JPS60117059A - Ｈｅ液化冷凍機の熱侵入防止方法 - Google Patents
Ｈｅ液化冷凍機の熱侵入防止方法Info
- Publication number
- JPS60117059A JPS60117059A JP22493883A JP22493883A JPS60117059A JP S60117059 A JPS60117059 A JP S60117059A JP 22493883 A JP22493883 A JP 22493883A JP 22493883 A JP22493883 A JP 22493883A JP S60117059 A JPS60117059 A JP S60117059A
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- refrigerator
- liquefaction
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は極低温発生装随の熱侵入防止方法に関し、特に
ｆ（ｅ液化冷凍機における熱シールド機構部（以下熱シ
ールド部という）への寒冷供給方法の改良により設備コ
スト及びランニングコストの低減を図る様にしたもので
ある。
ｆ（ｅ液化冷凍機における熱シールド機構部（以下熱シ
ールド部という）への寒冷供給方法の改良により設備コ
スト及びランニングコストの低減を図る様にしたもので
ある。
Ｈｅ液化冷凍機においては極低温部と室温部の温度差が
太きいため放射又は伝導によシ真空断熱容器壁等を介し
て室温部から極低温部へ熱が侵入するという構造上不可
避の問題がある。そこで真空断熱容器の室温部と極低温
部との中間に熱シールド部を設けて熱シールド部へ寒冷
を供給することによシ、極低温部への熱侵入をできる限
シ防止することが行なわれている。例えば放射伝熱に関
していえば熱シールド部の温度を１００°Ｋに保持する
と、極低温部への放射入熱量を室温部からの放射入熱量
の１／８０程度に軽減できることが知られている。とこ
ろで熱シールド部への寒冷供給方法唐してこれまで提案
又は更に実施されているものとしては色々な具体例が挙
げられるが、要約すれば次の■〜■の方法に大別できる
。
太きいため放射又は伝導によシ真空断熱容器壁等を介し
て室温部から極低温部へ熱が侵入するという構造上不可
避の問題がある。そこで真空断熱容器の室温部と極低温
部との中間に熱シールド部を設けて熱シールド部へ寒冷
を供給することによシ、極低温部への熱侵入をできる限
シ防止することが行なわれている。例えば放射伝熱に関
していえば熱シールド部の温度を１００°Ｋに保持する
と、極低温部への放射入熱量を室温部からの放射入熱量
の１／８０程度に軽減できることが知られている。とこ
ろで熱シールド部への寒冷供給方法唐してこれまで提案
又は更に実施されているものとしては色々な具体例が挙
げられるが、要約すれば次の■〜■の方法に大別できる
。
■液体窒素を供給する方法：クロードサイクル又はプラ
イトンサイクルの熱力学的原理を応用した極低温装置の
典型例であるＨｅ冷凍装置について図説すれば、次の通
りである。第１図はＨｅ凍凍装置を例示する概略説明図
で、１１ ｅ冷凍装置１は、熱交換器５ａ〜５ｅ１膨張
機７ａ、７ｂ１ＪＴ弁６、熱シールド部１１等及びこれ
らを内蔵す名真空断熱容器４より構成されるＨｅ液化冷
凍機２、該冷凍機２人１」側に連結された圧縮機３、該
冷凍機２の出口側に連結された極低温環境部１０を中心
に構成されている。そしてＨｅガスは圧縮機３で加圧さ
れた後、Ｍｌ−第５の熱交換器５ａ〜５ｅを降下（以下
この降下経路を「高圧側経路」という）して熱交換を受
けつつ膨張機７ａ、７ｂで発生した寒冷によシ冷却され
、更にＪＴ弁６で大気圧近くまで等エンタルピー膨張す
ることにより 一部液化してＩＩ ｅの気液混合状態、
即ちＨｅ ミストとなった後、Ｈｅ ミスト供給管８か
ら極低温環境部１０内へ送られ、該環境部１０内におか
れた被冷却体９を極低温まで冷却する。尚極低温環境部
１０の具体的な用途としては、例えば極低温下における
超電導現象を利用した超電導コイルの冷却を代表的に挙
げることができる。
イトンサイクルの熱力学的原理を応用した極低温装置の
典型例であるＨｅ冷凍装置について図説すれば、次の通
りである。第１図はＨｅ凍凍装置を例示する概略説明図
で、１１ ｅ冷凍装置１は、熱交換器５ａ〜５ｅ１膨張
機７ａ、７ｂ１ＪＴ弁６、熱シールド部１１等及びこれ
らを内蔵す名真空断熱容器４より構成されるＨｅ液化冷
凍機２、該冷凍機２人１」側に連結された圧縮機３、該
冷凍機２の出口側に連結された極低温環境部１０を中心
に構成されている。そしてＨｅガスは圧縮機３で加圧さ
れた後、Ｍｌ−第５の熱交換器５ａ〜５ｅを降下（以下
この降下経路を「高圧側経路」という）して熱交換を受
けつつ膨張機７ａ、７ｂで発生した寒冷によシ冷却され
、更にＪＴ弁６で大気圧近くまで等エンタルピー膨張す
ることにより 一部液化してＩＩ ｅの気液混合状態、
即ちＨｅ ミストとなった後、Ｈｅ ミスト供給管８か
ら極低温環境部１０内へ送られ、該環境部１０内におか
れた被冷却体９を極低温まで冷却する。尚極低温環境部
１０の具体的な用途としては、例えば極低温下における
超電導現象を利用した超電導コイルの冷却を代表的に挙
げることができる。
さて極低温環境部１０内に存在する被冷却体９の熱を奪
って気化したＨｅミストは、Ｈｅガスとなって再びＨｅ
液化冷凍機２の熱交換器５ａ〜５ｅを逆方向に上昇（以
下この上昇経路を「低圧側経路」という）し、対向流の
高圧側経路を流れるＨｅガスを冷却した後、自らは略常
温常圧のＨｅガスとなって圧縮機３に戻る。そしてＨｅ
ガスがこの経路を循環することによって極低温環境部ｌ
ｏ内の被冷却体９を継続して極低温に保つ様になってい
る。
って気化したＨｅミストは、Ｈｅガスとなって再びＨｅ
液化冷凍機２の熱交換器５ａ〜５ｅを逆方向に上昇（以
下この上昇経路を「低圧側経路」という）し、対向流の
高圧側経路を流れるＨｅガスを冷却した後、自らは略常
温常圧のＨｅガスとなって圧縮機３に戻る。そしてＨｅ
ガスがこの経路を循環することによって極低温環境部ｌ
ｏ内の被冷却体９を継続して極低温に保つ様になってい
る。
この様なＨｅ液化冷凍機２において極低温部に近い熱交
換器５ｅ ＊ ５ｄ等は大きな表面積を有するが故に真
空断熱容器４の室温の壁から多くの放射熱の侵入をうけ
、液化冷凍能力の低下を招き易い。そとで熱交換器５ｅ
、５ｄと真空断熱容器４の壁゛との間に熱シールド部１
１を設け、この熱シールド部１１に外部の液体窒素容器
１２よ多経路り、を通して液体窒素を供給することによ
シ低温に保持し、熱交換器５ｅ 、５ｄへの放射熱の侵
入を防止している。
換器５ｅ ＊ ５ｄ等は大きな表面積を有するが故に真
空断熱容器４の室温の壁から多くの放射熱の侵入をうけ
、液化冷凍能力の低下を招き易い。そとで熱交換器５ｅ
、５ｄと真空断熱容器４の壁゛との間に熱シールド部１
１を設け、この熱シールド部１１に外部の液体窒素容器
１２よ多経路り、を通して液体窒素を供給することによ
シ低温に保持し、熱交換器５ｅ 、５ｄへの放射熱の侵
入を防止している。
しかしこの場合は液体窒素の供給がなければＨｅ液化冷
凍機２は所要の能力を発揮できない欠点があシ、設備費
の増大と運転の自由度が制約されるという問題がある。
凍機２は所要の能力を発揮できない欠点があシ、設備費
の増大と運転の自由度が制約されるという問題がある。
■補助冷凍機を設けてこれによシ寒冷を供給する方法：
例えば第２図に示す様に、第１図の構成に対して真空断
熱容器４内に補助熱交換器５ｆ及び補助膨張機７ｃよシ
なる補助冷凍機２′を新設すると共に、これらと真空断
熱容器４外に新設された補助圧縮機３′及び熱シールド
部１１とを経路Ｌ４＋Ｌ６で連結する。該冷凍機２′の
運転によシ補助膨張機７Ｃで発生した該寒冷を熱シール
ド部１１へ供給することにより熱侵入の防止を図ってい
る。しかしこの場合も補助冷凍機２′の並設によルＨｅ
液化冷凍機２の構成が複雑且つ大型化し、設備コストの
増加と運転操作の複雑化を招く。
例えば第２図に示す様に、第１図の構成に対して真空断
熱容器４内に補助熱交換器５ｆ及び補助膨張機７ｃよシ
なる補助冷凍機２′を新設すると共に、これらと真空断
熱容器４外に新設された補助圧縮機３′及び熱シールド
部１１とを経路Ｌ４＋Ｌ６で連結する。該冷凍機２′の
運転によシ補助膨張機７Ｃで発生した該寒冷を熱シール
ド部１１へ供給することにより熱侵入の防止を図ってい
る。しかしこの場合も補助冷凍機２′の並設によルＨｅ
液化冷凍機２の構成が複雑且つ大型化し、設備コストの
増加と運転操作の複雑化を招く。
■冷媒の一部を分岐し、真空断熱容器内の熱交換器を通
して冷却し、これにより寒冷を供給する方法：即ち第３
図に示す様に圧縮機３で加圧された冷媒（Ｈｅガス）の
一部を分岐した後、経路Ｌ６から補助熱交換器５ｆ、第
２熱交換器５ｂを通過する間に与えられた寒冷を熱シー
ルド部１１へ供給し、次いで補助熱交換器５ｆ、経路Ｌ
７を通って経路り、へ戻す方法である。しかしこの方法
においては補助熱交換器５ｆの新設及び第２熱交換器５
ｂの通路数増加による液化冷凍機２の故雑且つ大型化を
避けることはできず、又分岐した高圧の冷媒を余分に必
要とするのみならず、その圧力を有効に利用せずに低圧
部へ戻すため圧縮動力の損失が大きくなるという欠点が
ある。
して冷却し、これにより寒冷を供給する方法：即ち第３
図に示す様に圧縮機３で加圧された冷媒（Ｈｅガス）の
一部を分岐した後、経路Ｌ６から補助熱交換器５ｆ、第
２熱交換器５ｂを通過する間に与えられた寒冷を熱シー
ルド部１１へ供給し、次いで補助熱交換器５ｆ、経路Ｌ
７を通って経路り、へ戻す方法である。しかしこの方法
においては補助熱交換器５ｆの新設及び第２熱交換器５
ｂの通路数増加による液化冷凍機２の故雑且つ大型化を
避けることはできず、又分岐した高圧の冷媒を余分に必
要とするのみならず、その圧力を有効に利用せずに低圧
部へ戻すため圧縮動力の損失が大きくなるという欠点が
ある。
■膨張機の排出管を熱シールド部と直接連結して寒冷を
供給する方法：即ち第４図に示す様に膨張機７ａ 、７
ｂからの排出ガスの全量を熱シールド部１３．１４へ通
して寒冷を供給する方法であるが、との場合には排気管
り、、Ｌ、の管径を大きくして膨張機７ａ、７ｂの背圧
損失が極端に大きくなることを防がなければならない。
供給する方法：即ち第４図に示す様に膨張機７ａ 、７
ｂからの排出ガスの全量を熱シールド部１３．１４へ通
して寒冷を供給する方法であるが、との場合には排気管
り、、Ｌ、の管径を大きくして膨張機７ａ、７ｂの背圧
損失が極端に大きくなることを防がなければならない。
従って液化冷凍機２の容量が大きい場合にはその排気管
径が犬きくなシ過ぎ、冷却配管施工の面で困難な問題が
生じる。
径が犬きくなシ過ぎ、冷却配管施工の面で困難な問題が
生じる。
本発明は上記■〜■の欠点をすべて解消し、設備コスト
及びランニングコストの低減を図シ得る「熱シールド部
への寒冷供給方法」を開発すべく鋭意検討の結果完成し
たものであり、この様な本発明の構成とは最も高温側に
配置された膨張機の排気管からのガスを分岐し、その一
部を熱シールド部へ送って所要の寒冷を供給したのち絞
υ部分を通過した残部のガスと共に低圧側経路に合流さ
せる点に要旨を有するものである。
及びランニングコストの低減を図シ得る「熱シールド部
への寒冷供給方法」を開発すべく鋭意検討の結果完成し
たものであり、この様な本発明の構成とは最も高温側に
配置された膨張機の排気管からのガスを分岐し、その一
部を熱シールド部へ送って所要の寒冷を供給したのち絞
υ部分を通過した残部のガスと共に低圧側経路に合流さ
せる点に要旨を有するものである。
以下実施例図面に基づき本発明の構成及び作用効果を説
明するが、下記実施例は単に一代表例に過ぎないもので
あって、前・後記の趣旨に治って適宜変更して実施し得
ることは言うまでもない。
明するが、下記実施例は単に一代表例に過ぎないもので
あって、前・後記の趣旨に治って適宜変更して実施し得
ることは言うまでもない。
第５図は本発明の熱侵入防止方法を適用してなるＩｆ
ｅ液化冷凍機を含むＨｅ冷凍装置を例示する概略説明図
で、第１〜４図に示す従来例と基本的構成は同一であシ
、同一構成のものには同一の符号を付し、その説明は省
略する。以下本実施例の特徴とする構成を中心に説明す
る。まず最も高温部に配置された膨張機７ａの排気管Ｌ
ＩＯの途中に絞り１５を設けると共に、該絞り１５０前
後をバイパスする管を熱シールド部１６に直接連結せし
めている。即ち寒冷発生効率が最も高い膨張機７ａから
の断熱膨張排気の保有寒冷のうちから絞シ１５によって
必要十分な量だけ熱シールド部１６へ供給できるように
構成されている。従ってこの様に構成された液化冷凍機
２においては、上記■の方法（第１図参照）に比べて液
体窒素の供給を必要とせず、従って液化冷凍機２単独の
運転を行なうことができ、上記■の方法の欠点を解消す
ることができる。次に上記■の方法（第２図参照）に比
べた場合、補助冷凍機２′を必要としないので■の方法
の欠点も解消することができる。又上記■の方法（第３
図参照）に比べて補助熱交換器５ｆが不要であると共に
第２熱交換器５ｂの通路数を増加する必要もなく、又冷
媒分岐方式故に問題とされていた余分の高圧冷媒を無駄
に減圧することによる動力損失を回避でき、■の方法の
欠点も解消することができる。
ｅ液化冷凍機を含むＨｅ冷凍装置を例示する概略説明図
で、第１〜４図に示す従来例と基本的構成は同一であシ
、同一構成のものには同一の符号を付し、その説明は省
略する。以下本実施例の特徴とする構成を中心に説明す
る。まず最も高温部に配置された膨張機７ａの排気管Ｌ
ＩＯの途中に絞り１５を設けると共に、該絞り１５０前
後をバイパスする管を熱シールド部１６に直接連結せし
めている。即ち寒冷発生効率が最も高い膨張機７ａから
の断熱膨張排気の保有寒冷のうちから絞シ１５によって
必要十分な量だけ熱シールド部１６へ供給できるように
構成されている。従ってこの様に構成された液化冷凍機
２においては、上記■の方法（第１図参照）に比べて液
体窒素の供給を必要とせず、従って液化冷凍機２単独の
運転を行なうことができ、上記■の方法の欠点を解消す
ることができる。次に上記■の方法（第２図参照）に比
べた場合、補助冷凍機２′を必要としないので■の方法
の欠点も解消することができる。又上記■の方法（第３
図参照）に比べて補助熱交換器５ｆが不要であると共に
第２熱交換器５ｂの通路数を増加する必要もなく、又冷
媒分岐方式故に問題とされていた余分の高圧冷媒を無駄
に減圧することによる動力損失を回避でき、■の方法の
欠点も解消することができる。
更に上記■の方法（第４図参照）に比べて、膨張機７ａ
の排気管ｔｉｏにおける圧力損失を一定に保った状態で
は、熱シールド部１６へ寒冷を供給する配管を細くでき
る利点があシ、冷却配管施工の面で有利となる。
の排気管ｔｉｏにおける圧力損失を一定に保った状態で
は、熱シールド部１６へ寒冷を供給する配管を細くでき
る利点があシ、冷却配管施工の面で有利となる。
尚絞シ１５０代わシに例えばエゼククーを設けてもよく
、要は熱シールド部１６に必要十分な寒冷量だけを供給
できる様に排気管１０の途中が絞られた４７９成となっ
ておればよい。又液化冷凍機２の運転状況に応じて（例
えば寒冷バランスの関係を考慮して）上記のｔｌり成を
更に膨張機７ｂの排気管Ｌｌｌに組込むことも可能であ
る。
、要は熱シールド部１６に必要十分な寒冷量だけを供給
できる様に排気管１０の途中が絞られた４７９成となっ
ておればよい。又液化冷凍機２の運転状況に応じて（例
えば寒冷バランスの関係を考慮して）上記のｔｌり成を
更に膨張機７ｂの排気管Ｌｌｌに組込むことも可能であ
る。
本発明の熱侵入防止方法は以上の様に構成したので、設
備コスト及びランニングコストの点で非常に有利なｆ（
ｅ液化冷凍機を提供できることとなった。
備コスト及びランニングコストの点で非常に有利なｆ（
ｅ液化冷凍機を提供できることとなった。
第１図〜第４図は従来の熱侵入防止方法を適用してなる
Ｈｅ液化冷凍機を含むＨｅ冷凍装置を示す概略説明図、
第５図は本発明の熱侵入防止方法を適用してなるＩＩ
ｅ液化冷凍機を含むＨｅ冷凍装置を例示する概略説明図
である。 １・・・Ｈｅ冷凍装置 ２・・・Ｈｅ液化冷凍機２′・
・・Ｈｅ補助冷凍機 ３・・・圧縮機３′・・・補助圧
縮機 ４・・・真空断熱容器５ａ−５ｆ・・・熱交換器
６・・・ＪＴ弁７ａ〜７Ｃ・・・膨張機 ８・・・Ｈ
ｅミスト供給管９・・・被冷却体 １０・・・極低温環
境部１１１１３．１４．１６・・・熱シールド部１５・
・・絞シ Ｌｍ Ｊａｏ ＋Ｌ＋ｏｔ Ｌｔ＋・・・排気管第１図 １Ｕ 第４図
Ｈｅ液化冷凍機を含むＨｅ冷凍装置を示す概略説明図、
第５図は本発明の熱侵入防止方法を適用してなるＩＩ
ｅ液化冷凍機を含むＨｅ冷凍装置を例示する概略説明図
である。 １・・・Ｈｅ冷凍装置 ２・・・Ｈｅ液化冷凍機２′・
・・Ｈｅ補助冷凍機 ３・・・圧縮機３′・・・補助圧
縮機 ４・・・真空断熱容器５ａ−５ｆ・・・熱交換器
６・・・ＪＴ弁７ａ〜７Ｃ・・・膨張機 ８・・・Ｈ
ｅミスト供給管９・・・被冷却体 １０・・・極低温環
境部１１１１３．１４．１６・・・熱シールド部１５・
・・絞シ Ｌｍ Ｊａｏ ＋Ｌ＋ｏｔ Ｌｔ＋・・・排気管第１図 １Ｕ 第４図
Claims (1)
- 熱シールド機構を有する真空断熱容器、複数の熱交換器
、複数の膨張機及びジュールトムソン膨張弁よ多構成さ
れるＨｅ液化冷凍機の前記熱シールド機構部へ寒冷を供
給することによシ該Ｈｅ液化冷凍機への熱侵入を防止す
る方法において、最も高温側に配置された膨張機の低温
ガス排気管を分岐し、該膨張機で得られた低温ガスの一
部を前記熱シールド機構部へ送って該機構部を冷却した
のち絞り管路を通った残部の低温ガス及び極低温環境部
からの戻ｐガスと合流させることを特徴とするＩＩ ｅ
液化冷凍機の熱侵入防止方法＠
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22493883A JPS60117059A (ja) | 1983-11-28 | 1983-11-28 | Ｈｅ液化冷凍機の熱侵入防止方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22493883A JPS60117059A (ja) | 1983-11-28 | 1983-11-28 | Ｈｅ液化冷凍機の熱侵入防止方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60117059A true JPS60117059A (ja) | 1985-06-24 |
| JPH0221497B2 JPH0221497B2 (ja) | 1990-05-15 |
Family
ID=16821535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22493883A Granted JPS60117059A (ja) | 1983-11-28 | 1983-11-28 | Ｈｅ液化冷凍機の熱侵入防止方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60117059A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6291757A (ja) * | 1985-10-16 | 1987-04-27 | 株式会社日立製作所 | 極低温冷凍方法及び装置 |
| JPS6484051A (en) * | 1987-09-24 | 1989-03-29 | Hitachi Ltd | Cryogenic refrigerator |
-
1983
- 1983-11-28 JP JP22493883A patent/JPS60117059A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6291757A (ja) * | 1985-10-16 | 1987-04-27 | 株式会社日立製作所 | 極低温冷凍方法及び装置 |
| JPH0350950B2 (ja) * | 1985-10-16 | 1991-08-05 | Hitachi Ltd | |
| JPS6484051A (en) * | 1987-09-24 | 1989-03-29 | Hitachi Ltd | Cryogenic refrigerator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0221497B2 (ja) | 1990-05-15 |
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