CN1252430C - 冷却装置 - Google Patents

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Abstract

一种冷却装置，包括具有压力源(1)、蓄冷器(6)、冷凝器(7)、脉冲管(9)、放热器(10)、以及位相调整器(12)的脉冲管冷冻机(A)和通过绝热支持材料(36、37)被固定在真空槽(31)内并具有存液箱(21)的低温容器，前述冷凝器(7)被固定在前述蓄冷器(6)的低温端(6b)而被配置在前述存液箱(21)的气相部(21a)，而前述脉冲管(9)的高温侧被固定在前述真空槽(31)上且前述脉冲管(9)的低温侧(9s)被配置在高温侧的下方，同时所述脉冲管的低温端(9b)被配置在前述存液箱(21)的液面下方，从而前述脉冲管(9)的低温侧(9s)被配置在前述存液箱(21)外部的前述真空槽(31)内，前述脉冲管(9)的前述低温端(9b)与前述冷凝器(7)以配管(8)相连通。

Description

冷却装置
技术领域
本发明涉及一种借助于包括具有蓄冷器、冷凝器、以及脉冲管的脉冲管冷冻机和通过绝热支持材料被固定在真空槽中并具有存液箱的低温容器以低温冷却被冷却体的冷却装置。
背景技术
以往的冷却装置(特开2000-161803)如图9所示，被液态氦等第1冷却剂103a冷却的超导磁铁101被贮存在容器102中，而容器102通过多个绝热支持材料104、密封板105、以及多个绝热支持材料106被固定在真空槽107中，且液态氦等第1冷却剂103a通过第1冷却装置110使第1冷却剂103a的蒸气冷凝为液体。
第2冷却装置250由冷却剂循环回路250A以及脉冲管冷冻机250B构成。冷却剂循环回路250A通过多个绝热支持材料254被固定在真空槽107内，并由输入了液态氮等第2冷却液253a1的存液箱251、以及连通存液箱251内的第2冷却液253a1而与密封板105进行热接触后回到存液箱251的第2冷却剂气相253b1的导管252构成。
脉冲管冷冻机250B由压缩机250B1与第2低温发生部250B2构成。第2低温发生部250B2的高压配管264与连接在驱动部274的换向阀253a、253b的高压口连通，而第2低温发生部250B2的低压配管263则与换向阀253a、253b的低压口连通。
换向阀253a、253b的连通口分别与蓄冷器255以及常温侧节流阀260连通。在蓄冷器255的低温侧设置了冷凝器256a，而冷凝器256a通过导管257与设置在脉冲管258的低温侧的冷凝器256b连通。脉冲管258的常温侧通过放热器259与节流阀260连通。第2低温发生部250B2的高压配管264与低压配管263分别通过高压配管262与低压配管261连接在压缩机250B1上。
上述的以往的冷却装置中脉冲管与蓄冷器的长度大致相等，但在生成的低温温度为约100K以下时，脉冲管的长度若不是蓄冷器长度的约3倍以上则效率会很低。为提高效率而把脉冲管的长度变为蓄冷器的长度的约3倍以上，则从脉冲管的低温端至中央附近便被浸到第2冷冻液中。其结果导致会有热量从脉冲管输入至冷却液中而降低了冷凝冷却剂蒸气的量的不恰当状况出现的问题。
此外，若把脉冲管的低温端设置在第2冷却剂气相上，则会有与蓄冷器的情况比较脉冲管从真空槽突出的量变大而增大了冷却装置的占有空间的不恰当状况出现的问题。
发明内容
因此本发明的发明者立足于以下的技术构思：在具有蓄冷器、冷凝器、以及脉冲管顺次连通的脉冲管冷冻机和通过绝热支持材料被固定在真空槽中并具有存液箱的低温容器中，把前述冷凝器固定在前述蓄冷器的低温侧并配置在前述存液箱的气相部，并通过把前述脉冲管的低温侧配置在高温侧的下方，同时所述脉冲管的低温端被配置在前述存液箱的液面下方，而减少前述脉冲管的高温侧从前述真空槽的上表面的突出的量。
本发明者基于所立足的本发明的技术思想而进一步达到了结合了研究开发的结果即本发明。
本发明可以抑制冷却装置的占有空间，同时以良好地保持冷却装置的效率为目的。
本发明(本申请的第1技术方案)的冷却装置，包括具有蓄冷器、冷凝器、以及脉冲管顺次连通的脉冲管冷冻机和通过绝热支持材料而被固定在真空槽中并具有存液箱的低温容器，前述冷凝器被固定在前述蓄冷器的低温侧，并被配置在前述存液箱的气相部，而前述脉冲管的低温侧被配置在高温侧的下方，同时所述脉冲管的低温端被配置在前述存液箱的液面下方。
本发明(本申请的第2技术方案)的冷却装置在前述第1技术方案中，前述脉冲冷冻机具有压力源、放热器、以及位相调整器，同时前述脉冲管的高温侧被固定在前述真空槽，而前述脉冲管的低温侧被设置在前述存液箱外部的前述真空槽内，且前述脉冲管的前述低温端与前述冷凝器以配管连通。
本发明(本申请的第3技术方案)的冷却装置在前述第2技术方案中，前述脉冲管的低温端被配置在前述存液箱的液相部。
本发明(本申请的第4技术方案)的冷却装置在前述第2技术方案中，前述脉冲管的低温端被配置在前述存液箱外部的前述真空槽内。
本发明(本申请的第5技术方案)的冷却装置在前述第3技术方案或第4技术方案中，前述蓄冷器以上下向配置并贯通前述真空槽以及容器而配置。
本发明(本申请的第6技术方案)的冷却装置在前述第3技术方案或第4技术方案中，前述蓄冷器以横向配置并贯通前述真空槽以及容器而配置。
本发明(本申请的第7技术方案)的冷却装置在前述第4技术方案中，前述脉冲管的低温端被配置在构成前述存液箱的容器内部的前述真空槽内。
本发明(本申请的第8技术方案)的冷却装置在前述第4技术方案中，前述脉冲管的低温端被配置在构成前述存液箱的容器外部的前述真空槽内。
根据上述构成而形成的第1技术方案的冷却装置，包括具有蓄冷器、冷凝器、以及脉冲管的脉冲管冷冻机和通过绝热支持材料而固定在真空槽中并具有存液箱的低温容器，前述冷凝器被固定在前述蓄冷器的低温端并被配置在前述存液箱的气相部，而前述脉冲管的低温端配置在下方，同时配置在与前述存液箱的液相部相当的部位，因此由于减少了前述脉冲管的高温侧从前述真空槽的上表面突出的量，而得到可以抑制冷却装置的占有空间的效果。
根据上述构成而形成的第2技术方案的冷却装置，在前述第1技术方案中，前述脉冲冷冻机具有压力源、放热器、以及位相调整器，同时前述脉冲管的高温侧被固定在前述真空槽，而前述脉冲管的低温侧被设置在前述存液箱外部的前述真空槽内，且前述脉冲管的前述低温端与前述冷凝器以配管连通，因此由于减少了前述脉冲管的高温侧从前述真空槽的上表面突出的量而得到可以抑制冷却装置的占有空间的效果。
根据上述构成而形成的第3技术方案的冷却装置，在前述第2技术方案中，前述脉冲管的低温端被配置在前述存液箱的液相部，因此得到良好地保持冷却装置的效率的效果。
根据上述构成而形成的第4技术方案的冷却装置，在前述第2技术方案中，前述脉冲管的低温端被配置在前述存液箱外部的前述真空槽内，因此得到良好地保持冷却装置的效率的效果。
根据上述构成而形成的第5技术方案的冷却装置，在前述第3技术方案或第4技术方案中，借助于被固定在以上下向配置并贯通前述真空槽以及容器而配置的前述蓄冷器的低温端的前述冷凝器，得到发生温度低于前述存液箱的冷却液温度的冷冻的效果。
根据上述构成而形成的第6技术方案的冷却装置，在前述第3技术方案或第4技术方案中，借助于被固定在以横向配置并贯通前述真空槽以及容器而配置的前述蓄冷器的低温端的前述冷凝器，得到发生温度低于前述存液箱的冷却液温度的冷冻的效果。
根据上述构成而形成的第7技术方案的冷却装置在前述第4技术方案中，前述脉冲管的低温端被配置在构成前述存液箱的容器内部的前述真空槽内，因此得到抑制冷却装置的横向占有空间的效果。
根据上述构成而形成的第8技术方案的冷却装置在前述第4技术方案中，前述脉冲管的低温端被配置在构成前述存液箱的容器外部的前述真空槽内，因此得到能扩大前述真空槽内的有效空间的效果。
附图说明
图1为表示本发明的第1实施方式的冷却装置的回路图。
图2为表示本发明的第2实施方式的冷却装置的回路图。
图3为表示本发明的第3实施方式的冷却装置的回路图。
图4为表示本发明的第4实施方式的冷却装置的回路图。
图5为表示本发明的第5实施方式的冷却装置的回路图。
图6为表示本发明的第6实施方式的冷却装置的回路图。
图7为表示本第6实施方式的冷却装置的图6中沿着X-X线的剖视图。
图8为表示在本发明的实施方式中可作为位相调整器采用的4种类型的具体例的回路图。
图9为表示以往冷却装置的回路图。
具体实施方式
以下利用图面对本发明的实施方式进行说明。
(第1实施方式)
本第1实施方式的冷却装置在如图1所示，包括具有压力源1、蓄冷器6、冷凝器7、脉冲管9、放热器10、以及位相调整器12的脉冲管冷冻机A和通过绝热支持材料36、37被固定在真空槽31内并具有存液箱21的低温容器，前述冷凝器7被固定在前述蓄冷器6的低温端6b并被配置在前述存液箱21的气相部21a，而前述脉冲管9的高温侧被固定在前述真空槽31上，且前述脉冲管9的低温端9b被配置在下方，同时被配置在前述存液箱21的液相部21b，从而前述脉冲管9的低温侧9s被配置在前述存液箱21外部的前述真空槽31内，前述脉冲管9的前述低温端9b与前述冷凝器7以配管8相连通。
本实1施方式的冷却装置属于前述第3发明，且与例如用于冷却被液态氦冷却的超导磁铁等被冷却体的冷却装置相关。
前述的压力源1的吐出口1a依次通过流路2连通在换向阀3的高压入口3a上。压力源1的吸入口1b通过流路4连通在换向阀3的低压出口3b上。
换向阀3的端口3c当冷却剂从前述压力源1流向前述蓄冷器6时，与高压入口3a连通，而当冷却剂从前述蓄冷器6流向前述压力源1时，则与低压出口3b连通。在蓄冷器6中，被填充有金属网等蓄冷材料6c。
端口3c通过流路5与蓄冷器6的高温侧6a连通，而前述蓄冷器6的低温端6b依次通过冷凝器7、流路8与前述脉冲管9的低温端9b连通。该脉冲管9的高温侧9a通过前述放热器10、以及流路11与位相调整器12连通。被压力源1压缩的冷却剂被压缩机用冷却器O冷却。就这样构成了脉冲管冷冻机A。
前述冷凝器7被设置在存液箱21的气相部21a，而前述脉冲管9的低温端被设置在存液箱21的液相部21b上。存液箱21通过多个绝热支持材料23被固定在真空槽31中，并填充了液态氮等冷却剂。
导管的一端侧22b从前述存液箱21的液相部21b的下部突出到真空槽31的真空空间32内，而导管的另一端侧22a绕回到存液箱21的气相部21a。导管的一端侧22b与另一端侧22a之间的导管22与被设置在真空空间32内的密封板33进行热接触。密封板33覆盖贮存了超导磁铁35的容器34。
前述容器34依次通过绝热支持材料36、密封板33、以及绝热支持材料37被固定在真空槽31内。液态氦等冷却剂被充填在容器34内。就这样构成了低温容器B。由前述脉冲管冷冻机A与前述低温容器B构成冷却装置。
对于由上述构成而形成的第1实施方式的冷却装置，若前述存液箱21的冷却液由于重力差而流入导管22，便冷却前述密封板33并成为蒸气而流入前述存液箱21的气相部21a。
流入到前述气相部21a内的冷却剂蒸气在那里被发生温度低于前述脉冲管冷冻机A的存液箱21的冷却液的温度的冷冻的前述冷凝器7冷却并液化。
前述脉冲管9的低温端9b被设置在前述存液箱21的液相部21b，因此可以良好地维持脉冲管冷冻机A的效率，且不会从真空槽31显著突出脉冲管9的高温侧9a，而能够确保脉冲管的长度。
结果，不会从前述脉冲管9向前述存液箱21注入热量，而前述脉冲管9的高温侧9a也不会从真空槽31显著突出，因此可以控制冷却装置的占有空间。
(第2实施方式)
本第2实施方式的冷却装置属于前述第3发明，因此如图2所示，把本发明适用在了例如冷却被液态氮冷却的高温超导磁铁等被冷却体的冷却装置中。
本第2实施方式中的脉冲管冷冻机A与图1所示的前述第1实施方式相同。与前述第1实施方式不同之点在于：被液态氮等冷却的高温超导磁铁等被冷却体42被设置在存液箱21的液相部21b上，且用存液箱21的液相部21b的液态氮等冷却液所冷却。
即冷却***C在通过多个绝热支持材料23被固定在真空槽41内的存液箱21的液相部21b设置高温超导磁铁等被冷却体42，而在存液箱21的液相部21b中填充有液态氮等冷却液。
由前述脉冲管冷冻机A和前述低温容器C构成了冷却装置。
对于由上述构成而形成的本第2实施方式的冷却装置，来自绝热支持材料23和被冷却体42的热量将注入至前述存液箱21的液相部21b并根据这种注入热，蒸发液相部21b的冷却液，然后移动到存液箱21的气相部21a，在那里被前述脉冲管冷冻机A的前述冷凝器7冷却而成为液体，最后再回到液相部21b，而其余的作用以及效果与前述第1实施方式相同，因此省略说明。
(第3实施方式)
本第3实施方式的冷却装置属于前述第4发明，因此如图3所示把本发明适用在了例如冷却被液态氦冷却的高温超导磁铁等被冷却体的冷却装置中。
本第3实施方式中的脉冲管冷冻机A与图1所示的前述第1实施方式相同。与前述第1实施方式不同之点在于：脉冲管9的低温端9b没被设置在存液箱21的液相部21b，而被设置在存液箱21外部的真空空间32内。
从前述脉冲管9的低温端9b经由流路8而与冷凝器7连通。流路8从真空空间贯通存液箱21的容器，而依次通过液相部21b、以及气相部21a与冷凝器7连通。
对于由上述构成而形成的本第3实施方式的冷却装置，前述存液箱21的冷却蒸气成为液体而回到液相部21b的作用与前述第1实施方式相同。前述脉冲管9的低温端9b没有被设置在前述存液箱21的液相部21b而被设置在了存液箱21外部的真空空间32内，因此可以良好地维持脉冲管冷冻机A的效率，且不会从真空槽31显著突出脉冲管9的高温侧9a，而能够确保脉冲管的长度。
结果，热量不会从前述脉冲管9向前述存液箱21注入而前述脉冲管9的高温侧9a也不会从真空槽31显著突出，因此可以抑制冷却装置的占有空间。
(第4实施方式)
本第4实施方式的冷却装置属于前述第3发明，因此如图4所示，把本发明适用在了例如冷却被液态氮冷却的高温超导磁铁等被冷却体的冷却装置中。
本第4实施方式中的脉冲管冷冻机A与图1所示的前述第1实施方式相同。与前述第1实施方式不同之点在于：脉冲管9的低温端9b没被设置在存液箱25的液相部25b，而被设置在存液箱25外部的真空空间26内。
从前述脉冲管9的低温端9b经由流路8而与冷凝器7连通，而流路8从真空空间贯通存液箱25的容器而与冷凝器7连通。且冷凝器7被设置在存液箱25左端上部的突出部分25a内，而脉冲管9则被设置在存液箱25左端上部的突出部分25a的左侧的真空空间26内。
对于由上述构成形成的本第4实施方式的冷却装置，前述存液箱25的冷却蒸气成为液体而回到液相部25b的作用与图2所示的前述第2实施方式相同。脉冲管9的低温端9b没有被设置在前述存液箱25的液相部25b，而被设置在了存液箱25外部的真空空间26内，因此可以良好地维持脉冲管冷冻机A的效率，且不会从真空槽27显著突出脉冲管9的高温侧9a，而能够确保脉冲管的长度。
结果，热量不会从前述脉冲管9向前述存液箱25注入而前述脉冲管9的高温侧9a也不会从真空槽27显著突出，因此可以抑制冷却装置的占有空间。
(第5实施方式)
本第5实施方式的冷却装置属于前述第3发明以及第5发明，因此如图5所示，把本发明适用在了例如冷却被液态氮冷却的高温超导磁铁等被冷却体的冷却装置中。
本第5实施方式是对图2所示的第2实施方式进行变形而得出的，也就是把第2实施方式中的纵置的蓄冷器变为横置的蓄冷器51。
根据上述构成而形成的第5实施方式的冷却装置通过固定在贯通横向配置的前述真空槽以及容器而配置的前述蓄冷器51的低温端的前述冷凝器7，可以得到发生温度低于前述存液箱21的冷却液的温度的冷冻的效果。
此外，本第5实施方式的冷却装置的其余的构成、作用、以及效果与前述第2实施方式相同，因此省略说明。
(第6实施方式)
本第6实施方式的冷却装置属于前述第4发明以及第5发明，因此如图6以及图7(表示图6的剖面XX)所示，把本发明适用在了例如冷却被液态氮冷却的高温超导磁铁等被冷却体的冷却装置中。
本第6实施方式是对图4所示的第4实施方式进行变形而得出的，也就是把第4实施方式中的纵置的蓄冷器变为横置的蓄冷器61。
对于由上述构成而形成的第6实施方式的冷却装置，通过固定在贯通横向配置的前述真空槽以及容器而配置的前述蓄冷器61的低温端的前述冷凝器7，可以得到发生温度低于前述存液箱21的冷却液的温度的冷冻的效果。
此外，本第6实施方式的冷却装置的其余的构成、作用、以及效果与前述第2实施方式相同，因此省略说明。
上述的实施方式是为说明而例示的，因此作为本发明不应限于这些，而只要不与从业者能够从权利要求、说明书、以及图面的说明认识的本发明的技术构思相违背，就可以进行变更以及附加。
作为上述实施方式中的位相调整器12可采用图8(A)所示的小孔单项型、图8(B)所示的有源缓冲型、图8(C)所示的双入口型、以及图8(D)所示的4阀门型等任意方式。
在图8中，1为压力源，2为流路，9为脉冲管，10为放热器，11为流路。
在上述实施方式中，作为一例，虽对1级脉冲连冷冻机进行了说明，但作为本发明不应限于这些，而也可根据需要适用于2级以上的脉冲管冷冻机。
冷却超导磁铁等被冷却体的冷却装置的具有蓄冷器、冷凝器、以及脉冲管的脉冲管冷冻机与通过绝热支持材料被固定在真空槽中并具有存液箱的低温容器，通过减少脉冲管的高温侧从前述真空槽的上表面的突出量，抑制冷却装置的占有空间，同时可良好地保持冷却装置的效率，且增大前述真空槽内的有效空间。

Claims (8)

1.一种冷却装置，包括具有蓄冷器、冷凝器、以及脉冲管顺次连通的脉冲管冷冻机和通过绝热支持材料被固定在真空槽中并具有存液箱的低温容器，其特征在于，
所述冷凝器被固定在所述蓄冷器的低温侧，并被配置在所述存液箱的气相部，
所述脉冲管的低温侧被配置在高温侧的下方，同时所述脉冲管的低温端被配置在所述存液箱的液面下方。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，
前述脉冲冷冻机具有压力源、放热器、以及位相调整器，同时
前述脉冲管的高温侧被固定在前述真空槽，
前述脉冲管的低温侧被设置在前述存液箱外部的前述真空槽内，
前述脉冲管的前述低温端与前述冷凝器以配管连通。
3.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，
前述脉冲管的低温端被配置在前述存液箱的液相部。
4.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，
前述脉冲管的低温端被配置在前述存液箱外部的前述真空槽内。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的冷却装置，其特征在于，
前述蓄冷器以上下向配置并贯通前述真空槽以及容器而配置。
6.根据权利要求3或权利要求4所述的冷却装置，其特征在于，
前述蓄冷器以横向配置并贯通前述真空槽以及容器而配置。
7.根据权利要求4所述的冷却装置，其特征在于，
前述脉冲管的低温端被配置在构成前述存液箱的容器内部的前述真空槽内。
8.根据权利要求4所述的冷却装置，其特征在于，
前述脉冲管的低温端被配置在构成前述存液箱的容器外部的前述真空槽内。
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