JPH0498052A

JPH0498052A - 極低温冷却装置

Info

Publication number: JPH0498052A
Application number: JP21443590A
Authority: JP
Inventors: Shigeto Kawamura; 河村　成人; Kozo Matsumoto; 松本　孝三
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-08-15
Filing date: 1990-08-15
Publication date: 1992-03-30

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、特に超電導橙器の冷
却等に用いられる極低温冷却装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の技術を第３図を用いて説明する。

ここでは、簡明のため、第−冷ａ′Ｉｋヘリウムとし、
第二冷媒を液体窒素として、以下にれ明する。

低段圧縮Ｉａ１および高段圧縮機２で圧縮されたヘリウ
ムガスは、油分離ユニット３にて、油分を分離し、コー
ルドボックス５に入り、熱交換器６にて戻りヘリウムガ
スと熱交換し、冷却される。

一部のヘリウムガスは、高温膨張タービン１６にて膨張
し、寒冷を発生し、熱交換器６で寒冷を回収され、高段
圧縮１１２の吸入側に戻る。他方のヘリラムガスは、さ
らに、熱交換器７にて冷却され、一部のヘリウムガスは
、膨張タービン１７に向けて弁あ側へ分岐する。他方の
ヘリウムガスは、さらに、熱交換器７にて冷却され、そ
の後一部のヘリウムガスは、熱シールドに向けて弁３７
＃へ分岐する。他方のヘリウムガスは、さらに、熱交換
器７にて冷却されＪＴ弁（至）にて膨張し、低温移送配
管１０を経てクライオスタット認に送られ、一部液体ヘ
リウムとなって液体ヘリウム槽１４に溜り、被冷却体計
な冷却する。一方のガスヘリウムは戻りガスヘリウムと
なって、低温移送配管Ｕを経てコールドボックス５にも
どり、熱交換器７，６を通って低段圧縮機ｌの吸入側へ
戻る。

また、弁１からコールドボックス５を出たヘリウムガス
は、低温移送配管コを経てクライオスタットνに送られ
、熱シールド園を冷却するために冷却管４の中を流れ、
低温移送配管スを経てコールドボックス５に戻る。弁羽
を経たヘリウムガスは弁おからのヘリウムガスと合流し
、熱交換器７で冷却された後、１１張タービン１７にて
膨張し、寒冷を発生し、戻りヘリウムガスと合流する。

圧縮機の吐出および吸入圧は、圧力調整弁工。

支を介して中圧タンク４とガスのやりとりを行なうこと
により、一定に調整される。

また、クライオスタットビの内部は、真空断熱されてお
り、極低温部である液体ヘリウム槽１４は真空断熱層に
設けられた熱シールド笈によりおおわれ、室温部から直
接に熱が入らないようになっている。

このようなヘリウム液化冷凍機については、たとえば、
アトパンシーズ　イン　クライオジェニザク　エンジニ
アリング　第３１誉（１９８６）第６９３頁から第６９
８　員（Ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　Ｃｒｙ。

ｇｅｎｉｅ　　ｇｎｅｉｎｅｅｒｉｎｇ、　　　ｖｏｌ
　　　３１．　　　（１９８６）　　　　ＰＰ６９３〜
６９８）において論ツられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、熱シールドへ供給される冷媒がヘリウ
ムだけであったので、ヘリウム冷凍機が停止した場合に
は、室温からの侵入熱を受け、比較灼熱容量の少ない熱
ンールドの温度は急速に上昇し、さらに、極低温レベル
に保持されている被冷却体および液体ヘリウム槽の温度
も熱シールドの温度上昇に伴って上昇するため、再び極
低温状！！膓こ冷却するのに必要な時間が長くかかると
いう問題点があった。

本発明は、熱シールドへ供給される冷媒をヘリウム冷凍
機停止時にも対応可能にしたものであり、極低温部の温
度上昇をおさえることを目的としており、さらに、効率
的な再冷却の実現が可能となる極低温冷却装置を供給す
ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、熱シールドへの冷媒の供給
をヘリウムだけでなく、液体窒素も切り替えて使用でき
るように液体窒素供給設備および切換設備を付加したも
のである。

〔作　　　用〕

熱シールドへの冷媒供給ラインおよび冷媒戻りラインを
分岐し、さらに、切換用弁ａｔ設けることにより、ヘリ
ウムの供給だけでなく、分岐ラインからの液体窒素の供
給が可能となる。

通常の運転において、ヘリウム冷Ｓ機が故障等−二より
停止した場合には、熱シールドへのヘリウムの供給が停
止するが、そのパブクアプブとして切換用弁類を操作す
る二とにより、液体窒素を熱シールドへ供給する。

熱シールドの温度上昇が少なければ、熱シールドから極
低温部への侵入熱は少ないので、極低温部の温度上昇は
おさえられる。また、極低温下における物質の熱Ｓ量は
比較的小さいので、再び冷却するときには１通常の熱シ
ールド温度以下の物質の冷却を行なうだけでよいので、
冷却は迅速に行なわれる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

低段圧縮機１および高段圧縮Ｗ２で圧縮されたヘリウム
ガスは、油分離ユニット３にて、油分を分離し、コール
ドボックス５に入り、熱交換器６にて戻りヘリウムガス
と熱交換し、冷却される。

一部のヘリウムガスは、高温膨張タービン１６にて膨張
し、寒冷を発生し、熱交換器６で寒冷を回収され、高段
圧縮機２の吸入側に戻る。他方のヘリウムガスは、さら
に、熱交換器７にて冷却され、一部のヘリウムガスは、
膨張タービン１７に向けて弁３５側へ分岐する。他方の
ヘリウムガスは、さらに、熱交換器７にて冷却され、そ
の後一部のヘリウムガスは、熱シールドＸに向けて弁ご
側へ分岐する。他方のヘリウムガスは、さらに、熱交換
器７にて冷却されＪＴ弁αにて膨張し、低温移送配管１
０を経てクライオスタットνに送られ、一部液体ヘリウ
ムとなって液体ヘリウム槽１４に溜り、被冷却体１３を
冷却する。一方のガスヘリウムは戻りガスヘリウムとな
って、低温移送配管■を経てコールドボックス５にもど
り、熱交換器７，６貫通って低段圧縮機ｌの吸入側へ戻
る。

また、弁ｒからコールドボックス５を出たヘリウムガス
は、低温移送配管幻を経てクライオスタット認に送られ
、熱シールド美を冷却するために冷却管乙の中を流れ、
低温移送配管スを経てコールドボックス５に戻る。弁あ
を経たヘリウムガスは弁蕊からのヘリウムガスと合流し
、熱交換器７で冷却された後、膨張タービン１７にて膨
張し、寒冷を発生し、戻りヘリウムガスと合流する。

圧縮機の吐出および吸入圧は、圧力調整弁玄。

また、クライオスタット認の内部は、真空断熱されてお
り、極低温部である液体ヘリウム槽１４は真空断熱層に
設けられた熱シールドｌによりおおわれ、室温部から直
接に熱が入らないようになっている。

冷ａＩ機が故障等により停止した際には、弁３を閉止し
、極低温寒冷の供給を停止するとともに。

熱シールド圓への低温ヘリウムの供給を停止せざるを得
ない。ここで弁３７．３８を閉め、弁５４．５５を開ｋ
ｆ、液体Ｍ素貯槽５１から液体！！素を低温移送配管父
を経て熱シールドＸに供給する。熱シールド圓で加温さ
れた液体窒素は、一部ガスｉ！素となり低温移送配管団
を経て大気に放出される。

熱シールド冗は液体窒素により冷却されているので、そ
の温度は余り上昇することは無い。したがって、極低温
部の温度も急速に上昇することは無い。さらに、液体窒
素温度以下の物質の熱容量は小さいので、再び冷却する
ために必要な時間は、著しく短縮される。

したがって、通常運転時においては、液体窒素の消費量
がほとんど無く、非常時においては、効率的に液体窒素
を活用することが可能となる。

第２図により、本発明の他の実施例を説明する。

熱シールド用のヘリウムガスは低温移送配管田を経てク
ライオスタット校に供給され、冷却管ガな流れて、熱シ
ールド２０な冷却し、その後、低温移送配管冴を経てコ
ールドボックス５に戻る。弁３Ｂ’ｌ経たヘリウムガス
は弁あからのヘリウムガスと合流し、熱交換器７で冷却
された後、膨張タービン１７にて膨張し、寒冷な発生し
、戻りヘリウムガスと合流する。

冷凍機が故障等により停止した際には、弁Ｊを閉止し、
極低温寒冷の供給を停止するとともに、熱シールドＩへ
の低温ヘリウムの供給を停止せざるを得ない。ここで弁
３７．３８を閉め、弁９，５５を開け、液体窒素貯槽５
１から液体窒素を低温移送配管聞を経て冷却管ｎに供給
し、熱シールドＸを冷却する。熱シールドで加温された
液体窒素は、部ガス窒素となり低温移送配管５を経て大
気に放出される。

冷部管美と冷却管ムは低温移送配管および熱シールドに
おいて、互いに熱を伝えるように構成されているので、
切換時に、当初比較的暖かなガスが流れだしたとしても
、熱シールド２［＋を加温してしまうこ、とはない。ま
た、再冷部する際に、！！素とヘリウムを置換する必要
がないので、より迅速な冷却可能となる。

窒素の低温戻りガスなコールドボックスに戻して、コー
ルドボックス内の予冷に使用できることは、いうまでも
ないことである。

また、熱シールドがシェブロンで被冷却体がクライオパ
ネルであるように構成すれば、クライオポツプとしての
後能を有することはいうまでもない二とである。

以上、実施例によれば、熱シールドへ供給される冷媒が
ヘリウムだけでなく、切換により液体窒素も供給できる
ようになるので、通常の運転において、ヘリウム冷凍機
が故障等により停止した場合においても、液体窒素によ
る冷却が可能となり、熱シーツシトおよび極低温部の温
度上昇は夕な（なり、再冷却の時間が短縮でき、効率的
な運転ができるという効果がある。また、ヘリウムと液
体窒素との流路を分けることにより、再冷却時に、ガス
置換が不要となるので、さらに、再冷却の時間が短縮で
き、効率的な運転ができるという効果がある。

なお、上記実施例は、ヘリウム冷凍機を用いた極低温冷
却装置であるため、熱シールドを冷却する第一冷媒（被
冷却体を冷却する極低温冷媒と同じ種類の冷媒）にヘリ
ウムを、また、第二冷！（第一冷媒と異なる冷媒であっ
て第一冷媒より沸点の高い冷媒）に液体窒素を使用して
いるが、この他に、このような関係な有する冷媒の組合
せのものであれば同様に適用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、熱シールドへ供給される冷媒がヘリウ
ムだけでなく、切換により液体窒素も供給できるように
なるので、通常の運転において、ヘリウム冷凍機が故障
等により停止した場合においても、液体Ｍ票による冷却
が可能となり、熱シールドおよび極低温部の温度上昇は
少なくなり、再冷却の時間が短縮でき、極低温冷却シス
テムの効率的な運転ができるという効果がある。また、
ヘリウムと液体電素との流路を分与することにより、再
冷却時に、ガス置換が不要となるので、さらに、再冷却
の時間が短縮でき、極低温冷却システムの効率的な運転
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の極低温冷却装置のフロー
図、第２図は、本発明の他の実施例の極低温冷却装置の
フロー図、第３図は、従来例図である。

Claims

【特許請求の範囲】１、極低温冷媒で冷却される被冷却体と、その極低温部
の外側をおおい室温と極低温との間の温度の低温冷媒で
冷却される熱シールドと、冷媒を供給する冷媒供給系と
からなる極低温冷却装置において、前記熱シールドの冷
却を、前記極低温冷媒と同じ種類の第一冷媒による冷却
と前記第一冷媒と異なるより沸点の高い第二冷媒による
冷却とを切り替え可能にしたことを特徴とする極低温冷
却装置。２、前記熱シールドを冷却する前記第一冷媒と第二冷媒
とを互いに異なる流路を流れるようにし該流路は互いに
伝熱するように構成した第１請求項に記載の極低温冷却
装置。３、前記熱シールがシェブロンで前記被冷却体がクライ
オパネルであってクライオポンプを構成する第１および
第２請求項に記載の極低温冷却装置。４、前記第一冷媒がヘリウムで前記第二冷媒が液体窒素
である第１および第２請求項に記載の極低温冷却装置。