JPS6170346A - 極低温冷却装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は極低温冷却装ＷＬｌｃ係り、特に狭くて密閉に
近い室内に設置して使用するのに好適な極低温冷却装置
ｊｃ関するものである。

〔発明の背景〕

従来、極低温液体、例えば、液体ヘリウムを多量に消費
する極低温冷却装置においては液体ヘリウムを貯蔵する
クライオスタットからのヘリウムの蒸発量を極力小さく
するために、被冷却物及び液体ヘリウムを収納する容器
を真空断熱し、さらに容器の周囲を液体ヘリウムよりも
蒸５１温度の高い液化ガス（例えば液体窒素等）で冷却
されたふく射シールド板で囲うなどしているのが一般で
ある。また場合によっては液体ヘリウムの蒸発量を０＃
ｃするためにヘリウム冷凍機でクライオスタット内の液
体ヘリウム容器を冷却したり、蒸発ヘリウムガスを再凝
縮したりする方式がとられている。

（米国特許第４，２２３，５４０号明細書、米国特許第
４．２７７，９４９　号明細書＊　米５１　特許第４．
２７９．１２７４ａｆ明細書） しかしながら、これら従来の極低温冷却ｉｔにおいては
、いずれも通常の液体ヘリウム蒸発量を低減するための
対策のみで、異常時（例えば地震、その他の原因でクラ
イオスタットが真空破壊を起した場合には液体ヘリウム
槽への熱侵入が正常時の３０〜４０倍になるため瞬時に
大量の液体ヘリウムが蒸発する）の対策については特別
に考慮されていなかった。

一方、最近は超電導応用機器の発展にともないその機器
を冷却するための極低温冷却装置を比較的狭く、密閉に
近い室に設置するケースが増してきた。その場合に上記
のように大量の液体ヘリウムが異状蒸発を起すと、室内
が蒸発ヘリウムガスで充満し１作業者の安全がおびやか
される可能性があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は狭くて密閉に近い室に設置された極低温
冷却装置のクライオスタットで異状蒸発が起きたとｔｔ
ＩＣ１大量の蒸発ガスを室内に充満させることなくすみ
やかに室外へ誘導、排出できる極低温冷却装置を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明は被冷却体およびそｎを冷却する極低温液体を収
納した真空断熱のクライオスタット、蒸発ガスを誘導、
排出する排出ダクト、クライオスタットのガス放出管と
排出ダクトを連絡する連絡ダクト等によって構成され、
真空破壊によって大量１ｃ発生する液体槽からの蒸発ガ
スを連絡ダクト及び排出ダクトを介して屋外に排出する
ようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図によって構成から説明
する。１は被冷却体、例えば、超電導マグネット２．！
！低温液体、例えば、液体ヘリウム３を収納した液体槽
、４は液体槽１への熱侵入を低嗅するため、冷媒、例え
ば、液体窒素５を収納してふく射シールドの作用を行う
ふく射シールド槽、６はふく射シールド槽４の周囲に貼
付けた断熱材（ｆｌｌえはスーパーインシュレーション
、［Ｆ８Ｉと略す）、７は外槽、８皮び８′は真空空間
。

９は真空バルブ、１０はガス放出管、１１は他のガス放
出管、１２はガス放出管１０に装着された安全弁、１３
は池のガス放出管１１に装着された安全弁、１４はヘリ
ウム冷凍機、１５はヘリウム冷凍後で発生した寒冷をク
ライオスタット・１６の液体槽１およびふく射シールド
槽４に移送するためのトランスフ１チユーブ、１７はふ
く射シールド槽４で蒸発した窒素ガスを再凝縮させる凝
縮熱交換器、１８は液体槽１で蒸発したヘリウムガスを
再凝縮させるａ線熱交換器、１９は蒸発ガスな誘導して
室４０外に排出するための排出ダクト。

２０は排出ダクト１９とガス放出管１０及び他のガス放
出管１１とを連絡する連絡ダクトである。

次に未実施例での作用について説明すると、クライオス
タット１６の真空空間８．８′を十分な真空になるまで
真空ポンプ（図示せず）で引いた後真空バルブ９を閉じ
て、ふく射シールド槽４反び液体槽１ｃそれぞれ液体窒
素５．液体ヘリウム３を充てんする。それと同時にヘリ
ウム冷凍ｆｉ１４を運転し、トランスフ１チユーブ１５
を経由して凝縮熱交換器１７　、１８ｔこ寒冷を送る。

凝縮熱交換８１７．１８が正常に作用しはじめるとふく
射シールド槽４及び液体槽１内の蒸発ガスは再凝縮さｎ
るので各々の槽内圧力はほぼ一定に推持され、安全弁１
２反び１３は閉じた状態を保たれる。

このような状況の下で超１！導マグネット２を使って実
験中に、地表皮び操作ミス等が原因でクライオスタット
１６が大ぎな真空破壊を起した場合、真空空間８及び８
′の圧力は瞬時ｔこ（厳密には破壊の状況によって異な
るが数秒から数十秒で）１０−’Ｔｏｒｒから大気圧７
６０　Ｔｏｒｒにまで上昇する。

そして、それにともなって液体槽１への熱侵入は正常時
の３０〜４０倍に増加するので凝縮熱交換器１７．１８
での再凝縮能力をはるかにこえ、各々の槽内圧力が上昇
しはじめる。槽内圧力が一定限度をこえると安全弁１２
．１３からヘリウムガス及び窒素ガスが噴出する。真空
破壊時のガス噴出量は例えば、表面積５〜６ｄ、液体槽
１の内容積１００７程度のクライオスタット１６で３０
秒間に１００１の液体ヘリウムが噴出する程であり。

これが常温のヘリウムガスになると約７０ビになるので
排出しないと室４０内はヘリウムガスが充満することに
なるが、この場合、連絡ダクト２０゜排出ダクト１９を
経由して室４０外に排出される。

本実施例ではヘリウム冷凍＠１４．凝縮熱交換器１７．
１８で蒸発ガスを再凝縮させるケースについて述べたが
、これらヘリウム冷凍機１４や凝縮熱交換器１７．１８
がない場合でも蒸発ガス量が増すのみで基本的には同じ
作用である。

このように、本実施例によれば超電導機器冷却用のクラ
イオスタットで大きな真空破壊が起っても噴出したヘリ
ウムガスや窒素ガスは連絡ダクト、排出ダクトを経由し
て室外に排出されるので、室内に充満することはなく、
したがって作業者の安全が保たれるという効果がある。

第２図は本発明の第２の実施例を示すもので、２１はガ
ス放出管１０の安全弁１２の付近に取付けられた圧力セ
ンサー、２２は同様に他のガス放出管１１の安全弁１３
の付近に取付けられた圧力センサー、２３は圧力センサ
ー２１．２２の信号をコントローラ２４Ｃ伝達する信号
ケーブル、２５はコントローラ２４の指令によって運転
される排出ファンである。

第１図に示した本発明の一実施例との相違は圧力センサ
ー２１．２２によって異常蒸発による各槽内圧力の急上
昇をはやく検知し、安全弁１２゜１３が噴出する直ｗｃ
検知した信号を信号ケーブル２３を介してコントローラ
２４Ｃ伝達し、コントローラ２４の動作で排出ファン２
５を始動する。

本実施例によれば安全弁が開く前に排出ファンが運転さ
れるので、排気ダクトの内部は負圧になっており、排気
ダクトが少しぐらい長くても、噴出したガスが排出され
にくいということなく、スムーズに排出されるという更
に他の効果がある。

第３図は本発明の′！Ｊ３の実施例を示すもので、排気
ダクト１９の一部を２重構造にして内ダクト２７の中ｔ
こ排出ファン２５を設置し、内ダクト２７と外ダクト２
６の間を排出ガスが通るようにした。この構造では本発
明の第２の実施例を示す第２図の圧力センサー２１．２
２の信号でコントローラ２４が排出ファン２５を動作さ
せると室４０内の空気が点線で示すようｔこ通気孔２８
を通って排出される。それによってエジェクタ一部２９
が負圧になり、排出ダクト１９の中のガスを実線矢印の
ように吸引する。

本実施例によれば排出ファンが直接、極低温の噴出ガス
にさらされることはないので、排出ファンが極低温に冷
却されたり固着などによって停止する心配がなくスムー
ズｔこ噴出ガスの排出ができるというｊｉ−Ｃ他の効果
がある。

第４図は本発明の第４の実施例を示すもので内ダクト２
７友び通気孔２８に断熱材３０を貼付けたものである。

本実施例ｔこよれば内ダクトの内側を流れる室内空気が
内ダクトを介して冷却されて間接的に排出ファンが冷却
されるのを防止できるという髭に他の効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、極低温冷却Ｍｌ！ｌのクライオスタッ
トで真空破壊等による異常蒸発が発生しても、ガス放出
管の安全弁から噴出したガスは連絡ダクト及び排出タク
トを介してすみやかに室外−こ排出さｎるので、室内が
噴出されたガスｔこよって充満されるという危険性が防
止できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明による極低温冷却装置の一実施例を示
す系統図、第２図は、本発明による極低温冷却装置の第
２の実施例を示す系統図、第３図は１本分明番こよる極
低温冷却装置の第３の実施例を示す排出ダクトの部分拡
大縦断面図、第４図は、本発明による極低温冷却装置の
第４の実施例を示す排出ダクトの部分拡大縦断面図であ
る。 １・・・・・・液体槽、４・・・・・・ふく射シールド
槽、７・・・・・・外槽、８，８′・・・・・・真空空
間、１０・・・・・・ガス放出管、１１・・・・・・池
のガス放出管、１６・・・・・・クライオスタット、１
９・・・・・・排出ダクト、２０・・・・・・連絡ダ中
１図 ）１−２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被冷却体を収納して冷却するための液体槽と、該液
   体槽を囲んだふく射シールド槽と、前記液体槽及びふく
   射シールド槽を収納した外槽とより構成され、各種間の
   空間を真空断熱したクライオスタットを有し、該クライ
   オスタットの液体槽に連通せるガス放出管及びふく射シ
   ールド槽に連通せる他のガス放出管を備えた極低温冷却
   装置において、前記該極低温冷却装置を設置した室内か
   ら室外に通ずる排出ダクトを設け、該排出ダクトと前記
   ガス放出管とを連絡ダクトで連結したことを特徴とする
   極低温冷却装置。 ２、前記ガス放出管並びに前記他のガス放出管のうちの
   少くとも一方に圧力センサーを取付けるとともに、前記
   排出ダクト内に排出ファンを備え、該排出ファンの操作
   を圧力センサーからの信号に応じてコントローラで指令
   するようにした特許請求の範囲、第１項に記載の極低温
   冷却装置。 ３、前記排出ダクトの一部を２重構造にし、内部ダクト
   の中に排出ファンを備え、内ダクトと外ダクトの間を排
   出ガス通路にするとともに内ダクトと前記室内を連通す
   る通気孔を設けた特許請求の範囲、第１項または第２項
   に記載の極低温冷却装置。 ４、前記内ダクト及び前記通気孔に断熱材を貼付けた特
   許請求の範囲第３項に記載の極低温冷却装置。