JPH11125474A - 極低温冷凍システム - Google Patents
極低温冷凍システムInfo
- Publication number
- JPH11125474A JPH11125474A JP29070897A JP29070897A JPH11125474A JP H11125474 A JPH11125474 A JP H11125474A JP 29070897 A JP29070897 A JP 29070897A JP 29070897 A JP29070897 A JP 29070897A JP H11125474 A JPH11125474 A JP H11125474A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cryogenic
- helium
- gas
- cold
- refrigeration system
- 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.)
- Pending
Links
Abstract
(57)【要約】
【課題】従来のヘリウム冷凍システムの構成では、極低
温部からの寒冷過多の状態に陥る場合、コールドボック
ス内部機器温度が異常降下し、過大な熱応力の発生、Ｇ
Ｎラインへの液体空気の巻き込み等の問題が生じる。ま
た、定常運転においても、温度低下による頻繁なタービ
ントリップは装置の連続運用を阻害する問題がある。 【解決手段】タービンがトリップし、また、中圧ヘリウ
ムのコールドボックス入口弁が遮断された状態でもガス
が供給可能な様に、中圧タンクから直接、低圧戻りライ
ンへ常温ガスを各部温度を情報により合流させ、コール
ドボックス内部機器の異常な温度低下を防止する。 【効果】いかなる状態でも、中圧タンク内に有効な圧力
が有る限り、コールドボックス内部機器の温度の異常低
下を防ぎ、過大な負荷変動や、内部機器破損防止の効果
がある。
温部からの寒冷過多の状態に陥る場合、コールドボック
ス内部機器温度が異常降下し、過大な熱応力の発生、Ｇ
Ｎラインへの液体空気の巻き込み等の問題が生じる。ま
た、定常運転においても、温度低下による頻繁なタービ
ントリップは装置の連続運用を阻害する問題がある。 【解決手段】タービンがトリップし、また、中圧ヘリウ
ムのコールドボックス入口弁が遮断された状態でもガス
が供給可能な様に、中圧タンクから直接、低圧戻りライ
ンへ常温ガスを各部温度を情報により合流させ、コール
ドボックス内部機器の異常な温度低下を防止する。 【効果】いかなる状態でも、中圧タンク内に有効な圧力
が有る限り、コールドボックス内部機器の温度の異常低
下を防ぎ、過大な負荷変動や、内部機器破損防止の効果
がある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、極低温（ヘリウ
ム）冷凍システムに係わり、特に極低温に保持される被
冷却体部分の寒冷容量の多い液化冷凍装置に好適な極低
温冷凍システムに関する。
ム）冷凍システムに係わり、特に極低温に保持される被
冷却体部分の寒冷容量の多い液化冷凍装置に好適な極低
温冷凍システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】極低冷凍システムにおいて、定常状態で
は、被冷却体からの寒冷戻りガスが何らかの負荷変動
（例：クエンチ）で急激に増大した場合、コールドボッ
クス内部の各熱交換器は急激に温度低下を起こす。この
状態でのコールドボックス内部機器の保護として、膨張
タービンの停止、液体窒素供給量減少・停止が設けられ
ている。なお、極低冷凍システムの基本的構成は例えば
特開昭６３−３２２５８号公報に記載されている。
は、被冷却体からの寒冷戻りガスが何らかの負荷変動
（例：クエンチ）で急激に増大した場合、コールドボッ
クス内部の各熱交換器は急激に温度低下を起こす。この
状態でのコールドボックス内部機器の保護として、膨張
タービンの停止、液体窒素供給量減少・停止が設けられ
ている。なお、極低冷凍システムの基本的構成は例えば
特開昭６３−３２２５８号公報に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記、従来の冷凍シス
テムにおいて、極低温部分からの極低温ガスが通常の制
御可能範囲を越えて大量の寒冷がコールドボックスの戻
りラインに戻って来た場合、タービン温度降下を招き、
タービンが停止される。この状況で、戻り寒冷が更に過
多の場合、コールドボックス内部の熱交換器の低圧戻り
ラインの温度が降下し、特に、液体窒素熱交換器（ＨＸ
−８１，８２）では多大な温度差による熱応力が発生
し、最悪内部リークが発生する可能性がある。特に、極
低温部に超臨界ヘリウムや液化したヘリウムを多量に保
有しているシステムにおいてはしばしば問題となってい
る。
テムにおいて、極低温部分からの極低温ガスが通常の制
御可能範囲を越えて大量の寒冷がコールドボックスの戻
りラインに戻って来た場合、タービン温度降下を招き、
タービンが停止される。この状況で、戻り寒冷が更に過
多の場合、コールドボックス内部の熱交換器の低圧戻り
ラインの温度が降下し、特に、液体窒素熱交換器（ＨＸ
−８１，８２）では多大な温度差による熱応力が発生
し、最悪内部リークが発生する可能性がある。特に、極
低温部に超臨界ヘリウムや液化したヘリウムを多量に保
有しているシステムにおいてはしばしば問題となってい
る。
【０００４】また、戻り寒冷過多の状況下では、液体窒
素熱交換器（ＨＸ−８１，８２）の液体窒素ラインの供
給弁がＴＩＣ制御により、全閉の状態となる。この液体
窒素ラインの常温側は通常大気開放であり、熱交換器部
分が６０Ｋ程度に異常冷却された状態では、液体窒素ラ
インの常温側から、大気を吸込み、熱交換器内部で液化
更には固化に至り、内部閉塞状態となりやすい。
素熱交換器（ＨＸ−８１，８２）の液体窒素ラインの供
給弁がＴＩＣ制御により、全閉の状態となる。この液体
窒素ラインの常温側は通常大気開放であり、熱交換器部
分が６０Ｋ程度に異常冷却された状態では、液体窒素ラ
インの常温側から、大気を吸込み、熱交換器内部で液化
更には固化に至り、内部閉塞状態となりやすい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、低圧戻りラインの温度異常降下を関知したら、低圧
戻りラインに対して中圧タンクから常温のガスを徐々に
混合し、コールドボックス内部の熱交換器類の異常な温
度降下を防ぐと共に、低圧ラインの背圧上昇により、寒
冷ガス戻り量を抑制する。
に、低圧戻りラインの温度異常降下を関知したら、低圧
戻りラインに対して中圧タンクから常温のガスを徐々に
混合し、コールドボックス内部の熱交換器類の異常な温
度降下を防ぐと共に、低圧ラインの背圧上昇により、寒
冷ガス戻り量を抑制する。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例形態を図１
により説明する。全体としては、ヘリウムガスを極低温
まで冷却するためのコールドボックス４および被冷却体
が納まった容器５、中圧タンク１２および中圧タンクか
らコールドボックス低圧戻りラインへ常温ガスを供給す
るライン等から成る。
により説明する。全体としては、ヘリウムガスを極低温
まで冷却するためのコールドボックス４および被冷却体
が納まった容器５、中圧タンク１２および中圧タンクか
らコールドボックス低圧戻りラインへ常温ガスを供給す
るライン等から成る。
【０００７】コールドボックスは、液体窒素で約８０Ｋ
まで冷却する上部熱交換器部（ＨＸ−８１．８２）と寒
冷発生のためのタービン回路や更にガスを冷却する熱交
換器（ＨＸ−８３，８４，８５，８６）とから構成さ
れ、更に極低温ヘリウムを被冷却体側に供給、循環させ
るために、往復のトランスファーチューブ６で被冷却体
容器と連結されている。
まで冷却する上部熱交換器部（ＨＸ−８１．８２）と寒
冷発生のためのタービン回路や更にガスを冷却する熱交
換器（ＨＸ−８３，８４，８５，８６）とから構成さ
れ、更に極低温ヘリウムを被冷却体側に供給、循環させ
るために、往復のトランスファーチューブ６で被冷却体
容器と連結されている。
【０００８】ヘリウム圧縮機１で圧縮されたヘリウムガ
スは中圧ヘリウムガスとしてコールドボックス４へ導か
れる。コールドボックス４内部で中圧ヘリウムガスは、
上部熱交換器ＨＸ８１，８２で極低温部分からの戻りガ
スおよび液体窒素の寒冷と熱交換し、約８０Ｋまで冷却
され、さらに熱交換器ＨＸ−８３で４０Ｋ以下に冷却さ
れた後、一部の中圧ガスは寒冷発生源である第１、第２
膨張タービン２，３側へ抽気され、膨張し、戻りガスラ
イン９へ合流する。残りの中圧ヘリウムガスは更に熱交
換器ＨＸ８４〜８７により、約５Ｋレベルまで温度降下
後、ＪＴ弁７で膨張・液化し、気液混相の極低温ヘリウ
ムとして被冷却体容器５側へ送られる。この容器内で超
電導マグネット等の被冷却体を極低温に保持するため、
容器内には、多量の極低温液化ヘリウム等の冷媒が存在
する。
スは中圧ヘリウムガスとしてコールドボックス４へ導か
れる。コールドボックス４内部で中圧ヘリウムガスは、
上部熱交換器ＨＸ８１，８２で極低温部分からの戻りガ
スおよび液体窒素の寒冷と熱交換し、約８０Ｋまで冷却
され、さらに熱交換器ＨＸ−８３で４０Ｋ以下に冷却さ
れた後、一部の中圧ガスは寒冷発生源である第１、第２
膨張タービン２，３側へ抽気され、膨張し、戻りガスラ
イン９へ合流する。残りの中圧ヘリウムガスは更に熱交
換器ＨＸ８４〜８７により、約５Ｋレベルまで温度降下
後、ＪＴ弁７で膨張・液化し、気液混相の極低温ヘリウ
ムとして被冷却体容器５側へ送られる。この容器内で超
電導マグネット等の被冷却体を極低温に保持するため、
容器内には、多量の極低温液化ヘリウム等の冷媒が存在
する。
【０００９】系内の余剰ガスを常温でバッファとして蓄
える中圧ヘリウムタンクから、コールドボックスの低圧
ラインの各点（図１では、熱交換器ＨＸ８１，８２冷端
側Ｃ、熱交換器ＨＸ−８３冷端側Ｂ、熱交換器ＨＸ−８
６冷端側Ａ）に対して直接的に常温ガスが注入可能なラ
イン１５および調節弁Ａ，Ｂ，Ｃが設けられている。極
低温部からの過剰な寒冷が逆戻りするコールドボックス
の低圧ラインに設けられた各温度計からの情報により、
緊急加温の必要が生じた場合には、それぞれの供給弁を
順次自動的に開けることにより、コールドボックス内部
熱交換器の異常温度降下を防止する。
える中圧ヘリウムタンクから、コールドボックスの低圧
ラインの各点（図１では、熱交換器ＨＸ８１，８２冷端
側Ｃ、熱交換器ＨＸ−８３冷端側Ｂ、熱交換器ＨＸ−８
６冷端側Ａ）に対して直接的に常温ガスが注入可能なラ
イン１５および調節弁Ａ，Ｂ，Ｃが設けられている。極
低温部からの過剰な寒冷が逆戻りするコールドボックス
の低圧ラインに設けられた各温度計からの情報により、
緊急加温の必要が生じた場合には、それぞれの供給弁を
順次自動的に開けることにより、コールドボックス内部
熱交換器の異常温度降下を防止する。
【００１０】例えば、図１において、低圧戻りラインの
寒冷過多状態の度合を概略、小、中、大の３段階に大別
した場合、小：弁Ａの微開から寸開、中：弁Ａの動作に
加えて弁Ｂの微開から寸開、大：弁Ａ，Ｂの動作に加え
て弁Ｃの微開から寸開、を行なう制御を組む。また、装
置の全加温時に、誤って多量の寒冷が極低温部から戻っ
て来た状況においても動作する制御とする。
寒冷過多状態の度合を概略、小、中、大の３段階に大別
した場合、小：弁Ａの微開から寸開、中：弁Ａの動作に
加えて弁Ｂの微開から寸開、大：弁Ａ，Ｂの動作に加え
て弁Ｃの微開から寸開、を行なう制御を組む。また、装
置の全加温時に、誤って多量の寒冷が極低温部から戻っ
て来た状況においても動作する制御とする。
【００１１】
【発明の効果】上記実施形態例により、寒冷戻り量の異
常上昇時において、適切に中圧ヘリウムタンク内の常温
ガスを合流させることにより、内部機器類に有害な熱応
力過多の状態や、ＬＮ２ラインへの液体空気侵入を防
ぎ、装置を健全に保つ効果がある。
常上昇時において、適切に中圧ヘリウムタンク内の常温
ガスを合流させることにより、内部機器類に有害な熱応
力過多の状態や、ＬＮ２ラインへの液体空気侵入を防
ぎ、装置を健全に保つ効果がある。
【００１２】また、定常運転における、極低温の戻りガ
ス量が急に増大した場合でも、従来に対し、タービンの
トリップを回避もしくは遅らせることが可能であり、シ
ステムの連続運転性能を向上させる効果がある。
ス量が急に増大した場合でも、従来に対し、タービンの
トリップを回避もしくは遅らせることが可能であり、シ
ステムの連続運転性能を向上させる効果がある。
【図１】本発明による極低温冷凍システムの一実施例を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
１…．ヘリウム圧縮機、２…第１膨張タービン、３…第
２膨張タービン、４…コールドボックス、５…被冷却体
容器、６…トランスファーチューブ、７…ＪＴ弁、８…
中圧ヘリウムライン、９…低圧戻りヘリウムライン、１
０…回収ライン、１１…ヘリウム加温器、１２…ヘリウ
ム中圧タンク、１３…第１タービンクーラ、１４…第２
タービンクーラ、１５…緊急加温ライン。
２膨張タービン、４…コールドボックス、５…被冷却体
容器、６…トランスファーチューブ、７…ＪＴ弁、８…
中圧ヘリウムライン、９…低圧戻りヘリウムライン、１
０…回収ライン、１１…ヘリウム加温器、１２…ヘリウ
ム中圧タンク、１３…第１タービンクーラ、１４…第２
タービンクーラ、１５…緊急加温ライン。
Claims (4)
- 【請求項１】常温でヘリウムガスを圧縮するヘリウム圧
縮機と、数分割された熱交換器および寒冷発生のための
膨張タービンを備えたコールドボックスとからなり、上
記コールドボックスで発生させた極低温ヘリウムを循環
させて超電導マグネット等の被冷却体を冷凍する極低温
ヘリウム冷凍システムにおいて、極低温部分からの戻り
寒冷量の異常増大による内部機器過冷却時に内部機器の
ダメージ防止のため、常温ガスを直接コールドボックス
の低圧戻りラインに供給可能なラインを有することを特
徴とした極低温冷凍システム。 - 【請求項２】装置の定常運転時に、極低温部からの寒冷
過多状態に陥っても、膨張タービンのトリップ回避のた
め、コールドボックス低圧戻りラインに適切な常温ヘリ
ウムガス供給の制御機能を有する請求項１に記載の極低
温冷凍システム。 - 【請求項３】装置が極低温部極低冷凍システムからの寒
冷過多により、コールドボックス内部機器の異常温度低
下から、液体窒素供給弁が全閉となった場合でも、熱交
換器内部への液体空気の巻き込み防止するために、中圧
タンクからの常温ガスを低温部に合流させる構造と制御
機能を有する請求項１に記載の極低温冷凍システム。 - 【請求項４】常温でヘリウムガスを圧縮するヘリウム圧
縮機と、数分割された熱交換器および寒冷発生のための
膨張タービンを備え、圧縮されたヘリウムガスを冷凍し
て極低温ヘリウムを発生するコールドボックスと、この
コールドボックスで発生させた極低温ヘリウムにより冷
凍される超電導マグネット等の被冷却体と、冷凍に使用
された後の極低温ヘリウムを上記コールドボックスを通
過させて上記ヘリウム圧縮機に循環させる戻りラインと
からなる極低温ヘリウム冷凍システムにおいて、極低温
部分からの戻り寒冷量の増加を検知する検知手段と、増
加量が予め設定した所定量を超えたときに常温ガスを直
接上記コールドボックスの戻りラインの低圧部分に供給
する供給手段とを設けたことを特徴とする極低温冷凍シ
ステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29070897A JPH11125474A (ja) | 1997-10-23 | 1997-10-23 | 極低温冷凍システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29070897A JPH11125474A (ja) | 1997-10-23 | 1997-10-23 | 極低温冷凍システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11125474A true JPH11125474A (ja) | 1999-05-11 |
Family
ID=17759498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29070897A Pending JPH11125474A (ja) | 1997-10-23 | 1997-10-23 | 極低温冷凍システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11125474A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130291585A1 (en) * | 2011-01-19 | 2013-11-07 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Installation and Method for Producing Liquid Helium |
| JP2015227775A (ja) * | 2010-05-12 | 2015-12-17 | ブルックス オートメーション インコーポレイテッド | 極低温冷却のためのシステム |
| CN107905992A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-04-13 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种超低温冷压缩机性能试验系统 |
-
1997
- 1997-10-23 JP JP29070897A patent/JPH11125474A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015227775A (ja) * | 2010-05-12 | 2015-12-17 | ブルックス オートメーション インコーポレイテッド | 極低温冷却のためのシステム |
| KR20170015568A (ko) * | 2010-05-12 | 2017-02-08 | 브룩스 오토메이션, 인크. | 극저온 냉각용 시스템 및 방법 |
| US10156386B2 (en) | 2010-05-12 | 2018-12-18 | Brooks Automation, Inc. | System and method for cryogenic cooling |
| US20130291585A1 (en) * | 2011-01-19 | 2013-11-07 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Installation and Method for Producing Liquid Helium |
| US9657986B2 (en) * | 2011-01-19 | 2017-05-23 | L'Air Liquide Société Anonyme Pour L'Étude Et L'Exploitation Des Procedes Georges Claude | Installation and method for producing liquid helium |
| CN107905992A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-04-13 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种超低温冷压缩机性能试验系统 |
| CN107905992B (zh) * | 2017-11-21 | 2024-03-19 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种超低温冷压缩机性能试验系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101161339B1 (ko) | 극저온 냉동 장치와 그 제어 방법 | |
| JP2006170606A (ja) | バックアップ低温貯蔵装置を有する極低温冷却システム及び方法 | |
| JP2003125555A5 (ja) | ||
| RU2002118598A (ru) | Криогенная холодильная рефрижераторная установка и способ, включающие краткосрочное охлаждение в открытом цикле для сверхпроводящей обмотки возбуждения | |
| KR101368722B1 (ko) | 고온 초전도 기기의 냉각 장치 및 그 운전 방법 | |
| JPH11125474A (ja) | 極低温冷凍システム | |
| AU2020324281A1 (en) | Cooling and/or liquefying system and method | |
| US7162877B2 (en) | Pulse tube refrigerator | |
| JP2011141074A (ja) | 極低温冷凍機 | |
| JP2841955B2 (ja) | 超臨界ヘリウム冷却装置およびその運転方法 | |
| JPH09113052A (ja) | 冷凍装置 | |
| JP2945806B2 (ja) | 液化冷凍装置に設けられる冷凍負荷の予冷装置 | |
| JP2574815B2 (ja) | 極低温液化冷凍装置 | |
| JPH07104059B2 (ja) | 二元冷凍装置 | |
| JP3113992B2 (ja) | ヘリウム液化冷凍装置 | |
| JP2512041B2 (ja) | 極低温冷凍装置の運転制御方法 | |
| JPH06101918A (ja) | 極低温冷凍機 | |
| JP2010060257A (ja) | 熱源システムおよびその制御方法 | |
| JPH0289963A (ja) | 極低温冷凍機 | |
| Ganni et al. | Operational Modes and Control Philosophy of the SSCL Magnet Test Lab (MTL) Cryogenic System | |
| JP3496326B2 (ja) | ヘリウム液化冷凍装置 | |
| JP5087028B2 (ja) | 極低温冷却装置 | |
| JP2006105533A (ja) | 超電導コイルの冷却装置 | |
| JPH0498052A (ja) | 極低温冷却装置 | |
| JPH02275260A (ja) | 極低温冷却装置 |