JPS59167659A - 極低温冷却装置 - Google Patents

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】 この発明は極低温度の冷却装置に関するものである。

従来この種の装置として第１図に示すものがあった。

図において、１１）は液体窒素タンク、（２）は液体窒
素、（３）は１論送管、”（３ａ）は＠ａ送／ｉｇ出口
、（４）は断熱構造の極低温容器で通称フライオスフッ
ト。

（５）は′一式案ガガス出口、（６）は窒素ガス、（７
）は仮冷却体、（７ａ）は被冷却体の上部、、（７ｂ）
は被冷却体の下部である。

矢印は４股の流れる方向を示す。

また第２図は縦軸を絶対一度目盛、＠軸を経週時間目盛
として、フライオスフット（４）の内部における各部分
の温度変化を表わすもので、　ＥＩｆＪ線Ａは、第１図
の輸送管出口部（３ａ）の温度波化金９曲線Ｂは、第１
図の被冷却体の下部（７ｂ）のｌ都度変化を９曲線Ｃは
、第１図の被冷却体の上部（７ａ）の温度変化を示す。

次に動作について説明する。

一般に極低温装置において、被冷却体（７）を収納した
クライオスタット（４）の内部全常温（約３ＱＯＫ）か
ら極低温度である液体窒素！都度（約８０Ｋ）に冷却す
る場合、液体窒素タンクは）の内部に貯蔵されている液
体窒素＋２１　全Ｊ？熱すｊ′４Ｊｔ１のｉｕ’ｌ送管
（３）を経由して少量ずつクライオスタン）　１４１に
ノ本り込むことによって、余々に冷却する方法で行なっ
て＾る。

送シ込まれた液体窒素は輸送管の出口部（３ａ）からク
ライオスタット（４）の底部に放出され９周囲や被冷却
体（７）全冷却することによって直に蒸発してず巣カス
（６）となシ１．（斯ガス放出口（５）から大気に放出
される。

従来の装ｄでは以上のようにＩＩη成されているので、
液体＊累の保何している潜熱と顕熱を直接利用して冷却
することになる。゛この時のクライオスタット（４）内
部の各部の温度は、第２図の曲線のように変化する。

つまり、輸送管の出口部（３ａ］は１曲、・潔Ａのよう
に、急激に温度が降下する。塘た伏冷却体の下部（７ｂ
）は、　ｔｔ４４森Ｂのように、・田ｉｆも）でＡに少
し遅れる程虻でやはり急激な一１ｉ斥下となる。−力抜
冷却体の上部（７ａ）は曲Ｍ、ｒ＋１．　Ｃのようにゆ
っくりとした温度降下である。

このため冷却の途中ては、被作動体（７）ア内部で大き
な温度差が生じることになり、魚心力による１シリれな
どが兜垂する危険力４あるため、冷Ｊ：１」の速度を制
御したり、全組を監視する−３かある等の泊わしさがあ
った。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、液臣窒素勿貯織し　ｉｆ素ガスを
何する窒素貯ルも岸と、仮冷却体を収納している極低温
容器と、雀索ガスｒ圧ゐ機で圧ＫｄＭし、圧縮した粱裟
ガスを上記窒素貯蔵室の液座鴛素中に設けた冷却器で冷
却し、冷却された４宋ガスを上記極低温容器に放出して
上記仮冷却体を冷やすと共に上記様Ｕ：　Ｉｆ！谷器か
ら回収した窒素ガスと上記窒素貯蔵室中の窒素ガスの一
部とを上記圧縮機で圧縮して再び上記冷却器に送って循
環させる上記被冷却体の冷却手段と、及び上記窒素貯Ｍ
室の窒素ガス中に設けられ、上記圧縮機から上記冷却器
に送られる窒素ガスと冷熱を有する窒素ガスとの間で熱
交換する熱交換器とを備えることによシ、冷熱を有゛効
に利用して上記被冷却体全冷却すると共に。

上記被冷却体内部の温度差を小さくシ、黒応力による割
れを防ぐことを目的としている。

以下、この発明の一英施例を図をもとにｉ流用する。

第３図はこのつＬ明の一天施例による極低η吊冷却装置
Ｉｆ＋全示し９図において、　ｔｌｏｌ　ｒｒｉ液体窒
素ｆ：　）７１′蔵し、′窒素カスを何する断熱構造の
窒素貯蔵室中スタット（４１の窒素ガス放出口（５）に
接続された窒素カス拠り管、　（１３］は圧縮ψ（Ｉｌ
）で圧縮された窒宋ガス？液体窒素中に、投けられた冷
却器（＋７）へ送る窒素ガス吐出管、　（＋５１は冷却
器Ｑ７）を経て冷やされた窒素ガス金クライオスタンド
（４）へ送る断熱構造の低温窒素ガス輸送管、　（１５
ａ　）は低温窒素ガス・陥送管出口、　（＋６）は窒素
貯蔵室（ｌＯ）中の余分な蒸発窒素ガスを放出する放出
口、（国は圧縮機（１１）から冷却器（１７）に送られ
る窒素ガスと上記放出口（１６）よシ放出される冷熱を
有する余分々窒素ガスとの間で熱交換する２流路型熱交
換器である。

なお、この実施例では正流ＰＡ（１１）、窒素カス医り
′新ｆ１２１　、窒素ガス吐出管（＋３１．均圧官（Ｉ
Ｊ　、低温ガス輸送管（１５）及び冷却器Ｈにより冷却
千成全構成している。

次に動作（（ついて説明する。まず、液体室ｆタンク（
１）の内部に貯蔵されている液体窒素ｆ２１　’ｉ　。

１釘熱構造の’＋Ｍ送管（３）を経由して、鷺素貯蔵室
（ｌＯ）の規定レベルまで槽送する。その後圧４１：％
　４・ｄ　ｔｏ）　−を運転して、窒素貯蔵室（１０）
円の窒素ガス（６）全均圧’ｉ＃　＋１４）　を経由し
て１＊い込む。圧８拍されて圧力の上昇した窒素カスは
、窒素ガス吐出管（１３）から２流路型熱交換器（１８
）の−次側を通り、冷却器（１カに導かれる。ここで周
囲の液体窒素１２）と熱交換し。

液体窒素温度ｆｉ′Ｊ８０Ｋ）にに７却され、ｌシテ燕
・１苺近の低温ガス輸送管（１５）　Ｋよってフライオ
スフット（４）の底部に放出され、内部全冷却する。そ
の吠。

４累ガス放出口（５）からｉ索カス陵り官（国を経由し
て圧紬伽（１１）Ｋ戻り病ひ圧縮されて［１゛」ループ
を循環する。なお、圧縮機（１りがら窒素貯蔵截！１０
）に入る付近では、窒素ガスは一般に常温ンこなってお
り、もし常温より高い吻合は送風機（図示せず〕なとに
よシ冷却される。

一方、液体窒素溜め［ｉｏｌの内部で７ｇ発したＭｉ索
カス（６）は蒸発によシ１替熱を失なったたけで、ｊＭ
１度はほとんど上昇しておらず、この瑣燕を百幼に利用
すれば液体盆紫の消費型を少ニジくすることかできる。

つまシ、蒸発した窒素ガス（６）を、　２　Ｌ７ｉＥ　
：、［岱型燕父挨器（１８）の二次側全１山して、黒発
壁素ガスｉ出口（１６）より大気に放出させれば、−次
倶」ヲυ１られている圧縮機（１１）からの吐出窒木カ
ス定冷却できる。

葦だ、均圧管（１４）は圧軸機（１１）の運転の、防期
に必要な窒素ガスの供給と、フライオスフット（４）の
内部か冷却されることによ’）　ｂ”ｙ’；：縮する窒
素ガスの補給のためのものである。

第５凶は、この発明の他の′叉施例盆示すもので、熱交
換器として、第３７ｙの２７ｈｒ路型た〜交侯器（１８
）の替わりに３１ルｊ俗型為交候語（１９）を用いてい
る。ぼた、フライオスフット（４）からの窒・１セカス
灰り管（國を断熱１ｂ造とし、３流路型熱父換１、ｉ；
（１９１の２次側全面した後に圧、陥公ｔｌｌ）にノ嗅
いているので、窒素貯蔵室（１０）内のベベ発窒宋カス
（６）とり夷に。

−次側を流れる序λ＋ＩＬ；機（１１）からの吐出ぺ一
部カス全冷却することがてきる。

このよう（で、熱交換器として３流路型のもの（１９）
音用いれば、２流路型（１８）に比べ、よシ伺゛効に冷
熱に利用するこ′とができる。

第４．第６図は、第２図と同動く、フライオスフット（
４）の内部における各部分の一反変化ｒ表わすもので９
曲線Ａ、Ｂ、Ｏはそれぞれ第５図の低温ガス帖送管出口
（１５ａ）部、被冷却体の下部（７ｂ）　、被冷却体の
上部（７ａ）の温度歿化を示す。この図から明らかなよ
うに、冷却の途中でも被冷却体（７）の上部（７ａ〕と
下部（７ｂ）との温度差が小さくなり１割２ｔなどの心
配が少な　　４゜く、冷却の速度を制御したり、歪量の
監視ｒする必要がなく、操作が容易なものとなる。

以上のように、この発明によると１・１ぞ体奮素２貯蔵
し、窒素ガスを何する窒素貯蔵室と、仮作胛体を収納し
ている極低温容器と、窒祷ガス全圧九機で圧縮し、圧縮
した窒素ガスｒ、Ｊ：記そ素貯Ｍ室の液体（＃中に設け
た冷却器で冷却し。

冷却された窒累ガス全上記Ａ所低温容器（で放出して、
上記被冷却体を冷やすと共に上記１、：１（温容器から
回収した窒素ガスと上記貢赤貯蔵室中の窒素カスの一部
と全上記圧）ｆｌｉＪ機で圧縮して円ひ上記冷却器に送
って循環させる上記級？′げ胛体の冷人ノ手段と、及び
上記窒素貯蔵室の買糸ガス中に設けられ、上記圧縮機か
ら上記冷却器〆に送られる２素ガスと冷熱をイイする窒
素ガスとの同で然又供する熱交換器と？備えたので、冷
然を有効に利用］−て上記被冷却体を冷却すると共に、
上占己被冷却体内部の温度差を小さくシ、燕応力による
割れを防ぐことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

端・１図は従来の極低温冷却装置φ・示す断面罰１戊図
、第２凶は第１図の従来装置における７微）代部容器内
部の各部分の湿度変化を示す曲線図。 第３図はこの発明の一部て彪し１」による極低７ｍ冷却
装置を示す断面構成図、第４図は第３図の装置における
極低温容器内部の各部分の湿度変化を示す曲線図、第５
因はこの今し明の他の実施例による４全低温冷却装置・
？示す断面１：、）成図、１６図は′Ａ′５図の装置ｄ
Ｋおける・画低温、１！器内部の各１ｊｌｓ分０′）湿
度変化を示す曲線図である。 図において、（ｌ］は液体窒＃タンク、（２）は液体窒
素、（３）はｌｌ６１送管、（４）は極低温容器、（６
）は窒にガス、（７）は被冷却イ４Ｃ、（１０）は電紮
貯Ｍ室＋　（１１）　０１圧、１ｉｌＪ桜、　ｉｌ力は
窒メ１ソガス仄り菅、（１３・は窒素ガス吐出管、　（
１４１は均圧管、　（１５）は低温カスｒａ送管、　（
ｌηは冷却器、　（１８）　、’　（＋９）は熱交換器
であシ、英施例でば。 １ｆ絹槻（１１）　、窒素ガス灰り管睦、窒濃ガス吐出
管（１３＋　、均ｌｆ管＋１４］　＋低温ガス輛送似；
（１５）および冷却器ｊ１７１により冷却手段を構成し
ている。 なお１図中同一符号は回−１だは１り目当１）１３分合
示すものとする。 代理人　　葛　野　　ｉｇ　　− 第１図 第２図 一晴間 第３図 １ 第４図 一一叫間 第６図 第６図 −８う閘

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　液体窒素を貯蔵し、Ｖ素ガスを有する窒素貯
   蔵室、＃冷却体を収納している極低温容器。 賓巣ガスを圧縮機で圧縮し・、圧縮した′窒素ガス全上
   記窒素貯蔵室の液体窒素中に設けた冷却器で冷却し、冷
   却されたづメ禰ガス會上記−１ｊｌｌｉ低胤谷器に放出
   して上記被冷却体をｔ市やすと共に上記極吐温谷器から
   回収した。、′索ガスと上記窒紫貯蔵蚕中の４素ガスの
   一部とを上記圧縮機で圧縮して再び上記冷却器に送って
   循環させる上記被冷却体の冷却手段、＆び上記窒素貯蔵
   室のイ素ガス中に設けられ、上記圧廊機から上記冷却器
   に送られる頌苔カスと冷熱全角する窒素ガスとの間で熱
   交侯するば〜交換器をｕもえた極低温冷却装置。
2. （２）　　冷然を伯する窒素カスは、窒素貯蔵室から排
   気される窒素ガスである特許請求の範囲第１項記載の極
   低温冷却装置。 ＋３１　　冷熱を有する窒素ガスは、極低温容器から回
   収した窒素ガスである特許６白求の軛囲オ１項捷たはオ
   ゛２項記載の極低温冷却装置。