JPS63210573A - Helium refrigerator - Google Patents

Helium refrigerator

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JPS63210573A
JPS63210573A JP4178187A JP4178187A JPS63210573A JP S63210573 A JPS63210573 A JP S63210573A JP 4178187 A JP4178187 A JP 4178187A JP 4178187 A JP4178187 A JP 4178187A JP S63210573 A JPS63210573 A JP S63210573A
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JP
Japan
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pressure
helium gas
gas
circuit
helium
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Application number
JP4178187A
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Japanese (ja)
Inventor
種谷 昭一
和夫 三浦
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Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
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Publication date
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ヘリウムガスを膨脹させる予冷冷凍回路およ
びJ−T回路(ジュールトムソン回路)の2元回路を有
するヘリウム冷凍機に関し、特に、その作動停止時(常
温時)と定常運転時(いわゆるクールダウン運転の終了
による極低温の発生時)との温度変化に伴うJ−T回路
内のヘリウムガス圧の変動を吸収する対策に関するもの
である。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to a helium refrigerator having a binary circuit of a pre-cooling refrigeration circuit and a J-T circuit (Joule-Thomson circuit) for expanding helium gas, and in particular, This relates to measures to absorb fluctuations in helium gas pressure in the J-T circuit due to temperature changes between when the operation is stopped (at room temperature) and when it is in steady operation (when extremely low temperatures occur due to the completion of so-called cool-down operation). .

(従来の技術) 従来より、ヘリウム圧縮機で圧縮された高圧のヘリウム
ガスを膨脹前で膨脹させてクライオスタット(低温漕)
内の低温発生部を外部から輻射シールドする予冷冷凍回
路と、上記圧縮機からの高圧ヘリウムガスを上記予冷冷
凍回路で熱交換して予冷するとともに、その予冷された
ヘリウムガスをざらにJ−T弁でジュールトムソン膨脹
させてその膨脹作用により上記クライオスタットの低温
発生部内に極低温を発生させるJ−T回路とを備えた2
元式のヘリウム冷凍機は知られている。
(Conventional technology) Conventionally, high-pressure helium gas compressed by a helium compressor is expanded before expansion to create a cryostat (cryogenic chamber).
A pre-cooling refrigeration circuit that shields the low-temperature generation part inside from radiation from the outside, and high-pressure helium gas from the compressor is heat-exchanged and pre-cooled by the pre-cooling refrigeration circuit, and the pre-cooled helium gas is roughly transferred to the J-T. 2. A J-T circuit that expands the Joule-Thomson with a valve and generates a cryogenic temperature in the low temperature generating section of the cryostat by the expansion action.
The original helium refrigerator is known.

ところで、このようなJ−T回路を有するヘリウム冷凍
機においては、その作動開始からのクールダウン運転に
伴いJ−7回路内のヘリウムガスの温度が常温(300
K>から極低温(約4K>まで大きく低下するため、そ
の温度低下に伴ってガスの密度が増大してJ−7回路内
のヘリウムガスの体積が減少し、そのガス圧力が定常運
転時の圧力よりも低下する。このことから、クールダウ
ン運転の進行に応じて回路内にヘリウムガスを補充して
ガス圧力の低下をなくす必要がある。一方、このヘリウ
ムガスを補充したままでは、冷凍機の運転停止時おるい
は運転中に何等かの原因により温度上昇が生じた場合、
ヘリウムガスの密度の低下による体積の増大によりJ−
7回路内の圧力が異常上昇することになるので、上記補
充したヘリウムガスを回路内から回収することを要する
By the way, in a helium refrigerator having such a J-T circuit, the temperature of the helium gas in the J-7 circuit drops to room temperature (300℃) during the cool-down operation from the start of operation.
K> to an extremely low temperature (approximately 4K>), the density of the gas increases as the temperature decreases, and the volume of helium gas in the J-7 circuit decreases, causing the gas pressure to drop below normal operation. Therefore, as the cool-down operation progresses, it is necessary to replenish helium gas in the circuit to eliminate the drop in gas pressure.On the other hand, if this helium gas is kept refilled, the refrigerator If the temperature rises for some reason when the unit is stopped or during operation,
Due to the increase in volume due to the decrease in density of helium gas, J-
7 Since the pressure within the circuit will rise abnormally, it is necessary to recover the replenished helium gas from within the circuit.

そして、通常、斯かるヘリウムガスの補充およびその回
収を行うために、J−T回路のJ −’T弁で膨脹した
後の低圧ヘリウムガスを圧縮間の吸込側に戻す低圧配管
と、圧縮機から吐出された高圧ヘリウムガスをJ−T弁
に供給する高圧配管とを配管で接続し、その配管の途中
に、所定圧力のヘリウムガスを貯留するバラストタンク
と、該バラストタンクの上記高圧配管および低圧配管に
対する連通またはその遮断を自動的に制御する高圧およ
び低圧制御弁とを配設し、クールダウン運転の進行によ
りJ−7回路内のガス圧力が定常圧力よりも低下したと
きには、その圧力低下を検出して低圧制御弁を自動的に
開き、バラストタンク内のヘリウムガスをJ−7回路内
に供給してその圧力低下を補う一方、冷凍機の運転の停
止等による温度上昇により回路内のガス圧力が定常圧力
よりも上昇したときには、その圧力上昇を検出して高圧
制御弁を自動的に開き、回路内のヘリウムガスをバラス
トタンク内に回収して回路内の圧力上昇を抑えるように
することが行われている。
Normally, in order to replenish and recover such helium gas, there is a low-pressure pipe that returns the low-pressure helium gas expanded by the J-'T valve of the J-T circuit to the suction side between the compression chambers, and a compressor. A ballast tank for storing helium gas at a predetermined pressure is connected in the middle of the piping to a high-pressure piping that supplies high-pressure helium gas discharged from the J-T valve to the J-T valve, and the high-pressure piping of the ballast tank and High-pressure and low-pressure control valves are installed to automatically control communication with or cutoff of low-pressure piping, and when the gas pressure in the J-7 circuit decreases below the steady pressure due to the progress of cool-down operation, the pressure decreases. is detected and automatically opens the low pressure control valve, supplying helium gas in the ballast tank to the J-7 circuit to compensate for the pressure drop. When the gas pressure rises above the steady pressure, the pressure rise is detected and the high pressure control valve is automatically opened to recover the helium gas in the circuit into the ballast tank to suppress the pressure rise in the circuit. things are being done.

(発明が解決しようとする問題点) ところが、その場合、上記J−T回路内のガス圧ツノに
応じて自動的に開閉作動する低圧および高圧制御弁の価
格がいずれも高く、コストアップするのは免れ得ないと
ともに、その圧力制御弁の圧力調整に時間を要し、しか
もそれら制御弁の接続のために配管の接続系統が複雑に
なる等の問題があった。
(Problem to be Solved by the Invention) However, in this case, both the low pressure and high pressure control valves that automatically open and close according to the gas pressure horn in the J-T circuit are expensive, and the cost will increase. In addition, it takes time to adjust the pressure of the pressure control valves, and the piping connection system becomes complicated due to the connection of these control valves.

本発明は以上の問題を解決すべくなされたものであり、
その目的とするところは、上記した予冷冷凍回路とJ−
T回路との2元回路を有するヘリウム冷凍機において、
バラストタンクと低圧配管とを弁手段を介して接続し、
該弁手段の開閉制御を適切に制御するようにすることに
より、配管の接続系統を簡素化し、かつ高価な圧力制御
弁を要することなく、クールダウン運転時に運転圧力が
異常上昇するのをなくし、定常運転時の適正な運転圧力
を維持できるようにすることにある。
The present invention has been made to solve the above problems,
Its purpose is to connect the pre-cooling refrigeration circuit and
In a helium refrigerator having a dual circuit with a T circuit,
Connecting the ballast tank and the low pressure piping via valve means,
By appropriately controlling the opening and closing of the valve means, the piping connection system is simplified, an expensive pressure control valve is not required, and an abnormal increase in operating pressure during cool-down operation is prevented. The purpose is to maintain proper operating pressure during steady operation.

(問題点を解決するための手段) この目的を達成するために、本発明の解決手段は、例え
ば第1図に示すように、圧縮機(3)で圧縮された高圧
ヘリウムガスを膨脹機(7)で膨脹させて極低温を発生
させる予冷冷凍回路(2)と、圧縮機(14)、(16
)からの高圧ヘリウムガスを上記予冷冷凍回路(2)と
の熱交換により予冷し、その予冷されたヘリウムガスを
ジュールトムソン膨脹させて極低温を発生させるJ−T
回路(1)とを備えたヘリウム冷凍機を前提とする。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve this object, the solving means of the present invention, for example as shown in FIG. 7), a pre-cooling refrigeration circuit (2) which is expanded to generate a cryogenic temperature, and compressors (14) and (16).
) is precooled by heat exchange with the precooling refrigeration circuit (2), and the precooled helium gas is Joule-Thomson expanded to generate extremely low temperatures.
A helium refrigerator equipped with circuit (1) is assumed.

そして、上記J−T回路(1)のJ−T弁(29)で膨
脹した後の低圧ヘリウムガスを圧縮機(14)、(16
)の吸込側に戻す低圧配管(30)に接続され、所定圧
力のヘリウムガスを貯留するバラストタンク(31)と
、該バラストタンク(31)を上記低圧配管(30)に
対して連通させまたは連通遮断する電磁開閉弁等の弁手
段(BV)とを設ける。
The low-pressure helium gas after being expanded by the J-T valve (29) of the J-T circuit (1) is then transferred to the compressors (14) and (16).
) A ballast tank (31) that is connected to the low pressure pipe (30) returning to the suction side of the pipe and stores helium gas at a predetermined pressure, and the ballast tank (31) is connected to or communicated with the low pressure pipe (30). Valve means (BV) such as an electromagnetic shut-off valve is provided.

さらに、ヘリウム冷凍機の起動時、上記弁手段(BV)
を、上記圧縮機(14)、(16)の起動に先立って閉
じるとともに、圧縮機(14)。
Furthermore, when starting up the helium refrigerator, the valve means (BV)
is closed prior to starting the compressors (14) and (16), and the compressor (14).

(16)の起動後はその起動から一定時間が経過したと
きないし圧縮機(14)、(16)から吐出された高圧
ヘリウムガスをJ−T弁(29)に供給する高圧配管(
22)内のガス圧力が所定圧力以下に低下したときに開
くように制御する制御手段(51)を設ける。
(16) after a certain period of time has elapsed or after the high pressure piping (16) supplies the high pressure helium gas discharged from the compressors (14) and (16) to the J-T valve (29).
22) is provided with a control means (51) that is controlled to open when the gas pressure in the container falls below a predetermined pressure.

(作用) 上記の構成により、本発明では、ヘリウム冷凍機の起動
時、制御手段(51)の作動により、先ず、バラストタ
ンク(31)と低圧配管(30)とを接続する弁手段(
BV)が閉じられる。この弁手段(BV)の閉動作によ
りバラストタンク(31)とJ−7回路(1)の低圧配
管(30)との連通が遮断され、該バラストタンク(3
1)内のヘリウムガスはJ−7回路(1)内に供給され
ない。この後、圧縮機(14)、(16)が起動されて
クールダウン運転状態に移行するが、このクールダウン
運転の継続によりJ−7回路(1)内のへり1クムガス
の体積がその温度低下に伴う密度の増大により減少して
、該J−T回路(1)内の圧力が低下する。そして、こ
うしたJ−7回路(1)内のガス圧力の低下は、上記圧
縮8N(14)、(16)の起動から一定時間が経過し
たときないしは圧縮IN(14)、(16)から吐出さ
れたヘリウムガスをJ−T弁(29)に供給する高圧配
管(22)内の圧力が所定圧力以下に低下したときをも
って間接的に検知され、その時点で上記制御手段(51
)の作動によって上記弁手段(BV)が開かれ、バラス
トタンク(31)内のヘリウムガスがJ−7回路(1)
内に供給されて該J−丁回路(1)内の不足ガス量が補
充され、この補充によってJ−7回路(1)内のガス圧
力が定常圧力に保持される。
(Function) With the above configuration, in the present invention, when the helium refrigerator is started, the control means (51) is activated to first activate the valve means (
BV) is closed. By this closing operation of the valve means (BV), communication between the ballast tank (31) and the low pressure pipe (30) of the J-7 circuit (1) is cut off, and the ballast tank (3
Helium gas in 1) is not supplied into the J-7 circuit (1). After this, the compressors (14) and (16) are started and shift to a cool-down operation state, but due to the continuation of this cool-down operation, the volume of 1 cm gas in the J-7 circuit (1) decreases in temperature. The pressure inside the J-T circuit (1) decreases due to the increase in density associated with it. The decrease in gas pressure in the J-7 circuit (1) occurs when a certain period of time has elapsed since the start of the compression 8N (14), (16) or when the gas is discharged from the compression IN (14), (16). This is indirectly detected when the pressure in the high-pressure pipe (22) that supplies helium gas to the J-T valve (29) drops below a predetermined pressure, and at that point the control means (51)
), the valve means (BV) is opened, and the helium gas in the ballast tank (31) flows into the J-7 circuit (1).
The insufficient amount of gas in the J-7 circuit (1) is replenished, and the gas pressure in the J-7 circuit (1) is maintained at a steady pressure by this replenishment.

また、上記クールダウン運転後の定常運転時にも上記弁
手段(BV)は開き状態に保持され、このため、温度上
昇によりJ−7回路(1)内のヘリウム聞が増加してそ
のガス圧力が上昇しても、その増加したヘリウムガスは
上記弁手段(BV)を通してバラストタンク(31)内
に回収されて平衡状態となり、このことによりJ−7回
路(1)内のガス圧力の異常上昇が回避される。
In addition, the valve means (BV) is kept open during steady operation after the cool-down operation, and as a result, the helium volume in the J-7 circuit (1) increases due to the temperature rise, and the gas pressure increases. Even if the helium gas rises, the increased helium gas is recovered into the ballast tank (31) through the valve means (BV) and reaches an equilibrium state, thereby preventing an abnormal increase in the gas pressure in the J-7 circuit (1). Avoided.

さらに、ヘリウム冷凍機の運転停止時には上記弁手段(
BV)は開かれ、このことにより上記と同様に、J−7
回路(1)内のヘリウムガスは上記弁手段(BV)を通
してバラストタンク(31)内に回収されて該J−T回
路(1)内のガス圧力の異常上昇が回避される。
Furthermore, when the operation of the helium refrigerator is stopped, the valve means (
BV) is opened, which causes the J-7
Helium gas in the circuit (1) is recovered into the ballast tank (31) through the valve means (BV) to avoid an abnormal increase in gas pressure in the J-T circuit (1).

したがって、この場合、従来の如く高価な圧力制御弁を
用いることなく、定常運転時の運転圧力を適正圧力に維
持しかつクールダウン運転時の異常高圧への移行を防止
でき、配管の簡素化、コストダウン化および圧力調整の
不要化を図り得ることとなる。
Therefore, in this case, without using an expensive pressure control valve as in the past, it is possible to maintain the operating pressure at an appropriate level during steady operation and prevent the transition to abnormally high pressure during cool-down operation, simplifying piping, It is possible to reduce costs and eliminate the need for pressure adjustment.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第1図は本発明の実施例に係る2元2段圧縮ザイクルの
ヘリウム冷凍機の全体構成を示し、(1)は極低温を発
生させるためにヘリウムガスを圧縮してジュールトムソ
ン膨脹させるJ−7回路、(2)は上記J−T回路(1
)におけるヘリウムガスを予冷するためにヘリウムガス
を圧縮膨脹させて極低温を発生させる予冷冷凍回路で市
って、上記J−T回路(1)はJ−T側圧縮機ユニット
(A)と、被冷却体(図示せず)を冷却状態に保持する
低温発生部(C1)を内布するクライオスタット(C)
(低温槽)とに亘って、また予冷冷凍回路(2)は予冷
用圧縮機ユニット(B)と上記クライオスタット(C)
とに亘って互いに並列に配設されている。
FIG. 1 shows the overall configuration of a binary two-stage compression cycle helium refrigerator according to an embodiment of the present invention. 7 circuits, (2) is the above J-T circuit (1
), the J-T circuit (1) includes a J-T side compressor unit (A), A cryostat (C) that includes a low temperature generation part (C1) that maintains a cooled object (not shown) in a cooled state.
(low temperature tank), and the precooling refrigeration circuit (2) is connected to the precooling compressor unit (B) and the cryostat (C).
are arranged in parallel to each other.

上記予冷用圧縮機ユニット(B)はヘリウムガスを圧縮
する予冷用圧縮機(3)と、該圧縮機(3)で圧縮され
た高圧のヘリウムガスから圧縮機(3)用の潤滑油を分
離除去する油分離器(4)と、該油分離器(4)を通過
したヘリウムガス中の水分や不純ガス等の不純物を吸着
除去する吸着器(5)とを備え、上記吸着器(5)は高
圧配管(6)を介してクライオスタット(C)にv、H
した膨脹機(7)におけるケーシング(8)の高圧側入
口(8a)に接続されている。
The pre-cooling compressor unit (B) includes a pre-cooling compressor (3) that compresses helium gas, and separates lubricating oil for the compressor (3) from the high-pressure helium gas compressed by the compressor (3). The adsorber (5) is equipped with an oil separator (4) for removing oil, and an adsorber (5) for adsorbing and removing impurities such as moisture and impure gas in the helium gas that has passed through the oil separator (4). are sent to the cryostat (C) via the high pressure piping (6).
It is connected to the high-pressure side inlet (8a) of the casing (8) in the expanded expander (7).

上記膨脹機(7)は、クライオスタット(C)外に配置
される上記ケーシング(8)と、該ケーシング(8)の
下部に連設されたシリンダ(9)とを有し、該シリンダ
(9)の外周にはクライオスタット(C)内に挿通され
る第1および第2ヒートステーシヨン(10)、(11
)が設けられている。そして、図示しないが、上記ケー
シング(8)内には、回転する毎に開弁じて上記高圧側
入口(8a)から流入したヘリウムガスを上記シリンダ
(9)内に供給するロータリバルブと、該ロータリバル
ブを駆動するバルブモータとが嵌装されている一方、上
記シリンダ(9)内には、ロータリバルブの開閉に応じ
て往復動するスラックピストンと、該スラックピストン
に一体的に係止駆動されてシリンダ(9)内を往復動じ
、へりラムガスをサイモン膨脹させるディスプレーサと
が嵌挿されている。そして、上記シリンダ(9)の第1
ヒートステーシヨン(10)は、クライオスタット(C
)内の低温発生部(C1)を取り囲むように配置した輻
射シールド部(C2)に熱接触しており、膨脹機(7)
におけるロータリバルブの開弁により高圧のヘリウムガ
スをシリンダ(9)内で膨脹させて低温状態を発生させ
、その低温状態をシリンダ(9)にあける第1および第
2ヒートステーシヨン(10)、(11)にて保持する
とともに、第1ヒートステーシヨン(10)に熱接触し
ている輻射シールド部(C2)を低温に冷却してその内
部の低温発生部(C1)を外部から輻射シールドするよ
うに構成されている。
The expander (7) includes the casing (8) disposed outside the cryostat (C), and a cylinder (9) connected to the lower part of the casing (8). First and second heat stations (10) and (11) inserted into the cryostat (C) are provided on the outer periphery of the cryostat (C).
) is provided. Although not shown, inside the casing (8) is a rotary valve that opens each time it rotates and supplies helium gas flowing from the high-pressure side inlet (8a) into the cylinder (9), and A valve motor that drives the valve is fitted in the cylinder (9), while a slack piston that reciprocates in response to the opening and closing of the rotary valve and a slack piston that is integrally driven and engaged with the slack piston is fitted inside the cylinder (9). A displacer that reciprocates within the cylinder (9) and causes Simon expansion of the hem ram gas is fitted. And the first cylinder (9)
The heat station (10) is a cryostat (C
) is in thermal contact with the radiation shield part (C2) arranged to surround the low temperature generation part (C1) in the expander (7).
The first and second heat stations (10) and (11) expand high-pressure helium gas in the cylinder (9) by opening the rotary valve to generate a low temperature state, and create the low temperature state in the cylinder (9). ), the radiation shield part (C2) in thermal contact with the first heat station (10) is cooled to a low temperature, and the low temperature generating part (C1) inside thereof is radiation shielded from the outside. has been done.

また、上記膨脹機(7)のケーシング(8)には膨脹後
の低圧のヘリウムガスを吐出させる低圧側出口(8b)
が開口され、該低圧側出口(8b)は低圧配管(12)
を介して上記予冷用圧縮機ユニット(B)に設けたサー
ジボトル(13)に接続され、該サージボトル(13)
は上記予冷用圧縮は(3)の吸入側に接続されており、
膨脹機(7)から吐出された低圧のヘリウムガスをその
圧力変動をサージボトル(13)で吸収して圧縮機(3
)に吸引するようになされている。以上により、予冷用
圧縮機(3)から吐出された高圧のヘリウムガスを油分
離器(4)および吸着器(5)を経由して膨脹機(7)
に供給し、その膨脹機(7)での断熱膨脹によりヒート
ステーション(10)、(11)の温度を低下させて、
クライオスタット(C)内の低温発生部(C1)を輻射
シールドするとともに、J−T回路(1)における後述
の予冷器(24>、(26)を予冷し、膨脹した低圧ヘ
リウムガスをサージボトル(13)を介して圧縮機(3
)に戻して再圧縮するように構成されている。
Further, the casing (8) of the expander (7) has a low pressure side outlet (8b) for discharging low pressure helium gas after expansion.
is opened, and the low pressure side outlet (8b) is connected to the low pressure pipe (12).
The surge bottle (13) is connected to the surge bottle (13) provided in the pre-cooling compressor unit (B) through the
The above pre-cooling compression is connected to the suction side of (3),
The pressure fluctuations of the low-pressure helium gas discharged from the expander (7) are absorbed by the surge bottle (13), and the pressure fluctuations are absorbed by the compressor (3).
). As described above, the high pressure helium gas discharged from the pre-cooling compressor (3) is sent to the expander (7) via the oil separator (4) and the adsorber (5).
and lowering the temperature of the heat stations (10) and (11) by adiabatic expansion in the expander (7),
In addition to shielding the low temperature generation part (C1) in the cryostat (C) from radiation, precooling the precoolers (24>, (26), which will be described later) in the J-T circuit (1), and discharging the expanded low-pressure helium gas into a surge bottle ( 13) through the compressor (3
) and recompress it.

一方、上記J−T側圧縮機ユニット(A>には、ヘリウ
ムガスを所定圧力に圧縮する低段圧縮機(14)と、該
圧縮機(14)から吐出された高圧ヘリウムガスから圧
縮機(14)用の潤滑油を分離除去する油分離器(15
)と、該油分離器(15)を経由した高圧ヘリウムガス
を更に高圧に圧縮する高段圧縮機(16)と、該圧縮機
(16)から吐出された高圧ヘリウムガスから圧縮機(
16)用の潤滑油を分離除去する油分離器(17)と、
該油分離器(17)を経由した高圧ヘリウムガス中の不
純物を吸着除去する吸着器(18)とが設けられている
On the other hand, the J-T side compressor unit (A>) includes a low-stage compressor (14) that compresses helium gas to a predetermined pressure, and a compressor (14) that compresses the high-pressure helium gas discharged from the compressor (14). Oil separator (15) that separates and removes lubricating oil for
), a high-stage compressor (16) that compresses the high-pressure helium gas that has passed through the oil separator (15) to an even higher pressure, and a compressor (
16) an oil separator (17) for separating and removing lubricating oil;
An adsorber (18) is provided for adsorbing and removing impurities in the high-pressure helium gas that has passed through the oil separator (17).

また、上記クライオスタット(C)には1次側および2
・次側をそれぞれ通過するヘリウムガス間で互いに熱交
換させる第1〜第3のJ−T熱交換器(19)〜(21
)が嵌装され、これらJ−T熱交換器(19)〜(21
)のうち、第2および第3J−T熱交換器(20>、(
21>はクライオスタット(C)の輻射シールド部(C
2)内に配置されている。上記第1J−T熱交換器(1
9)の1次側は高圧配管(22)を介して上記J−T側
圧縮機ユニット(A>の吸着器(18)に接続されてい
る。また、上記第1および第2のJ−T熱交換器(19
)、(20)の各1次側同士は吸着器(23)と上記膨
脹機(7)の第1ヒートスチージョン(10)外周に配
置した第1予冷器(24)とを介して接続されていると
ともに、第2および第3J−T熱交換器(20>、(2
1)の各1次側同士は同様に吸着器(25)と膨脹機(
7)の第2ヒートステーシヨン(11)外周に配置した
第2予冷器(26)とを介して接続されている。ざらに
、上記第3J−T熱交換器(21〉の1次側は、膨脹機
(7)のシリンダ(9)下端に支持されて低温発生部(
C1)内に位置する冷却器(27)に対し吸着器(28
)およびJ−T弁(29)を介して接続されている。上
記J−T弁(29)は、高圧のヘリウムガスをジュール
トムソン膨脹させるものであり、その開度がクライオス
タット(C)の外部から操作レバー(29a)を介して
ステッピングモータ等のモータ(M)によって調整され
る。そして、上記冷却器(27)は上記第3および第2
J−T熱交換器(21>。
In addition, the cryostat (C) has a primary side and a secondary side.
- First to third J-T heat exchangers (19) to (21) that exchange heat with each other between helium gases passing through the next side, respectively.
) are fitted, and these J-T heat exchangers (19) to (21
), the second and third J-T heat exchangers (20>, (
21> is the radiation shield part (C) of the cryostat (C).
2) is located within. The first J-T heat exchanger (1
9) is connected to the adsorber (18) of the J-T side compressor unit (A>) via the high-pressure pipe (22). Heat exchanger (19
) and (20) are connected to each other via an adsorption device (23) and a first precooler (24) disposed around the outer periphery of the first heat station (10) of the expander (7). and the second and third J-T heat exchangers (20>, (2
1), the adsorber (25) and the expander (25) are connected to each other in the same way.
7) is connected via a second precooler (26) disposed on the outer periphery of the second heat station (11). Roughly speaking, the primary side of the third J-T heat exchanger (21) is supported by the lower end of the cylinder (9) of the expander (7), and is connected to the low temperature generating part (21).
The adsorber (28) is located in the cooler (27) located in the
) and the J-T valve (29). The J-T valve (29) is for Joule-Thomson expansion of high-pressure helium gas, and its opening is controlled by a motor (M) such as a stepping motor from the outside of the cryostat (C) via an operating lever (29a). adjusted by. The cooler (27) is connected to the third and second coolers.
J-T heat exchanger (21>.

(20)の各2次側を経て第1J−T熱交換器(19)
の2次側に接続され、該第1J−T熱交換器(19)の
2次側は低圧配管(30)を介して上記J ’−T側圧
縮機ユニット(A>における低段圧縮機(14)の吸入
側に接続されている。よって、上記2段直列に接続され
た2台の圧縮機(14)、(16)によりヘリウムガス
を高圧に圧縮してクライオスタット(C)側に供給し、
それをクライオスタット(C)の第1〜第3のJ−T熱
交換器(19)〜(21)においてJ−T側圧縮機ユニ
ット(A>に戻る低温低圧のヘリウムガスと熱交換させ
るとともに、第1および第2予冷器(24)、(26)
で膨脹機(7)の第1および第2ヒートステーシヨン(
10)、(11)と熱交換させて冷却したのち、J−T
弁(29)でジュールトムソン膨脹させて冷却器(27
)で定常運転時に1気圧、約4にのヘリウムとなし、し
かる後、低圧となったヘリウムガスを第1ないし第3J
−T熱交換器(19)〜(21)の各2次側を通してJ
−T側圧縮機ユニット(A>の低段圧縮機(14)に吸
入させて再圧縮するように構成されている。
(20) through each secondary side of the first J-T heat exchanger (19)
The secondary side of the first J-T heat exchanger (19) is connected to the low-stage compressor ( 14).Thus, the two compressors (14) and (16) connected in series in the two stages compress helium gas to high pressure and supply it to the cryostat (C) side. ,
It is heat exchanged with the low-temperature, low-pressure helium gas that returns to the J-T side compressor unit (A>) in the first to third J-T heat exchangers (19) to (21) of the cryostat (C), and First and second precoolers (24), (26)
The first and second heat stations (
After cooling by heat exchange with 10) and (11), J-T
The valve (29) inflates the Joule Thomson and the cooler (27)
) during steady operation, the helium is at a pressure of 1 atm and about 4 liters, and then the low pressure helium gas is transferred to the first to third J.
-J through each secondary side of the T heat exchanger (19) to (21)
- It is configured to be sucked into the low-stage compressor (14) of the T-side compressor unit (A>) and recompressed.

ざらに、本発明の特徴として、第2図にも示すように、
上記J−T回路(1)のJ−T側圧縮はユニット(A>
において、J−T弁(29)で膨脹した後の低圧ヘリウ
ムガスを低段圧縮機(14)の吸込側に戻す低圧配管(
30)には、所定圧力のヘリウムガスを貯留するバラス
トタンク(31)が接続配管(32)を介して接続され
ている。また、この接続配管(32)には上記バラスト
タンク(31)を低圧配管(30)に対して連通させま
たは連通遮断する弁手段としての常時開の電磁弁(BV
)が配設されている。そして、上記電磁弁(BV)はそ
の開閉が制御手段としてのコントローラ(50)のガス
圧力制御部(51)によって制御されるように構成され
、該ガス圧力制御部(51)には、上記J−T側圧縮機
ユニット(A>の高段圧縮機1(16)から吐出された
高圧ヘリウムガスをクライオスタット(C)のJ−T弁
(29)に供給する高圧配管(22)内のガス圧力に応
じてON・OFF作動する圧力スイッチ(PS)の信号
と、冷凍機の起動信号と、上記側圧縮機(14)、(1
6)の起動信号とが入力されており、このコントローラ
(50)のガス圧力制御部(51)により上記電磁弁(
BV)は、ヘリウム冷凍殿の起動時、上記低段および高
段圧縮機(14)、(16)の起動に先立って閉じると
ともに、該圧縮ta(14)、(16)の起動後は上記
高圧配管(22)内のガス圧力が所定圧力以下に低下し
たときに圧力スイッチ(PS)のON信号に基づいて開
くように制御される。
Briefly, as shown in FIG. 2, the features of the present invention are as follows:
The J-T side compression of the above J-T circuit (1) is performed by the unit (A>
, a low pressure pipe (
30) is connected to a ballast tank (31) that stores helium gas at a predetermined pressure via a connecting pipe (32). Further, this connecting pipe (32) is provided with a normally open solenoid valve (BV) as a valve means for communicating or cutting off communication between the ballast tank (31) and the low pressure pipe (30).
) are provided. The solenoid valve (BV) is configured such that its opening/closing is controlled by a gas pressure control section (51) of a controller (50) as a control means, and the gas pressure control section (51) includes the above-mentioned J - Gas pressure in the high-pressure pipe (22) that supplies high-pressure helium gas discharged from the high-stage compressor 1 (16) of the T-side compressor unit (A>) to the J-T valve (29) of the cryostat (C). The signal of the pressure switch (PS) which operates ON/OFF according to
6) is input, and the gas pressure control section (51) of this controller (50) starts the solenoid valve (
BV) is closed when starting up the helium refrigeration chamber, prior to starting up the low stage and high stage compressors (14) and (16), and after starting up the compressors ta (14) and (16), the high pressure It is controlled to open based on the ON signal of the pressure switch (PS) when the gas pressure in the pipe (22) drops below a predetermined pressure.

また、第1図に示すように、上記J−T回路(1)にお
いてクライオスタット(C)内の冷却器(27〉と第3
J−T熱交換器(21)の2次側とを接続する配管には
バイパス配管(33)の上流端が分岐接続され、該バイ
パス配管(33)の下流端は第1および第2の2つの分
岐管(33a)、(33b)に分岐されて、それぞれ第
1J−T熱交換器(19)と第2J−T熱交換器(20
)との各2次側間の配管および該第2J−T熱交換器(
20)と第3J−T熱交換器(21)との各2次側間の
配管にそれぞれ接続されている。
In addition, as shown in FIG. 1, in the J-T circuit (1), the cooler (27> and the third
The upstream end of a bypass pipe (33) is branched to the pipe connecting the secondary side of the J-T heat exchanger (21), and the downstream end of the bypass pipe (33) is connected to the first and second two pipes. The first J-T heat exchanger (19) and the second J-T heat exchanger (20) are branched into two branch pipes (33a) and (33b), respectively.
) and the piping between each secondary side and the second J-T heat exchanger (
20) and the third J-T heat exchanger (21).

また、上記バイパス配管(33)の第1および第2の各
分岐管(33a>、(33b)にはそれぞれ該各分岐管
(33a>、(33b)を開閉する第1および第2の電
磁弁(BV+ >、(BV2 >が配設されている。そ
して、これら電磁弁(BVl)、(BV2 )は上記コ
ートローラ(50)におCプるバイパス電磁弁制御部(
52)によって開閉制御されるように構成され、この制
御部(52)には、上記冷却器(27)と第3J−T熱
交換器(21)の2次側との間の配管において上記バイ
パス配管(33)の上流端分岐部よりも上流側の温度、
つまり4にレベルに達する冷却器(27)からリターン
するヘリウムガスのリターン温度を検出する温度センサ
(34)の出力信号が入力されており、上記バイパス電
磁弁制御部(52)により、ヘリウム冷凍機のクールダ
ウン運転時の初期には、第1電磁弁(BV+ )を聞き
かつ第2電磁弁(BV2 )を閉じることにより、冷却
器(27)からのリターンガスを第2および第3J−T
熱交換器(21)、(20>をバイパスさせ、クールダ
ウン運転の進行に伴い温度センサ(34)により検出さ
れるヘリウムガスのリターン温度が第1の設定温度(例
えば50K>に低下したとぎには、上記とは逆に、第1
電磁弁(BV+ )を閉じかつ第2電磁弁(BV2 >
を開くことにより、冷却器(27)からのリターンガス
を第3J−T熱交換器(21)のみをバイパスさせ、ざ
らにリターン温度が上記第1の設定温度よりも低い第2
の設定温度(例えば20K>に低下したときには、上記
第1および第2電磁弁(BV+ )、(BV2 )の双
方を閉じることにより、冷却器(27)からのリターン
ヘリウムガスのJ−T熱交換器(20)、(21>に対
するバイパスを解除するように構成されている。
Further, the first and second branch pipes (33a>, (33b)) of the bypass pipe (33) each have first and second solenoid valves for opening and closing the respective branch pipes (33a>, (33b)). (BV+>, (BV2>) are provided.These solenoid valves (BVl) and (BV2) are connected to the bypass solenoid valve control unit (CV2) which is connected to the coat roller (50).
52), and this control section (52) includes the bypass control section in the piping between the cooler (27) and the secondary side of the third J-T heat exchanger (21). The temperature on the upstream side of the upstream end branch of the pipe (33),
In other words, the output signal of the temperature sensor (34) that detects the return temperature of the helium gas returning from the cooler (27) reaching level 4 is input, and the bypass solenoid valve control section (52) controls the helium refrigerator. At the beginning of the cool-down operation, the return gas from the cooler (27) is transferred to the second and third J-T by listening to the first solenoid valve (BV+) and closing the second solenoid valve (BV2).
The heat exchangers (21) and (20> are bypassed, and as soon as the return temperature of helium gas detected by the temperature sensor (34) drops to the first set temperature (for example, 50K>) as the cool-down operation progresses, is, contrary to the above, the first
Close the solenoid valve (BV+) and close the second solenoid valve (BV2>
By opening the opening, the return gas from the cooler (27) bypasses only the third J-T heat exchanger (21), and the second J-T heat exchanger (21), whose return temperature is roughly lower than the first set temperature, is
When the temperature drops to a set temperature (for example, 20K), both the first and second solenoid valves (BV+) and (BV2) are closed, thereby allowing J-T heat exchange of the return helium gas from the cooler (27). The device is configured to release the bypass for the devices (20) and (21>).

ざらに、上記J−T弁(29)に駆動連結されていてそ
の開度を調整するモータ(M)は上記コントローラ(5
0)のJ−T弁制御部(53)により作動制御されるよ
うに構成され、このJ−T弁制御部(53)には上記J
−T回路(1)の低圧配管(30)内のガス圧力、つま
りヘリウムガスのリターン圧力を検出する圧力センサ(
35)の検出信号が入力されており、このJ−T弁制御
部(53〉により、上記バイパス電磁弁制御部(52)
の作動に伴ってヘリウムガスのリターン経路が調整され
ている間、圧力センサ(35)により検出されるヘリウ
ムガスのリターン圧力が略一定になるようJ−T弁(2
9)の開度を可変調整するように構成されている。
Roughly speaking, the motor (M) which is drivingly connected to the J-T valve (29) and adjusts its opening degree is connected to the controller (5).
The J-T valve control section (53) has the J-T valve control section (53).
- A pressure sensor (
The detection signal of 35) is inputted, and this J-T valve control section (53) causes the above-mentioned bypass solenoid valve control section (52)
While the helium gas return path is being adjusted in accordance with the operation of the J-T valve (2), the helium gas return path detected by the pressure sensor (35) is kept approximately constant.
9) is configured to variably adjust the opening degree.

尚、上記予冷用圧縮機ユニット(B)の圧縮機(3)お
よびJ−T側圧縮機ユニット(A>の2台の圧縮機(1
4)、(16)の構造およびその周辺機器は同様の構造
に構成されおり、第1図中、(36)は各圧縮機(3)
、(14)、(16)の吐出側から油分離器(4)、(
15)、(17)に至る流路の途中に介設された吐出ガ
スコイルであって、該吐出ガスコイル(36)は各圧縮
機(3)、(14)、(16)のケーシング(図示せず
)外周の上半部に巻き付けられてなるものでおる。また
、各圧縮機(3)、(14)、(16)のケーシング外
周面全体には冷却水が流れる冷却水コイル(37)が上
記吐出ガスコイル(36)と略平行に巻き付けられてお
り、この冷却水コイル(37)を流れる冷却水により、
圧縮機(3)。
In addition, the compressor (3) of the pre-cooling compressor unit (B) and the two compressors (1) of the J-T side compressor unit (A>
The structures of 4) and (16) and their peripheral equipment are similar, and in Fig. 1, (36) is the structure of each compressor (3).
, (14), (16) from the discharge side of the oil separator (4), (
15) and (17), the discharge gas coil (36) is connected to the casing (not shown) of each compressor (3), (14), and (16). ) It is wrapped around the upper half of the outer circumference. In addition, a cooling water coil (37) through which cooling water flows is wound around the entire outer peripheral surface of the casing of each compressor (3), (14), and (16) approximately parallel to the discharge gas coil (36). Due to the cooling water flowing through the cooling water coil (37),
Compressor (3).

(14)、(16)から吐出されて吐出ガスコイル(3
6)内を流れる高温高圧のヘリウムガスを冷却するよう
になされている。
(14), (16) and the discharge gas coil (3
6) It is designed to cool the high-temperature, high-pressure helium gas flowing inside.

また、(38)は各圧縮機(3)、(14)。Moreover, (38) is each compressor (3), (14).

(16)のケーシング外周面下半部に冷却水コイル(3
7)と略平行に巻き付けられてなる油コイルであって、
核油コイル(38)の上流端は各圧縮機(3)、(14
)、(16)におけるケーシング内底部の油溜に、下流
端は油フィルタ(39)を介設したインジェクション管
(40)を介して圧縮機(3)、(14)、(16)の
吸入側にそれぞれ接続されており、圧縮機(3)、(1
4>。
(16) Cooling water coil (3
7) is an oil coil wound approximately parallel to the
The upstream end of the nuclear oil coil (38) is connected to each compressor (3), (14
) and (16), the downstream end is connected to the suction side of the compressors (3), (14), and (16) through an injection pipe (40) with an oil filter (39) interposed therein. are connected to the compressors (3) and (1), respectively.
4>.

(16)からヘリウムガスとともに吐出されるケーシン
グ内の潤滑油を油コイル(38)に送給して上記冷却水
コイル(37)内の冷却水により冷却し、この冷却され
た潤滑油をインジェクション管(40)によって吸入ヘ
リウムガス中に噴射注入させるようになされている。
The lubricating oil in the casing discharged from (16) together with helium gas is fed to the oil coil (38) and cooled by the cooling water in the cooling water coil (37), and this cooled lubricating oil is transferred to the injection pipe. (40), the helium gas is injected into the suction helium gas.

次に、上記実施例のヘリウム冷凍機の作動について詳述
する。
Next, the operation of the helium refrigerator of the above embodiment will be described in detail.

ヘリウム冷凍機の起動に伴い、先ず、予冷冷凍回路(2
)の圧縮機(3)とJ−T回路(1)の低段および高段
の2台の圧縮UN(14)、(16)とが起動されてク
ールダウン運転が行われる。このクールダウン運転状態
では、予冷冷凍回路(2)におけるクライオスタット(
C)側の膨脹機(7)で圧縮機(3)から供給された高
圧のヘリウムガスが膨脹し、このガスの膨脹に伴い、シ
リンダ(9)の各ヒートステーション(10)、(11
)および第1ヒートステーシヨン(10)に熱接触して
いる輻射シールド部(C2)の温度が低下して、クライ
オスタット(C)内の低温発生部(C])が外部に対し
輻射シールドされる。
When the helium refrigerator starts up, first, the pre-cooling refrigeration circuit (2
) and the two low-stage and high-stage compression UNs (14) and (16) of the J-T circuit (1) are activated to perform a cool-down operation. In this cool-down operation state, the cryostat (
High-pressure helium gas supplied from the compressor (3) is expanded in the expander (7) on the C) side, and as the gas expands, each heat station (10), (11) of the cylinder (9) is heated.
) and the first heat station (10), the temperature of the radiation shield part (C2) which is in thermal contact with the first heat station (10) decreases, and the low temperature generating part (C]) in the cryostat (C) is radiation shielded from the outside.

一方、これと同時に、上記クライオスタット(C)から
J−T回路(1)を経てリターンするヘリウムガスが低
段圧縮機(14)により吸引・圧縮されてその周りの冷
却水コイル(37)で冷却水により常温300Kまで冷
却され、このヘリウムガスは油分離器(15)で油成分
が分離された後、高段圧縮機(16)により吸引・圧縮
される。さらに、この圧縮■(16)からの吐出ガスは
圧縮機(16)周りの冷却水コイル(37)で冷却水に
より再び常温300Kまで冷却され、油分離器(17)
で油分離された後に吸着器(18)で不純物が吸着され
、こうして得られたクリーンな高圧ヘリウムガスがクラ
イオスタット(C)に供給される。
Meanwhile, at the same time, helium gas returning from the cryostat (C) via the J-T circuit (1) is sucked and compressed by the low stage compressor (14) and cooled by the cooling water coil (37) around it. The helium gas is cooled to room temperature 300K with water, and after the oil component is separated in an oil separator (15), it is sucked and compressed by a high-stage compressor (16). Furthermore, the discharged gas from the compressor (16) is cooled again to room temperature 300K by cooling water in the cooling water coil (37) around the compressor (16), and then sent to the oil separator (17).
After the oil is separated in the adsorber (18), impurities are adsorbed in the adsorber (18), and the thus obtained clean high-pressure helium gas is supplied to the cryostat (C).

このクライオスタット(C)側に供給された高圧ヘリウ
ムガスは第1J−T熱交換器(19)の1次側に入り、
J−T側圧縮機ユニット(A>へ戻る2次側の低圧ヘリ
ウムガスと熱交換されて常温300Kから冷却され、そ
の後、上記膨脹機(7)の50〜60Kに冷却されてい
る第1ヒートステーシヨン(10)外周の第1予冷器(
24〉に入ってさらに低温度まで冷却される。この冷却
されたガスは第2J−T熱交換器(20)の1次側に入
って、J−T側圧縮機ユニット(A>へ戻る2次側の低
圧ヘリウムガスとの熱交換にJ:り冷却された後、膨脹
機(7)の15〜20Kに冷却されている第2ヒートス
テーシヨン(11)外周の第2予冷機(26)に入って
低温度まで冷却される。ざらに、ガスは第3J−T熱交
換器(21)の1次側に入って、J−T側圧縮機ユニッ
ト(A>へ亘る2次側の低圧ヘリウムガスとの熱交換に
より冷却され、J−T弁(2つ)に至る。このJ−T弁
(29)で高圧ヘリウムガスは絞られてジュールトムソ
ン膨脹し、その後、冷却器(27)へ供給される。しか
る後、上記冷却器(27)を出た低圧のリターンヘリウ
ムガスは、第3〜第1J−T熱交換器(21)〜(19
)の内の少なくとも第1J−T熱交換器(19)の2次
側を通過してその1次側の高圧ヘリウムガスとの熱交換
により約300Kに温度上昇した後、低圧配管(30)
を通ってJ−T側圧縮機ユニット(A>へ戻る。
The high-pressure helium gas supplied to the cryostat (C) side enters the primary side of the first J-T heat exchanger (19),
The first heat is cooled from room temperature 300K by heat exchange with the low pressure helium gas on the secondary side returning to the J-T side compressor unit (A>), and then cooled to 50 to 60K in the expander (7). The first precooler (
24> where it is further cooled to a lower temperature. This cooled gas enters the primary side of the second J-T heat exchanger (20) and undergoes heat exchange with the low-pressure helium gas on the secondary side that returns to the J-T side compressor unit (A>). After being cooled, it enters the second precooler (26) on the outer periphery of the second heat station (11), which is cooled to 15-20K in the expander (7), and is cooled to a low temperature. enters the primary side of the third J-T heat exchanger (21), is cooled by heat exchange with the low-pressure helium gas on the secondary side, and passes to the J-T side compressor unit (A>). The high-pressure helium gas is throttled by the J-T valve (29) and expanded into Joule-Thomson gas, and then supplied to the cooler (27).Then, the cooler (27) is The low-pressure return helium gas that comes out is transferred to the third to first J-T heat exchangers (21) to (19).
), and after passing through the secondary side of at least the first J-T heat exchanger (19) and increasing the temperature to approximately 300 K by heat exchange with the high pressure helium gas on the primary side, the low pressure piping (30)
through and return to the J-T side compressor unit (A>).

以後、同様なサイクルが繰り返されてクールダウン運転
が所定時間だけ行われる。
Thereafter, a similar cycle is repeated and cool-down operation is performed for a predetermined period of time.

このようなり−ルダウン運転が終了すると、冷凍機は定
常運転状態に移り、この定常運転状態では、上記J−T
弁(29)でのジュールトムソン膨脹によって高圧ヘリ
ウムガスは1気圧、4.2にの気液混合状態のヘリウム
となり、この後の冷却器(27)で上記気液混合状態の
ヘリウムにあける液部分の蒸発潜熱が他のヘリウムガス
の液化や再凝縮あるいは被冷却体の冷却に利用される。
When this down-down operation is completed, the refrigerator shifts to a steady operating state, and in this steady operating state, the J-T
Due to Joule-Thomson expansion in the valve (29), the high-pressure helium gas becomes helium in a gas-liquid mixed state of 1 atm and 4.2, and then the liquid portion is poured into the gas-liquid mixed helium in the cooler (27). The latent heat of vaporization is used to liquefy or recondense other helium gases or to cool objects to be cooled.

また、上記冷却器(27)から出た低圧ヘリウムガスは
、約4.2にの飽和ガスとなった後、J−T側圧縮機ユ
ニット(A>へ戻り、このサイクルが継続される。
Furthermore, after the low pressure helium gas discharged from the cooler (27) becomes a saturated gas of about 4.2 liters, it returns to the J-T side compressor unit (A>, and this cycle is continued.

そして、この実施例では、上記ヘリウム冷凍機の起動時
、J−T回路(1)の2台の圧縮機(14)、(16)
が起動される前に、コントローラ(50)におけるガス
圧力制御部(51)の作動により、J−T回路(1)の
低圧配管(30)に接続されている電磁弁(BV)がそ
れまでの開き状態から閉じられ、該低圧配管(30)と
バラストタンク(31)との連通が遮断される。この後
、冷凍機のクールダウン運転の進行によってJ−T回路
(1)の冷却器(27)でのガス温度が極低温近くまで
低下し、それに伴うヘリウムガスの密度の増大によりJ
−T回路(1)内のヘリウムガスの体積が減少してその
ガス圧力が定常状態よりも低下すると、高圧配管(22
)内の圧力低下により圧力スイッチ(PS)がON作動
し、この圧力スイッチ(PS)のON作動信号を受けた
コントローラ(50)のガス圧力制御部(51)により
上記電磁弁(BV)が開かれ、この電磁弁(BV)の開
き動作によりバラストタンク(31)内のヘリウムガス
が上記低圧配管(30)に流入して、不足分のヘリウム
ガスがJ−T回路(1)内に補充され、この補充により
J−T回路(1)内のガス圧力が定常状態に保たれる。
In this embodiment, when the helium refrigerator is started, the two compressors (14) and (16) of the J-T circuit (1)
is activated, the solenoid valve (BV) connected to the low pressure piping (30) of the J-T circuit (1) is activated by the operation of the gas pressure control section (51) in the controller (50). It is closed from the open state, and communication between the low pressure pipe (30) and the ballast tank (31) is cut off. After that, as the cool-down operation of the refrigerator progresses, the gas temperature in the cooler (27) of the J-T circuit (1) decreases to near cryogenic temperatures, and the density of helium gas increases accordingly.
- When the volume of helium gas in the T circuit (1) decreases and the gas pressure drops below the steady state, the high pressure pipe (22
) The pressure switch (PS) is turned on due to the pressure drop in the pressure switch (PS), and the solenoid valve (BV) is opened by the gas pressure control section (51) of the controller (50) that receives the ON operation signal of the pressure switch (PS). By opening this solenoid valve (BV), the helium gas in the ballast tank (31) flows into the low pressure pipe (30), and the insufficient helium gas is replenished into the J-T circuit (1). This replenishment maintains the gas pressure in the J-T circuit (1) in a steady state.

そして、冷凍機の定常運転時にも上記電磁弁(BV)は
開き状態に維持される。このため、何等かの原因により
上記冷却器(27)でのガス温度が上昇し、そのヘリウ
ムガスの密度の低下によりJ−T回路(1)内のガスの
体積が増加してガス圧力が定常状態よりも増大しようと
しても、該J−T回路(1)内のヘリウムガスはその体
積の増加分だけ上記間いた電磁弁(BV)を通ってバラ
ストタンク(31)内に流入することとなり、このバラ
ストタンク(31)による圧力吸収作用によりJ−T回
路(1)内のガス圧力が異常上昇するのを抑えることが
できる。また、冷凍機の運転が停止されると、上記コン
トローラ(50)のガス圧jノ制御部(51)の作動停
止により上記電磁弁(BV)が通常の閉じ状態となり、
このことによりバラストタンク(31)内に所定圧力の
ヘリウムガスが封じ込められる。
The solenoid valve (BV) is maintained in an open state even during steady operation of the refrigerator. For this reason, the gas temperature in the cooler (27) rises due to some reason, and the density of the helium gas decreases, causing the volume of gas in the J-T circuit (1) to increase and the gas pressure to become steady. Even if the helium gas in the J-T circuit (1) attempts to increase more than the current state, the helium gas in the J-T circuit (1) will flow into the ballast tank (31) through the solenoid valve (BV) spaced apart by the amount of increase in volume. The pressure absorption effect of the ballast tank (31) can prevent the gas pressure in the J-T circuit (1) from rising abnormally. Further, when the operation of the refrigerator is stopped, the gas pressure control section (51) of the controller (50) stops operating, and the solenoid valve (BV) enters the normal closed state.
This confines helium gas at a predetermined pressure within the ballast tank (31).

また、このような制御と並行して、上記冷凍機のクール
ダウン運転状態では、コントローラ(50)におけるバ
イパス電磁弁制御部(52)の作動によりJ−T回路(
1)でのバイパス配管(33)の2つの電磁弁(BV+
 >、  (BV、! >が開閉制御され、クールダウ
ン運転の開始時には、先ず、第1電磁弁(BV+ )が
開かれかつ第2電磁弁(BV2 )が閉じられ、冷却器
(27)からリターンするヘリウムガスは第2および第
3のJ−丁回路(21>、(20>をバイパスし、第1
J−T熱交換器(19)のみを通って圧縮機ユニット(
A>に戻される。゛そして、上記冷却器(27)からの
ヘリウムガスのリターン温度が温度センサ(34)によ
り検出され、このリターン温度が第1設定温度(50K
)まで低下したとき、上記第1電磁弁(BV+ )は閉
じられ、第2電磁弁(BV2 )が開かれる。このため
、冷却器(27)からのヘリウムガスは第3J−T回路
(21)のみをバイパスして他の2つのJ−T熱交換器
(20)、(19)を通り圧縮機ユニット(A>に戻さ
れる。さらに、上記リターン温度が第2設定温度(20
K>まで低下したときには、上記第1および第2電磁弁
(BV+ )、(BV2 )が共に閉じられ、冷却器(
27)からのヘリウムガスは第3〜第1J−T回路(2
1)〜(19)を通って圧縮機ユニット(A)に戻され
、このことにより定常運転状態となる。
In addition, in parallel with such control, in the cool-down operation state of the refrigerator, the J-T circuit (
1) Two solenoid valves (BV+) in the bypass piping (33)
>, (BV,! > is controlled to open and close, and at the start of the cool-down operation, first, the first solenoid valve (BV+) is opened and the second solenoid valve (BV2) is closed, and the return air is returned from the cooler (27). The helium gas bypasses the second and third J-D circuits (21>, (20>),
The compressor unit (
A> is returned.゛Then, the return temperature of the helium gas from the cooler (27) is detected by the temperature sensor (34), and this return temperature is set as the first set temperature (50K).
), the first solenoid valve (BV+) is closed and the second solenoid valve (BV2) is opened. Therefore, the helium gas from the cooler (27) bypasses only the third J-T circuit (21) and passes through the other two J-T heat exchangers (20) and (19) to the compressor unit (A >.Furthermore, the return temperature is returned to the second set temperature (20
K>, both the first and second solenoid valves (BV+) and (BV2) are closed, and the cooler (
Helium gas from 27) is supplied to the 3rd to 1st J-T circuits (2
1) to (19) and is returned to the compressor unit (A), thereby achieving a steady operating state.

このように、クールダウン運転中にリターンヘリウムガ
スが第3J−T熱交換器(21)または第3および第2
J−T熱交換器(2’l)、(20)をバイパスして流
れることにより、リターンするヘリウムガスは該J−T
熱交換器(21>、(20〉での1次側のヘリウムガス
によって高温度に昇温されないこととなり、その結果、
ヘリウム冷凍機の定常運転状態に到達するまでのクール
ダウン時間を大幅に短縮することができる。
In this way, during the cool-down operation, the return helium gas is transferred to the third J-T heat exchanger (21) or the third and second
By flowing by bypassing the J-T heat exchanger (2'l) and (20), the returning helium gas flows through the J-T
The helium gas on the primary side of the heat exchanger (21>, (20>) does not raise the temperature to a high temperature, and as a result,
The cool-down time required for the helium refrigerator to reach a steady operating state can be significantly shortened.

また、冷凍機のクールダウン運転中は、上記コントロー
ラ(50)のJ−T弁制御部(53)の作動によりモー
タ(M)が作動制御されて、上記低圧配管(30)内の
ガス圧力が略一定になるように上記J−T弁(29)の
開度が調整される。
Further, during the cool-down operation of the refrigerator, the motor (M) is operated and controlled by the operation of the J-T valve control section (53) of the controller (50), and the gas pressure in the low pressure pipe (30) is controlled. The opening degree of the J-T valve (29) is adjusted to be approximately constant.

このため、クールダン運転時のJ−T弁(29)の開度
調整操作が不要になり、ヘリウム冷凍機のクールダウン
運転を自動化することができる。
This eliminates the need to adjust the opening of the J-T valve (29) during cool-down operation, and it is possible to automate the cool-down operation of the helium refrigerator.

(他の実施例) 第3図は本発明の他の実施例を示しく尚、第1図と同じ
部分については同じ符号を付してその詳細な説明を省略
する>、J−T回路(1)の低圧配管(30)とバラス
トタンク(31)とを接続する接続配管(32)に減圧
機構としてのキャピラリチューブ(41)を配設したも
のである。この場合、電磁弁(BV)の開き動作に伴っ
てバラストタンク(31)内のヘリウムガスが徐々に低
圧配管(30)に供給されるので、J−1回路(1)内
のガス圧力の急激な変動を抑えることができる利点があ
る。
(Other Embodiments) FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. The same parts as in FIG. A capillary tube (41) as a pressure reducing mechanism is disposed in the connecting pipe (32) connecting the low pressure pipe (30) and the ballast tank (31) of 1). In this case, the helium gas in the ballast tank (31) is gradually supplied to the low pressure pipe (30) as the solenoid valve (BV) opens, so that the gas pressure in the J-1 circuit (1) suddenly increases. This has the advantage of suppressing fluctuations.

尚、上記各実施例では、ヘリウム冷凍機の起動時、圧縮
機(14)、(16)の起動後は電磁弁(BV)を、高
圧配管(22)内のガス圧力が所定圧力以下に低下した
ときに開くようにしたが、圧縮機(14)、(16)の
起動から一定時間が経過したときに、J−1回路(1)
内のガス圧力が低下したと概略的に見做して電磁弁(B
V)を″開くようにしてもよく、上記各実施例と同様の
作用効果を奏することができる。
In each of the above embodiments, when the helium refrigerator is started and after the compressors (14) and (16) are started, the solenoid valve (BV) is operated so that the gas pressure in the high pressure pipe (22) drops below a predetermined pressure. However, when a certain period of time has passed since the start of the compressors (14) and (16), the J-1 circuit (1)
Roughly assuming that the gas pressure inside has decreased, the solenoid valve (B
V) may be opened ``, and the same effects as in each of the above embodiments can be achieved.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、予冷冷凍回路お
よびJ−1回路の2元回路を有するヘリウム冷凍機に対
し、J−1回路の圧縮機の吸込側に至る低圧配管にヘリ
ウムガス貯留用のバラストタンクを接続し、該バラスト
タンクを上記低圧配管に対して連通させまたは連通遮断
する弁手段を設け、ヘリウム冷凍機の起動時、上記弁手
段を、上記圧縮機の起動に先立って閉じるとともに、圧
縮はの起動後はその起動から一定時間が経過したときな
いし圧縮機からの高圧配管内のガス圧力が所定圧力以下
に低下したときに開くように制御するようにしたことに
より、従来の如く高価な圧力制御弁を省略して、ヘリウ
ム冷凍機の定常運転時の運転圧力を適正圧力に維持でき
るとともに、クールダウン運転時の異常高圧への移行を
防止でき、よってヘリウム冷凍機の配管の簡素化、コス
トダウン化および圧力調整の不要化を図ることができる
ものである。
(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, in a helium refrigerator having a binary circuit of a pre-cooling refrigeration circuit and a J-1 circuit, the low pressure reaching the suction side of the compressor of the J-1 circuit A ballast tank for helium gas storage is connected to the piping, and a valve means is provided for communicating or cutting off communication between the ballast tank and the low pressure piping, and when the helium refrigerator is started, the valve means is connected to the compressor. The compressor is controlled to close before startup, and to open after a certain period of time has passed after startup or when the gas pressure in the high-pressure piping from the compressor drops below a predetermined pressure. By doing so, it is possible to omit the conventionally expensive pressure control valve, maintain the operating pressure of the helium refrigerator at an appropriate level during steady operation, and prevent the pressure from shifting to abnormally high pressure during cool-down operation. This makes it possible to simplify the piping of the refrigerator, reduce costs, and eliminate the need for pressure adjustment.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は本発明の実施例を示し、第1図はヘリウム冷凍機
の全体構成図、第2図は要部を示す配管系統図である。 第3図は他の実施例を示す第2図相当図である。 (A)・・・J−T側圧縮機ユニット、(B)・・・予
冷用圧縮機ユニット、(C)・・・タライオスタット、
(1)・・・J−1回路、(2)・・・予冷冷凍回路、
(3)・・・予冷用圧縮機、(7)・・・膨脹機、(1
4)・・・低段圧縮機、(16)・・・高段圧縮機、(
22)・・・高圧配管、(19)〜(21)・・・J−
T熱交換器、(29)・・・J−T弁、(30)・・・
低圧配管、(31)・・・バラストタンク、(BV)・
・・電磁弁、(PS)・・・圧力スイッチ、(33)・
・・バイパス配管、(BV+ >、(BV2 )”・電
磁弁、(34)・・・温度センサ、(35)・・・圧力
センサ、(50)・・・コントローラ、(51)・・・
ガス圧力制御部、(53)・・・J−T弁制御部。 特許出願人  ダイキン工業株式会社 1” ’)l 
””2 仁 。 代 理 人  前  1)  弘    JIJJi−
’・第2図 第3[
The drawings show an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is an overall configuration diagram of a helium refrigerator, and FIG. 2 is a piping system diagram showing the main parts. FIG. 3 is a diagram corresponding to FIG. 2 showing another embodiment. (A)... J-T side compressor unit, (B)... Pre-cooling compressor unit, (C)... Taliostat,
(1)...J-1 circuit, (2)...Pre-cooling refrigeration circuit,
(3)... Pre-cooling compressor, (7)... Expansion machine, (1
4)...Low stage compressor, (16)...High stage compressor, (
22)...High pressure piping, (19) to (21)...J-
T heat exchanger, (29)...J-T valve, (30)...
Low pressure piping, (31)...Ballast tank, (BV)
・・Solenoid valve, (PS) ・・Pressure switch, (33)・
...Bypass piping, (BV+>, (BV2)", solenoid valve, (34)...Temperature sensor, (35)...Pressure sensor, (50)...Controller, (51)...
Gas pressure control section, (53)...J-T valve control section. Patent applicant: Daikin Industries, Ltd. 1”’)l
””2 Jin. Representative 1) Hiroshi JIJJi-
'・Figure 2 3 [

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)圧縮機(3)で圧縮された高圧ヘリウムガスを膨
脹機(7)で膨脹させて極低温を発生させる予冷冷凍回
路(2)と、圧縮機(14)、(16)からの高圧ヘリ
ウムガスを上記予冷冷凍回路(2)との熱交換により予
冷し、その予冷されたヘリウムガスをJ−T弁(29)
によりジュールトムソン膨脹させて極低温を発生させる
J−T回路(1)とを備えたヘリウム冷凍機において、
上記J−T回路(1)のJ−T弁(29)で膨脹した後
の低圧ヘリウムガスを圧縮機(14)、(16)の吸込
側に戻す低圧配管(30)に接続され、所定圧力のヘリ
ウムガスを貯留するバラストタンク(31)と、該バラ
ストタンク(31)を上記低圧配管(30)に対して連
通させまたは連通遮断する弁手段(BV)と、ヘリウム
冷凍機の起動時、上記弁手段(BV)を、上記圧縮機(
14)、(16)の起動に先立って閉じるとともに、圧
縮機(14)、(16)の起動後はその起動から一定時
間が経過したときないし圧縮機(14)、(16)から
吐出された高圧ヘリウムガスをJ−T弁(29)に供給
する高圧配管(22)内のガス圧力が所定圧力以下に低
下したときに開くように制御する制御手段(51)とを
設けたことを特徴とするヘリウム冷凍機。
(1) A pre-cooling refrigeration circuit (2) in which the high-pressure helium gas compressed by the compressor (3) is expanded in the expander (7) to generate a cryogenic temperature, and the high pressure from the compressors (14) and (16) Helium gas is precooled by heat exchange with the precooling refrigeration circuit (2), and the precooled helium gas is transferred to the J-T valve (29).
In a helium refrigerator equipped with a J-T circuit (1) that generates a cryogenic temperature by expanding Joule-Thomson,
It is connected to a low-pressure pipe (30) that returns the low-pressure helium gas expanded by the J-T valve (29) of the J-T circuit (1) to the suction side of the compressors (14) and (16), and is connected to a predetermined pressure. a ballast tank (31) for storing helium gas; a valve means (BV) for communicating or cutting off the communication between the ballast tank (31) and the low pressure piping (30); The valve means (BV) is connected to the compressor (
14) and (16) are closed, and after the compressors (14) and (16) are started, a certain period of time has elapsed since the start of the compressors (14) and (16), or when the compressors are discharged from the compressors (14) and (16). It is characterized by being provided with a control means (51) that controls the opening when the gas pressure in the high-pressure pipe (22) that supplies high-pressure helium gas to the J-T valve (29) drops below a predetermined pressure. A helium refrigerator.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009066565A1 (en) * 2007-11-19 2009-05-28 Ihi Corporation Cryogenic refrigerator and control method therefor

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WO2009066565A1 (en) * 2007-11-19 2009-05-28 Ihi Corporation Cryogenic refrigerator and control method therefor
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