JPH07105530B2 - Cryogenic device - Google Patents
Cryogenic deviceInfo
- Publication number
- JPH07105530B2 JPH07105530B2 JP60143765A JP14376585A JPH07105530B2 JP H07105530 B2 JPH07105530 B2 JP H07105530B2 JP 60143765 A JP60143765 A JP 60143765A JP 14376585 A JP14376585 A JP 14376585A JP H07105530 B2 JPH07105530 B2 JP H07105530B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat exchanger
- liquid reservoir
- condensation heat
- cryogenic
- pipe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、MRI用超電導磁石等の極低温装置に係わり、
特に極低温液の蒸気を冷却し再凝縮して用いる極低温装
置に関する。Description: TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a cryogenic device such as a superconducting magnet for MRI,
In particular, it relates to a cryogenic device which cools and re-condenses vapor of a cryogenic liquid.
超電導磁石等の極低温装置は、被冷却体である超電導コ
イルを液体ヘリウム等の極低温液で冷却する必要があ
り、さらにこの極低温液の蒸発を無くすために外部と断
熱する必要がある。しかし、いかに上手に断熱しても、
周囲からの熱侵入を完全に無くすことは不可能であり、
この熱侵入によって中の極低温液が蒸発していくことを
避けることはできない。そこで最近、凝縮熱交換器を用
い、冷凍機で生成した温度の低い冷媒と極低温液の蒸気
とを熱交換し、該蒸気を凝縮して液にする方法が提案さ
れている。この場合、外見上極低温液の蒸発がゼロの極
低温装置となる。In a cryogenic device such as a superconducting magnet, it is necessary to cool the superconducting coil, which is an object to be cooled, with a cryogenic liquid such as liquid helium, and also to insulate the cryogenic liquid from the outside. But no matter how well you insulate,
It is impossible to completely eliminate heat invasion from the surroundings,
It is unavoidable that the cryogenic liquid inside evaporates due to this heat penetration. Therefore, recently, a method has been proposed in which a condensation heat exchanger is used to exchange heat between a low-temperature refrigerant generated in a refrigerator and vapor of a cryogenic liquid, and the vapor is condensed into a liquid. In this case, the cryogenic apparatus apparently has no evaporation of the cryogenic liquid.
しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、凝縮熱交換器は通常、無酸素銅や高純
度アルミニウム等の高い熱伝導率を持つ金属性のパイプ
で形成されるが、凝縮熱伝達率はあまり高くない。この
ため、極低温液の蒸気を確実に凝縮させるには、凝縮熱
交換器が比較的長くなり大形化する。また、冷凍機トラ
ブルの場合、凝縮熱交換器が液溜め上部と云う極低温の
所にあるため、開放修理をすると、不純物を巻込んで凝
縮熱交換器が閉塞してしまう虞れがあった。However, this type of device has the following problems. That is, the condensation heat exchanger is usually formed of a metal pipe having high thermal conductivity such as oxygen-free copper or high-purity aluminum, but the condensation heat transfer coefficient is not so high. Therefore, in order to surely condense the vapor of the cryogenic liquid, the condensation heat exchanger becomes relatively long and large-sized. Also, in the case of a refrigerator trouble, the condensation heat exchanger is located at a very low temperature called the upper part of the liquid reservoir, so there is a risk that impurities will be trapped and the condensation heat exchanger may be blocked if the repair is opened. .
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、凝縮熱交換器の小型化をはかり得、且
つ冷凍機トラブル時の冷凍機の取外しが容易な極低温装
置を提供することにある。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object thereof is to provide a cryogenic device that can reduce the size of a condensation heat exchanger and that can easily remove a refrigerator when a refrigerator trouble occurs. To do.
本発明は、凝縮熱交換器として用いる管の形状および組
合せを改良して、上記目的を達成したものである。The present invention achieves the above object by improving the shape and combination of the tubes used as the condensation heat exchanger.
即ち、本発明は、液溜め部に収容された極低温液で被冷
却体を冷却すると共に、上記液溜め部内の上方の蒸気層
に凝縮熱交換器を配置し、この凝縮熱交換器に冷凍機側
から冷媒を通流して蒸気層を冷却するようにした極低温
装置において、前記凝縮熱交換器は、先端部を閉じた直
管状に形成され、先端側を上記液溜め部内に位置させる
べく前記液溜め部の壁を貫通して設けられ、かつ上記液
溜め部内に位置する部分の外面にフィンを有すると共に
内面に螺旋状の溝を有した外管と、先端部を解放した直
管状に形成され、先端側を前記外管内に同心的に挿入さ
せて配置された内管との２重管構造に形成されており、
前記冷凍機側から導かれた冷媒を前記内管内に通して解
放された前記先端部まで通流させた後に上記内管と前記
外管との間を通して冷凍機側へ戻す通路で通流させるよ
うにしたことを特徴としている。That is, according to the present invention, the object to be cooled is cooled by the cryogenic liquid contained in the liquid reservoir, and the condensation heat exchanger is arranged in the upper vapor layer in the liquid reservoir, and the condensation heat exchanger is refrigerated. In a cryogenic device in which a refrigerant is allowed to flow from the machine side to cool the vapor layer, the condensation heat exchanger is formed in a straight tube shape with the tip end closed, and the tip side is positioned in the liquid reservoir. An outer tube provided through the wall of the liquid reservoir and having fins on the outer surface of the portion located in the liquid reservoir and a spiral groove on the inner surface, and a straight tube with the tip end opened. Is formed, and has a double tube structure with an inner tube arranged by inserting the tip side concentrically into the outer tube,
Refrigerant introduced from the refrigerator side is passed through the inner pipe to the free end portion, and then is passed through a passage for returning to the refrigerator side between the inner pipe and the outer pipe. It is characterized by having done.
本発明によれば、外管の外面に設けたフィンにより外面
の表面積が増大し、外面における凝縮熱伝達が極めて良
くなる。さらに、外管の内面に設けた螺旋状溝により内
面における熱伝達率が著しく向上する。このため、凝縮
熱交換器の小型化をはかり得る。また、上記凝縮熱交換
器を直管からなる外管と内管との２重管構造とすること
により、液溜め部からの冷凍機の取外しが極めて容易と
なる。このため、冷凍機の修理やメインテナンスを容易
に行うことができる。According to the present invention, the fins provided on the outer surface of the outer tube increase the surface area of the outer surface, and the condensation heat transfer on the outer surface is significantly improved. Furthermore, the spiral groove provided on the inner surface of the outer tube significantly improves the heat transfer coefficient on the inner surface. Therefore, the condensation heat exchanger can be downsized. Further, by forming the condensing heat exchanger into a double-pipe structure having an outer pipe made of a straight pipe and an inner pipe, it becomes extremely easy to remove the refrigerator from the liquid reservoir. Therefore, the refrigerator can be easily repaired and maintained.
まず、本発明の実施例を説明する前に、実施例に使用し
たフィン付ライフル管及びこれを用いた凝縮熱交換器に
ついて説明する。First, before describing an embodiment of the present invention, a finned rifle tube used in the embodiment and a condensing heat exchanger using the same will be described.
第２図はフィン付きライフル管20、即ち外面にフィン21
を形成し内面に螺旋状の溝22を形成した直管の一例であ
り、その仕様は下記表に示す通りである。この管20の表
面積は、通常使用されるφ12×φ19のパイプ（3.77×10
-2m2/m）に比べて４〜５倍ある。また、材質として無酸
素銅を用いれば、フィン効率は略１であり、全表面積を
有効に利用できることになる。FIG. 2 shows a rifle tube 20 with fins, namely fins 21 on the outer surface.
This is an example of a straight pipe in which a spiral groove 22 is formed on the inner surface and the specifications are as shown in the following table. The surface area of this tube 20 is a commonly used φ12 × φ19 pipe (3.77 × 10
-2 m 2 / m) compared to 4-5 times. Further, if oxygen-free copper is used as the material, the fin efficiency is approximately 1, and the entire surface area can be effectively used.
第３図は上記フィン付きライフル管を用いた凝縮熱交換
器の一例を示す断面図である。30がフィン付きライフル
管（外管）であり、この外管30には前記第２図に示す管
と同様にフィン31及び螺旋状溝32が形成されている。外
管30の基端部は図示しない冷凍機に接続され、その先端
開口はめくら栓33により閉塞されている。外管30の内部
には内管40が同軸的に配設されている。内管40の外周面
には、SUSワイヤー41が螺旋状に巻装されている。そし
て、冷凍機からの冷媒は内管40内を流れてその先端まで
いき、外管30と内管40との間を流れて冷凍機側に戻るも
のとなっている。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a condensing heat exchanger using the finned rifle tube. Reference numeral 30 is a rifle tube with fins (outer tube), and the outer tube 30 is provided with fins 31 and spiral grooves 32 as in the case of the tube shown in FIG. The base end portion of the outer tube 30 is connected to a refrigerator (not shown), and the tip opening is closed by a blind plug 33. An inner pipe 40 is coaxially arranged inside the outer pipe 30. A SUS wire 41 is spirally wound around the outer peripheral surface of the inner tube 40. Then, the refrigerant from the refrigerator flows through the inner pipe 40 to the tip thereof, flows between the outer pipe 30 and the inner pipe 40, and returns to the refrigerator side.
ここで、外管30の外面の表面積はフィン31がないものに
比して数倍も大きいので、外面における凝縮熱交換は良
好なものとなる。さらに、外管30の内面に形成された螺
旋状溝32は、冷媒に螺旋状の流れを付与すると共に、内
面の表面積を増大させる。このため、内面における熱伝
達率も向上することになる。また、内管40の外面に巻装
したワイヤー41も冷媒の流れに螺旋運動を付与すること
になり、これにより外管30の内面における熱伝達率がよ
り一層向上することになる。Here, the surface area of the outer surface of the outer tube 30 is several times larger than that without the fins 31, so that the condensation heat exchange on the outer surface is good. Further, the spiral groove 32 formed on the inner surface of the outer tube 30 imparts a spiral flow to the refrigerant and increases the surface area of the inner surface. Therefore, the heat transfer coefficient on the inner surface is also improved. Further, the wire 41 wound around the outer surface of the inner tube 40 also imparts a spiral motion to the flow of the refrigerant, which further improves the heat transfer coefficient on the inner surface of the outer tube 30.
次に、上記凝縮熱交換器を用いた極低温装置の実施例に
ついて説明する。Next, an example of a cryogenic device using the above condensation heat exchanger will be described.
第１図は本発明の一実施例に係わる極低温装置の概略構
造を示す断面図である。図中11は液体ヘリウム等の極低
温液12を収容した液溜め部であり、この液溜め部11内の
極低温液12は図示しない被冷却体、例えば超電導コイル
の冷却に用いられる。そして、液溜め部11は真空排気さ
れた真空容器13内に収納されている。FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of a cryogenic device according to an embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 11 denotes a liquid reservoir containing a cryogenic liquid 12 such as liquid helium. The cryogenic liquid 12 in the liquid reservoir 11 is used for cooling an object to be cooled (not shown) such as a superconducting coil. The liquid reservoir 11 is housed in a vacuum container 13 that has been evacuated.
また、液溜め部11内には、真空容器13の側壁を貫通して
ポート14から凝縮熱交換器15が挿入されている。この凝
縮熱交換器15は前記第３図に示した如く２重管構造を有
するもので、その基端部が冷凍機16に接続され、先端部
が液溜め部11の上方の蒸気層に位置するものとなってい
る。また、熱交換のライン17は途中まで真空外筒18に覆
われて断熱されている。なお、図中19はＯリングシール
を示している。In addition, a condensation heat exchanger 15 is inserted into the liquid reservoir 11 from a port 14 so as to penetrate the side wall of the vacuum container 13. The condensing heat exchanger 15 has a double pipe structure as shown in FIG. 3, and its base end is connected to the refrigerator 16 and its tip is located in the vapor layer above the liquid reservoir 11. It is supposed to do. In addition, the heat exchange line 17 is partially covered by the vacuum outer cylinder 18 and insulated. In the figure, 19 indicates an O-ring seal.
このような構成であれば、液溜め部11内で発生した極低
温液の蒸気は、凝縮熱交換器15により冷却され再凝固す
る。そしてこの場合、凝縮熱交換器15としては小型のも
のを用いているにも拘らず、十分な熱交換を行うことが
でき、極低温液の蒸気を十分に凝固することができる。
また、凝縮熱交換器15を直管からなる外管30と内管40と
の２重管構造としているので、冷凍機16を凝縮熱交換器
15と共に、液溜め部11から容易に取外すことができる。
このため、冷凍機16の修理及びメインテナンスが極めて
容易になる等の利点がある。With such a configuration, the vapor of the cryogenic liquid generated in the liquid reservoir 11 is cooled by the condensation heat exchanger 15 and resolidified. In this case, sufficient heat exchange can be performed and the vapor of the cryogenic liquid can be sufficiently solidified, although the condensation heat exchanger 15 is small.
Further, since the condensing heat exchanger 15 has a double pipe structure of the outer pipe 30 and the inner pipe 40 which are straight pipes, the refrigerator 16 is used as the condensing heat exchanger.
Together with 15, it can be easily removed from the liquid reservoir 11.
For this reason, there are advantages such as extremely easy repair and maintenance of the refrigerator 16.
第４図は他の実施例の概略構成を示す断面図である。こ
の実施例が先に説明した実施例と異なる点は、前記凝縮
熱交換器15の外管30を液溜め部11及び真空容器13に固定
する構造とし、外管30と内管40とを切離し可能にしたこ
とにある。FIG. 4 is a sectional view showing a schematic structure of another embodiment. The difference between this embodiment and the embodiment described above is that the outer tube 30 of the condensation heat exchanger 15 is fixed to the liquid reservoir 11 and the vacuum container 13, and the outer tube 30 and the inner tube 40 are separated. I have made it possible.
このような構成であれば、先の実施例と同様の効果は勿
論のこと、次のような効果も得られる。即ち、冷凍機16
を取外すときに、冷凍機16及び凝縮熱交換器15の内管40
を一体にして取外すことにより、液溜め部11内に凝縮熱
交換器15の外管30が残り、これにより液溜め部11及び真
空容器13内が開放されるのを防止することができる。With such a configuration, not only the same effects as those of the previous embodiment but also the following effects can be obtained. That is, the refrigerator 16
When removing the refrigerator, the inner tube 40 of the refrigerator 16 and the condensation heat exchanger 15
It is possible to prevent the outer tube 30 of the condensing heat exchanger 15 from remaining inside the liquid reservoir 11 and thus to open the liquid reservoir 11 and the vacuum container 13 by removing them integrally.
なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
ない。例えば、前記凝縮熱交換器を構成する管の材質、
フィンの高さ，ピッチ及び溝の深さ等の条件は、仕様に
応じて適宜変更可能である。また、被冷却体としては超
電導コイルに何等限定されるものではなく、極低温下に
冷却する必要のあるものに適用することが可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施することができる。The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments. For example, the material of the tube that constitutes the condensation heat exchanger,
Conditions such as fin height, pitch, and groove depth can be appropriately changed according to the specifications. Further, the object to be cooled is not limited to the superconducting coil in any way, and can be applied to an object that needs to be cooled at an extremely low temperature.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
第１図は本発明の一実施例に係わる極低温装置の概略構
成を示す断面図、第２図及び第３図は上記装置の要部構
成を説明するためのもので第２図はフィン付きライフル
管の仕様を示す模式図、第３図は凝縮熱交換器の構造を
示す断面図、第４図は他の実施例の概略構成を示す断面
図である。 11……液溜め部、12……極低温液、13……真空容器、15
……凝縮熱交換器、16……冷凍機、20,30……外管、21,
31……フィン、22,32……螺旋状溝、33……めくら栓、4
0……内管、41……ワイヤー。FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of a cryogenic device according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are for explaining a main structure of the device, and FIG. FIG. 3 is a schematic view showing the specifications of a rifle tube, FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a condensation heat exchanger, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of another embodiment. 11 …… Liquid reservoir, 12 …… Cryogenic liquid, 13 …… Vacuum container, 15
… Condensation heat exchanger, 16 …… Refrigerator, 20,30 …… Outer tube, 21,
31 …… Fins, 22, 32 …… Spiral groove, 33 …… Blind plug, 4
0 …… inner tube, 41 …… wire.
Claims (4)
を冷却すると共に、上記液溜め部内の上方の蒸気層に凝
縮熱交換器を配置し、この凝縮熱交換器に冷凍機側から
冷媒を通流して蒸気層を冷却するようにした極低温装置
において、前記凝縮熱交換器は、先端部を閉じた直管状
に形成され、先端側を上記液溜め部内に位置させるべく
前記液溜め部の壁を貫通して設けられ、かつ上記液溜め
部内に位置する部分の外面にフィンを有すると共に内面
に螺旋状の溝を有した外管と、先端部を解放した直管状
に形成され、先端側を前記外管内に同心的に挿入させて
配置された内管との２重管構造に形成されており、前記
冷凍機側から導かれた冷媒を前記内管内に通して解放さ
れた前記先端部まで通流させた後に上記内管と前記外管
との間を通して冷凍機側へ戻す通路で通流させるように
したことを特徴とする極低温装置。1. A cooling target is cooled by a cryogenic liquid contained in a liquid reservoir, and a condensation heat exchanger is arranged in an upper vapor layer in the liquid reservoir, and a refrigerator is provided in the condensation heat exchanger. In a cryogenic device configured to flow a refrigerant from the side to cool the vapor layer, the condensation heat exchanger is formed in a straight tube shape with the tip closed, and the tip is positioned in the liquid reservoir. An outer tube provided through the wall of the liquid reservoir and having a fin on the outer surface of the portion located in the liquid reservoir and a spiral groove on the inner surface, and a straight tube with the tip free And is formed in a double pipe structure with an inner pipe arranged by inserting the tip side concentrically into the outer pipe, and the refrigerant introduced from the refrigerator side is released through the inner pipe. After passing the flow to the tip, cool it down between the inner pipe and the outer pipe. Cryogenic apparatus being characterized in that so as to flow through in passageway back to the machine side.
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
極低温装置。2. The cryogenic apparatus according to claim 1, wherein a metal wire is spirally wound around the outer surface of the inner tube.
外せるように設けられていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の極低温装置。3. The cryogenic apparatus according to claim 1, wherein the condensation heat exchanger is provided so as to be detachable from the liquid reservoir.
め部の壁に固定されており、前記内管が上記外管から抜
き外し可能に設けられていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の極低温装置。4. The condensation heat exchanger according to claim 1, wherein the outer pipe is fixed to a wall of the liquid reservoir, and the inner pipe is detachably provided from the outer pipe. The cryogenic device according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60143765A JPH07105530B2 (en) | 1985-06-29 | 1985-06-29 | Cryogenic device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60143765A JPH07105530B2 (en) | 1985-06-29 | 1985-06-29 | Cryogenic device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS624381A JPS624381A (en) | 1987-01-10 |
| JPH07105530B2 true JPH07105530B2 (en) | 1995-11-13 |
Family
ID=15346498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60143765A Expired - Lifetime JPH07105530B2 (en) | 1985-06-29 | 1985-06-29 | Cryogenic device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07105530B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4970868A (en) * | 1989-06-23 | 1990-11-20 | International Business Machines Corporation | Apparatus for temperature control of electronic devices |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5618583U (en) * | 1979-07-16 | 1981-02-18 | ||
| JPS5758302A (en) * | 1980-09-24 | 1982-04-08 | Mitsubishi Electric Corp | Helium refrigerating apparatus |
-
1985
- 1985-06-29 JP JP60143765A patent/JPH07105530B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS624381A (en) | 1987-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20050099775A1 (en) | Pumped liquid cooling for computer systems using liquid metal coolant | |
| US8083733B2 (en) | Cryosurgical instrument with enhanced heat exchange | |
| JP5809391B2 (en) | Apparatus and method for cooling a superconducting magnet | |
| EP0550748B1 (en) | Solid/gas reaction cooling plant having a reactor equipped with cooling means | |
| US6804968B2 (en) | Cryostat configuration with improved properties | |
| US2913609A (en) | Electron discharge device | |
| JPH07105530B2 (en) | Cryogenic device | |
| JPS62261866A (en) | Helium cooling device | |
| JP2551067B2 (en) | Cooling system | |
| JP6992195B2 (en) | Independent auxiliary thermosiphon for inexpensively extending active cooling to other interior walls of the freezer. | |
| JPH0482042B2 (en) | ||
| JP2003303713A (en) | Cryogenic device | |
| JP7282254B2 (en) | Superconducting electromagnet device | |
| JP2003086418A (en) | Cryogenic device | |
| JPS6338862A (en) | Refrigerator with heat pipe | |
| FR2624266A1 (en) | AIR CONDITIONING INSTALLATION BY ABSORPTION | |
| JP5341436B2 (en) | Refrigerator heat exchanger and method for cooling liquefied gas using the heat exchanger | |
| CN111081448B (en) | Thermal bus for low temperature applications | |
| SU658368A2 (en) | Microrefrigerator | |
| JP2006234356A (en) | Low temperature retaining device and its maintenance method | |
| RU2704091C1 (en) | Condenser of cooling thermosiphon for thermal stabilization of soils in cryolite zone | |
| JP3819467B2 (en) | Condensation trap | |
| JP2005331180A (en) | Multi-stage refrigerator | |
| JPS6228774Y2 (en) | ||
| JPH08136170A (en) | Heat pipe type cooler |