JPH0560409A - 極低温冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】真空容器の内外を貫く操作部をもつジュールト
ムソン弁を廃止して、低コストで信頼性を向上できなが
ら、最終ヒートステージ３の温度調節を良好に行う。 【構成】真空容器１０の内部における冷却器４の前段に
オリフィス等による固定抵抗体５を介装して、冷却器４
に供給する冷媒の圧力を下げてその温度を低下させ、真
空容器１０の外部における高圧配管２１に圧力調節弁６
を介装して、その調節により固定抵抗体５の入口圧力を
変え、冷却器４に供給する冷媒温度を変更して最終ヒー
トステージ３の温度調節を行う。このように真空容器１
０の外部のみに操作部をもつ構造として、真空容器１０
のシール構造を簡易化かつ確実にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、循環冷媒にヘリウムを
用い、最終ヒートステージに絶対温度４Ｋレベルの極低
温を得るようにした極低温冷凍機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開昭６１−２３５６５０号公報
に開示され且つ図２に示すように、真空容器Ｄの内部
に、複数のジュールトムソン熱交換器Ａ，Ｂ，Ｃと、予
冷機ＳのヒートステージＸ，Ｙに付設する予冷コイル
Ｅ，Ｆ、及び、これらの後段に配置する最終ヒートステ
ージＺに付設する冷却器Ｒを設けたジュールトムソン回
路Ｊを備え、前記冷却器Ｒの上流部に、開度調節用の操
作部Ｍをもつジュールトムソン弁Ｖを介装して、この弁
Ｖの開度調節により、冷却器Ｒに供給する予冷後の冷媒
圧力を低下させ、最終ヒートステージＺに４Ｋレベルの
所定温度を得るようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上のもので
は、最終ヒートステージＺの温度調節を、真空容器Ｄの
内外を貫く操作部Ｍをもつジュールトムソン弁Ｖにより
行っているため、可動部分となる前記操作部Ｍを真空容
器Ｄの内外に貫通させる部分でのシール構造が複雑とな
り、コスト高になると共に漏れ等により信頼性が低下す
る問題がある。

【０００４】本発明の目的は、真空容器の内外を貫く操
作部をもつジュールトムソン弁を廃止して、低コスト
で、しかも、信頼性を向上できながら、最終ヒートステ
ージの温度調節が行える極低温冷凍機を提供する点にあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、上記目的を達成
するため、真空容器１０の内部に最終ヒートステージ３
を冷却する冷却器４を配設したジュールトムソン回路２
０をもつ極低温冷凍機において、前記真空容器１０の内
部で、前記ジュールトムソン回路２０における前記冷却
器４の前段部に、前記冷却器４に供給する冷媒の圧力を
下げる固定抵抗体５を介装すると共に、前記真空容器１
０の外部で、前記ジュールトムソン回路２０における高
圧配管２１に、前記冷却器４に供給する冷媒の圧力を調
節する圧力調節弁６を介装した。

【０００６】又、運転初期等におけるクールダウン時、
ジュールトムソン回路２０における低圧側圧力の異常低
下を防止して、このクールダウン運転を良好に行うた
め、上記構成において、ジュールトムソン回路２０にお
ける高圧配管２１と低圧配管２２との間に、絞り機構７
１とクールダウン運転中に開く開閉弁７２とをもつバイ
パス回路７を接続した。

【０００７】

【作用】ジュールトムソン回路２０に流れる冷媒は、真
空容器１０の内部に介装する固定抵抗体５により一定の
割合で減圧されて温度低下した後、冷却器４に供給され
て、最終ヒートステージ３を冷却する。そして、この最
終ヒートステージ３の温度調節は、真空容器１０の外部
に介装する圧力調節弁６の調節により、前記固定抵抗体
５の入口圧力を変更して、該固定抵抗体５の出口圧力つ
まり冷却器４に供給する冷媒の圧力を変更することによ
り行える。こうして、最終ヒートステージ３を温度調節
する操作部分を真空容器１０の外部のみに設けたことに
より、該真空容器１０の内外のシール構造を簡易化でき
ると共に漏れのおそれを排除することができる。

【０００８】バイパス回路７を設けることにより、運転
初期等におけるクールダウン時、固定抵抗体５を通過し
て冷却器４に供給される冷媒が、温度が高くて比体積が
大きく、その密度が小さい状態にあるときでも、固定抵
抗体５を通過する冷媒流量をバイパス回路７に冷媒をバ
イパスさせている分だけ少量に制限でき、しかも、低圧
配管２２には冷却器４を通過してリタ−ンする冷媒とバ
イパス回路７を流れる冷媒とを合流させて流すことがで
きるため、固定抵抗体５での通路の絞り過ぎに起因して
その出口圧力が極端に低下し、低圧配管２２における冷
媒圧力が異常低下してしまう事態を未然に回避すること
ができる。

【０００９】

【実施例】図１に示す極低温冷凍機は、循環冷媒にヘリ
ウムを用いたジュールトムソン回路２０と同じくヘリウ
ムを用いた予冷冷凍回路３０とで構成している。尚、以
下の説明で、頭文字のジュールトムソンはＪＴと略す。

【００１０】前記ＪＴ回路２０は、大容量の低段圧縮機
２３、小容量の後段圧縮機２４、各油分離器２５，２
６、吸着器２７、ガスバラストタンク２８を備えた圧縮
ユニット２００に、高圧配管２１及び低圧配管２２を介
して、真空容器１０の内部に配設する三段のＪＴ熱交換
器５１，５２，５３、二段の予冷コイル５４，５５、吸
着器５６、冷却器４を各々接続して構成している。尚、
吸着器２７，５６は各状態の冷媒から不純物を除去し、
又、ガスバラストタンク２８は高圧制御弁２９ａ及び中
間圧制御弁２９ｂの制御で冷媒循環量を調節するもので
ある。

【００１１】前記予冷冷凍回路３０は、予冷圧縮機３３
並びに、油分離器３４、吸着器３５及びサージボトル３
６を備えた圧縮ユニット３００に、高圧配管３１及び低
圧配管３２を介して、内部に往復動式のディスプレーサ
をもつ膨張機から成る予冷機３７を接続している。前記
予冷機３７は、クールダウン完了後の定常運転時にその
温度が６０〜７０Ｋ程度の低温レベルとなり、第一段目
の予冷コイル５４を流れる冷媒を冷却する第一ヒートス
テージ１と、同じく定常運転時に１５〜２０Ｋ程度の低
温レベルとなり、第二段目の予冷コイル５５を流れる冷
媒を冷却する第二ヒートステージ２とを備えると共に、
更に、前記第二ヒートステージ２の先端側に、断熱筒３
８を介して前記冷却器４に流れる冷媒により冷却されて
４Ｋレベルの極低温とする第三番目の最終ヒートステー
ジ３を備えている。

【００１２】尚、各圧縮ユニット２００，３００におい
て、２１０，２１１，３１０は冷却水コイルであり、各
圧縮機２３，２４，３３の吐出ガスコイル２１２，２１
３，３１１並びに油コイル２１４，２１５，３１２を冷
却するようにしている。

【００１３】以上の構成において、前記真空容器１０の
内部で、前記ＪＴ回路２０における前記冷却器４の前段
部に、前記冷却器４に供給する冷媒の圧力を下げる固定
抵抗体５を介装する。この固定抵抗体５には、オリフィ
スやキャピラリーチューブあるいは焼結合金等が用いら
れる。

【００１４】又、前記真空容器１０の外部で、前記ＪＴ
回路２０における高圧配管２１に、前記冷却器４に供給
する冷媒の圧力を調節する圧力調節弁６を介装する。

【００１５】これにより、ＪＴ回路２０に流れる冷媒
は、各ＪＴ熱交換器５１，５２，５３及び予冷コイル５
４，５５で冷却された後、固定抵抗体５により一定の割
合で減圧されて更に温度低下した後、冷却器４に供給さ
れて、最終ヒートステージ３を４Ｋレベルの極低温に冷
却する。そして、この最終ヒートステージ３の温度調節
は、真空容器１０の外部に介装する圧力調節弁６の調節
により、前記固定抵抗体５の入口圧力を変更して、該固
定抵抗体５の出口圧力つまり冷却器４に供給する冷媒の
圧力を変更することにより行える。こうして、従来のよ
うに真空容器の内外を貫く操作部をもつＪＴ弁を廃止し
て、真空容器１０の外部のみに操作部をもつ構造とした
ことにより、該真空容器１０の内外のシール構造を簡易
化できると共に漏れのおそれを排除することができるの
である。

【００１６】又、以上の構成で、前記ジュールトムソン
回路２０における高圧配管２１と低圧配管２２との間に
は、絞り機構７１とクールダウン運転中に開く開閉弁７
２とをもつバイパス回路７を接続する。

【００１７】このように、バイパス回路７を設けること
により、運転初期等におけるクールダウン時、固定抵抗
体５を通過して冷却器４に供給される冷媒が、未だ温度
が高くて比体積が大きく、その密度が小さい状態にある
ときでも、固定抵抗体５を通過する冷媒流量をバイパス
回路７に冷媒をバイパスさせている分だけ少量に制限で
き、しかも、低圧配管２２には冷却器４を通過してリタ
−ンする冷媒とバイパス回路７を流れる冷媒とを合流さ
せて流すことができるため、固定抵抗体５での通路の絞
り過ぎに起因してその出口圧力が極端に低下し、低圧配
管２２における冷媒圧力が異常低下してしまう事態を未
然に回避することができるのである。そして、クールダ
ウン完了後の定常運転時には、開閉弁７２を閉じて、冷
媒全量を冷却器４側に流すことにより、所定の冷却能力
を発揮できるのである。

【００１８】

【発明の効果】真空容器の内外を貫く操作部をもつジュ
ールトムソン弁を廃止して、真空容器１０の内部に介装
する固定抵抗体５と真空容器１０の外部に介装する圧力
調節弁６とを設けたから、低コストで、しかも、漏れ等
を防止して信頼性を向上できながら、最終ヒートステー
ジ３の温度調節を良好に行うことができるのである。

【００１９】更に、バイパス回路７を設けることによ
り、運転初期等におけるクールダウン時、ジュールトム
ソン回路２０における低圧側圧力の異常低下を防止で
き、このクールダウン運転を良好に行うこともできるの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る極低温冷凍機の配管構成図。

【図２】従来の極低温冷凍機の配管構成図。

【符号の説明】

３ 最終ヒートステージ ４ 冷却器 ５ 固定抵抗体 ６ 圧力調節弁 ７ バイパス回路 １０ 真空容器 ２０ ジュールトムソン回路 ２１ 高圧配管 ２２ 低圧配管 ７１ 絞り機構 ７２ 開閉弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器１０の内部に最終ヒートステージ
   ３を冷却する冷却器４を配設したジュールトムソン回路
   ２０をもつ極低温冷凍機において、前記真空容器１０の
   内部で、前記ジュールトムソン回路２０における前記冷
   却器４の前段部に、前記冷却器４に供給する冷媒の圧力
   を下げる固定抵抗体５を介装すると共に、前記真空容器
   １０の外部で、前記ジュールトムソン回路２０における
   高圧配管２１に、前記冷却器４に供給する冷媒の圧力を
   調節する圧力調節弁６を介装したことを特徴とする極低
   温冷凍機。
2. 【請求項２】ジュールトムソン回路２０における高圧配
   管２１と低圧配管２２との間に、絞り機構７１とクール
   ダウン運転中に開く開閉弁７２とをもつバイパス回路７
   を接続している請求項１記載の極低温冷凍機。