JPH0730963B2 - ヘリウム冷却装置 - Google Patents

ヘリウム冷却装置

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JPH0730963B2
JPH0730963B2 JP61103408A JP10340886A JPH0730963B2 JP H0730963 B2 JPH0730963 B2 JP H0730963B2 JP 61103408 A JP61103408 A JP 61103408A JP 10340886 A JP10340886 A JP 10340886A JP H0730963 B2 JPH0730963 B2 JP H0730963B2
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JP
Japan
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heat exchanger
helium
liquid helium
container
condensing
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透 栗山
秀樹 中込
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/04Cooling
    • 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
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/17Re-condensers

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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、液体ヘリウム中で蒸発したヘリウムガスを冷
却して再凝縮させるヘリウム冷却装置に係わり、特に凝
縮熱交換器の改良をはかったヘリウム冷却装置に関す
る。
(従来の技術) 従来、ヘリウムガスを冷却して再凝縮させるヘリウム冷
却装置としては、例えばクライオスタットに直接組込み
液体ヘリウム容器内に凝縮熱交換器を設置する方式、或
いは液体ヘリウム容器から室温部まで専用のポートを設
け、室温部から液体ヘリウム容器内に凝縮熱交換器を挿
入する方式が知られている。
前者の場合、冷凍機のメインテナンス時には、ヘリウム
容器を一旦昇温した後、分解,修理し、再び組立て,液
体ヘリウムの注液と云う手順を踏まざるを得ない。この
ため、MRI等の超電導装置の場合、これらの作業に数週
間の期間を要する。
これに対し後者の場合、ヘリウム容器内に液体ヘリウム
を入れたままで、ヘリウム冷却装置の着脱は可能であ
り、ヘリウム容器を昇温することなく冷凍機のメインテ
ナンスを行うことができる。このため、冷凍機のメイン
テナンスに関しては、後者の方式が有利である。
しかしながら、後者の方式のヘリウム冷却装置にあって
は次のような問題があった。即ち、専用ポートの大きさ
は凝縮熱交換器の大きさによって決まり、専用ポートか
らの熱侵入も無視し得ない。この熱侵入は、ヘリウム冷
却装置の全体効率の低下を招くので、ポートはできるだ
け小さくする必要がある。また、専用ポートを持たない
液体ヘリウム容器に対しては、この方式を適用すること
はできない。
一方、ヘリウム冷却装置の性能は、冷凍機の性能と凝縮
熱交換器の効率による。全体効率の向上には凝縮熱交換
器の性能向上が必須であるが、伝熱面積を増加させるこ
とは、凝縮熱交換器の大型化につながり、専用ポートを
拡大せざるを得ない。従って、従来の装置を用いる限
り、全体効率の向上,或いは専用ポートを持たない装置
への使用には限界があった。
(発明が解決しようとする問題点) このように従来装置にあっては、全体効率を向上させる
ために凝縮熱交換器を大型化すると、ポートの拡大が必
要となりポートを介しての熱侵入が大きくなり、その結
果として全体効率を向上させるには限界があった。
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、ポートの拡大を招くことなく、凝縮熱
交換器による熱交換効率の向上をはかることができ、全
体効率の向上をはかり得るヘリウム冷却装置を提供する
ことにある。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明の骨子は、凝縮熱交換器の伝熱面に溝を設けるこ
とにより、凝縮熱交換器の大型化を招くことなく熱交換
効率の向上をはかることにある。
即ち本発明は、冷凍機に連結されたトランスファーライ
ンの先端部に凝縮熱交換器を設け、この凝縮熱交換器を
液体ヘリウム容器に設けられたポートを通して該容器内
に挿入し、液体ヘリウム容器中のヘリウムガスを冷却し
て再凝縮させるヘリウム冷却装置において、前記凝縮熱
交換器の伝熱面上に重力方向に縦溝を形成するようにし
たものである。
(作用) 上記の構成であれば、凝縮熱交換器の伝熱面に重力方向
に縦溝を形成しているので、凝縮熱交換器を大きくする
ことなく伝熱面積を増大させることができ、その熱交換
効率を向上させることが可能である。そしてこの場合、
凝縮熱交換器自体を大きくする必要がないので、ポート
を拡大することもなく、熱侵入の増大を招くこともな
い。従って、ポートを介しての熱侵入の増大を招くこと
なく、凝縮熱交換器による熱交換効率を向上させること
が可能となる。
(実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第1図は、本発明の一実施例に係わるヘリウム冷却装置
AをクライオスタットBに組込んだ例を示す模式図であ
る。
クライオスタットBは、液体ヘリウム容器11,熱シール
ド板12及び真空容器13により構成されており、液体ヘリ
ウム容器11内には液体ヘリウム14が充填されている。真
空容器13と液体ヘリウム容器11との間は、真空に引かれ
て断熱されている。熱シールド板12は、例えば液体窒素
等で冷却されている。液体ヘリウム14内には、被冷却物
(例えば超電導マグネット)15が配置されている。
また、液体ヘリウム容器11には、真空容器13から液体ヘ
リウム注入管16が取付けられ、更に真空容器13を貫通し
てガスヘリウム回収管17が取付けられている。液体ヘリ
ウム容器11内に液体ヘリウム14が入ると、液体ヘリウム
注入管16は閉じられる。そして、液体ヘリウム容器11へ
の熱侵入によって液体ヘリウム14が蒸発すると、ガスヘ
リウム回収管17により、この蒸発ガスが回収されるもの
となっている。
本発明に係わるヘリウム冷却装置Aは、冷凍機21,コン
プレッサ22,トランスファーライン23及び凝縮熱交換器2
4により構成されている。冷凍機21は、予冷されたヘリ
ウムガスをJ−T(ジュール・トムソン)膨脹させるこ
とにより、4.2K程度の寒剤を作る。この寒剤は、トラン
スファーライン23を通り、凝縮熱交換器24へ入り、再び
トランスファーライン23を通って冷凍機21に戻り、室温
まで昇温された後コンプレッサ22に戻る。
トランスファーライン23の外径は液体ヘリウム注入管16
の内径よりも小さく形成されており、トランスファーラ
イン23は液体ヘリウム注入管16を通して挿入される。そ
して、トランスファーライン23の長さは、凝縮熱交換器
24が液体ヘリウム容器11内のガスヘリウム部分に配置さ
れるような長さに形成されている。トランスファーライ
ン23内には、冷凍機21と凝縮熱交換器24とを結ぶ行きと
帰りのパスがあり、それらのパスは外管とは断熱されて
いる。
第2図は凝縮熱交換器24の具体的構成を示す斜視図であ
る。凝縮熱交換器24は、熱伝導性の極めて良好な無酸素
銅等の材料から形成されており、内側は冷凍機21により
作られた寒剤によって冷却されている。凝縮熱交換器24
の外径は、トランスファーライン23のものと略等しく、
液体ヘリウム注入管16より挿入可能である。凝縮熱交換
器24の側面(伝熱面)には、軸方向(重力方向)に縦溝
(800〜1200μmピッチ)が加工されている。
第3図に上記縦溝の断面構成を示す。溝の形状はこれに
限るものではなく、便宜変更可能である。第4図に溝を
付けない時の凝縮熱伝導率を1として、溝のピッチPを
変化させた時の熱伝導率の増加割合いを示す。Pが800
〜1200[μm]のとき、熱伝達率が2.5倍以上となるこ
とが判り、従ってピッチPを上記範囲に設定することに
より高性能で小形化された凝縮熱交換器が形成される。
なお、このときの溝の深さは、溝の底部角θと頂部角
θとが等しくなるような関係にした。
こここで、溝が横溝である場合、凝縮した液体ヘリウム
の流れが溝により阻害されることになり、熱交換効率の
向上は左程望めない。これに対し、本実施例のように溝
が縦溝であると、凝縮した液体ヘリウムが溝に沿って効
果的に流れることになり、熱交換効率の大幅な向上を望
めるのである。
また、縦溝のピッチPにも最適範囲があり、第5図
(a)に示す如く凝縮した液体ヘリウムが溝の底部のみ
に存在し、溝の頂部には存在しないピッチP1が熱交換効
率向上の上で有効である。これは、溝の頂部が露出して
おり、この部分において凝縮熱交換器24の伝熱面が直接
ガスヘリウムと接するからである。なお、このピッチP1
が前述したピッチ800〜1200[μm]に相当するもので
ある。これに対し、溝のピッチPが小さ過ぎると(P=
P2)、第5図(b)に示す如く凝縮した液体ヘリウムが
伝熱面全体を覆うことになり、これにより熱交換効率の
向上が少なくなる。逆に、溝のピッチPが大き過ぎる
と、伝熱面積の増加が少なくなり、熱交換効率の大幅な
向上は望めないのである。
使用する際は、ガスヘリウム回収管17を閉じることによ
り、液体ヘリウム容器11を密閉する。液体ヘリウム注入
管16は、トランスファーライン23とシール25で閉じられ
ている。この状態で放置すると、液体ヘリウム14は蒸発
し、液体ヘリウム容器11内の圧力は上昇する。しかし、
内圧が、凝縮熱交換器24の伝熱面温度の飽和圧力以上と
なると、伝熱面上で、ガスヘリウムが凝縮し、再液化さ
れる。こうして、液体ヘリウム容器11内の圧力は、一定
に保たれ、液体ヘリウム14の量は変わらず、長時間連続
して被冷却物15を冷却し続けることができる。
このように本実施例によれば、凝縮熱交換器24にピッチ
800〜1200[μm]で縦溝を形成しているので、凝縮熱
交換器24を大きくすることなく、その熱交換効率を高め
ることができる。このため、ポートを大きくすることな
く、凝縮熱交換器24による熱交換効率を向上させること
ができ、全体効率の向上をはかり得る。また、上記理由
から凝縮熱交換器24を小形化することができるので、本
実施例のように専用ポートでなく、液体ヘリウム注入管
16を通して液体ヘリウム容器11内に挿入することができ
る。つまり、専用ポートを持たない液体ヘリウム容器に
も適用することが可能となる。また、従来装置に対し、
凝縮熱交換器の伝熱面に縦溝を設けるのみで、簡易に実
現し得る等の利点もある。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、そ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。例えば、前記凝縮熱交換器の伝熱面に
形成する溝は角型に限るものではなく、放物線状、その
他の形状であってもよい。また、凝縮熱交換器の形状も
実施例に何等限定されるものではなく、重力方向に溝を
形成したものであればよい。
[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、凝縮熱交換器の伝
熱面上に縦溝を形成することにより、凝縮熱交換器の大
型化及びポートの拡大を招くことなくその熱交換効率を
高めることができ、従って全体としての冷却効率の向上
をはかり得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係わるヘリウム冷却装置を
クライオスタットに組込んだ例を示す模式図、第2図は
上記実施例に用いた凝縮熱交換器を拡大して示す斜視
図、第3図は溝の形状を拡大して示す模式図、第4図は
溝のピッチと熱交換効率との関係を示す特性図、第5図
はピッチの違いによる液体ヘリウムの伝熱面への付着状
態を示す模式図である。 11……液体ヘリウム容器、12……熱シールド板、13……
真空容器、14……液体ヘリウム、15……被冷却物、16…
…液体ヘリウム注入管、17……ガスヘリウム回収管、21
……冷凍機、22……コンプレッサ、23……トランスファ
ーライン、24……凝縮熱交換器、25……シール。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】冷凍機に連結されたトランスファーライン
    の先端部に凝縮熱交換器を設け、この凝縮熱交換器を液
    体ヘリウム容器に設けられたポートを通して該容器内に
    挿入し、液体ヘリウム容器中のヘリウムガスを冷却して
    再凝縮させるヘリウム冷却装置において、前記凝縮熱交
    換器は、その伝熱面上に重力方向に縦溝が形成されたも
    のであることを特徴とするヘリウム冷却装置。
  2. 【請求項2】前記凝縮熱交換器に形成された縦溝のピッ
    チを、800〜1200[μm]のピッチに設定してなること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のヘリウム冷却
    装置。
JP61103408A 1986-05-06 1986-05-06 ヘリウム冷却装置 Expired - Lifetime JPH0730963B2 (ja)

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US07/043,445 US4756167A (en) 1986-05-06 1987-04-28 Helium cooling apparatus
DE8787303959T DE3764158D1 (de) 1986-05-06 1987-05-01 Heliumkuehlapparat.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6456153A (en) * 1987-08-27 1989-03-03 Yoshikage Oda Low-temperature cold reserving device
US4796433A (en) * 1988-01-06 1989-01-10 Helix Technology Corporation Remote recondenser with intermediate temperature heat sink
JPH0728531Y2 (ja) * 1989-02-01 1995-06-28 ダイキン工業株式会社 極低温冷凍機
JP2821241B2 (ja) * 1990-06-08 1998-11-05 株式会社日立製作所 液化冷凍機付きクライオスタツト
US5613367A (en) * 1995-12-28 1997-03-25 General Electric Company Cryogen recondensing superconducting magnet
ES2201572T3 (es) * 1997-12-12 2004-03-16 Medi-Physics, Inc. Procedimientos de descongelacion y recuperacion de los gases polarizados.
DE10251449B4 (de) * 2001-11-21 2004-12-30 Siemens Ag Kryostat
EP2324307B1 (en) * 2008-09-09 2019-10-09 Koninklijke Philips N.V. Horizontal finned heat exchanger for cryogenic recondensing refrigeration
CN109945596B (zh) * 2019-03-05 2024-01-16 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 温度梯度型低温环境制备装置
JP2021134951A (ja) * 2020-02-25 2021-09-13 住友重機械工業株式会社 極低温冷凍機および極低温システム
CN114171281B (zh) * 2022-02-14 2022-05-17 宁波健信核磁技术有限公司 一种超导磁体加热系统

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2831549A (en) * 1954-08-31 1958-04-22 Westinghouse Electric Corp Isolation trap
US4159739A (en) * 1977-07-13 1979-07-03 Carrier Corporation Heat transfer surface and method of manufacture
JPS58210384A (ja) * 1982-06-01 1983-12-07 Daikin Ind Ltd 可変容量形液圧ポンプ
US4543794A (en) * 1983-07-26 1985-10-01 Kabushiki Kaisha Toshiba Superconducting magnet device
AU548348B2 (en) * 1983-12-21 1985-12-05 Air Products And Chemicals Inc. Finned heat exchanger
JPS60259870A (ja) * 1984-06-05 1985-12-21 株式会社東芝 磁気冷凍装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPS62261866A (ja) 1987-11-14
EP0245057B1 (en) 1990-08-08
EP0245057A2 (en) 1987-11-11
US4756167A (en) 1988-07-12
EP0245057A3 (en) 1988-09-14
DE3764158D1 (de) 1990-09-13

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