JPS6262478B2 - - Google Patents
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- JPS6262478B2 JPS6262478B2 JP57049095A JP4909582A JPS6262478B2 JP S6262478 B2 JPS6262478 B2 JP S6262478B2 JP 57049095 A JP57049095 A JP 57049095A JP 4909582 A JP4909582 A JP 4909582A JP S6262478 B2 JPS6262478 B2 JP S6262478B2
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- helium
- integrated circuit
- superfluidized
- saturated
- electronic device
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- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 48
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Classifications
-
- 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
- F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F25D19/00—Arrangement or mounting of refrigeration units with respect to devices or objects to be refrigerated, e.g. infrared detectors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は超電導電子装置に係り、特にジヨセフ
ソ素子を高密度に集積した集積回路を冷却するに
好適な超電導電子装置の冷却に関する。
ソ素子を高密度に集積した集積回路を冷却するに
好適な超電導電子装置の冷却に関する。
従来の超電導電子装置における集積回路の冷却
法について、第１図を基に説明する。超電導電子
素子の集積回路１は容器２に満された通常の液体
ヘリウム（〜4.2K、〜1atm）３に浸積して冷却
される。この容器２内には凝縮熱交換器４が設け
られ集積回路１の発熱量を吸収して蒸発したヘリ
ウムガスを凝縮再液化して、液体ヘリウム２の量
を一定に保持し、かつ、容器２内の圧力を一定に
保持する。この凝縮熱交換器４は容器５を付属し
ており、この容器５に液体ヘリウム６が注入弁７
を有する注入路８から注入される。この注入され
た液体ヘリウム６はそこで熱を吸収して蒸発し、
そしてこのヘリカムガスは、集積回路１と第１図
には図示しない常温部の電子装置と電気的な信号
の伝達を受けもつ多数の細線あるいは、薄膜で形
成した複数の信号伝達線９を冷却しながら、ガス
回収弁１０を有する回収路へと導かれる。信号伝
達線９は、先端部で常温部の信号線と結合され
る。１１は断熱材で、１２は輻射シールド板であ
る。また、１３は何んらかの原因で、液体ヘリウ
ム３に大きな熱じよう乱があつたとき、容器２内
の内圧が急激に上昇した場合に動作する安全弁で
ある。Ａは液体窒素などで冷却された輻射シール
ドを有する断熱真空である。
法について、第１図を基に説明する。超電導電子
素子の集積回路１は容器２に満された通常の液体
ヘリウム（〜4.2K、〜1atm）３に浸積して冷却
される。この容器２内には凝縮熱交換器４が設け
られ集積回路１の発熱量を吸収して蒸発したヘリ
ウムガスを凝縮再液化して、液体ヘリウム２の量
を一定に保持し、かつ、容器２内の圧力を一定に
保持する。この凝縮熱交換器４は容器５を付属し
ており、この容器５に液体ヘリウム６が注入弁７
を有する注入路８から注入される。この注入され
た液体ヘリウム６はそこで熱を吸収して蒸発し、
そしてこのヘリカムガスは、集積回路１と第１図
には図示しない常温部の電子装置と電気的な信号
の伝達を受けもつ多数の細線あるいは、薄膜で形
成した複数の信号伝達線９を冷却しながら、ガス
回収弁１０を有する回収路へと導かれる。信号伝
達線９は、先端部で常温部の信号線と結合され
る。１１は断熱材で、１２は輻射シールド板であ
る。また、１３は何んらかの原因で、液体ヘリウ
ム３に大きな熱じよう乱があつたとき、容器２内
の内圧が急激に上昇した場合に動作する安全弁で
ある。Ａは液体窒素などで冷却された輻射シール
ドを有する断熱真空である。
以上のように、従来の超電導電子装置の冷却
は、通常の液体ヘリウム（〜4.2K、〜1atm）に
超電導電子素子の集積回路を浸漬するようになつ
ていたので、集積度が従来より高くなると、単位
体積当りの発熱量が大きくなり、冷却面での熱流
束が約0.01W／cm2以上になると、液体ヘリウムの
自然対流冷却領域を越え、核沸騰領域に移り、集
積回路チツプの冷却面より、気泡が発生し、この
気泡の影響で、超電導電子素子が誤動作するとい
う欠点があつた。
は、通常の液体ヘリウム（〜4.2K、〜1atm）に
超電導電子素子の集積回路を浸漬するようになつ
ていたので、集積度が従来より高くなると、単位
体積当りの発熱量が大きくなり、冷却面での熱流
束が約0.01W／cm2以上になると、液体ヘリウムの
自然対流冷却領域を越え、核沸騰領域に移り、集
積回路チツプの冷却面より、気泡が発生し、この
気泡の影響で、超電導電子素子が誤動作するとい
う欠点があつた。
本発明の目的は、超電導電子素子が誤動作しな
い冷却系を有する超電導電子装置を提供すること
にある。
い冷却系を有する超電導電子装置を提供すること
にある。
本発明の特徴は、超電導電子素子を冷却する冷
媒として、通常の飽和液体ヘリウム（〜4.2K、
1atm）の代わりに、超流動ヘリウムを使用する
ことによつてその非常に優れた熱輸送特性のため
に超電導電子素子を高密度に集積した集積回路の
冷却面での熱流束が0.01W／cm2以上でも、冷却面
で気泡の発生をなくし、素子の誤動作をなくすこ
とにあり、具体的には超電導電子素子の集積回路
と、これを浸積し冷却するサブクール超流動ヘリ
ウムからなる冷媒と、前記集積回路及び冷媒を収
納する密閉容器と、前記冷媒を外部から前記密閉
容器内に供給する配管系統と、前記超電導電子素
子の集積回路へ接続される配線と、前記配線及び
前記配管系統を冷却する通常の液体ヘリウムを収
納した容器と、前記サブクール超流動ヘリウムと
熱交換する飽和超流動ヘリウムを収納した槽と、
この槽に前記通常の液体ヘリウムを減圧供給する
配管系と、前記飽和超流動ヘリウムを収納した槽
を減圧するための排気系とを備えた超電導電子装
置にある。
媒として、通常の飽和液体ヘリウム（〜4.2K、
1atm）の代わりに、超流動ヘリウムを使用する
ことによつてその非常に優れた熱輸送特性のため
に超電導電子素子を高密度に集積した集積回路の
冷却面での熱流束が0.01W／cm2以上でも、冷却面
で気泡の発生をなくし、素子の誤動作をなくすこ
とにあり、具体的には超電導電子素子の集積回路
と、これを浸積し冷却するサブクール超流動ヘリ
ウムからなる冷媒と、前記集積回路及び冷媒を収
納する密閉容器と、前記冷媒を外部から前記密閉
容器内に供給する配管系統と、前記超電導電子素
子の集積回路へ接続される配線と、前記配線及び
前記配管系統を冷却する通常の液体ヘリウムを収
納した容器と、前記サブクール超流動ヘリウムと
熱交換する飽和超流動ヘリウムを収納した槽と、
この槽に前記通常の液体ヘリウムを減圧供給する
配管系と、前記飽和超流動ヘリウムを収納した槽
を減圧するための排気系とを備えた超電導電子装
置にある。
上記本発明によれば、密閉容器内に超電導電子
素子の集積回路とサブクール超流動ヘリウムとを
収納するので、排気系からの不純物が集積回路に
混入することがない。前記密閉容器を室温に戻し
たときにも、集積回路などへの水分付着や汚染を
防止することができる。また、集積回路の冷却面
や冷媒中に気泡が発生しないようにすることもで
きる。
素子の集積回路とサブクール超流動ヘリウムとを
収納するので、排気系からの不純物が集積回路に
混入することがない。前記密閉容器を室温に戻し
たときにも、集積回路などへの水分付着や汚染を
防止することができる。また、集積回路の冷却面
や冷媒中に気泡が発生しないようにすることもで
きる。
以下、本発明の一実施例を第２図により説明す
る。これは、集積回路１をサブクール超流動ヘリ
ウム２２で冷却する装置を示す。飽和超流動ヘリ
ウム２３を連続的に生成する方法について簡単に
説明する。飽和超流動ヘリウム２３は、通常の液
体ヘリウム（4.2K、〜1atm）を排気管１５およ
び圧力調整弁１６を介して真空ポンプ１７で、強
制排気して飽和蒸気圧を約38mmHg以下とするこ
とによつて得られる。蒸発した飽和超流動ヘリウ
ム２３は、通常の液体ヘリウム１８を、熱交換器
１９によつてその温度を約2.2Kまで低下させ、
ジユール・トムソン膨張弁２０で飽和超流動ヘリ
ウム２３の飽和蒸気圧まで断熱膨張させて、補給
される。信号伝達線９は、ハーメチツクシール２
１を介してサブクール超流動ヘリウム２２の槽
と、通常の液体ヘリウム１８の槽の間を接続され
る。ハーメチツクシール２１は、信号伝達線９を
低熱伝導率を有する金属管に通し、金属管と信号
伝達線９の間隙に、エポキシ樹脂などで、充てん
して、密封することなどによつて作られる。
る。これは、集積回路１をサブクール超流動ヘリ
ウム２２で冷却する装置を示す。飽和超流動ヘリ
ウム２３を連続的に生成する方法について簡単に
説明する。飽和超流動ヘリウム２３は、通常の液
体ヘリウム（4.2K、〜1atm）を排気管１５およ
び圧力調整弁１６を介して真空ポンプ１７で、強
制排気して飽和蒸気圧を約38mmHg以下とするこ
とによつて得られる。蒸発した飽和超流動ヘリウ
ム２３は、通常の液体ヘリウム１８を、熱交換器
１９によつてその温度を約2.2Kまで低下させ、
ジユール・トムソン膨張弁２０で飽和超流動ヘリ
ウム２３の飽和蒸気圧まで断熱膨張させて、補給
される。信号伝達線９は、ハーメチツクシール２
１を介してサブクール超流動ヘリウム２２の槽
と、通常の液体ヘリウム１８の槽の間を接続され
る。ハーメチツクシール２１は、信号伝達線９を
低熱伝導率を有する金属管に通し、金属管と信号
伝達線９の間隙に、エポキシ樹脂などで、充てん
して、密封することなどによつて作られる。
本実施例では、熱交換器２４の部分で飽和超流
動ヘリウム２３の槽と集積回路１を浸漬する槽を
圧力的に完全に分離している。こうすることによ
つて、集積回路１を浸漬する超流動ヘリウムは、
加圧ヘリウムガスボンベ２５から弁２６、熱交換
器２７を介して導かれる細管２８によつてある一
定圧力に加圧することができ、超流動ヘリウム２
２は、サブクールの状態にすることができる。こ
の圧力を約１気圧程度にすると、超流動ヘリウム
２２の深さ方向の熱輸送特性の依存性をなくすこ
とができ、好都合である。
動ヘリウム２３の槽と集積回路１を浸漬する槽を
圧力的に完全に分離している。こうすることによ
つて、集積回路１を浸漬する超流動ヘリウムは、
加圧ヘリウムガスボンベ２５から弁２６、熱交換
器２７を介して導かれる細管２８によつてある一
定圧力に加圧することができ、超流動ヘリウム２
２は、サブクールの状態にすることができる。こ
の圧力を約１気圧程度にすると、超流動ヘリウム
２２の深さ方向の熱輸送特性の依存性をなくすこ
とができ、好都合である。
また、この構成によると、超電導電子素子の集
折回路を密閉することになり、排気系１７からの
不純物が集積回路に混入したり、あるいは集積回
路を収納した密閉容器内を室温に戻したときの集
積回路などへの水分付着や汚染を防止することが
できる。
折回路を密閉することになり、排気系１７からの
不純物が集積回路に混入したり、あるいは集積回
路を収納した密閉容器内を室温に戻したときの集
積回路などへの水分付着や汚染を防止することが
できる。
上記の実施例では、飽和あるいは加圧超流動ヘ
リウムを生成する基本的方法として、液体ヘリウ
ムの蒸発潜熱を利用している。これ以外に、磁気
冷凍法などによつて、液体ヘリウムの温度を約
2.2K以下にすることによつても可能である。
リウムを生成する基本的方法として、液体ヘリウ
ムの蒸発潜熱を利用している。これ以外に、磁気
冷凍法などによつて、液体ヘリウムの温度を約
2.2K以下にすることによつても可能である。
本発明によれば以下の効果が得られる。
(1) 密閉容器内に超電導電子素子の集積回路とサ
ブクール超流動ヘリウムとを収納するように構
成したので、排気系からの不純物が集積回路に
混入したり、あるいは集積回路を収納した密閉
容器内を室温に戻したときの集積回路などへの
水分付着や汚染を防止することができ、この結
果素子の誤動作をなくすことができる。
ブクール超流動ヘリウムとを収納するように構
成したので、排気系からの不純物が集積回路に
混入したり、あるいは集積回路を収納した密閉
容器内を室温に戻したときの集積回路などへの
水分付着や汚染を防止することができ、この結
果素子の誤動作をなくすことができる。
(2) 超電導電子素子の集積回路の冷却面および冷
媒中において気泡が発生しないようにすること
ができるので、素子の誤動作をこの面からもな
くすことができる。
媒中において気泡が発生しないようにすること
ができるので、素子の誤動作をこの面からもな
くすことができる。
第１図は従来の超電導電子装置の冷却の一例を
示す断面図、第２図は本発明の一実施例を示す断
面図である。 １……集積回路、９……信号伝達線、１９……
熱交換器、２０……ジユール・トムソン膨張弁、
２２……サブクール超流動ヘリウム、２３……飽
和超流動ヘリウム、２４……熱交換器。
示す断面図、第２図は本発明の一実施例を示す断
面図である。 １……集積回路、９……信号伝達線、１９……
熱交換器、２０……ジユール・トムソン膨張弁、
２２……サブクール超流動ヘリウム、２３……飽
和超流動ヘリウム、２４……熱交換器。
Claims (1)
- １ 超電導電子素子の集積回路と、これを浸漬し
冷却するサブクール超流動ヘリウムからなる冷媒
と、前記集積回路及び冷媒を収納する密閉容器
と、前記冷媒を外部から前記密閉容器内に供給す
る配管系統と、前記超電導電子素子の集積回路へ
接続される配線と、前記配線及び前記配管系統を
冷却する通常の液体ヘリウムを収納した容器と、
前記サブクール超流動ヘリウムと熱交換する飽和
超流動ヘリウムを収納した槽と、この槽に前記通
常の液体ヘリウムを減圧供給する配管系と前記飽
和超流動ヘリウムを収納した槽を減圧するための
排気系とを備えたことを特徴とする超電導電子装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57049095A JPS58166780A (ja) | 1982-03-29 | 1982-03-29 | 超電導電子装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57049095A JPS58166780A (ja) | 1982-03-29 | 1982-03-29 | 超電導電子装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58166780A JPS58166780A (ja) | 1983-10-01 |
| JPS6262478B2 true JPS6262478B2 (ja) | 1987-12-26 |
Family
ID=12821528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57049095A Granted JPS58166780A (ja) | 1982-03-29 | 1982-03-29 | 超電導電子装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58166780A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60123912A (ja) * | 1983-12-09 | 1985-07-02 | Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency | Ｓｑｕｉｄの冷却装置 |
| JPS61232542A (ja) * | 1985-04-08 | 1986-10-16 | Jeol Ltd | 試料冷却装置 |
| JP6718744B2 (ja) * | 2016-05-31 | 2020-07-08 | 株式会社前川製作所 | 冷却装置及び冷却方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50119789A (ja) * | 1974-02-22 | 1975-09-19 |
-
1982
- 1982-03-29 JP JP57049095A patent/JPS58166780A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50119789A (ja) * | 1974-02-22 | 1975-09-19 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58166780A (ja) | 1983-10-01 |
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