JPH0989399A - ヘリウム冷凍装置 - Google Patents
ヘリウム冷凍装置Info
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- JPH0989399A JPH0989399A JP24125595A JP24125595A JPH0989399A JP H0989399 A JPH0989399 A JP H0989399A JP 24125595 A JP24125595 A JP 24125595A JP 24125595 A JP24125595 A JP 24125595A JP H0989399 A JPH0989399 A JP H0989399A
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】ヘリウム冷凍機本体の運転を継続しながら、被
冷却体異常時に被冷却体から放出される極低温ヘリウム
を回収し得るコンパクトで安価なヘリウム冷凍装置を提
供する。 【構成】被冷却体と中圧タンクとを回収ラインで接続し
逆流防止手段と回収ガス加温手段を設ける。 【効果】中圧タンクを回収に兼用できるため、コンパク
トで安価なヘリウム冷凍装置を実現できる。
冷却体異常時に被冷却体から放出される極低温ヘリウム
を回収し得るコンパクトで安価なヘリウム冷凍装置を提
供する。 【構成】被冷却体と中圧タンクとを回収ラインで接続し
逆流防止手段と回収ガス加温手段を設ける。 【効果】中圧タンクを回収に兼用できるため、コンパク
トで安価なヘリウム冷凍装置を実現できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はヘリウム冷凍装置に係わ
り、特に定常運転時に大量の極低温ヘリウムを保持する
被冷却体を含む装置に好適なヘリウム冷凍装置に関す
る。
り、特に定常運転時に大量の極低温ヘリウムを保持する
被冷却体を含む装置に好適なヘリウム冷凍装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ヘリウム冷凍装置は大気圧下の液化温度
が -269℃（4.2Ｋ）という極低温にあるヘリウムを冷媒
とした冷凍装置であると共に、冷媒であるヘリウムは非
常に高価である。
が -269℃（4.2Ｋ）という極低温にあるヘリウムを冷媒
とした冷凍装置であると共に、冷媒であるヘリウムは非
常に高価である。
【０００３】このために、ヘリウム冷凍装置は中圧タン
クをバッファーとした閉サイクルを構成し、全系が常温
状態にある時には大部分のヘリウムを中圧タンクで保持
し、冷却の進行・極低温ヘリウムの生成と共に中圧タン
ク内のヘリウムガスを供給（圧力は低下）するようにな
っている。中圧タンクは圧縮機吐出ラインの圧力制御弁
と圧縮機吸入ラインの圧力制御弁とを介して、プロセス
ラインと接続され、中圧タンク内ヘリウムガスの授受が
円滑に行なわれる。
クをバッファーとした閉サイクルを構成し、全系が常温
状態にある時には大部分のヘリウムを中圧タンクで保持
し、冷却の進行・極低温ヘリウムの生成と共に中圧タン
ク内のヘリウムガスを供給（圧力は低下）するようにな
っている。中圧タンクは圧縮機吐出ラインの圧力制御弁
と圧縮機吸入ラインの圧力制御弁とを介して、プロセス
ラインと接続され、中圧タンク内ヘリウムガスの授受が
円滑に行なわれる。
【０００４】通常の運転時は上記のように閉サイクルと
なっているが、被冷却体（例えば超電導マグネット）の
異常時には短時間の内に被冷却体が保持する極低温ヘリ
ウムを放出する必要がある。この被冷却体異常時の極低
温ヘリウム放出は短時間の内に行なう必要があるため、
流量が非常に大きくなり圧縮機で中圧タンクに回収する
ことはできず、従来、大気に放出したり、別置の回収タ
ンクに回収していた。この種の従来技術として、例えば
Advances in Cryogenic Engineering, Vol.37, Part
A,P667に記載のヘリウム冷凍装置がある。
なっているが、被冷却体（例えば超電導マグネット）の
異常時には短時間の内に被冷却体が保持する極低温ヘリ
ウムを放出する必要がある。この被冷却体異常時の極低
温ヘリウム放出は短時間の内に行なう必要があるため、
流量が非常に大きくなり圧縮機で中圧タンクに回収する
ことはできず、従来、大気に放出したり、別置の回収タ
ンクに回収していた。この種の従来技術として、例えば
Advances in Cryogenic Engineering, Vol.37, Part
A,P667に記載のヘリウム冷凍装置がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】主要な被冷却体の１つ
である超電導マグネットは、本格的な核融合装置等では
超大形化し、極低温ヘリウムの保持量が液体ヘリウム換
算で10万ｌ（ガス換算略７万Ｎｍ3）オーダーになるこ
とが予測されている。
である超電導マグネットは、本格的な核融合装置等では
超大形化し、極低温ヘリウムの保持量が液体ヘリウム換
算で10万ｌ（ガス換算略７万Ｎｍ3）オーダーになるこ
とが予測されている。
【０００６】上記従来技術は、被冷却体の保持する極低
温ヘリウムが膨大になった場合については考慮されてお
らず、大気放出では補充のために膨大な費用と長期間が
必要になるという問題があった。別置の回収タンクでの
回収では、非常に大形の回収タンクが必要となると共
に、回収ガスの加温が考慮されていないため回収タンク
の極低温設計が必要になり、装置が大形化し高価になる
という問題があった。
温ヘリウムが膨大になった場合については考慮されてお
らず、大気放出では補充のために膨大な費用と長期間が
必要になるという問題があった。別置の回収タンクでの
回収では、非常に大形の回収タンクが必要となると共
に、回収ガスの加温が考慮されていないため回収タンク
の極低温設計が必要になり、装置が大形化し高価になる
という問題があった。
【０００７】本発明は被冷却体異常時に被冷却体の保持
する極低温ヘリウムを、圧縮機，コールドボックス，等
ヘリウム冷凍機本体の運転を継続しながら、円滑に回収
し得るコンパクトで安価なヘリウム冷凍装置を提供する
ことを目的とする。
する極低温ヘリウムを、圧縮機，コールドボックス，等
ヘリウム冷凍機本体の運転を継続しながら、円滑に回収
し得るコンパクトで安価なヘリウム冷凍装置を提供する
ことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、ヘリウム冷凍装置は全系が常温状態でもヘリウム
を保持できる中圧タンクを有することに着目し、被冷却
体と中圧タンクを接続する回収ラインを設け、本回収ラ
インに逆流防止手段と回収ガス加温手段を設ける。
めに、ヘリウム冷凍装置は全系が常温状態でもヘリウム
を保持できる中圧タンクを有することに着目し、被冷却
体と中圧タンクを接続する回収ラインを設け、本回収ラ
インに逆流防止手段と回収ガス加温手段を設ける。
【０００９】
【作用】中圧タンクは圧縮機の吐出ライン，及び吸入ラ
インの圧力制御系統に接続されているため、中圧タンク
圧力が急激に変動した場合には上記の圧力制御が不可能
となり、圧縮機の過負荷等により装置停止に至る。又、
中圧タンク圧力は装置の運転状態によって十数kg/cm2の
範囲で変動する。このような条件で円滑に回収ガスを中
圧タンクに回収するために回収ラインに逆流防止手段が
設けられ、回収ラインの圧力が中圧タンクの圧力より大
きくなった時に中圧タンクへのガス回収が始まり、回収
ライン圧力が中圧タンク圧力より小さい正常運転時は、
逆流防止手段が回収ラインの流れを閉止し、常温ヘリウ
ムガスが極低温部に逆流するのを防止する。
インの圧力制御系統に接続されているため、中圧タンク
圧力が急激に変動した場合には上記の圧力制御が不可能
となり、圧縮機の過負荷等により装置停止に至る。又、
中圧タンク圧力は装置の運転状態によって十数kg/cm2の
範囲で変動する。このような条件で円滑に回収ガスを中
圧タンクに回収するために回収ラインに逆流防止手段が
設けられ、回収ラインの圧力が中圧タンクの圧力より大
きくなった時に中圧タンクへのガス回収が始まり、回収
ライン圧力が中圧タンク圧力より小さい正常運転時は、
逆流防止手段が回収ラインの流れを閉止し、常温ヘリウ
ムガスが極低温部に逆流するのを防止する。
【００１０】回収ガス加温手段は、被冷却体から放出さ
れる極低温ヘリウムを加温し、中圧タンクに極低温状態
で流入するのを防止し、中圧タンクの極低温設計を不要
とする。
れる極低温ヘリウムを加温し、中圧タンクに極低温状態
で流入するのを防止し、中圧タンクの極低温設計を不要
とする。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１によって説明
する。図１において１は圧縮機，２はコールドボック
ス，３は被冷却体，４は中圧タンク，５は圧縮機吐出ラ
イン，６は圧縮機吸入ライン，７は吐出ライン圧力制御
弁，８は吸入ライン圧力制御弁，９は回収ライン，10は
逆流防止手段としての逆止弁，11は回収ガスの加温に要
する熱容量を回収ライン部材で構成した回収ガス加温手
段，12は回収弁，13は脱圧ライン，14は脱圧弁，15は液
体ヘリウム（以下、ＬＨｅ）貯槽，16は供給弁，17は戻
り弁である。
する。図１において１は圧縮機，２はコールドボック
ス，３は被冷却体，４は中圧タンク，５は圧縮機吐出ラ
イン，６は圧縮機吸入ライン，７は吐出ライン圧力制御
弁，８は吸入ライン圧力制御弁，９は回収ライン，10は
逆流防止手段としての逆止弁，11は回収ガスの加温に要
する熱容量を回収ライン部材で構成した回収ガス加温手
段，12は回収弁，13は脱圧ライン，14は脱圧弁，15は液
体ヘリウム（以下、ＬＨｅ）貯槽，16は供給弁，17は戻
り弁である。
【００１２】次に、上記のように構成された実施例の動
作について説明する。圧縮機１で圧縮された高圧ヘリウ
ムガスは圧縮機吐出ライン５を通り、コールドボックス
２に供給され、コールドボックス２で極低温ヘリウムが
生成されＬＨｅ貯槽15に送られる。ＬＨｅ貯槽15のＬＨ
ｅは供給弁16を通り、被冷却体３に供給され熱負荷を吸
収してガス化し、戻り弁17を通りコールドボクス２に戻
り寒冷回収される。コールドボックス２を出た低圧ヘリ
ウムガスは、圧縮機吸入ライン６を通り圧縮機１に戻
る。圧縮機吐出ライン５の圧力は吐出ライン圧力制御弁
７で制御され、吐出ライン圧力制御弁７の二次側は中圧
タンク４に接続されている。圧縮機吸入ライン６の圧力
は吸入ライン圧力制御弁８で制御され、吸入ライン圧力
制御弁８の一次側は中圧タンク４に接続されている。全
系が常温状態にある時は、系内の大部分のヘリウムが中
圧タンク４に保持され、圧縮機１で圧縮された高圧ヘリ
ウムガスの大部分が吐出ライン圧力制御弁７と吸入ライ
ン圧力制御弁８を介してバイパスしている。冷却の進行
に伴い、コールドボックス２に供給される高圧ヘリウム
ガス流量が増大し、吐出ライン圧力制御弁７を流れる流
量は減少し、吸入ライン圧力制御弁８を流れる流量は吐
出ライン圧力制御弁７を流れる流量より大きくなり、中
圧タンク４の圧力は低下する。加温運転時には冷却運転
と逆の状態になり、中圧タンク４の圧力は上昇する。
作について説明する。圧縮機１で圧縮された高圧ヘリウ
ムガスは圧縮機吐出ライン５を通り、コールドボックス
２に供給され、コールドボックス２で極低温ヘリウムが
生成されＬＨｅ貯槽15に送られる。ＬＨｅ貯槽15のＬＨ
ｅは供給弁16を通り、被冷却体３に供給され熱負荷を吸
収してガス化し、戻り弁17を通りコールドボクス２に戻
り寒冷回収される。コールドボックス２を出た低圧ヘリ
ウムガスは、圧縮機吸入ライン６を通り圧縮機１に戻
る。圧縮機吐出ライン５の圧力は吐出ライン圧力制御弁
７で制御され、吐出ライン圧力制御弁７の二次側は中圧
タンク４に接続されている。圧縮機吸入ライン６の圧力
は吸入ライン圧力制御弁８で制御され、吸入ライン圧力
制御弁８の一次側は中圧タンク４に接続されている。全
系が常温状態にある時は、系内の大部分のヘリウムが中
圧タンク４に保持され、圧縮機１で圧縮された高圧ヘリ
ウムガスの大部分が吐出ライン圧力制御弁７と吸入ライ
ン圧力制御弁８を介してバイパスしている。冷却の進行
に伴い、コールドボックス２に供給される高圧ヘリウム
ガス流量が増大し、吐出ライン圧力制御弁７を流れる流
量は減少し、吸入ライン圧力制御弁８を流れる流量は吐
出ライン圧力制御弁７を流れる流量より大きくなり、中
圧タンク４の圧力は低下する。加温運転時には冷却運転
と逆の状態になり、中圧タンク４の圧力は上昇する。
【００１３】以上は正常運転時の動作であるが、次に、
被冷却体３ 異常時のガス回収について説明する。被冷
却体３の異常として、超電導マグネットのクエンチ（超
電導から常電導への転移）を例として説明する。超電導
状態で超電導マグネットに蓄積されている膨大なエネル
ギーはクエンチに伴い、熱化して極低温ヘリウムに伝熱
され、極低温ヘリウムが温度上昇し急膨張を開始する。
このため、短時間でヘリウムを放出しなければ異常な圧
力まで上昇し、ついには超電導マグネットの破壊に至
る。
被冷却体３ 異常時のガス回収について説明する。被冷
却体３の異常として、超電導マグネットのクエンチ（超
電導から常電導への転移）を例として説明する。超電導
状態で超電導マグネットに蓄積されている膨大なエネル
ギーはクエンチに伴い、熱化して極低温ヘリウムに伝熱
され、極低温ヘリウムが温度上昇し急膨張を開始する。
このため、短時間でヘリウムを放出しなければ異常な圧
力まで上昇し、ついには超電導マグネットの破壊に至
る。
【００１４】図１の実施例では、クエンチ発生時、供給
弁16，戻り弁17，及び脱圧弁14を全閉とし、回収弁12を
全開にする。回収弁12の全開に伴って、回収ライン９の
圧力は瞬時的に急変動するが、逆止弁10によって中圧タ
ンク４の圧力に急変動を与えない。回収ライン９の圧力
が中圧タンク４の圧力より大きくなると、被冷却体３か
ら放出される極低温ヘリウムは、回収ガス加温手段11で
加温され、逆止弁10を通り中圧タンク４に回収される。
尚、一般的にはヘリウム加温のために電熱式，空温式
（例えば、Ａｌスターフィン）などが用いられるが、ク
エンチ等の被冷却体３異常時には短時間の内に膨大な流
量のヘリウムを加温する必要があり、回収ライン部材の
熱容量で吸収するように構成するのが費用，装置の大き
さ，信頼性，等で効果的である。
弁16，戻り弁17，及び脱圧弁14を全閉とし、回収弁12を
全開にする。回収弁12の全開に伴って、回収ライン９の
圧力は瞬時的に急変動するが、逆止弁10によって中圧タ
ンク４の圧力に急変動を与えない。回収ライン９の圧力
が中圧タンク４の圧力より大きくなると、被冷却体３か
ら放出される極低温ヘリウムは、回収ガス加温手段11で
加温され、逆止弁10を通り中圧タンク４に回収される。
尚、一般的にはヘリウム加温のために電熱式，空温式
（例えば、Ａｌスターフィン）などが用いられるが、ク
エンチ等の被冷却体３異常時には短時間の内に膨大な流
量のヘリウムを加温する必要があり、回収ライン部材の
熱容量で吸収するように構成するのが費用，装置の大き
さ，信頼性，等で効果的である。
【００１５】脱圧ライン13，及び脱圧弁14は、逆止弁10
で洩れが生じた場合でも極低温部に常温ヘリウムガスが
逆流するのを防止するために設けられている。又、クエ
ンチ等の被冷却体３異常時には、中圧タンク４の圧力上
昇が正常運転とは異なるものとなるため、吐出ライン圧
力制御と吸入ライン圧力制御との制御法を、例えばＰＩ
Ｄ制御の制御定数を切替える等、使い分けることでより
安定した運転を達成できる。
で洩れが生じた場合でも極低温部に常温ヘリウムガスが
逆流するのを防止するために設けられている。又、クエ
ンチ等の被冷却体３異常時には、中圧タンク４の圧力上
昇が正常運転とは異なるものとなるため、吐出ライン圧
力制御と吸入ライン圧力制御との制御法を、例えばＰＩ
Ｄ制御の制御定数を切替える等、使い分けることでより
安定した運転を達成できる。
【００１６】以上、詳細に説明したように本実施例によ
れば、被冷却体異常時に被冷却体から放出されるヘリウ
ムを、回収タンクを追加せずに中圧タンクに円滑に回収
できると共に、回収ガスを加温した後に中圧タンクに導
入するため回収タンクの極低温設計を要さず、被冷却体
異常時に放出される極低温ヘリウムを回収し得るコンパ
クトで安価なヘリウム冷凍装置を構成できる効果があ
る。
れば、被冷却体異常時に被冷却体から放出されるヘリウ
ムを、回収タンクを追加せずに中圧タンクに円滑に回収
できると共に、回収ガスを加温した後に中圧タンクに導
入するため回収タンクの極低温設計を要さず、被冷却体
異常時に放出される極低温ヘリウムを回収し得るコンパ
クトで安価なヘリウム冷凍装置を構成できる効果があ
る。
【００１７】さらに、逆流防止手段と回収ラインからの
脱圧ラインにより、正常運転時には回収ラインから常温
ヘリウムガスが極低温部に逆流するのを完全に防止でき
るため、無用な冷凍負荷を生じさせることが無く、信頼
性の高いヘリウム冷凍装置を達成できる効果がある。
脱圧ラインにより、正常運転時には回収ラインから常温
ヘリウムガスが極低温部に逆流するのを完全に防止でき
るため、無用な冷凍負荷を生じさせることが無く、信頼
性の高いヘリウム冷凍装置を達成できる効果がある。
【００１８】さらに、吐出ライン圧力制御と吸入ライン
圧力制御の制御法を正常運転時と被冷却体からのガス回
収時とで使い分けることにより、被冷却体異常時にも圧
縮機，コールドボックス，等冷凍機本体の運転をより安
定して継続できるという効果がある。
圧力制御の制御法を正常運転時と被冷却体からのガス回
収時とで使い分けることにより、被冷却体異常時にも圧
縮機，コールドボックス，等冷凍機本体の運転をより安
定して継続できるという効果がある。
【００１９】
【発明の効果】被冷却体と中圧タンクを接続する回収ラ
インを設け、本回収ラインに逆流防止手段と回収ガス加
温手段を設けることにより、被冷却体異常時に被冷却体
から放出される極低温ヘリウムを加温ガスとして円滑に
中圧タンクに回収できるため、被冷却体異常時にもヘリ
ウム冷凍機本体の運転を継続しながら、被冷却体の保持
する極低温ヘリウムを回収し得るコンパクトで安価なヘ
リウム冷凍装置を実現できる効果がある。
インを設け、本回収ラインに逆流防止手段と回収ガス加
温手段を設けることにより、被冷却体異常時に被冷却体
から放出される極低温ヘリウムを加温ガスとして円滑に
中圧タンクに回収できるため、被冷却体異常時にもヘリ
ウム冷凍機本体の運転を継続しながら、被冷却体の保持
する極低温ヘリウムを回収し得るコンパクトで安価なヘ
リウム冷凍装置を実現できる効果がある。
【図１】本発明の一実施例を示す系統図である。
１…圧縮機、２…コールドボックス、３…被冷却体、４
…中圧タンク、５…圧縮機吐出ライン、６…圧縮機吸入
ライン、７…吐出ライン圧力制御弁、８…吸入ライン圧
力制御弁、９…回収ライン、１０…逆止弁、１１…回収
ガス加温手段、１３…脱圧ライン。
…中圧タンク、５…圧縮機吐出ライン、６…圧縮機吸入
ライン、７…吐出ライン圧力制御弁、８…吸入ライン圧
力制御弁、９…回収ライン、１０…逆止弁、１１…回収
ガス加温手段、１３…脱圧ライン。
Claims (5)
- 【請求項１】ヘリウムガスを圧縮循環する圧縮機と圧縮
機から供給される高圧ヘリウムを受け、極低温ヘリウム
を生成するコールドボックスと、極低温ヘリウムで冷却
される被冷却体と、ヘリウムの常温バッファータンクで
ある中圧タンクを有し、上記圧縮機の吐出ラインの圧力
制御弁の二次側と吸入ラインの圧力制御弁一次側とが上
記中圧タンクに接続されて成るヘリウム冷凍装置におい
て、上記被冷却体と上記中圧タンクを接続する回収ライ
ンを設け、該回収ラインに逆流防止手段と回収ガス加温
手段を設けたことを特徴とするヘリウム冷凍装置。 - 【請求項２】回収ラインの逆流防止手段として、逆止弁
を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
ヘリウム冷凍装置。 - 【請求項３】回収ラインの回収ガス加温手段を回収ライ
ン部材の熱容量で吸収するように構成したことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載のヘリウム冷凍装置。 - 【請求項４】回収ライン逆流防止手段から洩れが生じた
場合でも、洩れた常温ヘリウムガスが極低温部に到達す
るのを防止するために、回収ラインと圧縮機の吸入ライ
ンとを接続した脱圧ラインを設けたことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載のヘリウム冷凍装置 - 【請求項５】圧縮機の吐出ライン圧力制御と吸入ライン
圧力制御との制御法を、回収ライン使用時と回収ライン
を使用していない時とで使い分けることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載のヘリウム冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24125595A JPH0989399A (ja) | 1995-09-20 | 1995-09-20 | ヘリウム冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24125595A JPH0989399A (ja) | 1995-09-20 | 1995-09-20 | ヘリウム冷凍装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0989399A true JPH0989399A (ja) | 1997-04-04 |
Family
ID=17071526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24125595A Pending JPH0989399A (ja) | 1995-09-20 | 1995-09-20 | ヘリウム冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0989399A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009066565A1 (ja) * | 2007-11-19 | 2009-05-28 | Ihi Corporation | 極低温冷凍装置とその制御方法 |
-
1995
- 1995-09-20 JP JP24125595A patent/JPH0989399A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009066565A1 (ja) * | 2007-11-19 | 2009-05-28 | Ihi Corporation | 極低温冷凍装置とその制御方法 |
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