JPS60117061A - 液体冷凍剤の気化流出の凝縮装置 - Google Patents

液体冷凍剤の気化流出の凝縮装置

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JPS60117061A
JPS60117061A JP59234001A JP23400184A JPS60117061A JP S60117061 A JPS60117061 A JP S60117061A JP 59234001 A JP59234001 A JP 59234001A JP 23400184 A JP23400184 A JP 23400184A JP S60117061 A JPS60117061 A JP S60117061A
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heat exchanger
refrigerator
joule
stage
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ラルフ．キャデイ．ロングワース
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    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y10S505/894—Cyclic cryogenic system, e.g. sterling, gifford-mcmahon
    • Y10S505/895—Cyclic cryogenic system, e.g. sterling, gifford-mcmahon with regenerative heat exchanger

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、４．０〜４．５°ケルビン（Ｋ）に冷凍する
ためジュールトムデスｙ　（Ｊｏｕｌｅ　−Ｔｈｏｍｐ
ｓｏｎ　）弁に終っているりヱールトノ、ゾスン熱交換
器に関連して使用される押出し膨張型式の冷凍機に関す
る。
（従来の技術） 液体冷凍剤（たとえば、ヘリウム）気化流出を凝縮する
ジュールトムプスン熱交換器に関連する聞出しＩ膨張冷
凍機の使用は、米国特許９４，２７９，１２７号および
米国特許第４　、２２３　、５４０号で開示されている
。前述の両特許の特許権老け、超伝導を達成するためｉ
Ｋ子装置を冷却するのに使用される真空ジャケント何貯
蔵器でヘリウム気化流出物を再凝縮するように試みた。
この装置が使用されたとき、熱が発生されかつ液体冷凍
剤の残留量°が気化流出し始める。液体冷凍剤を保存す
るなめ、冷凍機が複数の点検ホードで、あるいは１つの
点検チートで設けられ、熱シールドを冷却しかつ冷凍剤
の気化流出を凝縮させるようにする。
米国特許第４　、２２３　、５４０号で説明されるよう
に、その冷凍機は、伝熱損失を最小にするため点検ポー
トでの温度勾配を調和しなければならなり０これは、そ
の構想において米国特許第３，３６０，９５５号および
第３．２９９．６４６号に説明されるヘリウム液化低温
維持装置に類似してｂる。
伝熱損失は、これらの冷凍機の両方にとって比較的大き
い。なぜならばジュールトムプスン熱交換器が膨張器か
ら分離されておシ、従って、その低温維持装置が大ｔ！
！ｂ横断面積をもつからである。
米国特許第３，１４８，５１２号の第８図は、膨張器の
外側で同心にまた膨張蓄熱器に対し密接が熱関係にとり
つけられる外被入シフイン付管型式のジュールＦムゾス
ン熱交換器を備える２段押出し器型式膨張器を示してい
る。この設計は、蓄熱器とジュールトムプスン熱交換器
との間の温度勾配および蓄熱器の温度サイクルの誤調和
のため伝熱損失を↑６＜Ｏ （発明が解決しようとする問題点） 液体冷凍剤低温維持装置の液体冷凍剤の残留量に対し点
検ポートの寸法を最小にするため、この装置に設けられ
るいかなる冷凍機あるいは冷却装置も小さい直ｆ４のも
のにしなければならない。液体ヘリウム気化流出を凝縮
するよう４．０〜４．５″にで冷凍するために、判明し
たことは、平行通路型式の２重回路熱交換器は、米国特
許に開示されるように、押出し膨張冷凍機のまわりにジ
ュールトム−？スン弁でらせん状に巻回することができ
、上記ジュールトムプスン弁が最低温度段階から隔置さ
れ、そのためジュールトムプスン弁および組み合わせた
・＼リウム凝縮器で４〜４．５’　Ｋ　Ｋ冷凍させ、押
出し膨張冷凍機の第２段階で１５〜２０°Ｋに冷凍させ
、寸だ押出し膨張冷凍機の第１段階で５０〜７７Ｋに冷
凍させるようにする点である。この冷凍機がジュツの信
管で取りつけられている場合１首管のガスは、膨張器か
ら熱交換器まで（あるいは逆に）また信管から熱交換器
まで（あるいは逆に）伝熱することができる。この冷凍
機のまわシに平行流路熱交換器をらせん状に設けること
によって、熱交換器の温度勾配は、押出し膨張型式冷凍
機および冷凍の最低温度段階とヘリウム凝縮器内との間
の成層ヘリウムの温度勾配に近似さ昼ることができ、従
ってこの冷凍機が使用される場合、低温維持装置の熱損
失を最小にする。
（問題を解決するだめの手段） 従って、本発明に係る限定空間で冷凍剤の気化流出を凝
縮する装置は、加熱ステーションを各段階に含む多段階
押出し膨張冷凍機、上記冷凍機が１５と′）ｉＫとの間
へ冷却できる最低温度段階なもっておシ、上記冷凍機の
軸方向に設けられかつその最低温度段階から隔置される
ヘリウム再凝縮器、上記冷凍機のまわりにらせん状に巻
回されかつ各加熱ステーションと熱接触するりュールト
ムプスン熱交換器、上記熱交換器が上記ヘリウム再凝縮
器の上流に設けられるジュールトムプスン弁に対して変
圧ヘリウムを案内しかつ低圧ヘリウムを戻すように構成
かつ配置されておシ、上記ジュールトムプスン熱交換器
が上記冷凍機および最低温度段階の上記冷凍機を上記ヘ
リウム凝縮器との間の成層ヘリウムの熱勾配をほぼ調和
させることを要旨とするものである。
（実施例） 第１図を参照して説明するに、押出し膨張冷凍機１０が
示されており、その詳細が米国特許第３　、６２０　、
０２９号で開示され、その明細書がここに参考に合体さ
れでいる。
この型式の冷凍機は、本出願人によってモデルＤｇ２０
２として販売されている。冷凍機１ｏは、加熱ステーシ
ョン１４で温度５０〜７７°Ｋに冷凍でたる第１あるい
け高温段階１２および加熱ステーション加で温度１５〜
加°Ｋに冷凍できる第２あるいは低温段階Ｉ６を含んで
いる。
冷凍機１０は、ジュツの熱シールドから冷凍機棟での伝
熱手段を提供する加熱ステーション加で取りつけられる
高め熱伝性をもつアダプタ１８を含んでｂる。アダプタ
１８は、ｊｌに、ヘリウム再凝縮器２４を支持しかつこ
の凝縮器に終っている延長導管ρを含んでいる。ヘリウ
ム再凝縮器列は、導管ｎを介してジュールトムゾスン弁
四を連通ずる一定長のフィン付熱交換器がである。ジュ
ールトムプスン弁列は、順Ｋ、導管四を介して吸収器側
に接続され、吸収器の機能がネオンのよう々残留汚染物
を防臭弁で阻止できる。
吸収器（資）は、順に平行通路熱交換器３２の高圧供給
側へ接続され、この熱交換器力；それぞれ第２段階加お
よび第１段階１４加熱ステーシヨンで密接な機械的接触
をして冷凍機１０をらせん状に巻回さｆしている。熱交
換器３２は、上方に続き適当な液密取付は金具４４およ
び４６で入口導管４０および出口導管４２へ接続されて
いるマニホールドあるいハヘッダ３８で終っている。熱
交換器３２け、＠２図の拡大横断面で示されるような平
行通路型式である。この熱交換器３２は、内側壁５４に
対して軸方向関係に設けられる中心心金を含み、中心心
金が順に複数のウェブ郭によって外側壁間から離して置
かれる。
従ってこの熱交換器の配置は、心金力と内側壁部とＫよ
って画定される内側通路口をして高圧供給流路（通路）
としまた内側壁５４と外側壁５６との間の複数流路６２
をして低圧ガスに対する戻シ流路（通路）として使用さ
せる。
（作　用） 操業に当って冷凍機１０は、液体ヘリウムを保持するた
め使用されるジュツの雷管で置くことができる。この冷
凍機自体は、ヘリウムのような動作流体を冷却すること
によって作動し、それぞれ閣〜７７°Ｋ　％−よび１５
〜２０’Ｋにおいて第１卦よび第２加熱ステーシヨンで
冷凍する。熱交４１！＋器３２は、取付は金１１４４に
よって島田流体源へまた取付は金具４６によって低圧流
体を受け入れるように容器へ接続され、容器が再使用す
るため低圧流体を再圧縮するコンヅルッザを含んでもよ
ｈ０熱交換器３２の大きさは、この変換器の熱損失が押
出し膨張冷凍機１０によって行なわれる冷凍作用でより
も小さいように鷹択される。ジュールトムプスン弁を付
勢する高圧ガスは、液体となシ、それがら熱交換器２６
を介して循環し、ジュツの任意のヘリウムの気化流出を
再凝縮する。ヘリウム再凝縮器の温度は、通常４．０と
４．５’　Ｋとの間にある。
熱交換器３２は、冷凍機加熱ステーションへ咬た清掃お
よび修理するのに組立および分解を容易に行なうため冷
凍機１０ヘボルト締めした冷凍加熱ステーションへ直接
はんだ付けすることができる。
（発明の効果） 本発明による装置は、以下の結果で構成されかつ操作さ
れた。すなわち 加熱ステーション　１　２　３ 温　度（Ｔ？：）　４９　１５．９　３．９膨張器容ｔ
（Ｗａｔｔｓ）　３．５　１．ｆｌ　−釜１−高温加熱
ステーションｆ１４１ ２−低温加熱ステーション（イ） ３−ヘリウム再凝縮器　（２４１ 下記によって本発明を実施できることが判明する。すな
わち ａ）　３つあるいは以上の段階で冷凍する膨張器　−の
使用；あるいは ｂ）表で示される標準範囲の若干外側にある温度で操作
する：Ｊ）るいは Ｃ）上記表に示されたものよシ多いあるいけ少ない冷凍
容置をもつ冷凍機；あるいは ｄ）Ｐ＃張器（冷凍機）および低温維持装置前管の温度
勾配（たとえば、冷凍機の最低温度段階と絹み合わせた
ヘリウム凝縮器との間の成層ヘリウム）を調和させるよ
うに膨張器（冷凍機）のまわりにコイル巻きさせること
ができる他の熱交換器形状。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の装置の正面図、第２図は本発明でｆψ
用できる平行流路熱交換器導管の拡大横断図である。 １０・・・冷凍機、１２，１４．２０・・・加熱ステー
ション、あ・・・ヘリウム再凝縮器、２７・・・導管、
四・・・ジュールトムプスン弁、（ト）・・・吸収器。 Ｆｌに、２

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、限定空間で冷凍剤の気化流出を凝縮する装置にかい
    て、加熱ステーションを各段階に含む多段階押１１１シ
    膨張冷凍機、上記冷凍機が１５と笈°にとの間へ冷却で
    〜る最低温度段階をもっており、上記冷凍機の軸方向に
    設けられかつその最低温度段階から隔置されるヘリウム
    再凝縮器、上記冷凍機のまわりにらせん状圧巻回されか
    つ各加熱ステーショント熱接触するジュールトムプスン
    熱交換器、上記熱交換器が上記ヘリウム再凝縮器の上流
    に設けられるジュールトムプスン弁に対して変圧ヘリウ
    ムを案内しかつ低圧ヘリウムを戻すように構成かつ配置
    されており、上記ジュールトムプスン熱交換器が上記冷
    凍機および最低温度段階の上記冷凍機を上記ヘリウム凝
    縮器との間の成層ヘリウムの熱勾配をほぼ調和させるこ
    とを特徴とする装置。 ２、　Ｆ記ジュールトムプスン熱交換器が比較的大きい
    直径内に設けられる高圧冷凍剤管、低圧多チヤンネル冷
    凍剤管から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    に記載の装置。 ３、熱交換器が管内にある管であることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項に記載の装置。 ４、上記ジュールトムプスン弁の上流に吸収器があるこ
    とを特徴とする特′ｉ￥ｆ請求の範ｖＴ４第１項に記載
    の装置。 ５、上記熱交換器が通常４．２°Ｋにあるヘリウム凝縮
    器の近傍から環境温度にある装置の位置まで少にくと４
    １つの連続低圧戻り通路を含むことを特徴とする特許請
    求の範囲第１項に記載の装置。 ６、上記熱交換器が通常４．２’　Ｋにあるヘリウム凝
    縮器の近傍から環境温度にある装置の位置まで少なくと
    も１つの連続高圧通路を含んでいることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項に記載の装置。 ７、上記熱交換器が上記冷凍へ取外すし可能に締め付け
    られていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
    載の装置。 、８．上記ヘリウム再凝縮器がフィン付管の熱交換器で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装
    置。
JP59234001A 1983-11-09 1984-11-06 液体冷凍剤の気化流出の凝縮装置 Pending JPS60117061A (ja)

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US550323 1983-11-09

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