JPH0366558B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は液体ヘリウム、水素、窒素などの低温
液化ガス（以下寒剤と称す）を用いた冷凍・寒剤
の貯蔵を効果的に行なう低温容器であり、特に低
温容器外にある冷凍機から低温液体又は低温気体
を移送させて低温容器の真空断熱層内にある２枚
以上の熱シールド板を冷却して内部への熱侵入を
減らすようにした低温容器の冷却装置に関するも
のである。

（従来技術） 従来の低温容器は第１図の様に二系統の冷却回
路を用いるか、第２図のように一系統の冷却回路
の中間部分の低温液体又は低温気体をそのまま用
いてそれぞれの温度レベルの熱シールド板の冷却
を行なつていた。

ここで先ず本発明と同様に一系統の冷却装置を
用いた第２図について回路構成を詳細に説明する
と、１は圧縮機、２は圧縮熱放熱器で、該放熱器
２は圧縮機１の吐出側に隣接して設けられてい
る。３，５は第１、第２熱交換器、４ａ，６は冷
凍機の低温発生部に設けられた冷凍機低温発生部
熱における第１，第２交換器で、それぞれ第１が
高温側、第２が低温側である。

７，８は第２、第１熱シールド板、９，１０は
第２、第１熱シールド板をそれぞれ冷却するため
の第２、第１熱シールド板冷却熱交換器である。
この場合も第１が高温側、第２が低温側である。
１１は液体ヘリウム等を入れる寒剤容器で、これ
らは低温容器外箱１２に包含されている。また第
１熱シールド板８は低温容器外箱１２と第２シー
ルド板７の間、第２熱シールド板７は第１熱シー
ルド板８と寒剤容器１１の間の真空断熱層空間
に、それぞれ第２熱シールド板７、寒剤容器１１
を覆い包むように配設されている。そしてこれら
の圧縮機１、圧縮熱放熱器２、第１、第２熱交換
器３，５、冷凍機低温発生部における第１、第２
熱交換器４ａ，６、第２、第１熱シールド板冷却
熱交換器９，１０が、往路管路１３ａ，１５ａ及
び復路管路１４ａ，１６ａによつて連結され、動
作気体循環回路が構成されている。

次に第１図の二系統の冷却回路を用いた場合の
回路構成を説明すると、第２図の回路の他に、圧
縮機１７、圧縮熱放熱器１８、熱交換器１９、冷
凍機低温発生部熱交換器２０を往路管路２３、復
路管路２４で連結してなる動作気体循環回路を併
設してなるものである。

（発明が解決しようとする課題） 先ず第１図の二系統の冷却回路を用いた場合は
装置が複雑となり、かつ大型となる欠点があつ
た。また一系統の第２図の場合は、高温側の熱シ
ールド板の温度が高くなるか、又は低温側の熱交
換器入口の低温液体又は低温気体の温度が高くな
るかして、冷凍機の低温側の低温発生部への負荷
が大きくなるため、冷凍機を大型にする必要があ
つた。

本発明は前記従来の欠点を解消するために提案
されたもので、冷凍機低温側の低温発生部の負荷
を低減して装置を小型化することを目的とするも
のである。

（課題を解決するための手段） このため本発明は、液体ヘリウムなどの低温液
化ガスを用いた真空断熱層内に２層以上の熱シー
ルド板を有する低温容器の冷却装置において、該
熱シールド板の冷却回路を一系統にすると共に、
冷凍機低温発生部における高温側の第１熱交換器
で冷却した作動ガスで高温側の第１熱シールド板
を冷却し、この作動ガスを再び前記冷凍機低温発
生部における高温側の第１熱交換器で冷却した
後、次に冷凍機低温発生部における低温側の第２
熱交換器で冷却させ、この冷却された作動ガスで
低温側の第２熱シールド板を冷却する。

（作用） 多層の熱シールド板の冷却を、一系統の作動気
体循環回路で行ない、なおかつ比較的温度の高い
側の熱シールド板冷却熱交換器を通つた作動気体
を、再度同じ温度レベルの冷凍機低温発生部を通
過させることにより、冷凍機の負荷を低減させ
る。

本発明によると、冷凍機の低温側より高温側に
大きな負荷がかかるので、冷凍機の効率がよくな
り、消費電力が少なく、小さな冷凍機ですむ等の
効果がある。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面について説明する
と、第３図は本発明の第１実施例を示し、１は圧
縮機、３は圧縮機１の吐出側に隣接して設けられ
た圧縮熱放熱器である。３，５は第１、第２熱交
換器、４，６は冷凍機の低温発生部に設けられた
冷凍機低温発生部における第１、第２熱交換器
で、それぞれ第１が高温側、第２が低温側であ
る。７，８は第２、第１熱シールド板、９，１０
は第２、第１熱シールド板７，８をそれぞれ冷却
するための第２、第１熱シールド板冷却熱交換器
で、それぞれ第１が高温側、第２が低温側であ
る。

１１は液体ヘリウム等を入れる寒剤容器で、こ
れらは低温容器外箱１２に包含されている。また
第１熱シールド板８は低温容器外箱１２と第２熱
シールド板７の間、第２熱シールド板７は第１熱
シールド板８と寒剤容器１１の間の真空断熱層空
間に、それぞれ第２熱シールド板７と寒剤容器１
１を覆い包むように配設されている。そしてこれ
ら圧縮機１、圧縮熱放熱器２、第１、第２熱交換
器３，５、冷凍機低温発生部における第１、第２
熱交換器４，６、第２、第１熱シールド板冷却熱
交換器９，１０が、第２、第１往路管路１３，１
５及び第２、第１復路管路１４，１６によつて連
結されて、動作気体循環回路が構成されている。
そして低温容器は低温容器外箱１２、第２、第１
熱シールド板７，８、寒剤容器１１、第２、第１
熱シールド板冷却熱交換器９，１０から構成され
ている。低温容器から離れて配設された圧縮機
１、該圧縮機１の吐出側に隣接した圧縮熱放熱器
２と同様に、低温容器から離れて配設された冷凍
機低温発生部における第１熱交換器４と、第１熱
シールド板冷却熱交換器１０とを直列に管路で連
絡して動作気体の第１往路管路１５を形成し、更
に第１熱シールド板冷却熱交換器１０と前記熱交
換器４とを管路で連絡して第１復路管路１６を形
成している。

また前記熱交換器４，６，９を直列に管路で連
絡して第２往路管路１３を、前記熱交換器９と圧
縮機１の吸入口とを管路で連絡して第２復路管路
１４を形成する。更に圧縮熱放熱器２と前記熱交
換器４とを連絡する第１往路管路１５と、前記熱
交換器９と圧縮機１の吸入側を連絡する第２往路
管路１４相互間で、第１往路管路１５と第２往路
管路１４とを熱的に連結する第１熱交換器３を、
また前記熱交換器４と６を連絡する第２往路管路
１３と、前記熱交換器９と第１熱交換器３とを連
絡する第２往路管路１４相互間で、第２往路管路
１３と第２往路管路１４とを熱的に連結する第２
熱交換器５をそれぞれ配設して前記動作気体循環
回路を構成している。なお、以上の構成におい
て、熱交換器３，５，４，６、熱シールド板７，
８、熱シールド板冷却熱交換器９，１０、寒剤容
器１１及びこれらを連絡している往路管路１３，
１５、復路管路１４，１６等は全て真空容器又は
真空配管中に置かれて真空断熱されていることは
言うまでもない。

次に第３図の実施例について作用を説明する
と、動作気体循環回路内には、例えば動作気体と
して液体ヘリウムなどが封入されるが、この動作
気体は、先ず圧縮機１で圧縮され、圧縮機１の吐
出口より第１往路管路１５へ吐出されるが、その
前に第１熱交換器３を通過し、更に冷凍機低温発
生部における第１熱交換器４を通過して第１熱シ
ールド板冷却熱交換器１０へ送られる。この時先
ず第１熱交換器３では、第２熱交換器５から圧縮
機１の吸入口側へ低温、例えば80K以下の温度で
戻つて来る動作気体によつて、圧縮機１の吐出口
から冷凍機低温発生部における第１熱交換器４へ
送り込む。なお、圧縮機１で発生する圧縮熱は、
圧縮熱放熱器２で除去されるので、第１熱交換器
３へ流入する動作気体の温度は０〜50℃位であ
る。

次に冷凍機低温発生部における第１熱交換器４
では、冷凍機で発生した冷凍によつて、第１熱交
換器３で予じめ冷却された動作気体は、更に冷却
されて第１往路管路１５に送り出され、前記の如
く熱交換器１０に至る。ここで第１熱シールド板
８で冷却した動作気体は、第１往路管路１５を通
過した時より温度が上昇して、該熱交換器１０か
ら前記熱交換器４へ第１復路管路１６を通して送
られる。また動作気体は該熱交換器４で再度冷却
されて、第２熱交換器５を通り、冷凍機低温発生
部における第２熱交換器６へ送られる。第２熱交
換器５では、第２熱シールド板冷却熱交換器９か
ら第１熱交換器３へ、更に低温、例えば30K以下
の温度で戻つて来る動作気体によつて、前記熱交
換器４から前記熱交換器６へ流出する動作気体を
冷却し、この冷却した動作気体を該熱交換器６へ
送り込む。

次に冷凍機低温発生部における第２熱交換器６
では、冷凍機で発生した冷凍によつて第２熱交換
器５で冷却された動作気体は、更に冷却されて第
２往路管路１３に送り出され、前記熱交換器９に
至る。また動作ガスは第２熱シールド板７を冷却
して第２往路管路１３を通つた時より温度上昇し
て、該熱交換器９から第２熱交換器５へ第２復路
管路１４を通つて送られる。そして第２熱交換器
５で第２往路管路１３の動作気体と熱交換し、更
に第１熱交換器３に送られ、ここで第１往路管路
１５の動作気体と熱交換して常温近傍の温度に戻
され、圧縮機１の吸入側へ送り込まれて１サイク
ルが終了する。

第４図は第３図と異なる本発明の第２実施例を
示し、第３図における冷凍機低温発生部における
第２熱交換器６と、第２熱シールド板冷却熱交換
器９を連絡する第２往路管路１３中に、冷凍機低
温発生部における第３熱交換器２２を追設すると
共に、冷凍機低温発生部における第２熱交換器６
と該熱交換器２２を連絡する第２往路管路１３
と、前記熱交換器９と第２熱交換器５とを連絡す
る往路管路１４の相互間で第２往路管路１３と第
２往路管路１４とを熱的に連絡する第３熱交換器
２１をそれぞれ追設したものであるが、第３図の
実施例と作用効果において差異はない。

（発明の効果） 以上詳細に説明した如く本発明は構成されてい
るので、同一の作動ガス流量、同一の冷凍機出力
及び同一の熱交換器温度効率を用いたものに比
べ、熱シールド板の温度をより低くすることがで
きる。即ち、本発明は作動ガスを再び高温側の冷
凍機低温発生部における第１熱交換器で冷却した
後、次に低温側の冷凍機低温発生部における第２
熱交換器で冷却させ、この冷却された作動ガスで
低温側の第２熱シールド板を冷却するようにした
もので、第２冷凍機低温発生部への負荷を減らす
ことにより、第２熱シールド板の温度も下げ、寒
剤容器への熱の侵入を減らすことができる。また
第１冷凍機低温発生部側に負荷を偏らせることに
より、冷凍機の効率を向上できる。従つて本発明
によると、冷凍機の低温側より高温側に大きな負
荷がかかるので、冷凍機の効率がよくなり、消費
電力が少なくてよく、かつ小さな冷凍機ですむ等
の効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ従来の低温容器の
冷却器の異なる構成の回路図、第３図及び第４図
はそれぞれ本発明の第１、第２実施例を示す低温
容器の回路図である。 図の主要部分の説明 １……圧縮機、４……冷
凍機低温発生部における第１熱交換器、７……第
２熱シールド板、８……第１熱シールド板、９…
…第２熱シールド板冷却熱交換器、１０……第１
熱シールド板冷却熱交換器、１１……寒剤容器、
１２……低温容器外箱、１３……第２往路管路、
１４……第２往路管路、１５……第１往路管路、
１６……第１復路管路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液体ヘリウムなどの低温液化ガスを用いた真
   空断熱層内に２層以上の熱シールド板を有する低
   温容器の冷却装置において、該熱シールド板の冷
   却回路を一系統にすると共に、冷凍機低温発生部
   における高温側の第１熱交換器で冷却した作動ガ
   スで高温側の第１熱シールド板を冷却し、この作
   動ガスを再び前記冷凍機低温発生部における高温
   側の第１熱交換器で冷却した後、次に冷凍機低温
   発生部における低温側の第２熱交換器で冷却さ
   せ、この冷却された作動ガスで低温側の第２熱シ
   ールド板を冷却することを特徴とする低温容器の
   冷却装置。