JPH01150756A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、極低温冷却装置に係り、特に極低温冷凍機で
生成した極低温液化冷媒を液化ガス槽を介して被冷却体
へ供給する極低温冷却装置に関するものである。

〔従来の技術〕

以下、極低温液化冷媒として液体ヘリウムの場合を例に
より説明する。

第２図は従来の極低温冷却装置の構成を示すブロック図
である。この第２図において、ｌは圧縮機、２はヘリウ
ム冷凍機、３は高圧ヘリウムライン、４は低圧ヘリウム
ライン、５は中圧タンク、６は高圧ヘリウムライン圧力
調節弁、７は低圧ヘリウムライン圧力調節弁、８は液体
ヘリウム槽、９は第１の液体ヘリウム供給管、１０は第
１のガスヘリウム原管、１１はタライオスタット、１２
は超電導マグネット等の被冷却体、１３は第２の液体ヘ
リウム供給管、１４は第２のガスヘリウム原管、１５は
液体ヘリウム供給弁、２０はヒータ、２１は超電導液面
計、２２は液面制御演算器を示す。

次に、上記のように構成された従来のヘリウム冷凍装置
の動作について述べる。圧縮機１で圧縮された高圧ヘリ
ウムは高圧ヘリウムライン３を通りヘリウム冷凍機２に
供給され一部が液体ヘリウムとなり第１の液体ヘリウム
供給管９を通り液体ヘリウム槽８に送られる。液体ヘリ
ウム槽８内の液体ヘリウムは第２の液体ヘリウム供給管
１３を通り、クライオスタット１１に送られ被冷却体１
２を冷却する。被冷却体を冷却することで蒸発したガス
は第２のガスヘリウム原管１４を通りヘリウム冷凍機２
に戻り寒冷回収された後、低圧ヘリウムライン４を通り
圧１ｉ１機１に戻る。クライオスタット１１に必要な液
体ヘリウムは液体ヘリウム供給弁１５によって調節され
る。液体ヘリウム槽８内の液体ヘリウムは超電導液面計
２１で検知され、液面制御演算器２２で制御出力をヒー
タ２０に出力する。高圧ヘリウムライン３と低圧ヘリウ
ムライン４の圧力は中圧タンク５を介して、高圧ヘリウ
ムライン圧力調節弁６と低圧ヘリウムライン圧力調節弁
７によって一定に保持される。

なお、この種の装置として関連するものには例えば特開
昭５７−１０８５５７号等がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のような構成および動作の従来の極低温冷却装置で
は、ヒータ２０の制御を液体ヘリウム槽８の液面のみで
行っていたために、タライオスタッ）１１で保持する液
体ヘリウム量が増大すると中圧タンク５の圧力が異常に
低下し、低圧ヘリウムライン４の圧力調節が不可能とな
って極低温冷却装置の運転を停止せざるを得ないことが
ある。

本発明の目的は、極低温冷凍機から圧縮機に戻される低
圧冷媒ガスの圧力制御に支障のない圧力に中圧タンク内
の常温冷奴ガスの圧力を保持するようにすることで、運
転操作を円滑、容易に行うことができる極低温冷却装置
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、極低温液化冷媒を生成する極低温冷凍機と
、該極低温冷凍機に冷媒ガスを循環供給する圧縮機と、
常温冷媒ガス保持用の中圧タンクと、前記極低温冷７ｉ
！機で生成した極低温液化冷媒を保持する液化ガス槽と
、該液化ガス槽からの極低温液化冷媒で冷却される被冷
却体と、前記液化ガス槽内の極低温液化ガスを加熱蒸発
させる液化ガス加熱装置と、前記液化ガス槽内での極低
温液化冷媒の保持量を一定量に制御する方向の演算を行
う制御演算器と、前記中圧タンク内の常温冷媒ガスの圧
力を一定圧力に制御する方向の演算を行う他の制御演算
器と、該他の制御演算器からの演算出力値と前記制御演
算器からの演算出力値とを比較演算して前記液化ガス加
熱装置に選択出力する比較演算器とを具備することによ
り、達成される。

〔作　　　用〕

液化ガス槽内に極低温液化冷媒ガスが所定量入っていて
、液化ガス槽内の保持量を制御する制御演算器の演算出
力値が液化ガス加熱装置を作動させる方向になっていな
くても、中圧タンク内の圧力が下がれば中圧タンク内の
圧力を一定圧力に制御する他の制御演算器からの演算出
力値が比較演算器に入って、この演算出力値が液化ガス
加熱装置に入って、液化ガス槽内の極低温液化冷媒ガス
を蒸発させるので、極低温冷凍機から圧縮機に戻される
低圧冷媒ガスの圧力制御に支障のない圧力に中圧タンク
内の常温冷却ガスの圧力を保持できる。

〔実　施　例〕

液化ガス糟内の極低温液化冷媒は被冷却体の予冷および
貯液時に主として消費する。したがって、被冷却体の予
冷開始時には液化ガス槽内に最大量の極低温液化冷媒を
保持する必要があるが、定常に達した後は、液化ガス槽
内の保持極低温液化冷媒が最大量である必要はないため
、保持量制御、例えば、液面制御の設定値を変更するこ
とは可能である。但し、装置内にホールドされる冷媒ガ
ス量が常に一定とは限らないため、変更設定すべき液面
制御設定イ１ａもまた一定とは限らない。中圧タンクの
容量を、液化ガス槽およびタライオスタットに最大の極
低温液化冷媒量を同時に保持しても問題ないように大き
くすることも考えられるが、中圧タンクが非常に大きく
なる（冷媒ガスがヘリウムの場合、常温ガスヘリウムは
液体ヘリウムの約７００倍の容積となる）こと、および
装置内のホールド冷媒ガス量が常に一定とは限らないこ
とによって問題は解決されない。

以上の問題を解決するためには、液面制御は液化ガス槽
の最大ホールド量を設定値とする制御演算を行うと共に
、中圧タンクの圧力は低圧ガ子ヘリウムラインを流通す
る低圧冷媒ガスの圧力制御に支障の無い圧力に保持する
ように圧力制御演算（中圧タンク圧力低下時は、例えば
、ヒータ入力を増大させる）を行い、上記の液面制御演
算と圧力制御演算の制御出力の比較を行い、例えば、ヒ
。

−夕入力を増大させる方向のものを選択することによっ
て解決することができる。

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図で、２２′は、液化ガス槽である液体へリウム槽
８内での極低温液化冷媒である液体ヘリウムの保持量を
一定量に制御する方向の演算を行う制御演算器である液
面制御演算器、３０は、中圧タンク５内の常温冷媒ガス
である常温ヘリウムガスの圧力を一定圧力に制御する方
向に演算する他の制御演算器、３１は、液面制御演算器
２２′からの演算出力値と圧力制御演算器３０からの演
算出力値とを比較演算して液化ガス加熱装置であるヒー
タ２０に選択出力する比較演算器である。

なお、第１図で、その他第２図と同−装置等は同一符号
で示し説明を省略する。

第１図で、更に具体的には、液面制御演算器２２′は第
２図の従来の極低温冷却装置と同様に液体ヘリウム槽８
内の液体ヘリウム保持量が増大するとヒータ２０の入力
を増大させる方向の制御演算を行う、一方、中圧タンク
５の圧力を低圧ヘリウムライン４の圧力制御に支障のな
い値以上に保持するように、圧力制御演算器３０は中圧
タンク５の圧力が減少した時ヒータ２０の入力を増大さ
せる方向の演算を行う０以上の液面制御演算器２２の制
御出力と、圧力制御演算器３０の制御出力とが比較演算
器３１に入力され、比較演算器３１は、ヒータ２０の入
力が増大する方を選択し、ヒータ２０に出力する。

本実施例では、次のような効果を得ることができる。

（１）ヘリウム冷凍機から圧縮機に戻される低圧ヘリウ
ムガスの圧力制御に支障のない圧力に中圧タンク内の常
温ヘリウムガスの圧力を保持できるため、運転操作を円
滑、容易に行うことができる。

（２）液体ヘリウム槽内に最大量の液体ヘリウムか保持
されるまでヒータで無駄に液体ヘリウムを基発させる必
要がないため、圧ｌｌｌｉ機での消費動力等を節減でき
運転費を低減できる。

（３）液体ヘリウム槽内には、一定量以上の液体ヘリウ
ムは自動的に保持されないため、装置の構成機器を適正
な容量にできる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように、極低温冷凍機から圧縮
機に戻される低圧冷媒ガスの圧力制御に支障のない圧力
に中圧タンク内の常温冷媒ガスの圧力を保持できるので
、運転操作を円滑、容易に行うことができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による極低温冷却装置の一実施例を示
す構成ブロック図、第２図は、従来の極低温冷却装置の
構成ブロック図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、極低温液化冷媒を生成する極低温冷凍機と、該極低
   温冷凍機に冷媒ガスを循環供給する圧縮機と、常温冷媒
   ガス保持用の中圧タンクと、前記極低温冷凍機で生成し
   た極低温液化冷媒を保持する液化ガス槽と、該液化ガス
   槽からの極低温液化冷媒で冷却される被冷却体と、前記
   液化ガス槽内の極低温液化ガスを加熱蒸発させる液化ガ
   ス加熱装置と、前記液化ガス槽内での極低温液化冷媒の
   保持量を一定量に制御する方向の演算を行う制御演算器
   と、前記中圧タンク内の常温冷媒ガスの圧力を一定圧力
   に制御する方向の演算を行う他の制御演算器と、該他の
   制御演算器からの演算出力値と前記制御演算器からの演
   算出力値とを比較演算して前記液化ガス加熱装置に選択
   出力する比較演算器とを具備したことを特徴とする極低
   温冷却装置。