[go: up one dir, main page]

JPS63220048A - Cryogenic refrigerator - Google Patents

Cryogenic refrigerator

Info

Publication number
JPS63220048A
JPS63220048A JP5354087A JP5354087A JPS63220048A JP S63220048 A JPS63220048 A JP S63220048A JP 5354087 A JP5354087 A JP 5354087A JP 5354087 A JP5354087 A JP 5354087A JP S63220048 A JPS63220048 A JP S63220048A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
refrigerant
cooler
temperature
valve
controlled object
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5354087A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
和夫 三浦
種谷 昭一
聡 野口
倫明 康
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daikin Industries Ltd filed Critical Daikin Industries Ltd
Priority to JP5354087A priority Critical patent/JPS63220048A/en
Publication of JPS63220048A publication Critical patent/JPS63220048A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ヘリウム等を利用した極低温冷凍装置におけ
る温度調節の操作性の向上対策に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to measures for improving the operability of temperature control in cryogenic refrigeration equipment using helium or the like.

(従来の技術) 従来より、極低温冷凍装置として、例えば米国特許第4
223540号公報に開示されるように、ヘリウム等の
冷媒ガスをJ−T弁でジュールトムソン膨張させて冷却
器に供給し、冷却器で熱交換を行って極低温を発生させ
るようにしたものがよく知られている。
(Prior Art) Conventionally, cryogenic refrigeration equipment has been developed, for example, as disclosed in U.S. Pat.
As disclosed in Japanese Patent No. 223540, a refrigerant gas such as helium is Joule-Thomson expanded using a J-T valve and supplied to a cooler, and the cooler generates extremely low temperatures by exchanging heat. well known.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、上記従来のものでは、冷却器が目的の温
度まで降下したクールダウン俊に、温度調節などの目的
で昇温用ヒータを併用して冷却器を昇温しようとすると
き、昇温用ヒータの発熱量とJ−T弁の開度とを共に調
節する必要があり、特に、冷却器の温度を4〜7に付近
で安定させようとすると、昇温用ヒータの加熱による冷
却器の温度変化に冷媒流量の変化を素早く対応させる必
要があるために、昇温用ヒータの入力調整と、J−■弁
の調節とを同時に行わなければならず、操作性に欠けて
いる。
(Problem to be Solved by the Invention) However, in the above-mentioned conventional system, when the cooler cools down to the target temperature, a heating heater is used in conjunction with the heater to raise the temperature for the purpose of temperature adjustment, etc. When trying to raise the temperature, it is necessary to adjust both the calorific value of the temperature raising heater and the opening degree of the J-T valve. Since it is necessary to quickly adjust the refrigerant flow rate to changes in the temperature of the cooler due to heating by the warming heater, it is necessary to adjust the input of the heating heater and the J-■ valve at the same time. It lacks operability.

この問題に対し、本発明の第1の目的は、冷却器の昇温
に応じて冷却器への冷媒流量が減少するように冷媒流量
の自動調節を行わせることにより、J−T弁の開度調節
を不要にして、簡便に温度調節を行うことにある。
To solve this problem, the first object of the present invention is to automatically adjust the refrigerant flow rate so that the refrigerant flow rate to the cooler decreases as the temperature of the cooler increases, thereby opening the J-T valve. To easily adjust temperature by eliminating the need for temperature adjustment.

一方、冷却器のクールダウン時および温度制御を行う際
の降温時においては、冷却器への冷媒流量が少ないと、
冷却時間が増大するという問題が生ずる。このことから
、本発明の第2の目的は、上記第1の目的に加えて、冷
却器の降温時には、冷却器への冷媒流量の減少を阻止す
る手段を講じることにより、冷却時間の増大を防止する
ことにある。
On the other hand, if the refrigerant flow rate to the cooler is low during cool-down of the cooler or during temperature control,
A problem arises in that the cooling time increases. From this, the second object of the present invention, in addition to the first object, is to prevent an increase in the cooling time by taking measures to prevent a decrease in the flow rate of refrigerant to the cooler when the temperature of the cooler decreases. The purpose is to prevent it.

(問題点を解決するための手段) 上記第1の目的を達成するため、第1の発明の解決手段
は、第1図に示すように、ヘリウム等ガス冷媒をジュー
ルトムソン膨張させるJ−T弁(10)と、咳J−T弁
(10)でジュールトムソン膨張した冷媒により制御対
象(17)に極低温を発生させる冷却器(11)と、上
記制御対象(17)を加熱づる加熱手段(H)とを備え
た極低温冷凍装置を前提とする。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above-mentioned first object, the solving means of the first invention is as shown in FIG. (10), a cooler (11) that generates an extremely low temperature in the controlled object (17) using Joule-Thomson expanded refrigerant in the cough J-T valve (10), and a heating means (11) that heats the controlled object (17). A cryogenic refrigeration system equipped with H) is assumed.

そして、上記冷却器(11)の上下流を冷却器(11)
をバイパスして連通ずるバイパス管(13)を設ける構
成としたものである。
A cooler (11) is connected upstream and downstream of the cooler (11).
The structure is such that a bypass pipe (13) is provided to bypass and communicate with each other.

また、第2の発明の目的を達成するため、第2の発明の
解決手段は、第4図に示すように、ヘリウム等ガス冷媒
をジュールトムソン膨張させるJ−T弁(10)と、該
J−T弁(10)でジュールトムソン膨張した冷媒によ
り制御対象(17)に極低温を発生させる冷却器(11
)と、上記制御対象(17)を加熱する加熱手段(H)
とを備えた極低温冷凍装置を前提とする。
Further, in order to achieve the object of the second invention, the solution means of the second invention includes a J-T valve (10) for Joule-Thomson expansion of a gas refrigerant such as helium, as shown in FIG. - A cooler (11) that generates a cryogenic temperature in the controlled object (17) using the Joule-Thomson expanded refrigerant in the T valve (10).
), and heating means (H) for heating the controlled object (17).
This assumes a cryogenic refrigeration system equipped with

そして、上記冷却器(11)の上下流を冷却器(11)
をバイパスして連通ずるバイパス管(13)を設け、該
バイパス管(13)に冷媒のバイパス量を調節する流量
制御弁(14)を設ける構成としたものである。
A cooler (11) is connected upstream and downstream of the cooler (11).
A bypass pipe (13) is provided to bypass and communicate with the refrigerant, and the bypass pipe (13) is provided with a flow control valve (14) for adjusting the bypass amount of the refrigerant.

(作用) 以上の構成により、第1の発明では、冷凍@置のクール
ダウン後の運転時、ヘリウムガス冷媒はJ−T弁(10
)でジュールトムソン膨張作用を受しプて極低温状態と
なり、冷却器(11)における熱交換により、制御対象
(17)が極低温状態になる。そして、この制御対象(
17)を温度一定に制御するためには、加熱手段(H)
の出力を調節して制御対象(17)の温度を上昇させる
と、それに伴い冷却器(11)の冷媒温度が上昇して冷
却器(11)の単位重量当りの冷凍能力が急増する。そ
のとき、冷却器(11)側では冷媒温度の上昇により冷
媒の流体抵抗が増大するので、バイパス管(13)側へ
の冷媒流mが増大し、冷却器(11)側への冷媒流量が
減少して上記単位重量当りの冷凍能力の上昇効果を緩和
し、このことによって、冷却器(11)の冷凍能力が適
性範囲に自vJ調節される。すなわち、J−T弁(10
)における全体としての冷媒流量および冷媒温度はほぼ
一定に保持されるので、J−T弁(10)の開度を変化
させる必要がなく、よって、加熱手段(ト1)の加熱出
力の調整のみにより制御対象の温度を一定に制御するこ
とができ、操作の簡便化を図ることができることになる
(Function) With the above configuration, in the first invention, the helium gas refrigerant is supplied to the J-T valve (10
), the controlled object (17) becomes a cryogenic state due to heat exchange in the cooler (11). And this controlled object (
17) to keep the temperature constant, the heating means (H)
When the temperature of the controlled object (17) is raised by adjusting the output of the cooler (11), the refrigerant temperature of the cooler (11) increases accordingly, and the refrigerating capacity per unit weight of the cooler (11) increases rapidly. At that time, the fluid resistance of the refrigerant increases on the cooler (11) side due to the rise in refrigerant temperature, so the refrigerant flow m toward the bypass pipe (13) increases, and the refrigerant flow rate toward the cooler (11) increases. This reduces the effect of increasing the refrigerating capacity per unit weight, thereby adjusting the refrigerating capacity of the cooler (11) to an appropriate range. That is, J-T valve (10
), the overall refrigerant flow rate and refrigerant temperature are kept almost constant, so there is no need to change the opening degree of the J-T valve (10), and therefore only the heating output of the heating means (1) can be adjusted. Accordingly, the temperature of the controlled object can be controlled to be constant, and the operation can be simplified.

また、本出願の第2の発明では、制御対象(17)の温
度一定制御を行うときの作用は上記第1の発明の作用と
同様である。加えて、冷凍装置のクールダウン時には流
量制御弁(14)の操作によりバイパス管(13)側の
冷媒流量が減少するように調節されて、冷却器(11)
側の冷媒流量が十分大きく確保される。よって、冷却器
(11)の冷凍能力を十分高く維持することができ、制
御対象(17)の降温に要する時間の増加を有効に防止
することができるものである。
Further, in the second invention of the present application, the operation when performing constant temperature control of the controlled object (17) is the same as that of the first invention. In addition, during cool-down of the refrigeration system, the flow rate of refrigerant on the bypass pipe (13) side is adjusted to decrease by operating the flow control valve (14).
A sufficiently large flow rate of refrigerant on the side is ensured. Therefore, the refrigerating capacity of the cooler (11) can be maintained at a sufficiently high level, and an increase in the time required to lower the temperature of the controlled object (17) can be effectively prevented.

(第1の発明の実施例) 以下、第1の発明の実施例を第1図〜第2図に基づき説
明する。
(Embodiments of the first invention) Hereinafter, embodiments of the first invention will be described based on FIGS. 1 and 2.

第1図は、第1の発明の実施例に係るヘリウム冷凍装置
の要部の冷媒系統を示し、(1)は内部を真空状態に保
持されテストピース等を取付けて各種極低温試験を行う
ための真空室、(2)は該真空室(1)に主要部分を組
み込まれたJ−T回路ユニット、(3)は上記真空室(
1)に取り付けられた予冷冷凍機である。
Fig. 1 shows the refrigerant system of the main part of the helium refrigeration system according to the embodiment of the first invention, and (1) is for holding the inside in a vacuum state and attaching test pieces etc. to perform various cryogenic tests. (2) is a J-T circuit unit whose main part is incorporated in the vacuum chamber (1), (3) is the vacuum chamber (
1) is a pre-cooling refrigerator installed.

上記J−T回路ユニット(2)の真空室(1)内に組み
込まれた主要部分において、(5)。
(5) in the main part incorporated in the vacuum chamber (1) of the J-T circuit unit (2).

(6)、(7)は、それぞれ圧縮l1l(図示せず)に
よって圧縮されたヘリウムガス冷媒の高圧ガスと圧縮礪
に戻る低圧ガスとの熱交換を順次行う第1、第2.第3
J−T熱交換器、<8)、(9)は、それぞれ第1.第
2予冷器であって、該第1゜第2予冷器(8)、(9)
は上記予冷冷凍機(3)により冷却される第1.第2ヒ
ートステージ田ン(15)、(16)と往路のガス冷媒
との熱交換を行うものである。また、(10)は上記第
3J−T熱交換器(7)からのヘリウムガス冷媒をジュ
ールトムソン膨張させるJ−T弁、(11)は該J−T
弁(10)でジュールトムソン膨張した冷媒による冷却
作用を行う冷却器であって、該冷却器(11)は上記ジ
ュールトムソン膨張した冷媒と制御対象としての第3ヒ
ートステーシヨン(17)との熱交換を行うものである
。そして、上記各機器(5)〜(11)は冷媒配管(1
2)によって冷媒の流通可能に接続されて冷媒回路を構
成している。
(6) and (7) are the first, second and third stages, respectively, which sequentially perform heat exchange between the high-pressure gas of the helium gas refrigerant compressed by compression l1l (not shown) and the low-pressure gas returning to the compression chamber. Third
J-T heat exchangers, <8) and (9) are respectively No. 1. a second precooler, the first and second precoolers (8), (9);
is cooled by the pre-cooling refrigerator (3). Heat exchange is performed between the second heat stage tanks (15) and (16) and the gas refrigerant on the outward path. Further, (10) is a J-T valve that causes Joule-Thomson expansion of the helium gas refrigerant from the third J-T heat exchanger (7), and (11) is a J-T valve that expands the helium gas refrigerant from the third J-T heat exchanger (7).
The cooler (11) performs a cooling effect using the Joule-Thompson expanded refrigerant using the valve (10), and the cooler (11) performs heat exchange between the Joule-Thompson expanded refrigerant and the third heat station (17) as a controlled object. This is what we do. Each of the above-mentioned devices (5) to (11) is connected to the refrigerant pipe (1
2) are connected so that refrigerant can flow, thereby forming a refrigerant circuit.

さらに、上記J−T弁(10)から冷却器(11)に冷
媒を供給する供給管(12a>と、冷却器(11)から
第3J−T熱交換器(7)に冷媒を戻す戻り管(12b
)との間はバイパス管(13)によって冷媒の流通可能
に接続され、該バイパス管(13)により冷却器(11
)に供給される冷媒の一部がバイパスして冷却器(11
)の下流側に流れるようになされている。
Furthermore, a supply pipe (12a>) that supplies refrigerant from the J-T valve (10) to the cooler (11), and a return pipe that returns refrigerant from the cooler (11) to the third J-T heat exchanger (7). (12b
) is connected to the cooler (11
) is bypassed and a part of the refrigerant supplied to the cooler (11
) so that it flows downstream.

また、上記第3ヒートステーシヨン(17)は極低温試
験を行うテストピース等を取付ける試料取付部(図示せ
ず)に熱伝導可能に接続されているとともに、その下方
には、冷却器(11)による第3ヒートステーシヨン(
17)の温度制御時に第3ヒートステーシヨン(17)
(制御対象)を加熱する加熱手段としての昇温用ヒータ
(ト1)が配置されている。
Further, the third heat station (17) is connected in a thermally conductive manner to a sample mounting part (not shown) for mounting a test piece etc. for performing a cryogenic test, and a cooler (11) is installed below the third heat station (17). The third heat station (
3rd heat station (17) when controlling the temperature of
A temperature increasing heater (1) is arranged as a heating means for heating the (controlled object).

尚、第1図において、(18)は上記第2および第3ヒ
ートステーシヨン(16)、(17)間を熱伝導可能に
接続する熱伝導棒、(19)は上記第2.第3J−T熱
交換器(6)、(7)、第2予冷器(9)、第2.第3
ヒートステーシヨン(16)、(17)、J−T弁(1
0)、冷却器(11)、ヒータ(H)およびバイパス管
(13)の全体を輻射シールするヒートシールド、(2
0)は上記J−T弁(10)の開閉を手動で行うための
ハンドルである。
In FIG. 1, (18) is a heat conductive rod that connects the second and third heat stations (16) and (17) in a heat conductive manner, and (19) is the second heat station. 3rd J-T heat exchanger (6), (7), 2nd precooler (9), 2nd. Third
Heat station (16), (17), J-T valve (1
0), a heat shield that radiation-seals the entire cooler (11), heater (H), and bypass pipe (13), (2)
0) is a handle for manually opening and closing the J-T valve (10).

次に、上記実施例の作用を説明するに、冷凍装置の運転
時、圧aaから送られるヘリウムガス冷媒は第1J−T
熱交換器(5)において復路の冷媒との熱交換により冷
却され、次に、第1予冷器(8)で予冷され、以下、第
2J−T熱交換器(6)、第2予冷器(9)、第3J−
T熱交換器(7)において、同様の冷却作用を受けて順
次極低温状態近くまで冷却される。そして、J−T弁(
1o)でジュールトムソン膨張作用を受けて極低温状態
となり冷却器(11)における熱交換により、第3ヒー
トステーシヨン(17)を極低温状態に冷却する。そし
て、第3ヒートステーシヨン(17)のクールダウン後
には、上記ヒータ(1−1)の出力の調節とそれに応じ
た冷却器(11)の冷凍能力の自動調節機能とによって
、第3ヒートステーシヨン(17)の温度が所定の値に
保持される。以下、その調節原理を第2図ないし第4図
に基づき説明する。
Next, to explain the operation of the above embodiment, when the refrigeration system is operated, the helium gas refrigerant sent from the pressure aa is
It is cooled by heat exchange with the return refrigerant in the heat exchanger (5), and then precooled in the first precooler (8), and then the second J-T heat exchanger (6) and the second precooler ( 9), 3rd J-
In the T heat exchanger (7), the heat exchanger (7) receives a similar cooling effect and is sequentially cooled down to near cryogenic temperatures. And J-T valve (
At 1o), the third heat station (17) is brought to a cryogenic temperature due to the Joule-Thomson expansion action and is cooled to a cryogenic temperature by heat exchange in the cooler (11). After the third heat station (17) is cooled down, the output of the heater (1-1) is adjusted and the cooling capacity of the cooler (11) is automatically adjusted accordingly. 17) temperature is maintained at a predetermined value. The principle of adjustment will be explained below with reference to FIGS. 2 to 4.

第2図は上記J−T回路ユニット(2)のJ−丁弁(1
0)付近の冷媒回路の詳細を示し、(a)は上記第2ヒ
ートステーシヨン(9)と第3J−T熱交換器(7)と
の間の一点、(b)は第3J−T熱交換器(7)とJ−
T弁(10)との間の一点、(c)はJ−T弁(10)
とバイパス管く13)の分岐点との間の一点、(d>は
冷却器(11)とバイパス管(13)の合流点との間の
一点、(e)はバイパス管(13)の合流点と第3J−
T熱交換器(7)との間の一点、(f)は復路における
第3J−T熱交換器(7)と第2J−T熱交換器(6)
との間の一点である。
Figure 2 shows the J-T valve (1) of the above J-T circuit unit (2).
0) Details of the nearby refrigerant circuit, (a) is a point between the second heat station (9) and the third J-T heat exchanger (7), and (b) is the point between the third J-T heat exchanger (7). Vessel (7) and J-
One point between the T valve (10), (c) is the J-T valve (10)
(d) is a point between the junction of the cooler (11) and the bypass pipe (13), and (e) is the junction of the bypass pipe (13). Point and 3rd J-
One point between the T heat exchanger (7), (f) is the point between the third J-T heat exchanger (7) and the second J-T heat exchanger (6) on the return trip
It is a point between.

そして、冷却器(11)への冷媒流量(重量換算、以下
同様)をG1バイパス管(13)への冷媒流量をG′と
すると、全体の冷媒流量Go (第2図参照)は下記(
1)式 %式%(11 で表され、上記ヒータ(H)の加熱により第3ヒートス
テーシヨン(17)が昇温されると、冷却器(11)で
は、冷媒温度の上昇のために冷媒の圧力損失が大きくな
り、冷媒流量Gが減少する。
Then, if the refrigerant flow rate to the cooler (11) (in terms of weight, the same applies hereinafter) and the refrigerant flow rate to the G1 bypass pipe (13) are G', the total refrigerant flow rate Go (see Figure 2) is as follows (
1) Expression % Expression % (11) When the third heat station (17) is heated by the heater (H), the cooler (11) cools the refrigerant to increase the refrigerant temperature. The pressure loss increases and the refrigerant flow rate G decreases.

そのため、昇温時の冷却器(11)の冷媒流量G(点(
d)における流量)と、第3ヒートステーシヨン(17
)の温度が4.2にのとき(以下、基準状態という)の
冷媒流ff1G^(以下、基準流量という)との冷媒流
量比G/GAは、第4図の特性図に示すように、点(d
)における冷媒温度Tdの上昇とともに減少する。
Therefore, the refrigerant flow rate G (point (
d)) and the third heat station (17
When the temperature of Point (d
) decreases as the refrigerant temperature Td increases.

また、上記冷媒回路の各点(a)〜(f)におけるエン
タルピおよび圧力の関係は、第3図のモリエル線図上の
各点(a)〜(1’)に示されるごとくになる。そして
、基準状態時の冷却器(11)における冷媒の単位重量
当りの冷凍能力は、点(e)、におけるエンタルピhO
と、点(C)におけるエンタルピhcとの差(エンタル
ピ変化)ΔhAで表される。すなわち下記(2)式、Δ
hA=h8−hc           (2]が成り
立つ。同様に、ヒータ(H>の加熱により上記点(d)
における冷tlIc温度Tdが上昇したときには、冷却
器(11)の冷媒の単位1ffl当りの冷凍能力(エン
タルピ変化)Δhは下記式(3)、Δh=hd −hc
            [3]で表され、上記ΔhA
よりも増大するので(第3図参照)、ΔhとΔhAとの
エンタルピ変化比Δh/ΔhAは、冷媒温度Tdの上昇
とともに非常に急激に増大する(第4図参照)。
Further, the relationship between enthalpy and pressure at each point (a) to (f) of the refrigerant circuit is as shown at each point (a) to (1') on the Mollier diagram in FIG. The refrigerating capacity per unit weight of the refrigerant in the cooler (11) in the standard state is the enthalpy hO at point (e).
and the enthalpy hc at point (C) (enthalpy change) expressed as ΔhA. In other words, the following equation (2), Δ
hA=h8-hc (2) holds true.Similarly, by heating the heater (H>), the above point (d)
When the cooling tlIc temperature Td increases, the refrigerating capacity (enthalpy change) Δh per unit of refrigerant of the cooler (11) is expressed by the following formula (3), Δh=hd −hc
[3], and the above ΔhA
(see FIG. 3), the enthalpy change ratio Δh/ΔhA between Δh and ΔhA increases very rapidly as the refrigerant temperature Td increases (see FIG. 4).

そして、冷却器(11)の冷凍能力は上記冷媒流IGと
単位重量当りの冷凍能力Δhとの積で求められ、温度上
昇時の冷凍能力を01上記基準状態時の冷凍能力をQA
とすると、両者の冷凍能力比Q / Q Aは温度上昇
とともに増大するが、その増大率は冷却器(11)への
冷媒流量の減少により緩和されて、上記単位重量当りの
冷凍能力比(エンタルピ変化比)Δh/Δh^の増大率
よりもはるかに緩やかなものとなる(第4図参照)。
The refrigerating capacity of the cooler (11) is determined by the product of the refrigerant flow IG and the refrigerating capacity Δh per unit weight.
Then, the refrigerating capacity ratio Q / Q A of both increases as the temperature rises, but the rate of increase is moderated by the decrease in the flow rate of refrigerant to the cooler (11), and the refrigerating capacity ratio per unit weight (enthalpy) increases. (change ratio) is much slower than the rate of increase of Δh/Δh^ (see Fig. 4).

以上の冷媒流量と、エンタルごと、冷凍能力との関係か
ら導かれるように、ヒータ(H)の加熱調節により第3
ヒートステーシヨン(17)の温度をある一定値Tdに
制御するには、上記第3図の特性図から冷媒温度Tdに
対応する冷凍能力比Q / Q Aを求め、上記基準状
態時における冷却器(11)の冷媒流量GAおよびバイ
パス管(13)の冷媒流ff1GA’ との比を下記(
4)式、GA/GA’ =1/((Q/QA)−1) 
 (41に従うように設定すればよい。すなわち、上記
(4)式を満足するときには、冷却器(11)側とバイ
パス管(13)側との合流後の点(e)におけるエンタ
ルピheおよび冷媒温度Teが不変となるために、J−
T弁(10)の開度が一定のままで冷却器(11)の冷
媒温度をTdまで昇温できる。
As derived from the above relationship between the refrigerant flow rate, each enthal, and the refrigerating capacity, the third
In order to control the temperature of the heat station (17) to a certain constant value Td, find the refrigerating capacity ratio Q / Q A corresponding to the refrigerant temperature Td from the characteristic diagram in FIG. The ratio between the refrigerant flow rate GA of 11) and the refrigerant flow ff1GA' of the bypass pipe (13) is determined as follows (
4) Formula, GA/GA' = 1/((Q/QA)-1)
(41). In other words, when the above equation (4) is satisfied, the enthalpy he and the refrigerant temperature at the point (e) after the convergence of the cooler (11) side and the bypass pipe (13) side Since Te remains unchanged, J-
The refrigerant temperature in the cooler (11) can be raised to Td while the opening degree of the T-valve (10) remains constant.

つまり、ヒータ(H)の加熱出力の調節だけで、第3ヒ
ートステーシヨン(17)の温度を目標温度Tdに一定
制罪できることになる。
In other words, the temperature of the third heat station (17) can be controlled to a certain level at the target temperature Td simply by adjusting the heating output of the heater (H).

前記従来のものでは、バイパス管(13)による冷却器
(11)への冷媒流量の自動調節掘能がないために、第
3図の特性図に示すように、昇温時の単位重量当りの冷
凍能力Qと基準状態時の単位時間当りの冷凍能力QAと
の冷凍能力比Q/QAが、冷媒温度Tdの上昇に応じて
急激に増大するために、実際上、J−T弁(10)の開
度制御によって温度一定制御を行うのは非常に困難であ
る。それに対し、本発明例では、供給管(12a)と戻
り管(12b)との間にバイパス管(13)を設けたの
で、ヒータ(H>の加熱による昇温時にもJ−T弁(1
0)の開度を何等変更する必要がなく、簡便な操作でも
って第3ヒートステーシヨン(17)の温度一定制罪を
行うことができる。
In the conventional system, since there is no ability to automatically adjust the flow rate of refrigerant to the cooler (11) through the bypass pipe (13), as shown in the characteristic diagram of Fig. 3, the amount per unit weight when the temperature rises is Since the refrigerating capacity ratio Q/QA between the refrigerating capacity Q and the refrigerating capacity QA per unit time in the standard state increases rapidly as the refrigerant temperature Td increases, in reality, the J-T valve (10) It is very difficult to maintain a constant temperature by controlling the opening of the valve. In contrast, in the example of the present invention, since the bypass pipe (13) is provided between the supply pipe (12a) and the return pipe (12b), even when the temperature rises due to heating by the heater (H>), the J-T valve (1
There is no need to change the opening degree of the third heat station (17), and the temperature of the third heat station (17) can be maintained at a constant temperature with a simple operation.

尚、本実施例においては、バイパス管(13)により冷
却器(11)の冷媒流量がバイパスされるので、第3ヒ
ートステーシヨン(17)のクールダウン時には、その
降温時間が増大する場合があり得る。しかし、本実施例
の極低温冷凍装置は、特に極低温状態における長時間の
温度一定制御を必要とするような試験、例えば、超伝導
体物質の遷移温度付近における特性の測定等、極低温状
態における各種の試験に対して著効を発揮するものであ
る。
In addition, in this embodiment, since the refrigerant flow rate of the cooler (11) is bypassed by the bypass pipe (13), the cooling down time of the third heat station (17) may increase when cooling down the third heat station (17). . However, the cryogenic refrigeration system of this embodiment is suitable for tests that require constant temperature control over a long period of time in a cryogenic state, such as measuring the characteristics of a superconductor material near its transition temperature. It is highly effective in various tests.

(第2の発明の実施例) 次に、第2の発明の実施例を第5図に基づき説明づる。(Example of the second invention) Next, an embodiment of the second invention will be explained based on FIG.

第5図は、第2の発明の実施例辷係るヘリウム冷凍装置
の冷媒系統を示し、その大部分の構成は、上記第1図に
示した第1の発明の実施例と同様であるので、第1図と
同じ部分については同じ符号を付して説明を省略し、異
なる部分のみを説明することとする。
FIG. 5 shows a refrigerant system of a helium refrigeration system according to an embodiment of the second invention, and most of its configuration is the same as that of the embodiment of the first invention shown in FIG. The same parts as in FIG. 1 will be given the same reference numerals and the explanation will be omitted, and only the different parts will be explained.

第5図において、冷却器(11)の供給管(12a)と
戻り管<12b)との間は、バイパス管(13)によっ
て冷媒の流通可能に接続されている。さらに、該バイパ
ス管(13)には電気信丹により開閉してその冷媒流f
aG’を調節する流量制御弁としての電磁開閉弁(14
)が介設されている。
In FIG. 5, the supply pipe (12a) and return pipe <12b) of the cooler (11) are connected by a bypass pipe (13) so that the refrigerant can flow therebetween. Furthermore, the bypass pipe (13) is opened and closed by an electric shintan to cause the refrigerant flow f.
Electromagnetic on-off valve (14) as a flow control valve to adjust aG'
) is provided.

したがって、この場合には、ヒータ(H)による加熱調
節のみで第3ヒートステーシヨン(17)の温度一定制
御を行うことができるとともに、第3ヒートステーシヨ
ン(17)のクールダウン時には上記電磁開閉弁(14
)を閉じることにより速やかに降温することができる。
Therefore, in this case, it is possible to control the temperature of the third heat station (17) to be constant only by adjusting the heating by the heater (H), and when cooling down the third heat station (17), the electromagnetic on-off valve ( 14
), the temperature can be lowered quickly.

すなわち、上記第1の発明の実施例においては、第3ヒ
ートステーシヨン(17)のクールダウン時にもバイパ
ス?!(13)への冷媒のバイパス流が存在するために
、冷却器(11)の冷凍能力が減少して、その降温に要
する時間が長くかかる場合が生じ得るが、本例では、ク
ールダウン時には電磁開閉弁(14)を閉じることによ
って、冷却器(11)の冷凍能力を十分大きく維持する
ことができ、よって、降温時間の増加を有効に防止し得
るものである。
That is, in the embodiment of the first invention, the third heat station (17) is also bypassed during cool-down. ! Since there is a bypass flow of refrigerant to the cooler (13), the refrigerating capacity of the cooler (11) may be reduced and it may take a longer time to lower the temperature, but in this example, the electromagnetic By closing the on-off valve (14), the refrigerating capacity of the cooler (11) can be maintained sufficiently large, and therefore, an increase in temperature drop time can be effectively prevented.

したがって、本発明例は、特に4〜300に程度の広い
温度範囲における特性試験、例えば極低温温度センサの
温度特性の計測等に対して著効を発揮するものである。
Therefore, the example of the present invention is particularly effective for characteristic tests in a wide temperature range of about 4 to 300 degrees, for example, measurement of temperature characteristics of cryogenic temperature sensors.

尚、上記第2の発明の実施例では、流量制御弁として電
磁開閉弁(14)を用いたが、本発明の流量制御弁は上
記実施例に限定されるものではなく、比例制御弁等を用
いてもよい。
In the embodiment of the second invention, an electromagnetic on-off valve (14) was used as the flow control valve, but the flow control valve of the present invention is not limited to the above embodiment, and a proportional control valve or the like may be used. May be used.

また、以上の第1および第2の発明の実施例では、冷、
媒としてヘリウムガスを用いた例につき説明したが、本
発明に使用される冷媒はヘリウムに限定されるものでは
なく、例えば水素ガス等信の冷媒を使用できることはい
うまでもない。
Furthermore, in the embodiments of the first and second inventions described above, cooling,
Although an example using helium gas as the medium has been described, the refrigerant used in the present invention is not limited to helium, and it goes without saying that other refrigerants such as hydrogen gas can be used, for example.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明の極低温冷凍装置によれば
、第1の発明の効果として、冷却器の冷媒の供給管と戻
り管との間に冷却器をバイパスするバイパス管を設けた
ので、冷却器による制御対象の温度一定制御を行う際、
加熱手段による温度上昇に応じて冷却器の冷凍能力が適
切な範囲に自動調節され、加熱手段の加熱出力の調節の
みで制御対象の温度一定制御を行うことができ、操作を
簡便化することができる。
(Effects of the Invention) As explained above, according to the cryogenic refrigeration system of the present invention, as an effect of the first invention, a bypass bypassing the cooler is provided between the refrigerant supply pipe and the return pipe of the cooler. Since the tube is installed, when controlling the temperature of the controlled object using the cooler,
The refrigerating capacity of the cooler is automatically adjusted to an appropriate range according to the temperature rise caused by the heating means, and the temperature of the controlled object can be controlled to a constant level simply by adjusting the heating output of the heating means, simplifying operation. can.

また、第2の発明の効果として、上記バイパス管に冷媒
流量を制御する流量制御弁を介設したので、上記第1の
発明と同様に、制御対象の温度一定制御時に制御操作の
簡便化を図ることができることに加え、制御対象のクー
ルダウン時には、バイパス管の冷媒流量を減少させて冷
却器の冷凍能力を十分発揮させることができ、降温時間
の増加を有効に防止することができる。
Furthermore, as an effect of the second invention, since a flow control valve for controlling the refrigerant flow rate is provided in the bypass pipe, similar to the first invention, the control operation can be simplified when controlling the temperature of the controlled object to be constant. In addition, during cool-down of the controlled object, the refrigerant flow rate in the bypass pipe can be reduced to fully utilize the refrigerating capacity of the cooler, and an increase in temperature drop time can be effectively prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図〜第4図は本出願の第1の発明の実施例を示し、
第1図はその冷媒系統図、第2図はJ−■弁付近の冷媒
系統拡大図、第3図はモリニル銭図、第4図は冷媒温度
の上昇に対する冷媒流量、単位重量当りの冷凍能力およ
び冷却器の冷凍能力全体の変化を示す特性図である。ま
た、第5図は第2の発明の実施例に係る冷凍装置の冷媒
系統図である。 (10)・・・J−T弁、(11)・・・冷却器、(1
3)・・・バイパス管、(14)・・・電磁開閉弁(流
量制御弁)(17)・・・第3ヒートステーシヨン(制
御対象)、(H)・・・ヒータ(加熱手段)。 特 許 出 願 人  ダイキン工業株式会社−−−代
   理   人      弁理士  前  1) 
 弘第5図 第2図 第1図
1 to 4 show an embodiment of the first invention of the present application,
Figure 1 is the refrigerant system diagram, Figure 2 is an enlarged view of the refrigerant system near the J-■ valve, Figure 3 is the Morinil diagram, and Figure 4 is the refrigerant flow rate as the refrigerant temperature rises, and the refrigeration capacity per unit weight. and a characteristic diagram showing changes in the overall refrigerating capacity of the cooler. Moreover, FIG. 5 is a refrigerant system diagram of a refrigeration system according to an embodiment of the second invention. (10)...J-T valve, (11)...Cooler, (1
3)...Bypass pipe, (14)...Solenoid on-off valve (flow control valve) (17)...Third heat station (controlled object), (H)...Heater (heating means). Patent applicant Daikin Industries, Ltd. --- Agent Patent attorney 1)
HiroFigure 5Figure 2Figure 1

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ヘリウム等の冷媒ガスをジュールトムソン膨張さ
せるJ−T弁(10)と、該J−T弁(10)でジュー
ルトムソン膨張した冷媒により制御対象(17)に極低
温を発生させる冷却器(11)と、上記制御対象(17
)を加熱する加熱手段(H)とを備えた極低温冷凍装置
において、上記冷却器(11)の上下流を冷却器(11
)をバイパスして連通するバイパス管(13)を設けた
ことを特徴とする極低温冷凍装置。
(1) A J-T valve (10) that Joule-Thomson-expands a refrigerant gas such as helium, and a cooler that generates a cryogenic temperature in a controlled object (17) using the Joule-Thomson-expanded refrigerant in the J-T valve (10). (11) and the above controlled object (17
) in a cryogenic refrigeration system equipped with a heating means (H) for heating the cooler (11), upstream and downstream of the cooler (11).
) is provided with a bypass pipe (13) that bypasses and communicates with the cryogenic refrigerator.
(2)ヘリウム等ガス冷媒をジュールトムソン膨張させ
るJ−T弁(10)と、該J−T弁(10)でジュール
トムソン膨張した冷媒により制御対象(17)に極低温
を発生させる冷却器(11)と、上記制御対象(17)
を加熱する加熱手段(H)とを備えた極低温冷凍装置に
おいて、上記冷却器(11)の上下流を冷却器(11)
をバイパスして連通するバイパス管(13)を設け、該
バイパス管(13)に冷媒のバイパス量を調節する流量
制御弁(14)を設けたことを特徴とする極低温冷凍装
置。
(2) A J-T valve (10) that Joule-Thomson-expands a gas refrigerant such as helium, and a cooler (17) that generates a cryogenic temperature in a controlled object (17) using the Joule-Thomson-expanded refrigerant in the J-T valve (10). 11) and the above controlled object (17)
In a cryogenic refrigeration system equipped with a heating means (H) for heating a cooler (11), upstream and downstream of the cooler (11)
A cryogenic refrigeration apparatus characterized in that a bypass pipe (13) is provided to bypass and communicate with the refrigerant, and the bypass pipe (13) is provided with a flow control valve (14) for adjusting the bypass amount of refrigerant.
JP5354087A 1987-03-09 1987-03-09 Cryogenic refrigerator Pending JPS63220048A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5354087A JPS63220048A (en) 1987-03-09 1987-03-09 Cryogenic refrigerator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5354087A JPS63220048A (en) 1987-03-09 1987-03-09 Cryogenic refrigerator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS63220048A true JPS63220048A (en) 1988-09-13

Family

ID=12945634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5354087A Pending JPS63220048A (en) 1987-03-09 1987-03-09 Cryogenic refrigerator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS63220048A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015227775A (en) * 2010-05-12 2015-12-17 ブルックス オートメーション インコーポレイテッド System for cryogenic cooling

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015227775A (en) * 2010-05-12 2015-12-17 ブルックス オートメーション インコーポレイテッド System for cryogenic cooling
KR20170015568A (en) * 2010-05-12 2017-02-08 브룩스 오토메이션, 인크. System and method for cryogenic cooling
US10156386B2 (en) 2010-05-12 2018-12-18 Brooks Automation, Inc. System and method for cryogenic cooling
US11215384B2 (en) 2010-05-12 2022-01-04 Edwards Vacuum Llc System and method for cryogenic cooling

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4543794A (en) Superconducting magnet device
Thummes et al. Small scale 4He liquefaction using a two-stage 4 K pulse tube cooler
Gao et al. Experimental investigation of 4 K pulse tube refrigerator
Uhlig Dry dilution refrigerator with pulse tube shutoff option
JPS63220048A (en) Cryogenic refrigerator
JPH09113052A (en) Freezer
Ravex et al. Free Third-Stage Cooling for a Two-Stage 4 K Pulse Tube Cryocooler
Uhlig Cryogen-free dilution refrigerators
Zhang et al. Investigation of a 1.6 K space cryocooler for cooling the superconducting nanowire single photon detectors
JPH10246524A (en) Freezing device
JP2024527097A (en) Series Circulating Cryogenic Cooler System
JP3638557B2 (en) Cryogenic cooling method and apparatus
Chen et al. Advances on a SPTC/JTC/ADR system for sub-Kelvin cooling
JP2873388B2 (en) Refrigerator and method for adjusting refrigeration capacity
JPH07104059B2 (en) Dual freezer
Jia et al. A five-watt GM/JT refrigerator for LHe target at BNL
Hollister et al. Performance of the SCUBA-2 dilution refrigerator
Siegel et al. Investigations to the long-term operational behaviour of GM-pulse tube cryocoolers
Liu et al. Preliminary experimental study on a precooled JT cryocooler working at 4 K-open cycle
Dherbécourt et al. Impact of the cold regenerator mesh geometry on low temperature pulse tube cold finger performance
JPH09106906A (en) Conductive cooling superconducting magnet
Uhlig Concept of a powerful cryogen-free dilution refrigerator with separate 1K-stage
JPH09106909A (en) Conductive cooling superconducting magnet
Kaiser et al. Advantages of a four-valve pulse tube cryocooler for high-Tc sensor operation
JPH0289963A (en) Super-low temperature refrigerating machine