JPS6073264A - 極低温冷却装置 - Google Patents

極低温冷却装置

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JPS6073264A
JPS6073264A JP18277983A JP18277983A JPS6073264A JP S6073264 A JPS6073264 A JP S6073264A JP 18277983 A JP18277983 A JP 18277983A JP 18277983 A JP18277983 A JP 18277983A JP S6073264 A JPS6073264 A JP S6073264A
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JP
Japan
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liquid
container
refrigerator
cooling device
heat insulating
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JP18277983A
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啓嗣 大熊
司 和田
石塚 光二
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General 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
    • F25B2400/17Re-condensers

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、たとえば超電導マグネットの冷却に用いられ
る極低温冷却装置に係わり、特に信頼性および修理性の
向上を図った極低温冷却装置に関する。
〔発明の技術的背fとその問題点〕
近時、核融合炉、リニアモータカー、拠1ffR−CT
装置、ジョセフソンコンピータなど、超電導現象を利用
した各種装置の開発が盛んに進められている。周知の如
く、超電導には絶対零度近傍の環境が必要であるため、
これらの装置ではヘリウム液化装置などのtπ低温冷却
装置が使用される。
従来開発されているこの錘の極低温冷却装置は、たとえ
ば第1図に示すように、超電導コイルなどの冷却対象り
を収納する冷却槽1と、この冷却槽lに液体ヘリウムな
どの液体冷媒2を供給する液溜槽3とを導入管4で接続
して構成されている。そして、これら冷却槽11液溜槽
3および導入管4は、外部容器5で覆われ、且つこれら
と外部容器5との間に真空断熱層6が形成されて、外部
か゛らの熱侵入を防止するようにしている。しかして、
このような極低温冷却装置は、上記液溜槽3内における
液体冷媒2の液面上に要部が位置するように外部から外
部容器5および液溜槽3を貫通して設けられた凝縮熱交
換器7と、この凝縮熱交換器7に、たとえば冷媒を循環
させる冷凍機本体8とから構成される冷凍機9を具備し
ている。そして、上記冷凍機本体8の稼動によって上記
液面上から蒸発した冷媒蒸気を再凝縮し、冷却槽1に常
に液体冷媒2が満たされるように液体冷媒を生成してい
る。
ところで、このような極低温冷却装置は、長期間の連続
稼動に耐え得る信頼性、特に保全性の確保が大きな課題
となる。なかでも、動的要素の多い冷凍機本体8は最も
故障の確率が高いと予想される。したがって、冷凍機本
体8の点検、修理に際して、極低温冷却装置は、冷却対
象になんら影響を与えることなく冷凍機本体8のみを交
換し得る構造であることが望ましい。
しかしながら、このように冷媒通流パイプを分割する構
造であると、長期間の装置の稼動によって、万一シール
部のシール効果が低下した場合には、この部分から極低
温に冷却された凝縮熱交換器7の内部に、空気や水分が
侵入するという事故が発生するおそれがある。このよう
に凝縮熱交換器7内に水分が混入すると、パイプ内で水
分が凝固して冷凍様の冷媒の通流が阻害されてしまうた
め、凝縮熱交換器7を装置から取り外して補修する必要
性が生じる。しかるに、このような構成であると、凝縮
熱交換器7は、装置から容易に取シ外すことができない
ため、冷却対象によって作動しているシステムの稼動を
停止させ、一旦冷媒を取除いたのち、装置を分解・補修
すると、4いうシステム、の運行上重大々る支障をきた
すことになる。
〔発明の目的〕
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであシ、
その目的とするところは、冷凍機の信頼性向上を図ると
ともに、万一、冷凍機に故障が生じた場合にも、冷却対
象になんら影響を与えることなしに冷凍機全体の交換が
行える修理性に優れた極低温冷却装置を提供することに
ある。
〔発明の概要〕
本発明は冷凍機本体と凝縮熱交換器とを一体構成してな
る冷凍機を、極低温を溜める断熱容器の上部に着脱可能
に装着したことを特徴としている。
〔発明の効果〕
本発明によれば、冷凍機が冷凍機本体と凝縮熱交換器と
で一体的に構成されているので、凝縮熱交換器内部の気
密性は極めて高くなシ、冷凍機の信頼性は格段に向上す
る。寸だ、冷凍機は全体が断熱容器に着脱可能に装着さ
れているので、冷凍機が万一故障した場合でも、冷却対
象を冷却状態にしたまま、冷凍機を交換することができ
る極めて修理性の良い装置を提供できる。このため、冷
却対象となるシステムの長期間の運行上になんら支障を
きたすことのない極めて安定した冷却が可能となる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。
第3図において、図中二は、内部にたとえば液体ヘリウ
ムなどの液体冷fs16を溜めた液溜用の断熱容器であ
る。との断熱容器工仁乏は、内部容器17と、この内部
容器17を覆う外部容器18との間に真空断熱層19を
形成した構造を有する。そして、上記内部容器17の底
面には、図示しない冷却槽へ上記液体冷媒16を導入す
るだめの導入管20が接続されている。
しかして、上記断熱容器LΣの上部には、その断熱M1
9を気密に貫通して冷凍機21が着脱自在に装着されて
いる。この冷凍機見は、冷媒蒸気を凝縮して液体冷媒1
6を生成する凝縮部22と、この凝縮部主λ内で生成さ
れた上記液体冷媒16を断熱容器J5内に導入する導入
管互Δと5から構成されている。凝縮部22には、凝縮
熱交換器25と、この凝縮熱交換器2Sに冷媒を循環さ
せる冷凍機本体26とが一体的に構成されている。凝縮
熱交換器25は、凝縮室27を形成する内部ケース28
に覆われ、この内部ケース28はさらに外部ケース29
で覆われて、これら両ケース28p29の間に真空断熱
層30を形成するようにしている。また、上記導入管2
4も、やはシ外気からの熱侵入を防ぐため、内管31お
よび外管32の2重管構造となっておシ、これら両管3
1932の間に真空断熱層30を形成するようにしてい
る。
しかして、上記断熱容器り乏と上記冷凍憔弘とは断熱容
器工し亙の前記導入管24挿入部の周縁部から外方に突
設された突周壁33の先端のフランジ部34と、前記導
入管24の外周に形成された鍔部35とを気密に接着さ
せて結合されている。
このような構成であると、断熱容器15に溜った液体冷
媒16の液面上から蒸発した冷媒蒸気は導入管24の内
部を通って凝縮室27に導かれ、凝縮熱交換器25で再
凝縮されて液化する。そして、この液化された冷媒は、
凝縮室27に溜シ、重力によって導入管24を伝わって
断熱容器15内に滴下される。そして、この場合、液体
冷媒16が通流する経路は完全な真空断熱が施こされて
いるため、液体冷媒16が外部から熱を吸収することは
殆んどない。また、冷凍機本体26と凝縮熱交換器25
とが一体的に構成されているので、凝縮熱交換器25内
部に水分などが吸収される危険が少なく、信頼性が大き
く向上する。しかも、冷凍機本体26および凝縮熱交換
器25が万一故障した場合でも、冷凍機21全体を断熱
容器J51から簡易に取り外し、冷却対象を冷却状態に
した1−tまただちに冷凍機玉のみを交換することがで
きる。このため、長期間のシステム運行上に支障をきた
すことのない信頼性に優れた極低温冷却装置を提供でき
る。
なお、上記実施例では、冷凍機21内に#縮♀27を設
け、この凝縮室27と断熱容器15内部とを連通ずるよ
うにしたが、たとえば第4図のように冷凍機本体40を
断熱容器15に直接挿入して、凝縮熱交換器41を断熱
容器15内に位置させるようにしてもよい。、この場合
には、装置の構成がさらに簡単に々る。
以上、述べた如く、本発明によれば、極低温の環境を必
要とするシステムの長期間の連続稼動に対して、極めて
大きな効果をもたらすことは明らかである。
寿お、本発明は上記実施例に限定されるものではカ<、
たとえば液体冷媒として液体水素、液体ネオンオたは液
体窒素などを用いた装置においても適用可能である。壕
だ、断熱層についても、前述した真空断熱層に限定され
るものではない0′また、冷凍機についても、特に冷媒
が通流するものに限らず、たとえば磁気冷凍機であって
も、本発明を適用可能である。要するに本発明はその要
旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【図面の簡単な説明】 第1図は従来の極低温冷却装置を概略的に示す断面図、
第2図は第1図におけるA部の拡大断面図、第3図は本
発明の一実施例に係る極低温冷却装置の要部を示す部分
断面図、第4図は本発明の他の実施例に係る極低温冷却
装置の要部を示す部分断面図である。 l・・・冷却槽、2.16・・・液体冷媒、3・・・液
溜槽、4.20・・・導入管、5..1B・・・外部容
器、6.19.3θ・・・真空断熱槽、7 p25 p
41・・・凝縮熱交換器、8126.40・・・冷凍機
本体、9.21・・・冷凍]幾、10911・・・冷媒
通流パイプ、12・・・シール材、15・・・断熱容器
、17・・・内部容器、ニス・・・凝縮部、24−、−
・導入看′、27・・・凝縮室。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第2図 第3図 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿“ 1.事件の表示 特願昭58−、lR2779号 3、補正をする者 事件との関係 特許出j願人 (307)東京芝浦電気株式会礼 4、代理人 6 補正の対象 明細和 7、補正の内容 (1)特許請求の範囲を別紙の通り訂正する。 (2) 明細書第9頁第18行目の1適用可能である。 」の後に下記の文を挿入する。 記 さらに、冷凍機の設置場所についても、特に断熱容器の
上部に限定されるものではf、「<、上記冷凍様が1ル
r熱容器内の冷凍蒸気と接触し得る位置であればどの位
置に設けてもよい。 2、特許請求の範囲 (1) 内部に極低温液体冷媒を貯溜する断熱容器と、
この断熱容器の断熱層を気密に貫通して着脱自在に設け
られ、前記断熱容器に貯溜された極低温液体冷媒の冷媒
蒸気を凝)縮して前記極低温液体冷媒を再生成する冷凍
機とを具備したことを特徴とする極低温冷却装置。 (2)前記液体冷媒は液体ヘリウム、液体水素、液体ネ
オンまたは液体窒素であることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の極低温冷加装@。 j31 前記断熱容器は、それぞれ外部容器と内部容器
との11(1にA空断熱層を形成したものである特許請
求の範囲第1項記載の極低温冷却装置。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)内部に極低温液体冷媒を貯溜する断熱容器と、こ
    の断熱容器の上部断熱層を気密に貫通して着脱自在に設
    けられ、前記断熱容器に貯溜された極低温液体冷媒の冷
    媒蒸気を凝縮して前記極低温液体冷媒ヶ再生成する冷凍
    機とを具備したことを特徴とする極低温冷却装置。
  2. (2)前記液体冷媒は液体ヘリウム、液体水素、液体ネ
    オンまたは液体窒素であることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の極低温冷却装置。
  3. (3)前記断熱容器は、それぞれ外部容器と内部容器と
    の間に真空断熱層、を形成したものである特許請求の範
    囲第1項記載の桧低温冷却装@0
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