KR101449234B1

KR101449234B1 - 냉동기 장착구조

Info

Publication number: KR101449234B1
Application number: KR1020130000883A
Authority: KR
Inventors: 히토시 미츠보리
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2013-01-04
Publication date: 2014-10-08
Also published as: CN103245119A; JP2013160393A; US20130192034A1; JP5784517B2; KR20130089177A; CN103245119B; US9410725B2

Abstract

[과제] 슬리브와 실린더 사이에 형성된 공간부 내의 급격한 압력상승을 억제할 수 있는 냉동기 장착구조를 제공한다.
[해결수단] 피냉각물이 수납되는 진공용기에 대하여 실린더(C1, C2)와 디스플레이서(D1, D2)를 가지는 냉동기(R)를 장착함과 함께, 메인터넌스시에 디스플레이서(D1, D2)를 실린더(C1, C2)로부터 분리 가능하게 한 냉동기 장착구조로서, 진공용기의 진공영역과 격리된 상태로 실린더(C1, C2)를 수납하는 슬리브(2)를 설치하고, 이 슬리브(2) 내에 있어서 실린더가 상기 슬리브와 열접속되는 위치와 열접속이 해제되는 위치 사이에서 이동 가능한 구성으로 하며, 슬리브(2)와 실린더(C1, C2) 사이에 형성되는 공간부(60) 내의 압력이 미리 정해진 압력 이상이 되었을 때, 공간부(60) 내의 기체를 배출하는 안전밸브(50)를 설치한다.

Description

냉동기 장착구조{Installation structure of refrigerator}

본 출원은, 2012년 2월 1일에 출원된 일본 특허출원 제2012-020017호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은 냉동기 장착구조에 관한 것으로서, 특히 진공용기 내에 설치된 슬리브 내에 냉동기를 수납하는 냉동기 장착구조에 관한 것이다.

예컨대, 초전도 마그넷장치 등의 크라이오스탯(극저온의 진공용기)의 냉각 수단으로서, 기포드-맥마흔 냉동기(이하, GM냉동기라 함)가 많이 이용되어 오고 있다. 이 GM냉동기를 장시간 사용하는 경우, 메인터넌스를 행할 필요가 있다.

이때, 초전도 마그넷장치 등의 장치 전체를 정지시켜 메인터넌스를 행하는 방법에서는, 장치 전체를 상온으로 되돌릴 필요가 있고, 이 처리에 1일~6일을 요한다. 이 동안, 장치는 정지된 채로 유휴상태가 되기 때문에, 메인터넌스에 의하여 장치의 가동효율이 현저하게 저하되어 버린다.

또한, GM냉동기의 실린더를 진공용기에 고정한 상태에서 디스플레이서를 빼내는 방법도 제안되고 있다. 그러나 이 방법에서는, 실린더는 대기에 노출되고, 또한 실린더는 진공용기에 의하여 계속해서 냉각되기 때문에, 실린더 내면에 공기중의 수분이 빙결막이 되어 부착된다. 이로 인하여, 디스플레이서를 다시 실린더 내에 삽입할 수 없게 되어, 결국, 메인터넌스 작업이 불가능해진다.

이로 인하여, 초전도 마그넷장치 등의 장치가 가동 상태를 유지하면서, 또한, 실린더 내면에 빙결막이 부착되는 것을 억제할 수 있는 메인터넌스를 행하는 방법으로서, 진공용기 내에 슬리브를 형성함으로써 진공용기 내의 진공영역과 격리 된 공간부를 형성하고, 이 공간부에 GM냉동기의 실린더를 배치하는 것이 제안되고 있다(특허문헌 1).

이 구성에서는, GM냉동기가 슬리브 내에 장착되면, GM냉동기의 냉각 스테이지가 슬리브를 통하여 진공용기 내의 피냉각물과 열적으로 접속한다. 또한, 슬리브와 GM냉동기의 플랜지 사이에는 공간부가 형성되고, 이 공간부는 진공이 된다. 또한, 슬리브와 실린더 사이에는 씰 부재(O링)가 설치되어 있어서, 상기 공간부의 진공도가 유지되는 구성으로 되어 있다.

상기 구성에 있어서 메인터넌스를 행할 때는, 먼저 슬리브에 대하여 실린더를 약간량(수 mm) 이격시켜, 실린더와 슬리브의 열(熱)적인 접속을 해제한다. 그러나, 슬리브에 대하여 실린더를 이동시켜도 O링에 의한 씰은 유지되어 있고, 따라서 슬리브와 실린더 사이에 형성된 공간부의 진공은 유지되어 있다.

이와 같이, 슬리브와 실린더 사이에 진공인 공간부가 존재하고, 또한 슬리브와 실린더는 열적으로 분리된 상태이므로, 진공용기의 저온이 실린더에 열전도되는 일은 없고, 또한 실린더로부터 진공용기 내에 열이 침입하는 경우도 없다. 따라서, 실린더 내에 메인터넌스 작업에 문제가 되는 빙결막이 부착되는 일이 없어, 실린더에 대한 디스플레이서의 교환 작업을 용이하고 또한 단시간에 행할 수 있다.

일본 공개특허공보 2004-053068호

특허문헌 1에 개시된 냉동기의 장착구조에서는, 메인터넌스시에 극저온의 진공용기로부터 이격됨으로써 실린더는 승온된다. 이때, 슬리브와 실린더 사이에 형성되는 공간부에 공기나 수분이 리크(leak)되어 있는 경우, 냉각시에는 빙결되어 있던 공기나 수분이 승온에 의하여 급격하게 기화·팽창된다. 따라서, 슬리브와 실린더 사이에 형성된 공간부 내의 압력은 급격하게 상승하고, 이로써 슬리브나 실린더에 손상을 줄 우려가 있다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 슬리브와 실린더 사이에 형성된 공간부 내의 급격한 압력상승을 억제할 수 있는 냉동기 장착구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제는, 제1 관점에서는,

피(被)냉각물이 수납되는 진공용기에 대하여 실린더와 디스플레이서를 가지는 냉동기를 장착함과 함께, 메인터넌스시에 상기 디스플레이서를 상기 실린더로부터 분리하는 냉동기 장착구조로서,

상기 진공용기의 진공영역과 격리된 상태로 상기 실린더를 수납하는 슬리브 내에 있어서, 상기 실린더를 상기 슬리브와 열(熱)접속되는 위치와 상기 열접속이 해제되는 위치 사이에서 이동 가능한 구성으로 하고,

상기 슬리브와 상기 실린더 사이에 형성되는 공간부 내의 압력이 미리 정해진 압력 이상이 되었을 때, 상기 공간부 내의 기체를 배출하는 배출기구를 설치하는 것을 특징으로 하는 냉동기 장착구조에 의하여 해결할 수 있다.

개시된 발명에 의하면, 슬리브와 실린더 사이에 형성된 공간부 내의 압력이 미리 정해진 압력 이상으로 상승하면 배기기구에 의하여 공간부 내의 기체가 배기되므로, 슬리브와 실린더가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태인 냉동기 장착구조를 설명하기 위한 단면도로서, 슬리브에 GM냉동기를 장착한 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태인 냉동기 장착구조를 설명하기 위한 단면도로서, 실린더로부터 디스플레이서를 분리한 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 슬리브에 GM냉동기를 장착한 상태의 평면도이다.
도 4는 밸브폐쇄상태의 안전밸브를 확대하여 나타내는 도면이다.
도 5는 밸브개방상태의 안전밸브를 확대하여 나타내는 도면이다.

다음으로, 본 발명의 실시의 형태에 대해 도면과 함께 설명한다.

도 1 내지 도 3은, 본 발명의 일 실시형태인 냉동기 장착구조를 설명하기 위한 도면이다. 본 실시형태에서는, 냉동기로서 기포드·맥마흔 냉동기(R)(이하, GM냉동기라 함)를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명은, 메인터넌스시에 실린더에 대하여 내부 부분을 분리하는 구조의 냉동기에 널리 적용이 가능한 것이다.

GM냉동기(R)는, 피냉각물이 수용되는 진공용기(도시하지 않음)에 삽입되어 냉각을 행하는 것으로서, 모터구동부(M)와, 모터구동부(M)에 장착되어 모터구동부(M)에 의하여 구동되는 디스플레이서와, 이 디스플레이서를 왕복동 가능하게 수용하고 있는 실린더를 포함한다. 본 실시형태에서는, 2단식의 GM냉동기(R)를 이용하고 있으므로, 제1단 냉각실린더(C1), 제2단 냉각실린더(C2), 디스플레이서(D1), 및 디스플레이서(D2)를 가지고 있다.

다만, 본 발명의 적용은 2단식의 GM냉동기(R)로 한정되는 것은 아니고, 단일단식의 GM냉동기(R)에 대해서도, 또한 3단 이상의 GM냉동기(R)에 대해서도 적용이 가능한 것이다.

제1단 냉각실린더(C1)의 하단부에는, 제1단 콜드헤드(H1)가 형성되어 있다. 또한, 제2단 냉각실린더(C2)의 하단부에는, 제2단 콜드헤드(H2)가 형성되어 있다.

제1단 냉각실린더(C1)의 상부 개구주연(周緣)에는, 모터구동부(M)를 장착함과 함께 진공용기로의 장착, 엄밀하게 말하면 플랜지(21)를 통한 진공용기로의 장착을 위한 플랜지(41)가 설치되어 있다. 디스플레이서(D1, D2)는 플랜지(41)의 개구를 통하여 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2) 내에 삽입된다.

슬리브(2)는, 하단에 제1단 냉각플랜지(F1)를 설치하고 있는 제1단 슬리브(2a)와, 제1단 냉각플랜지(F1)에 상단이 접속되고 하단부에 제2단 냉각플랜지(F2)가 설치되어 있는 제2단 슬리브(2b)를 가진다. 제1단 슬리브(2a)의 개구부 주연에는 진공용기의 천판(天板)에의 장착을 위한 플랜지(21)가 설치되어 있다.

다만, GM냉동기(R)의 제1단 콜드헤드(H1)와 제1단 냉각플랜지(F1)의 열접촉계면(界面) 및, 제2단 콜드헤드(H2)와 제2단 냉각플랜지(F2)의 열접촉계면에는, 이들의 접촉면의 열접촉을 높이기 위해, 각각 약 0.5~1.0mm 두께의 인듐시트(3a, 3b)가 설치되어 있다.

이 GM냉동기(R)는, 제1단 콜드헤드(H1)에서 70~40K로, 제2단 콜드헤드(H2)에서 20~4K까지 극저온으로 하는 것이 가능하고, 각 단의 콜드헤드에 의하여 피냉각물이 소정온도까지 냉각된다.

GM냉동기(R)를 구성하는 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2)는 슬리브(2) 내에 장착된다. 이 장착 상태에 있어서, 슬리브(2)(제1 및 제2단 슬리브(2a, 2b))의 내면과 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2)의 외면 사이에는, 열접촉계면을 제외하고 공간부(60)가 형성된다. 다만, 열접촉계면은, 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2)가 뻗는 방향에 직각인 면이다.

제1단 냉각실린더(C1)의 상부 개구주연에 설치된 플랜지(41)는, 슬리브(2)의 플랜지(21)와 대향한다. 이 플랜지(41)는, 디스플레이서(D1, D2)를 삽입관통한 상태에서 모터구동부(M)를 장착하기 위한 환형의 판부재(41-1)와, 이 판부재(41-1)와 함께 슬리브(2) 내의 공간을 봉지(封止)하기 위해 슬리브(2)의 상부에 삽입관통되는 통형상부(41-2)를 가진다.

판부재(41-1)와 통형상부(41-2)는 볼트(도시하지 않음) 등에 의하여 일체화되고, 이들의 접합부에는 씰용의 O링(41-3)이 설치되어 있다. 이와 같이 하여, 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2)는, 진공용기 내의 진공영역과 격리된 상태로 슬리브(2)에 수용된다.

또한, 서로 대향하는 플랜지(21)의 내주면 또는 통형상부(42-2)의 내주면에는, 고무제의 O링(42)이 배치되어 있다. 이 O링(42)은, 통형상부(41-2)와, 이에 대향하는 슬리브(2)(구체적으로는, 플랜지(21))의 내벽 사이를 씰한다.

후술하는 바와 같이, 통형상부(41-2)는 슬리브(2)에 대하여 상하이동 가능한 구성으로 되어 있다. 이로 인하여, 슬리브(2)(플랜지(21))의 내면과 통형상부(41-2)의 외면 사이에는 약간의 간극이 형성되어 있다. O링(42)은, 이 간극을 통하여 외부로부터 공간부(60) 내에 공기나 수분 등이 침입하는 것을 방지하기 위하여 설치되어 있다.

플랜지(41)와 플랜지(21)는, 등각도 간격을 두고 설치되는 복수의 볼트(43)로, 플랜지(21)의 하측으로부터 체결되도록 구성되어 있다. 다만, 후술하는 이유에 의하여, 볼트(43)는 플랜지(21)에 헐겁게 끼워진 상태로 삽입관통되어 있다.

또한, 플랜지(41)와 플랜지(21)에는 각각, 통형상부(41-2)가 슬리브(2)에 삽입될 때에 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2)의 기울기를 규제하기 위한 가이드핀(44)이 적어도 1개, 여기에서는 90도의 등각도 간격을 두고 4개 설치되어 있다. 가이드 핀(44)은 플랜지(21)에 세워 설치되고, 이에 대응하는 통형상부(41-2) 및 판부재(41-1)에 관통공이 형성되어 있다.

또한, 복수의 볼트(43) 중, 몇 개의 볼트(43)의 머리부와 이 머리부가 대향하는 플랜지(21) 사이에는, 스프링 와셔(45)를 개재시키고 있다. 스프링 와셔(45)는, 볼트(43)를 통하여 플랜지(41)를 도면 중 하측으로 인입하려고 하는 바이어스력을 발생한다.

즉, 최초 냉각개시시에 제1단 냉각실린더(C1)가 냉각됨으로써, 제1단 냉각실린더(C1)는 수축한다. 이로써, 제1단 콜드헤드(H1)가 제1단 냉각플랜지(F1)로부터 떨어지려고 하지만, 스프링 와셔(45)에 의하여 제1단 냉각실린더(C1)가 하방가압됨으로써, 제1단 콜드헤드(H1)와 제1단 냉각플랜지(F1) 사이의 면접촉(열적인 접속)이 유지된다.

플랜지(21)에는, 커넥터(46) 및 진공포트(47)가 설치되어 있다. 진공포트(47)의 일단은, 슬리브(2)와 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2) 사이에 형성되는 공간부(60)에 연통(連通)되어 있다. 또한, 진공포트(47)의 타단에는 커넥터(46)가 설치되어 있다. 이 커넥터(46)에는 진공펌프 등의 감압수단이 접속되어 있고, 따라서 이 감압수단에 의하여 공간부(60)가 진공상태로 된다.

또한 플랜지(41)(구체적으로는, 판부재(41-1))에는, 계측포트(52)가 설치되어 있다. 이 계측포트(52)의 일단부는 공간부(60)에 연통되어 있고, 타단부는 판부재(41-1)의 외부로 인출되어 있다.

제1단 냉각실린더(C1)의 제1단 냉각플랜지(F1)와 열적으로 접하는 부위에는 제1단 온도센서(S1)가 설치되어 있다. 또한, 제2단 냉각실린더(C2)의 제2단 냉각플랜지(F2)와 접하는 부위에는 제2단 온도센서(S2)가 설치되어 있다. 이 각 온도센서(S1, S2)는, 각 냉각플랜지(F1, F2)의 냉각온도를 검지하기 위하여 설치되어 있다.

제1단 온도센서(S1)에 접속된 배선(65), 및 제2단 온도센서(S2)에 접속된 배선(66)은, 각 냉각실린더(C1, C2)의 외주를 나선형상으로 권회된 후, 계측포트(52)를 통하여 외부로 인출된다.

본 실시형태에서는, 이 계측포트(52)에 안전밸브(50)(청구항에 기재된 배출기구에 상당함)를 배치한 구성으로 하고 있다. 도 4 및 도 5는, 계측포트(52)에 배치되는 안전밸브(50)를 확대하여 나타내고 있다.

안전밸브(50)는, 고정플랜지(53), 이동플랜지(54), 볼트(55), 및 스프링(57) 등을 가진 구성으로 되어 있다. 고정플랜지(53)는 원반형상을 가지고, 계측포트(52)에 용접 등에 의하여 고정되어 있다. 또한, 고정플랜지(53)의 볼트(55)의 배치 위치에는, 관통공(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 또한, 고정플랜지(53)의 도면 중 화살표(A1)방향측의 면은 씰면(53a)으로 되어 있다.

이동플랜지(54)는, 고정플랜지(53)와 동일한 반경을 가진 원반형상으로 되어 있다. 이 이동플랜지(54)는, 고정플랜지(53)에 대하여 도면 중 화살표(A1, A2)방향으로 이동 가능한 구성으로 되어 있다. 또한, 이동플랜지(54)에는 볼트(55)가 나사결합된다. 또한, 이동플랜지(54)의 도면 중 화살표(A2) 방향측의 면은 씰면(54a)으로 되어 있다.

볼트(55)는, 도면 중 화살표(A2) 방향측의 단부가 머리부로 되어 있으며, 이 머리부로부터 원기둥부(56)가 A1방향측으로 뻗고, 그 선단부에 나사부가 형성되어 있다. 이 나사부는, 이동플랜지(54)에 형성된 암나사부에 나사결합된다. 이로써, 볼트(55)와 이동플랜지(54)는 일체적인 구성이 된다.

또한, 원기둥부(56)는 고정플랜지(53)에 형성된 관통공에 삽입관통된다. 이 원기둥부(56)의 직경은 고정플랜지(53)에 형성된 관통공의 직경보다 작게 설정되어 있다. 이로 인하여, 이동플랜지(54)는 고정플랜지(53)에 대해, 볼트(55)(구체적으로는 원기둥부(56))에 안내되어, 화살표(A1, A2)방향으로 이동 가능한 구성이 된다.

스프링(57)은, 고정플랜지(53)와 볼트(55)의 머리부 사이에 배치되어 있다. 이 스프링(57)은 코일스프링이고, 신장하는 방향으로 탄성력을 바이어스한다. 따라서, 이 스프링(57)의 탄성력에 의하여, 이동플랜지(54)는 고정플랜지(53)에 압접된 위치에 위치하고 있다.

상술한 바와 같이 고정플랜지(53)에는 씰면(53a)이 형성되고, 이동플랜지(54)에는 씰면(54a)이 형성되어 있다. 따라서, 스프링(57)의 탄성력에 의하여 이동플랜지(54)가 고정플랜지(53)에 압접됨으로써, 각 씰면(53a, 54a)은 기밀하게 밀착되고, 이로써 고정플랜지(53)가 폐색된다. 이로써, 계측포트(52)가 공간부(60)와 연통되어 있어도, 계측포트(52)로부터 공기나 수분이 공간부(60) 내에 리크하는 경우는 없다.

한편, 상세하게 후술하지만, 공간부(60) 내의 압력이 미리 정해진 압력 이상이 되면, 이동플랜지(54)는 고정플랜지(53)에 대하여 A1방향으로 이동하도록 구성되어 있다. 즉, 공간부(60) 내의 압력이 증대되면, 이 압력은 이동플랜지(54)의 씰면(54a)에 작용한다. 그리고, 공간부(60) 내의 압력증대에 따라 씰면(54a)에 작용하는 힘이 스프링(57)의 탄성 바이어스력을 초과하면, 이동플랜지(54)는 고정플랜지(53)에 대하여 이격하는 방향(A1방향)으로 이동한다.

도 5는, 이동플랜지(54)가 고정플랜지(53)로부터 이격한 위치로 이동한 상태를 나타내고 있다. 이동플랜지(54)가 이동함으로써, 씰면(53a)과 씰면(54a) 사이에 간극(59)이 형성된다. 이로써, 공간부(60)는 계측포트(52)를 통하여 대기 개방되고, 공간부(60) 내의 기체 등은 계측포트(52) 및 안전밸브(50)를 통하여 배출된다. 이로써, 공간부(60) 내의 압력을 저감하는 것이 가능해진다.

다음으로, 상기 구성으로 된 냉동기 장착구조에 있어서, 메인터넌스시에 실시되는 작업에 대해 설명한다.

GM냉동기(R)에 대하여 메인터넌스를 행할 때, 제1 및 제2단 냉각실린더(C1), (C2)를 남기고, 모터구동부(M)와 디스플레이서(D1, D2)를 새로운 모터구동부(M) 및 디스플레이서(D1, D2)와 교환한다.

교환 작업시에, 실린더(21)와 실린더(41) 사이의 조임을 풀어, 슬리브(2)로부터 GM냉동기(R)를 모두 빼내지 않고 (즉, 슬리브(2) 내부를 대기에 노출하지 않고), O링(42)에 의한 씰이 가능한 범위에서 GM냉동기(R)를 끌어올린다. 이 끌어올림량은, 예컨대 2~3mm 정도이다(도 2에 화살표(ΔW1, ΔW2)로 나타냄).

이 조작에 의하여 GM냉동기(R)는 슬리브(2)로부터 떨어져, 즉 슬리브(2)와 제1 및 제2단 콜드헤드(H1, H2)의 면접촉(열적인 접속)이 없어져, 각 열접촉계면에 있어서의 전열(傳熱)은 행해지지 않게 된다.

다음으로, 극저온상태에서 GM냉동기(R)의 제1단, 제2단 냉각실린더(C1, C2)는 그대로 고정하고 디스플레이서(D1, D2)를 모터구동부(M)와 함께 빼내고, 새로운 디스플레이서(D1, D2)를 모터구동부(M)와 함께 장착한다.

도 2는, 모터구동부(M)가 디스플레이서(D1, D2)와 함께 빼내지고, 슬리브(2)와 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2)의 면접촉(열적인 접속)이 해제된 상태를 나타내고 있다.

이 면접촉 해제상태에서는, 제1단 슬리브(2a)와 제1단 콜드헤드(H1)는 열적으로 분리됨과 함께, 제2단 슬리브(2b)와 제2단 콜드헤드(H2)도 열적으로 분리되어 있다. 또한, 커넥터(46)를 통하여 공간부(60)는 감압수단에 의하여 감압처리가 행해지고 있고, 따라서 공간부(60) 내는 진공을 유지하고 있다.

다음으로, 새로운 모터구동부(M) 및 디스플레이서(D1, D2)를 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2) 내에 장착하는 처리를 행한다. 그러나, 낡은 모터구동부(M) 및 디스플레이서(D1, D2)를 분리함으로써 대기 노출된 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2)는, 여전히 그 내부는 저온이기 때문에, 내면에 빙결막이나 서리가 형성되어 있다.

따라서, 이 상태로는 새로운 모터구동부(M) 및 디스플레이서(D1, D2)를 각 실린더(C1, C2)에 장착하는 것이 곤란하기 때문에, 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2)의 내부를 가열하는 처리를 행한다.

이 가열처리에서는, 가열장치(드라이어 등)를 각 실린더(C1, C2)에 삽입하여 승온시켜서, 빙결막이나 서리를 제거 및 클리닝한다. 이 승온온도는 약 20~40℃가 양호하다. 또한 이 가열처리에 의하여, 각 콜드헤드(H1, H2)의 하단면에 장착되어 있는 인듐시트(3a, 3b)도 연화(軟化)된다.

이 가열처리가 종료되면, 새로운 모터구동부(M) 및 디스플레이서(D1, D2)를 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2) 내에 삽입하고, 끌어올려져 있던 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2)를 끌어내려서 원래의 상태(도 1에 나타내는 상태)로 되돌린다. 이로써, 제1 및 제2단 콜드헤드(H1, H2)의 전열(傳熱)성능은 교환 전과 동등한 성능을 확보할 수 있다.

상기와 같이 본 실시형태에 관한 냉동기 장착구조에서는, 메인터넌스시에 있어서, 슬리브(2)와 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2) 사이에 진공으로 된 공간부(60)가 존재하고 있으며, 또한 슬리브(2)와 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2)의 면접촉(열적인 접속)은 차단되어 있다.

이로 인하여, 진공용기측의 저온에 의하여 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2)가 직접적으로 냉각되는 일은 없어진다. 또한, 디스플레이서(D1, D2)를 분리함으로써 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2)는 대기 노출되지만, 상기와 같이 공간부(60)가 존재함으로써 각 실린더(C1, C2)를 통하여 진공용기측에 열이 침입하는 것도 방지되고 있으며, 진공용기의 온도상승도 방지된다.

그런데, 슬리브(2)와 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2) 사이에 형성되는 공간부(60)는 진공으로 되어 있기 때문에, 외부로부터 공기나 수분 등이 침입하기 쉬운 특성을 가지고 있다. 또한, 모터구동부(M)가 구동함으로써 진동이 발생하기 때문에, 경시적인 씰성능의 저하도 생각된다. 이들에 기인하여, 공간부(60)의 내부에 공기나 수분 등이 리크(침입)하는 것을 생각할 수 있다. 공간부(60) 내에 공기나 수분 등이 리크하면, 이들은 슬리브(2) 및 각 실린더(C1, C2)는 극저온 상태로 되어 있기 때문에, 슬리브(2)의 내벽 및 실린더(C1, C2)의 외벽에 빙결해 축적된다.

이와 같이 리크한 공기나 수분 등이 슬리브(2)의 내벽 및 실린더(C1, C2)에 빙결한 상태로 메인터넌스를 행하면, 상기와 같이 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2)는 냉각이 유지되는 슬리브(2)로부터 열적으로 분리되고, 또한 대기에 노출된 상태가 되기 때문에 온도가 상승한다. 이 온도상승에 따라, 빙결되었던 공기나 수분 등은 기화·팽창되어, 공간부(60) 내의 압력은 급격하게 상승된다. 구체적으로는, 공기나 수분 등이 기화·팽창함으로써, 공간부(60) 내의 압력은 온도상승 전에 비해, 예컨대 400배 이상으로 상승된다.

그러나, 본 실시형태에 관한 냉동기 장착구조에서는, 공간부(60)와 연통된 계측포트(52)에 안전밸브(50)를 마련한 구성으로 하고 있다. 따라서, 공간부(60) 내의 압력이 상승하면, 이 압력은 안전밸브(50)를 구성하는 이동플랜지(54)에 인가되고, 이를 A1방향으로 이동 바이어스한다.

그리고, 공간부(60) 내의 압력이 미리 정해진 압력 이상이 되면, 도 5를 이용하여 설명한 바와 같이, 이동플랜지(54)는 스프링(57)의 탄성력에 저항하여 이동한다. 이로써 안전밸브(50)는 개방되고, 공간부(60) 내의 기화·팽창된 기체는, 간극(59)으로부터 외부로 배출된다.

여기서 본 실시형태에 관한 냉동기 장착구조에서는, 미리 정해진 압력을, 압력이 상승해도 슬리브(2)에 대하여 제1 및 제2단 냉각실린더(C1, C2)가 이동하지 않는 압력 범위에서, 또한, 슬리브(2), 각 실린더(C1, C2), O링(42) 등에 압력상승에 의한 손상이 발생하지 않는 압력 범위에서 설정하고 있다. 안전밸브(50)에 있어서의 미리 정해진 압력의 변경은, 스프링(57)의 스프링 상수의 조정, 및 씰면(53a, 53b)의 면적 조정 등에 의하여 행할 수 있다.

이와 같이 본 실시형태의 냉동기 장착구조에 의하면, 공간부(60) 내에 공기나 수분 등이 리크해도, 메인터넌스시에 슬리브(2), 각 냉각실린더(C1, C2), 및 O링(42) 등에 손상이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 공간부(60) 내의 압력상승에 따라, 냉각실린더(C1, C2)가 슬리브(2)로부터 이탈하는 것도 방지할 수 있어, 메인터넌스 작업의 안전성을 높일 수 있다.

또한 본 실시형태에서는, 종래부터 배치되어 있는 계측포트(52)를 이용하여, 이 계측포트(52)에 안전밸브(50)를 설치한 구성으로 하고 있다. 이에 대해, 계측포트(52)와는 별개로 공간부(60)에 연통하는 포트를 형성하고, 이 포트에 안전밸브를 배치하는 구성도 생각할 수 있다.

그러나, 이 구성으로 했을 경우에는 부품점수가 증대함과 함께 냉동기 장착구조가 복잡해진다. 따라서, 본 실시형태와 같이 계측포트(52)를 이용하여, 이 계측포트(52)에 안전밸브(50)를 설치한 구성으로 하는 편이, 냉동기 장착구조의 간단화 및 저비용화를 도모할 수 있다.

또한, 공간부(60)와 연통하는 포트로서는, 계측포트(52)와 별개로 공간부(60)의 내부를 진공으로 하기 위하여 이용하는 진공포트(47)가 설치되어 있다. 그러나, 본 실시형태에서는 진공포트(47)에 안전밸브를 설치하는 구성으로는 하지 않고, 계측포트(52)에 안전밸브(50)를 설치하는 구성으로 했다.

이 구성으로 함으로써, 메인터넌스 중에 공간부(60) 내의 압력이 상승된 경우, 공간부(60) 내의 기체를 안전밸브(50) 및 계측포트(52)를 통하여 배출할 수 있음과 함께, 커넥터(46) 및 진공포트(47)를 통해서도 배출할 수 있어, 공간부(60) 내의 기체의 배출처리를 효율적으로 행할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 상세하게 서술했지만, 본 발명은 상기한 특정의 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 여러가지의 변형·변경이 가능한 것이다.

본 발명에 관한 냉동기 장착구조는, 단결정 끌어올림장치에 사용하는 초전도 마그넷장치 혹은 다른 용도의 초전도 마그넷장치 등에 이용할 수 있다.

C1　제1단 냉각실린더
C2　제2단 냉각실린더
D1, D2　디스플레이서
F1　제1단 냉각플랜지
F2　제2단 냉각플랜지
H1　제1단 콜드헤드
H2　제2단 콜드헤드
M　모터구동부
R　GM냉동기
1　진공용기
2　슬리브
4, 21, 41 플랜지
6　열실드 용기
42　O링
46　커넥터
50　안전밸브
52　계측포트
53　고정플랜지
54　이동플랜지
55　볼트
56　원기둥부
57　스프링
60　공간부

Claims

피(被)냉각물이 수납되는 진공용기에 대하여 실린더와 디스플레이서를 가지는 냉동기를 장착함과 함께, 메인터넌스시에 상기 디스플레이서를 상기 실린더로부터 분리하는 냉동기 장착구조로서,
상기 진공용기의 진공영역과 격리된 상태에서 상기 실린더를 수납하는 슬리브 내에 있어서, 상기 실린더를 상기 슬리브와 열(熱)접속되는 위치와 상기 열접속이 해제되는 위치 사이에서 이동 가능한 구성으로 하고,
상기 슬리브와 상기 실린더 사이에 형성되는 공간부 내의 압력이 미리 정해진 압력 이상이 되었을 때, 상기 공간부 내의 기체를 배출하는 배출기구를 설치하고,
상기 배출기구는, 상기 진공용기에 설치되고 상기 공간부를 감압하기 위해 그 공간부에 접속된 진공포트와 상이한 포트에 설치되고,
상기 배출기구는,
상기 포트에 고정된 제1 플랜지부와,
상기 제1 플랜지부에 대하여 이동 가능한 구성으로 되어 있고, 상기 제1 플랜지부에 밀착함으로써 상기 포트를 폐색하고, 상기 제1 플랜지부로부터 이격함으로써 상기 포트를 개방하는 제2 플랜지부와,
탄성 바이어스함으로써 상기 제2 플랜지부를 상기 제1 플랜지부에 밀착시키는 스프링
을 가지고,
상기 스프링은, 상기 포트 내의 압력이 상기 미리 정해진 압력 이상이 되었을 때, 상기 제2 플랜지부가 상기 제1 플랜지부로부터 이격하도록 구성되어 있는 것
을 특징으로 하는 냉동기 장착구조.
청구항 1에 있어서,
상기 배출기구를, 상기 냉동기에 설치되고 상기 공간부를 외부 공간에 연통함과 함께 내부에 계측 배선이 배치되는 계측포트에 설치한 것
을 특징으로 하는 냉동기 장착구조.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 배출기구는, 상기 미리 정해진 압력 이상이 되었을 때에 밸브 개방하는 안전밸브인 것
을 특징으로 하는 냉동기 장착구조.
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