JPH04278146A

JPH04278146A - 冷凍装置

Info

Publication number: JPH04278146A
Application number: JP3713791A
Authority: JP
Inventors: Norihide Saho; 典英佐保; Takeo Nemoto; 武夫根本; Masao Shiibayashi; 正夫椎林; Kazuaki Yokoi; 和明横井; Naoki Kasahara; 直紀笠原; Shintaro Sado; 佐渡　慎太郎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-03-04
Filing date: 1991-03-04
Publication date: 1992-10-02
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JP2600506B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、極低温冷凍装置に関し
、特に冷却温度を任意の温度に低下しかつその冷凍量を
増加する冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超伝導マグネットを使用した核磁気共鳴
診断装置、熱物性測定装置、ジョセフソン素子や各種セ
ンサー等の各種電子機器や、高真空、高排気速度のクラ
イオポンプ、超伝導マグネットを使用した電子加速器や
放射光発生装置の冷媒には、極低温の液体ヘリウムを使
用する。これらの被冷却装置の冷媒温度を、大気下の液
体ヘリウムの蒸発温度を特に４．２Ｋ以下にすれば、超
伝導マグネットの安定化や高磁場化、各種センサーのＮ
Ｓ比の向上に非常に有効である。

【０００３】冷媒の液体ヘリウムは、わずかな熱で蒸発
し、かつ、高価であるため蒸発したヘリウムガスを凝縮
する冷凍装置を装着する。また、熱物性測定装置では、
４．２Ｋ以下の広範囲な冷却温度で被冷却体を冷却する
必要がある。

【０００４】この冷凍装置の構造が圧縮比の異なる２台
のスクロール形圧縮機を２段に配置する圧縮機ユニット
で加圧したヘリウムガスを、予冷用の寒冷発生機にギフ
ォード・マクマホン（Ｇ・Ｍ）式往復動形膨張機を使用
した寒冷発生回路と、ジュール・トムソン弁（Ｊ・Ｔ弁
）を極低温部に有するジュール・トムソン回路（Ｊ・Ｔ
回路）の高圧流路に同じ配管で供給し、前記予冷用の寒
冷発生機の排気ヘリウムガスを前記２段に配置した圧縮
機ユニットの中圧ラインに戻し、Ｊ・Ｔ回路の排気ヘリ
ウムガスを前記２段に配置した圧縮機ユニットの低圧ラ
インに戻す方法が冷凍、第３６巻、第７３３号（昭和６
３年１１月）第８１頁から８７頁に記載されている。

【０００５】この場合、Ｊ・Ｔ回路のＪ・Ｔ弁からの排
気ヘリウムガスを圧縮機の吸気口入口で１．０ａｔｍ以
上の正圧の状態で回収する。したがって、Ｊ・Ｔ回路の
Ｊ・Ｔ弁出口圧力は回路中の低圧流路の圧力損失分高く
なり約１．２ａｔｍ以上となる。このため、この冷凍装
置の冷凍温度は、４．５Ｋ以上である。また、圧縮機ユ
ニットで加圧したヘリウムガスを寒冷発生回路と、Ｊ・
Ｔ回路の高圧流路に同じ配管で供給するため、熱負荷の
変動等によって生じる寒冷発生回路の流量、圧力の変動
がＪ・Ｔ回路の高圧、低圧流路内に影響し、安定な冷却
温度及び安定な冷凍量が得られない。

【０００６】また、圧縮比の異なる２台のスクロール形
圧縮機を２段に配置する圧縮機ユニットを使用し、加圧
したヘリウムガスを、寒冷発生機回路とＪ・Ｔ回路の高
圧流路に同じ配管で同時に供給し、かつ、寒冷発生機回
路とＪ・Ｔ回路の排気ガスをそれぞれ前記圧縮機ユニッ
トの中圧、低圧ラインに同時に戻すため２台のスクロー
ル形圧縮機を別々に細かく制御する必要があり、冷凍装
置の小型軽量化や操作の簡便さにかける。

【０００７】また、他の冷凍装置の構造が特開昭６１ー
２３５６４８号公報に記載されている。この冷凍装置で
は、予冷用の寒冷発生機にソルベイ式やギフォード・マ
クマホン（Ｇ・Ｍ）式往復動形膨張機を使用し、２台２
段の圧縮機（一般にはロータリー式や往復動式）を備え
Ｊ・Ｔ弁を極低温部に有するＪ・Ｔ回路で液体ヘリウム
温度を発生する。膨張機及びＪ・Ｔ回路には別経路の圧
縮機で圧縮したヘリウムガスを供給し、膨張機及びＪ・
Ｔ回路からの排気ヘリウムガスを圧縮機の吸気口入口で
１．０ａｔｍ以上の正圧の状態で回収する。したがって
、Ｊ・Ｔ回路のＪ・Ｔ弁出口圧力は回路中の圧力損失分
高くなり約１．２ａｔｍ以上となる。この場合も冷凍温
度は４．５Ｋ以上である。

【０００８】また、この場合も圧縮比の異なる２台の圧
縮機を２段に配置する圧縮機ユニットを使用しているた
め、圧縮機を別々に細かく制御する必要があり、冷凍装
置の小型軽量化や操作の簡便さにかける。この場合、同
一流路内で２台のロータリー形圧縮機と２系統の油除去
、回収回路を用いて圧縮機ユニットを構成しているため
、冷凍装置の小型軽量化にかける。

【０００９】他の冷凍装置の構造であるクロード・サイ
クル冷凍機（圧縮機ユニットで加圧したヘリウムガスを
、予冷用の寒冷発生器に往復動形膨張機を使用した寒冷
発生回路と、Ｊ・Ｔ弁を極低温部に有するＪ・Ｔ回路の
高圧流路に同じ配管で供給し低圧ヘリウムガスを両回路
の低圧流路が合流した配管で前記圧縮機ユニットに吸入
する方式）専用に圧縮比の同じ２台のスクロール形圧縮
機を並列１段に配置する圧縮機ユニットが低温工学・超
電導学会予稿集、第４４回、（１９９０年１１月）第９
６頁に記載されている。

【００１０】この冷凍装置においても、Ｊ・Ｔ回路のＪ
・Ｔ弁からの排気ヘリウムガスを圧縮機の吸気口入口で
１．０ａｔｍ以上の正圧の状態で回収する。従って、Ｊ
・Ｔ弁出口圧力は寒冷発生回路の低圧流路が合流したＪ
・Ｔ回路の低圧流路の圧力損失分高くなり約１．２ａｔ
ｍ以上となる。このため、この冷凍装置の冷凍温度は４
．５Ｋ以上である。

【００１１】また圧縮機ユニットで加圧したヘリウムガ
スを、寒冷発生回路と、Ｊ・Ｔ回路の高圧流路に同じ配
管で供給するため、熱負荷の変動等によって生じる寒冷
発生回路の流量、圧力の変動がＪ・Ｔ回路の高圧、低圧
流路内に影響し、安定な冷却温度及び安定な冷凍量が得
られない。この場合も同一流路内で２台のスクロール形
圧縮機と２系統の油除去、回収回路を用いて圧縮機ユニ
ットを構成しているため、冷凍装置の小型軽量化や寒冷
発生回路とＪ・Ｔ回路へのヘリウムガス流量配分操作の
簡便さにかける。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たごとく従来の技術は、４．５Ｋ未満の任意の温度に安
定に制御しながら冷却する方法に関しては触れられてい
ない。また、圧縮機吸入口を負圧にした場合、吐出圧が
低下し予冷寒冷発生回路の寒冷量が低下して、冷却温度
が４．５Ｋ以上に昇温する問題がある。また、圧縮機の
操作の簡便さ及び小型軽量化の方法に関しても触れられ
ていない。

【００１３】本発明の目的は、蒸発したヘリウムガスを
４．５Ｋ未満で凝縮する、または被冷却体を４．５Ｋ未
満特に大気圧下の液体ヘリウム温度４．２Ｋ以下に安定
に冷却する小型軽量で操作が簡便な、かつ、大ききな冷
凍量を安定に発生する冷凍装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的は、真空ポンプ
等の補助排気手段を用いずにＪ・Ｔ回路の低圧流路のヘ
リウムガスを圧縮機の吸気口入口で正圧から負圧の範囲
で回収し、同圧縮機で正圧に加圧したヘリウムガスをＪ
・Ｔ回路の高圧流路に同一圧縮機で供給することにより
達成する。

【００１５】即ち本発明は、予冷用の寒冷発生回路と隔
離された一連の高圧配管及び低圧配管を内蔵した熱交換
器と、前記高圧配管の極低温部に設けられた膨張弁とを
備え該膨張弁の出口が被冷却体を内蔵する冷媒容器内に
導かれ、前記低圧配管の低温部が前記冷媒容器内で前記
膨張弁の出口と連通し、前記高圧配管と前記低圧配管が
常温部で圧縮手段を介して連通した冷凍装置の該圧縮手
段が圧縮手段内の圧縮室内に多段、かつそれぞれが隔離
され連続の小圧縮室を有する圧縮手段であることを特徴
する。

【００１６】また本発明は、高圧配管及び低圧配管を内
蔵した熱交換器と、前記高圧配管の極低温部に設けられ
た膨張弁とを備え、該膨張弁の出口を負圧にし、該出口
が被冷却体を内蔵する冷媒容器内に導かれ、前記低圧配
管の低温部が前記冷媒容器内で前記膨張弁の出口と連通
し、前記高圧配管と前記低圧配管が常温部で圧縮手段を
介して連通した冷凍装置の該圧縮手段が圧縮手段内の圧
縮室内に多段、かつそれぞれが隔離され連続の小圧縮室
を有する圧縮手段であることを特徴する。

【００１７】更に本発明は、予冷用の寒冷発生回路と隔
離された一連の高圧配管及び低圧配管を内蔵した熱交換
器と、前記高圧配管の極低温部に設けられた膨張弁とを
備え前記膨張弁の出口を負圧にし、かつ被冷却体を内蔵
する冷媒容器内に導かれ、前記低圧配管の低温部が前記
冷媒容器内で前記膨張弁の出口と連通し、前記高圧配管
と前記低圧配管が常温部で圧縮手段を介して連通した冷
凍装置の該圧縮手段が圧縮手段内の圧縮室内に多段の、
かつそれぞれが隔離され連続の小圧縮室を有する圧縮手
段であることを特徴する。

【００１８】また本発明は、予冷用の寒冷発生回路と隔
離された一連の高圧配管及び低圧配管を内蔵した熱交換
器と、前記高圧配管の極低温部に設けられた膨張弁とを
備え前記膨張弁の出口が被冷却体を内蔵する冷媒容器内
に導かれ、前記低圧配管の低温部が前記冷媒容器内で前
記膨張弁の出口と連通し、前記高圧配管と前記低圧配管
が常温部で圧縮手段を介して連通し、圧縮室内に多段の
、かつそれぞれが隔離され連続の小圧縮室を有した圧縮
手段の吸入口の圧力を正圧から負圧の範囲で調整するこ
とを特徴する。

【００１９】上記各発明においては、（１）前記圧縮手
段が圧縮手段内の圧縮室内に多段のかつそれぞれが隔離
され連続の小圧縮室を有した圧縮手段を複数個を直列に
配置したこと、（２）前記圧縮手段が圧縮手段内の圧縮
室内に多段のかつそれぞれが隔離され連続の小圧縮室を
有したスクロール型圧縮機またはスクリュウ型圧縮機と
すること、（３）前記圧縮手段が圧縮手段内の圧縮室内
に多段のかつそれぞれが隔離され連続の小圧縮室を有し
た油潤滑式の圧縮手段であること、（４）前記圧縮手段
が圧縮手段内の圧縮室内に多段のかつそれぞれが隔離さ
れ連続の小圧縮室を有した１機の圧縮手段であること、
（５）前記圧縮手段が圧縮手段内の圧縮室内に多段のか
つそれぞれが隔離され連続の小圧縮室を有した１段で複
数機の圧縮手段であること、（６）前記圧縮手段が圧縮
手段内の圧縮室内に多段のかつそれぞれが隔離され連続
の小圧縮室を有した、複数機を１つに圧力容器に内蔵し
た圧縮手段であること、（７）少なくとも該圧縮手段の
処理風量、または該膨張弁の通過風量、高、低圧流路間
のバイパス風量を調整し、該冷媒容器内の温度または圧
力を制御すること、（８）前記高圧配管と前記低圧配管
が常温部で圧縮手段を介して連通した冷凍装置において
、常温部の前記低圧配管の接続部を大気に接触させない
ように隔離手段具備したこと、（９）常温部の該低圧配
管を前記高圧配管内に配置したこと、（１０）前記高圧
配管の極低温部に膨張弁を設け前記膨張弁の出口が被冷
却体を保持する伝熱体に導かれ、前記低圧配管と前記膨
張弁の出口が連通し、前記高圧配管と前記低圧配管が常
温部で圧縮手段を介して連通した冷凍装置の該圧縮手段
が圧縮手段内の圧縮室内に多段の、かつそれぞれが隔離
され連続の小圧縮室を有した圧縮手段であること等の態
様が有効である。

【００２０】

【作用】予冷用の寒冷発生機に例えばギフォード・マク
マホン（Ｇ・Ｍ）式往復動形膨張機を使用し、予冷用の
寒冷発生回路と隔離したＪ・Ｔ回路のＪ・Ｔ弁出口の圧
力を正圧から負圧の任意の値に安定に制御する。それに
よって、Ｊ・Ｔ弁出口で４．５Ｋ未満の任意のヘリウム
温度を安定に発生できる。

【００２１】また、Ｊ・Ｔ回路のヘリウムガス流量を増
加することにより、容易に４．５Ｋ未満の冷凍量を安定
に増加することができる。また、吸気口入口で正圧から
負圧の範囲で回収し、正圧に圧縮したヘリウムガスをＪ
・Ｔ回路の高圧流路に供給する操作を同一圧縮機で行う
ことにより、小型軽量で簡便な冷凍装置となる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。予冷用の寒冷発生回路に配置した寒冷発生機１は、
例えば、ギフォード・マクマホン膨張機で構成される。

【００２３】ヘリウム圧縮機ユニット２の高圧ヘリウム
ガスは寒冷発生機１中に流入して内部で断熱膨張し、第
１ステージ３、第２ステージ４でそれぞれ温度約４０Ｋ
、１５Ｋの寒冷を発生する。膨張後のガスは、再び、圧
縮機ユニット２に戻る。

【００２４】一方、予冷用の寒冷発生回路と隔離したＪ
・Ｔ回路の圧縮機ユニット５で加圧された高圧のヘリウ
ムガスは、高圧配管１６ａを通り第１熱交換器６、第２
熱交換器７、第１吸着器８、第３熱交換器９、第４熱交
換器１０、第２吸着器１１、第５熱交換器１２を通り温
度約６Ｋ以下に冷却され、Ｊ・Ｔ弁で断熱膨張してその
一部のガスが液化し、液体ヘリウム槽１４に溜まり超電
導マグネット１５等の被冷却体を冷却する。

【００２５】未液化のヘリウムガス、液体ヘリウム１４
ａの蒸発ガスは低圧配管１６ｂ内に流入し第５熱交換器
１２、第３吸着器１７、第３熱交換器９、第４吸着器１
８、第１熱交換器６そして第５吸着器１８ａを通り、ほ
ぼ常温となって低圧配管１６ｂより圧縮機ユニット５に
戻る。クライオスッタト１９内は真空断熱され、極低温
部は液体窒素槽２１、及び、底板２２、上板２３で熱シ
ールドされている。

【００２６】液体窒素２０の蒸発ガスは、排気管２４で
大気に放出され、液体窒素は液体窒素タンク２５で定期
的に補充される。各吸着器ではヘリウムガス中の不純物
を除去する。

【００２７】圧縮機ユニット５の構成を図２，図３にス
クロール型圧縮機２６の圧縮室の断面図を示す。圧縮機
ユニット５は、スクロール型圧縮機２６と油、ガス混合
高圧流体冷却器２７、油分離器２８、油吸着器２９、油
冷却器３０で構成される。低圧配管１６ｂの低圧ヘリウ
ムガスは、スクロール型圧縮機２６内のスクロール型圧
縮室３１に低圧入口３２から流入し、固定スクロール３
１ａと旋回スクロール３１ｙとの間に移動しながら形成
される小圧縮室３１ａ、３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１
ｅで徐々に加圧される。

【００２８】ヘリウムガスは圧縮熱により高温になるた
め、スクロール型圧縮機２６内の底部に溜めている高温
の潤滑油の一部を、配管３３より油冷却器３０に導き、
ほぼ常温にして配管３４より中圧入口３５を経てスクロ
ール型圧縮室３１の中圧圧縮室３１ｂ内に供給する。こ
れにより、ヘリウムガスの温度は約３５０Ｋに冷却され
、さらに圧縮されてスクロール型圧縮室３１の高圧出口
３６からスクロール型圧縮機２６内に吐出される。

【００２９】このようにスクロール型圧縮室３１内では
、スクロールの中心部に向かって移動しながら、かつ、
隔離されて形成される小圧縮室３１ａ、３１ｂ，３１ｃ
，３１ｄ，３１ｅで、ヘリウムガスが徐々に加圧される
ため、各小圧縮室間のガスリーク量がほとんど無い。

【００３０】したがって、１．０ａｔｍ以下の圧力で小
圧縮室３１ａに流入するヘリウムガスを加圧し、高い圧
力まで圧縮して吐出することができる。

【００３１】一方、中圧圧縮室３１ｂ内に供給され高圧
出口３６から出た潤滑油の大部分はスクロール型圧縮機
２６内の底部に戻り、その他の潤滑油は高圧のヘリウム
ガスに同伴して、油、ガス混合高圧流体冷却器２７に流
入する。ここで、混合流体は冷却されると共に約９９．
９９％の油が分離されその大半は油戻し配管３７により
、配管３４を介してスクロール型圧縮室３１の中圧室内
に再供給される。残り０．０１％の油を含む高圧のヘリ
ウムガスは例えば活性炭を充填した油吸着器２９を通り
油濃度約０．０１ｐｐｍまで精製され、高圧配管１６ａ
を通り第１熱交換器６に供給される。

【００３２】Ｊ・Ｔ弁１３出口の温度はＪ・Ｔ弁で膨張
した後のヘリウムガスの圧力、すなわち、ヘリウム槽内
の液化飽和圧力で決まる。一方、ヘリウム槽内の圧力は
（１）Ｊ・Ｔ弁通過ヘリウムガス流量（２）低圧配管、第１、第２、第３熱交換器内の低圧流
路、第３吸着器、第４吸着器内のヘリウムガス流動抵抗
による圧力損失（３）スクロール型圧縮機の吸入風量（４）高、低圧配管の間に設けた圧力調整弁１６ｃを通
過するバイパスガス風量で定まる。

【００３３】したがって、上記４条件を適切に制御する
ことによりヘリウム槽内の圧力を任意の値、すなわち、
Ｊ・Ｔ弁後のヘリウム温度を任意の値に設定できる。ま
たＪ・Ｔ回路，特に低圧配管は予冷用の寒冷発生回路と
隔離されているため寒冷発生回路内の圧力変動がＪ・Ｔ
弁出口の圧力に影響を与えることがない。よって、Ｊ・
Ｔ弁出口の圧力は１．２ａｔｍ以下においても安定に維
持でき、４．５未満の冷却温度を安定に確保できる。

【００３４】また、Ｊ・Ｔ弁により発生する寒冷は等エ
ンタルピー膨張で発生するので４．５Ｋ以下の冷凍量を
大きく取れる。したがって、単位冷凍量当りの圧縮機入
力電力量も小さくて済む効果がある。

【００３５】ヘリウム槽内の圧力は圧力検知器３８、温
度は温度センサー３９、温度検知器４０で計測され、そ
のデータを圧縮機ユニット５内の制御器４１に送り所定
の圧力、温度になるようにスクロール型圧縮機２６の電
動機４２の回転数やＪ・Ｔ弁１３の開度を調整する。

【００３６】この制御によりＪ・Ｔ弁出口の圧力を１．
２ａｔｍ以下の範囲で調整でき、これにより、冷却温度
を４．５Ｋ未満の範囲で安定に制御できる。これは、Ｊ
・Ｔ回路のヘリウム圧縮機に圧縮室内に多段の、かつ、
それぞれが隔離された連続の小圧縮室を有し、かつ、圧
縮比１０以上のスクロール型圧縮機を適用することによ
って、Ｊ・Ｔ回路の一台の圧縮機で可能となった。

【００３７】超電導マグネット１５を４．５Ｋ未満特に
４．２Ｋ以下に冷却することにより超電導マグネットの
蓄熱量が増加して、局部発熱等によるクエンチの発生が
抑制され、安定性が向上すると共に超電導マグネットの
印加電流を増して発生磁場強度を増加できる。

【００３８】また、上記冷却温度における冷凍量は、（
１）寒冷発生機の蓄冷材に低温蓄熱特性が大きな物質を
使用する（２）寒冷発生機の運転周波数を調整する（３）Ｊ・Ｔ
弁通過ヘリウムガス流量を増加する（４）スクロール型
圧縮機の運転周波数を増加して吸入・吐出風量を増加す
ることによって容易に増加できる。

【００３９】以上、本実施例によれば、予冷用の寒冷発
生回路と隔離したＪ・Ｔ回路の低圧流路のヘリウムガス
を圧縮機の吸気口入口で正圧から負圧の範囲で回収し、
同圧縮機で高い正圧に加圧したヘリウムガスをＪＴ回路
の高圧流路に供給できるのでＪ・Ｔ弁出口の圧力を正圧
から負圧の任意の値に制御できる。これによって、Ｊ・
Ｔ弁出口で４．５Ｋ未満の任意のヘリウム温度を安定に
発生できるという効果がある。

【００４０】また，本実施例によれば、予冷用の寒冷発
生回路と隔離したＪ・Ｔ回路の低圧流路のヘリウムガス
を圧縮機の吸気口入口で正圧から負圧の範囲で回収して
も、予冷用の寒冷発生回路の運転圧力条件は変わらず所
定の寒冷量を安定に供給できる。従って、Ｊ・Ｔ回路の
予冷部を安定に冷却できるので、常に、Ｊ・Ｔ弁出口で
４．５Ｋ未満の任意のヘリウム温度を安定に発生できる
という効果がある。

【００４１】また、Ｊ・Ｔ回路のヘリウムガス流量を増
加する等のことにより、Ｊ・Ｔ弁により等エンタルピー
膨張で発生する４．５Ｋ未満の冷凍量を容易に増加する
ことができ、また、単位冷凍量当りの圧縮機入力電力量
も小さくて済む効果がある。

【００４２】さらに、ヘリウムガスをＪ・Ｔ回路の高圧
流路に供給する操作を同一圧縮機で行うことにより、小
型軽量で簡便な冷凍装置となる効果がある。

【００４３】なお、本実施例では、寒冷発生機にＧ・Ｍ
サイクルの膨張機を適用した冷却温度４．５Ｋ未満の例
で説明したが、ソルベイサイクル、スターリングサイク
ル、ビルマイヤサイクル、タービン式、クロード式膨張
機を適用した冷凍サイクルやブレイトンサイクルでも同
等な効果があり、冷却温度が４．５Ｋ以上であっても温
度の安定性の向上に関して同等の適用できる。また、本
実施例では、圧縮機にスクロール型圧縮機を適用した例
で説明したが、スクリュウ圧縮機を適用しても同等な効
果がある。

【００４４】また、本実施例では、超電導マグネットを
被冷却体にした場合について説明したが、熱物性測定装
置，ジョセフソン素子や各種センサー等の各種電子機器
や、高真空、高排気速度のクライオパネルを被冷却体に
しても、被冷却体の温度が低下することによりＳＮ比の
向上や排気速度の高速化が増加する効果がある。

【００４５】本発明の他の実施例を図４に示す。本図は
、２個の圧縮室３１を同一圧力容器内に並列に配置した
スクロール型圧縮機を使用した圧縮機ユニットの構成を
示している。

【００４６】本実施例によれば、複数単段のスクロール
型圧縮機で吸入・吐出風量を増加できるので、より多量
のＪ・Ｔ回路の低圧流路の排気ヘリウムガスを圧縮機の
吸気口入口で正圧から負圧の状態で回収し、同圧縮機で
正圧に加圧したヘリウムガスをＪＴ回路の高圧流路に供
給できるので、Ｊ・Ｔ弁出口の圧力を正圧から負圧の任
意の値に制御できる範囲が広がり、これによって、Ｊ・
Ｔ弁出口で４．５Ｋ以下の広範囲の任意のヘリウム温度
を発生できるという効果がある。

【００４７】また、Ｊ・Ｔ回路のヘリウムガス流量を２
倍に増加できるので、容易に４．５Ｋ以下の冷凍量を増
加することが出来る。また、油分離系を１つにまとめる
ことができるので軽量化でき、かつ、ガス冷却用の潤滑
油取り出し及び注入系を１つにまとめることができるの
で軽量化と２台の圧縮機に同時に冷却油を注入する操作
が簡便になる。これは、２台の圧縮機の油面が常に一定
となるためである。

【００４８】更に、吸気口入口で負圧の状態で回収し、
正圧に圧縮したヘリウムガスをＪ・Ｔ回路の高圧流路に
供給する操作を同一圧縮機内で行うことにより、小型軽
量で簡便な冷凍装置となる効果がある。

【００４９】本発明の他の実施例を図５に示す。本図は
、Ｊ・Ｔ回路においてＪ・Ｔ弁出口と低圧配管とを凝縮
器３８を介して連通した構成を示している。本実施例に
よれば、Ｊ・Ｔ回路と液体ヘリウム槽内とを隔離できる
ので、液体ヘリウム槽内の熱負荷の変動によって液体ヘ
リウム槽内の圧力が変動してもＪ・Ｔ回路の流量及び低
圧配管の圧力は変動せず、したがって、凝縮器３８の冷
却温度が安定するという効果がある。

【００５０】本発明の他の実施例を図６に示す。本図は
、Ｊ・Ｔ回路において第５吸着器１８ａを通る低圧配管
１６ｂと圧縮機ユニット５の吸入口配管１６ｃを継手３
９を介して低圧配管１６ｄで接続した場合を示している
。継手３９の周りには、大気隔離冶具の容器４０を設け
大気と隔離するとともに容器４０と高圧配管１６ａを配
管１６ｅで連通する。

【００５１】本実施例によれば負圧下の低圧配管内に継
手３９から不純物となる空気がＪ・Ｔ回路に流入するこ
とを防止できＪ・Ｔ弁の閉塞等による冷凍装置のトラブ
ルを防止できる効果がある

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、予冷用の寒冷発生回路
と隔離されたＪ・Ｔ弁出口の圧力を正圧から負圧の任意
の値に制御できるので、Ｊ・Ｔ弁出口で４．５Ｋ以下の
任意のヘリウム温度を発生でき、被冷却体の冷却温度を
４．５Ｋ以下の任意の温度に冷却できる効果がある。

【００５３】また、Ｊ・Ｔ回路のヘリウムガス流量を増
加することにより、容易に４．５Ｋ以下の冷凍量を増加
することが出来る。また、吸気口入口で負圧の状態で回
収し正圧に圧縮したヘリウムガスをＪ・Ｔ回路の高圧流
路に供給する操作を同一圧縮機で行うことにより、本装
置が小型軽量で簡便な冷凍装置にできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の冷凍装置の構成を説明する
図である。

【図２】本発明の一実施例で使用したＪ・Ｔ回路用の圧
縮機ユニットの構成を説明する図である。

【図３】本発明の一実施例で使用したＪ・Ｔ回路用の圧
縮機ユニットの圧縮室の断面を説明する図である。

【図４】本発明になる他の実施例で使用したＪ・Ｔ回路
用の圧縮機ユニットの構成を説明する図である。

【図５】本発明になる他の実施例の冷凍装置のＪ・Ｔ弁
周りの構成の説明図である。

【図６】本発明になる他の実施例の圧縮機ユニットの低
圧配管の継手に、大気隔離冶具を設けた構成を説明する
図である。

【符号の説明】

１…膨張機、５…圧縮機ユニット、６，７，９，１０，
１２…熱交換器、１３…Ｊ・Ｔ弁、１４ａ…液体ヘリウ
ム、１５…超電導マグネット。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】予冷用の寒冷発生回路と隔離された一連の
高圧配管及び低圧配管を内蔵した熱交換器と、前記高圧
配管の極低温部に設けられた膨張弁とを備え、該膨張弁
の出口が被冷却体を内蔵する冷媒容器内に導かれ、前記
低圧配管の低温部が前記冷媒容器内で前記膨張弁の出口
と連通し、前記高圧配管と前記低圧配管が常温部で圧縮
手段を介して連通した冷凍装置の該圧縮手段が圧縮手段
内の圧縮室内に多段、かつそれぞれが隔離され連続の小
圧縮室を有する圧縮手段であることを特徴する冷凍装置
。
【請求項２】高圧配管及び低圧配管を内蔵した熱交換器
と、前記高圧配管の極低温部に設けられた膨張弁とを備
え、該膨張弁の出口を負圧にし、該出口が被冷却体を内
蔵する冷媒容器内に導かれ、前記低圧配管の低温部が前
記冷媒容器内で前記膨張弁の出口と連通し、前記高圧配
管と前記低圧配管が常温部で圧縮手段を介して連通した
冷凍装置の該圧縮手段が圧縮手段内の圧縮室内に多段、
かつそれぞれが隔離され連続の小圧縮室を有する圧縮手
段であることを特徴する冷凍装置。
【請求項３】予冷用の寒冷発生回路と隔離された一連の
高圧配管及び低圧配管を内蔵した熱交換器と、前記高圧
配管の極低温部に設けられた膨張弁とを備え、前記膨張
弁の出口を負圧にし、かつ被冷却体を内蔵する冷媒容器
内に導かれ、前記低圧配管の低温部が前記冷媒容器内で
前記膨張弁の出口と連通し、前記高圧配管と前記低圧配
管が常温部で圧縮手段を介して連通した冷凍装置の該圧
縮手段が圧縮手段内の圧縮室内に多段の、かつそれぞれ
が隔離され連続の小圧縮室を有する圧縮手段であること
を特徴する冷凍装置。
【請求項４】予冷用の寒冷発生回路と隔離された一連の
高圧配管及び低圧配管を内蔵した熱交換器と、前記高圧
配管の極低温部に設けられた膨張弁とを備え、前記膨張
弁の出口が被冷却体を内蔵する冷媒容器内に導かれ、前
記低圧配管の低温部が前記冷媒容器内で前記膨張弁の出
口と連通し、前記高圧配管と前記低圧配管が常温部で圧
縮手段を介して連通し、圧縮室内に多段の、かつそれぞ
れが隔離され連続の小圧縮室を有した圧縮手段の吸入口
の圧力を正圧から負圧の範囲で調整することを特徴する
冷凍装置。
【請求項５】補助排気手段を用いずにＪ・Ｔ回路の低圧
流路のヘリウムガスを圧縮機の吸気口入口で正圧から負
圧の範囲で回収し、同圧縮機で正圧に加圧したヘリウム
ガスをＪ・Ｔ回路の高圧流路に同一圧縮機で供給するこ
とを特徴とする冷凍装置。
【請求項６】前記圧縮手段が圧縮手段内の圧縮室内に多
段のかつそれぞれが隔離され連続の小圧縮室を有した圧
縮手段を複数個を直列に配置したことを特徴する請求項
１乃至５いずれか記載の冷凍装置。
【請求項７】前記圧縮手段が圧縮手段内の圧縮室内に多
段のかつそれぞれが隔離され連続の小圧縮室を有したス
クロール型圧縮機であることを特徴する請求項１乃至５
いずれか記載の冷凍装置。
【請求項８】前記圧縮手段が圧縮手段内の圧縮室内に多
段のかつそれぞれが隔離され連続の小圧縮室を有したス
クリュウ型圧縮機であることを特徴する請求項１乃至５
いずれか記載の冷凍装置。
【請求項９】前記圧縮手段が圧縮手段内の圧縮室内に多
段のかつそれぞれが隔離され連続の小圧縮室を有した、
油潤滑式の圧縮手段であることを特徴する請求項１乃至
５いずれか記載の冷凍装置。
【請求項１０】前記圧縮手段が圧縮手段内の圧縮室内に
多段のかつそれぞれが隔離され連続の小圧縮室を有した
、１機の圧縮手段であることを特徴する請求項１乃至５
いずれか記載の冷凍装置。
【請求項１１】前記圧縮手段が圧縮手段内の圧縮室内に
多段のかつそれぞれが隔離され連続の小圧縮室を有した
、１段で複数機の圧縮手段であることを特徴する請求項
１乃至５いずれか記載の冷凍装置。
【請求項１２】前記圧縮手段が圧縮手段内の圧縮室内に
多段のかつそれぞれが隔離され連続の小圧縮室を有した
、複数機を１つに圧力容器に内蔵した圧縮手段であるこ
とを特徴する請求項１乃至５いずれか記載の冷凍装置。
【請求項１３】少なくとも該圧縮手段の処理風量、また
は該膨張弁の通過風量、高、低圧流路間のバイパス風量
を調整し、該冷媒容器内の温度または圧力を制御するこ
とを特徴する請求項１乃至５いずれか記載の冷凍装置。
【請求項１４】前記高圧配管と前記低圧配管が常温部で
圧縮手段を介して連通した冷凍装置において、常温部の
前記低圧配管の接続部を大気に接触させないように隔離
手段具備したことを特徴する請求項１乃至５記載の冷凍
装置。
【請求項１５】常温部の該低圧配管を前記高圧配管内に
配置したことを特徴する請求項１乃至５いずれか記載の
冷凍装置。
【請求項１６】前記高圧配管の極低温部に膨張弁を設け
前記膨張弁の出口が被冷却体を保持する伝熱体に導かれ
、前記低圧配管と前記膨張弁の出口が連通し、前記高圧
配管と前記低圧配管が常温部で圧縮手段を介して連通し
た冷凍装置の該圧縮手段が圧縮手段内の圧縮室内に多段
のかつ、それぞれが隔離され連続の小圧縮室を有した、
圧縮手段であることを特徴する請求項１乃至５いずれか
記載の冷凍装置。