JPH0774019A - Cryogenic cooling system - Google Patents

Cryogenic cooling system

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JPH0774019A
JPH0774019A JP21974093A JP21974093A JPH0774019A JP H0774019 A JPH0774019 A JP H0774019A JP 21974093 A JP21974093 A JP 21974093A JP 21974093 A JP21974093 A JP 21974093A JP H0774019 A JPH0774019 A JP H0774019A
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JP
Japan
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cooling system
shield
refrigerator
refrigerant
cooling
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Application number
JP21974093A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsumi Yamane
達視 山根
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH0774019A publication Critical patent/JPH0774019A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To continue the stable cooling of a radiation shielding plate by a method wherein, separately from a refrigerator for an inner-tank cooling system, a refrigerator is installed also for a shield cooling system, a system is constituted so as to be small and lightweight as a whole and an evaporation coolant gas for the inner-tank cooling system is utilized even when the refrigerator for the shield cooling system is stopped abnormally. CONSTITUTION:Separately from a coolant tank 2 and a refrigerator 10 for an inner-tank cooling system which cools an inner-tank container 1 for a superconducting magnet device, a refrigerator 30 is installed also for a shield cooling system which cools a radiation shielding plate 3. A coolant gas is sent out to a shield-cooling-gas line 31 from the refrigerator 30, and the radiation shielding plate 3 is cooled. On the other hand, the shield-cooling-gas line 31 is connected to a coolant-gas collection pipe 7 for the inner-tank cooling system via a valve 34. When the refrigerator 30 for the shield cooling system is stopped abnormally, an evaporation coolant for the inner-tank cooling system is introduced into the shield-cooling-gas line 31 via the valve 34, and the radiation shielding plate 3 is cooled.

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、例えば超電導磁石装置
等の極低温機器を保冷するための極低温冷却システムに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cryogenic cooling system for keeping cryogenic equipment such as a superconducting magnet device cold.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、超電導磁石装置(SCM)にお
いては、超電導コイルの超電導状態を保持するために、
その超電導コイルを内槽容器内に収納すると共に、その
内槽容器内に液体ヘリウム(LHe)等の冷媒液を満た
して該超電導コイルを極低温状態に冷却している。
2. Description of the Related Art Generally, in a superconducting magnet device (SCM), in order to maintain a superconducting state of a superconducting coil,
The superconducting coil is housed in the inner tank container, and the inner tank container is filled with a refrigerant liquid such as liquid helium (LHe) to cool the superconducting coil to a cryogenic state.

【0003】また、その内槽容器は、外部からの熱侵入
量を出来るだけ低減するために、内部を真空とした外槽
容器内に断熱性に優れた荷重支持材を介して収納保持す
ると共に、その外槽容器と内槽容器との中間に該内槽容
器の外周を取り囲む輻射シールド板を設け、この輻射シ
ールド板を液体窒素の温度レベルに保って、外部からの
輻射熱の侵入をも阻止する構造としている。
Further, in order to reduce the amount of heat invasion from the outside as much as possible, the inner tank container is housed and held in the outer tank container having a vacuum inside through a load supporting material having excellent heat insulating properties. , A radiation shield plate surrounding the outer circumference of the inner container is provided between the outer container and the inner container, and the radiation shield plate is kept at the temperature level of liquid nitrogen to prevent the radiant heat from entering from the outside. It has a structure.

【0004】このために、超電導磁石装置の極低温冷却
システムとして、まず、内槽冷却系として、超電導コイ
ルを収納した内槽容器内に極低温配管を介して液体ヘリ
ウム等の冷媒液を供給する冷媒タンクと、この冷媒タン
ク内の蒸発ヘリウムガス(GHe)の冷媒ガス液化用の
冷凍機と、冷媒ガス補給用のバッファタンクとが組み付
けられている。
For this purpose, as a cryogenic cooling system for a superconducting magnet device, first, as an inner tank cooling system, a refrigerant liquid such as liquid helium is supplied into an inner tank container containing a superconducting coil through a cryogenic pipe. A refrigerant tank, a refrigerator for liquefying the evaporated helium gas (GHe) in the refrigerant tank as a refrigerant gas, and a buffer tank for supplying the refrigerant gas are assembled.

【0005】また、輻射シールド板の冷却のための熱負
荷が50〜100W以上の場合には、前記冷凍機以外に
別なシールド冷却系が必要となり、通常は液体窒素タン
クを設け、このタンクから液体窒素(LN2 )を輻射シ
ールド板に取り付けたシールド配管に流通させて該輻射
シールド板を冷却する構造を取っている。
When the heat load for cooling the radiation shield plate is 50 to 100 W or more, a separate shield cooling system other than the refrigerator is required, and a liquid nitrogen tank is usually provided, and this tank is used. Liquid nitrogen (LN 2 ) is passed through a shield pipe attached to the radiation shield plate to cool the radiation shield plate.

【0006】こうした極低温冷却システムのフローを図
4に示す。つまり、超電導コイルを収納した内槽容器1
に極低温配管を介して液体ヘリウムを導入する冷媒タン
ク2が接続されており、これら内槽容器1及び冷媒タン
ク2を取り囲むように輻射シールド板3が設けられ、更
にその外周を覆う真空の外槽容器4が設けられている。
この外槽容器4には外部接続ポート5が設けられ、ここ
から予冷・注液配管6及びガス回収配管7が冷媒タンク
2内に接続されている。
The flow of such a cryogenic cooling system is shown in FIG. That is, the inner tank container 1 containing the superconducting coil
Is connected to a refrigerant tank 2 for introducing liquid helium through a cryogenic pipe, a radiation shield plate 3 is provided so as to surround the inner tank container 1 and the refrigerant tank 2, and a vacuum outside the outer circumference is provided. A tank container 4 is provided.
The outer tank container 4 is provided with an external connection port 5, from which a precooling / liquid injection pipe 6 and a gas recovery pipe 7 are connected to the inside of the refrigerant tank 2.

【0007】また、外槽容器4に一部組み込むようにし
て冷媒ガス液化用の冷凍機10が設けられ、この冷凍器
10が前記冷媒タンク2に冷媒ガス回収配管11及び冷
凍ガス供給配管12を介して接続されている。更に、そ
の冷凍器10には蒸発冷媒ガス圧縮器13が配管接続し
て設けられていると共に、その圧縮器13の高圧冷媒ガ
スライン14aと低圧冷媒ガス戻りライン14bとに高
圧制御弁15aと低圧制御弁15bを介して冷媒ガス補
給用のバッファタンク16が接続されている。
A refrigerating machine 10 for liquefying a refrigerant gas is provided so as to be partially incorporated in the outer tank container 4, and this refrigerating machine 10 has a refrigerant gas recovery pipe 11 and a frozen gas supply pipe 12 in the refrigerant tank 2. Connected through. Further, an evaporative refrigerant gas compressor 13 is connected to the refrigerator 10 by piping, and the high pressure refrigerant gas line 14a and the low pressure refrigerant gas return line 14b of the compressor 13 are provided with a high pressure control valve 15a and a low pressure valve. A buffer tank 16 for replenishing the refrigerant gas is connected via the control valve 15b.

【0008】一方、内槽容器2を囲む輻射シールド板3
を冷却するシールド冷却系として、、液体窒素タンク1
7が外槽容器4内に組み込み設置され、このタンク17
内の液体窒素(LN2 )を通すシールド配管18が輻射
シールド板3に添って取り付けられている。その液体窒
素タンク17に外部から液体窒素を供給したり蒸素ガス
を回収する供給配管19及び回収配管20並びに外部接
続ポート21が設けられている一方、シールド配管18
の端末が接続ポート22と接続され、そこから圧送又は
循環装置23に接続されている。
On the other hand, the radiation shield plate 3 surrounding the inner vessel 2
Liquid nitrogen tank 1 as a shield cooling system for cooling
7 is installed and installed in the outer tank container 4, and the tank 17
A shield pipe 18 for passing liquid nitrogen (LN 2 ) therein is attached along the radiation shield plate 3. The liquid nitrogen tank 17 is provided with a supply pipe 19 and a recovery pipe 20 for supplying liquid nitrogen from outside and recovering vapor gas, and an external connection port 21, while a shield pipe 18 is provided.
Is connected to the connection port 22 and from there is connected to the pumping or circulating device 23.

【0009】これでシールド冷却系においては、液体窒
素タンク17には外部接続ポート21から供給配管19
を介し液体窒素が貯液され、その液体窒素が自圧或いは
圧送方式でシールド配管18を通って輻射シールド板3
を熱交換により冷却し、これで蒸発した窒素ガス(GN
2 )が接続ポート22から外部へ放出又は回収されるこ
ととなる。
Thus, in the shield cooling system, the liquid nitrogen tank 17 is connected to the supply pipe 19 from the external connection port 21.
The liquid nitrogen is stored via the radiation pipe 3, and the liquid nitrogen passes through the shield pipe 18 by a self-pressure or pressure-feeding method.
Is cooled by heat exchange, and the nitrogen gas (GN
2 ) is discharged or collected from the connection port 22 to the outside.

【0010】また、内槽冷却系においては、外部接続ポ
ート5から予冷・注液配管6を介してヘリウムガスを注
入して内槽容器1を所定温度以下に予冷した後、冷媒タ
ンク2内に液体ヘリウムを供給して貯液すると共に、そ
の液体ヘリウムを内槽容器1内に満たす。この液体ヘリ
ウムは外部からの熱侵入負荷により蒸発してヘリウムガ
スとなるが、冷凍機10により凝縮されて再液化して、
冷媒タンク2内に所定量確保されることとなる。
In the inner tank cooling system, helium gas is injected from the external connection port 5 through the precooling / injection pipe 6 to precool the inner tank container 1 to a predetermined temperature or less, and then the refrigerant tank 2 is cooled. Liquid helium is supplied to store the liquid, and the liquid helium is filled in the inner tank container 1. This liquid helium evaporates into helium gas due to the heat intrusion load from the outside, but it is condensed by the refrigerator 10 and reliquefied,
A predetermined amount is secured in the refrigerant tank 2.

【0011】こうした内槽冷却系の冷凍機10及びシー
ルド冷却系の液体窒素圧送又は循環装置23が別途設け
た制御装置により制御されることで、超電導磁石装置の
超電導コイルが極低温状態に冷却されて安定した超電導
状態を保持するようになる。
The superconducting coil of the superconducting magnet device is cooled to a cryogenic state by controlling the refrigerator 10 of the inner tank cooling system and the liquid nitrogen pressure feeding or circulating device 23 of the shield cooling system separately provided. And maintain a stable superconducting state.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した超
電導磁石装置等の極低温機器を保冷する極低温冷却シス
テムにおいては、全体システムの構造上の制約がある場
合、例えば浮上式鉄道のように車載システムの形をとる
必要がある場合には、特に小型・軽量化という条件が要
求される。
By the way, in the cryogenic cooling system for keeping the cryogenic equipment such as the above-mentioned superconducting magnet device cool, if there is a structural limitation of the whole system, for example, in a car like a levitation railway, When it is necessary to take the form of a system, it is particularly necessary to reduce the size and weight.

【0013】このような場合には、特に内槽冷却系の冷
媒タンク2やシールド冷却系の液体窒素タンク17の容
量に制約を受けることとなる。従って、例えば輻射シー
ルド板3の冷却熱負荷が150Wとし、液体窒素タンク
17の容量を50lと仮定すると、1日に2回程度該タ
ンク17に外部から液体窒素を供給しなければならない
計算となる。
In such a case, the capacities of the refrigerant tank 2 for the inner tank cooling system and the liquid nitrogen tank 17 for the shield cooling system are particularly limited. Therefore, assuming that the cooling heat load of the radiation shield plate 3 is 150 W and the capacity of the liquid nitrogen tank 17 is 50 l, it is necessary to supply liquid nitrogen to the tank 17 from the outside about twice a day. .

【0014】こうした外部からの液体窒素の供給が日常
的に必要と言うことは、浮上式鉄道の場合、その都度外
部配管の接続・切り離し作業が発生する。さらには地上
設備として大規模な液体窒素供給装置及びタンクが必要
となり、全体システムのランニングコストが非常に高く
ついてしまうこととなる。
It is necessary to supply liquid nitrogen from the outside on a daily basis. In the case of the floating railway, the work of connecting / disconnecting the external pipe occurs each time. Furthermore, a large-scale liquid nitrogen supply device and a tank are required as ground equipment, resulting in a very high running cost of the entire system.

【0015】そこで、前記内槽冷却系の冷凍機10とは
別に、シールド冷却系にも輻射シールド板3の冷却用の
冷凍機を付加する試みがなされたが、この場合、全体構
成の制約から液体窒素タンク17の容量をさらに小さく
するか、削除しなければならなくなる。
Therefore, it has been attempted to add a refrigerator for cooling the radiation shield plate 3 to the shield cooling system in addition to the refrigerator 10 for the inner tank cooling system. The liquid nitrogen tank 17 has to be further reduced in capacity or deleted.

【0016】したがって、万一シールド冷却系の冷凍機
が異常停止してしまうと、輻射シールド板3の温度が急
上昇し、内槽冷却系の冷凍機10と超電導磁石装置への
熱侵入量とのバランスが急激に崩れ、冷媒タンク2内の
液体ヘリウム量が減少し始め、超電導磁石装置の超電導
状態を保持することが困難となってしまう恐れがある。
Therefore, should the refrigerator of the shield cooling system stop abnormally, the temperature of the radiation shield plate 3 suddenly rises, and the amount of heat entering the refrigerator 10 of the inner tank cooling system and the superconducting magnet device is increased. There is a risk that the balance will suddenly be lost, the amount of liquid helium in the refrigerant tank 2 will begin to decrease, and it will be difficult to maintain the superconducting state of the superconducting magnet device.

【0017】本発明は、上記事情に鑑みなされ、超電導
磁石装置等の極低温機器の内槽容器を液体ヘリウム等の
冷媒により冷却する内槽冷却系に冷媒タンクと冷媒ガス
液化用の冷凍機を備えると共に、該内槽容器を囲む輻射
シールド板を冷却するためのシールド冷却系にも冷凍機
を設けて、全体システム構成の小型・軽量化を狙った極
低温冷却システムにおいて、通常は輻射シールド板をシ
ールド冷却系の冷凍機から吐出される冷媒ガスで冷却す
る一方、万一シールド冷却系の冷凍機が異常停止した場
合でも、内槽冷却系の蒸発冷媒ガスをシールド冷却系に
導入して、輻射シールド板の安定した冷却が続行可能と
なる極低温冷却システムを提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a refrigerant tank and a refrigerator for liquefying a refrigerant gas are provided in an inner tank cooling system for cooling an inner tank container of a cryogenic device such as a superconducting magnet device with a refrigerant such as liquid helium. In addition to the provision of a refrigerator in the shield cooling system for cooling the radiation shield plate surrounding the inner vessel, the radiation shield plate is usually used in a cryogenic cooling system aiming at downsizing and weight reduction of the entire system configuration. Is cooled by the refrigerant gas discharged from the refrigerator of the shield cooling system, even if the refrigerator of the shield cooling system stops abnormally, the evaporated refrigerant gas of the inner tank cooling system is introduced into the shield cooling system, An object is to provide a cryogenic cooling system capable of continuing stable cooling of the radiation shield plate.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明の極低温冷却シス
テムは、前記目的を達成するために、超電導磁石装置等
の極低温機器の内槽容器を液体ヘリウム等の冷媒により
冷却する内槽冷却系に冷媒タンクと冷媒ガス液化用の冷
凍機を備えると共に、該内槽容器を囲む輻射シールド板
を冷却するためのシールド冷却系にも冷凍機を設け、且
つ前記シールド冷却系は、この冷凍機から冷媒ガスをシ
ールド冷却ガスラインに送出して輻射シールド板を冷却
するガス冷却構造とし、かつ該シールド冷却ガスライン
を前記内槽冷却系の冷媒ガスラインとバルブを介し接続
し、万一のシールド冷却系の冷凍機の異常停止時、前記
バルブを介し内槽冷却系の蒸発冷媒ガスをシールド冷却
ガスラインに導入して輻射シールド板の冷却を行う構成
としたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the cryogenic cooling system of the present invention is an internal tank cooling for cooling an internal tank container of a cryogenic device such as a superconducting magnet device with a refrigerant such as liquid helium. The system is provided with a refrigerant tank and a refrigerator for liquefying refrigerant gas, and a refrigerator is also provided in a shield cooling system for cooling the radiation shield plate surrounding the inner tank container, and the shield cooling system is the refrigerator. From the cooling gas line to the cooling gas line to cool the radiation shield plate, and the cooling gas line is connected to the cooling gas line of the inner tank cooling system via a valve to protect the shield. When the refrigerator of the cooling system is abnormally stopped, the vaporized refrigerant gas of the inner tank cooling system is introduced into the shield cooling gas line through the valve to cool the radiation shield plate. To.

【0019】[0019]

【作用】前述した構成の極低温冷却システムであれば、
通常は、内槽冷却系の冷媒タンクを介して液体ヘリウム
等の冷媒が超電導磁石装置等の極低温機器の内槽容器に
満たされると共に、その蒸発冷媒ガスが内槽冷却系の冷
凍機により再液化されて冷媒タンク内に戻されて所要の
冷媒液量を保つ。これで該内槽容器を極低温に冷却す
る。一方、シールド冷却系の冷凍機からシールド冷媒ガ
スラインに吐出されるヘリウムガス等の冷媒ガスで輻射
シールド板を冷却するようになる。
[Operation] With the cryogenic cooling system having the above-mentioned configuration,
Normally, a refrigerant such as liquid helium is filled in the inner tank container of a cryogenic device such as a superconducting magnet device through a refrigerant tank of the inner tank cooling system, and the evaporated refrigerant gas is re-cooled by the refrigerator of the inner tank cooling system. It is liquefied and returned to the inside of the refrigerant tank to maintain the required amount of refrigerant liquid. This cools the inner tank container to an extremely low temperature. On the other hand, the radiation shield plate is cooled by the refrigerant gas such as helium gas discharged from the refrigerator of the shield cooling system to the shield refrigerant gas line.

【0020】万一、シールド冷却系の冷凍機が異常停止
した場合には、そのシールド冷却系の冷媒ガスラインと
内槽冷却系の冷媒ガスラインとをバルブを介して接続
し、シールド冷却系がの冷凍機が停止したことによる内
槽冷却系の冷媒タンクへの熱侵入量増加に見合った蒸発
冷媒ガスが該シールド冷却系の冷媒ガスラインに導入さ
れて輻射シールド板を安定的に冷却するようになる。
If the refrigerator of the shield cooling system stops abnormally, the refrigerant gas line of the shield cooling system and the refrigerant gas line of the inner tank cooling system are connected via a valve so that the shield cooling system is In order to stably cool the radiation shield plate, the evaporated refrigerant gas is introduced into the refrigerant gas line of the shield cooling system corresponding to the increase in the amount of heat entering the refrigerant tank of the inner tank cooling system due to the stop of the refrigerator. become.

【0021】つまり、例えば超電導磁石装置において、
輻射シールド板への熱負荷をQS 、内槽容器及び冷媒タ
ンクへの熱負荷をQL とした場合、シールド冷却系の冷
凍機の能力QSRと内槽冷却系の冷凍機の能力QLRは、こ
れらにシステム上妥当な余裕代(安全率)を見込んだ設
計とする。同様に冷媒タンクは内槽冷却系の冷凍機又は
圧縮機が万一異常停止した場合においても、システム運
用上支障を来たさないある所定時間は冷媒としての例え
ば液体ヘリウムを所要量維持できる容量として設計す
る。これで、通常は、内槽冷却系及びシールド冷却系の
冷凍機が正常運転しており、QSR>QS 、QLR>QR
いう条件の下、液体ヘリウムとヘリウムガスとで内槽容
器と輻射シールド板を冷却し、超電導磁石を極低温に保
冷して超電導状態を安定保持する。
That is, for example, in a superconducting magnet device,
If the heat load on the radiation shield plate Q S, the heat load on the inner tank container and the refrigerant tank was Q L, the ability of the shield cooling system of the refrigerator capacity Q SR and the inner tub cooling system of the refrigerator Q LR Shall be designed in consideration of the system allowance (safety factor). Similarly, the refrigerant tank has a capacity that can maintain the required amount of, for example, liquid helium as a refrigerant for a certain predetermined time that does not hinder system operation even if the refrigerator or compressor of the inner tank cooling system stops abnormally. To design as. Now, normally, the refrigerators of the inner tank cooling system and the shield cooling system are operating normally, and under the condition of Q SR > Q S and Q LR > Q R , the inner tank container is filled with liquid helium and helium gas. And the radiation shield plate is cooled, and the superconducting magnet is kept at an extremely low temperature to stably maintain the superconducting state.

【0022】ところで、万一シールド冷却系の冷凍機が
何らかの原因で異常停止すると、輻射シールド板へのヘ
リウムガスの供給も止まりシールド温度が上昇する。こ
れに伴い、内槽冷却系の冷媒タンクへの熱負荷QL も増
大してしまい、この状態が継続すると、該冷媒タンクの
液体ヘリウムが急激に減少し、ついには超電導磁石装置
の超電導状態が保持できなくなってしまう。
By the way, if the refrigerator of the shield cooling system stops abnormally for some reason, the supply of helium gas to the radiation shield plate also stops and the shield temperature rises. Accordingly, the heat load Q L to the refrigerant tank inner tank cooling system also will be increased, if this state continues, the liquid helium of the refrigerant tank is rapidly decreased, finally the superconducting state of the superconducting magnet apparatus I can no longer hold it.

【0023】これを阻止するために、シールド冷却系の
シールド冷却ガスラインと内槽冷却系の冷媒ガスライン
とをバルブの切替えなどにより接続する。これで、内槽
冷却系の蒸発ヘリウムガスが該シールド冷却ガスライン
に導入されて輻射シールド板の温度上昇を大幅に減少さ
せるようになる。
In order to prevent this, the shield cooling gas line of the shield cooling system and the refrigerant gas line of the inner tank cooling system are connected by switching valves or the like. As a result, the evaporated helium gas in the inner tank cooling system is introduced into the shield cooling gas line, and the temperature rise of the radiation shield plate is greatly reduced.

【0024】この際、内槽冷却系の冷凍機の能力QLR
シールド冷却系の冷凍機の停止により増大した熱負荷Q
L に対し余裕がる場合は、内槽冷却系の冷凍機への戻り
ヘリウムガスが不足するが、その分のヘリウムガスを圧
縮機ライン内のバッファタンクから補給することにより
冷媒タンクの液体ヘリウム量の減少を防止して運転が行
われる。
At this time, the capacity Q LR of the refrigerator for the inner tank cooling system is increased by the heat load Q LR increased by stopping the refrigerator for the shield cooling system.
When there is a margin for L , the amount of helium gas returned to the refrigerator in the internal tank cooling system is insufficient, but the amount of liquid helium in the refrigerant tank is replenished by replenishing that amount of helium gas from the buffer tank in the compressor line. The operation is performed while preventing the decrease of

【0025】また、熱負荷QL が内槽冷却系の冷凍機の
能力QLRを越えた場合は、その分、冷媒タンク内の蒸発
ヘリウムガスが増加し、該冷媒タンク内圧が上昇するこ
とにより、シールド冷却系の冷媒ガスラインへのヘリウ
ムガス供給量が増すことになる。
When the heat load Q L exceeds the capacity Q LR of the refrigerator in the inner tank cooling system, the evaporated helium gas in the refrigerant tank increases by that amount, and the internal pressure of the refrigerant tank rises. Therefore, the amount of helium gas supplied to the refrigerant gas line of the shield cooling system increases.

【0026】こうしたことを考慮して、内槽冷却系とシ
ールド冷却系とが予め設定したバランス条件の下で冷却
運転を行うように、予めQS 、QL 、QSR、QLR及び冷
媒タンク容量等を設計することにより、超電導磁石装置
等の極低温機器の信頼性の高い安定した極低温冷却が可
能となる。
[0026] Such in mind, so that the inner tub cooling system and the shield cooling system for cooling operation under balanced conditions set in advance, pre Q S, Q L, Q SR , Q LR and coolant tank By designing the capacity and the like, highly reliable and stable cryogenic cooling of cryogenic equipment such as a superconducting magnet device becomes possible.

【0027】[0027]

【実施例】以下、本発明の極低温冷却システムの各種の
実施態様例を図1乃至図3により説明する。なお、ここ
では超電導磁石装置における極低温冷却システムを例示
する。また、図中前記第4図で述べたものと同様の構成
をなすものには同一の符号をつけて説明の簡略化を図る
こととする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Various embodiments of the cryogenic cooling system of the present invention will be described below with reference to FIGS. Here, a cryogenic cooling system in the superconducting magnet device is exemplified. Further, in the figure, the same reference numerals are given to those having the same configurations as those described in FIG. 4 to simplify the explanation.

【0028】まず、第1図は本発明の極低温冷却システ
ムの第1の実施例を示すもので、従来同様に超電導コイ
ルを収納した内槽容器1の上部に極低温配管を介し接続
して冷媒として液体ヘリウムを入れた冷媒タンク2が設
けれ、これらを輻射シールド板3及び真空の外槽容器4
で囲んで超電導磁石装置を構成している。
First, FIG. 1 shows a first embodiment of a cryogenic cooling system according to the present invention, which is connected to the upper portion of an inner tank container 1 containing a superconducting coil through a cryogenic pipe as in the conventional case. A coolant tank 2 containing liquid helium as a coolant is provided, and a radiation shield plate 3 and a vacuum outer tank container 4 are provided for these.
A superconducting magnet device is surrounded by.

【0029】その内槽容器1を冷却する内槽冷却系の前
記冷媒タンク2には、外槽容器4に設けた外部接続ポー
ト5から予冷・注液配管6及びガス回収配管7が接続さ
れている。また、内槽冷却系として、冷凍機(以下メイ
ン冷凍機と称する)10が冷媒タンク2に冷媒ガス回収
配管11及び冷凍ガス供給配管12を介して接続して設
けられている。このメイン冷凍機10は冷媒タンク2内
で蒸発したヘリウムガスを凝縮して再液化するクローズ
ドループ冷凍機で、これに冷媒ガス圧縮器13が配管接
続して設けられていると共に、その圧縮器13の高圧冷
媒ガスライン14aと低圧冷媒ガス戻りライン14bと
に高圧制御弁15aと低圧制御弁15bを介して冷媒ガ
ス補給用のバッファタンク16が接続されている。こう
したメイン冷凍機10により冷媒タンク2内の液体ヘリ
ウムを一定に保持して内槽容器1を液体ヘリウム温度
(約4.2K)に保つようなっている。
A precooling / liquid injection pipe 6 and a gas recovery pipe 7 are connected to the refrigerant tank 2 of the inner tank cooling system for cooling the inner tank container 1 from an external connection port 5 provided in the outer tank container 4. There is. Further, as an inner tank cooling system, a refrigerator (hereinafter referred to as a main refrigerator) 10 is connected to the refrigerant tank 2 via a refrigerant gas recovery pipe 11 and a frozen gas supply pipe 12. The main refrigerator 10 is a closed-loop refrigerator that condenses and reliquefies the helium gas evaporated in the refrigerant tank 2, and a refrigerant gas compressor 13 is connected to the refrigerant compressor 2 by piping, and the compressor 13 is also provided. A buffer tank 16 for replenishing the refrigerant gas is connected to the high pressure refrigerant gas line 14a and the low pressure refrigerant gas return line 14b via a high pressure control valve 15a and a low pressure control valve 15b. The main refrigerator 10 keeps the liquid helium in the refrigerant tank 2 constant and keeps the inner tank container 1 at the liquid helium temperature (about 4.2 K).

【0030】一方、前記シールド板3を冷却するシール
ド冷却系に冷凍機(以下シールド冷凍機と称する)30
が設けられている。このシールド冷凍機30は、系内で
発生した低温の冷媒ガスであるヘリウムガス(約80
K)を吐出してシールド冷却ガスライン31途中のシー
ルド配管18に流通させることで輻射シールド板3を熱
交換により約80Kに保冷する構成である。なお、図中
32はシールド冷凍機30に接続した冷媒ガス再凝縮用
の圧縮機である。
On the other hand, a refrigerator (hereinafter referred to as a shield refrigerator) 30 is provided in a shield cooling system for cooling the shield plate 3.
Is provided. This shield refrigerator 30 has a helium gas (about 80%) which is a low-temperature refrigerant gas generated in the system.
K) is discharged and circulated through the shield pipe 18 in the shield cooling gas line 31, so that the radiation shield plate 3 is cooled to about 80 K by heat exchange. Reference numeral 32 in the figure denotes a compressor for recondensing the refrigerant gas, which is connected to the shield refrigerator 30.

【0031】更に、こうしたシールド冷却系のシールド
冷却ガスライン31のシールド配管18手前(上流)部
と前記内槽冷却系の冷媒ガスラインである冷媒タンク2
の回収配管7とが分岐配管33と開閉バルブ34を介し
て接続されている。これで万一のシールド冷凍機30の
異常停止時、開閉バルブ34を開くことで、内槽冷却系
の蒸発冷媒ガスを分岐配管33に通しシールド冷却ガス
ライン31に導入して輻射シールド板3の冷却に用いる
構成とされている。
Further, the refrigerant tank 2 which is the refrigerant gas line of the inner tank cooling system and the portion (upstream) of the shield pipe 18 of the shield cooling gas line 31 of the shield cooling system.
The recovery pipe 7 is connected to the branch pipe 33 via the opening / closing valve 34. By this, in the unlikely event of abnormal shutdown of the shield refrigerator 30, the opening / closing valve 34 is opened, and the evaporated refrigerant gas of the inner tank cooling system is introduced into the shield cooling gas line 31 through the branch pipe 33 so that the radiation shield plate 3 is cooled. It is configured to be used for cooling.

【0032】また、そのシールド冷却ガスライン31の
シールド配管18の末端側のシールド冷凍機30への戻
り側配管を分岐させて外層容器4に設けた外部ポート2
2に接続し、その外部ポート22に開放バルブ35を有
した配管を接続している。
Further, the return port pipe to the shield refrigerator 30 at the end side of the shield pipe 18 of the shield cooling gas line 31 is branched to form the external port 2 provided in the outer layer container 4.
2 and a pipe having an open valve 35 is connected to the external port 22 thereof.

【0033】なお、前記輻射シールド板3への熱負荷を
S 、内槽容器1及び冷媒タンク2への熱負荷をQL
した場合、シールド冷却系のシールド冷凍機30の能力
SRと内槽冷却系のメイン冷凍機10の能力QLRは、こ
れらにシステム上妥当な余裕代(安全率)を見込んだ設
計とする。同様に内槽冷却系の冷媒タンク2はメイン冷
凍機1又は圧縮機13が万一異常停止した場合において
も、システム運用上支障を来たさないある所定時間は冷
媒としての液体ヘリウムを所要量維持できる容量として
設計する。これで、通常は、メイン冷凍機10及びシー
ルド冷凍機30がQSR>QS 、QLR>QR という条件の
下で正常運転するようになっている。
When the heat load on the radiation shield plate 3 is Q S and the heat load on the inner tank container 1 and the refrigerant tank 2 is Q L , the capacity Q SR of the shield refrigerator 30 of the shield cooling system is The capacity Q LR of the main refrigerator 10 of the inner tank cooling system is designed in consideration of a margin (safety factor) appropriate for the system. Similarly, even if the main refrigerator 1 or the compressor 13 stops abnormally, the refrigerant tank 2 of the inner tank cooling system requires a required amount of liquid helium as a refrigerant for a certain predetermined time that does not hinder the system operation. Design as a capacity that can be maintained. As a result, normally, the main refrigerator 10 and the shield refrigerator 30 are normally operated under the conditions of Q SR > Q S and Q LR > Q R.

【0034】こうした構成の極低温冷却システムであれ
ば、通常は、内槽冷却系の冷媒タンク2を介して冷媒と
しての液体ヘリウムが内槽容器1に満たされると共に、
その蒸発冷媒ガスがメイン冷凍機19に送られ、かつ圧
縮機13により凝縮さて戻されて、再液化されて冷媒タ
ンク2内に所要の冷媒液量を保つ。これで内槽容器1を
液体ヘリウム温度(約4.2K)の極低温に冷却する。
In the cryogenic cooling system having such a configuration, normally, the inner tank container 1 is filled with liquid helium as a refrigerant through the refrigerant tank 2 of the inner tank cooling system, and
The evaporated refrigerant gas is sent to the main refrigerator 19, condensed and returned by the compressor 13, and reliquefied to maintain a required refrigerant liquid amount in the refrigerant tank 2. This cools the inner tank container 1 to a cryogenic temperature of liquid helium (about 4.2 K).

【0035】一方、シールド冷却系のシールド冷凍機3
0からシールド冷却ガスライン31に吐出される冷媒ガ
スとしてのヘリウムガスがシールド配管18に流通して
輻射シールド板3を冷却するようになる。この平常時
は、開閉バルブ34及び開放バルブ35は閉の状態とな
っており、輻射シールド板3との熱交換後のヘリウムガ
スを循環させながらシールド冷凍機30が圧縮機32と
共に繰り返し再凝縮してシールド冷却ガスライン31に
吐出し、輻射シールド板3を冷却する。
On the other hand, the shield refrigerator 3 of the shield cooling system
Helium gas as a refrigerant gas discharged from 0 to the shield cooling gas line 31 flows into the shield pipe 18 to cool the radiation shield plate 3. During this normal state, the open / close valve 34 and the open valve 35 are closed, and the shield refrigerator 30 repeatedly recondenses with the compressor 32 while circulating the helium gas after heat exchange with the radiation shield plate 3. To the shield cooling gas line 31 to cool the radiation shield plate 3.

【0036】ところで、万一何らかの異常により、シー
ルド冷却系のシールド冷凍機30又はその圧縮機32が
停止した場合は、シールド配管8にヘリウムガスが供給
されなくなり輻射シールド板3の温度が上昇し、これに
て内槽容器1及び冷媒タンク2への熱負荷(熱侵入量)
L が増加し、該タンク2内圧が上昇すると共に、その
熱負荷QL がメイン冷凍機10の能力QLRを上回ってく
ると、冷媒タンク2内の液体ヘリウムが急激に減少し始
めるという大問題に発展してしまう。
By the way, if the shield refrigerator 30 of the shield cooling system or its compressor 32 is stopped due to some abnormality, helium gas is not supplied to the shield pipe 8 and the temperature of the radiation shield plate 3 rises, With this, the heat load (heat penetration amount) to the inner tank container 1 and the refrigerant tank 2
Q L is increased, the large that with the tank 2 internal pressure rises, if the heat load Q L comes above the capacity Q LR of the main refrigerating machine 10, the liquid helium in the refrigerant tank 2 starts to decrease rapidly Develops into a problem.

【0037】そこで、本発明では、そのシールド冷却系
の異常時には、その異常発生信号を受けて前記開放バル
ブ34及び開放バルブ35を自動的に開とするシーケン
スを組んでおくか、或いは手動的に該バルブ34,35
を開く。これでまず、シールド配管18内のヘリウムガ
スが一旦開放バルブ35を介して外部に放出又は回収さ
れる。
Therefore, in the present invention, when the shield cooling system has an abnormality, a sequence is set up in which the opening valve 34 and the opening valve 35 are automatically opened upon receipt of the abnormality occurrence signal, or manually. The valves 34, 35
open. As a result, first, the helium gas in the shield pipe 18 is once released or recovered to the outside via the open valve 35.

【0038】次に、前述の如く内槽冷却系の冷媒タンク
2内で増加したヘリウムガスが、上昇した圧力で押し出
される形で前記回収配管7から開閉バルブ34を介して
分岐配管33よりシールド冷却ガスライン31に導入さ
れ、そのヘリウムガスがシールド配管18に流入して輻
射シールド板3を熱交換冷却し、そのまま開放バルブ3
5から外部に放出又は回収されるようになる。
Next, as described above, the helium gas increased in the refrigerant tank 2 of the internal tank cooling system is pushed out by the increased pressure from the recovery pipe 7 through the opening / closing valve 34 and the shield cooling from the branch pipe 33. The helium gas introduced into the gas line 31 flows into the shield pipe 18 to heat-exchange and cool the radiation shield plate 3, and the open valve 3 as it is.
5 will be released or collected to the outside.

【0039】これで、通常は輻射シールド板3の冷却温
度は約80〜90Kレベルであるが、上記異常時には、
先に述べたようにQS 、QL 、QSR及びQLR並びに冷媒
タンク2の容量等の条件設定をしておくことにり、最大
でも約120〜150Kレベルまでの上昇に止めること
が可能となり、結果的に冷媒タンク2内の液体ヘリウム
の急激な減少を防止し、例えば、浮上式鉄道のような日
常運転においては特にシステム上に支障を来すことなく
日中の走行を終えることが可能となる。
Now, the cooling temperature of the radiation shield plate 3 is normally about 80 to 90K, but in the case of the above abnormality,
As I mentioned earlier Q S, Q L, Nisato to keep the condition setting capacity of the Q SR and Q LR and the refrigerant tank 2, can be stopped to increase to about 120~150K level at most As a result, it is possible to prevent the liquid helium in the refrigerant tank 2 from rapidly decreasing, and to end the daytime running without causing any trouble to the system especially in daily operation such as a levitation railway. It will be possible.

【0040】しかも、内槽冷却系の冷媒タンク2又は圧
縮機13内におけるヘリウムガスの過不足は、その圧縮
機13から高・低圧制御弁15a、15bを介して接続
されたバッファタンク16により一定となるよう調整さ
れるようになっていることからも、前述の異常時におい
ても冷媒タンク2内の液体ヘリウムの急激な減少が防止
されるようになる。
Moreover, the excess / deficiency of helium gas in the refrigerant tank 2 of the inner tank cooling system or the compressor 13 is fixed by the buffer tank 16 connected from the compressor 13 via the high / low pressure control valves 15a and 15b. As a result, the liquid helium in the refrigerant tank 2 can be prevented from being rapidly reduced even in the above-mentioned abnormal state.

【0041】なお、前記シールド冷却系の冷媒ガスの外
部放出或いは回収用の外部ポート22及び開放バルブ3
5は、該シールド冷却系の圧縮機32側に設けることも
可能である。
The external port 22 and the open valve 3 for releasing or recovering the refrigerant gas of the shield cooling system to the outside.
5 can be provided on the compressor 32 side of the shield cooling system.

【0042】次に、本発明の極低温冷却システムのシー
ルドの実施例を図2により説明する。この基本的な構成
は前述の図1の実施例のものと同様であるが、ここで
は、内槽冷却系の冷媒タンク2の回収配管7から分岐さ
せた分岐配管33の途中に逆止弁36のみを設けると共
に、その分岐配管33が接続するシールド冷却ガスライ
ン31のシールド冷凍機30の吐出口寄り部に調整バル
ブ37を設けて、シールド配管18内のヘリウムガス圧
力を一定に保つ構成としている。
Next, an embodiment of the shield of the cryogenic cooling system of the present invention will be described with reference to FIG. This basic configuration is similar to that of the embodiment of FIG. 1 described above, but here, the check valve 36 is provided in the middle of the branch pipe 33 branched from the recovery pipe 7 of the refrigerant tank 2 of the inner tank cooling system. And the adjustment valve 37 is provided near the discharge port of the shield refrigerator 30 of the shield cooling gas line 31 to which the branch pipe 33 is connected to maintain the helium gas pressure in the shield pipe 18 constant. .

【0043】さらに、シールド冷却ガスライン31のシ
ールド配管18の末端側のシールド冷凍機30への戻り
側配管を分岐させて外層容器4に設けた外部ポート22
に接続し、その外部ポート22からメイン冷凍機10の
冷媒ガス圧縮機13の低圧冷媒ガス戻りライン14bに
回収する回収バルブ38付き回収ライン39を設けてい
る。
Furthermore, the external port 22 provided in the outer layer container 4 by branching the return side pipe to the shield refrigerator 30 at the end side of the shield pipe 18 of the shield cooling gas line 31.
A recovery line 39 with a recovery valve 38 for recovering from the external port 22 to the low pressure refrigerant gas return line 14b of the refrigerant gas compressor 13 of the main refrigerator 10 is provided.

【0044】この構成の実施例であれば、通常、内槽冷
却系の冷媒タンク2内の圧力はヘリウムガスの飽和温度
とメイン冷凍機10及び圧縮機13の特性に依存する
が、一般に0.1 〜0.4 4kgf/cm2 G であり、シールド冷
却系のシールド冷凍機30の吐出ガス圧力は該冷凍機3
0の種類にもよるが圧縮機32の特性上5〜10kgf/cm2G
程度であるが、前記調整バルブ37により所定の圧力
に設定可能となっている。
In the embodiment of this construction, the pressure in the refrigerant tank 2 of the inner tank cooling system usually depends on the saturation temperature of the helium gas and the characteristics of the main refrigerator 10 and the compressor 13, but is generally 0.1-. The discharge gas pressure of the shield refrigerator 30 of the shield cooling system is 0.4 4 kgf / cm 2 G and the refrigerator 3
5 to 10 kgf / cm 2 G due to the characteristics of the compressor 32 depending on the type
Although it is a degree, it is possible to set a predetermined pressure by the adjusting valve 37.

【0045】従って、シールド冷却系のシールド冷凍機
30及び圧縮機32が正常運転している場合は、そのシ
ールド冷却ガスライン31のシールド配管18と内槽冷
却系の冷媒タンク2内の圧力差が充分で、内槽冷却系の
蒸発ヘリウムガスが分岐配管33を通ってシールド冷却
ガスライン31に流れることはなく、同時に逆止弁36
の効果によりシールド冷凍機13の吐出ヘリウムガスが
分岐配管33を通って内槽冷却系の冷媒タンク2側に流
れ込むこともない。これで前述した実施例と同様に内槽
冷却系で内槽容器1及び冷媒タンク2を、シールド冷却
系で輻射シールド板3を極低温に冷却保持するようにな
る。
Therefore, when the shield refrigerator 30 and the compressor 32 of the shield cooling system are operating normally, the pressure difference between the shield pipe 18 of the shield cooling gas line 31 and the refrigerant tank 2 of the inner tank cooling system is Sufficiently, the evaporated helium gas in the inner tank cooling system does not flow into the shield cooling gas line 31 through the branch pipe 33, and at the same time, the check valve 36
Due to the effect, the helium gas discharged from the shield refrigerator 13 does not flow into the refrigerant tank 2 side of the inner tank cooling system through the branch pipe 33. With this, as in the above-described embodiment, the inner tank container 1 and the refrigerant tank 2 are cooled and held by the inner cooling system, and the radiation shield plate 3 is cooled and held by the shield cooling system at an extremely low temperature.

【0046】ここで、万一シールド冷却系が異常停止し
た場合には、その異常信号を受けて回ライン39の回収
バルブ38を開けることにより、シールド配管18内の
ヘリウムガスが内槽冷却系の冷媒ガス圧縮機13の低圧
冷媒ガス戻りライン14bに回収させ、その後は、冷媒
タンク2内の蒸発ヘリウムガスの発生に伴う圧力上昇及
び該圧縮機13の回収能力により、該蒸発ヘリウムガス
が冷媒タンク2の回収配管7から分岐配管33の逆止弁
36を通ってシールド冷却ガスライン31に流れ、その
ヘリウムガスがシールド配管18に流入して輻射シール
ド板3を熱交換冷却し、そのまま回収ライン39の回収
バルブ38を介して内槽冷却系の低圧冷媒ガス戻りライ
ン14bに回収されるようになる。
If the shield cooling system abnormally stops, the recovery signal 38 of the line 39 is opened in response to the abnormal signal, so that the helium gas in the shield pipe 18 becomes the inner tank cooling system. The low-pressure refrigerant gas return line 14b of the refrigerant gas compressor 13 collects the evaporated helium gas, and then the evaporated helium gas is collected by the refrigerant tank 2 due to the pressure increase accompanying the generation of the evaporated helium gas and the recovery capacity of the compressor 13. 2 from the recovery pipe 7 through the check valve 36 of the branch pipe 33 to the shield cooling gas line 31, and the helium gas flows into the shield pipe 18 to heat and cool the radiation shield plate 3, and the recovery line 39 as it is. The gas is recovered in the low pressure refrigerant gas return line 14b of the inner tank cooling system via the recovery valve 38 of FIG.

【0047】また、冷媒タンク2からの蒸発ヘリウムガ
ス量が過大となった際には、冷媒ガス圧縮機13の運転
周波数を増加させる等により回収能力を向上して対応さ
せると共に、該圧縮機13の能力を越えた場合には、高
圧制御弁15aによりバッファタンク16へ回収するこ
とが可能である。更には前記メインの実施例と同様の開
放バルブ35を冷媒ガス圧縮機13側に設けて、システ
ムを簡素にすることも可能である。
When the amount of evaporated helium gas from the refrigerant tank 2 becomes excessive, the recovery capacity is improved by increasing the operating frequency of the refrigerant gas compressor 13 or the like, and at the same time, the compressor 13 When the capacity is exceeded, it can be collected in the buffer tank 16 by the high pressure control valve 15a. Furthermore, it is possible to simplify the system by providing the opening valve 35 on the refrigerant gas compressor 13 side as in the case of the main embodiment.

【0048】なお、このシールドの実施例においては、
分岐配管33に逆止弁36と共に前記メインの実施例で
設けた開閉バルブ34を併用してもいっこうに構わな
い。次に、本発明の極低温冷却システムの第3の実施例
を図3により説明する。この基本的な構成は前述の図2
の実施例のものと同様であるが、ここでは、シールド冷
却系の異常時に内槽冷却系の蒸発ヘリウムガスを逆止弁
36を介しシールド冷却ガスライン31に導く分岐配管
33Aを、冷媒タンク2からメイン冷凍機10への冷媒
ガス回収配管11より分岐させた構成で、この場合にお
いても前記同様の効果が得られるようになる。
In the embodiment of this shield,
It does not matter if the branch pipe 33 is used together with the check valve 36 and the opening / closing valve 34 provided in the main embodiment. Next, a third embodiment of the cryogenic cooling system of the present invention will be described with reference to FIG. This basic configuration is shown in FIG.
However, here, the branch pipe 33A for guiding the evaporated helium gas of the inner tank cooling system to the shield cooling gas line 31 via the check valve 36 when the shield cooling system is abnormal is connected to the refrigerant tank 2 With the configuration in which the refrigerant gas recovery pipe 11 from the to the main refrigerator 10 is branched, the same effect as described above can be obtained in this case as well.

【0049】また、この実施例では、シールド冷却系の
冷凍機30の吐出口側と冷媒タンク2の予冷・注液配管
6とを切替バルブ40付き分岐配管33Bを介して接続
した構成とされている。これで、冷却初期時、シールド
冷却系の冷凍機30を用いてヘリウムガスをシールド冷
却ガスライン31に吐出し、そのガスをシールド配管1
8に通して輻射シールド板3の熱交換冷却を行うと共
に、そのガスの一部を前記切替バルブ40の開放により
分岐配管33Bを介して内槽冷却系の予冷・注液配管6
から冷媒タンク2に送り込んで、その冷媒タンク2及び
内槽容器1の初期予冷を行うことが可能となる。
In this embodiment, the discharge side of the refrigerator 30 of the shield cooling system and the precooling / liquid injection pipe 6 of the refrigerant tank 2 are connected via the branch pipe 33B with the switching valve 40. There is. Thus, at the initial stage of cooling, the helium gas is discharged to the shield cooling gas line 31 using the refrigerator 30 of the shield cooling system, and the gas is shielded by the shield pipe 1.
8 through which heat exchange cooling of the radiation shield plate 3 is carried out, and a part of the gas is pre-cooled / injected by the inner tank cooling system via the branch pipe 33B by opening the switching valve 40.
It is possible to carry out initial pre-cooling of the refrigerant tank 2 and the inner tank container 1 by sending the refrigerant tank 2 into the refrigerant tank 2.

【0050】なお、前述した各実施例においては、内槽
冷却系のメイン冷凍機10とシールド冷却系のシールド
冷凍機30との圧縮機13、32を各々独立したスプリ
ット構成としているが、それら圧縮機13、32の一部
を共有させたマルチ構成とすることも可能であり、同様
の効果を得ることができる。
In each of the above-described embodiments, the compressors 13 and 32 of the main refrigerator 10 of the inner tank cooling system and the shield refrigerator 30 of the shield cooling system have independent split configurations. A multi-configuration in which a part of the machines 13 and 32 is shared is also possible, and the same effect can be obtained.

【0051】また、シールド冷却系の異常時に、そのシ
ールド冷却ガスライン31に内槽冷却系の蒸発ヘリウム
ガスを導入するにあたり、図1及び図2の実施例におい
ては、冷媒タンク2の回収配管7から分岐配管33を分
岐させ、図3の実施例においては冷媒タンク2からメイ
ン冷凍機10への冷媒ガス回収配管11より分岐配管3
3Aを分岐させたが、それら分岐配管の分岐接続位置は
特に限定されるものではなく、内槽冷却系の冷媒ガスラ
インであれば任意な部分から分岐させても可である。
Further, when the evaporated helium gas of the inner tank cooling system is introduced into the shield cooling gas line 31 when the shield cooling system is abnormal, in the embodiment of FIGS. 1 and 2, the recovery pipe 7 of the refrigerant tank 2 is introduced. From the refrigerant tank 2 to the main refrigerator 10 in the embodiment of FIG.
Although 3A is branched, the branch connection position of these branch pipes is not particularly limited, and it may be branched from any portion as long as it is the refrigerant gas line of the inner tank cooling system.

【0052】以上説明した各実施例のものであれば、内
槽容器1を囲む輻射シールド板3への熱負荷が比較的大
きな極低温機器のシステムにおいて、内槽冷却系の冷媒
タンクとメイン冷凍機10に加え、シールド冷却系のシ
ールド冷凍機30を設けて、通常はこのシールド冷凍機
30からの減り梅ガスにより輻射シールド板3を冷却
し、そして万一、シールド冷却系のシールド冷凍機が異
常停止した場合でも、そのシールド冷却ガスライン31
に内槽冷却系の冷媒タンク等の蒸発冷媒ガスラインから
ヘリウムガスをバルブを介し導入して輻射シールド板を
冷却続行でき、信頼性の高い安定した極低温冷却システ
ムが得られるようになる。
According to each of the embodiments described above, in the system of the cryogenic equipment in which the heat load on the radiation shield plate 3 surrounding the inner tank container 1 is relatively large, the refrigerant tank of the inner tank cooling system and the main refrigeration system. In addition to the machine 10, a shield refrigerator 30 of the shield cooling system is provided, and the radiation shield plate 3 is normally cooled by the reduced plum gas from the shield refrigerator 30. Even if it stops abnormally, its shield cooling gas line 31
Further, helium gas can be introduced from a vaporized refrigerant gas line such as a refrigerant tank of an internal tank cooling system through a valve to continue cooling the radiation shield plate, and a highly reliable and stable cryogenic cooling system can be obtained.

【0053】従って、例えば浮上式鉄道などの車載用の
超電導磁石装置の冷却システムとした場合、輻射シール
ド板の冷却用の液体窒素タンクやその循環装置が不要
で、且つ外部からの液体窒素の定期的な補給が不要とな
るため、外部に大規模な供給装置を設けることもなくシ
ステム全体のランニングコストを低減させることが可能
となる。特に浮上式鉄道の車載システムにおいては、液
体窒素を供給をするために、車両の出庫又は帰庫の都
度、外部配管を接続しなければならないが、本発明によ
れば車載システムのみでクローズドな冷却システムの構
成となり煩雑な作業も必要なくなる。
Therefore, for example, in the case of a cooling system for a vehicle-mounted superconducting magnet device such as a levitation railway, a liquid nitrogen tank for cooling the radiation shield plate and its circulation device are not required, and liquid nitrogen from outside is regularly supplied. Since it is not necessary to replenish the material, it is possible to reduce the running cost of the entire system without providing a large-scale supply device outside. Particularly in an in-vehicle system of a floating railway, in order to supply liquid nitrogen, an external pipe must be connected every time the vehicle leaves or leaves the vehicle, but according to the present invention, a closed cooling is achieved only by the in-vehicle system. The system configuration is eliminated and complicated work is unnecessary.

【0054】また、冷却システムに使用する冷媒が同一
種のヘリウムのみで済むため、この点からも単純なシス
テム構成となっており、超電導磁石装置の初期予冷の場
合、特に冷凍機が運転していなくても、予冷・注液ポー
トから内槽容器1を冷却した後の冷媒をシールド冷却ガ
スラインに流すことができるため、超電導磁石装置の予
冷作業が非常に簡単に実施することが可能となる。
Further, since the refrigerant used for the cooling system is only the helium of the same kind, the system configuration is simple from this point as well, and in the case of the initial precooling of the superconducting magnet device, especially the refrigerator is operating. Even if it is not necessary, the refrigerant after cooling the inner tank container 1 from the pre-cooling / injection port can be flowed to the shield cooling gas line, so that the pre-cooling work of the superconducting magnet device can be carried out very easily. .

【0055】さらに、輻射シールド板3の冷却に従来の
如く液体窒素を使用した場合は、冷媒の温度を該液体窒
素の沸点である77K以下とすることはできないが、ヘ
リウムガス冷却とすることにより、シールド冷却系のシ
ールド冷凍機30及び圧縮機32の能力を向上させて7
7K以下の冷却が可能となる。
Further, when liquid nitrogen is used for cooling the radiation shield plate 3 as in the conventional case, the temperature of the refrigerant cannot be kept below 77K which is the boiling point of the liquid nitrogen, but by cooling with helium gas. , The capacity of the shield refrigerator 30 and the compressor 32 of the shield cooling system is improved.
Cooling below 7K is possible.

【0056】これにより、輻射シールド板3の温度が一
段と低くなり、4Kレベルである内槽容器1への熱侵入
量がさらに低減され、内槽冷却系のメイン冷凍機10の
能力に余裕が生じることとなる。例えば、浮上式鉄道の
ように、夜間と日中運転という2系統を持ち、電力供給
に制約がある場合特に有効とある。
As a result, the temperature of the radiation shield plate 3 is further lowered, the amount of heat entering the inner vessel 1 at 4K level is further reduced, and there is a margin in the capacity of the main refrigerator 10 of the inner vessel cooling system. It will be. For example, it is particularly effective when there are two systems, such as a levitation railway, that operate at night and during daytime, and power supply is restricted.

【0057】即ち、夜間の電力が使える場合、圧縮機の
運転周波数の増加等で冷凍機の能力を一時的に向上させ
ることにより輻射シールド板3を冷却させることが可能
となる。その輻射シールド板3は、ある程度の熱容量を
持たせて畜熱機能を付加させておくことで、日中運転に
入る前に圧縮機を通常モードに変更しても、事前の冷や
し込み効果により該輻射シールド板3が冷却されてい
て、超電導磁石装置への熱負荷が低く抑えられているた
め、走行中何らかの原因で熱負荷が若干上昇しても冷凍
機の能力に余裕が生じている分だけ超電導磁石装置シス
テムにおける安定度が保たれるようになる。
That is, when the electric power at night is available, the radiation shield plate 3 can be cooled by temporarily improving the capacity of the refrigerator by increasing the operating frequency of the compressor. The radiation shield plate 3 has a certain amount of heat capacity and is provided with a heat storage function, so that even if the compressor is changed to the normal mode before starting the daytime operation, the radiation cooling plate 3 has Since the radiation shield plate 3 is cooled and the heat load to the superconducting magnet device is suppressed to a low level, even if the heat load is slightly increased for some reason during traveling, there is a margin in the capacity of the refrigerator. The stability of the superconducting magnet device system is maintained.

【0058】[0058]

【発明の効果】本発明は前述の如くなしたので、電超電
導磁石装置等の極低温機器の内槽容器を液体ヘリウム等
の冷媒により冷却する内槽冷却系に冷媒タンクと冷媒ガ
ス液化用の冷凍機を備えると共に、該内槽容器を囲む輻
射シールド板を冷却するためのシールド冷却系にも冷凍
機を設けて、全体システム構成の小型・軽量化を狙った
極低温冷却システムにおいて、通常はシールド冷却系の
冷凍機から吐出される冷媒ガスで輻射シールド板を冷却
する一方、万一シールド冷却系の冷凍機が異常停止した
場合でも、内槽冷却系の蒸発冷媒ガスをシールド冷却系
の冷媒ガスラインに導入して、輻射シールド板の安定し
た冷却を続行できる効果が得られる。
The present invention has been made as described above. Therefore, the inner tank cooling system for cooling the inner tank container of the cryogenic equipment such as the electric superconducting magnet device by the refrigerant such as liquid helium is used for liquefying the refrigerant tank and the refrigerant gas. In a cryogenic cooling system aiming to reduce the size and weight of the entire system, a refrigerator is also provided in the shield cooling system for cooling the radiation shield plate surrounding the inner tank container. While the radiation shield plate is cooled by the refrigerant gas discharged from the refrigerator of the shield cooling system, even if the refrigerator of the shield cooling system stops abnormally, the evaporated refrigerant gas of the inner tank cooling system is cooled by the refrigerant of the shield cooling system. By introducing it into the gas line, the effect of being able to continue stable cooling of the radiation shield plate is obtained.

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

【図1】本発明の極低温冷却システムの第1の実施例を
示すフロー図。
FIG. 1 is a flowchart showing a first embodiment of a cryogenic cooling system of the present invention.

【図2】本発明の極低温冷却システムの第2の実施例を
示すフロー図。
FIG. 2 is a flowchart showing a second embodiment of the cryogenic cooling system of the present invention.

【図3】本発明の極低温冷却システムの第2の実施例を
示すフロー図。
FIG. 3 is a flow chart showing a second embodiment of the cryogenic cooling system of the present invention.

【図4】従来の極低温冷却システムを示すフロー図。FIG. 4 is a flowchart showing a conventional cryogenic cooling system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…内槽容器、2…冷媒タンク、3…輻射シールド板、
4…外槽容器、6,7,11,12,14b…冷媒ガス
ライン(予冷・注入配管、回収配管、11…例叔母委ガ
ス回収配管、12…冷媒ガス供給配管、14b…低圧冷
媒ガス戻り配管)、10…内槽冷却系のメイン冷凍機、
13…冷媒ガス圧縮機、18…シールド配管,30…シ
ールド冷却系のシールド冷凍機、31…シールド冷却ガ
スライン、32…冷媒ガス圧縮機、34,36…バルブ
(34…開閉弁、36…逆止弁)、35…開放バルブ、
37…調整バルブ、38…回収バルブ、39…回収ライ
ン、40…切り替えバルブ。
1 ... Inner tank container, 2 ... Refrigerant tank, 3 ... Radiation shield plate,
4 ... Outer tank container, 6, 7, 11, 12, 14b ... Refrigerant gas line (pre-cooling / injection pipe, recovery pipe, 11 ... Aunt gas recovery pipe, 12 ... Refrigerant gas supply pipe, 14b ... Low pressure refrigerant gas return Piping), 10 ... Main refrigerator of inner tank cooling system,
13 ... Refrigerant gas compressor, 18 ... Shield piping, 30 ... Shield refrigerator of shield cooling system, 31 ... Shield cooling gas line, 32 ... Refrigerant gas compressor, 34, 36 ... Valve (34 ... Open / close valve, 36 ... Reverse) Stop valve), 35 ... open valve,
37 ... adjusting valve, 38 ... recovery valve, 39 ... recovery line, 40 ... switching valve.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超電導磁石装置等の極低温機器の内槽容
器を液体ヘリウム等の冷媒により冷却する内槽冷却系に
冷媒タンクと冷媒ガス液化用の冷凍機を備えると共に、
該内槽容器を囲む輻射シールド板を冷却するためのシー
ルド冷却系にも冷凍機を設けた極低温冷却システムにお
いて、 前記シールド冷却系は、この冷凍機から冷媒ガスをシー
ルド冷却ガスラインに送出して輻射シールド板を冷却す
るガス冷却構造とし、かつ該シールド冷却ガスラインを
前記内槽冷却系の冷媒ガスラインとバルブを介し接続
し、万一のシールド冷却系の冷凍機の異常停止時、前記
バルブを介し内槽冷却系の蒸発冷媒ガスをシールド冷却
ガスラインに導入して輻射シールド板の冷却を行う構成
としたことを特徴とする極低温冷却システム。
1. An inner tank cooling system for cooling an inner tank container of a cryogenic device such as a superconducting magnet device with a refrigerant such as liquid helium is provided with a refrigerant tank and a refrigerator for liquefying refrigerant gas,
In a cryogenic cooling system in which a refrigerator is also provided in a shield cooling system for cooling the radiation shield plate surrounding the inner vessel, the shield cooling system sends refrigerant gas from the refrigerator to the shield cooling gas line. A gas cooling structure for cooling the radiation shield plate, and the shield cooling gas line is connected to the refrigerant gas line of the inner tank cooling system via a valve, in the unlikely event of an abnormal stop of the refrigerator of the shield cooling system, A cryogenic cooling system, characterized in that a refrigerant gas evaporated in an inner tank cooling system is introduced into a shield cooling gas line via a valve to cool a radiation shield plate.
【請求項2】 請求項1記載の極低温冷却システムにお
いて、シールド冷却系のシールド冷却ガスラインと内槽
冷却系の冷媒ガスラインとを接続するバルブとして、逆
止弁のみ或いは逆止弁と調整バルブとを併用して設けた
ことを特徴とする請求項1記載の極低温冷却システム。
2. The cryogenic cooling system according to claim 1, wherein a valve that connects the shield cooling gas line of the shield cooling system and the refrigerant gas line of the inner tank cooling system is a check valve only or a check valve. The cryogenic cooling system according to claim 1, wherein the cryogenic cooling system is provided together with a valve.
【請求項3】 請求項1又は2記載の極低温冷却システ
ムにおいて、内槽冷却系の冷媒ガスラインから冷媒ガス
をバルブを介しシールド冷却系のシールド冷却ガスライ
ンに導入して輻射シールド板の冷却を行う時、該シール
ド冷却ガスラインの端末から輻射シールド板との熱交換
後の冷媒ガスを、外部に放出する開放バルブ又は内槽冷
却系の冷媒ガスラインに回収する回収ラインを設けたこ
とを特徴する極低温冷却システム。
3. The cryogenic cooling system according to claim 1, wherein the refrigerant gas is introduced from the refrigerant gas line of the inner tank cooling system into the shield cooling gas line of the shield cooling system via a valve to cool the radiation shield plate. When performing the above, a recovery line for recovering the refrigerant gas after the heat exchange with the radiation shield plate from the end of the shield cooling gas line to the outside or the refrigerant gas line of the inner tank cooling system is provided. Characteristic cryogenic cooling system.
【請求項4】 請求項3記載の極低温冷却システムにお
いて、輻射シールド板との熱変換後の冷媒ガスを、内槽
冷却系の冷凍機の冷媒ガス圧縮機の低圧冷媒ガス戻りラ
インに回収する回収ラインを設けたことを特徴とする極
低温冷却システム。
4. The cryogenic cooling system according to claim 3, wherein the refrigerant gas that has undergone heat conversion with the radiation shield plate is recovered in the low pressure refrigerant gas return line of the refrigerant gas compressor of the refrigerator of the inner tank cooling system. A cryogenic cooling system characterized by having a recovery line.
【請求項5】 請求項1記載の極低温冷却システムにお
いて、シールド冷却系のシールド冷却ガスラインを内槽
冷却系の冷凍機の冷媒ガス回収ラインとバルブを介し接
続したことを特徴とする極低温冷却システム。
5. The cryogenic cooling system according to claim 1, wherein the shield cooling gas line of the shield cooling system is connected to the refrigerant gas recovery line of the refrigerator of the inner tank cooling system via a valve. Cooling system.
【請求項6】 請求項1記載の極低温冷却システムにお
いて、輻射シールド板の冷却と内槽冷却系の冷媒タンク
の予冷とを同時に行うように、シールド冷却系の冷凍機
の冷媒ガス吐出口側と内槽冷却系の冷媒タンクの予冷・
注液ラインとを切替バルブを介し接続したことを特徴と
する極低温冷却システム。
6. The cryogenic cooling system according to claim 1, wherein the cooling of the radiation shield plate and the precooling of the refrigerant tank of the inner tank cooling system are performed at the same time, and the refrigerant gas discharge side of the refrigerator of the shield cooling system. And pre-cooling of the internal tank cooling system refrigerant tank
A cryogenic cooling system characterized in that it is connected to the liquid injection line via a switching valve.
【請求項7】 請求項4記載の極低温冷却システムにお
いて、内槽冷却系の冷凍機の冷媒ガス圧縮機の低圧冷媒
ガス戻りラインに回収する冷媒ガス量が過大となった時
に、該圧縮機が高速運転してガス吸い込み量を増大する
構成としたことを特徴とする極低温冷却システム。
7. The cryogenic cooling system according to claim 4, wherein when the refrigerant gas amount recovered in the low pressure refrigerant gas return line of the refrigerant gas compressor of the refrigerator of the inner tank cooling system becomes excessive, the compressor. Is a cryogenic cooling system characterized in that it operates at high speed to increase the amount of gas suctioned.
【請求項8】 請求項1乃至7いずれかに記載の極低温
冷却システムにおいて、シールド冷却系の冷凍機又はこ
の冷媒ガス圧縮機の運転周波数を制御することにより、
輻射シールド板の冷却到達温度の設定を任意に行える構
成としたことを特徴とする極低温冷却システム。
8. The cryogenic cooling system according to claim 1, wherein the operating frequency of the refrigerator of the shield cooling system or this refrigerant gas compressor is controlled.
A cryogenic cooling system characterized in that the cooling ultimate temperature of the radiation shield plate can be arbitrarily set.
【請求項9】 請求項8記載の極低温冷却システムにお
いて、輻射シールド板に熱容量を持たせ畜熱機能を付加
させておき、シールド冷却系の冷凍機又はこの冷媒ガス
圧縮機を高速運転して輻射シールド板を過冷却すること
により、所定時間内槽容器への熱侵入量を低減させて内
槽冷却系の冷凍機に余裕を持たせ得る構成としたことを
特徴とする極低温冷却システム。
9. The cryogenic cooling system according to claim 8, wherein the radiation shield plate is provided with a heat capacity to add a heat storage function, and the refrigerator of the shield cooling system or this refrigerant gas compressor is operated at high speed. A cryogenic cooling system, characterized in that by supercooling a radiation shield plate, the amount of heat entering the inner tank container can be reduced for a predetermined period of time to allow the refrigerator in the inner tank cooling system a margin.
【請求項10】 請求項1記載の極低温冷却システムに
おいて、内槽冷却系の冷媒ガス圧縮機とシールド冷却系
の冷媒ガス圧縮機とのラインを一部共有させて全体シス
テムを簡素化したことを特徴とする極低温冷却システ
ム。
10. The cryogenic cooling system according to claim 1, wherein the line of the refrigerant gas compressor of the inner tank cooling system and the line of the refrigerant gas compressor of the shield cooling system are partially shared to simplify the entire system. Cryogenic cooling system.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013008975A (en) * 2005-11-18 2013-01-10 Agilent Technologies Inc Superconducting magnet systems
US11222740B2 (en) 2018-05-31 2022-01-11 Mitsubishi Electric Corporation Superconducting magnet

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