JPH079000Y2 - 極低温冷凍装置 - Google Patents

極低温冷凍装置

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JPH079000Y2
JPH079000Y2 JP2180888U JP2180888U JPH079000Y2 JP H079000 Y2 JPH079000 Y2 JP H079000Y2 JP 2180888 U JP2180888 U JP 2180888U JP 2180888 U JP2180888 U JP 2180888U JP H079000 Y2 JPH079000 Y2 JP H079000Y2
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邦広 黒木
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Description

【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案は極低温冷凍装置に関するものである。最近He冷
凍機の最低冷却温度としての標準仕様である4.3Kより低
い温度が要求されることが多いが、本考案はこれを可能
とする極低温冷凍装置に関するものである。
(従来の技術) 従来の4Kヘリウム冷凍装置のジュール・トムソン弁(J
−T弁という)の吐出側の圧力を減圧する方法として次
の2つが知られている。
1)ヘリウム冷凍機のJ−T回路低圧側と圧縮機ユニッ
トの1段圧縮機流入側との間に昇圧装置を設け、大気圧
以下に設定したJ−T弁吐出側のヘリウムガスをこの昇
圧装置で大気圧として圧縮機ユニットの1段側に戻す。
2)圧縮機ユニットのストレージタンクからのヘリウム
供給系に手動弁を設け絞り、又J−T弁を絞って圧縮機
ユニットの1段吸入側を減圧することによってJ−T弁
吐出側の圧力を減圧する。
前者の欠点は昇圧装置の潤滑油不足を来たすので、長時
間運転の耐久性がないことと、昇圧装置を必要とするた
めに操作が複雑となり、コストアップとなること、後者
の欠点は圧縮機ユニットにロータリ式あるいはレシプロ
式の圧縮機を用いていたために1段吸入側が減圧される
と、圧縮機の騒音が大きくなり、吸入弁・吐出弁が破損
しやすいことである。
(考案の解決しようとする課題) 4Kヘリウム冷凍装置のジュール・トムソン弁(以下J−
T弁と呼ぶ)の吐出側圧力を連続して大気圧力以下に減
圧し、4.3Kから3.0Kの任意の冷凍温度が安定して得られ
る様にするための新しい減圧方法を提供し、性能の向上
と操作性の向上を図ろうとするものである。
(考案による課題の解決手段) ヘリウム冷凍機Aと圧縮機ユニットBとからなる極低温
冷凍機において、圧縮機ユニットBの1段圧縮機1に吸
入弁及び吐出弁のないスクロール式を用い、該1段圧縮
機1の後段には、2段圧縮機2を接続し、該2段圧縮機
は管路25を介して前記ヘリウム冷凍機Aの予冷用冷凍機
23に接続すると共に、管路25から分岐して管路26aを介
し、ヘリウム冷凍機A内の1段熱交換機13と接続し、該
1段熱交換機13は、予冷用冷凍機23の1段熱負荷フラン
ジ11と、2段熱交換器14、2段熱負荷フランジ12、3段
熱交換器15及びJT弁16と順次接続して4Kパネル18を冷却
し、前記予冷用冷凍機23は管路26を介して圧縮機ユニッ
トBの1段圧縮機1と、2段圧縮機2との間に接続し、
前記1段熱交換器13は管路27を介して1段圧縮機1の前
段に接続し、前記2段圧縮機2の後段は圧縮機ユニット
B内部で分岐して逆止弁5、1次圧力調整器6、2次圧
力調整器8及び逆止弁付微差圧調整器9と順次接続した
後、1段圧縮機1の前段に接続したことを特徴とする極
低温冷凍装置。
(実施例) 第1図は本考案の超電導素子の冷却に使用したヘリウム
冷凍装置のフローを示す。Aはヘリウム冷凍機、Bは圧
縮機ユニットで、両者は管路25,26,27で接続されてい
る。
ヘリウム冷凍機Aは従来型のものを使用している。23は
予冷用GM(ギフォード・マクマホン)サイクル冷凍機で
ある。11は1段熱負荷フランジ、12は2段熱負荷フラン
ジ、13は1段熱交換器、14は2段熱交換器、15は3段熱
交換器である。16はJ−T弁、17は20Kパネル、18は4K
パネルで、19は60Kシールド、20は20Kシールド、21は20
K素子、22は4K素子である。これらは真空断熱容器24内
に収められている。
圧縮機ユニットBは1,2段圧縮機1,2に吸入弁及び吐出弁
のないスクロール式を用いて油分離器3、吸着器4と圧
力調整部A−B,B−Cで構成している。A−Bは高圧
側、B−Cは低圧側調整部である。5は逆止弁、6は一
次圧力調整器、7はストレージタンク、8は2次圧力調
整器、9は逆止弁付微差圧調整器である。
第2図は圧縮機ユニットBにおける従来型圧力調整部
A′−B′,B′−C′を示す。前記した如く、本考案で
は圧力調整部が第1図の如くB−Cの構成になってい
る。即ち従来は2次圧力調整器8のあとに逆止弁28とニ
ードル弁29を用いていたが、本考案では逆止弁付微差圧
調整器9を用い、1段圧縮機1の吸入圧力を1気圧(0
kg/cm2G)以下に減圧保持できるようにしている。
第4図に逆止弁付微差圧調整器の一例を示す。本調整器
は、本体30と弁体31、バネ32、バネ押え33、ヘリウムシ
ール用のベロー34およびハンドル35から構成し、矢印の
流入側より流入し、流出側から流出する。
本考案は従来型のニードル弁29で固定絞りとしていたた
めに、J−T流量の変動に追従して圧縮機ユニットBの
1段圧縮機1の吸入圧力が変動し、J−T弁16の吐出側
圧力および冷凍温度が変動していたものを、逆止弁28と
ニードル弁29を一体化させ、逆止弁付微差圧調整器9と
して改善したものである。
(作用) 運転前のHeガス系内は高圧側、低圧側に高純度のHeを10
kg/cm2の圧力で封入してある。制御回路(図示しない)
の運転スイッチをONにすると、1段圧縮機1と2段圧縮
機2及び予冷用GMサイクル冷凍機23が起動する。
圧縮機ユニットB内の1段圧縮機1で圧縮されたHeは2
段圧縮機2でさらに圧縮されて20kg/cm2Gとなり、油分
離器3と吸着器4を通ってクリーンなHeとなって管路25
を経てHe冷凍機Aへと流れる。
He冷凍機Aに流入したHeは、予冷用冷凍機23とJ−T回
路に分れる。予冷用冷凍機23へ流入したHeは低温を発生
させ、1段熱負荷フランジ11、2段熱負荷フランジ12を
冷却して管路26を経て圧縮機ユニットB内の2段圧縮機
2へ吸入される。
一方管路26aから分岐したJ−T回路のHeは1段熱交換
器13を通って、1段熱負荷フランジ11で冷却され、2段
熱交換器14を通り、さらに2段熱負荷フランジ12で冷却
され、3段熱交換器15、J−T弁16を出たのち、0kg/c
m2G以下に膨張して4Kパネル18を冷却する。4Kパネル18
を冷却した低圧Heは3段熱交換器15、2段熱交換器14、
1段熱交換器13を通って、高圧の流入Heと熱交換して昇
温し、圧縮機ユニットBの1段圧縮機1に管路27を経て
吸入される。その後の運転で、予冷用冷凍機23の1段・
2段熱負荷フランジ11,12が冷却され、1段,2段,3段熱
交換器13,14,15とJ−T弁16のジュールトムソン効果に
よって、4Kパネル18は定常温度に冷却される。この時の
定常温度はJ−T弁16後の圧力に対する飽和温度とな
り、J−T弁16後の圧力を0kg/cm2G以下に減圧するこ
とによって、4.2K以下の温度が得られる。
圧縮機ユニットBの圧力制御の作用は、吸着器4の所の
Heが20kg/cm2G以上になると、1次圧力調整器6が作動
し、吐出Heガスの一部をストレージタンク7へ保持し、
1段圧縮機1の吸入圧力が低下すると、2次圧力調整器
8と逆止弁付微差圧調整器9が作動し、ストレージタン
ク7のHeが供給される。
第3図に本冷凍装置の定常運転時における4Kパネル18の
温度特性を示す。1段圧縮機1の吸入圧力調整について
説明する。4Kパネル18の冷凍温度を決めると、第3図よ
り1段圧縮機1の吸入圧力及びJ−T流量が決る。圧力
計10をモニターしながら、1段圧縮機の吸入圧力が所定
の圧力になるように逆止弁付微差圧調整器9のハンドル
35(第4図)を回して設定し、さらに所定のJ−T流量
になるようにJ−T弁を設定する。以上の操作によって
4Kパネル18の冷凍温度を4.3Kから3.2Kまで任意に得るこ
とができる。以後の本冷凍装置の運転は、従来の装置と
同じ様な起動、停止操作のみでよい。ただし、この時J
−T流量を減少させるために、冷凍能力は最大10%程度
減少する。
第4図の逆止弁付微差圧調整器の作動について説明す
る。ハンドル35を回すと、バネ押え33のネジの作用でバ
ネ押え33が上下し、バネ32のバネ力が変化し、弁体31を
押える力が変化する。弁体は流入側の圧力が流出側の圧
力より大きく、その圧力差による弁体31を押上げる力が
弁体31を押下げる力(バネ力)より大きい時、ヘリウム
ガスは流出する。よって弁体31を流れる時の圧力差は、
ハンドル35の回転操作で外部から所定の値に調整でき
る。流入側の圧力を流入側の2次圧力調整器8で一定に
保つことによって、流出側の圧力が高くなると弁体31で
絞られ、又低くなると弁体31は開き、流出側の圧力を一
定に調整する。逆に流出側の圧力が流入側の圧力よりも
高くなると、弁体31は閉じ逆止弁となる。4Kヘリウム冷
凍装置に用いる時の差圧は1kg/cm2以下であるが、バネ
32のバネ力を強くすることによって、調整差圧を1kg/c
m2以上とすることもできる。
又、ハンドル35をいっぱい締めつけると、バネ押え33の
つばが弁体31のつばにあたり弁体31を押えることによっ
て閉止弁となる。
(効果) ヘリウム冷凍機Aと圧縮機ユニットBとからなる極低温
冷凍機において、圧縮機ユニットBの1段圧縮機1に吸
入弁及び吐出弁のないスクロール式を用い、該1段圧縮
機1の後段には、2段圧縮機2を接続し、該2段圧縮機
は管路25を介して前記ヘリウム冷凍機Aの予冷用冷凍機
23に接続すると共に、管路25から分岐して管路26aを介
し、ヘリウム冷凍機A内の1段熱交換機13と接続し、該
1段熱交換機13は、予冷用冷凍機23の1段熱負荷フラン
ジ11と、2段熱交換器14、2段熱負荷フランジ12、3段
熱交換器15及びJT弁16と順次接続して4Kパネル18を冷却
し、前記予冷用冷凍機23は管路26を介して圧縮機ユニッ
トBの1段圧縮機1と、2段圧縮機2との間に接続し、
前記1段熱交換器13は管路27を介して1段圧縮機1の前
段に接続し、前記2段圧縮機2の後段は圧縮機ユニット
B内部で分岐して逆止弁5、1次圧力調整器6、2次圧
力調整器8及び逆止弁付微差圧調整器9と順次接続した
後、1段圧縮機1の前段に接続した。
かゝる構成により、1段圧縮機の吸入圧力を1気圧以下
に減圧保持できるようになったので、コスト的上昇をな
くして4Kパネルの冷却温度を4.3Kより低くすることが可
能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は超電導素子冷却用4Kヘリウム冷凍装置のフロー
図。 第2図は4.3K用ヘリウム圧縮機ユニットの圧力調整部の
構成を示す。 第3図は4Kパネルの温度特性図。 第4図は逆止弁付微差圧調整器の断面図。 図において; A……ヘリウム冷凍機、B……圧縮機ユニット 1……1段圧縮機、2……2段圧縮機 3……油分離器、4……吸着器 5……逆止弁、6……1次圧力調整器 7……ストレージタンク、8……2次圧力調整器 9……逆止弁付微差圧調整器 10……圧力計 11……1段熱負荷フランジ 12……2段熱負荷フランジ 13……1段熱交換器、14……2段熱交換器 15……3段熱交換器、16……J−T弁 17……20Kパネル、18……4Kパネル 19……60Kシールド、20……20Kシールド 21……20K素子、22……4K素子 23……予冷用冷凍機、24……真空断熱容器 25……管路、26……管路 26a……管路、27……管路 28……逆止弁、29……ニードル弁 30……本体、31……弁体 32……バネ、33……バネ押え 34……ベロー、35……ハンドル

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】ヘリウム冷凍機(A)と圧縮機ユニット
    (B)とからなる極低温冷凍機において、圧縮機ユニッ
    ト(B)の1段圧縮機(1)に吸入弁及び吐出弁のない
    スクロール式を用い、該1段圧縮機(1)の後段には、
    2段圧縮機(2)を接続し、該2段圧縮機は管路(25)
    を介して前記ヘリウム冷凍機(A)の予冷用冷凍機(2
    3)に接続すると共に、管路(25)から分岐して管路(2
    6a)を介し、ヘリウム冷凍機(A)内の1段熱交換機
    (13)と接続し、該1段熱交換機(13)は、予冷用冷凍
    機(23)の1段熱負荷フランジ(11)と、2段熱交換器
    (14)、2段熱負荷フランジ(12)、3段熱交換器(1
    5)及びJT弁(16)と順次接続して4Kパネル(18)を冷
    却し、前記予冷用冷凍機(23)は管路(26)を介して圧
    縮機ユニット(B)の1段圧縮機(1)と、2段圧縮機
    (2)との間に接続し、前記1段熱交換器(13)は管路
    (27)を介して1段圧縮機(1)の前段に接続し、前記
    2段圧縮機(2)の後段は圧縮機ユニット(B)内部で
    分岐して逆止弁(5)、1次圧力調整器(6)、2次圧
    力調整器(8)及び逆止弁付微差圧調整器(9)と順次
    接続した後、1段圧縮機(1)の前段に接続したことを
    特徴とする極低温冷凍装置。
JP2180888U 1988-02-23 1988-02-23 極低温冷凍装置 Expired - Lifetime JPH079000Y2 (ja)

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JPH01125971U JPH01125971U (ja) 1989-08-28
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