JPS61217657A - 極低温液化冷凍機 - 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〕 木光明は極低温液化冷凍機に係り、特に小型の液化冷凍
ｔａに好適な極低温液化冷凍Ｉｌｃ関するものである。

〔発明の背景〕

従来の装置は冷媒ガスを液化する機能のみで。

液化された冷媒ガスは気液分離器で分離さｎ、液化冷媒
ガスはトランスファチューブで別に設置さｎたデユワ−
に移送さｊ、て貯蔵さｒＬ、必要に応じてさらにトラン
スファチューブで被冷却体（例えば超電導マグネット、
クライオパネル等）入び被冷却体を収納したクライオス
タット等に移送されていた。

しかしながら、この従来方式の極低温液化冷凍機の場會
、極低温液化冷凍機とは別にデユワ−を設置しなければ
ならないという不経済な問題があった。

特に液体ヘリウムのデユワ−は外からの熱侵入による蒸
発損失を極力低減させるために通常スーパーインシュレ
ーションと呼ばれる真空多層断熱を施すなどしており、
高価につくばかりでなく、ふく射熱侵入を低減する目的
で液体窒素で冷却さｒたシールドを有することが多く、
この場合ｔこけ定期的な液体窒素の補給が必要になるな
ど、取扱いが煩１１ｋになるなどの問題もあった。

なお、この種の装置として関連するものｔこは例えば、
特公昭５８−２１１８６号公報および特開昭５９−１０
９７５１号公報等が挙げられる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、デユワ−を真空保冷槽内に収納して、
真空保冷槽外部に設ける補語ななくしコンパクトで経済
的な極低温液化冷凍機を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、常温、低圧の冷媒ガスを高圧の冷媒ガスにす
る圧縮機と、高圧の冷媒ガスを膨張させて寒冷を発生さ
せる膨張機と、Ｗｉ記正圧縮機ら吐出される側の高圧の
冷媒ガスと前記圧縮機へ戻る側の低圧の冷媒ガスとを熱
交換させる熱交換器と、低温、高圧の冷媒ガスを膨張さ
せてジュールトムソン効果によって液化させる膨張弁と
、餌記膨張機、熱交換器および膨張弁のそれら低温部分
な収納する真空保冷槽と、前記真空保冷槽内に設けられ
！ｌ′ｉ前記液化した冷媒ガスを貯蔵するデユワ−と、
ｌ！ｆｆ記真空保冷槽内の周囲を囲む熱交換器およびシ
ールド板とかあ構成したことを特徴とし、デュクーを真
空保冷槽内？こ収納して、真空保冷槽外部に設ける補語
ななくしコンパクトで経済的にしたものである。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を第１図と第２図とにより説明する。

ｌは高圧のヘリウムガスを生成する圧縮機、２は高圧配
管１９と低圧シェル２０とから成り、真空保冷槽１７の
内周囲を囲む第１熱又換器、３は第２熱交換器、４は第
３熱交換器、５は＄４熱交換器、６は第５熱交換器、７
は第１膨張機、８は第２膨張機、９は高圧ライン、１０
は第１膨張機７で膨張した後の中圧ヘリウムガスが流れ
る中圧ライン、１１は膨張弁、１２は膨張弁１１を通過
して低圧になったヘリウムガスが流ｎ、る低圧ライン。

１３は液体ヘリウムを貯蔵するテ゛ユワー、１４はデユ
ワ−１３から液体ヘリウムを出入れでする導管、１５．
１６は第１熱交換器２によって冷却さｎｌ、より低温に
なる機器へのふく射熱をシールドするシールド板、１８
は真空排気弁、１９は配管１９ａとフィン１９ｂとから
成る＠１熱交換ａ２の高圧配管、２１は第１熱交換器２
から出た高圧配管である。

次に作用について説明すると、圧縮機１から吐出さｎた
高圧、常温のヘリウムガスは第１熱交換器２の高圧配管
１９に入り、ここで対向して第１熱交換器２の低圧シェ
ル２０を流れる低圧ヘリウムガスによって冷却された後
、一部は第１膨張機７ｃ送らｎ５、残りは第２熱交換器
３の高圧ライン９に入る。第１膨張機７１Ｃ送ちれた高
圧ヘリウムガスは膨張して中圧、低温のヘリウムガスと
なり、第３熱交換器４．中圧ライン】０を通って第２膨
張機８ｃ入る。一方、高圧ライン９に入った残りのヘリ
ウムガスは第２熱交換器３〜第５熱交換器６を通過する
過程でさらに冷却さｒｌ、最終的ｔこは１０に以下の高
圧、低温ヘリウムガスとなって膨張弁１１に入る。膨張
弁１１を通る際に高圧ヘリウムガスは断熱膨張し、ジュ
ールトムソン効果によって低ｍＫ−なり、一部は液化す
る。液化した後の液内ヘリウムはデユワ−Ｊ３の中にた
まり、残りの低圧、低温ヘリウムガスは第５熱交換器６
の低圧ライン１２に戻る。その後、第４熱交換器５〜！
ｇ１熱交換器２の低圧ライン１２を通って対向して流ｒ
、る高圧ヘリウムガスを冷却しつつ、自身の温度を上昇
させ、低圧、常温のヘリウムガスとなって圧縮機】に戻
る。

第２ｍ３４Ａ機８？こ送らｎた中圧、低温のヘリウムガ
スは膨張して低圧、低温のヘリウムガスとなり第４熱又
換器５と第５熱交換器６の間の低圧ライン１２Ｃ含流す
る。

シールド板１５．１６は第１熱交換器２の低圧シェル２
０に接続さｎ、７０〜】ＯＯＫ餌後に冷却されてより低
温部分へのふく射熱侵入を低減する。４９１４はデユワ
−１３の中の液体ヘリウムを取出して被冷却体を収納し
たタライオスタット（図示せず）Ｖこ移送するのに使用
さ几、ここにトランスファチューブを挿入す１ばよい。

また真空保冷槽１７の中は第１熱交換＠２反びシールド
板１５．１６への熱侵入を極力低減するために真空排気
弁１８を介して真空どンプ（図示せず）で排気されてい
る。

第１熱交換器２及びシールド板１５．１６の外側を多層
断熱材で被覆すればより一層、熱侵入を低減できる。

本実施例−こよれば、液体ヘリウムを貯蔵するデユワ−
】３が真空保冷槽１７の中に設けられているので、液化
機と別にデユワ−を設ける必要がなく全体のシステムが
簡単になり、またデユワ−１３が低温の第１熱交換器２
及びシールド板１５゜１６で囲まれているので液体窒素
で冷却する必要もなくなるという効果がある。

本実施例の変形例としてシールド板１５と第１熱交換器
２を出た高圧配管２１を熱的に接触させることによって
シールド板１５をさらに均一に冷却する方法がある。そ
の場費、シールド板１５がより確実に冷却されるのでデ
ユワ−１３への熱４１入量をさらに低減でと、したがっ
て液体ヘリウムの蒸発量を減少させることができるとい
う効果がある。

未発明の他の実施例を第３図により説明する。

同図ｔこおいて、面記−実施例と同一符号は同一部材を
示す。２２は液体窒素槽、２３は冷却コイル。

２４は液体窒素を供給するための導入管である。

この実施例では液化機の運転開始前に液体窒素槽２２＃
こ液体窒素を供給することによって第１熱交換器２、皮
び冷却コイル２３を予冷することができ、クールダウン
時間を短縮できるという効果がある。また運転中におい
ては、ヘリウムガスが冷えているので、液体窒素槽２２
内に液体窒素を充満させておいても気化せず、従来のよ
うに運転中にも補充しなければならないという必要がな
い。

定期保守等においては、液化機の運転を停止しており、
その間でも液体窒素槽２２Ｃ液体窒素を供給しておけば
、デユワ−１３への熱侵入はさほど増大しないので、液
体ヘリウムの蒸発を押えることができるという効果があ
る。またこれにより、次の運転の時のクールダウン時間
を大幅に短縮できるといへ効果がある。

〔発明の効果〕。

本発明によｒ、ば、デユワ−を真空保冷槽内に収納して
、真空保冷槽外部に設ける補語をなくすことができ、コ
ンパクトで経済的な極低温液化冷凍機を得ることができ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である極低温液化冷凍機を示
す断面図、第２図は第１図のＡ部詳細図第３図は本発明
の他の実施例である極低温液化冷凍機を示す断面図であ
る。 １・・・・・・圧縮機、２〜６・・・・・・熱交換器、
７．８・・・・・・膨張機、１１・・・・・・膨張弁、
１３・・・・・・デユワ−１１５，１６・・・・・・シ
ールド板、】７・・・・・・真空保冷槽。 オ１口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、常温、低圧の冷媒ガスを高圧の冷媒ガスにする圧縮
   機と、高圧の冷媒ガスを膨張させて寒冷を発生させる膨
   張機と、前記圧縮機から吐出される側の高圧の冷媒ガス
   と前記圧縮機へ戻る側の低圧の冷媒ガスとを熱交換させ
   る熱交換器と、低温、高圧の冷媒ガスを膨張させてジュ
   ールトムソン効果によつて液化させる膨張弁と、前記膨
   張機、熱交換器および膨張弁のそれら低温部分を収納す
   る真空保冷槽と、前記真空保冷槽内に設けられ前記液化
   した冷媒ガスを貯蔵するデユワーと、前記真空保冷槽内
   の周囲を囲む熱交換器およびシールド板とから構成した
   ことを特徴とする極低温液化冷凍機。