JPH0539991A - Heat exchanger for superfluid helium generation - Google Patents

Heat exchanger for superfluid helium generation

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JPH0539991A
JPH0539991A JP3194248A JP19424891A JPH0539991A JP H0539991 A JPH0539991 A JP H0539991A JP 3194248 A JP3194248 A JP 3194248A JP 19424891 A JP19424891 A JP 19424891A JP H0539991 A JPH0539991 A JP H0539991A
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JP
Japan
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helium
heat exchanger
superfluid
liquid helium
cooled
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Application number
JP3194248A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Miki
孝史 三木
Masanobu Taneda
雅信 種田
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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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
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J5/00Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
    • F25J5/002Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
    • F25J5/005Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger in a reboiler-condenser, e.g. within a column

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Abstract

PURPOSE:To keep a sufficient performance of heat-exchanging with helium to certainly generate superfluid helium even under cryogenic temperatures at which Kapitza resistance increases remarkably. CONSTITUTION:Fins 22 and 24 are attached on the surfaces of main bodies 14, 16 and 18 made of copper. Or, particles composed of metals such as copper, etc., are sintered on the surface and a lead-tin alloy thin layer or metallic oxide layer is formed on the surface of the particles.

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、超流動ヘリウム発生装
置に用いられる熱交換器に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat exchanger used in a superfluid helium generator.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、超電導マグネットに代表される超
電導体の利用が活発化されるに伴い、その冷媒となる加
圧超流動ヘリウムの発生装置の開発が進められている。
この加圧超流動ヘリウムは、図6に示すように、常流動
状態のヘリウムがλ点(飽和蒸気曲線L上において温度
2.17Kの点)以下に冷却されて超流動状態に相転移
し、かつ飽和蒸気圧よりも高い圧力まで加圧されたもの
で(図の点P2)、熱伝導度が極めて高くて被冷却体か
ら速やかに熱を奪い去り、液体全体の温度の一様性に特
に優れるとともに、同温度における飽和超流動ヘリウム
(図の点P1)よりも安定して液相状態を保つ利点を有
するため、超低温技術においては非常に重要なものとな
っている。
2. Description of the Related Art In recent years, along with the active use of superconductors represented by superconducting magnets, development of a pressurized superfluid helium generator, which is a refrigerant for the superconductors, has been advanced.
In this pressurized superfluid helium, as shown in FIG. 6, the helium in the normal fluid state is cooled to a point λ (point of temperature 2.17K on the saturated vapor curve L) or less, and undergoes phase transition to the superfluid state, Also, it is pressurized to a pressure higher than the saturated vapor pressure (point P 2 in the figure), and its thermal conductivity is extremely high, so that heat is rapidly taken away from the object to be cooled, and the temperature uniformity of the entire liquid is improved. Since it is particularly excellent and has an advantage of maintaining a liquid phase state more stably than saturated superfluid helium (point P 1 in the figure) at the same temperature, it is very important in ultra-low temperature technology.

【0003】従来、このような加圧超流動ヘリウムを発
生させる方法としては、常流動状態のヘリウムを飽和蒸
気曲線Lに沿って冷却することにより一旦飽和超流動ヘ
リウム(図6点P1)を生成し、これを加圧する方法
と、常流動ヘリウムを圧力一定の状態で冷却することに
より直接、加圧超流動ヘリウム(図6点P2)を発生さ
せる方法とが知られている。
Conventionally, as a method for generating such pressurized superfluid helium, the saturated superfluid helium (point P 1 in FIG. 6) is once cooled by cooling the helium in the normal fluid state along the saturated vapor curve L. There are known a method of generating and pressurizing this, and a method of directly generating pressurized superfluid helium (P 2 in FIG. 6) by cooling the normal fluid helium at a constant pressure.

【0004】このうち、後者の方法によって加圧超流動
ヘリウムを発生させるための装置の一例を図5に示す。
同図において、常流動液体ヘリウム槽2内に約4.2Kの
常流動ヘリウム1が収容されている。この常流動液体ヘ
リウム槽2は連絡路4を介して超流動液体ヘリウム槽3
に接続されているが、この連絡路4は通常安全弁9で塞
がれており、両槽2,3は熱的に互いに遮断され、かつ
外部とも遮断された状態となっている。
Among these, an example of an apparatus for generating pressurized superfluid helium by the latter method is shown in FIG.
In the figure, a normal-flow liquid helium tank 2 contains about 4.2K of normal-flow helium 1. This ordinary fluid liquid helium tank 2 is connected to a superfluid liquid helium tank 3 via a communication path 4.
However, the communication passage 4 is normally closed by a safety valve 9 so that both tanks 2 and 3 are thermally insulated from each other and also from the outside.

【0005】上記超流動液体ヘリウム槽3内には超流動
ヘリウム発生用の熱交換器5が設けられており、その入
口端部はヘリウム導入管11及びJT弁6を介して常流
動液体ヘリウム槽2の底部に接続され、出口端部はヘリ
ウム導出管12、真空ポンプ8、及び液化機13を介し
て常流動液体ヘリウム槽2の頂部に接続されている。な
お、図において7はヘリウム導入管11とヘリウム導出
管12との間で熱交換を行わせる熱交換部である。
A heat exchanger 5 for generating superfluid helium is provided in the superfluid liquid helium tank 3, and an inlet end portion of the superfluid liquid helium tank 3 is provided with a helium introducing pipe 11 and a JT valve 6 through which the normal fluid liquid helium tank is provided. 2 and the outlet end is connected to the top of the normal flow liquid helium tank 2 via the helium outlet pipe 12, the vacuum pump 8 and the liquefier 13. In the figure, 7 is a heat exchange section for exchanging heat between the helium introducing pipe 11 and the helium introducing pipe 12.

【0006】このような装置において、超流動液体ヘリ
ウム槽3内に常流動液体ヘリウム(冷却対象液体ヘリウ
ム)を収容しておき、真空ポンプ8を作動させて熱交換
器5内を減圧し、常流動液体ヘリウム槽2内の液体ヘリ
ウムをヘリウム導入管11及びJT弁6を通じて膨張さ
せて熱交換器5内に低温の飽和超流動ヘリウムを発生さ
せ、この飽和超流動ヘリウムとの熱交換で超流動液体ヘ
リウム槽3内の液体ヘリウムを大気圧に保持したまま冷
却することにより、この超流動液体ヘリウム槽3内に加
圧超流動ヘリウムを発生させることができる。
In such an apparatus, the superfluid liquid helium tank 3 contains the ordinary fluid liquid helium (the liquid helium to be cooled), and the vacuum pump 8 is operated to reduce the pressure in the heat exchanger 5, Liquid helium in the liquid helium tank 2 is expanded through the helium introducing pipe 11 and the JT valve 6 to generate low-temperature saturated superfluid helium in the heat exchanger 5, and superfluid by heat exchange with the saturated superfluid helium. By cooling the liquid helium in the liquid helium tank 3 while maintaining it at atmospheric pressure, pressurized superfluid helium can be generated in the superfluid liquid helium tank 3.

【0007】このように、超流動液体ヘリウム槽3内で
の超流動ヘリウムの生成は熱交換器5を通じて行われる
ので、この熱交換器5には極めて高い熱伝達性能が要求
される。そこで従来は、上記熱交換器5の伝熱壁にフィ
ンを形成したり、熱交換器5の伝熱壁の表面に直接、あ
るいはこの伝熱壁に形成したフィンの表面に熱伝導性の
高い金属の微粉末を焼結させたりすることにより、熱交
換器の表面を増大させる工夫がなされている。
As described above, since superfluid helium is produced in the superfluid liquid helium tank 3 through the heat exchanger 5, the heat exchanger 5 is required to have an extremely high heat transfer performance. Therefore, conventionally, fins are formed on the heat transfer wall of the heat exchanger 5, directly on the surface of the heat transfer wall of the heat exchanger 5, or on the surface of the fin formed on the heat transfer wall, the heat conductivity is high. It has been devised to increase the surface of the heat exchanger by sintering fine metal powder.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】極低温領域、特に上記
のような超流動ヘリウムが生成される温度領域において
は、カピッツァ抵抗(界面熱抵抗)が顕著となる。この
カピッツァ抵抗は、一般に密度の異なる物質間の熱伝達
において境界面に生じる熱抵抗をいい、上記境界面にお
けるフォノンの反射に起因するものと考えられている。
このカピッツァ抵抗は、両物質の音響インピーダンスの
整合性が低いほど顕著であり、従って、液体ヘリウムの
ように密度が極めて低くかつ音速が小さい物質は、金属
銅のような固体との間に低温下において大きなカピッツ
ァ抵抗を有することになる。このカピッツァ抵抗による
熱現象は次式によって表される。
The Kapitza resistance (interfacial heat resistance) becomes remarkable in the extremely low temperature range, particularly in the temperature range where superfluid helium is produced as described above. The Kapitza resistance is generally a thermal resistance generated at a boundary surface in heat transfer between substances having different densities, and is considered to be caused by reflection of phonons at the boundary surface.
This Kapitza resistance is more remarkable as the acoustic impedances of the two substances are less matched, and therefore a substance such as liquid helium that has an extremely low density and a low sound velocity can be used at a low temperature when compared with a solid such as metallic copper. Will have a large resistance to Kapitza. The thermal phenomenon due to this Kapitza resistance is expressed by the following equation.

【0009】q=hK・ΔT ここで、qは第1の物質より第2の物質へ向かう熱流
量、hKはカピッツァ熱伝導度(すなわちカピッツァ抵
抗の逆数)であり、ΔTは第1の物質と第2の物質との
表面温度差、すなわち界面における温度の飛びを示す。
この式から明らかなように、カピッツァ熱伝導度hK
小さい場合、すなわちカピッツァ抵抗が大きい場合に
は、表面温度差も大きくなり、その分熱伝達が阻害され
ることとなる。例えば、上記超流動ヘリウム冷却装置で
よく用いられる冷媒温度1.8Kにおいて、q=1W/
cm2のとき、ΔTは物質の表面状態によっては1〜2K
にも達する。
Q = h K · ΔT where q is the heat flow from the first substance to the second substance, h K is the Kapitza thermal conductivity (that is, the reciprocal of the Kapitza resistance), and ΔT is the first The surface temperature difference between the substance and the second substance, that is, the temperature jump at the interface is shown.
As is clear from this equation, when the Kapitza thermal conductivity h K is small, that is, when the Kapitza resistance is large, the surface temperature difference also becomes large and the heat transfer is hindered accordingly. For example, at a refrigerant temperature of 1.8K often used in the above superfluid helium cooling device, q = 1W /
At cm 2 , ΔT is 1-2K depending on the surface condition of the material
Also reaches.

【0010】従って、従来のように上記熱交換器5の表
面積をいくら増大させても、上記カピッツァ抵抗によっ
て熱交換器の伝熱壁とのその内外のヘリウムとの間に大
きな表面温度差が生じることにより、熱交換器5と液体
ヘリウムとの間で十分な熱交換が行われず、超流動液体
ヘリウム槽3内の液体ヘリウムが常流動状態に相転移し
てしまうおそれがある。
Therefore, no matter how much the surface area of the heat exchanger 5 is increased as in the prior art, a large surface temperature difference occurs between the heat transfer wall of the heat exchanger and the helium inside and outside thereof due to the Kapitza resistance. As a result, sufficient heat exchange is not performed between the heat exchanger 5 and the liquid helium, and the liquid helium in the superfluid liquid helium tank 3 may undergo a phase transition to a normal flow state.

【0011】本発明は、このような事情に鑑み、カピッ
ツァ抵抗が著しい極低温下においても、液体ヘリウムと
の熱交換を十分に確保し、超流動液体ヘリウムを確実に
発生させることができる熱交換器を提供することを目的
とする。
In view of the above circumstances, the present invention ensures sufficient heat exchange with liquid helium even at extremely low temperatures where the Kapitza resistance is remarkable, and can reliably generate superfluid liquid helium. The purpose is to provide a container.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】近年、銅表面に鉛・スズ
合金(いわゆる半田)の薄膜や金属酸化膜を形成するこ
とにより、このような薄膜がない場合に比べて液体ヘリ
ウムとのカピッツァ抵抗が著しく低減することが研究に
より確認され、公表されている。
In recent years, by forming a thin film of a lead-tin alloy (so-called solder) or a metal oxide film on the surface of copper, compared with the case without such a thin film, the resistance to liquid helium and the Kapitza resistance are increased. Has been confirmed and published by research.

【0013】本発明は、このような物理的現象を利用し
て超流動ヘリウムの発生技術に寄与せんとするものであ
り、冷却対象液体ヘリウム内に浸漬され、内部の飽和超
流動ヘリウムと外部の上記冷却対象液体ヘリウムとの間
で熱交換を行わせることによりこの冷却対象液体ヘリウ
ムを冷却して超流動ヘリウムとする超流動ヘリウム発生
用熱交換器において、本体を銅で形成し、その内外表面
のうち少なくとも一方の面にフィンを形成し、あるいは
銅または貴金属からなる粒を焼結させ、その表面に鉛・
スズ合金の薄膜または銅等の酸化膜を形成したものであ
る。
The present invention intends to contribute to the technology for generating superfluid helium by utilizing such a physical phenomenon. It is immersed in liquid helium to be cooled and saturated superfluid helium inside and outside In a superfluid helium generation heat exchanger that cools the liquid helium to be cooled to superfluid helium by performing heat exchange with the liquid helium to be cooled, the main body is made of copper, and its inner and outer surfaces Fins on at least one of the surfaces, or particles of copper or precious metal are sintered and lead
A thin film of tin alloy or an oxide film of copper or the like is formed.

【0014】[0014]

【作用】上記構成によれば、フィンの形成あるいは金属
粒の焼結によって熱交換器の表面積が増大するのに加
え、その表面に鉛・スズ合金からなる薄膜あるいは金属
酸化膜が形成されているために、これらの薄膜によって
液体ヘリウムとの音響インピーダンスの整合性が高めら
れ、界面でのカピッツァ抵抗が軽減される。従って、熱
交換器伝熱壁と外部の液体ヘリウムとの熱伝達が促進さ
れ、液体ヘリウムは熱交換器によって有効に冷却され
る。
According to the above construction, the surface area of the heat exchanger is increased by the formation of the fins or the sintering of the metal particles, and the thin film or the metal oxide film made of the lead-tin alloy is formed on the surface thereof. Therefore, these thin films enhance the matching of the acoustic impedance with liquid helium and reduce the Kapitza resistance at the interface. Therefore, heat transfer between the heat exchanger heat transfer wall and the external liquid helium is promoted, and the liquid helium is effectively cooled by the heat exchanger.

【0015】[0015]

【実施例】図1は、本発明の一実施例における超流動ヘ
リウム発生用熱交換器5を示したものである。なお、こ
の熱交換器5が装備される超流動ヘリウム発生装置全体
の構成は前記図5に示したものと同様であり、ここでは
その説明を省略する。
FIG. 1 shows a heat exchanger 5 for generating superfluid helium in one embodiment of the present invention. The overall structure of the superfluid helium generator equipped with the heat exchanger 5 is the same as that shown in FIG. 5, and the description thereof is omitted here.

【0016】この熱交換器5は、円筒状の外周壁14を
有し、この外周壁14の上部及び下部が天壁16及び底
壁18でそれぞれ塞がれている。天壁16の中央にはこ
れを貫通する状態でヘリウム出口管20が固定され、こ
のヘリウム出口管20内の中央にヘリウム導入管11が
導入されており、上記ヘリウム出口管20は前記図5に
示したヘリウム導出管12及び真空ポンプ5等に接続さ
れている。さらに、天壁16及び底壁18の上下両面
(すなわち表裏両面)に上下に延びる多数本のパイプ状
のフィン22が立設されるとともに、外周壁14の外側
面に上下に延びる多数枚の薄板状のフィン24が全周に
わたって設けられ、これによって表面積の増加が行われ
ている。また、この熱交換器5における各部材は銅、好
ましくは特に熱伝導性の高い無酸素銅で構成されてい
る。
The heat exchanger 5 has a cylindrical outer peripheral wall 14, and an upper portion and a lower portion of the outer peripheral wall 14 are closed by a top wall 16 and a bottom wall 18, respectively. A helium outlet pipe 20 is fixed to the center of the ceiling wall 16 so as to penetrate therethrough, and a helium introducing pipe 11 is introduced into the center of the helium outlet pipe 20. The helium outlet pipe 20 is shown in FIG. It is connected to the helium lead-out pipe 12 and the vacuum pump 5 shown. Further, a large number of vertically extending pipe-shaped fins 22 are vertically provided on both upper and lower surfaces of the top wall 16 and the bottom wall 18 (that is, both front and back surfaces), and a large number of thin plates extending vertically on the outer surface of the outer peripheral wall 14. -Shaped fins 24 are provided over the entire circumference, thereby increasing the surface area. Further, each member in the heat exchanger 5 is made of copper, preferably oxygen-free copper having particularly high thermal conductivity.

【0017】なお、図1には特定列のフィン22のみを
示してあるが、実際にはフィン22は天壁16及び底壁
18の全面にわたって配設されている。
Although only the specific row of fins 22 are shown in FIG. 1, the fins 22 are actually provided over the entire surfaces of the top wall 16 and the bottom wall 18.

【0018】そして、このような形状のまま全体を10~4
Torr以下の真空中において900℃の温度で12時間熱処理
し、その後、全体を鉛・スズ合金(すなわち半田)溶液
中に浸漬することにより、全表面に鉛・スズ合金の薄膜
が形成されている。
Then, the entire shape is 10 to 4 with such a shape.
Heat treatment is performed at a temperature of 900 ° C for 12 hours in a vacuum below Torr, and then the whole is immersed in a lead-tin alloy (ie, solder) solution to form a lead-tin alloy thin film on the entire surface. ..

【0019】このような構造において、前記図5に示し
た真空ポンプ8の作動で熱交換器5内が減圧された状態
で、ヘリウム導入管11及びJT弁6を通じて導入され
たヘリウムが膨張、冷却されて飽和超流動ヘリウムと化
し、この低温の飽和超流動ヘリウムと、熱交換器5外部
の冷却対象液体ヘリウムとの熱交換によって外部の液体
ヘリウムが冷却され、加圧超流動ヘリウムが発生する。
ここで、熱交換器5の伝熱壁14,16,18の表面に
フィン22,24が設けられており、かつ、その表面に
鉛・スズ合金の薄膜が形成されているため、この薄膜が
ない場合に比べて熱交換器5とその内外のヘリウムとの
間のカピッツァ抵抗が軽減され、その分熱伝達性が向上
して、外部の液体ヘリウムは有効に冷却され、超流動状
態を安定して保つこととなる。しかも、この実施例では
鉛・スズ合金膜の形成前に真空中で熱交換器5全体を熱
処理しているので、これにより熱交換器5伝熱壁におけ
る転位が削減され、熱伝導性はより向上する。
In such a structure, the helium introduced through the helium introducing pipe 11 and the JT valve 6 expands and cools while the pressure inside the heat exchanger 5 is reduced by the operation of the vacuum pump 8 shown in FIG. It is converted into saturated superfluid helium, and the external liquid helium is cooled by heat exchange between this low-temperature saturated superfluid helium and the liquid helium to be cooled outside the heat exchanger 5, and pressurized superfluid helium is generated.
Since the fins 22 and 24 are provided on the surfaces of the heat transfer walls 14, 16 and 18 of the heat exchanger 5 and the thin film of lead-tin alloy is formed on the surfaces thereof, the thin films are Compared to the case without it, the Kapitza resistance between the heat exchanger 5 and the helium inside and outside thereof is reduced, the heat transfer property is improved accordingly, and the external liquid helium is effectively cooled, stabilizing the superfluid state. Will be kept. Moreover, in this embodiment, since the entire heat exchanger 5 is heat-treated in vacuum before the formation of the lead-tin alloy film, dislocations in the heat transfer wall of the heat exchanger 5 are reduced, and the heat conductivity is further improved. improves.

【0020】なお、上記鉛・スズ合金は銅よりも熱伝導
性が低く、この鉛・スズ合金の薄膜が厚いと却って熱交
換器5全体の熱伝達性を阻害することになるので、その
厚み寸法は、上記薄膜の存在で液体ヘリウムとの音響イ
ンピーダンスの整合性を高めることができる範囲内で極
力小さく設定することが望ましく、具体的には約20μ
mが好適である。
The lead-tin alloy has a lower thermal conductivity than copper, and if the lead-tin alloy thin film is thick, the heat transfer property of the heat exchanger 5 as a whole is impaired. It is desirable to set the size to be as small as possible within the range where the matching of the acoustic impedance with liquid helium can be enhanced by the presence of the above thin film, and specifically, about 20 μm.
m is preferred.

【0021】次に、第2実施例を説明する。ここでは、
図2に示すように、前記第1実施例におけるフィン2
2,24を省略し、これに代えて外周壁14、天壁1
6、及び底壁18の表面に銅または貴金属、すなわち熱
伝導性の高い金属からなる粒を焼結させることにより、
表面積を増大させている。なお、金属粒の径があまり小
さいと熱交換器5表面でのヘリウムの流れが阻害され、
却って熱伝達性が低下するので、上記金属粒の径は1mm
程度に設定することが望ましい。
Next, a second embodiment will be described. here,
As shown in FIG. 2, the fin 2 according to the first embodiment.
2, 24 are omitted, and instead of this, the outer peripheral wall 14 and the ceiling wall 1
6, and by sintering particles of copper or a noble metal, that is, a metal having high thermal conductivity, on the surface of the bottom wall 18,
The surface area is increasing. If the diameter of the metal particles is too small, the flow of helium on the surface of the heat exchanger 5 is hindered,
On the contrary, since the heat transfer property is reduced, the diameter of the metal particles is 1 mm.
It is desirable to set it to a degree.

【0022】そして、上記のようにして焼結体が設けら
れた熱交換器全体を真空中で熱処理した後、さらに200
℃の大気中もしくは酸素ガス中で40分間熱処理し、表面
に約100nmの酸化膜を形成している。
Then, after heat-treating the entire heat exchanger provided with the sintered body in a vacuum as described above, a further 200
Heat treatment is carried out for 40 minutes in the atmosphere of 0 ° C or oxygen gas to form an oxide film of about 100 nm on the surface.

【0023】このような構造においても、表面に金属酸
化膜が形成されることにより、この酸化膜がない従来の
熱交換器と比べて液体ヘリウムとのカピッツァ抵抗が軽
減され、熱伝導性が向上する。
Even in such a structure, since the metal oxide film is formed on the surface, the Kapitza resistance with liquid helium is reduced and the thermal conductivity is improved as compared with the conventional heat exchanger without the oxide film. To do.

【0024】なお、この実施例ではフィン22,24を
もたない熱交換器に対して焼結体を設けたものを示した
が、図1に示すようなフィン22,24の表面に焼結体
を配するようにしてもよい。また、図1に示すようなフ
ィン22,24の表面に直接銅酸化膜を形成するように
してもよいし、焼結体の表面に鉛・スズ合金の薄膜を形
成するようにしてもよい。
In this embodiment, the heat exchanger having no fins 22 and 24 is provided with the sintered body, but the surface of the fins 22 and 24 as shown in FIG. 1 is sintered. The body may be arranged. Further, the copper oxide film may be formed directly on the surfaces of the fins 22 and 24 as shown in FIG. 1, or a thin film of lead-tin alloy may be formed on the surface of the sintered body.

【0025】次に、第3実施例を図3に示す。ここで
は、螺旋状に巻かれた円管26で熱交換器5が構成され
ており、上記円管26の一端部にヘリウム導入管11が
接続され、他端部にヘリウム導出管12が接続されてい
る。円管26の表面には図4に示すようなフィン28が
軸方向に沿って多数枚形成されており、全体が真空中で
熱処理された後、フィン28を含む円管26の全表面に
前記実施例と同様にして鉛・スズ合金膜もしくは銅酸化
膜が形成されている。
Next, a third embodiment is shown in FIG. Here, the heat exchanger 5 is composed of a circular tube 26 wound in a spiral shape, the helium introducing tube 11 is connected to one end of the circular tube 26, and the helium outlet tube 12 is connected to the other end. ing. A large number of fins 28 as shown in FIG. 4 are formed on the surface of the circular pipe 26 along the axial direction. After the whole is heat-treated in vacuum, the entire surface of the circular pipe 26 including the fins 28 is A lead / tin alloy film or a copper oxide film is formed in the same manner as in the embodiment.

【0026】このように、本発明では熱交換器5の具体
的な形状を問わず、その内外で液体ヘリウム同士の熱交
換を行わせる種々の形状をもつものについて本発明を適
用することができる。例えば、図3に示した円管26の
表面に上記フィン28に代えて金属粒を焼結させるよう
にしてもよい。
As described above, in the present invention, the present invention can be applied to those having various shapes for performing heat exchange between liquid helium inside and outside thereof, regardless of the specific shape of the heat exchanger 5. .. For example, metal particles may be sintered on the surface of the circular pipe 26 shown in FIG. 3 instead of the fins 28.

【0027】また、本発明において、鉛・スズ合金の薄
膜もしくは金属酸化膜を熱交換器内外表面のうち少なく
とも一方の面に配すれば従来よりも高い熱伝達性能を得
ることができるが、内外両面に上記薄膜を配すればより
効果的となることはいうまでもない。
Further, in the present invention, if a thin film of lead-tin alloy or a metal oxide film is provided on at least one of the inner and outer surfaces of the heat exchanger, higher heat transfer performance than conventional can be obtained. It goes without saying that it will be more effective if the thin films are provided on both sides.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上のように本発明は、フィンや焼結体
の配設により表面積を増大させた熱交換器の表面に鉛・
スズ合金からなる薄膜もしくは金属酸化膜を形成し、こ
れによって液体ヘリウムとのカピッツァ抵抗を軽減させ
たものであるので、内部の飽和超流動ヘリウムと外部の
液体ヘリウムとの良好な熱交換を確保し、外部の冷却対
象液体ヘリウムを効果的に冷却することにより、この液
体ヘリウムを安定して超流動状態にすることができる効
果がある。
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, the surface of the heat exchanger whose surface area has been increased by disposing the fins and the sintered body has a lead
By forming a thin film of tin alloy or a metal oxide film to reduce the Kapitza resistance with liquid helium, it is possible to secure good heat exchange between saturated superfluid helium inside and liquid helium outside. By effectively cooling the external liquid helium to be cooled, the liquid helium can be stably brought into a superfluid state.

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

【図1】本発明の第1実施例における熱交換器の一部断
面斜視図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional perspective view of a heat exchanger according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例における熱交換器の一部断
面斜視図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view of a heat exchanger according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3実施例における熱交換器の斜視図
である。
FIG. 3 is a perspective view of a heat exchanger according to a third embodiment of the present invention.

【図4】上記熱交換器を構成する円管の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a circular pipe that constitutes the heat exchanger.

【図5】超流動ヘリウム発生装置の一例を示す全体構成
図である。
FIG. 5 is an overall configuration diagram showing an example of a superfluid helium generator.

【図6】ヘリウムの状態図である。FIG. 6 is a state diagram of helium.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5 熱交換器 22,24,28 フィン 5 heat exchangers 22, 24, 28 fins

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 冷却対象液体ヘリウム内に浸漬され、内
部の飽和超流動ヘリウムと外部の上記冷却対象液体ヘリ
ウムとの間で熱交換を行わせることによりこの冷却対象
液体ヘリウムを冷却して超流動ヘリウムとする超流動ヘ
リウム発生用熱交換器において、本体を銅で形成し、そ
の内外表面のうち少なくとも一方の面にフィンを形成
し、このフィンの表面に鉛・スズ合金の薄膜または銅酸
化膜を形成したことを特徴とする超流動ヘリウム発生用
熱交換器。
1. A liquid helium to be cooled is immersed in the liquid helium to be cooled, and heat exchange is performed between the saturated superfluid helium inside and the liquid helium to be cooled outside to cool the liquid helium to be cooled. In a heat exchanger for generating superfluid helium that uses helium, the body is made of copper, and fins are formed on at least one of the inner and outer surfaces of the body, and a thin film of lead / tin alloy or a copper oxide film is formed on the surface of the fin. A heat exchanger for generating superfluid helium, characterized in that
【請求項2】 冷却対象液体ヘリウム内に浸漬され、内
部の飽和超流動ヘリウムと外部の上記冷却対象液体ヘリ
ウムとの間で熱交換を行わせることによりこの冷却対象
液体ヘリウムを冷却して超流動ヘリウムとする超流動ヘ
リウム発生用熱交換器において、本体を銅で形成し、そ
の内外表面のうち少なくとも一方の面に銅または貴金属
からなる粒を焼結させ、この焼結体の表面に鉛・スズ合
金の薄膜または焼結体の酸化膜を形成したことを特徴と
する超流動ヘリウム発生用熱交換器。
2. The liquid helium to be cooled is superfluid by being immersed in the liquid helium to be cooled and causing heat exchange between the saturated superfluid helium inside and the liquid helium to be cooled outside. In a superfluid helium heat exchanger that uses helium, the main body is made of copper, and at least one of its inner and outer surfaces is sintered with particles of copper or noble metal, and the surface of this sintered body is made of lead, A heat exchanger for generating superfluid helium, characterized in that a thin film of tin alloy or an oxide film of a sintered body is formed.
JP3194248A 1991-08-02 1991-08-02 Heat exchanger for superfluid helium generation Pending JPH0539991A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101856630A (en) * 2010-06-10 2010-10-13 上海交通大学 Superfluidhelium constant temperature bath device
JP2019095087A (en) * 2017-11-20 2019-06-20 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Heat exchanger, manufacturing method thereof and cooling device

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