JPS6023660Y2

JPS6023660Y2 - 極低温装置

Info

Publication number: JPS6023660Y2
Application number: JP15007481U
Authority: JP
Inventors: 良裕和智
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-10-12
Filing date: 1981-10-12
Publication date: 1985-07-15
Also published as: JPS5855272U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、例えは核融合炉用超電導磁石のように、極低
温流体を使用して作動を行なう大型の極低温装置に関す
る。

従来、極低温装置に関する技術、装置については、低温
容器、及びその周囲に、真空断熱層、シールド層を有す
るものがあった。

この従来の方法、装置の構造、構成、機能、系統は、低
温容器への外部からの熱伝導、輻射による熱侵入をシー
ルド層で、又、対流による熱侵入を真空断熱層で極力小
さくしてやるようなものであった。

極低温装置の作動に際しては、冷却を多段階に行なう。

すなわち、装置内を高真空に施した後、シールド層、及
び低温容器を、例えば液体窒素のような冷媒で冷却する
。

低温容器の温度が、冷媒温度近傍まで低下した後、低温
容器内の冷媒を完全に追い出し、例えば、液体ヘリウム
のような極低温流体で更に冷却する。

これら、大型の極低温装置の場合、低温容器は、大型複
雑な形状をとり、容器内部は冷却されても、外部はまだ
充分冷却されていない場合がある。

また、物によっては、容器内部に、予備冷却用の冷媒を
導入することが不可能な場合もある。

さらに、容器を予冷後、予冷に使用した冷媒を十分取り
去らなかったことにより、液体ヘリウムのような極低温
流体を容器に注いた際、予冷用冷媒の凍結といった不測
の事態を招くこともある。

これらの理由により、極低温装置、とくに大型の装置の
予備冷却には、低温容器の一様な冷却、及び低温容器内
の被作動装置の保護などの問題点、欠点、不都合があっ
た。

本考案は、低温容器の予冷の際、低温容器全体にわたっ
て、一様に冷媒温度近傍まで温度を下げるとともに、そ
の予冷時間を最大限短縮できる極低温装置を得ることを
目的とする。

以下本考案を第１図に示す一実施例について説明する。

１は低温容器で、この低温容器１の周囲を真空断熱層２
、シールド層３、真空断熱層４を有する真空容器５がと
りまいている。

低温容器１とシールド層３で囲まれた真空断熱層２は、
バルブ６を介して、又、シールド層３と真空容器５で囲
まれた真空断熱層４は、バルブ７を介して、真空ポンプ
８に接続されている。

更に、バルブ６の手前には、バイパス９、バルブ１０を
介して、例えば窒素のような気体を充填したボンベ１１
から気体を真空断熱層２へ供給できるようになっている
。

又、バルブ１０とボンベ１１の間には、放出弁１２が設
けである。

シールド層３の表面には、冷却管１３が這わされており
、冷媒が、冷媒貯槽１４から構成される装置をとってい
る。

次に、上記のように構成した本考案の極低温装置の動作
を説明する。

本考案の極低温装置の作動においては、従来のように低
温容器１の周囲を真空にする。

まず、バルブ６．７を開放して、真空ポンプ８により、
真空断熱層２，４を真空にする。

次に、バルブ６のみを閉じて、外側真空断熱層４のみ真
空引きを続行腰圧力ＩＱ−４Ｔｏｒｒ以下程度の圧力を
保つ。

一方、ボンベ１１からバルブ１０を介して、内側真空断
熱層２へ窒素のような、シールド層３を冷却する冷媒に
よって液化あるいは凍結しない、熱伝導率の良い気体を
充満させる。

この際、ボンベ１１とバルブ１０の連結管内に含まれて
いる気体を真空断熱層２へ導ひかないよう、高圧で、放
出弁１２から、放出して管内の異種気体を除去する。

この動作は、例えば連続管内に空気のような気体が含ま
れている場合、真空断熱層２へ導入されると、輻射シー
ルド内に吸収され、今後の真空引きの際、非常に長時間
を要したり、又は、シールド層３の表面を這っている冷
却管１３の表面に凍った空気が付着したりする等の不都
合を防ぐためである。

真空断熱層２へ気体が充満されたのち、冷媒貯槽１４か
ら、例えば液体窒素のような冷媒を、冷却管１３内を流
して、シールド層３を冷却する。

シールド層１３が冷媒温度近傍まで冷却されるにつれ、
シールド層３、真空断熱層２中の気体を介して、熱交換
が行なわれ、低温容器１が冷却される。

従来、低温容器１は、シールド層３を冷却して輻射侵入
熱を最小限に抑え、その次に、低温容器１中に冷媒を直
接導入して予冷を行なった。

本考案においては、シールド層３を冷却して輻射侵入熱
を最小限に抑えるとともに、真空断熱層２中の気体を介
して、熱伝導により低温容器１の外部を予冷する。

すなわち、従来は対流による熱侵入を防いでいたのを、
本考案では、逆に、強制的に対流、熱伝導を利用して、
予冷時間を最大限短縮しようというものである。

この操作で、低温容器１が、シールド層３同様、冷媒温
度近傍まで冷却されたのち、真空断熱層２中の気体をバ
ルブ６を介して真空ポンプ８で、排気し、真空断熱層４
と同程度の圧力にする。

この後の操作は、従来の極低温装置と同様低温容器１内
に極低温流体を注ぎ、極低温装置を作動させる。

真空断熱層４は、シールド層３を冷却することにより真
空容器５の外周に霜が付着するのを防ぐためである。

また、外環境から侵入する熱により、シールド層３を冷
却する冷媒の消費量を最小に抑える役目もする。

本考案を採用にすることにより、予冷所要時間は、第２
図に示すようになる。

横軸に、予冷温度差、縦軸に、予冷所要時間Ｈをとった
もので、１は従来の極低温装置、２は、本考案の極低温
装置を利用した場合の低温容器予冷までに要する所要時
間を示す。

なお、本考案のボンベ１１の代わりに、シールド層３冷
却後の冷媒戻りガス１５を使用しても同じ効果を得るこ
とができる。

又、この方式は、予冷に用いたが、昇温時にも、真空断
熱層２へ段階的に、温かい気体を循環させても、昇温所
要時間の短縮を得ることができる。

又、真空断熱層２中の気体を、強制的に、ファン等の送
風機械を使用して攪拌し、熱伝達を向上させるか、直後
、冷媒を断熱層２に注入することにより、一層、予冷所
要時間を短縮させることもできる。

以上説明したように、本考案には、次のような効果があ
る。

（ａ）大型の極低温装置の予冷所要時間を短縮でき
る。

（ｂ）低温容器内外部を一様に、冷却できる。

（ｅ）低温容器中に、直接予冷冷媒を導入できない
場合にも使用できる。

（ｄ）低温容器内の機器を良好な状態で保護できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の極低温装置の一実施例を示すフロー
図、第２図は、低温容器予冷所要時間−予冷温度差の関
係を示す曲線図である。１・・・・・・低温容器、２・・・・・・真空断熱層
３・・・・・・シールド層、４・・・・・・真空断熱層
、９・・・・・・バイパス、１１・・・・・・ボンベ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

低温容器と、この低温容器の周囲に内側密閉空間を画成
するシールド層と、このシールド層の周囲に外側密閉空
間を画成する真空容器と、前記内側密閉空間および外側
密閉空間を真空にする排気装置と、前記内側密閉空間に
低温用乾燥気体を充満させる気体注入装置とを備えたこ
とを特徴とする極低温装置。