JPH11257770A - 液体窒素再凝縮装置 - Google Patents
液体窒素再凝縮装置Info
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- JPH11257770A JPH11257770A JP8055998A JP8055998A JPH11257770A JP H11257770 A JPH11257770 A JP H11257770A JP 8055998 A JP8055998 A JP 8055998A JP 8055998 A JP8055998 A JP 8055998A JP H11257770 A JPH11257770 A JP H11257770A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General 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
- F25B2400/17—Re-condensers
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 蒸発窒素ガスＧの再凝縮を低コストで行
うことができ、冷凍機３１の真空容器１２における真空
度を長期間にわたって維持可能として、冷凍機３１つま
り再凝縮器３２の機能を適正に、かつ長期間維持可能と
した液体窒素再凝縮装置３０を提供すること。 【解決手段】 窒素ガスＧの再凝縮温度は７７Ｋ付近
で、真空維持のための真空吸着作用は２０Ｋ付近で可能
なことに着目し、第１段冷却ステージ３４および第２段
冷却ステージ３５を有する冷凍機３１と、第１段冷却ス
テージ３４および第２段冷却ステージ３５を収容する真
空容器１２と、第１段冷却ステージ３４に熱接触させ窒
素ガスＧを再凝縮可能な再凝縮器３２と、再凝縮器３２
に窒素ガスＧを案内する断熱移送管１６と、第２段冷却
ステージ３５に熱接触させ真空容器１２の内部に臨ませ
た真空吸着器３３と、を有することを特徴とする。
うことができ、冷凍機３１の真空容器１２における真空
度を長期間にわたって維持可能として、冷凍機３１つま
り再凝縮器３２の機能を適正に、かつ長期間維持可能と
した液体窒素再凝縮装置３０を提供すること。 【解決手段】 窒素ガスＧの再凝縮温度は７７Ｋ付近
で、真空維持のための真空吸着作用は２０Ｋ付近で可能
なことに着目し、第１段冷却ステージ３４および第２段
冷却ステージ３５を有する冷凍機３１と、第１段冷却ス
テージ３４および第２段冷却ステージ３５を収容する真
空容器１２と、第１段冷却ステージ３４に熱接触させ窒
素ガスＧを再凝縮可能な再凝縮器３２と、再凝縮器３２
に窒素ガスＧを案内する断熱移送管１６と、第２段冷却
ステージ３５に熱接触させ真空容器１２の内部に臨ませ
た真空吸着器３３と、を有することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は液体窒素再凝縮装置
にかかるもので、とくに超電導磁石装置その他極低温を
用いる極低温装置の熱輻射シールドなどとして用いられ
る液体窒素の液体窒素再凝縮装置に関するものである。
にかかるもので、とくに超電導磁石装置その他極低温を
用いる極低温装置の熱輻射シールドなどとして用いられ
る液体窒素の液体窒素再凝縮装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、ＳＱＵＩＤ装置（超電導量子
干渉デバイス）やＳＣＭ装置（超電導磁石装置）などの
液体ヘリウムの温度レベルの装置などには、装置の冷却
用としてたとえば液体ヘリウムを用い、この液体ヘリウ
ムへの熱輻射を遮断するために液体窒素が用いられてい
る。図３にもとづき概説する。図３は、超電導磁石装置
１およびその液体窒素再凝縮装置２を示す断面図であっ
て、超電導磁石装置１は、超電導コイル３と、この超電
導コイル３を浸責している液体ヘリウム容器４と、液体
窒素容器５と、真空容器６と、を有する。液体ヘリウム
容器４と液体窒素容器５との間に内側真空断熱空間７を
形成するとともに、液体窒素容器５と真空容器６との間
に外側真空断熱空間８を形成してある。
干渉デバイス）やＳＣＭ装置（超電導磁石装置）などの
液体ヘリウムの温度レベルの装置などには、装置の冷却
用としてたとえば液体ヘリウムを用い、この液体ヘリウ
ムへの熱輻射を遮断するために液体窒素が用いられてい
る。図３にもとづき概説する。図３は、超電導磁石装置
１およびその液体窒素再凝縮装置２を示す断面図であっ
て、超電導磁石装置１は、超電導コイル３と、この超電
導コイル３を浸責している液体ヘリウム容器４と、液体
窒素容器５と、真空容器６と、を有する。液体ヘリウム
容器４と液体窒素容器５との間に内側真空断熱空間７を
形成するとともに、液体窒素容器５と真空容器６との間
に外側真空断熱空間８を形成してある。
【０００３】液体ヘリウム容器４内の液体ヘリウムＨが
超電導コイル３を冷却し、液体窒素容器５内の液体窒素
Ｎが液体ヘリウム容器４の熱輻射シールドとして機能す
る。すなわち液体窒素Ｎは、液体ヘリウムＨの温度部分
（液体ヘリウム容器４）への輻射による熱侵入を低減さ
せるもので、通常は、液体ヘリウム容器４を取り囲む形
で液体窒素容器５を配置してある。
超電導コイル３を冷却し、液体窒素容器５内の液体窒素
Ｎが液体ヘリウム容器４の熱輻射シールドとして機能す
る。すなわち液体窒素Ｎは、液体ヘリウムＨの温度部分
（液体ヘリウム容器４）への輻射による熱侵入を低減さ
せるもので、通常は、液体ヘリウム容器４を取り囲む形
で液体窒素容器５を配置してある。
【０００４】真空容器６には、安全弁を内蔵した窒素ガ
ス出口ポート９を設け、熱侵入にともなう液体窒素Ｎの
蒸発による内部圧力の上昇を抑え、液体窒素容器５内を
所定圧力に維持可能としてある。
ス出口ポート９を設け、熱侵入にともなう液体窒素Ｎの
蒸発による内部圧力の上昇を抑え、液体窒素容器５内を
所定圧力に維持可能としてある。
【０００５】液体窒素再凝縮装置２は、液体窒素の温度
レベルに冷却可能な一段式の冷凍機（たとえばＧＭ冷凍
機）１０と、ＧＭ冷凍機１０の冷却ステージ１１を真空
に保持する真空容器１２と、再凝縮器１３と、を有す
る。
レベルに冷却可能な一段式の冷凍機（たとえばＧＭ冷凍
機）１０と、ＧＭ冷凍機１０の冷却ステージ１１を真空
に保持する真空容器１２と、再凝縮器１３と、を有す
る。
【０００６】真空容器１２は、金属あるいはプラスチッ
クその他任意の材料からこれを構成する。真空容器１２
の内部を真空断熱空間１４とし、真空封止弁１５を設け
て排気ポンプ（図示せず）との分離を可能としている。
クその他任意の材料からこれを構成する。真空容器１２
の内部を真空断熱空間１４とし、真空封止弁１５を設け
て排気ポンプ（図示せず）との分離を可能としている。
【０００７】再凝縮機１３は、冷却ステージ１１に熱接
触することにより所定の低温レベルにこれを冷却可能と
してあり、液体窒素容器５内に開口した断熱移送管１６
を介して、液体窒素容器５からの蒸発した窒素ガスＧを
再凝縮器１３内に案内し、これを再凝縮して液体窒素容
器５に再循環可能としてある。
触することにより所定の低温レベルにこれを冷却可能と
してあり、液体窒素容器５内に開口した断熱移送管１６
を介して、液体窒素容器５からの蒸発した窒素ガスＧを
再凝縮器１３内に案内し、これを再凝縮して液体窒素容
器５に再循環可能としてある。
【０００８】断熱移送管１６は、これを真空断熱した細
い二重管構造としてある。超電導コイル３の軸線は水平
方向にあり、断熱移送管１６は垂直方向にあって、液化
した液体窒素Ｎはその自重により液体窒素容器５に戻
る。なお断熱移送管１６には、液体窒素注入ポート１７
を設けてある。
い二重管構造としてある。超電導コイル３の軸線は水平
方向にあり、断熱移送管１６は垂直方向にあって、液化
した液体窒素Ｎはその自重により液体窒素容器５に戻
る。なお断熱移送管１６には、液体窒素注入ポート１７
を設けてある。
【０００９】こうした構成の超電導磁石装置１および液
体窒素再凝縮装置２において、液体窒素容器５における
液体窒素Ｎの熱輻射シールド機能により、液体窒素Ｎは
外部からの熱により蒸発し、液体窒素再凝縮装置２を装
備していない場合には消耗するので、定期的にこれを補
給する必要がある。超電導磁石装置１の断熱性能にもよ
るが、小型装置では通常週２〜３回の間隔で頻繁に、し
かも人手による補給が必要であるため、省力化対策とし
てＧＭ冷凍機１０を用いた液体窒素再凝縮装置２が適用
されるようになっている。なお、省力化を目的とした液
体窒素Ｎの自動補給装置（図示せず）も市販されている
が、この場合でも液体窒素Ｎを購入したり、配管の接続
などの作業が残されているため、完全な省力化の形態と
はなっていない。ここで液体窒素再凝縮装置２において
は、再凝縮器１３により窒素ガスＧを液体窒素Ｎとする
ので、外部からの窒素ガスＧの供給などは不要であり、
蒸発および再凝縮がバランスした状態を維持することに
より、完全に省力化した長期間の超電導磁石装置１の運
用が可能となる。
体窒素再凝縮装置２において、液体窒素容器５における
液体窒素Ｎの熱輻射シールド機能により、液体窒素Ｎは
外部からの熱により蒸発し、液体窒素再凝縮装置２を装
備していない場合には消耗するので、定期的にこれを補
給する必要がある。超電導磁石装置１の断熱性能にもよ
るが、小型装置では通常週２〜３回の間隔で頻繁に、し
かも人手による補給が必要であるため、省力化対策とし
てＧＭ冷凍機１０を用いた液体窒素再凝縮装置２が適用
されるようになっている。なお、省力化を目的とした液
体窒素Ｎの自動補給装置（図示せず）も市販されている
が、この場合でも液体窒素Ｎを購入したり、配管の接続
などの作業が残されているため、完全な省力化の形態と
はなっていない。ここで液体窒素再凝縮装置２において
は、再凝縮器１３により窒素ガスＧを液体窒素Ｎとする
ので、外部からの窒素ガスＧの供給などは不要であり、
蒸発および再凝縮がバランスした状態を維持することに
より、完全に省力化した長期間の超電導磁石装置１の運
用が可能となる。
【００１０】しかしながら、液体窒素再凝縮装置２にお
いて実際には、真空封止弁１５から真空吸引したのちの
封じ切りの状態で真空容器１２の真空を長期間維持する
ことが必要で、この真空維持方法としては、冷凍機１
１、真空容器１２および再凝縮器１３などの材料表面か
らの放出ガスを低減するためにそれぞれの材料選択や表
面処理が行われ、さらに初期状態における十分なベーキ
ング処理などが行われるが、コスト高になる上、製作に
要する時間的な問題が残る。すなわち、ＧＭ冷凍機１０
としては、一段式のＧＭサイクル冷凍機やサイクル冷凍
機などの蓄冷式冷凍機を使用することができるが、この
ＧＭ冷凍機１０の断熱は通常、断熱真空法が用いられお
り、この断熱真空空間１４は、構成材料の表面からの放
出ガスなどの影響により急速に劣化するという問題があ
り、この断熱真空を長期間健全に維持することが重要と
なっている。したがって、液体窒素再凝縮装置２におけ
る真空容器１２の真空維持のための適正かつ簡便な装置
が要請されている。
いて実際には、真空封止弁１５から真空吸引したのちの
封じ切りの状態で真空容器１２の真空を長期間維持する
ことが必要で、この真空維持方法としては、冷凍機１
１、真空容器１２および再凝縮器１３などの材料表面か
らの放出ガスを低減するためにそれぞれの材料選択や表
面処理が行われ、さらに初期状態における十分なベーキ
ング処理などが行われるが、コスト高になる上、製作に
要する時間的な問題が残る。すなわち、ＧＭ冷凍機１０
としては、一段式のＧＭサイクル冷凍機やサイクル冷凍
機などの蓄冷式冷凍機を使用することができるが、この
ＧＭ冷凍機１０の断熱は通常、断熱真空法が用いられお
り、この断熱真空空間１４は、構成材料の表面からの放
出ガスなどの影響により急速に劣化するという問題があ
り、この断熱真空を長期間健全に維持することが重要と
なっている。したがって、液体窒素再凝縮装置２におけ
る真空容器１２の真空維持のための適正かつ簡便な装置
が要請されている。
【００１１】図４は、放出ガスを吸着して真空容器１２
内の真空度を維持するための構造を備えた液体窒素再凝
縮装置２０の断面図であって、液体窒素再凝縮装置２０
においては、真空容器１２内の再凝縮器１３に加えて、
この再凝縮器１３すなわち冷却ステージ１１に活性炭
（深冷活性炭）２１を熱接触させることにより、真空断
熱空間１４内の放出ガスを吸着可能とするとともに、モ
レキュラーシーブなどを内蔵したゲッターポンプ２２を
設けて金属原子なども吸着可能としている。
内の真空度を維持するための構造を備えた液体窒素再凝
縮装置２０の断面図であって、液体窒素再凝縮装置２０
においては、真空容器１２内の再凝縮器１３に加えて、
この再凝縮器１３すなわち冷却ステージ１１に活性炭
（深冷活性炭）２１を熱接触させることにより、真空断
熱空間１４内の放出ガスを吸着可能とするとともに、モ
レキュラーシーブなどを内蔵したゲッターポンプ２２を
設けて金属原子なども吸着可能としている。
【００１２】こうした構成の液体窒素再凝縮装置２０に
よって、真空容器１２の真空断熱空間１４内に残留する
空気および各種の放出ガスを活性炭２１に吸着排気させ
ようとするものである。一般に、液体ヘリウムや液体水
素の温度レベル（４Ｋ付近）の低温装置においては、低
温容器の壁面によるクライオポンプ（低温ポンプ）効果
により断熱真空の維持は比較的容易であるが、再凝縮器
１３の温度レベルである液体窒素の温度レベル（７７Ｋ
付近）では、真空容器１２内の残留気体の主成分である
空気（窒素ガス、酸素ガス、炭酸ガスなど）の蒸気圧が
高いために断熱効果が不十分であり、封じ切り状態で高
真空度を維持することは一般に困難である。さらに、金
属表面から放出する水素、あるいは不活性気体であるヘ
リウムおよびネオンなどは排気することができず、真空
容器１２における長時間の高真空度を維持することが困
難であるという問題がある。したがって、通常はターボ
分子ポンプなどの排気装置（図示せず）を併用すること
で対処可能ではあるが、これらの構成を液体窒素再凝縮
装置２、２０に付加することはコスト的な問題と同様
に、運用および管理面で不利であるという問題がある。
よって、真空容器１２の真空断熱空間１４内に残留する
空気および各種の放出ガスを活性炭２１に吸着排気させ
ようとするものである。一般に、液体ヘリウムや液体水
素の温度レベル（４Ｋ付近）の低温装置においては、低
温容器の壁面によるクライオポンプ（低温ポンプ）効果
により断熱真空の維持は比較的容易であるが、再凝縮器
１３の温度レベルである液体窒素の温度レベル（７７Ｋ
付近）では、真空容器１２内の残留気体の主成分である
空気（窒素ガス、酸素ガス、炭酸ガスなど）の蒸気圧が
高いために断熱効果が不十分であり、封じ切り状態で高
真空度を維持することは一般に困難である。さらに、金
属表面から放出する水素、あるいは不活性気体であるヘ
リウムおよびネオンなどは排気することができず、真空
容器１２における長時間の高真空度を維持することが困
難であるという問題がある。したがって、通常はターボ
分子ポンプなどの排気装置（図示せず）を併用すること
で対処可能ではあるが、これらの構成を液体窒素再凝縮
装置２、２０に付加することはコスト的な問題と同様
に、運用および管理面で不利であるという問題がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、たとえば、熱輻射シ
ールド用として、その他の冷却用として用いる液体窒素
容器からの蒸発窒素ガスの再凝縮を低コストで行うこと
ができる液体窒素再凝縮装置を提供することを課題とす
る。
諸問題にかんがみなされたもので、たとえば、熱輻射シ
ールド用として、その他の冷却用として用いる液体窒素
容器からの蒸発窒素ガスの再凝縮を低コストで行うこと
ができる液体窒素再凝縮装置を提供することを課題とす
る。
【００１４】また本発明は、冷凍機の真空容器における
真空度を長期間にわたって維持可能として、冷凍機つま
り再凝縮器の機能を適正に、かつ長期間維持可能とした
液体窒素再凝縮装置を提供することを課題とする。
真空度を長期間にわたって維持可能として、冷凍機つま
り再凝縮器の機能を適正に、かつ長期間維持可能とした
液体窒素再凝縮装置を提供することを課題とする。
【００１５】また本発明は、窒素ガスの再凝縮と、真空
容器内の真空保持とを冷凍機の使い分けにより可能とし
た液体窒素再凝縮装置を提供することを課題とする。
容器内の真空保持とを冷凍機の使い分けにより可能とし
た液体窒素再凝縮装置を提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、窒素
ガスの再凝縮温度は７７Ｋ付近であり、真空維持のため
の真空吸着作用は２０Ｋ（もちろんこれ以下の温度でも
かまわない）付近で可能であること、したがって、冷凍
機として二段式の冷凍機を採用してその第１段冷却ステ
ージと第２段冷却ステージとで再凝縮作用および真空維
持作用を、いわば分業させることに着目したもので、液
体窒素からの蒸発窒素ガスを再凝縮して液化する液体窒
素再凝縮装置であって、第１段冷却ステージおよび第２
段冷却ステージを有する冷凍機と、この冷凍機の上記第
１段冷却ステージおよび上記第２段冷却ステージを収容
する真空容器と、上記冷凍機の上記第１段冷却ステージ
に熱接触させるとともに上記窒素ガスを再凝縮可能な再
凝縮器と、この再凝縮器に上記窒素ガスを案内する断熱
移送管と、上記冷凍機の上記第２段冷却ステージに熱接
触させるとともに上記真空容器の内部に臨ませた真空吸
着器と、を有することを特徴とする液体窒素再凝縮装置
である。
ガスの再凝縮温度は７７Ｋ付近であり、真空維持のため
の真空吸着作用は２０Ｋ（もちろんこれ以下の温度でも
かまわない）付近で可能であること、したがって、冷凍
機として二段式の冷凍機を採用してその第１段冷却ステ
ージと第２段冷却ステージとで再凝縮作用および真空維
持作用を、いわば分業させることに着目したもので、液
体窒素からの蒸発窒素ガスを再凝縮して液化する液体窒
素再凝縮装置であって、第１段冷却ステージおよび第２
段冷却ステージを有する冷凍機と、この冷凍機の上記第
１段冷却ステージおよび上記第２段冷却ステージを収容
する真空容器と、上記冷凍機の上記第１段冷却ステージ
に熱接触させるとともに上記窒素ガスを再凝縮可能な再
凝縮器と、この再凝縮器に上記窒素ガスを案内する断熱
移送管と、上記冷凍機の上記第２段冷却ステージに熱接
触させるとともに上記真空容器の内部に臨ませた真空吸
着器と、を有することを特徴とする液体窒素再凝縮装置
である。
【００１７】上記第１段冷却ステージは、液体窒素の温
度レベルに冷却可能であるとともに、上記第２段冷却ス
テージは、液体ヘリウムの温度レベルに冷却可能である
ことができる。
度レベルに冷却可能であるとともに、上記第２段冷却ス
テージは、液体ヘリウムの温度レベルに冷却可能である
ことができる。
【００１８】上記断熱移送管は、上記窒素ガスととも
に、液化した液体窒素を通過させることができる。
に、液化した液体窒素を通過させることができる。
【００１９】上記真空吸着器は、上記再凝縮器によりそ
の周囲を囲み、その一部のみを上記真空容器の内部に臨
ませることができる。
の周囲を囲み、その一部のみを上記真空容器の内部に臨
ませることができる。
【００２０】上記真空吸着器は、上記再凝縮器からはこ
れを隔離して、その全周囲を上記真空容器の内部に臨ま
せることができる。
れを隔離して、その全周囲を上記真空容器の内部に臨ま
せることができる。
【００２１】上記冷凍機としては、窒素ガスの再凝縮温
度レベルおよび真空吸着温度レベルを実現可能な二段式
のものであれば、ＧＭ冷凍機、パルスチューブ冷凍機あ
るいはスターリング冷凍機などの蓄冷式冷凍機、さらに
はその他任意の冷凍機を採用可能である。
度レベルおよび真空吸着温度レベルを実現可能な二段式
のものであれば、ＧＭ冷凍機、パルスチューブ冷凍機あ
るいはスターリング冷凍機などの蓄冷式冷凍機、さらに
はその他任意の冷凍機を採用可能である。
【００２２】本発明による液体窒素再凝縮装置において
は、冷凍機の第１段冷却ステージで窒素ガスの再凝縮作
用を行わせ、第２段冷却ステージはこれをクライオポン
プとして真空吸着作用を行わせるようにしたので、真空
容器の真空断熱空間を封じ切った閉鎖状態であっても、
その真空の維持が容易である。したがって、一台の冷凍
機によりふたつの温度レベルの異なる機能をそれぞれ受
け持つこととすることができるので、構成が単純かつ小
型であり、低コストでありながら、液体窒素無補給状態
での超電導磁石装置その他の低温装置ないし液体窒素再
凝縮装置の長期間の運転を可能とする。
は、冷凍機の第１段冷却ステージで窒素ガスの再凝縮作
用を行わせ、第２段冷却ステージはこれをクライオポン
プとして真空吸着作用を行わせるようにしたので、真空
容器の真空断熱空間を封じ切った閉鎖状態であっても、
その真空の維持が容易である。したがって、一台の冷凍
機によりふたつの温度レベルの異なる機能をそれぞれ受
け持つこととすることができるので、構成が単純かつ小
型であり、低コストでありながら、液体窒素無補給状態
での超電導磁石装置その他の低温装置ないし液体窒素再
凝縮装置の長期間の運転を可能とする。
【００２３】本発明による液体窒素再凝縮装置は、ＳＱ
ＵＩＤ装置やＳＣＭ装置などに装備されている液体窒素
容器内の液体窒素の再凝縮用としてのほか、一般用の液
体窒素容器の蒸発窒素ガスの再凝縮用としも利用可能で
ある。
ＵＩＤ装置やＳＣＭ装置などに装備されている液体窒素
容器内の液体窒素の再凝縮用としてのほか、一般用の液
体窒素容器の蒸発窒素ガスの再凝縮用としも利用可能で
ある。
【００２４】
【発明の実施の形態】つぎに本発明の第１の実施の形態
による液体窒素再凝縮装置３０を図１にもとづき説明す
る。ただし、図３および図４と同様の部分には同一符号
を付し、その詳述はこれを省略する。図１は、液体窒素
再凝縮装置３０の断面図であり、液体窒素再凝縮装置３
０は、二段式のＧＭ冷凍機３１と、前記真空容器１２
と、前記再凝縮器１３に相当する再凝縮器３２と、前記
断熱移送管１６と、真空吸着器３３と、を有する。
による液体窒素再凝縮装置３０を図１にもとづき説明す
る。ただし、図３および図４と同様の部分には同一符号
を付し、その詳述はこれを省略する。図１は、液体窒素
再凝縮装置３０の断面図であり、液体窒素再凝縮装置３
０は、二段式のＧＭ冷凍機３１と、前記真空容器１２
と、前記再凝縮器１３に相当する再凝縮器３２と、前記
断熱移送管１６と、真空吸着器３３と、を有する。
【００２５】ＧＭ冷凍機３１は、第１段冷却ステージ３
４および第２段冷却ステージ３５を有する。第１段冷却
ステージ３４は、液体窒素の温度レベル（７７Ｋ付近）
に冷却可能であり、第２段冷却ステージ３５は、液体ヘ
リウムの温度レベル（４Ｋ付近）から２０Ｋレベルに冷
却可能である。真空容器１２は、第１段冷却ステージ３
４および第２段冷却ステージ３５を収容する前記真空断
熱空間１４を形成している。
４および第２段冷却ステージ３５を有する。第１段冷却
ステージ３４は、液体窒素の温度レベル（７７Ｋ付近）
に冷却可能であり、第２段冷却ステージ３５は、液体ヘ
リウムの温度レベル（４Ｋ付近）から２０Ｋレベルに冷
却可能である。真空容器１２は、第１段冷却ステージ３
４および第２段冷却ステージ３５を収容する前記真空断
熱空間１４を形成している。
【００２６】再凝縮器３２は、第１段冷却ステージ３４
にこれを熱接触させてあるとともに、断熱移送管１６か
らの窒素ガスＧを凝縮し、さらに液体窒素Ｎとして液体
窒素容器５に戻す。
にこれを熱接触させてあるとともに、断熱移送管１６か
らの窒素ガスＧを凝縮し、さらに液体窒素Ｎとして液体
窒素容器５に戻す。
【００２７】真空吸着器３３は、活性炭パネルなどから
これを構成し、第２段冷却ステージ３５に熱接触させる
とともに、真空容器１２の真空断熱空間１４に臨ませて
ある。ただし真空吸着器３３は、第２段冷却ステージ３
５とともに再凝縮器３２によりその周囲を囲み、その一
部のみ（図示の例では図中、下面のみ）を真空容器１２
の真空断熱空間１４に臨ませ、その冷却効果を増強して
ある。
これを構成し、第２段冷却ステージ３５に熱接触させる
とともに、真空容器１２の真空断熱空間１４に臨ませて
ある。ただし真空吸着器３３は、第２段冷却ステージ３
５とともに再凝縮器３２によりその周囲を囲み、その一
部のみ（図示の例では図中、下面のみ）を真空容器１２
の真空断熱空間１４に臨ませ、その冷却効果を増強して
ある。
【００２８】こうした構成の液体窒素再凝縮装置３０に
おいて、ＧＭ冷凍機３１の第１段冷却ステージ３４は、
再凝縮器３２を冷却することにより窒素ガスＧの再凝縮
を行い、液体窒素Ｎとして断熱移送管１６から液体窒素
容器５に戻す。第２段冷却ステージ３５は、真空吸着器
３３を冷却することにより真空断熱空間１４内の残留ガ
スを吸着固化し、その真空度を所定レベルに維持する。
おいて、ＧＭ冷凍機３１の第１段冷却ステージ３４は、
再凝縮器３２を冷却することにより窒素ガスＧの再凝縮
を行い、液体窒素Ｎとして断熱移送管１６から液体窒素
容器５に戻す。第２段冷却ステージ３５は、真空吸着器
３３を冷却することにより真空断熱空間１４内の残留ガ
スを吸着固化し、その真空度を所定レベルに維持する。
【００２９】したがって、第１段冷却ステージ３４が再
凝縮器３２を介して再凝縮機能を、第２段冷却ステージ
３５が真空吸着器３３を介してクライオポンプ機能を、
それぞれ受け持つこととなり、真空容器１２内の真空断
熱空間１４を高真空に長期間保持することができるた
め、真空断熱空間１４を維持するための高価なターボ分
子ポンプなどを装備する必要がなく、液体窒素再凝縮装
置３０として長期間の運転が低コストで可能である。真
空吸着器３３を再生する場合にも、ロータリーポンプ
（図示せず）により排気再生すれば十分である。また、
液体窒素容器５に注入するシールド用冷却寒剤としての
液体窒素Ｎは初期冷却時だけ供給すればすみ、以後は液
体窒素再凝縮装置３０により超電導磁石装置１などの運
転が可能であるため、液体窒素Ｎの補充および購入の頻
度を大幅に減らすことができる。
凝縮器３２を介して再凝縮機能を、第２段冷却ステージ
３５が真空吸着器３３を介してクライオポンプ機能を、
それぞれ受け持つこととなり、真空容器１２内の真空断
熱空間１４を高真空に長期間保持することができるた
め、真空断熱空間１４を維持するための高価なターボ分
子ポンプなどを装備する必要がなく、液体窒素再凝縮装
置３０として長期間の運転が低コストで可能である。真
空吸着器３３を再生する場合にも、ロータリーポンプ
（図示せず）により排気再生すれば十分である。また、
液体窒素容器５に注入するシールド用冷却寒剤としての
液体窒素Ｎは初期冷却時だけ供給すればすみ、以後は液
体窒素再凝縮装置３０により超電導磁石装置１などの運
転が可能であるため、液体窒素Ｎの補充および購入の頻
度を大幅に減らすことができる。
【００３０】本発明による液体窒素再凝縮装置３０にお
いては、開放系の真空吸着を行うものではなく、真空容
器１２の閉鎖された真空系（真空断熱空間１４）の高真
空を維持するだけであるので、二段式のＧＭ冷凍機３１
の冷凍能力を必要最小限に活用可能である。また、第２
段冷却ステージ３５の真空吸着器３３における真空吸着
能力は、その熱負荷を小さくしても、あるいは冷却温度
を４Ｋより高温の２０Ｋレベルまで運転しても十分活用
可能であることから、すなわち、ガスの液化という再凝
縮機能より吸着あるいは固化機能でよいことから、ＧＭ
冷凍機３１の運転条件としてもその圧縮機（図示せず）
の負荷を低減可能であり、運転に必要な動力の低減とと
もにその小型化が可能である。
いては、開放系の真空吸着を行うものではなく、真空容
器１２の閉鎖された真空系（真空断熱空間１４）の高真
空を維持するだけであるので、二段式のＧＭ冷凍機３１
の冷凍能力を必要最小限に活用可能である。また、第２
段冷却ステージ３５の真空吸着器３３における真空吸着
能力は、その熱負荷を小さくしても、あるいは冷却温度
を４Ｋより高温の２０Ｋレベルまで運転しても十分活用
可能であることから、すなわち、ガスの液化という再凝
縮機能より吸着あるいは固化機能でよいことから、ＧＭ
冷凍機３１の運転条件としてもその圧縮機（図示せず）
の負荷を低減可能であり、運転に必要な動力の低減とと
もにその小型化が可能である。
【００３１】図２は、本発明の第２の実施の形態による
液体窒素再凝縮装置４０の断面図であって、この液体窒
素再凝縮装置４０においては、液体窒素再凝縮装置３０
（図１）における再凝縮器３２に相当する再凝縮器４１
をＧＭ冷凍機３１の第１段冷却ステージ３４の周囲に限
定してある。すなわち、第２段冷却ステージ３５および
真空吸着器３３は、再凝縮器４１からはこれを隔離し
て、その全周囲を真空容器１２の内部（真空断熱空間１
４）に臨ませてある。
液体窒素再凝縮装置４０の断面図であって、この液体窒
素再凝縮装置４０においては、液体窒素再凝縮装置３０
（図１）における再凝縮器３２に相当する再凝縮器４１
をＧＭ冷凍機３１の第１段冷却ステージ３４の周囲に限
定してある。すなわち、第２段冷却ステージ３５および
真空吸着器３３は、再凝縮器４１からはこれを隔離し
て、その全周囲を真空容器１２の内部（真空断熱空間１
４）に臨ませてある。
【００３２】こうした構成の液体窒素再凝縮装置４０に
おいては、真空吸着器３３の部分は輻射熱の侵入による
影響を受けやすいが、一方、周囲表面からの放出ガスを
取り込みやすいという利点がある。すなわち、排気コン
ダクタンスの影響を低減することができる。
おいては、真空吸着器３３の部分は輻射熱の侵入による
影響を受けやすいが、一方、周囲表面からの放出ガスを
取り込みやすいという利点がある。すなわち、排気コン
ダクタンスの影響を低減することができる。
【００３３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、二段式冷
凍機の第１段冷却ステージ部分で再凝縮を、第２段冷却
ステージの部分で真空吸着を行うようにしたので、冷凍
機の機能を必要最小限に活用可能となり、安価で小型軽
量、かつ長期間の運転が可能となる。しかも、超電導磁
石装置その他の低温機器とは断熱移送管を介して接続す
るだけであるから、既存の装置に容易に付属装備するこ
とができる。
凍機の第１段冷却ステージ部分で再凝縮を、第２段冷却
ステージの部分で真空吸着を行うようにしたので、冷凍
機の機能を必要最小限に活用可能となり、安価で小型軽
量、かつ長期間の運転が可能となる。しかも、超電導磁
石装置その他の低温機器とは断熱移送管を介して接続す
るだけであるから、既存の装置に容易に付属装備するこ
とができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態による液体窒素再凝
縮装置３０の断面図である。
縮装置３０の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による液体窒素再凝
縮装置４０の断面図である。
縮装置４０の断面図である。
【図３】従来の、超電導磁石装置１およびその液体窒素
再凝縮装置２を示す断面図である。
再凝縮装置２を示す断面図である。
【図４】従来の、放出ガスを吸着して真空容器１２内の
真空度を維持するための構造を備えた液体窒素再凝縮装
置２０の断面図である。
真空度を維持するための構造を備えた液体窒素再凝縮装
置２０の断面図である。
１ 超電導磁石装置（図３） ２ 液体窒素再凝縮装置（図３） ３ 超電導コイル ４ 液体ヘリウム容器 ５ 液体窒素容器 ６ 真空容器 ７ 内側真空断熱空間 ８ 外側真空断熱空間 ９ 窒素ガス出口ポート １０ 一段式のＧＭ冷凍機 １１ 冷却ステージ １２ 真空容器 １３ 再凝縮器 １４ 真空容器１２内の真空断熱空間 １５ 真空封止弁 １６ 断熱移送管 １７ 液体窒素注入ポート ２０ 液体窒素再凝縮装置（図４） ２１ 活性炭 ２２ ゲッターポンプ ３０ 液体窒素再凝縮装置（第１の実施の形態、図１） ３１ 二段式のＧＭ冷凍機 ３２ 再凝縮器 ３３ 真空吸着器（活性炭パネル） ３４ ＧＭ冷凍機３１の第１段冷却ステージ ３５ ＧＭ冷凍機３１の第２段冷却ステージ ４０ 液体窒素再凝縮装置（第２の実施の形態、図２） ４１ 再凝縮器 Ｈ 液体ヘリウム Ｎ 液体窒素 Ｇ 窒素ガス
Claims (5)
- 【請求項１】 液体窒素からの蒸発窒素ガスを再凝縮
して液化する液体窒素再凝縮装置であって、 第１段冷却ステージおよび第２段冷却ステージを有する
冷凍機と、 この冷凍機の前記第１段冷却ステージおよび前記第２段
冷却ステージを収容する真空容器と、 前記冷凍機の前記第１段冷却ステージに熱接触させると
ともに前記窒素ガスを再凝縮可能な再凝縮器と、 この再凝縮器に前記窒素ガスを案内する断熱移送管と、 前記冷凍機の前記第２段冷却ステージに熱接触させると
ともに前記真空容器の内部に臨ませた真空吸着器と、 を有することを特徴とする液体窒素再凝縮装置。 - 【請求項２】 前記第１段冷却ステージは、液体窒素
の温度レベルに冷却可能であるとともに、 前記第２段冷却ステージは、液体ヘリウムの温度レベル
に冷却可能であることを特徴とする請求項１記載の液体
窒素再凝縮装置。 - 【請求項３】 前記断熱移送管は、前記窒素ガスとと
もに、液化した液体窒素を通過させることを特徴とする
請求項１記載の液体窒素再凝縮装置。 - 【請求項４】 前記真空吸着器は、前記再凝縮器によ
りその周囲を囲み、その一部のみを前記真空容器の内部
に臨ませたことを特徴とする請求項１記載の液体窒素再
凝縮装置。 - 【請求項５】 前記真空吸着器は、前記再凝縮器から
はこれを隔離して、その全周囲を前記真空容器の内部に
臨ませたことを特徴とする請求項１記載の液体窒素再凝
縮装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8055998A JP3358053B2 (ja) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | 液体窒素再凝縮装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8055998A JP3358053B2 (ja) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | 液体窒素再凝縮装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11257770A true JPH11257770A (ja) | 1999-09-24 |
| JP3358053B2 JP3358053B2 (ja) | 2002-12-16 |
Family
ID=13721704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8055998A Expired - Fee Related JP3358053B2 (ja) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | 液体窒素再凝縮装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3358053B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002285959A (ja) * | 2001-03-27 | 2002-10-03 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 寒剤再凝縮器の真空維持方法 |
| GB2389647A (en) * | 2002-06-14 | 2003-12-17 | Bruker Biospin Gmbh | Recondensing helium cryostat |
| DE102004037173B3 (de) * | 2004-07-30 | 2005-12-15 | Bruker Biospin Ag | Vorrichtung zur kryogenverlustfreien Kühlung einer Kryostatanordnung |
| JP2008249201A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Toshiba Corp | 再凝縮装置、その取り付け方法およびそれを用いた超電導磁石 |
| DE102008033467A1 (de) * | 2008-07-16 | 2010-01-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Kryostat für supraleitende MR-Magnete |
| JP2011202828A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 冷却装置及び再凝縮装置 |
| KR101094449B1 (ko) | 2009-01-16 | 2011-12-15 | 한국원자력의학원 | 버섯 주름형 헬륨 응축기 및 그 응축기를 포함한 헬륨 응축장치 |
| WO2014173809A1 (en) * | 2013-04-24 | 2014-10-30 | Siemens Plc | An assembly comprising a two-stage cryogenic refrigerator and associated mounting arrangement |
-
1998
- 1998-03-13 JP JP8055998A patent/JP3358053B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002285959A (ja) * | 2001-03-27 | 2002-10-03 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 寒剤再凝縮器の真空維持方法 |
| GB2389647A (en) * | 2002-06-14 | 2003-12-17 | Bruker Biospin Gmbh | Recondensing helium cryostat |
| US6804968B2 (en) | 2002-06-14 | 2004-10-19 | Bruker Biospin Gmbh | Cryostat configuration with improved properties |
| GB2389647B (en) * | 2002-06-14 | 2006-07-19 | Bruker Biospin Gmbh | Cryostat confuguration with improved properties |
| DE102004037173B3 (de) * | 2004-07-30 | 2005-12-15 | Bruker Biospin Ag | Vorrichtung zur kryogenverlustfreien Kühlung einer Kryostatanordnung |
| EP1628089A2 (de) | 2004-07-30 | 2006-02-22 | Bruker BioSpin AG | Vorrichtung zur Kühlung einer Kryostatanordnung |
| JP2008249201A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Toshiba Corp | 再凝縮装置、その取り付け方法およびそれを用いた超電導磁石 |
| DE102008033467A1 (de) * | 2008-07-16 | 2010-01-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Kryostat für supraleitende MR-Magnete |
| DE102008033467B4 (de) * | 2008-07-16 | 2010-04-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Kryostat für supraleitende MR-Magnete |
| US8290554B2 (en) | 2008-07-16 | 2012-10-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Cryostat for superconducting MR magnets |
| KR101094449B1 (ko) | 2009-01-16 | 2011-12-15 | 한국원자력의학원 | 버섯 주름형 헬륨 응축기 및 그 응축기를 포함한 헬륨 응축장치 |
| JP2011202828A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 冷却装置及び再凝縮装置 |
| WO2014173809A1 (en) * | 2013-04-24 | 2014-10-30 | Siemens Plc | An assembly comprising a two-stage cryogenic refrigerator and associated mounting arrangement |
| US10181372B2 (en) | 2013-04-24 | 2019-01-15 | Siemens Healthcare Limited | Assembly comprising a two-stage cryogenic refrigerator and associated mounting arrangement |
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|---|---|
| JP3358053B2 (ja) | 2002-12-16 |
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|---|---|---|---|
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