JPH0611199A - Supercritical helium generating device - Google Patents

Supercritical helium generating device

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JPH0611199A
JPH0611199A JP30497091A JP30497091A JPH0611199A JP H0611199 A JPH0611199 A JP H0611199A JP 30497091 A JP30497091 A JP 30497091A JP 30497091 A JP30497091 A JP 30497091A JP H0611199 A JPH0611199 A JP H0611199A
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pressure
low
storage tank
pressure side
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Takashi Fukano
隆 深野
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Nippon Sanso Corp
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Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
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Abstract

PURPOSE:To provide a supercritical helium generating device, capable of generating cryogenic supercritical helium efficiently and stably by a simple constitution for the device. CONSTITUTION:Helium gas in a low-pressure side liquid helium reserving tank 32 is sucked by an ejector 40 to bring the inside of the reserving tank 32 into a condition of low pressure. The driving fluid of the ejector 40 is cooled by heat exchangers 33, 34 in liquid helium reserving tanks 31, 32 to supercritical helium and is introduced into a high-pressure side liquid helium reserving tank through the ejector 40. The liquid helium of the low-pressure side liquid helium tank 32 is supplied while expanding high-pressure and low-temperature helium, deprived by cooling through the first heat exchanger 33 in the high-pressure side liquid helium reserving tank 31, through, a JT value 42.

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、超臨界ヘリウム発生装
置に関し、詳しくは、超伝導マグネット等を極低温に冷
却するための超臨界ヘリウムを効率よく発生させる装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a supercritical helium generator, and more particularly to a device for efficiently generating supercritical helium for cooling a superconducting magnet or the like to an extremely low temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】上記超伝導マグネット等を数Kの極低温
に冷却するための手段として、従来から超臨界ヘリウム
が用いられている。この超臨界ヘリウムを発生させる手
段としては、超臨界ヘリウムの供給温度に合わせて適当
な飽和温度の液体ヘリウムを貯留する貯槽内に熱交換器
を設置し、該熱交換器に超臨界ヘリウムを流して所望温
度に冷却する装置が用いられている。
2. Description of the Related Art Supercritical helium has heretofore been used as a means for cooling the above superconducting magnet and the like to an extremely low temperature of several K. As a means for generating this supercritical helium, a heat exchanger is installed in a storage tank that stores liquid helium having an appropriate saturation temperature in accordance with the supply temperature of supercritical helium, and the supercritical helium is flown through the heat exchanger. A device for cooling to a desired temperature is used.

【0003】即ち、図4に示すように、低温液体ヘリウ
ムLHeを貯留する液体ヘリウム貯槽1内に熱交換器2
を設け、該熱交換器2に、圧縮機10,熱交換器群4,
適当数設けられた膨張タービン及びこれらを接続する管
路等から構成されたヘリウム冷凍機から管3を介して供
給され、熱交換器群4で戻りヘリウムと熱交換して低温
となった高圧のヘリウムを流して所望温度の超臨界ヘリ
ウムを発生させている。
That is, as shown in FIG. 4, a heat exchanger 2 is provided in a liquid helium storage tank 1 which stores low temperature liquid helium LHe.
Is provided, and the heat exchanger 2 is provided with a compressor 10, a heat exchanger group 4,
It is supplied through a pipe 3 from a helium refrigerator composed of an appropriate number of expansion turbines and pipes connecting them, and returns to a heat exchanger group 4 to exchange heat with helium to obtain a high pressure. Helium is flowed to generate supercritical helium at a desired temperature.

【0004】上記超臨界ヘリウムは、管5を介して超伝
導マグネット等の被冷却体に寒冷を供給して、これを冷
却する冷却路6に供給される。被冷却体を冷却した後の
ヘリウムは、管7を経てJT弁8に至り、膨張して液体
ヘリウムとヘリウムガスの混相流となり、液体ヘリウム
貯槽1内にフラッシュする。
The above-mentioned supercritical helium is supplied via a tube 5 to a cooled object such as a superconducting magnet, and is supplied to a cooling path 6 for cooling it. After cooling the object to be cooled, the helium reaches the JT valve 8 through the pipe 7, expands and becomes a multiphase flow of liquid helium and helium gas, and flushes into the liquid helium storage tank 1.

【0005】液体ヘリウム貯槽1内に発生するヘリウム
ガスは、戻りヘリウムとして管9に導出され、前記熱交
換器4で、供給される高圧のヘリウムを冷却した後、圧
縮機10に吸引され、上記経路を循環する。
The helium gas generated in the liquid helium storage tank 1 is led out to the pipe 9 as return helium, and after the high pressure helium supplied is cooled by the heat exchanger 4, it is sucked into the compressor 10 and Circulate the path.

【0006】このような構成の装置において、被冷却体
を十分に冷却するために必要な超臨界ヘリウムの温度に
よっては、上記液体ヘリウム貯槽1内の圧力を大気圧以
下にしなければならないが、該液体ヘリウム貯槽1内が
大気圧以下になると、前記管9を介して圧縮機10に吸
引されるヘリウムも大気圧以下となるため、圧縮機10
の吸入圧力が負圧となる。このように圧縮機10の吸入
圧力が大気圧あるいは負圧になると、体積流量の増大を
招いて圧縮機10が大型化するとともに、圧縮比が増大
して効率が低下することになる。
In the apparatus having such a structure, the pressure in the liquid helium storage tank 1 must be set to the atmospheric pressure or lower depending on the temperature of the supercritical helium required to sufficiently cool the object to be cooled. When the inside of the liquid helium storage tank 1 becomes atmospheric pressure or less, the helium sucked into the compressor 10 through the pipe 9 also becomes atmospheric pressure or less, and therefore the compressor 10
The suction pressure of becomes negative pressure. When the suction pressure of the compressor 10 becomes the atmospheric pressure or the negative pressure as described above, the volume flow rate increases, the compressor 10 becomes large-sized, and the compression ratio increases and the efficiency decreases.

【0007】このため、図5に示すように、高圧及び低
圧の2基の液体ヘリウム貯槽11a,11bを設けると
ともに、それぞれに熱交換器12a,12bを設置し、
2段階にヘリウムを冷却することにより、低圧側の液体
ヘリウム貯槽11bの負荷を減少させ、低圧側の液体ヘ
リウム貯槽11bからの大気圧以下のヘリウムの回収量
を減らすことが行われている。
For this reason, as shown in FIG. 5, two high-pressure and low-pressure liquid helium storage tanks 11a and 11b are provided, and heat exchangers 12a and 12b are respectively installed,
By cooling the helium in two stages, the load on the low-pressure side liquid helium storage tank 11b is reduced, and the recovery amount of helium below atmospheric pressure from the low-pressure side liquid helium storage tank 11b is reduced.

【0008】なお、上記液体ヘリウム貯槽11a,11
bにおける高圧及び低圧は、両者の相対的な圧力の高低
を意味するものであって、一般の高圧ガスの概念とは異
なるものである。
The above liquid helium storage tanks 11a, 11
The high pressure and the low pressure in b mean the relative high and low pressures of both, and are different from the general concept of high-pressure gas.

【0009】図5に示す装置において、図示しないヘリ
ウム冷凍機から管13を経て供給される高圧のヘリウム
は、熱交換器群14,熱交換器12a,12bで冷却さ
れて管15から被冷却体を冷却する冷却路16に供給さ
れる。冷却路16から管17に導出されたヘリウムは、
JT弁18で膨張して気液混相流となり、高圧側の液体
ヘリウム貯槽11a内にフラッシュする。
In the apparatus shown in FIG. 5, high-pressure helium supplied from a helium refrigerator (not shown) through the pipe 13 is cooled by the heat exchanger group 14 and the heat exchangers 12a and 12b, and the pipe 15 cools the object to be cooled. Is supplied to the cooling path 16 for cooling the. Helium led out from the cooling passage 16 to the pipe 17 is
The JT valve 18 expands to form a gas-liquid mixed phase flow, which flashes into the liquid helium storage tank 11a on the high pressure side.

【0010】上記高圧側の液体ヘリウム貯槽11aから
は、管19によりヘリウムガスが導出されるとともに、
底部から流量調節弁20を介して液体ヘリウムが低圧側
の液体ヘリウム貯槽11bに供給されている。また、低
圧側の液体ヘリウム貯槽11bからは、低圧のヘリウム
ガスが管21により導出されている。
From the liquid helium storage tank 11a on the high pressure side, a helium gas is discharged through a pipe 19, and
Liquid helium is supplied to the low-pressure side liquid helium storage tank 11b from the bottom through the flow rate control valve 20. Further, low-pressure helium gas is led out from the low-pressure liquid helium storage tank 11b by a pipe 21.

【0011】上記管19のヘリウムガスは、前記同様に
ヘリウム冷凍機の圧縮機に吸引され、また、管21の低
圧のヘリウムガスは、別に設けた低圧圧縮機等により管
19のヘリウムガスと略同等の圧力まで昇圧した後、ヘ
リウム冷凍機の圧縮機に吸引される。
The helium gas in the pipe 19 is sucked into the compressor of the helium refrigerator in the same manner as described above, and the low-pressure helium gas in the pipe 21 is separated from the helium gas in the pipe 19 by a separately provided low-pressure compressor or the like. After raising the pressure to the same level, it is sucked into the compressor of the helium refrigerator.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上記のように液体ヘリ
ウム貯槽を2段階とすることにより、吸入圧力の低い圧
縮機の処理流量を減少させることができ、圧縮機の効率
的な問題はある程度解決することはできるものの、戻り
ヘリウムが2系統となるため、該戻りヘリウムと供給さ
れる高圧のヘリウムとを熱交換させる熱交換器群の流路
数が増大し、装置が複雑になるという問題があった。
As described above, since the liquid helium storage tank has two stages, the processing flow rate of the compressor having a low suction pressure can be reduced, and the efficient problem of the compressor is solved to some extent. However, since there are two systems of return helium, there is a problem that the number of flow paths of the heat exchanger group for heat exchange between the return helium and the supplied high-pressure helium increases, and the device becomes complicated. there were.

【0013】そこで本発明は、簡単な装置構成で効率よ
く、かつ安定して極低温の超臨界ヘリウムを発生させる
ことができる超臨界ヘリウム発生装置を提供することを
目的としている。
Therefore, an object of the present invention is to provide a supercritical helium generator capable of efficiently and stably generating cryogenic supercritical helium with a simple device structure.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明の超臨界ヘリウム発生装置は、第1の構成
として、ヘリウムを圧縮する圧縮機、戻りヘリウムと圧
縮ヘリウムとを熱交換させる熱交換器、圧縮ヘリウムを
断熱膨張させる膨張タービン、低温圧縮ヘリウムをJT
膨張させるJT弁、冷却用熱交換器を内蔵する液体ヘリ
ウム貯槽等を備えた超臨界ヘリウム発生装置において、
飽和圧力が異なる2基の液体ヘリウム貯槽と、該液体ヘ
リウム貯槽内にそれぞれ設けられた熱交換器と、高圧低
温ヘリウムを前記高圧側の液体ヘリウム貯槽内の熱交換
器,低圧側の液体ヘリウム貯槽内の熱交換器に順次導入
して冷却した後、被冷却体に供給する手段と、被冷却体
冷却後の高圧ヘリウムを駆動源とし、前記低圧側の液体
ヘリウム貯槽内のヘリウムガスを吸引するエジェクター
と、該エジェクター導出後のヘリウムを前記高圧側の液
体ヘリウム貯槽に導入する手段と、前記高圧側の液体ヘ
リウム貯槽内の熱交換器を導出した高圧低温ヘリウムの
一部を分岐し、膨張させた後に前記低圧側の液体ヘリウ
ム貯槽に導入する手段とを備えていることを特徴として
いる。
In order to achieve the above object, the supercritical helium generator of the present invention has, as a first configuration, a compressor for compressing helium, and heat exchange between return helium and compressed helium. Heat exchanger, expansion turbine for adiabatic expansion of compressed helium, low temperature compressed helium JT
In a supercritical helium generator equipped with a JT valve for expansion, a liquid helium storage tank with a built-in cooling heat exchanger,
Two liquid helium storage tanks having different saturation pressures, heat exchangers respectively provided in the liquid helium storage tanks, high-pressure low-temperature helium heat exchangers in the high-pressure side liquid helium storage tanks, low-pressure side liquid helium storage tanks After being sequentially introduced into a heat exchanger inside and cooled, a means for supplying the cooled object and a high-pressure helium after cooling the cooled object are used as a drive source to suck the helium gas in the low-pressure liquid helium storage tank. An ejector, a means for introducing the helium after the ejector is introduced into the high-pressure side liquid helium storage tank, and a part of the high-pressure low-temperature helium derived from the heat exchanger in the high-pressure side liquid helium storage tank are branched and expanded. And a means for introducing the liquid helium into the liquid helium storage tank on the low pressure side.

【0015】また、本発明の第2の構成は、前記エジェ
クターの駆動源を、被冷却体冷却後の高圧ヘリウムに代
えて前記高圧低温ヘリウムの一部にするとともに、前記
被冷却体冷却後の高圧ヘリウムを膨張させた後、前記高
圧側の液体ヘリウム貯槽に導入する手段を設けたことを
特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, the drive source of the ejector is part of the high-pressure low-temperature helium in place of the high-pressure helium after cooling the object to be cooled, and the high-pressure helium after cooling the object to be cooled is used. After expanding the high-pressure helium, a means for introducing the high-pressure helium into the high-pressure side liquid helium storage tank is provided.

【0016】[0016]

【作 用】上記第1構成によれば、ヘリウム冷凍機から
供給される高圧低温のヘリウムは、両熱交換器で冷却さ
れて被冷却体を冷却した後、エジェクターで膨張して高
圧側の液体ヘリウム貯槽に導入される。このとき、エジ
ェクターで低圧側の液体ヘリウム貯槽内の低圧のヘリウ
ムガスを吸引するので、該低圧側の液体ヘリウム貯槽内
を所望の低圧状態にできるとともに、低圧のヘリウムガ
スもエジェクターで吸引されて高圧側の液体ヘリウム貯
槽に導入され、該貯槽から戻りヘリウムとしてヘリウム
冷凍機の圧縮機に戻るため、ヘリウム冷凍機の熱交換器
群の戻りヘリウム流路を増加させる必要がない。
[Operation] According to the first configuration, the high-pressure low-temperature helium supplied from the helium refrigerator is cooled by both heat exchangers to cool the cooled object, and then expanded by the ejector to expand the liquid on the high-pressure side. Introduced into the helium storage tank. At this time, since the low-pressure liquid helium gas in the low-pressure side liquid helium tank is sucked by the ejector, the low-pressure side liquid helium tank can be set in a desired low-pressure state, and the low-pressure helium gas is also sucked by the ejector and is high Since it is introduced into the liquid helium storage tank on the side and returned from the storage tank as helium to the compressor of the helium refrigerator, it is not necessary to increase the return helium flow path of the heat exchanger group of the helium refrigerator.

【0017】また、低圧側の液体ヘリウム貯槽内への液
体ヘリウムの供給は、ヘリウム冷凍機から供給され、高
圧側の液体ヘリウム貯槽内の熱交換器で冷却されて導出
した高圧低温の超臨界ヘリウムを膨張させて行っている
ため、フラッシュロスを少なくすることができる。さら
に、フラッシュロスが少ないことから、エジェクターで
吸引すべき低圧ヘリウムガス量を少なくできる。
Liquid helium is supplied to the low-pressure side liquid helium storage tank from a helium refrigerator, and is cooled by a heat exchanger in the high-pressure side liquid helium storage tank and discharged to obtain high-pressure low-temperature supercritical helium. The flash loss can be reduced because it is expanded. Further, since the flash loss is small, the amount of low-pressure helium gas to be sucked by the ejector can be reduced.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明を、図面に示す実施例に基づい
て、さらに詳細に説明する。まず、図1は本発明の第1
実施例を示すものである。この超臨界ヘリウム発生装置
は、飽和圧力が異なる高圧側及び低圧側の2基の液体ヘ
リウム貯槽31,32と、該液体ヘリウム貯槽31,3
2内にそれぞれ設けられた第1及び第2の熱交換器3
3,34と、前記同様に構成されているヘリウム冷凍機
の熱交換器群35を経て管36から供給される高圧低温
ヘリウムを、前記高圧側液体ヘリウム貯槽31内に設け
られた第1熱交換器33及び低圧側液体ヘリウム貯槽3
2内に設けられた第2熱交換器34に順次導入して冷却
し、超臨界ヘリウムとした後、被冷却体を冷却する冷却
路37に供給する管38と、該冷却路37で被冷却体を
冷却した後の超臨界状態の高圧ヘリウムを駆動源とし、
前記低圧側液体ヘリウム貯槽32内のヘリウムガスを管
39を介して吸引するエジェクター40と、該エジェク
ター40導出後の気液混相流となったヘリウムを前記高
圧側液体ヘリウム貯槽31に導入する管41と、前記高
圧側液体ヘリウム貯槽31内の第1熱交換器33を導出
した超臨界状態の高圧低温ヘリウムの一部を分岐し、J
T弁42で膨張させた後に前記低圧側液体ヘリウム貯槽
32に導入する管43と、高圧側液体ヘリウム貯槽31
内のヘリウムガスを、ヘリウム冷凍機の熱交換器群35
を介して圧縮機に戻す管44とを備えている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in more detail below based on the embodiments shown in the drawings. First, FIG. 1 shows the first of the present invention.
An example is shown. This supercritical helium generator includes two liquid helium storage tanks 31 and 32 on the high pressure side and the low pressure side having different saturation pressures, and the liquid helium storage tanks 31 and 3.
First and second heat exchangers 3 respectively provided in 2
3, 34 and the high-pressure low-temperature helium supplied from the pipe 36 through the heat exchanger group 35 of the helium refrigerator having the same configuration as described above, the first heat exchange provided in the high-pressure side liquid helium storage tank 31. Vessel 33 and low-pressure side liquid helium storage tank 3
2 is introduced into the second heat exchanger 34 in order and cooled to make supercritical helium, and then a pipe 38 is supplied to a cooling path 37 for cooling the object to be cooled; Using high pressure helium in the supercritical state after cooling the body,
An ejector 40 for sucking the helium gas in the low-pressure liquid helium storage tank 32 through a pipe 39, and a pipe 41 for introducing helium into a gas-liquid multiphase flow after the ejector 40 is introduced into the high-pressure liquid helium storage tank 31. And a part of the high-pressure low-temperature helium in the supercritical state derived from the first heat exchanger 33 in the high-pressure side liquid helium storage tank 31 is branched,
A pipe 43 for introducing into the low pressure side liquid helium storage tank 32 after being expanded by the T valve 42, and a high pressure side liquid helium storage tank 31.
Helium gas in the heat exchanger group 35 of the helium refrigerator
And a pipe 44 for returning to the compressor via the.

【0019】なお、熱交換器群35を含む上記ヘリウム
冷凍機は、従来と同様に構成することができるため、そ
の詳細な図示及び説明は省略する。
Since the helium refrigerator including the heat exchanger group 35 can be constructed in the same manner as the conventional one, detailed illustration and description thereof will be omitted.

【0020】上記のように構成した超臨界ヘリウム発生
装置は、前記したヘリウム冷凍機の圧縮機により圧縮さ
れた循環ヘリウムが熱交換器群35及び膨張タービンに
より寒冷を付与されて冷却され、前記熱交換器群35の
最終段熱交換器を経て超臨界状態又は超臨界に近い状態
となり、例えば圧力14kg/cm2 G、温度6Kで管
36から供給される低温ヘリウムガスを、前記第1熱交
換器33及び第2熱交換器34で順次冷却して、例え
ば、温度4.2K程度の超臨界ヘリウムを発生し、管3
8から超伝導マグネット等の被冷却体を冷却する冷却路
37に供給する。
In the supercritical helium generator configured as described above, the circulating helium compressed by the compressor of the above-mentioned helium refrigerator is cooled by the heat exchanger group 35 and the expansion turbine by being cooled, and After passing through the final-stage heat exchanger of the exchanger group 35, a supercritical state or a state close to a supercritical state is established. For example, low-temperature helium gas supplied from a pipe 36 at a pressure of 14 kg / cm 2 G and a temperature of 6 K is used for the first heat exchange The vessel 33 and the second heat exchanger 34 are sequentially cooled to generate, for example, supercritical helium having a temperature of about 4.2 K, and the tube 3
8 to supply to a cooling path 37 for cooling a cooled object such as a superconducting magnet.

【0021】このとき、供給する超臨界ヘリウムを上記
4.2Kに冷却するためには、前記低圧側液体ヘリウム
貯槽32内の液体ヘリウムを4.2K以下、例えば4.
15Kにする必要があるが、これに対応する圧力は0.
93atmとなる。
At this time, in order to cool the supplied supercritical helium to 4.2K, the liquid helium in the low pressure side liquid helium storage tank 32 is 4.2K or less, for example, 4.2K.
It is necessary to set the pressure to 15K, but the corresponding pressure is 0.
It will be 93 atm.

【0022】したがって、前述の従来装置では、圧縮機
吸入圧力が負圧となって圧縮機の圧縮比増大のために効
率が大幅に低下したり、熱交換器群の流路が増えて装置
構成が複雑になったりするが、上記のようにエジェクタ
ー40で低圧側液体ヘリウム貯槽32内のヘリウムガス
を吸引することにより、低圧圧縮機や真空ポンプ等を用
いることなく、該低圧側液体ヘリウム貯槽32内を0.
93atmの圧力に保持することができる。
Therefore, in the above-mentioned conventional apparatus, the suction pressure of the compressor becomes a negative pressure and the compression ratio of the compressor is increased, so that the efficiency is significantly lowered, and the flow paths of the heat exchanger group are increased, so that the apparatus configuration is increased. However, by sucking the helium gas in the low-pressure side liquid helium storage tank 32 by the ejector 40 as described above, the low-pressure side liquid helium storage tank 32 can be used without using a low-pressure compressor or a vacuum pump. Within 0.
It can be maintained at a pressure of 93 atm.

【0023】また、上記エジェクター40の駆動源とし
て、被冷却体の冷却路37を導出後の高圧ヘリウムを用
いているので、従来、JT弁で膨張させていた膨張時の
エネルギーを低圧ヘリウムガスの吸入エネルギーとして
有効に利用することができる。
Further, since the high pressure helium after the cooling passage 37 of the cooled object is led out is used as the drive source of the ejector 40, the energy at the time of expansion which has been conventionally expanded by the JT valve is converted into the low pressure helium gas. It can be effectively used as inhalation energy.

【0024】さらに、上記低圧ヘリウムガスは、膨張後
の高圧ヘリウムガスと共に高圧側液体ヘリウム貯槽31
内に導入されるので、該貯槽31内の飽和圧力、例えば
1.28atmとなる。このため、圧縮機へ帰還するガ
スは、高圧側液体ヘリウム貯槽31内の圧力を有するヘ
リウムガスだけとなり、圧縮機の吸入圧力が負圧となる
こともなく、熱交換器群35の流路数を増加させる必要
もない。
Further, the low-pressure helium gas is stored in the high-pressure side liquid helium storage tank 31 together with the expanded high-pressure helium gas.
Since it is introduced into the storage tank 31, the saturation pressure in the storage tank 31, for example, 1.28 atm. Therefore, the gas returned to the compressor is only the helium gas having the pressure in the high-pressure side liquid helium storage tank 31, the suction pressure of the compressor does not become a negative pressure, and the number of flow paths of the heat exchanger group 35 does not change. Need not be increased.

【0025】また、低圧側液体ヘリウム貯槽32内への
液体ヘリウムの供給は、前記ヘリウム冷凍機から供給さ
れ、高圧側液体ヘリウム貯槽31内の第1熱交換器33
で冷却された超臨界状態の高圧低温ヘリウムの一部を分
岐し、これをJT膨張させて行っているため、フラッシ
ュロスを少なくすることができる。さらに、フラッシュ
ロスが少ないことから、低圧側液体ヘリウム貯槽32内
に生じるヘリウムガス量も減少し、これにより、エジェ
クターで吸引すべき低圧ヘリウムガス量を少なくでき、
該貯槽31内をより低い圧力にして、より低い温度の超
臨界ヘリウムを発生させることが可能となる。
Liquid helium is supplied to the low pressure side liquid helium storage tank 32 from the helium refrigerator, and the first heat exchanger 33 in the high pressure side liquid helium storage tank 31 is supplied.
Since a part of the high-pressure and low-temperature helium in the supercritical state cooled in step 2 is branched and JT-expanded, the flash loss can be reduced. Further, since the flash loss is small, the amount of helium gas generated in the low-pressure side liquid helium storage tank 32 is also reduced, and thus the amount of low-pressure helium gas to be sucked by the ejector can be reduced,
It becomes possible to generate supercritical helium at a lower temperature by making the pressure inside the storage tank 31 lower.

【0026】次に、図2は、本発明の第2実施例を示す
ものである。なお、以下の説明において、前記第1実施
例と同一要素のものには同一符号を付して、その詳細な
説明は省略する。
Next, FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. In the following description, the same elements as those in the first embodiment will be designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

【0027】本実施例においては、エジェクター40の
駆動源として、ヘリウム冷凍機の熱交換器群35を経て
管36から供給される高圧低温ヘリウムの一部を用いて
いる。即ち、上記管36から管50を分岐し、該管50
にエジェクター40を設けて低圧側液体ヘリウム貯槽3
2内のヘリウムガスを吸引するように構成するととも
に、被冷却体の冷却路37を冷却した後のヘリウムは、
JT弁51で膨張して高圧側液体ヘリウム貯槽31内に
フラッシュように構成している。
In this embodiment, a part of the high-pressure low-temperature helium supplied from the pipe 36 through the heat exchanger group 35 of the helium refrigerator is used as the drive source of the ejector 40. That is, the pipe 50 is branched from the pipe 36, and the pipe 50
Ejector 40 is installed in the low pressure side liquid helium storage tank 3
2 is configured to suck the helium gas inside, and the helium after cooling the cooling path 37 of the cooled object is
The JT valve 51 expands and flushes into the high-pressure side liquid helium storage tank 31.

【0028】このように構成することにより、被冷却体
37の冷却路37を冷却した後のヘリウムの温度が高
く、高圧側液体ヘリウム貯槽31で必要とする液体ヘリ
ウムが十分に得られない場合でも安定した運転を行うこ
とができる。
With this configuration, even if the temperature of helium after cooling the cooling passage 37 of the object to be cooled 37 is high and the liquid helium required in the high-pressure side liquid helium storage tank 31 is not sufficiently obtained. Stable operation can be performed.

【0029】また、図3は、本発明の第3実施例を示す
もので、エジェクター40における低圧ヘリウムガスの
吸引効率を向上させるとともに、前記図1に示した構成
の装置に制御系を加えたものである。
FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention, in which the suction efficiency of the low pressure helium gas in the ejector 40 is improved, and a control system is added to the device having the configuration shown in FIG. It is a thing.

【0030】まず、本実施例装置では、低圧側液体ヘリ
ウム貯槽32からヘリウムガスを導出する管39の途中
に、高圧側液体ヘリウム貯槽31内の液体ヘリウムと熱
交換する熱交換器61を設け、低圧ヘリウムガスを該熱
交換器61で冷却した後、前記エジェクター40に吸引
させるように構成している。
First, in the apparatus of the present embodiment, a heat exchanger 61 for exchanging heat with the liquid helium in the high-pressure side liquid helium storage tank 31 is provided in the middle of the pipe 39 for discharging the helium gas from the low-pressure side liquid helium storage tank 32. After the low-pressure helium gas is cooled by the heat exchanger 61, the low-pressure helium gas is sucked by the ejector 40.

【0031】これにより、エジェクター40に吸引され
るガスを低温にでき、吸引効率を向上させることができ
る。
As a result, the temperature of the gas sucked by the ejector 40 can be lowered, and the suction efficiency can be improved.

【0032】また、本実施例装置では、低圧側液体ヘリ
ウム貯槽32に液面計Lと圧力計Pとを設けて低圧側液
体ヘリウム貯槽32内の液量及び圧力を一定に保つよう
にしている。
In the apparatus of this embodiment, a liquid level gauge L and a pressure gauge P are provided in the low pressure side liquid helium storage tank 32 so that the liquid amount and the pressure in the low pressure side liquid helium storage tank 32 are kept constant. .

【0033】即ち、上記液面計Lは、低圧側液体ヘリウ
ム貯槽32内の液面高さを検出し、該検出値に応じてJ
T弁42の開度を調節し、これによって液量を調節す
る。また、圧力計Pは、低圧側液体ヘリウム貯槽32内
の圧力を検出し、該検出値に応じて圧力調節弁62の開
度を調節し、これによって低圧側液体ヘリウム貯槽32
内の圧力を調節する。
That is, the liquid level gauge L detects the liquid level height in the low-pressure side liquid helium storage tank 32, and J according to the detected value.
The opening degree of the T valve 42 is adjusted, and thereby the liquid amount is adjusted. Further, the pressure gauge P detects the pressure in the low pressure side liquid helium storage tank 32 and adjusts the opening degree of the pressure control valve 62 according to the detected value, whereby the low pressure side liquid helium storage tank 32 is obtained.
Adjust the pressure inside.

【0034】これにより、低圧側液体ヘリウム貯槽32
内の液量及び圧力を自動的に一定に保つことができ、安
定した運転を行うことができる。
As a result, the low-pressure side liquid helium storage tank 32
The amount and pressure of the liquid inside can be automatically kept constant, and stable operation can be performed.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の超臨界ヘ
リウム発生装置は、エジェクターにより貯槽内のヘリウ
ムガスを吸引することにより、極めて容易に低圧の液体
ヘリウム貯槽を得ることができ、必要とされる超低温度
の超臨界ヘリウムを供給することができる。また、ヘリ
ウム冷凍機の圧縮機の効率低下を生じることがなく、熱
交換器群の流路を増大させることもないので、装置構成
を単純化でき、製造コストの低減や運転コストの低減が
図れる。
As described above, in the supercritical helium generator of the present invention, a low pressure liquid helium storage tank can be obtained very easily by sucking the helium gas in the storage tank with an ejector. It is possible to supply supercritical helium at an extremely low temperature. Moreover, since the efficiency of the compressor of the helium refrigerator is not reduced and the flow path of the heat exchanger group is not increased, the device configuration can be simplified and the manufacturing cost and the operating cost can be reduced. .

【0036】さらに、低圧側の貯槽に供給する液体ヘリ
ウムを、ヘリウム冷凍機から供給され、高圧側の液体ヘ
リウム貯槽内の熱交換器で冷却されて導出した超臨界状
態の高圧低温ヘリウムを膨張させて行っているため、フ
ラッシュロスを少なくすることができ、エジェクターで
吸引すべき低圧ヘリウムガス量も減少させることができ
るので、より低温度の超臨界ヘリウムを供給することが
可能となる。
Further, liquid helium to be supplied to the low-pressure side storage tank is supplied from a helium refrigerator, cooled by a heat exchanger in the high-pressure side liquid helium storage tank, and expanded to expand the supercritical high-pressure low-temperature helium. Since the flash loss can be reduced and the amount of low-pressure helium gas to be sucked by the ejector can be reduced, supercritical helium at a lower temperature can be supplied.

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

【図1】 本発明の超臨界ヘリウム発生装置の第1実施
例を示す系統図である。
FIG. 1 is a system diagram showing a first embodiment of a supercritical helium generator of the present invention.

【図2】 同じく第2実施例を示す系統図である。FIG. 2 is a system diagram showing a second embodiment of the same.

【図3】 同じく第3実施例を示す系統図である。FIG. 3 is a system diagram of a third embodiment of the same.

【図4】 従来の超臨界ヘリウム発生装置の一例を示す
系統図である。
FIG. 4 is a system diagram showing an example of a conventional supercritical helium generator.

【図5】 同じく他の例を示す系統図である。FIG. 5 is a system diagram showing another example of the same.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31…高圧側液体ヘリウム貯槽 32…低圧側液体ヘ
リウム貯槽 33…第1熱交換器 34…第2熱交換器 35…
熱交換器群 37…冷却路 40…エジェクター 42…JT弁 L…液面計 P…圧力計
31 ... High-pressure side liquid helium storage tank 32 ... Low-pressure side liquid helium storage tank 33 ... First heat exchanger 34 ... Second heat exchanger 35 ...
Heat exchanger group 37 ... Cooling path 40 ... Ejector 42 ... JT valve L ... Liquid level gauge P ... Pressure gauge

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ヘリウムを圧縮する圧縮機、戻りヘリウ
ムと圧縮ヘリウムとを熱交換させる熱交換器、圧縮ヘリ
ウムを断熱膨張させる膨張タービン、低温圧縮ヘリウム
をJT膨張させるJT弁、冷却用熱交換器を内蔵する液
体ヘリウム貯槽等を備えた超臨界ヘリウム発生装置にお
いて、飽和圧力が異なる2基の液体ヘリウム貯槽と、該
液体ヘリウム貯槽内にそれぞれ設けられた熱交換器と、
高圧低温ヘリウムを前記高圧側の液体ヘリウム貯槽内の
熱交換器,低圧側の液体ヘリウム貯槽内の熱交換器に順
次導入して冷却した後、被冷却体に供給する手段と、被
冷却体冷却後の高圧ヘリウムを駆動源とし、前記低圧側
の液体ヘリウム貯槽内のヘリウムガスを吸引するエジェ
クターと、該エジェクター導出後のヘリウムを前記高圧
側の液体ヘリウム貯槽に導入する手段と、前記高圧側の
液体ヘリウム貯槽内の熱交換器を導出した高圧低温ヘリ
ウムの一部を分岐し、膨張させた後に前記低圧側の液体
ヘリウム貯槽に導入する手段とを備えていることを特徴
とする超臨界ヘリウム発生装置。
1. A compressor for compressing helium, a heat exchanger for exchanging heat between return helium and compressed helium, an expansion turbine for adiabatically expanding compressed helium, a JT valve for JT expanding low temperature compressed helium, and a heat exchanger for cooling. In a supercritical helium generator including a liquid helium storage tank and the like containing therein, two liquid helium storage tanks having different saturation pressures, and heat exchangers respectively provided in the liquid helium storage tanks,
High-pressure low-temperature helium is introduced into the heat exchanger in the high-pressure side liquid helium storage tank and the heat exchanger in the low-pressure side liquid helium storage tank in order, and after cooling, means for supplying to the cooled object, and cooling the cooled object After using the high-pressure helium as a drive source, an ejector for sucking the helium gas in the low-pressure side liquid helium storage tank, a means for introducing the helium after ejecting the ejector into the high-pressure side liquid helium storage tank, and the high-pressure side Supercritical helium generation, characterized in that a part of the high-pressure low-temperature helium derived from the heat exchanger in the liquid helium storage tank is branched, expanded, and then introduced into the low-pressure side liquid helium storage tank. apparatus.
【請求項2】 前記エジェクターの駆動源を、被冷却体
冷却後の高圧ヘリウムに代えて前記高圧低温ヘリウムの
一部にするとともに、前記被冷却体冷却後の高圧ヘリウ
ムを膨張させた後、前記高圧側の液体ヘリウム貯槽に導
入する手段を設けたことを特徴とする請求項1記載の超
臨界ヘリウム発生装置。
2. A drive source of the ejector is a part of the high-pressure low-temperature helium in place of the high-pressure helium after cooling the object to be cooled, and the high-pressure helium after cooling the object to be cooled is expanded. The supercritical helium generator according to claim 1, further comprising means for introducing the liquid helium storage tank on the high pressure side.
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