JPH0480559A - ヘリウム冷凍装置 - Google Patents
ヘリウム冷凍装置Info
- Publication number
- JPH0480559A JPH0480559A JP19300390A JP19300390A JPH0480559A JP H0480559 A JPH0480559 A JP H0480559A JP 19300390 A JP19300390 A JP 19300390A JP 19300390 A JP19300390 A JP 19300390A JP H0480559 A JPH0480559 A JP H0480559A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- helium
- supercritical
- heat exchanger
- expansion turbine
- refrigeration system
- Prior art date
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- Pending
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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。
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〕
本発明は超臨界ヘリウムでの強制冷却を行うヘリウム冷
凍装置に関するものである。
凍装置に関するものである。
ヘリウム冷凍装置の代表的被冷却体として超電導マグネ
ット（以下、８０Ｍと略称）があるが、核融合実験装置
用などで８（３Ｍが大形になって鳴ると、耐電圧を大き
くとれること、剛性を大きくとれることなどによつて、
超臨界ヘリウムでの強制冷却は、基本的に超臨界ヘリウ
ムの温度上昇を伴う顕熱で熱負荷を吸収するため、８０
Ｍ側で許容する上限温度にもよるが、−数的に液体ヘリ
ウムの潜熱によって熱負荷を吸収する浸漬冷却と比較し
て、循環させる冷却量は大幅に多い。このために、何ら
かの強制循環手段を有する超臨界ヘリウム循環装置が必
要になる。
ット（以下、８０Ｍと略称）があるが、核融合実験装置
用などで８（３Ｍが大形になって鳴ると、耐電圧を大き
くとれること、剛性を大きくとれることなどによつて、
超臨界ヘリウムでの強制冷却は、基本的に超臨界ヘリウ
ムの温度上昇を伴う顕熱で熱負荷を吸収するため、８０
Ｍ側で許容する上限温度にもよるが、−数的に液体ヘリ
ウムの潜熱によって熱負荷を吸収する浸漬冷却と比較し
て、循環させる冷却量は大幅に多い。このために、何ら
かの強制循環手段を有する超臨界ヘリウム循環装置が必
要になる。
この方法として、極低温で作動する超臨界ヘリウム循環
ポンプを採用することが考えられている。
ポンプを採用することが考えられている。
超−界ヘリウム循環ポンプを強制循環手段とした超臨界
ヘリウムラインは、極低温で独立したループを形成して
いるため、システムのエネルギー効率を高めるように充
分検討する必要がある。なお、液体ヘリウムｄｉ度レベ
ルの熱負荷を吸収するためには、熱負荷の数百倍の動力
が必要となる。
ヘリウムラインは、極低温で独立したループを形成して
いるため、システムのエネルギー効率を高めるように充
分検討する必要がある。なお、液体ヘリウムｄｉ度レベ
ルの熱負荷を吸収するためには、熱負荷の数百倍の動力
が必要となる。
なお、この株の＊Ｉとして関連するものには例えば特開
昭６２−１３４４６２号ば挙げられる。
昭６２−１３４４６２号ば挙げられる。
本発明は、エネルギー効率が良く、安定した運転が可能
な超臨界ヘリウムでの強制冷却を行うヘリウム冷凍装置
を提供することを目的とする。
な超臨界ヘリウムでの強制冷却を行うヘリウム冷凍装置
を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、コールドボックスの液化ラ
インに超臨界膨張タービンを設け、超臨界膨張タービン
入口、又はその上流側から分岐した高圧ヘリウムを分岐
した温度レベルより下流側（冷ｊｌｉ＠）の熱交換器で
冷却して、超−弄ベリウムルーブに供給できるようにし
たものである。
インに超臨界膨張タービンを設け、超臨界膨張タービン
入口、又はその上流側から分岐した高圧ヘリウムを分岐
した温度レベルより下流側（冷ｊｌｉ＠）の熱交換器で
冷却して、超−弄ベリウムルーブに供給できるようにし
たものである。
超臨界膨張タービン入口、又はその上流側から分岐した
高圧ヘリウムは、分岐した温度レベルより下流側の熱交
換器で冷却され、液体ヘリウム温度に近い状態で超臨界
ヘリウムループに導入されるので、エネルギー効率が高
く、超臨界ヘリウムループの運転圧力を安定に保持でき
る。
高圧ヘリウムは、分岐した温度レベルより下流側の熱交
換器で冷却され、液体ヘリウム温度に近い状態で超臨界
ヘリウムループに導入されるので、エネルギー効率が高
く、超臨界ヘリウムループの運転圧力を安定に保持でき
る。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。
第１図において、ｌは窒素出口ライン、２は高圧ヘリウ
ム入口ライン、３は低圧ヘリウム出口ライン、１０はコ
ールドボックス、ＩＮ１〜１１１１は熱交換器、認は膨
張タービン人口弁、１３ａ〜１３ ｂは膨張タービン、
１４は超臨界膨張タービン人口弁、１５は超臨界膨張タ
ービン、１６はＪＴ弁、１７ ａ 〜１７ ｇは極低温
冷媒移送管、１８は液体ヘリウム容器、加は超−界ヘリ
ウム循環装置、２１は超臨界ヘリウム循環ポンプ、２は
極低温減圧ポンプ、２は超臨界ヘリウム熱交換器、冴は
ヘリウム供給弁、５はヘリウム逃し弁、（９）は被冷却
体（図示省略）を内蔵したクライオスタット、 ３１は
パワーリード冷却ガス制御弁、友はパワーリード冷却ガ
スラインである。
ム入口ライン、３は低圧ヘリウム出口ライン、１０はコ
ールドボックス、ＩＮ１〜１１１１は熱交換器、認は膨
張タービン人口弁、１３ａ〜１３ ｂは膨張タービン、
１４は超臨界膨張タービン人口弁、１５は超臨界膨張タ
ービン、１６はＪＴ弁、１７ ａ 〜１７ ｇは極低温
冷媒移送管、１８は液体ヘリウム容器、加は超−界ヘリ
ウム循環装置、２１は超臨界ヘリウム循環ポンプ、２は
極低温減圧ポンプ、２は超臨界ヘリウム熱交換器、冴は
ヘリウム供給弁、５はヘリウム逃し弁、（９）は被冷却
体（図示省略）を内蔵したクライオスタット、 ３１は
パワーリード冷却ガス制御弁、友はパワーリード冷却ガ
スラインである。
次に、前記のように構成された本実施例の動作について
説明する。高圧ヘリウム入口ライン２から供給された高
圧、常温のヘリウムは、第１の熱交換器１１ｍで第７の
極低温冷媒移送管１１ ｇから供給される液体窯素およ
び低圧ヘリウムと熱交換し、さらに第２の熱交換器１１
ｂで冷却された後、膨張タービンラインと液化ライン
に分岐する。膨張タービンラインに分岐したヘリウムは
、膨張タービン入口弁［を通り第１の膨張タービン１３
ａで断熱膨張仕事をすることによってｍＫ降下して第
４の熱交換器ｕｄに入る。第４の熱交換器１１ ｄを出
た膨張タービンラインのヘリウムは、第２の膨張タービ
ン１３ ｂで低圧まで断熱膨張仕事をし温度降下して低
圧ラインに合流する。
説明する。高圧ヘリウム入口ライン２から供給された高
圧、常温のヘリウムは、第１の熱交換器１１ｍで第７の
極低温冷媒移送管１１ ｇから供給される液体窯素およ
び低圧ヘリウムと熱交換し、さらに第２の熱交換器１１
ｂで冷却された後、膨張タービンラインと液化ライン
に分岐する。膨張タービンラインに分岐したヘリウムは
、膨張タービン入口弁［を通り第１の膨張タービン１３
ａで断熱膨張仕事をすることによってｍＫ降下して第
４の熱交換器ｕｄに入る。第４の熱交換器１１ ｄを出
た膨張タービンラインのヘリウムは、第２の膨張タービ
ン１３ ｂで低圧まで断熱膨張仕事をし温度降下して低
圧ラインに合流する。
一方、液化ラインに分岐したヘリウムは第３〜第６の熟
考換器１１ｃ〜ｌｌｆで冷却された後、大部分は超臨界
膨張タービン人口弁１４を通り、超臨界膨張タービン１
５に導入され、超臨界膨張タービンｂで約４ａｔｍまで
断熱膨張仕事をして温度降下して、第７の熱交換器ｕｇ
に入る。第７の熱交換器１１ ｇを出た約４ ａｔｍの
ヘリウムは、最終的に、ＪＴ弁１６でほぼ大気圧まで断
熱膨張して一部が液体ヘリウムになり、第１の極低温冷
媒移送管１７ ｍを通り液体ヘリウム容＃ｇ１８に送ら
れる。液体ヘリウム容器正の液体ヘリウムは、第２の極
低温冷媒移送管１７ ｂを通り、超臨界ヘリウム循′Ｉ
ｉ１装［２０に送られる。
考換器１１ｃ〜ｌｌｆで冷却された後、大部分は超臨界
膨張タービン人口弁１４を通り、超臨界膨張タービン１
５に導入され、超臨界膨張タービンｂで約４ａｔｍまで
断熱膨張仕事をして温度降下して、第７の熱交換器ｕｇ
に入る。第７の熱交換器１１ ｇを出た約４ ａｔｍの
ヘリウムは、最終的に、ＪＴ弁１６でほぼ大気圧まで断
熱膨張して一部が液体ヘリウムになり、第１の極低温冷
媒移送管１７ ｍを通り液体ヘリウム容＃ｇ１８に送ら
れる。液体ヘリウム容器正の液体ヘリウムは、第２の極
低温冷媒移送管１７ ｂを通り、超臨界ヘリウム循′Ｉ
ｉ１装［２０に送られる。
第６の熱交換器１１ ｆで冷却された一部のヘリウムは
、ｊ１７の熱交換器１１ｇで冷却されて、ｊ８４の極低
温冷媒移送管１７ｄを通り、約１６ａｔｍの高圧状態で
超臨界ヘリウム循３！装置園に供給される。
、ｊ１７の熱交換器１１ｇで冷却されて、ｊ８４の極低
温冷媒移送管１７ｄを通り、約１６ａｔｍの高圧状態で
超臨界ヘリウム循３！装置園に供給される。
超臨界ヘリウム循環ポンプ力で昇圧（６〜１０ａｔｍ
）された超臨界ヘリウムは超臨界ヘリウム熱交換器２で
冷却されて、第５の極低温冷媒移送管１７ｅでクライオ
スタット蕊に供給され被冷却体を冷却する。被冷却体を
冷却した超臨界ヘリウムは第６の極低温冷媒移送管１７
ｆを通り超臨界ヘリウム循環装！２０に戻り、超臨界
ヘリウム熱交換器器で冷却された後、超臨界ヘリウム循
環ボンブムに戻り超臨界ヘリウムループを形成する。超
臨界ヘリウム熱交換器りで発生したヘリウムガスは、極
低温減圧ポンプ乙を通り、１！３の極低温冷媒移送管１
７ ｃを経由して、コールドボックス１０に戻る。
）された超臨界ヘリウムは超臨界ヘリウム熱交換器２で
冷却されて、第５の極低温冷媒移送管１７ｅでクライオ
スタット蕊に供給され被冷却体を冷却する。被冷却体を
冷却した超臨界ヘリウムは第６の極低温冷媒移送管１７
ｆを通り超臨界ヘリウム循環装！２０に戻り、超臨界
ヘリウム熱交換器器で冷却された後、超臨界ヘリウム循
環ボンブムに戻り超臨界ヘリウムループを形成する。超
臨界ヘリウム熱交換器りで発生したヘリウムガスは、極
低温減圧ポンプ乙を通り、１！３の極低温冷媒移送管１
７ ｃを経由して、コールドボックス１０に戻る。
クライオスタット（資）に供給された超臨界ヘリウムの
一部は、パワーリードを冷却するために、パワーリード
冷却ガス制御弁３１．パワーリード冷却ガスライン（を
通り、低圧ヘリウム出口ライン３に戻る。
一部は、パワーリードを冷却するために、パワーリード
冷却ガス制御弁３１．パワーリード冷却ガスライン（を
通り、低圧ヘリウム出口ライン３に戻る。
コールドボックス１０から供給された約１６ａｔｍの高
圧ヘリウムは、超臨界ヘリウム供給ラインの圧力を一定
に保持するように、ヘリウム供給弁スで供給される。超
臨界ヘリウムラインが圧力上昇した場合は、ヘリウム逃
し弁５で超臨界ヘリウム熱交換器おにヘリウムを放出す
る。前記の、ヘリウム供給弁、ヘリウム逃し弁５によっ
て、超臨界ヘリウムループの圧力は安定に保持される。
圧ヘリウムは、超臨界ヘリウム供給ラインの圧力を一定
に保持するように、ヘリウム供給弁スで供給される。超
臨界ヘリウムラインが圧力上昇した場合は、ヘリウム逃
し弁５で超臨界ヘリウム熱交換器おにヘリウムを放出す
る。前記の、ヘリウム供給弁、ヘリウム逃し弁５によっ
て、超臨界ヘリウムループの圧力は安定に保持される。
本実施例によれば、エネルギー効率が高く、安定した超
臨界ヘリウム強制冷却を行うヘリウム冷凍装置となる効
果がある。
臨界ヘリウム強制冷却を行うヘリウム冷凍装置となる効
果がある。
本発明によれば、超臨界膨張タービンを採用してエネル
ギー効率な高めたコールドボックスから、極低温に冷却
した高圧ヘリウムを超臨界ヘリウムループに供給したの
で、エネルギー効率が良く、安定した運転が可能な超臨
界ヘリウムでの強制冷却を行うヘリウム冷凍装置とする
ことができる効果がある。
ギー効率な高めたコールドボックスから、極低温に冷却
した高圧ヘリウムを超臨界ヘリウムループに供給したの
で、エネルギー効率が良く、安定した運転が可能な超臨
界ヘリウムでの強制冷却を行うヘリウム冷凍装置とする
ことができる効果がある。
第１図は、本発明の一実施例のヘリウム冷凍装置の系統
図である。 １１・・・・・・熱交換器、郷・・・・・・超臨界膨張
タービン、Ｚ・・・・・・超臨界ヘリウム循環ポンプ、
ｎ・・・・・・極低温減圧ポンプ 代理人 弁理士 小 川 勝 男
図である。 １１・・・・・・熱交換器、郷・・・・・・超臨界膨張
タービン、Ｚ・・・・・・超臨界ヘリウム循環ポンプ、
ｎ・・・・・・極低温減圧ポンプ 代理人 弁理士 小 川 勝 男
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、液化ラインに超臨界膨張タービンを有するコールド
ボックスと、超臨界循環ポンプを有する超臨界ヘリウム
発生装置とを主要構成機器としたヘリウム冷凍装置にお
いて、前記超臨界膨張タービン入口又はその上流側の高
圧ラインから分岐し、分岐した温度レベルより下流側（
冷端側）に配置された熱交換器で冷却された高圧ヘリウ
ムガスを、前記超臨界循環ポンプで強制循環される超臨
界ヘリウムループに接続したことを特徴とするヘリウム
冷凍装置。 ２、前記超臨界ヘリウムループから電力供給源を冷却す
るために、一部の超臨界ヘリウムを抜き出すようにした
第１請求項に記載のヘリウム冷凍装置。 ３、前記超臨界ヘリウムループの超臨界ヘリウムを液体
ヘリウムと熱交換させ冷却するための熱交換器を有し、
前記液体ヘリウムの温度を下げるための低圧ポンプを有
する第１請求項に記載のヘリウム冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19300390A JPH0480559A (ja) | 1990-07-23 | 1990-07-23 | ヘリウム冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19300390A JPH0480559A (ja) | 1990-07-23 | 1990-07-23 | ヘリウム冷凍装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0480559A true JPH0480559A (ja) | 1992-03-13 |
Family
ID=16300594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19300390A Pending JPH0480559A (ja) | 1990-07-23 | 1990-07-23 | ヘリウム冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0480559A (ja) |
-
1990
- 1990-07-23 JP JP19300390A patent/JPH0480559A/ja active Pending
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