JPH0875283A - 極低温冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】運転操作性に優れ、効率の良い極低温冷凍装置
を提供する。 【構成】冷却段階１から送られる高圧の極低温冷媒を噴
射ガスとする極低温エジェクター２を有し、被冷却体４
からの戻り極低温冷媒を中間圧力まで昇圧する極低温圧
縮機３を有し、極低温圧縮機３の吐出ガスを極低温エジ
ェクター２の吸入ガスとする。 【効果】運転操作性に優れた極低温圧縮機で中間圧力ま
で昇圧し、外部動力を要さない極低温エジェクターで更
に昇圧するため、運転操作性が良く高効率な極低温冷凍
装置を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、極低温冷凍装置に係
り、特に大気圧以下に減圧された極低温冷媒を生成する
に好適な極低温冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の極低温冷凍装置としては、例え
ば、特開平３−２４４９６６号公報に記載のように、冷
却段階から送られた高圧の極低温冷媒を噴射ガスとし、
被冷却体からの戻り極低温冷媒を吸入ガスとした極低温
エジェクターを有するものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、極低
温エジェクターが機構的に固定されているため運転上の
融通性が少ないという問題があった。さらに、被冷却体
の運転モードによって変動する被冷却体からの戻り極低
温冷媒流量を吸収し戻り極低温冷媒の圧力を保持するた
めには、極低温エジェクターの噴射ガス流量を熱バラン
スで必要な流量より増大せざるを得なく装置の効率が低
下するという問題があった。

【０００４】本発明は上記従来技術の問題点を解決し、
運転操作性が良く、効率の良い極低温冷凍装置を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、被冷却体か
らの戻り極低温冷媒を昇圧するための極低温圧縮機を設
け、極低温圧縮機の吐出ガスを極低温エジェクターの吸
入ガスとすることによって達成できる。

【０００６】

【作用】一般的に、エジェクターは狭いノズルから噴射
ガスを超音速で噴射させ、この超音速部で吸入ガスを吸
引し、ディフューザ部で圧力回復させる機構になってい
る。従って、エジェクターは外部からの仕事を要さずに
吸入ガスを昇圧できるが、吸入ガス流量が増大すると吸
入圧力が上昇するという特徴がある。

【０００７】一方、圧縮機は外部から仕事を与えること
によって昇圧するもので、運転操作性は優れているが、
圧縮比が大きくなると必要な動力が増大し、実容積流量
が減少すると機器が小形化し効率が低下するという特徴
がある。

【０００８】極低温冷凍装置、例えばヘリウム冷凍装置
では、被冷却体の運転モードにより多様な運転条件が必
要となり、被冷却体からの戻り極低温冷媒流量も大幅に
変動する。又、ヘリウム冷凍装置は、極低温（大気圧下
の液体ヘリウム温度は4.2Ｋ）のため、実容積流量が小
さくなるという特徴がある。

【０００９】本発明は、これらの特徴を検討した結果、
大気圧下に減圧された極低温冷媒を生成するに好適な極
低温冷凍装置として、被冷却体からの戻り極低温冷媒を
運転操作性の優れた極低温圧縮機で中間圧力まで昇圧
し、冷却段階から送られた高圧極低温冷媒を噴射ガスと
する極低温エジェクターで極低温圧縮機の吐出ガスを吸
入するものであり、運転操作性の良い、高効率の極低温
冷凍装置を実現できる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。図１において、１は複数の熱交換器と複数の膨張タ
ービンを含む冷却段階、２は極低温エジェクター、３は
極低温圧縮機、４は被冷却体、５は気液分離器、６は極
低温エジェクター入口弁、７は液体ヘリウム供給弁、８
は極低温圧縮機出口弁、９は極低温圧縮機バイパス弁、
１０は極低温圧縮機バイパスラインである。

【００１１】次に、以上のように構成された本発明の実
施例の動作を説明する。複数の熱交換器と複数の膨張タ
ービンを含む冷却段階１から供給された高圧の極低温冷
媒は、極低温エジェクター入口弁６を通り極低温エジェ
クター２の噴射ガスとなり、極低温エジェクター２の中
で吸入ガスと混合し、気液混相状態となって気液分離器
５に供給される。気液分離器５で気液分離された極低温
ヘリウムガスは冷却段階１に戻り、液体ヘリウムは液体
ヘリウム供給弁７を通り被冷却体４に供給される。被冷
却体４を冷却しガス化した極低温ヘリウムガスは、極低
温圧縮機３で中間圧力まで昇圧され、極低温圧縮機出口
弁８を通り極低温エジェクター２の吸入ガスとなる。

【００１２】極低温エジェクター入口弁６は、極低温冷
凍装置の種々の運転条件に合わせ極低温エジェクター２
の噴射ガス流量を調整するために設けられている。液体
ヘリウム供給弁７は、被冷却体４の熱負荷に合わせ供給
する液体ヘリウムを制御するために設けられ、減圧弁も
兼ねている。極低温圧縮機出口弁８は、極低温圧縮機３
が停止中にラインを閉止するために設けられ、極低温圧
縮機バイパス弁９及び極低温圧縮機バイパスライン１０
は、極低温圧縮機３を使用しない運転のために設けられ
ている。

【００１３】極低温圧縮機３は、被冷却体４の運転モー
ドによって変動する極低温ヘリウムガス流量に対応し、
図示しない制御手段によって極低温ヘリウムガスの圧力
を所定の設定値に保持するように容量制御（例えば、回
転数制御）される。

【００１４】以上、詳細に説明したように、本実施例に
よれば運転操作性に優れた極低温圧縮機で中間圧力まで
昇温し、冷却段階から送られる高圧の極低温冷媒を噴射
ガスとする極低温エジェクターの吸入ガスとするため、
運転操作性が良く、高効率の極低温冷凍装置を実現でき
るという効果がある。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、冷却段階から送られる
高圧の極低温冷媒を噴射ガスとする極低温エジェクター
を有し、被冷却体からの戻り極低温冷媒を中間圧力まで
昇圧する極低温圧縮機を有し、極低温圧縮機の吐出ガス
を極低温エジェクターの吸入ガスとすることにより、被
冷却体の多様な熱負荷条件を運転操作性の優れた極低温
圧縮機で吸入し、外部動力を要しない極低温エジェクタ
ーで極低温圧縮機の吐出ガスを吸入・昇圧するため、運
転操作性が良く、高効率の極低温冷凍装置を実現できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す系統図である。

【符号の説明】

１…冷却段階、２…極低温エジェクター、３…極低温圧
縮機、４…被冷却体、５…気液分離器。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧ガス流を液化ガス温度の近くまで冷却
   するため複数の熱交換器と複数の膨張タービンを含む冷
   却段階と、極低温冷媒で冷却される被冷却体を有する極
   低温冷凍装置において、上記冷却段階から送られた高圧
   の極低温冷媒を噴射ガスとする極低温エジェクターと、
   上記被冷却体からの戻り極低温冷媒を昇圧するたための
   極低温圧縮機とを有し、上記極低温圧縮機の吐出ガスを
   上記極低温エジェクターの吸入ガスとしたことを特徴と
   する極低温冷凍装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の極低温圧縮機をターボ式の
   極低温圧縮機としたことを特徴とする極低温冷凍装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の極低温冷凍装置において、
   極低温圧縮機のバイパスラインを設けたことを特徴とす
   る極低温冷凍装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の極低温冷凍装置において、
   極低温圧縮機の入口圧力を極低温圧縮機の容量制御によ
   り所定の設定値に保持する制御手段を有することを特徴
   とする極低温冷凍装置。
5. 【請求項５】請求項１記載の極低温冷凍装置に使用され
   る極低温圧縮機、及び極低温エジェクター。
6. 【請求項６】請求項１記載の極低温冷凍装置で冷却され
   る被冷却体。