JPS617675A - 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】 ［発明の利用分野］ 本発明は超臨界圧ヘリウムを冷媒とし、この冷媒を強制
的に循環して冷却する超電導冷却システムに係り、特に
被冷却体からの戻りガスの圧力を制御する極低温冷却装
置に関する。

〔発明の背景〕

ヘリウムの強制流により超電導マグットを冷却すること
は浸漬冷却に比べ冷却設備や、特殊な導体を用いること
などからその開発が遅れていた。

しかし近年該融合大型マグネット、加連器用マグネット
など大型のもの、特殊形状のものへの超電導マグネット
の適用が考えられるようになって、各方面で開発がなさ
れるようになった。

一般に超臨界圧ヘリウムを用いた強制冷却の利点は、 （１）第１図（ａ）及び（ｂ）に示すように導体自身が
冷媒通路となるため、クーリングチャンネルが不要とな
り機械的強度が大となる。

（２）コイルの絶縁が容易にできる。

（３）電気絶縁が容易となり形状の複雑なコイルをつく
る。

（４）超電導コイル２の収納クライオスタットは単に真
空容器であれば良い。

（５）交流損失などによる発熱を強制流によって除去で
きる。

などがあげられる。

第２図は強制冷却方式の一例として、冷媒に超臨界圧ヘ
リウムを又液体ヘリウム槽には外部から液体ヘリウムを
供給する方式を用いた概略図を示す。図において冷媒と
なるヘリウムガスは循環圧縮機４により圧縮されてコー
ルドボックス５に導かれ、熱交換器６内で戻りガスと熱
交換して温度を下げ、４．２に液体ヘリウム槽７の中に
入って冷却される。

冷却されたガスは、トランスファチューブ８ａを介して
クライオスタット９内にある超電導コイル１０を冷却し
、戻りガスはトランスファチューブ８ｂを介してコール
ドボックス５に入り、ジュールトムソン（以下ＪＴとい
う）弁１１でＪＴ膨張して一部分が液となり、液体ヘリ
ウム槽７に溜る。また残りは蒸発したガスと一緒になっ
て戻り配管１２、熱交換器６を介して循環圧縮機４に戻
り、これをくり返しながら冷却する。

このような構成で循環運転する場合、被冷却体を冷却し
てＪＴ弁入口での温度が低いときには、ＪＴ弁で液体と
なる割合が低いため、大部分は適冷状態の気体のまま低
圧配管１２に流れ、急激に昇温されて循環圧縮機に戻る
ことにより、圧縮機吸入側低圧回路の圧力が上昇し、循
環圧縮機が過負荷状態となって運転中しばしば停止する
ことがあり、被冷却体及びコールドボックスが温度上昇
してしまう欠点があフた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、このような従来の欠点を排除するため
循環圧縮機吸入側低圧回路に圧力を感知して作動する弁
を設けることにより、高性能で安定した極低温冷却装置
を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は、超臨界圧ヘリウムを冷媒とし、該冷媒を強制
冷却導体からなる超電導コイルに強制的に循環して冷却
する超電導装置において、前記超電導コイルからの戻り
ガスの圧力が高くなった場合、その圧力を感知して作動
する弁を循環圧縮機吸入側に設けることを特徴とするも
のである。

〔発明の実施例〕

本発明を実施する装置を第３図で説明する。

第３図において第２図との相違点は、循環圧縮機吸入側
低圧管路１２’　に圧力検知器１８を設けたこと、低圧
回路から回収容器１７に向う管路を設け、両者の間に保
圧弁１９を設けたことにある。

保圧弁１９は、超電導コイル１０など被冷却体を冷却し
て戻るガスの圧力を検知して設定値以上になった時のみ
開弁じ回収系に入るようになっている。

まず保圧弁の効果をみるため、保安弁の設定を最高の１
０ｋｇ／ｃ＋ｆｆＧにし、従来から行っている保圧弁な
しと同じ状態で運転した。すなわち、被冷却体に第１図
（ｂ）で示す構造の導体をもつ超電導コイルを用い、Ｊ
Ｔ弁は液化に最適な開度に開いた状態で、冷媒の圧縮機
吐出圧力は５　ｋｇ　／　ｃ＋＃　Ｇ、冷媒は超臨界圧
ヘリウムで、流量は３〜５　ｇ　／　ｓの範囲で流した
。

その結果、被冷却体からの戻りガスの温度が低く、循環
圧縮機吸入側の圧力が０．４ｋｇ／ｃ＋＃Ｇを超えた時
、循環圧縮機が停止した。そのため、再起動するまでコ
ールドボックス内部及び、被冷却体である超電導コイル
の温度が上昇してしまった。

そこで、次に本発明による保圧弁の設定を０　、３５　
ｋｇ／　ａｔＧ　にし、運転条件は前記条件が含まれる
値とした。すなわち圧縮機吐出圧力は５〜７　ｋｇ　／
　ｃｘｌ流量を２−７．５ｇ／ｓの範、囲で流し、ＪＴ
弁の開度は０〜１００％まで行った。

その結果、前記実験での条件及び、他のどの条件におい
ても、戻りガス圧力が設定値以上になった時保圧弁が開
いて回収系に流れ、循環圧縮機は停止することなく運転
できた。

〔発明の効果〕 本発明によれば、低圧回路の圧力を感知して保圧弁が動
作し、圧力を調節するので、循環圧縮機を停止すること
なく安定に運転することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）は、強制冷却超電導導体の例を
示す断面図、第２図は、従来の強制冷却方式の例を示す
系統図、第３図は、本発明の一実施例の強制冷却方式を
示す系統図である。 １・・・電気絶縁、２・・・超電導線、３・・・金属管
、３′・・・冷媒通路、４・・・循環圧縮機、５・・・
コールドボックス、６・・・熱交換器、７・・・液体ヘ
リウム槽、】６・・・安定化電源、１７・・・回収容器
、１８・・・圧力検知器、１９・・保圧弁、２０・・・
回収用管路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、超臨界圧ヘリウムを冷媒とし、該冷媒を強制的に循
   環して冷却される超電導コイルを含む極低温冷却装置に
   おいて、前記超電導コイルからの戻りガス低圧管路の循
   環圧縮機吸入側に圧力検知器を設け、戻りガスの圧力を
   検知して作動する保圧弁を循環圧縮機吸入側と回収容器
   との間に設けることを特徴として極低温冷却装置。