JPS6317360A - 極低温冷凍装置の予冷方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、極低温冷凍方法に係り、特に液化時間の短縮
に好適な極低温冷凍方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、極低温冷凍装置例えばターボ機械第１１巻ｆＡ７
号、Ｐ３７（１９８３）に記載されているヘリウム液化
冷凍機に極低温移送管を介してヘリウムガスを凝縮する
凝縮器を設けて液体ヘリウムを封じ込めるクライオスタ
ットを連結する場合、大型のヘリウム液化冷凍機では常
温部の第１熱交換器（以下、第１熱交換器と略）に液体
窒素の予冷回路を設けであるので液化時間はそれほど長
時間にならないが、特に小形のヘリウム冷凍機に適用し
た場合に第１熱交換器に液体窒素予冷回路を設けること
は熱交換器を大形化することになり、冷凍機の小形化す
る上での問題点であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は小形のヘリウム液化冷凍機に適用した場
合、冷凍機の小形化の点について配慮されておらず、冷
凍システムの小形化に問題があったＯ 本発明の目的は、第１熱交換器に液体窒素の予冷回路を
必要としない容易な構造で液化時間の短縮が行える極低
温冷凍方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、極低温冷凍方法を、圧縮手段で昇圧された
冷媒ガスを膨張手段の出口に直ちに導く工程と、該膨張
手段の出口醤こ導かれた冷媒ガスを冷媒で冷却する工程
と、該冷却された冷媒ガスを極低温部ないし常温部の熱
交換手段の低圧側流路を流通させた後に前記圧縮手段に
戻す工程とを有する方法とすることにより、達成される
。

〔作　　用〕

例えば、ヘリウム冷凍機の予冷段階において、圧縮機か
らの一部の高圧ヘリウムは熱交換器を通らないで直接ジ
ュール・トムソン膨張弁の出口に内を通って冷却され、
再び極低温移送管を通って極低温部の熱交換器（以下、
第５熱交換器と略）の低圧側流路に入る。さらにこ、の
低温ヘリウムガスは第１熱交換器の低圧側流路まで他の
熱交換器を予冷しながら常温まで寒冷回収される。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は寒冷発生手段として、この場合例えば膨張タービン
を用いたヘリウム冷凍機と液体ヘリウムな封入している
クライオスタットおよびそれらを結ぶトランスファーチ
ューブから構成される冷却システムの便宜的なフローシ
ートを示す。

その動作原理を説明すると、まず予冷段間では圧縮ｆｉ
ｔで圧縮された高圧ヘリウムは高圧ライン２を通って、
深冷槽入口弁４を通って第１熱交換器６の高圧側流路に
入る。このときジュール・トムソン膨張弁１５は閉じで
ある。また一部の高圧ガスはバイパス弁３を通って適当
な流量に調整されて予冷ライン５を流れ、ジュール・ト
ムソン膨張弁１５の低圧側に入る。その後適当な冷媒、
例えば液体窒素１３が封入されているタライオスタット
校の中に浸漬されている縦線熱交換器１４にトランスフ
ァーチューブ１０を介して導かれ予冷される。ここで常
温のヘリウムガスは液体窒素温度レベルまで冷却されト
ランスファーチューブ１１を経て第５熱交換器１９．第
４熱交換器１８．第３熱交換器１７゜Ｍ２熱文換器１６
および第１熱交換器６の低圧側流路を流れて熱交換器を
予冷する。また常温に戻った低圧ヘリウムは低圧ライン
加を経て、保冷槽出口バルブ力を通って圧縮機１に戻る
。一方、第１熱交換器６の高圧側を通った高圧ガスはタ
ービン人口弁７で適当な圧力に調整された後、第１膨張
タービン８に入り断熱膨張して、温度、圧力を低下し第
３熱交換器１７の中圧流路を流れ第２膨張タービン９で
再び温度、圧力を低下して第４熱交換器１８の低圧入口
１こ戻り、前記の予冷ガスと合流する。前記予冷運転を
例えば、第２膨張タービン９の出口温度が液体窒素温度
以下になるまで行う。

その後クライオスタットレ内の液体窒素１３を追い出し
て、液体ヘリウム丘を封入する。この段階では予冷弁３
は閉じてジュール・トムソン弁すを適当に開けて、液体
ヘリウムにより冷却を開始する。

最終的にはジュール・トムソン膨張弁１５でヘリウムガ
スは液化し、タライオスタット内の凝縮熱交換器１４で
蒸発ヘリウムガスは凝縮して液体ヘリウム１３は一定の
液面を保つ。

また以上の構成部品は真空保冷槽ｎの内に収められてい
る。したがって本実施例によれば何ら特別な熱又換器を
必要とすることなく、簡単な予冷配管を設けるだけで、
ヘリウムの液化時間な急縮できる効果がある。また、予
冷配管の構造が容易なために、冷凍機を小形化できる効
果がある。

また次の予冷方法としては保冷槽大口弁４は閉じておい
て、予冷弁３だけを開いて第５熱交換器１９から第６熱
交換器６までの低圧側流路を十分冷却する。冷却が終了
すれば、保冷槽入口弁４を開き続いてタービン人口弁７
を開いて第１タービン８および第２タービン９を回転さ
せてタービンの寒冷によって熱交換器群の冷却を行う。

このとき予冷弁３は開いておいた方が更に予冷時間は急
縮できる。また予冷を行う冷媒を用いる代りに他の冷凍
機を用いてもよい。

第２図に他の実施例を示す。第１図と構成はほとんど同
じなので異なる点だけを説明する。圧縮ｆｉｌからの高
圧ヘリウムは高圧ライン２を通って、保冷槽大口弁４を
通って第１熱交換器６の高圧側流路を通って第１熱文換
器６の高圧側出口から予冷弁３を通って適当なａ量に調
整される。その後予冷ライン５を通って、膨張弁１５の
出口側に導かれクライオスタット１２内の冷媒により冷
却され熱交換器群６．１６．１７．１８．１９を予冷し
、液化時間の短縮を行うことができる。したがって本実
施例では第１熱交換器６の高圧側出口（冷端）よりバイ
パスさせているので予冷ガスの予冷弁３の入口温度は予
冷が進むにつれて低くなるのでデユワ−１２内の冷媒の
消費量を少な（することができる。

したがって本実施例によ１１ば簡単な予冷配管を設ける
だけで、冷媒の消費量が少なく、効果的にヘリウムの液
化時間を短縮できる効果がある。

第３図は本発明のさらに別の実施例を示すもので、クラ
イオスタット内に液体ヘリウム１３と液体窒素るを収納
した場合には、それぞれに凝縮熱交換器１４．２４を備
えている。

本実施例によれば、２段の温度レベルで予冷できるので
、液化時間をさらに短縮できるという効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、容易な構造で冷凍機の予冷運転を効率
的に行うことができるので、冷凍装置の小形化を阻害す
ることなくヘリウムの液化時間を短縮できる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すヘリウム冷凍装置のフ
ローシート、第２図は本発明の他の実施例を示すヘリウ
ム冷凍装置のフローシート、第３図は本発明のさらに別
の実施例を示すヘリウム冷凍装置のフローシートである
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、圧縮手段で昇圧された冷媒ガスを膨張手段の出口に
   直ちに導く工程と、該膨張手段の出口に導かれた冷媒ガ
   スを冷媒で冷却する工程と、該冷却された冷媒ガスを極
   低温部ないし常温部の熱交換手段の低圧側流路を流通さ
   せた後に前記圧縮手段に戻す工程とを有することを特徴
   とする極低温冷凍方法。