Cの内側にヒータ15
A,15B,15Cが配設される。そして、上記一方向
弁76A,76B,76Cには共通の高圧側冷媒管路1
8aが接続され、上記一方向弁77A,77B,77C
には共通の低圧側冷媒管路18bが接続される。
Inside the inner tanks 71A, 71B and 71C, cylindrical adsorbents 14A, 14B and 14C are arranged,
A heater 15 is provided inside the adsorbents 14A, 14B and 14C.
A, 15B and 15C are arranged. The one-way valves 76A, 76B, and 76C have a common high-pressure side refrigerant line 1
8a is connected to the one-way valve 77A, 77B, 77C.
A common low-pressure side refrigerant pipe line 18b is connected to.

【0052】上記外槽72の左端には、第2冷凍サイク
ル12の低圧側冷媒管路38bが接続され、水素冷媒室
72aに開口する。上記外槽72の右端には、高圧側冷
媒管路38aが接続され、水素冷媒室72aにJ−T膨
張弁39を介して開口する。該J−T膨張弁39は上記
外槽72の右端の壁のほぼ中央に配設され、該J−T膨
張弁39から吐出された水素ガス、液体水素又はそれら
の混合物は、上記水素冷媒室72aに直接供給され、各
内槽71A,71B,71Cのフィン82に当たる。
The low pressure side refrigerant pipe line 38b of the second refrigeration cycle 12 is connected to the left end of the outer tank 72 and opens to the hydrogen refrigerant chamber 72a. The high-pressure side refrigerant pipe 38a is connected to the right end of the outer tank 72, and opens to the hydrogen refrigerant chamber 72a via the JT expansion valve 39. The J-T expansion valve 39 is disposed substantially in the center of the wall at the right end of the outer tank 72, and the hydrogen gas, liquid hydrogen or a mixture thereof discharged from the J-T expansion valve 39 is the hydrogen refrigerant chamber. It is directly supplied to 72a and hits the fins 82 of each inner tank 71A, 71B, 71C.

【0053】ここで、上記J−T膨張弁39から吐出さ
れた冷媒は、上述したように水素ガス、液体水素又はそ
れらの混合物であり、各内槽71A,71B,71Cに
よって包囲される中央空間92に向けて吐出されると、
該中央空間92内を進んで内槽71A,71B,71C
を中央空間92側から冷却するが、上記フィン82は図
4〜図6に示すように、三角形の中央空間92側の部分
の突出量を上記J−T膨張弁39から離れた位置にある
ものほど多くしてある。したがって、J−T膨張弁39
から離れるほど上記中央空間92は狭くなり、水素ガ
ス、液体水素又はそれらの混合物の流れとの接触面積を
軸方向に沿って大きくすることができる。その結果、水
素ガス、液体水素又はそれらの混合物は各フィン82に
沿って各内槽71A,71B,71C間を抜け、外槽7
2内の全域に行き渡る。このように、上記J−T膨張弁
39を各内槽71A,71B,71Cによって包囲され
る中央空間92に向けて配設するだけで、J−T膨張弁
39から吐出された水素ガス、液体水素又はそれらの混
合物を外槽72内の全域に行き渡らせることができる。
Here, the refrigerant discharged from the JT expansion valve 39 is hydrogen gas, liquid hydrogen or a mixture thereof as described above, and is a central space surrounded by the inner tanks 71A, 71B, 71C. When it is discharged toward 92,
Proceeding through the central space 92, inner tanks 71A, 71B, 71C
The fins 82 are cooled from the side of the central space 92, but the fins 82 are located at positions away from the J-T expansion valve 39 so that the protrusion amount of the triangular portion on the side of the central space 92 is as shown in FIGS. There are many. Therefore, the JT expansion valve 39
The central space 92 becomes narrower as it goes away from, and the contact area with the flow of hydrogen gas, liquid hydrogen or a mixture thereof can be increased along the axial direction. As a result, hydrogen gas, liquid hydrogen or a mixture thereof passes along the fins 82 between the inner tanks 71A, 71B and 71C, and the outer tank 7
Go to the whole area in 2. As described above, the hydrogen gas and liquid discharged from the JT expansion valve 39 are simply disposed by arranging the JT expansion valve 39 toward the central space 92 surrounded by the inner tanks 71A, 71B, 71C. Hydrogen or a mixture thereof can be distributed throughout the outer tank 72.

【0054】また、J−T膨張弁39から吐出された
後、水素ガス、液体水素又はそれらの混合物は一端側か
ら他端側に移動するが、この間各内槽71A,71B,
71C内の吸着剤14A,14B,14Cを冷却するた
め、混合物のうちの液体水素が徐々に気化するなどして
単位重量当たりの冷却能力が低下する。ところが、上記
フィン82は中央空間92側の部分の突出量が上記J−
T膨張弁39から離れた位置にあるものほど多く、各フ
ィン82の熱伝達に寄与する表面積が大きくなるため、
各内槽71A,71B,71Cを長手方向において均一
に冷却することができる。
Further, after being discharged from the JT expansion valve 39, hydrogen gas, liquid hydrogen or a mixture thereof moves from one end side to the other end side, during which the inner tanks 71A, 71B,
Since the adsorbents 14A, 14B and 14C in the 71C are cooled, liquid hydrogen in the mixture is gradually vaporized and the cooling capacity per unit weight is lowered. However, the protrusion amount of the fin 82 on the central space 92 side is J-
The larger the distance from the T expansion valve 39, the larger the surface area of each fin 82 that contributes to heat transfer.
Each inner tank 71A, 71B, 71C can be cooled uniformly in the longitudinal direction.

【0055】さらに、この場合、中央空間92側のみが
フィン82の突出量を多くしてあり、中央空間92とは
反対側の吐出量はそれぞれ同一にしてあるため、外槽7
2を大きくする必要はなく、熱伝達装置86を大型化す
ることがない。上記吸着剤14A,14B,14Cの内
側に配設されたヒータ15A,15B,15Cは、電源
回路31(図2)に接続され、制御装置87によって間
歇的にオンにされ吸着剤14A,14B,14Cを加熱
する。そのため、上記ヒータ15A,15B,15Cは
上記内槽71A,71B,71C、外槽72及び吸着装
置ケース81を貫通して電源回路31と電気的に接続さ
れる。
Further, in this case, the protrusion amount of the fin 82 is increased only on the side of the central space 92, and the discharge amount on the side opposite to the central space 92 is the same.
2 does not need to be increased, and the heat transfer device 86 is not upsized. The heaters 15A, 15B, 15C disposed inside the adsorbents 14A, 14B, 14C are connected to the power supply circuit 31 (FIG. 2) and are turned on intermittently by the control device 87, and the adsorbents 14A, 14B, Heat 14C. Therefore, the heaters 15A, 15B and 15C penetrate the inner tanks 71A, 71B and 71C, the outer tank 72 and the adsorption device case 81 and are electrically connected to the power supply circuit 31.

【0056】次に、本発明の他の実施例における熱伝達
装置86について説明する。図7は本発明の他の実施例
における熱伝達装置の第1の断面図、図8は本発明の他
の実施例における熱伝達装置の第2の断面図、図9は本
発明の他の実施例における熱伝達装置の第3の断面図で
ある。図7は図3におけるA−A断面に対応し、図8は
図3におけるB−B断面に対応し、図9は図3における
C−C断面に対応する。
Next, a heat transfer device 86 according to another embodiment of the present invention will be described. 7 is a first sectional view of a heat transfer device according to another embodiment of the present invention, FIG. 8 is a second sectional view of a heat transfer device according to another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is another embodiment of the present invention. It is a 3rd sectional view of the heat transfer device in an example. 7 corresponds to the AA cross section in FIG. 3, FIG. 8 corresponds to the BB cross section in FIG. 3, and FIG. 9 corresponds to the CC cross section in FIG.

【0057】この場合、図4〜図6と同様に各内槽71
A,71B,71Cには、径方向外方に突出する環状の
フィン82が複数形成されていて、水素ガス、液体水素
又はそれらの混合物との熱伝達を良好にしている。該フ
ィン82は、三角形の中央空間92側の部分の突出量が
図3の左側に位置するものほど多くなっている。そし
て、上記内槽71A,71B,71Cの内部には吸着剤
94A,94B,94Cが配設され、各吸着剤94A,
94B,94Cの中心が内槽71A,71B,71Cの
中心に対して外周側に偏心している。
In this case, each inner tank 71 is the same as in FIGS.
A plurality of annular fins 82 projecting outward in the radial direction are formed on the A, 71B, and 71C to improve heat transfer with hydrogen gas, liquid hydrogen, or a mixture thereof. As for the fins 82, the protrusion amount of the triangular portion on the side of the central space 92 is larger as it is located on the left side of FIG. The adsorbents 94A, 94B and 94C are disposed inside the inner tanks 71A, 71B and 71C, respectively.
The centers of 94B and 94C are eccentric to the outer peripheral side with respect to the centers of the inner tanks 71A, 71B and 71C.

【0058】すなわち、上記吸着剤94A,94B,9
4Cは、中央空間92側が厚く、該中央空間92から離
れるほど薄くなっている。したがって、冷媒が各フィン
82に沿って外周側に移動する際に、均一に冷却するこ
とができ、径方向において吸着量を平均化することがで
き、単位体積当たりの吸着効率を向上させることができ
るとともに、冷媒の使用効率を向上させることができ
る。
That is, the adsorbents 94A, 94B, 9
4C is thicker on the side of the central space 92, and becomes thinner as it goes away from the central space 92. Therefore, when the refrigerant moves to the outer peripheral side along each fin 82, it can be cooled uniformly, the adsorption amount can be averaged in the radial direction, and the adsorption efficiency per unit volume can be improved. At the same time, the efficiency of use of the refrigerant can be improved.

【0059】なお、上記各実施例において、吸着剤とし
て、例えば、パラジウム、チタン等の水素吸蔵合金等の
吸蔵物質を使用することができる。
In each of the above embodiments, as the adsorbent, a storage material such as a hydrogen storage alloy such as palladium or titanium can be used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の熱伝達装置が適用される極低温冷凍装
置の概略図である。
FIG. 1 is a schematic view of a cryogenic refrigerator to which a heat transfer device of the present invention is applied.

【図2】本発明の実施例における熱伝達装置の概略図で
ある。
FIG. 2 is a schematic view of a heat transfer device according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例における熱伝達装置の縦断面図
である。
FIG. 3 is a vertical sectional view of a heat transfer device according to an embodiment of the present invention.

【図4】図3のA−A断面図である。4 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

【図5】図3のB−B断面図である。5 is a sectional view taken along line BB of FIG.

【図6】図3のC−C断面図である。6 is a cross-sectional view taken along line CC of FIG.

【図7】本発明の他の実施例における熱伝達装置の第1
の断面図である。
FIG. 7 is a first heat transfer device according to another embodiment of the present invention.
FIG.

【図8】本発明の他の実施例における熱伝達装置の第2
の断面図である。
FIG. 8 is a second heat transfer device according to another embodiment of the present invention.
FIG.

【図9】本発明の他の実施例における熱伝達装置の第3
の断面図である。
FIG. 9 is a third heat transfer device according to another embodiment of the present invention.
FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

39 J−T膨張弁(冷媒供給手段) 71A,71B,71C 内槽 72 外槽 82 フィン 92 中央空間 39 JT expansion valve (refrigerant supply means) 71A, 71B, 71C Inner tank 72 Outer tank 82 Fin 92 Central space

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 義久 東京都千代田区外神田2丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ内 (72)発明者 堀 孝二 東京都千代田区外神田2丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Yoshihisa Ito 2-19-12 Sotokanda, Chiyoda-ku, Tokyo Equas Research Co., Ltd. (72) Inventor Koji Hori 2-19, Sotokanda, Chiyoda-ku, Tokyo No. 12 Equus Research Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (a)筒状の外槽と、(b)該外槽の内
部においてほぼ円周上に複数配設され、内部に被冷却物
を収容する筒状の内槽と、(c)上記外槽の一端に配設
され、上記各内槽によって包囲された中央空間に向けて
冷媒を供給する冷媒供給手段と、(d)上記内槽の表面
において径方向外方に突出して形成されるフィンを有す
るとともに、(e)上記各内槽のフィンは、上記中央空
間側の部分の突出量を上記冷媒供給手段から離れた位置
にあるものほど多くしたことを特徴とする熱伝達装置。
1. A cylindrical outer tank, comprising: (a) a cylindrical outer tank, and (b) a plurality of cylindrical inner tanks arranged substantially on the circumference of the outer tank for accommodating an object to be cooled. c) a coolant supply means which is arranged at one end of the outer tank and supplies a coolant toward a central space surrounded by the inner tanks; and (d) which projects radially outward on the surface of the inner tank. The heat transfer is characterized by having fins to be formed, and (e) the fins of each of the inner tanks have a larger amount of protrusion of the portion on the central space side as they are located farther from the refrigerant supply means. apparatus.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008051279A (en) * 2006-08-28 2008-03-06 High Energy Accelerator Research Organization Liquid hydrogen storage vessel and liquid hydrogen taking-out method from this liquid hydrogen storage vessel

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