JPH0527562U - 極低温装置の輻射シールド構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単かつ低コストの構造で、極低温環境部へ
の熱侵入を効果的に防ぐ。 【構成】 複数の熱交換器Ｈ１〜Ｈ５のうち少なくとも
最低温の熱交換器Ｈ５を囲む輻射シールド板１８と、上
記最低温側の熱交換器Ｈ５を除く熱交換器Ｈ３等とをサ
ーマルアンカー２０で連結することにより、このサーマ
ルアンカー２０を媒介として上記熱交換器Ｈ３等と輻射
シールド板１８との間で熱伝達を行わせる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ヘリウム、水素等の低沸点ガスを冷媒とする冷凍機や液化機等をは じめとする極低温装置において、極低温環境部への輻射による熱侵入を防ぐため の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

ヘリウムガスや水素ガス等を冷媒とする冷凍機や液化機等においては、その極 低温環境部、特に最低温側の熱交換器に対して輻射による熱侵入が発生するのを 防ぐため、上記熱交換器等を輻射シールド板で囲むといったことが良く行われる 。このような構造において、上記熱交換器等を極低温状態に良好に維持するため には、上記輻射シールド板を十分に冷却する必要がある。

【０００３】 そこで、特開昭６１−２１７５６７号公報には、極低温装置に設けられた複数 の熱交換器群のうち、最高温側の熱交換器を円筒状に形成し、この熱交換器で他 の熱交換器を外側から囲むようにしたものが開示されている。この構造によれば 、最高温側熱交換器自身を輻射シールド部材として機能させることにより、この 輻射シールド部材は自ずと低温状態に維持されることとなる。

【０００４】 また、特開平１−１３９９５９号公報には、冷凍機ユニットのコールドヘッド から冷却されたガスを導出し、その冷熱を配管を介して輻射シールド板に伝達す るようにしたものが示されている。この構造において、シールド板冷却管は輻射 シールド板と接触する状態で配置されており、上記輻射シールド板冷却用のガス が上記コールドヘッドとシールド板冷却管との間を循環することにより輻射シー ルド板が冷却される。

【０００５】 また、特開昭６１−２５０４８２号公報には、寒冷発生用の膨張機の排気管を 主要系統から分岐し、この膨張機から排出された冷却ガスの一部を輻射シールド 板に供給してこれを冷却するとともに、このシールド板冷却に寄与したガスを低 圧ライン側に戻すようにしたものが示されている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

上記特開昭６１−２１７５６７号公報の装置では、最高温側の熱交換器に輻射 シールド部材としての機能をもたせるため、この熱交換器を特殊な形状、すなわ ち他の熱交換器を囲むような円筒状に形成しなければならず、製造に手間を要し 、装置全体のコストアップを招く不都合がある。

【０００７】 また、特開平１−１３９９５９号公報や特開昭６１−２５０４８２号公報記載 の装置では、冷媒ガスの供給により輻射シールド板の冷却を行っているので、上 記冷媒ガスを通すための配管が必要であり、その設置作業に手間を要し、前記公 報の装置と同様にコストアップは免れ得ない。また、一般に上記配管は非常に長 いものとなるので、この配管の途中には適宜継手を配さなければならず、この継 手部分における冷媒ガスの漏れが懸念される。

【０００８】 本考案は、このような事情に鑑み、簡単かつ低コストの構造で、極低温環境部 への熱侵入を効果的に抑えることができる極低温装置の輻射シールド構造を提供 することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は、圧縮手段と、複数の熱交換器と、膨張手段とを備え、圧縮手段で圧 縮された流体を上記熱交換器を通して膨張手段へ導き、再び上記熱交換器を通し て上記圧縮手段へ戻すように構成された極低温装置において、上記複数の熱交換 器のうち少なくとも最低温の熱交換器を輻射シールド部材で囲むとともに、この 輻射シールド部材と上記最低温の熱交換器を除くいずれかの熱交換器とを連結す る熱伝導部材を備えたものである。

【００１０】 なお、ここでいう熱伝導部材の材質は、輻射シールド部材と同様に熱伝導性の 高い材料、例えば銅やアルミニウム等が好適である。

【００１１】

【作用】

上記構成によれば、熱伝達部材を媒介として、特定の熱交換器と輻射シールド 部材との間で熱伝達が行われることにより、輻射シールド部材が十分に冷却され 、これに囲まれた熱交換器が低温に維持される。

【００１２】

【実施例】

本考案の第１実施例を図１に基づいて説明する。なお、ここではヘリウム冷凍 機について説明するが、本考案ではその対象ガスを特に問わず、水素等の冷凍機 その他液化機等にも容易に適用し得るものである。

【００１３】 図１に示すヘリウム冷凍機は、圧縮機（圧縮手段）１０を備え、その吐出側に 高圧ラインＨＬが、吸込側に低圧ラインＬＬが接続されている。両ラインＨＬ， ＬＬは極低温サイクルを構成しており、上記圧縮機１０で圧縮されたヘリウムガ スは、熱交換器Ｈ１〜Ｈ５を通り、ＪＴ弁（膨張手段）１２及び冷凍負荷１４に 至った後、上記熱交換器Ｈ５〜Ｈ１を通じて上記圧縮機１０内に戻る。また、上 記高圧ラインＨＬは、熱交換器Ｈ１，Ｈ２の間の位置から膨張タービンＴ１、熱 交換器Ｈ３、膨張タービンＴ２を順に通る寒冷発生ラインＣＬに分岐しており、 このラインＣＬは低圧ラインＬＬに至っている。

【００１４】 上記５つの熱交換器Ｈ１〜Ｈ５は、膨張タービンＴ１，Ｔ２等とともに真空断 熱容器１６内に収容されているが、さらに、最低温側の熱交換器Ｈ５を含む低温 側の３つの熱交換器Ｈ３〜Ｈ５は輻射シールド板１８によって囲まれた状態とな っている。この輻射シールド板１８は、この実施例では、上向きに開口する容器 状、すなわち、円筒状の側壁と円板状の底壁を有する形状に形成されており、そ の材質としては、アルミニウム、銅等のように、熱伝導性が高く、かつ輻射率の 小さいものが好適である。

【００１５】 さらに、この冷凍機の特徴として、上記輻射シールド板１８内に位置する熱交 換器Ｈ３〜Ｈ５のうち最も高温側の熱交換器Ｈ３の高温端と、上記輻射シールド 板１８とが、サーマルアンカー２０を介して連結されている。より具体的に、こ のサーマルアンカー２０は、図２，３に示すように、取付部２２と連結部２１と からなる略Ｌ字状の側面形状を有し、上記取付部２２が熱交換器Ｈ３の側壁に固 定された状態で、連結部２１が熱交換器Ｈ３の外側方向に突出している。

【００１６】 なお、このサーマルアンカー２０を熱交換器Ｈ３に固定する手段としては、溶 接、半田付け、鑞付け等が好適であり、その他、ボルト締め等の周知の手段等を 用いることが可能であるが、いずれの手段を用いる場合にも、サーマルアンカー ２０と熱交換器Ｈ３との密着性を高く保持することが重要である。また、このサ ーマルアンカー２０を熱交換器Ｈ３の本体と一体に形成するようにしても良い。

【００１７】 サーマルアンカー２０の材質としては、銅、アルミニウム等、熱伝導性の高い ものが好適であるが、このサーマルアンカー２０と熱交換器Ｈ３との接合、ある いはサーマルアンカー２０と輻射シールド板１８との接合を溶接等で行う場合に は、接合部材同士の材質を等しく設定することにより施工が容易となる。

【００１８】 一方、輻射シールド板１８において上記サーマルアンカー２０に対応する位置 には、施工用の窓１９が形成されるとともに、この窓１９の下辺部から内側に連 結部１８ａが突出しており、この連結部１８ａと上記サーマルアンカー２０の連 結部２１とが接合されることにより、熱交換器Ｈ３と輻射シールド板１８との連 結が行われている。上記両連結部１８ａ，２２同士の接合も、その具体的な手段 は問わず、両者の密着性を保持できる範囲で、溶接、半田付け、鑞付けをはじめ とする種々の手段が適用可能である。

【００１９】 このような構造によれば、サーマルアンカー２０を媒介として、熱交換器Ｈ３ から輻射シールド板１８へ熱伝達が行われることにより、輻射シールド板１８が 十分に冷却され、これに囲まれた熱交換器Ｈ３〜Ｈ５は低温状態に良好に維持さ れる。すなわち、この構造によれば、冷媒ガス等を用いることなく、既設の熱交 換器Ｈ３と輻射シールド板１８とをサーマルアンカー２０で連結するだけの簡単 かつ低コストの構造で、輻射シールド板１８を効果的に冷却することができ、装 置全体のコストアップや冷媒ガスの漏洩の懸念といった従来の問題点を解消する ことができる。

【００２０】 なお、本考案は上記実施例に限定されるものではなく、例として次のような態 様を採ることも可能である。

【００２１】 (1) 本考案は、最低温側の熱交換器の極低温状態を保つことが最終的な目的で あり、従って、輻射シールド部材と連結する熱交換器は最低温側の熱交換器を除 く熱交換器の中からその装置の性能に応じて適当なものを適宜選択すれば良い。 例えば上述のヘリウム冷凍機においては、図４に示すように最高温側の熱交換器 Ｈ１の低温端と輻射シールド板１８とを連結するようにしても良いし、あるいは 図５，６に示すように、最高温側から数えて２段目の熱交換器の高温端あるいは 低温端と輻射シールド板１８とを連結するようにしても良い。

【００２２】 (2) 本考案では輻射シールド部材の具体的な形状を問わず、少なくとも最低温 側の熱交換器を囲むような範囲で適宜設定すればよい。また、この輻射シールド 部材により囲まれる熱交換器の個数も特に問わない。

【００２３】

【考案の効果】

以上のように本考案は、複数の熱交換器のうち少なくとも最低温の熱交換器を 囲む輻射シールド部材と、上記最低温の熱交換器を除くいずれかの熱交換器とを 熱伝導部材で連結することにより、この熱伝導部材を媒介として上記熱交換器と 輻射シールド部材との間で熱伝達を行わせるようにしたものであるので、従来装 置のように特殊な形状の熱交換器や冷媒ガスを用いることなく、極めて簡単かつ 低コストの構造で上記輻射シールド部材を効果的に冷却することができ、この輻 射シールド部材で囲まれた極低温環境部への熱侵入を十分に抑えることができる 効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例におけるヘリウム冷凍機のフ
ロー図である。

【図２】上記ヘリウム冷凍機における輻射シールド板と
熱交換器との連結構造を示す斜視図である。

【図３】図２のIII-III線断面図である。

【図４】輻射シールド板と熱交換器との連結構造の他の
例を示すフロー図である。

【図５】輻射シールド板と熱交換器との連結構造の他の
例を示すフロー図である。

【図６】輻射シールド板と熱交換器との連結構造の他の
例を示すフロー図である。

【符号の説明】

１０ 圧縮機 Ｈ１〜Ｈ５ 熱交換器 １８ 輻射シールド板 ２０ サーマルアンカー（熱伝導部材） ＨＬ 高圧ライン ＬＬ 低圧ライン

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮手段と、複数の熱交換器と、膨張手
   段とを備え、圧縮手段で圧縮された流体を上記熱交換器
   を通して膨張手段へ導き、再び上記熱交換器を通して上
   記圧縮手段へ戻すように構成された極低温装置におい
   て、上記複数の熱交換器のうち少なくとも最低温の熱交
   換器を輻射シールド部材で囲むとともに、この輻射シー
   ルド部材と上記最低温の熱交換器を除くいずれかの熱交
   換器とを連結する熱伝導部材を備えたことを特徴とする
   極低温装置の輻射シールド構造。