JPH0684853B2 - 極低温冷凍装置 - Google Patents
極低温冷凍装置Info
- Publication number
- JPH0684853B2 JPH0684853B2 JP1844687A JP1844687A JPH0684853B2 JP H0684853 B2 JPH0684853 B2 JP H0684853B2 JP 1844687 A JP1844687 A JP 1844687A JP 1844687 A JP1844687 A JP 1844687A JP H0684853 B2 JPH0684853 B2 JP H0684853B2
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- Japan
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- auxiliary cold
- cold source
- cooled
- cryogenic
- cryogenic refrigerator
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は極低温冷凍装置に係り、特に補助寒冷源を使用
する装置に好適な極低温冷凍装置に関するものである。
する装置に好適な極低温冷凍装置に関するものである。
極低温冷凍装置、特にヘリウム冷凍装置では、極低温冷
媒を生成する極低温冷凍機に補助寒冷源（例えば液体窒
素）を使用すると共に、被冷却体（例えば超電導マグネ
ット）では極低温部への熱侵入を減少させるために一般
的に熱シールド板が設けられ、この熱シールド板も同様
な補助寒冷源で冷却されている。
媒を生成する極低温冷凍機に補助寒冷源（例えば液体窒
素）を使用すると共に、被冷却体（例えば超電導マグネ
ット）では極低温部への熱侵入を減少させるために一般
的に熱シールド板が設けられ、この熱シールド板も同様
な補助寒冷源で冷却されている。
極低温冷凍機では熱交換器によって補助寒冷源の潜熱，
顕熱共に有効利用されて、極低温冷凍機の出口では、ほ
ぼ常温になっている。これに対し被冷却体の熱シールド
板を冷却する補助寒冷源は潜熱のみが有効利用されるの
みであった。
顕熱共に有効利用されて、極低温冷凍機の出口では、ほ
ぼ常温になっている。これに対し被冷却体の熱シールド
板を冷却する補助寒冷源は潜熱のみが有効利用されるの
みであった。
なお、この種の装置として関連するものには例えば、第
35回低温工学研究発表会（1986年５月）予稿集B1−１等
がある。
35回低温工学研究発表会（1986年５月）予稿集B1−１等
がある。
上記従来技術は補助寒冷源の有効利用について配慮され
ておらず、システムの原単価が悪くなるという問題があ
った。特に、被冷却体を収納する真空容器を小形化する
ために熱シールド板を補助寒冷源を流した冷却筒で冷却
する場合には、熱シールド板を十分低温に保持しようと
すると熱シールド板冷却管出口から大量の液化補助寒冷
源が同伴流出するのは避けがたく、まずまずシステムの
効率が低下することになっていた。また、この流出補助
寒冷源は低温のため高価な断熱配管とせざるを得ないと
いう問題があった。
ておらず、システムの原単価が悪くなるという問題があ
った。特に、被冷却体を収納する真空容器を小形化する
ために熱シールド板を補助寒冷源を流した冷却筒で冷却
する場合には、熱シールド板を十分低温に保持しようと
すると熱シールド板冷却管出口から大量の液化補助寒冷
源が同伴流出するのは避けがたく、まずまずシステムの
効率が低下することになっていた。また、この流出補助
寒冷源は低温のため高価な断熱配管とせざるを得ないと
いう問題があった。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決した高効
率，低コストの極低温冷凍装置を提供することにある。
率，低コストの極低温冷凍装置を提供することにある。
更に本発明の目的は、従来技術では熱シールド板温度を
十分低温に保持するためには補助寒冷源を熱収支上必要
な潜熱相当以上に流さざるを得ず、そうするとまた、寒
冷ロスが増大するという困難な問題を解決することにあ
る。
十分低温に保持するためには補助寒冷源を熱収支上必要
な潜熱相当以上に流さざるを得ず、そうするとまた、寒
冷ロスが増大するという困難な問題を解決することにあ
る。
上記目的は、極低温冷凍機と被冷却体は同じ補助寒冷源
を利用していること、および被冷却体の熱シールド板を
冷却した後の補助寒冷源が十分低温であることに着目す
れば、被冷却体の熱シールド板を冷却した後の補助寒冷
源を極低温冷凍機で更に寒冷利用することにより、達成
される。
を利用していること、および被冷却体の熱シールド板を
冷却した後の補助寒冷源が十分低温であることに着目す
れば、被冷却体の熱シールド板を冷却した後の補助寒冷
源を極低温冷凍機で更に寒冷利用することにより、達成
される。
補助寒冷源として最も多く使用されているのは液体窒素
であるが、液体窒素の潜熱は約200j/gである。一方、常
温までの顕熱も約200j/gある。
であるが、液体窒素の潜熱は約200j/gである。一方、常
温までの顕熱も約200j/gある。
従って、被冷却体の熱シールド板冷却体の補助寒冷源の
寒冷を極低温冷凍機の熱交換器で回収することにより、
システムの効率を大きく高めることができる。更に、極
低温冷凍機の出口では常温まで温度回復しているので低
温配管長を短縮することができる。
寒冷を極低温冷凍機の熱交換器で回収することにより、
システムの効率を大きく高めることができる。更に、極
低温冷凍機の出口では常温まで温度回復しているので低
温配管長を短縮することができる。
更に、被冷却体熱シールド板を冷却した後の補助寒冷源
は極低温冷凍機で寒冷利用されるために、熱シールド板
を十分低温に保持するに必要な量の補助寒冷源を被冷却
体に供給することができ、被冷却体熱シールド板冷却後
の補助寒冷源中に、液体補助寒冷源が同伴するのを低減
させる必要がなく制御，操作が容易になる。
は極低温冷凍機で寒冷利用されるために、熱シールド板
を十分低温に保持するに必要な量の補助寒冷源を被冷却
体に供給することができ、被冷却体熱シールド板冷却後
の補助寒冷源中に、液体補助寒冷源が同伴するのを低減
させる必要がなく制御，操作が容易になる。
以下、本発明の一実施例を第１図によって説明する。
第１図において１は圧縮機、２は極低温冷凍機、3a〜3d
は第１〜第４の熱交換器、４は膨張機入口弁、５は膨張
機、６はジュールトムソン弁（以下、JT弁と略称）、7
a,7bは極低温冷媒移送配管、10は真空容器、11は超電導
マグネット、12は低温容器、13は熱シールド板、14は冷
却筒、20は極低温冷凍機２へ補助寒冷源である液体窒素
（以下、LN2と略称）を供給する低温配管、21はLN2供給
弁、22は熱シールド板13を冷却するLN2を供給する低温
配管、23はLN2供給弁、24は熱シールド板13を冷却後の
低温窒素を極低温冷凍機２に導く低温配管である。な
お、7a,7b,20,22および24は真空断熱された配管であ
る。
は第１〜第４の熱交換器、４は膨張機入口弁、５は膨張
機、６はジュールトムソン弁（以下、JT弁と略称）、7
a,7bは極低温冷媒移送配管、10は真空容器、11は超電導
マグネット、12は低温容器、13は熱シールド板、14は冷
却筒、20は極低温冷凍機２へ補助寒冷源である液体窒素
（以下、LN2と略称）を供給する低温配管、21はLN2供給
弁、22は熱シールド板13を冷却するLN2を供給する低温
配管、23はLN2供給弁、24は熱シールド板13を冷却後の
低温窒素を極低温冷凍機２に導く低温配管である。な
お、7a,7b,20,22および24は真空断熱された配管であ
る。
次に、以上のように構成された本発明の極低温冷凍装置
の動作について説明する。
の動作について説明する。
圧縮機１で圧縮された高圧ヘリウムガスは極低温冷凍機
２に導入され、第１の熱交換器3aで戻りヘリウムガスお
よび補助寒冷源である窒素と熱交換し第２の熱交換器3b
に入る。第２の熱交換器3bでさらに冷却された高圧ヘリ
ウムガスは膨張機ラインと液化ラインに分岐し、膨張機
ラインの高圧ヘリウムガスは膨張機入口弁４を通り膨張
機５で断熱膨張して温度降下後、戻りヘリウムガスとな
る。
２に導入され、第１の熱交換器3aで戻りヘリウムガスお
よび補助寒冷源である窒素と熱交換し第２の熱交換器3b
に入る。第２の熱交換器3bでさらに冷却された高圧ヘリ
ウムガスは膨張機ラインと液化ラインに分岐し、膨張機
ラインの高圧ヘリウムガスは膨張機入口弁４を通り膨張
機５で断熱膨張して温度降下後、戻りヘリウムガスとな
る。
一方、液化ラインに分岐した高圧ヘリウムガスは第3,第
４の熱交換器3c,3dで冷却され最終的にJT弁６でジュー
ルトムソン膨張して一部が液化ヘリウムとなる。JT弁６
で液化ヘリウムを生成した極低温ヘリウムは極低温冷媒
移送配管7aを通り真空容器10の低温容器12に送られ、超
電導マグネット11を冷却する。超電導マグネット11を冷
却しガス化した極低温ヘリウムは極低温冷媒移送配管16
を通り極低温冷凍機２に戻り、第４〜第１の熱交換器で
寒冷回収され常温になって圧縮機１に戻る。
４の熱交換器3c,3dで冷却され最終的にJT弁６でジュー
ルトムソン膨張して一部が液化ヘリウムとなる。JT弁６
で液化ヘリウムを生成した極低温ヘリウムは極低温冷媒
移送配管7aを通り真空容器10の低温容器12に送られ、超
電導マグネット11を冷却する。超電導マグネット11を冷
却しガス化した極低温ヘリウムは極低温冷媒移送配管16
を通り極低温冷凍機２に戻り、第４〜第１の熱交換器で
寒冷回収され常温になって圧縮機１に戻る。
補助寒冷源であるLN2は低温配管22、LN2供給弁23を通り
冷却管14に供給されて熱シールド板13を冷却する。熱シ
ールド板13を冷却してガス化した低温窒素ガスはLN2を
同伴しながら低温配管24を通り、低温配管20およびLN2
供給弁21を通り独立に供給されたLN2と合流して極低温
冷凍機２に供給される。極低温冷凍機２に供給された低
温窒素は、第１の熱交換器3aで高圧ヘリウムガスと熱交
換して常温に温度回転して屋外放出される。
冷却管14に供給されて熱シールド板13を冷却する。熱シ
ールド板13を冷却してガス化した低温窒素ガスはLN2を
同伴しながら低温配管24を通り、低温配管20およびLN2
供給弁21を通り独立に供給されたLN2と合流して極低温
冷凍機２に供給される。極低温冷凍機２に供給された低
温窒素は、第１の熱交換器3aで高圧ヘリウムガスと熱交
換して常温に温度回転して屋外放出される。
以上、本一実施例によれば、被冷却体の熱シールド板冷
却後の補助寒冷源の寒冷を極低温冷凍機で利用できるの
でシステムの効率が向上すると共に、低温配管長が短縮
され、コストを低減できる。
却後の補助寒冷源の寒冷を極低温冷凍機で利用できるの
でシステムの効率が向上すると共に、低温配管長が短縮
され、コストを低減できる。
さらに、被冷却体の熱シールド板の温度制御がほとんど
不要となり、制御、操作性を向上できる。
不要となり、制御、操作性を向上できる。
なお、本実施例では被冷却体からの流出補助寒冷源と独
立の補助寒冷源を合流させたものを極低温冷凍機２に供
給しているが、極低温冷凍機２に必要とされるものも含
め全量を被冷却体を介して供給しても同様の効果が得ら
れることは明らかである。
立の補助寒冷源を合流させたものを極低温冷凍機２に供
給しているが、極低温冷凍機２に必要とされるものも含
め全量を被冷却体を介して供給しても同様の効果が得ら
れることは明らかである。
また、被冷却体の熱シールド板13を冷却する構造として
LN2の貯槽を有する場合には被冷却体から流出する補助
寒冷源を完全に低温GN2のみとすることができるが、こ
の場合には被冷却体からの流出補助寒冷源と独立に供給
する補助寒冷源との第１の熱交換器への導入位置（温度
レベル）を分けるのが効果的である。
LN2の貯槽を有する場合には被冷却体から流出する補助
寒冷源を完全に低温GN2のみとすることができるが、こ
の場合には被冷却体からの流出補助寒冷源と独立に供給
する補助寒冷源との第１の熱交換器への導入位置（温度
レベル）を分けるのが効果的である。
更に、極低温冷媒移送配管は熱損失を低減するために補
助寒冷源で冷却した熱シールド管を有する場合を有る
が、この場合には、被冷却体熱シールド板冷却の補助寒
冷源と同様に極低温冷凍機で寒冷回収するのは合理的な
方法である。
助寒冷源で冷却した熱シールド管を有する場合を有る
が、この場合には、被冷却体熱シールド板冷却の補助寒
冷源と同様に極低温冷凍機で寒冷回収するのは合理的な
方法である。
更にまた、被冷却体熱シールド板，極低温冷媒移送配管
熱シールド管，極低温冷凍機と順次シリーズに補助寒冷
源を流す方法も本発明の目的に合致した合理的なもので
ある。
熱シールド管，極低温冷凍機と順次シリーズに補助寒冷
源を流す方法も本発明の目的に合致した合理的なもので
ある。
本発明によれば、被冷却体の熱シールド板冷却後の補助
寒冷源の寒冷を極低温冷凍機で利用できるのでシステム
の効率が向上すると共に、低温配管長が短縮されコスト
低減される効果がある。
寒冷源の寒冷を極低温冷凍機で利用できるのでシステム
の効率が向上すると共に、低温配管長が短縮されコスト
低減される効果がある。
さらに、本発明によれば、被冷却体の熱シールド板の温
度制御がほとんど不要となり制御，操作性が向上すると
いう効果がある。
度制御がほとんど不要となり制御，操作性が向上すると
いう効果がある。
第１図は本発明の一実施例の極低温冷凍装置を示すブロ
ック構成図である。 ２……極低温冷凍機、3a……第１の熱交換器、13……熱
シールド板、14……冷却管、24……低温配管
ック構成図である。 ２……極低温冷凍機、3a……第１の熱交換器、13……熱
シールド板、14……冷却管、24……低温配管
Claims (4)
- 【請求項１】補助寒冷源を使用し極低温冷媒を生成する
極低温冷凍機と、補助寒冷源を利用してシールド板を冷
却した被冷却体とから成る極低温冷凍装置において、前
記被冷却体の熱シールド板を冷却した後に流出する補助
寒冷源を前記極低温冷凍機の補助寒冷に利用する手段を
設けたことを特徴とする極低温冷凍装置。 - 【請求項２】前記手段が前記被冷却体の熱シールド板を
冷却した後に流出する補助寒冷源と、独立に供給される
補助寒冷源とを共に利用する特許請求の範囲第１項記載
の極低温冷凍装置。 - 【請求項３】前記被冷却体から流出する補助寒冷源と、
独立に供給される補助寒冷源の極低温冷凍機内熱交換器
への導入位置を、おのおの独立に設けた特許請求の範囲
第２項記載の極低温冷凍装置。 - 【請求項４】前記手段が前記被冷却体の熱シールド板を
冷却した後に流出した補助寒冷源のみを極低温冷凍機の
補助寒冷に利用した特許請求の範囲第１項記載の極低温
冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1844687A JPH0684853B2 (ja) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | 極低温冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1844687A JPH0684853B2 (ja) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | 極低温冷凍装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63187066A JPS63187066A (ja) | 1988-08-02 |
| JPH0684853B2 true JPH0684853B2 (ja) | 1994-10-26 |
Family
ID=11971851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1844687A Expired - Fee Related JPH0684853B2 (ja) | 1987-01-30 | 1987-01-30 | 極低温冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0684853B2 (ja) |
-
1987
- 1987-01-30 JP JP1844687A patent/JPH0684853B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63187066A (ja) | 1988-08-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |