JPH0522832B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はHe液化冷凍装置の極低温環境部や極
低温冷媒移送管の様に極低温であるが故に熱侵入
を受け易い部位における熱侵入を、設備コストな
らびにランニングコストをできる限りかけること
なく防止する方法に関するものである。

He液化冷凍機においては極低温部と室温部の
温度差が大きいため放射又は伝導により室温部か
ら極低温部へ侵入するという構造上不可避の問題
がある。そこで室温部と極低温部との中間に熱シ
ールド部を設けて熱シールド部へ寒冷を供給する
ことにより、極低温部への熱侵入をできる限り防
止することが行なわれている。例えば放射伝熱に
関していえば熱シールド部の温度を100〓に保持
すると、極低温部への放射入熱量を室温部からの
放射入熱量の１／100程度に軽減できることが知
られている。そころで熱シールド部への寒冷供給
方法としては下記の様な方法が提案又は実施され
ている。

（液体窒素を供給する方法） クロードサイクル又はブライトンサイクルの熱
力学的原理を応用した極低温装置の典型例である
He冷凍装置について図説すれば、次の通りであ
る。第３図はHe冷凍装置を例示する概略説明図
で、He冷凍装置１は、熱交換器５ａ〜５ｅ、膨
張機７ａ，７ｂ，ジユールトムソン（以下JTと
いう）弁６、等及びこれらを内蔵する真空断熱容
器４より構成されるHe液化冷凍機２、該冷凍機
２入口側に連結された圧縮機３、該冷凍機２の出
口側に連結された極低温環境部１０を中心に構成
されている。そしてHeガスは圧縮機３で加圧さ
れた後、第１〜第５の熱交換器５ａ〜５ｅを降下
（以下この降下流路を「高圧側流路」という）し
て熱交換を受けつつ膨張機７ａ，７ｂで発生した
寒冷により冷却され、更にJT弁６で大気圧近く
まで等エンタルピー膨張することにより一部液化
してHeの気液混合状態、即ちHeミストとなつた
後、極低温冷媒移送管８から極低温環境部１０内
へ送られ、該環境部１０内におかれた被冷却体９
を極低温まで冷却する。尚極低温環境部１０の具
体的な用途としては、例えば極低温下における超
電導現象を利用した超電導コイルの冷却を代表的
に挙げることができる。

さて極低温環境部１０内に存在する被冷却体９
の熱を奪つて気化したHeミストは、Heガスとな
つて再び液化冷凍機２の熱交換器５ａ〜５ｅを逆
方向に上昇（以下この上昇流路を「低圧側流路」
という）し、対向流の高圧側流路を流れるHeガ
スを冷却した後、自らは略常温常圧のHeガスと
なつて圧縮機３に戻る。そしてHeガスがこの流
路を循環することによつて極低温環境部１０内の
被冷却体９を継続して極低温に保つ様になつてい
る。

この様なHe液化冷凍装置１において極低温環
境部１０並びに極低温冷媒移送管８は真空断熱容
器４内に収納されず、しかも極低温冷媒が貯留若
しくは流れるので室温部との温度差が大きく、そ
の為室温部から多くの熱侵入をうけ、液化冷凍能
力が無駄に消費されてしまう。

従つて熱侵入を防止することを目的として極低
温冷媒移送部８ａおよび極低温環境部１０に夫々
輻射熱をシールドする機構を設ける必要があると
考えられる。具体的には第４，５図に示される様
に極低温環境部１０の周囲にあるいは極低温冷媒
移送管８に沿つて冷媒管１１ａ，１１ｂを配設
し、ここに液体N₂等の冷媒を供給して熱シール
ドする方法を利用することができる。

しかるに第４，５図に示す方法は液体N₂の供
給設備ならびに供給量制御設備を設置しなければ
ならず、そのために設備費が高騰するという欠点
があり、またHe液化冷凍機２は液体N₂の供給が
なければ所要の能力を発揮できない為運転の自由
度が低くまた液体N₂を消費する為多額のランニ
ングコストを要するという問題がある。

一方極低温環境部１０の熱シールド方法として
は第６図に示す様に極低温液の蒸発ガスの寒冷を
利用する方法も考えられるが、この方法はデユワ
ーびんの如く容器の口が小さくその首長さが長い
場合でないと有効に作用させることができないの
で、口径の大きい一般の極低温環境部には応用し
がたい。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明はこうした事情に着目してなされたもの
であつて、設備コストやランニングコストを抑え
つつ極低温冷媒移送管並びに極低温環境部への熱
侵入を防止することのできる方法を提供しようと
するものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成した本発明は、極低温環境部お
よび極低温冷媒移送管の回りに熱シールド部を設
け、任意の膨張機の排気管又は高圧側流路を流れ
る冷却ガスを前記熱シールド部へ供給する点に要
旨を有するものである。

［作用］ 前述の如く熱シールド部に100〓程度の寒冷を
供給すれば熱侵入は1/100まで低減することがで
き、熱侵入は殆ど問題ではなくなる。そこで本発
明では一応の目安としてHe液化冷凍機内で100〓
程度の冷媒が流れる部位を選択し、そこから引き
出した冷媒ガスを極低温冷媒移送管および極低温
環境部の熱シールド部へ供給することとした。即
ち熱シールド部へHe液化冷凍機自身でつくり出
した冷媒ガスを供給するので系外に液体N₂貯留
タンクや液体N₂供給ラインを設ける必要がなく、
設備コストを低減することができ、しかも供給さ
れた冷媒ガスは熱シールド部を通過した後He液
化冷凍機の低圧側流路へ戻されるので冷媒ガスが
消費されることがない。即ち液体N₂等の別途用
意した冷媒を使用する場合の様に使用済の冷媒ガ
スを空気中へ放散することがないので冷媒コスト
が不要であり、ランニングコストは格段に少なく
て済む。

尚熱シールド部へ供給する冷却ガスの取出し部
としては高温側膨張機の排気管あるいは高温側膨
張機で作られた寒冷によつて冷却された高圧ガス
が流れる高圧側流路が好ましいけれども、冷却ガ
ス温度が上記（100〓程度）より低くても問題が
ある訳ではないので他の膨張機の排気管あるいは
より低温の冷却ガスが流れる高圧側流路から冷却
ガスをとり出すこととしても構わない。

［実施例］ 第１図は本発明方法の実施態様を示すフロー説
明図で、極低温冷媒移送管８、極低温環境部１０
および真空断熱容器４内に夫々熱シールド部１
１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを設置して
いる。そして高温側の膨張機７ａの排気部から冷
却ガス抜出管２０を分岐し、熱シールド部１１，
１１ａ〜１１ｄの順に冷却ガスが流れる様に流路
を接続し、さらにこれら熱シールド部を通過した
ガスは、高温側膨張機７ａからの冷却ガスが低圧
側流路Ｌへ導入する流路l₁へ戻している。尚流路
l₁には絞り１２を介設し、熱シールド部１１等へ
流れる冷却ガスの流量を調整している。

上記実施態様において極低温冷媒移送管８およ
び極低温環境部１０は熱シールド部１１ａ〜１１
ｄによつて熱的に保護されているので室温部から
の熱侵入が防止される。また真空断熱容器４内は
熱シールド部１１によつて冷却されるので熱交換
器特に低温側熱交換器５ｅへの熱侵入が防止され
る。尚熱侵入防止に当たり液体N₂供給設備等を
必要としないので設備コストが小さくて済む。さ
らにこれら熱シールド部１１，１１ａ〜１１ｄを
通過した冷却ガスは流路l₁を経て低圧側流路Ｌへ
戻されるので冷媒ガスが喪失されることがなく、
熱侵入を経済的に防止することができる。第２図
は他の実施態様を示すフロー説明図で、装置の大
略は第１図と同様であり、特に熱シールド部１
１，１１ａ〜１１ｄを前記と同様の箇所に設けて
いる。但しこれら熱シールド部１１，１１ａ〜１
１ｄへ供給する冷却ガスは熱交換器５ｂと５ｃの
間の高圧側流路Ｈから引出している。また熱シー
ルド部１１，１１ａ〜１１ｄを通過したガスは減
圧弁１９を介して熱交換器５ｃと５ｂの間の低圧
側流路Ｌへ戻している。

本実施態様において前記と同様の作用効果を得
ることができる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、設備コス
ト及びランニングコストを大幅に低減しつつ熱侵
入を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本発明の実施態様を示すフロー説
明図、第３〜６図は従来の熱侵入防止方法を説明
するための模式図である。 １……He液化冷凍装置、２……He液化冷凍
機、３……圧縮機、４……真空断熱容器、５ａ〜
５ｅ……熱交換器、６……JT弁、７ａ，７ｂ…
…膨張機、８……極低温冷媒移送管、９……被冷
却体、１０……極低温環境部、１１，１１ａ〜１
１ｄ……熱シールド部、１２……絞り、１９……
絞り弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機で得た高圧Heガスを複数の膨張機に
   よつて得られた寒冷を利用して熱交換作用により
   段階的に予冷した後ジユールトムソン弁に通すこ
   とによつて液体Heを発生させ、極低温環境部へ
   供給する様にしたHe液化冷凍装置における熱侵
   入防止方法であつて、極低温環境部および極低温
   冷媒移送管の回りに熱シールド部を設け、任意の
   膨張機の排気管又は高圧側流路を流れる冷却ガス
   を前記熱シールド部へ供給すると共に、熱シール
   ド部を通過した冷却ガスを低圧側流路へ戻すこと
   を特徴とするHe液化冷凍装置の熱侵入防止方法。