JPS63187066A - 極低温冷凍装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は極低温冷凍装置に係り、特に補助実冷綜を使用
する装置に好適な極低温冷凍装置に関するものである。

〔従来の技術〕

極低温冷凍装置、特にヘリウム冷凍袋ｊイでは、極低温
冷媒を生成する極低温冷凍機に補助寒冷源（例えば液体
窒素）を使用すると共に、被冷却体（例えば超電導マグ
ネット）では極低温部への熱侵入を減少させるために一
般的に熱シールド板が設けられ、この熱シールド板も同
様な補助寒冷源で冷却されている。

極低温冷凍機では熱交換器によって補助寒冷源の潜熱、
鵬熱共に有効利用されて、極低温冷凍機の出口では、は
ぼ常温になっている。これに対し被冷却体の熱シールド
板を冷却する補助寒冷源は潜熱のみが有効利用されるの
みであった。

なお、この種の装置として関連するものには例えば、第
３５回低遍工学研究発表会（１９８６年５月）予稿集Ｂ
１−１等がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は補助寒冷源の有効利用について配慮され
ておらず、システムの原単価が悪くなるという問題があ
った。特に、被冷却体を収納する真空容器を小形化する
ために熱シールド板を補助寒冷源を流した冷却筒で冷却
する場合には、熱シールド板を十分低温に保持しようと
すると熱シールド板冷却管出口から大量の液化補助寒冷
源が同伴流出するのは避けがた（、ますますシステムの
効率が低下することになっていた。また、この流出補助
寒冷源は低温のため高価な断熱配管とせざるを得ないと
いう問題があった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決した高効
率、低コストの極低温冷凍ｇ！置を提供することにある
。

更に本発明の目的は、従来技術では熱シールド板温度を
十分低温に保持するためには補助寒冷源を熱収支上必要
な潜熱相当以上に流さざるを得す、そうするとまた、寒
冷ロスが増大するという困難な問題を解決することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、極低温冷凍機と被冷却体は同じ補助寒冷源
を利用していること、および被冷却体の熱シールド板を
冷却した後の補助寒冷源が十分低温であることに着目す
れば、被冷却体の熱シールド板を冷却した後の補助寒冷
源を極低ｉＷ＋冷凍機で更に寒冷利用することにより、
達成される。

〔作　　用〕

補助寒冷源として最も多く使用されているのは液体窒素
であるが、液体窒素の潜熱は約２００ｊ／７である。一
方、常温までの顕熱も約２００Ｊ／ｙある。

従って、被冷却体の熱シールド板冷却体の補助寒冷源の
寒冷を極低温冷凍機の熱交換器で回収することにより、
システムの効率を太き（高めることができる。更に、ａ
！低温冷凍機の出口では常温まで温度回復しているので
低温配管長を短縮することができる。

更に、被冷却体熱シールド板を冷却した後の補助寒冷源
は極低温冷凍機で寒冷利用されるために、熱シールド板
を十分低温に保持するに必要な量の補助寒冷源を被冷却
体に供給することができ、被冷却体熱シールド板冷却後
の補助寒冷源中に、液体補助寒冷源が同伴するのを低減
させる必要がなく制御、操作が容易になる。

〔実　施　例う 以下１本発明の一実施例を第１図によって説明する。

第１図においてｌは圧縮機、２は極低温冷凍機。

３３〜３ｄは第１−第４の熱交換器、４は膨張機人口弁
、５は膨張機、６はジュールトムソン弁（以下、ＪＴ弁
と略称）、７ａ、７ｂは極低温冷媒移送配管、１０は真
空容器、１１は超電導マグネット、１２は低温容器、　
１３は熱シールド板、１４は冷却筒、１、は極低温冷凍
機２へ補助寒冷源である液体窒素（以下、ＬＮ２と略称
）を供給する低温配管、２１はＬＮ２供給弁、ｎは熱シ
ールド板１３を冷却するＬＮ２を供給する低温配管、田
はＬＮ２供給弁、冴は熱シールド板１３を冷却後の低温
窒素を極低温冷凍機２に導く低温配管である。なお、７
ａ、７ｂ、２０゜ｎおよびツは真空断熱された配管であ
る。

次に、以上のように構成された本発明の極低温冷凍装置
の動作について説明する。

圧縮機ｌで圧縮された高圧ヘリウムガスは極低温冷凍１
！！２に導入され、第１の熱交換器３ａで戻りヘリウム
ガスおよび補助寒冷源である窒素と熱交換し第２の熱交
換器３ｂに入る。第２の熱交換器３ｂでさらに冷却され
た高圧ヘリウムガスは膨張機ラインと液化ラインに分岐
し、膨張機ラインの高圧ヘリウムガスは膨張機人口弁４
を通り膨張′ａ、５で断熱膨張して温度降下後、戻りヘ
リウムガスとなる。

一方、液化ラインに分岐した高圧ヘリウムガスは第３．
第４の熱交換器３ｃ、３ｄで冷却され最終的にＪＴ弁６
でジュールトムソン膨張して一部が液化ヘリウムとなる
。ＪＴ弁６で液化ヘリウムを生成した極低温ヘリウムは
極低温冷媒移送配管７ａを通り真空容器１０の低温容器
１２に送られ、超電導マグネット１１を冷却する。超電
導マグネット１１を冷却しガス化した極低温ヘリウムは
極低温冷媒移送配管１６を通り極低温冷凍機２に戻り、
第４〜第１の熱交換器で寒冷回収され常温になって圧縮
機１に戻る。

補助寒冷源であるＬＮ２は低温配管Ｚ２．　ＬＮ２供給
弁るを通り冷却管１４に供給されて熱シールド板１３を
冷却する。熱シールド板１３を冷却してガス化した低温
窒素ガスはＬＮ２を同伴しながら低温配管冴な通り、低
温配管美およびＬＮ２供給弁２１を通り独立に供給され
たＬＮ２と合流して極低温冷凍機２に供給される。極低
温冷凍機２に供給された低温窒素は、第１の熱交換器３
ａで高圧ヘリウムガスと熱交換して常温に温度回転して
屋外放出される。

以上、本−実施例によれば、被冷却体の熱シールド板冷
却後の補助寒冷源の寒冷を極低温冷凍機で利用できるの
でシステムの効率が向上すると共に、低温配管長が短剣
され、コストを低減できる。

さら憂こ、被冷却体の熱シールド板の温度制御がほとん
ど不要となり、制御、操作性を向上できる。

なお、本実施例では被冷却体からの流出補助寒冷源と独
立の補助寒冷源を合流させたものを極低温冷凍機２に供
給しているが、極低温冷凍機２に必要とされるものも含
め全量を被冷却体を介して供給しても同様の効果が得ら
れることは明らかである。

また、被冷却体の熱シールド板１３を冷却する構造とし
てＬＮ２の貯槽な有する場合には被冷却体から流出する
補助寒冷源を完全に低温ＧＮ２のみとすることができる
が、この場合　には被冷却体からの流出補助寒冷源と独
立に供給する補助寒冷源との第１の熱交換器への導入位
置（温度レベル）を分けるのが効果的である。

更に、極低温冷媒移送配管は熱損失を低減するために補
助寒冷源で冷却した熱シールド管を有する場合が有るが
、この場合には、被冷却体熱シールド板冷却の補助寒冷
源と同様に極低温冷凍機で寒冷回収するのは合理的な方
法である。

更にまた、被冷却体熱シールド板、極低温冷媒移送配管
熱シールド管、極低温冷凍機と順次シリーズに補助寒冷
源を流す方法も本発明の目的に合致した合理的なもので
ある。

〔発明の効果〕 本発明によれば、被冷却体の熱シールド板冷却後の補助
寒冷源の寒冷を極低温冷凍機で利用できるのでシステム
の効率が向上すると共に、低温配管長が短縮されコスト
低減される効果がある。

さらに、本発明によれば、被冷却体の熱シールド板の温
度制御が＋１とんど不要となり制御、操作性が向上する
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の極低温冷凍装置を示すブロ
ブク構成図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、補助寒冷源を使用し極低温冷媒を生成する極低温冷
   凍機と、補助寒冷源を利用してシールド板を冷却した被
   冷却体とから成る極低温冷凍装置において、前記被冷却
   体の熱シールド板を冷却した後に流出する補助寒冷源を
   前記極低温冷凍機の補助寒冷に利用する手段を設けたこ
   とを特徴とする極低温冷凍装置。 ２、前記手段が前記被冷却体の熱シールド板を冷却した
   後に流出する補助寒冷源と、独立に供給される補助寒冷
   源とを共に利用する特許請求の範囲第１項記載の極低温
   冷凍装置。 ３、前記被冷却体から流出する補助寒冷源と、独立に供
   給される補助寒冷源の極低温冷凍機内熱交換器への導入
   位置を、おのおの独立に設けた特許請求の範囲第２項記
   載の極低温冷凍装置。 ４、前記手段が前記被冷却体の熱シールド板を冷却した
   後に流出した補助寒冷源のみを極低温冷凍機の補助寒冷
   に利用した特許請求の範囲第１項記載の極低温冷凍装置
   。