JP3123126B2 - 冷却機付き真空容器 - Google Patents
冷却機付き真空容器Info
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/044—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines having at least two working members, e.g. pistons, delivering power output
- F02G1/0445—Engine plants with combined cycles, e.g. Vuilleumier
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- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
- B01J3/006—Processes utilising sub-atmospheric pressure; Apparatus therefor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B37/00—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
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- F04B37/08—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means by condensing or freezing, e.g. cryogenic pumps
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2250/00—Special cycles or special engines
- F02G2250/18—Vuilleumier cycles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/002—Gas cycle refrigeration machines with parallel working cold producing expansion devices in one circuit
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は冷却機付き真空容器にか
かり、特に核融合装置等で使用される極低温に冷却した
クライオパネル面に、ガス分子を凝縮・吸着して高速で
排気するクライオポンプに関する。
かり、特に核融合装置等で使用される極低温に冷却した
クライオパネル面に、ガス分子を凝縮・吸着して高速で
排気するクライオポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の核融合装置の回りに複数機配置す
る各中性粒子入射装置等で使用される複数器の大型のク
ライオポンプは、特開昭６１ー１６９６８号公報に記載
のように複数のクライオポンプユニットを組み合わせて
構成され、各クライオポンプユニットは液体ヘリウムと
液体窒素で冷却される。
る各中性粒子入射装置等で使用される複数器の大型のク
ライオポンプは、特開昭６１ー１６９６８号公報に記載
のように複数のクライオポンプユニットを組み合わせて
構成され、各クライオポンプユニットは液体ヘリウムと
液体窒素で冷却される。
【０００３】排気ガス分子を凝縮・吸着して高速で排気
する各クライオポンプユニットのクライオパネルを液体
ヘリウムで約３．７Ｋに冷却する。このクライオパネル
がポンプ外の常温、高温部からの輻射熱で直接加熱され
ないように、各クライオポンプユニットのクライオパネ
ルの回りに、液体窒素で約８０Ｋの低温に冷却した熱シ
ールド板を配置する。
する各クライオポンプユニットのクライオパネルを液体
ヘリウムで約３．７Ｋに冷却する。このクライオパネル
がポンプ外の常温、高温部からの輻射熱で直接加熱され
ないように、各クライオポンプユニットのクライオパネ
ルの回りに、液体窒素で約８０Ｋの低温に冷却した熱シ
ールド板を配置する。
【０００４】各クライオポンプユニットのクライオパネ
ルを冷却する液体ヘリウムは、同一の大型液体ヘリウム
液化冷凍機でまとめて製造され、トランスファーチュー
ブ等の断熱配管で各クライオポンプユニットに輸送さ
れ、クライオパネル内で蒸発した低温のヘリウムガスも
他の断熱配管で同一の大型液体ヘリウム液化冷凍機に回
収される。
ルを冷却する液体ヘリウムは、同一の大型液体ヘリウム
液化冷凍機でまとめて製造され、トランスファーチュー
ブ等の断熱配管で各クライオポンプユニットに輸送さ
れ、クライオパネル内で蒸発した低温のヘリウムガスも
他の断熱配管で同一の大型液体ヘリウム液化冷凍機に回
収される。
【０００５】液体窒素も同一の大型液体窒素液化機でま
とめて製造されるか、または同一液体窒素貯蔵タンクか
らトランスファーチューブ等の断熱配管で各クライオポ
ンプユニットに輸送され、熱シールド板内で蒸発した低
温の窒素ガスは大気に放出される。
とめて製造されるか、または同一液体窒素貯蔵タンクか
らトランスファーチューブ等の断熱配管で各クライオポ
ンプユニットに輸送され、熱シールド板内で蒸発した低
温の窒素ガスは大気に放出される。
【０００６】従って、従来の大型クライオポンプではわ
ずかな熱で蒸発する液体ヘリウムを大型液体ヘリウム液
化冷凍機から各クライオポンプユニットまで長尺な断熱
配管で輸送するため、多くの液体ヘリウムが断熱配管内
で蒸発する。この蒸発した低温のヘリウムガスはクライ
オパネルの冷却に利用できないばかりか、断熱配管内の
流動圧力損失を大きくするので断熱配管の管径を大きく
しなければならなくなる。
ずかな熱で蒸発する液体ヘリウムを大型液体ヘリウム液
化冷凍機から各クライオポンプユニットまで長尺な断熱
配管で輸送するため、多くの液体ヘリウムが断熱配管内
で蒸発する。この蒸発した低温のヘリウムガスはクライ
オパネルの冷却に利用できないばかりか、断熱配管内の
流動圧力損失を大きくするので断熱配管の管径を大きく
しなければならなくなる。
【０００７】断熱配管での侵入熱は通常約１Ｗ／ｍで断
熱配管長が２００ｍに達すると約２００Ｗ分の液体ヘリ
ウムが蒸発する。一方、クライオポンプの侵入熱は通常
数Ｗから数十Ｗであり、大半の液体ヘリウムは単に断熱
配管の冷却に消費される。
熱配管長が２００ｍに達すると約２００Ｗ分の液体ヘリ
ウムが蒸発する。一方、クライオポンプの侵入熱は通常
数Ｗから数十Ｗであり、大半の液体ヘリウムは単に断熱
配管の冷却に消費される。
【０００８】このように、従来の大型クライオポンプで
は断熱配管の冷却に多量の液体ヘリウムが必要となるた
め、電力消費量の大きい大型液体ヘリウム液化装置が不
可欠であった。
は断熱配管の冷却に多量の液体ヘリウムが必要となるた
め、電力消費量の大きい大型液体ヘリウム液化装置が不
可欠であった。
【０００９】また、一部の断熱管の真空にガスリークが
生じると断熱効果が激減し断熱管内の液体ヘリウムが多
量に蒸発して配送機能が停止したり、断熱管の常温から
の冷却ができなくなりクライオポンプの機能が停止する
ことがあった。
生じると断熱効果が激減し断熱管内の液体ヘリウムが多
量に蒸発して配送機能が停止したり、断熱管の常温から
の冷却ができなくなりクライオポンプの機能が停止する
ことがあった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術は、ク
ライオポンプ群を大気空間内に配置した断熱管で配送す
る、集中型の大型液体ヘリウム液化機で製造する液体ヘ
リウムで冷却するので以下の問題があった。
ライオポンプ群を大気空間内に配置した断熱管で配送す
る、集中型の大型液体ヘリウム液化機で製造する液体ヘ
リウムで冷却するので以下の問題があった。
【００１１】（１）クライオパネルの冷却に多量の電力
が必要、（２）高価な大型液体ヘリウム液化装置が必
要、（３）長尺な、かつ、大口径の断熱配管が必要、
（４）長尺の断熱配管を先に冷却しなければならないの
で、クライオパネルの冷却に長時間かかる（数日間）、
（５）逆にクライオポンプの加温にも長時間かかる（数
日間）、（６）冷却系の信頼性が低い。
が必要、（２）高価な大型液体ヘリウム液化装置が必
要、（３）長尺な、かつ、大口径の断熱配管が必要、
（４）長尺の断熱配管を先に冷却しなければならないの
で、クライオパネルの冷却に長時間かかる（数日間）、
（５）逆にクライオポンプの加温にも長時間かかる（数
日間）、（６）冷却系の信頼性が低い。
【００１２】しかし、最近の大型核融合装置に使用する
中性粒子入射装置ではクライオポンプの冷却に必要な電
力の低減、冷却に必要な時間の短縮、信頼性の向上が必
要となっている。
中性粒子入射装置ではクライオポンプの冷却に必要な電
力の低減、冷却に必要な時間の短縮、信頼性の向上が必
要となっている。
【００１３】本発明の目的は、各中性粒子入射装置に設
置した複数のクライオポンプを短時間で冷却し、冷却に
必要な電力を低減するとともに、冷却系の運転の信頼性
を向上することにある。
置した複数のクライオポンプを短時間で冷却し、冷却に
必要な電力を低減するとともに、冷却系の運転の信頼性
を向上することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、各中性粒子入射装置に設置した複数のクライオポン
プごとを小型の液体ヘリウム液化冷凍機で冷却し、常温
部に液体ヘリウムを配送する断熱配管を配置しないよう
にし、断熱配管での液体ヘリウムのロスを極力無くすよ
うにした。
に、各中性粒子入射装置に設置した複数のクライオポン
プごとを小型の液体ヘリウム液化冷凍機で冷却し、常温
部に液体ヘリウムを配送する断熱配管を配置しないよう
にし、断熱配管での液体ヘリウムのロスを極力無くすよ
うにした。
【００１５】また、クライオパネルパネルの常温からの
冷却は、熱シールド板の冷却に使用する液体窒素の一部
の寒冷を利用する熱交換器を小型液体ヘリウム液化冷凍
機内に配置した。
冷却は、熱シールド板の冷却に使用する液体窒素の一部
の寒冷を利用する熱交換器を小型液体ヘリウム液化冷凍
機内に配置した。
【００１６】本発明の真空容器は、冷却機で極低温度に
冷却される被冷却体と、被冷却体を高温からの輻射熱の
侵入を防止する低温に冷却された輻射熱シールド体とを
備えたものである。そして冷却機は、第１寒冷発生手段
と第１寒冷発生手段に作動流体を供給する第１圧縮手段
とを有する寒冷発生回路と、第２寒冷発生手段と第２寒
冷発生手段に作動流体を供給する第２圧縮手段とを有す
る極低温冷却回路と、常温と極低温の間の冷却温度を供
給する第３寒冷発生手段を有する予冷発生回路で構成
し、寒冷発生回路と極低温冷却回路の一部を熱的に結合
し、被冷却体を主に極低温冷却回路で冷却し、輻射熱シ
ールド体を該予冷発生回路で冷却する。更に、前記極低
温冷却回路の一部に加熱手段を設け、前記被冷却体の加
温時には、前記加熱手段で加温された極低温冷却回路の
作動流体で該被冷却体を加熱することを特徴とする。
冷却される被冷却体と、被冷却体を高温からの輻射熱の
侵入を防止する低温に冷却された輻射熱シールド体とを
備えたものである。そして冷却機は、第１寒冷発生手段
と第１寒冷発生手段に作動流体を供給する第１圧縮手段
とを有する寒冷発生回路と、第２寒冷発生手段と第２寒
冷発生手段に作動流体を供給する第２圧縮手段とを有す
る極低温冷却回路と、常温と極低温の間の冷却温度を供
給する第３寒冷発生手段を有する予冷発生回路で構成
し、寒冷発生回路と極低温冷却回路の一部を熱的に結合
し、被冷却体を主に極低温冷却回路で冷却し、輻射熱シ
ールド体を該予冷発生回路で冷却する。更に、前記極低
温冷却回路の一部に加熱手段を設け、前記被冷却体の加
温時には、前記加熱手段で加温された極低温冷却回路の
作動流体で該被冷却体を加熱することを特徴とする。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】第３寒冷発生手段は真空容器外から供給す
る液体窒素であること、或いは第１または第２圧縮手段
から作動媒体を供給される膨張機から成る寒冷発生機で
あること、或いは真空容器外から供給される負圧の液体
窒素であることが望ましい。
る液体窒素であること、或いは第１または第２圧縮手段
から作動媒体を供給される膨張機から成る寒冷発生機で
あること、或いは真空容器外から供給される負圧の液体
窒素であることが望ましい。
【００２１】被冷却体は被排気ガスをその表面に凝縮・
凝固して排気するクライオパネルであること、或いは超
電導体であることが望ましい。
凝固して排気するクライオパネルであること、或いは超
電導体であることが望ましい。
【００２２】尚、前記冷却機は真空容器の下部に配置す
ることが好ましい。
ることが好ましい。
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【作用】各中性粒子入射装置に設置した複数のクライオ
ポンプごとに小型の液体ヘリウム液化冷凍機と接続する
ことにより、クライオパネルを該小型の液体ヘリウム液
化冷凍機で単独に冷却できる。
ポンプごとに小型の液体ヘリウム液化冷凍機と接続する
ことにより、クライオパネルを該小型の液体ヘリウム液
化冷凍機で単独に冷却できる。
【００２８】この小型の液体ヘリウム液化冷凍機で低温
を発生する作動媒体のヘリウムガスは、常温配管で供
給、回収できるので真空断熱配管を配置する必要がな
く、従って熱ロスもない。また、常温配管は真空断熱配
管に比べ運転信頼性が高いので冷却系の信頼性が向上す
る。
を発生する作動媒体のヘリウムガスは、常温配管で供
給、回収できるので真空断熱配管を配置する必要がな
く、従って熱ロスもない。また、常温配管は真空断熱配
管に比べ運転信頼性が高いので冷却系の信頼性が向上す
る。
【００２９】クライオパネルの常温からの冷却はヘリウ
ムガスを小型液体ヘリウム液化冷凍機内に配置した熱交
換器で、熱シールド板の冷却に使用する液体窒素の一部
の寒冷により冷却し、この低温ヘリウムガスを利用して
行う。この冷却方法によりクライオパネルは液体窒素温
度まで急速に冷却できる。
ムガスを小型液体ヘリウム液化冷凍機内に配置した熱交
換器で、熱シールド板の冷却に使用する液体窒素の一部
の寒冷により冷却し、この低温ヘリウムガスを利用して
行う。この冷却方法によりクライオパネルは液体窒素温
度まで急速に冷却できる。
【００３０】従って、クライオパネルの冷却に際して、
真空断熱配管を冷却する必要がないのでクライオパネル
の冷却、加温が短時間ですむ。
真空断熱配管を冷却する必要がないのでクライオパネル
の冷却、加温が短時間ですむ。
【００３１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１、図２により
説明する。図１にクライオポンプ冷却システムの構成例
を示す。クライオポンプ１は、核融合装置の中性粒子入
射装置やスペースチャンバー等の真空容器２内に配置さ
れる。
説明する。図１にクライオポンプ冷却システムの構成例
を示す。クライオポンプ１は、核融合装置の中性粒子入
射装置やスペースチャンバー等の真空容器２内に配置さ
れる。
【００３２】各クライオポンプは、極低温ヘリウム供給
配管３、極低温ヘリウム回収配管４で小型ヘリウム液化
冷凍機５と接続している。小型ヘリウム液化冷凍機５に
は、ヘリウム圧縮機６から高圧配管７で常温の高圧ヘリ
ウムガスを供給し、冷却機の小型ヘリウム液化冷凍機５
で断熱膨張した後の常温の中圧、低圧ヘリウムガスを中
圧配管８、低圧配管９でヘリウム圧縮機６に回収する。
配管３、極低温ヘリウム回収配管４で小型ヘリウム液化
冷凍機５と接続している。小型ヘリウム液化冷凍機５に
は、ヘリウム圧縮機６から高圧配管７で常温の高圧ヘリ
ウムガスを供給し、冷却機の小型ヘリウム液化冷凍機５
で断熱膨張した後の常温の中圧、低圧ヘリウムガスを中
圧配管８、低圧配管９でヘリウム圧縮機６に回収する。
【００３３】熱シールド板を冷却する液体窒素は液体窒
素タンク１０から断熱配管１１で小型ヘリウム液化冷凍
機５に供給され、液体窒素配管１２でクライオポンプ１
の熱シールド板に供給する。クライオポンプ内で蒸発し
た窒素ガスは、配管１３で大気に放出される。
素タンク１０から断熱配管１１で小型ヘリウム液化冷凍
機５に供給され、液体窒素配管１２でクライオポンプ１
の熱シールド板に供給する。クライオポンプ内で蒸発し
た窒素ガスは、配管１３で大気に放出される。
【００３４】図２に真空容器２内の１個の被冷却体のク
ライオパネルの冷却システム構成例を示す。
ライオパネルの冷却システム構成例を示す。
【００３５】小型ヘリウム液化冷凍機５は、第１寒冷発
生手段のギフォード・マクマホン膨張機等のヘリウム膨
張機１４と、熱交換器１５、１６、１７、１８、１９、
第２寒冷発生手段のジュール・トムソン弁２０（以下，
Ｊ・Ｔ弁と称す）で構成したジュール・トムソン回路
（以下、Ｊ・Ｔ回路と称す）と、第３寒冷発生手段の液
体窒素容器２１、熱交換器２２、２３で構成した予冷回
路とで構成する。液体窒素容器２１は、ヘリウム膨張機
１４とＪ・Ｔ回路の低温部を熱シールドする。
生手段のギフォード・マクマホン膨張機等のヘリウム膨
張機１４と、熱交換器１５、１６、１７、１８、１９、
第２寒冷発生手段のジュール・トムソン弁２０（以下，
Ｊ・Ｔ弁と称す）で構成したジュール・トムソン回路
（以下、Ｊ・Ｔ回路と称す）と、第３寒冷発生手段の液
体窒素容器２１、熱交換器２２、２３で構成した予冷回
路とで構成する。液体窒素容器２１は、ヘリウム膨張機
１４とＪ・Ｔ回路の低温部を熱シールドする。
【００３６】被排気ガスを極低温面に凝縮・凝固して排
気するクライオパネル２４を、Ｊ・Ｔ弁の出口と高圧配
管２５で接続し、隣接するクライオパネル２６と熱交換
器１９を低圧配管２７で接続する。クライオパネル２４
とクライオパネル２６は配管２８で接続している。
気するクライオパネル２４を、Ｊ・Ｔ弁の出口と高圧配
管２５で接続し、隣接するクライオパネル２６と熱交換
器１９を低圧配管２７で接続する。クライオパネル２４
とクライオパネル２６は配管２８で接続している。
【００３７】また熱交換器２２と熱交換器２３は配管２
９で接続し，熱交換器２３の出口は配管３０でＪ・Ｔ弁
の出口と接続し、低圧配管２７と熱交換器２２を配管３
１で接続している。
９で接続し，熱交換器２３の出口は配管３０でＪ・Ｔ弁
の出口と接続し、低圧配管２７と熱交換器２２を配管３
１で接続している。
【００３８】液体窒素容器２１下部とクライオポンプの
熱シールド板３２を配管３３で接続し、液体窒素容器２
１上部とクライオポンプの熱シールド板３２を配管１２
で接続している。
熱シールド板３２を配管３３で接続し、液体窒素容器２
１上部とクライオポンプの熱シールド板３２を配管１２
で接続している。
【００３９】次にクライオポンプの冷却方法を説明す
る。断熱配管１１で液体窒素タンク１０から小型ヘリウ
ム液化冷凍機５に供給された液体窒素は液体窒素容器２
１内に導かれ、配管３３、配管３５を通り熱シールド板
３２とルーバ３４、を温度約８０Ｋに冷却する。熱シー
ルド板３２内で蒸発した窒素ガスは、配管１２を通り、
液体窒素容器２１上部に導かれ配管１３で大気に放出さ
れる。
る。断熱配管１１で液体窒素タンク１０から小型ヘリウ
ム液化冷凍機５に供給された液体窒素は液体窒素容器２
１内に導かれ、配管３３、配管３５を通り熱シールド板
３２とルーバ３４、を温度約８０Ｋに冷却する。熱シー
ルド板３２内で蒸発した窒素ガスは、配管１２を通り、
液体窒素容器２１上部に導かれ配管１３で大気に放出さ
れる。
【００４０】一方、ヘリウム圧縮機６から高圧配管７で
予冷回路の熱交換器２２に常温の高圧ヘリウムガスを供
給し、この高圧ヘリウムガスを液体窒素容器２１内に配
置した熱交換器２３内で温度約８０Ｋに冷却する。低温
の高圧ヘリウムガスは配管３０、配管２５を通してクラ
イオパネル２４に供給され、クライオパネルを急速に冷
却する。
予冷回路の熱交換器２２に常温の高圧ヘリウムガスを供
給し、この高圧ヘリウムガスを液体窒素容器２１内に配
置した熱交換器２３内で温度約８０Ｋに冷却する。低温
の高圧ヘリウムガスは配管３０、配管２５を通してクラ
イオパネル２４に供給され、クライオパネルを急速に冷
却する。
【００４１】冷却後の低温の高圧ヘリウムガスは配管２
７を通して、一部の高圧ヘリウムガスは熱交換器１９、
１７、１５を通りこれらの熱交換器を予冷する。残りの
高圧ヘリウムガスは配管３１を通り熱交換器２２内で、
高圧配管７から供給する常温の高圧ヘリウムガスと熱交
換し、この常温の高圧ヘリウムガスを冷却する。
７を通して、一部の高圧ヘリウムガスは熱交換器１９、
１７、１５を通りこれらの熱交換器を予冷する。残りの
高圧ヘリウムガスは配管３１を通り熱交換器２２内で、
高圧配管７から供給する常温の高圧ヘリウムガスと熱交
換し、この常温の高圧ヘリウムガスを冷却する。
【００４２】両熱交換器１９、２２への上記低温の高圧
ヘリウムガスの流量は低圧配管９に配置した流量調整弁
３６、中圧配管８に配置した流量調整弁３７で調整す
る。この時、ヘリウム圧縮機６から高圧配管７でヘリウ
ム膨張機１４に常温の高圧ヘリウムガスを供給し、ヘリ
ウム膨張機内で断熱膨張させて第一ステージ３８で温度
約５０Ｋの寒冷と第二ステージ３９で約１０Ｋの寒冷を
発生しておく。
ヘリウムガスの流量は低圧配管９に配置した流量調整弁
３６、中圧配管８に配置した流量調整弁３７で調整す
る。この時、ヘリウム圧縮機６から高圧配管７でヘリウ
ム膨張機１４に常温の高圧ヘリウムガスを供給し、ヘリ
ウム膨張機内で断熱膨張させて第一ステージ３８で温度
約５０Ｋの寒冷と第二ステージ３９で約１０Ｋの寒冷を
発生しておく。
【００４３】クライオパネルを約８０Ｋに冷却した後
は、高圧配管７に配置した流量調整弁３８を閉じ、流量
調整弁３７を微開し、高圧配管７に配置した流量調整弁
３９を開き、低圧配管９に配置した流量調整弁３６を全
開する。
は、高圧配管７に配置した流量調整弁３８を閉じ、流量
調整弁３７を微開し、高圧配管７に配置した流量調整弁
３９を開き、低圧配管９に配置した流量調整弁３６を全
開する。
【００４４】流量調整弁３９からＪ・Ｔ回路に流入した
常温の高圧ヘリウムガスは、熱交換器１５、１６、１
７、１８、１９を通った後Ｊ・Ｔ弁２０、配管２５を通
りクライオパネル２４に供給され、これを冷却して、約
１０Ｋまで冷却する。この後、低温の低圧のヘリウムガ
スは配管２７、３１、熱交換器２２を通り、中圧配管８
に排出される。
常温の高圧ヘリウムガスは、熱交換器１５、１６、１
７、１８、１９を通った後Ｊ・Ｔ弁２０、配管２５を通
りクライオパネル２４に供給され、これを冷却して、約
１０Ｋまで冷却する。この後、低温の低圧のヘリウムガ
スは配管２７、３１、熱交換器２２を通り、中圧配管８
に排出される。
【００４５】しかる後、流量調整弁３７を閉じる。高圧
のヘリウムガスは、熱交換器１９を通った後Ｊ・Ｔ弁２
０で断熱膨張してガスの一部が液化し温度３．７Ｋの液
体ヘリウムを製造する。温度３．７Ｋの低圧のガス及び
液体ヘリウムは配管２５を通りクライオパネル２４に供
給され、これを冷却して液体ヘリウムは蒸発する。
のヘリウムガスは、熱交換器１９を通った後Ｊ・Ｔ弁２
０で断熱膨張してガスの一部が液化し温度３．７Ｋの液
体ヘリウムを製造する。温度３．７Ｋの低圧のガス及び
液体ヘリウムは配管２５を通りクライオパネル２４に供
給され、これを冷却して液体ヘリウムは蒸発する。
【００４６】この後極低温の低圧のヘリウムガスは配管
２７を通り、熱交換器１９、１７、１５内で高圧のヘリ
ウムガスを冷却しながら常温の低圧ヘリウムガスとなっ
て、流量調整弁３６を通り低圧配管９に流入する。
２７を通り、熱交換器１９、１７、１５内で高圧のヘリ
ウムガスを冷却しながら常温の低圧ヘリウムガスとなっ
て、流量調整弁３６を通り低圧配管９に流入する。
【００４７】一方、クライオポンプ再生のためにクライ
オパネルを加温しクライオパネル面に凝固した被排気ガ
スを離脱させる運転では、配管２５に設置したヒータ４
０でＪ・Ｔ弁後の低圧のヘリウムガスを所定の温度まで
加熱し、クライオパネルを約１０Ｋまで加温する。
オパネルを加温しクライオパネル面に凝固した被排気ガ
スを離脱させる運転では、配管２５に設置したヒータ４
０でＪ・Ｔ弁後の低圧のヘリウムガスを所定の温度まで
加熱し、クライオパネルを約１０Ｋまで加温する。
【００４８】被排気ガスを離脱させた後はヒータ４０に
よる加温を停止し、冷却運転と同様にクライオパネルを
３．７Ｋまで冷却する。クライオパネルの材質はアルミ
ニュウムやステンレス鋼、銅等であり、温度１０Ｋ以下
ではその比熱（Ｗ／Ｋｇ・Ｋ）が非常に小さいので、１
０Ｋから３．７Ｋまでの冷却は、短時間に終了する。
よる加温を停止し、冷却運転と同様にクライオパネルを
３．７Ｋまで冷却する。クライオパネルの材質はアルミ
ニュウムやステンレス鋼、銅等であり、温度１０Ｋ以下
ではその比熱（Ｗ／Ｋｇ・Ｋ）が非常に小さいので、１
０Ｋから３．７Ｋまでの冷却は、短時間に終了する。
【００４９】このように、本実施例によれば各クライオ
ポンプ１を熱シールド板の冷却に使用する液体窒素の一
部の寒冷により予冷却し、その後小型ヘリウム液化冷凍
機５で所定の極低温に冷却できるので、クライオパネル
の冷却、加温に際して、真空断熱配管を冷却、加温する
必要がなくクライオパネルの冷却、加温が短時間で済む
効果がある。
ポンプ１を熱シールド板の冷却に使用する液体窒素の一
部の寒冷により予冷却し、その後小型ヘリウム液化冷凍
機５で所定の極低温に冷却できるので、クライオパネル
の冷却、加温に際して、真空断熱配管を冷却、加温する
必要がなくクライオパネルの冷却、加温が短時間で済む
効果がある。
【００５０】また、本実施例によれば液体ヘリウムを輸
送する真空断熱配管が不要となるので、クライオパネル
を冷却する液体ヘリウムのみを製造供給すればよく、液
体ヘリウムの製造電力量は従来よりも大幅に低減でき
る。
送する真空断熱配管が不要となるので、クライオパネル
を冷却する液体ヘリウムのみを製造供給すればよく、液
体ヘリウムの製造電力量は従来よりも大幅に低減でき
る。
【００５１】更に真空断熱配管が不要となるので、真空
リーク等の真空断熱配管に起因するトラブルが無くな
り、また低温で作動させる弁がＪ・Ｔ弁のみで済むので
冷却系の信頼性が向上する。加えて、高価な大型液体ヘ
リウム液化装置が必要ないので冷却系のコストを低減で
きる。
リーク等の真空断熱配管に起因するトラブルが無くな
り、また低温で作動させる弁がＪ・Ｔ弁のみで済むので
冷却系の信頼性が向上する。加えて、高価な大型液体ヘ
リウム液化装置が必要ないので冷却系のコストを低減で
きる。
【００５２】一方、クライオポンプの熱シールド板の冷
却にはヘリウム膨張機の寒冷を使用しないので小型ヘリ
ウム液化冷凍機をより低温に冷却でき、より多くのヘリ
ウムガスを液化が可能であり、３．７Ｋの冷凍量を増加
でき、クライオパネルの冷却時間をさらに短縮できる。
却にはヘリウム膨張機の寒冷を使用しないので小型ヘリ
ウム液化冷凍機をより低温に冷却でき、より多くのヘリ
ウムガスを液化が可能であり、３．７Ｋの冷凍量を増加
でき、クライオパネルの冷却時間をさらに短縮できる。
【００５３】また、配管１３の下流側に真空ポンプ１３
ａを設け窒素容器２１の液体窒素の飽和温度をさらに低
下させ、熱シールド板３２、ルーバ３４の温度を約７０
Ｋに冷却すれば、熱シールド板及びルーバから３．７Ｋ
のクライオパネルに侵入する輻射熱量を熱シールド板及
びルーバが８０Ｋの場合に比べ約１／１．７に低減する
ことができる。
ａを設け窒素容器２１の液体窒素の飽和温度をさらに低
下させ、熱シールド板３２、ルーバ３４の温度を約７０
Ｋに冷却すれば、熱シールド板及びルーバから３．７Ｋ
のクライオパネルに侵入する輻射熱量を熱シールド板及
びルーバが８０Ｋの場合に比べ約１／１．７に低減する
ことができる。
【００５４】故に、小型ヘリウム液化冷凍機の液体ヘリ
ウム製造量を低減でき、小型ヘリウム液化冷凍機の運転
電力量をさらに低減することが可能である。
ウム製造量を低減でき、小型ヘリウム液化冷凍機の運転
電力量をさらに低減することが可能である。
【００５５】本発明になる他の実施例を図３に示す。
【００５６】本実施例では、各クライオポンプ近傍に設
置した各ヘリウム圧縮機４１からヘリウム膨張機１４に
高圧のヘリウムガスを供給し、膨張後の中圧ヘリウムガ
スを回収する。また、クライオポンプ近傍に設置したＪ
・Ｔ回路用の各ヘリウム圧縮機４２から熱交換器１５に
高圧のヘリウムガスを供給し、膨張後の低圧ヘリウムガ
スを回収する。
置した各ヘリウム圧縮機４１からヘリウム膨張機１４に
高圧のヘリウムガスを供給し、膨張後の中圧ヘリウムガ
スを回収する。また、クライオポンプ近傍に設置したＪ
・Ｔ回路用の各ヘリウム圧縮機４２から熱交換器１５に
高圧のヘリウムガスを供給し、膨張後の低圧ヘリウムガ
スを回収する。
【００５７】一方、ヘリウム圧縮機４１の高圧配管４３
と予冷回路の高圧配管４４は流量調整弁４５を介して接
続され、ヘリウム圧縮機４１の中圧配管４６と予冷回路
の中圧配管４７は流量調整弁４８を介して接続されてい
る。
と予冷回路の高圧配管４４は流量調整弁４５を介して接
続され、ヘリウム圧縮機４１の中圧配管４６と予冷回路
の中圧配管４７は流量調整弁４８を介して接続されてい
る。
【００５８】また、ヘリウム圧縮機４２の高圧配管４９
と余剰ガス貯蔵タンク５０は流量調整弁５１を介して接
続され、ヘリウム圧縮機４２の低圧配管５２と余剰ガス
貯蔵タンク５０は、流量調整弁５３を介して接続されて
いる。
と余剰ガス貯蔵タンク５０は流量調整弁５１を介して接
続され、ヘリウム圧縮機４２の低圧配管５２と余剰ガス
貯蔵タンク５０は、流量調整弁５３を介して接続されて
いる。
【００５９】ヘリウム圧縮機４１の中圧配管４６とヘリ
ウム圧縮機４２の低圧配管５２は、流量調整弁５４を介
して接続されている。
ウム圧縮機４２の低圧配管５２は、流量調整弁５４を介
して接続されている。
【００６０】次に、クライオポンプの冷却方法を説明す
る。断熱配管１１で液体窒素タンク１０から小型ヘリウ
ム液化冷凍機５に供給（図１参照）された液体窒素は液
体窒素容器２１内に導かれ、配管３３、配管３５を通り
熱シールド板３２とルーバ３４、を温度約８０Ｋに冷却
する。熱シールド板３２内で蒸発した窒素ガスは、配管
１２で液体窒素容器２１上部に導かれ配管１３で大気に
放出される。
る。断熱配管１１で液体窒素タンク１０から小型ヘリウ
ム液化冷凍機５に供給（図１参照）された液体窒素は液
体窒素容器２１内に導かれ、配管３３、配管３５を通り
熱シールド板３２とルーバ３４、を温度約８０Ｋに冷却
する。熱シールド板３２内で蒸発した窒素ガスは、配管
１２で液体窒素容器２１上部に導かれ配管１３で大気に
放出される。
【００６１】一方、流量調整弁４５を開き、ヘリウム圧
縮機４２の風量の約１０倍の処理風量を有するヘリウム
圧縮機４１から高圧配管４３で予冷回路の熱交換器２２
に常温の高圧ヘリウムガスを供給し、この高圧ヘリウム
ガスを液体窒素容器２１内に配置した熱交換器２３内で
温度約８０Ｋに冷却する。低温の高圧ヘリウムガスは配
管３０、配管２５を通してクライオパネル２４に供給さ
れ、クライオパネルを急速に冷却する。
縮機４２の風量の約１０倍の処理風量を有するヘリウム
圧縮機４１から高圧配管４３で予冷回路の熱交換器２２
に常温の高圧ヘリウムガスを供給し、この高圧ヘリウム
ガスを液体窒素容器２１内に配置した熱交換器２３内で
温度約８０Ｋに冷却する。低温の高圧ヘリウムガスは配
管３０、配管２５を通してクライオパネル２４に供給さ
れ、クライオパネルを急速に冷却する。
【００６２】冷却後の低温の高圧ヘリウムガスは配管２
７を通して、一部の高圧ヘリウムガスは常温の熱交換器
１９、１７、１５を通りこれらの熱交換器を予冷する。
残りの高圧ヘリウムガスは配管３１を通り熱交換器２２
内で、高圧配管７から供給する常温の高圧ヘリウムガス
と熱交換し、この常温の高圧ヘリウムガスを冷却する。
７を通して、一部の高圧ヘリウムガスは常温の熱交換器
１９、１７、１５を通りこれらの熱交換器を予冷する。
残りの高圧ヘリウムガスは配管３１を通り熱交換器２２
内で、高圧配管７から供給する常温の高圧ヘリウムガス
と熱交換し、この常温の高圧ヘリウムガスを冷却する。
【００６３】両熱交換器１９、２２への上記低温の高圧
ヘリウムガスの流量は流量調整弁５４、中圧配管４７に
配置した流量調整弁４８で調整する。この時、ヘリウム
圧縮機４１から高圧配管４３でヘリウム膨張機１４に常
温の高圧ヘリウムガスを供給し、ヘリウム膨張機内で断
熱膨張させて第一ステージ３８で温度約５０Ｋの寒冷と
第二ステージ３９で約１０Ｋの寒冷を発生しておく。
ヘリウムガスの流量は流量調整弁５４、中圧配管４７に
配置した流量調整弁４８で調整する。この時、ヘリウム
圧縮機４１から高圧配管４３でヘリウム膨張機１４に常
温の高圧ヘリウムガスを供給し、ヘリウム膨張機内で断
熱膨張させて第一ステージ３８で温度約５０Ｋの寒冷と
第二ステージ３９で約１０Ｋの寒冷を発生しておく。
【００６４】クライオパネル２４を約８０Ｋに冷却した
後は高圧配管４３に配置した流量調整弁４５、４８を閉
じる。
後は高圧配管４３に配置した流量調整弁４５、４８を閉
じる。
【００６５】次に、ヘリウム圧縮機４２から高圧配管４
９でＪ・Ｔ回路に常温の高圧ヘリウムガスを供給し、常
温の高圧ヘリウムガスは熱交換器１５、１６、１７、１
８、１９を通って冷却され、予冷弁５５、配管２５を通
りクライオパネル２４に供給され、これを冷却して約１
０Ｋまで冷却する。
９でＪ・Ｔ回路に常温の高圧ヘリウムガスを供給し、常
温の高圧ヘリウムガスは熱交換器１５、１６、１７、１
８、１９を通って冷却され、予冷弁５５、配管２５を通
りクライオパネル２４に供給され、これを冷却して約１
０Ｋまで冷却する。
【００６６】この後、低温の低圧のヘリウムガスは配管
２７、熱交換器１９、１７、１５内で高圧のヘリウムガ
スを冷却しながら常温の低圧ヘリウムガスとなって、低
圧配管５２に流入し、ヘリウム圧縮機４２に戻る。
２７、熱交換器１９、１７、１５内で高圧のヘリウムガ
スを冷却しながら常温の低圧ヘリウムガスとなって、低
圧配管５２に流入し、ヘリウム圧縮機４２に戻る。
【００６７】その後、予冷弁５５を閉じる。高圧のヘリ
ウムガスは、熱交換器１９を通った後Ｊ・Ｔ弁２０で断
熱膨張してガスの一部が液化し温度３．７Ｋの液体ヘリ
ウムを製造する。温度３．７Ｋの低圧のガス及び液体ヘ
リウムは、配管２５を通りクライオパネル２４に供給さ
れ、これを冷却して、液体ヘリウムは蒸発する。
ウムガスは、熱交換器１９を通った後Ｊ・Ｔ弁２０で断
熱膨張してガスの一部が液化し温度３．７Ｋの液体ヘリ
ウムを製造する。温度３．７Ｋの低圧のガス及び液体ヘ
リウムは、配管２５を通りクライオパネル２４に供給さ
れ、これを冷却して、液体ヘリウムは蒸発する。
【００６８】しかる後、極低温の低圧のヘリウムガスは
配管２７を通り、熱交換器１９、１７、１５内で高圧の
ヘリウムガスを冷却しながら常温の低圧ヘリウムガスと
なって、低圧配管５２に流入し、ヘリウム圧縮機４２に
戻る。
配管２７を通り、熱交換器１９、１７、１５内で高圧の
ヘリウムガスを冷却しながら常温の低圧ヘリウムガスと
なって、低圧配管５２に流入し、ヘリウム圧縮機４２に
戻る。
【００６９】また、ヘリウム圧縮機４１の循環ヘリウム
流量は、流量調整弁５４により適正流量に調整し、他
方、余剰ガス貯蔵タンク５０内のヘリウムガス量を流量
調整弁５１、５３により増減させて、ヘリウム圧縮機４
２の循環ヘリウム流量を適正流量に調整する。
流量は、流量調整弁５４により適正流量に調整し、他
方、余剰ガス貯蔵タンク５０内のヘリウムガス量を流量
調整弁５１、５３により増減させて、ヘリウム圧縮機４
２の循環ヘリウム流量を適正流量に調整する。
【００７０】一方、クライオポンプ再生のために、クラ
イオパネルを加温しクライオパネル面に凝固した被排気
ガスを離脱させる運転では、配管２５に設置したヒータ
４０でＪ・Ｔ弁後の低圧のヘリウムガスを所定の温度ま
で加熱し、クライオパネルを約１０Ｋまで加温する。
イオパネルを加温しクライオパネル面に凝固した被排気
ガスを離脱させる運転では、配管２５に設置したヒータ
４０でＪ・Ｔ弁後の低圧のヘリウムガスを所定の温度ま
で加熱し、クライオパネルを約１０Ｋまで加温する。
【００７１】被排気ガスを離脱させた後は、ヒータ４０
による加温を停止し、冷却運転と同様にクライオパネル
を３．７Ｋまで冷却する。クライオパネルの材質はアル
ミニュウムやステンレス鋼、銅等であり、温度１０Ｋ以
下ではその比熱（Ｗ／Ｋｇ・Ｋ）が非常に小さいので、
１０Ｋから３．７Ｋまでの冷却は短時間に終了する。
による加温を停止し、冷却運転と同様にクライオパネル
を３．７Ｋまで冷却する。クライオパネルの材質はアル
ミニュウムやステンレス鋼、銅等であり、温度１０Ｋ以
下ではその比熱（Ｗ／Ｋｇ・Ｋ）が非常に小さいので、
１０Ｋから３．７Ｋまでの冷却は短時間に終了する。
【００７２】このように本実施例によれば、各クライオ
ポンプ１を各クライオポンプ近傍に設置した各ヘリウム
圧縮機４２の風量の約１０倍の処理風量を有するヘリウ
ム圧縮機４１から高圧配管４３で予冷回路の熱交換器２
２に常温の多量の高圧ヘリウムガスを供給し、熱シール
ド板の冷却に使用する液体窒素の一部の寒冷により予冷
却し、その後各ヘリウム圧縮機４２のヘリウムガスによ
り小型ヘリウム液化冷凍機５で所定の極低温に冷却でき
るので、クライオパネルの冷却、加温に際して真空断熱
配管を冷却、加温する必要がなく、クライオパネルの冷
却、加温が短時間で済む効果がある。
ポンプ１を各クライオポンプ近傍に設置した各ヘリウム
圧縮機４２の風量の約１０倍の処理風量を有するヘリウ
ム圧縮機４１から高圧配管４３で予冷回路の熱交換器２
２に常温の多量の高圧ヘリウムガスを供給し、熱シール
ド板の冷却に使用する液体窒素の一部の寒冷により予冷
却し、その後各ヘリウム圧縮機４２のヘリウムガスによ
り小型ヘリウム液化冷凍機５で所定の極低温に冷却でき
るので、クライオパネルの冷却、加温に際して真空断熱
配管を冷却、加温する必要がなく、クライオパネルの冷
却、加温が短時間で済む効果がある。
【００７３】また、本実施例によれば各クライオポンプ
専用のヘリウム圧縮機を各クライオポンプの近傍に設置
するので、特にＪ・Ｔ回路の低圧配管５２を短くして低
圧ヘリウムガスの圧力損失を小さくすることができ、Ｊ
・Ｔ弁出口の低圧ヘリウムの所定の飽和圧力温度３．７
Ｋを得るための、ヘリウム圧縮機４２の動力を小さくで
きる。従って、更に消費電力を低減できる。
専用のヘリウム圧縮機を各クライオポンプの近傍に設置
するので、特にＪ・Ｔ回路の低圧配管５２を短くして低
圧ヘリウムガスの圧力損失を小さくすることができ、Ｊ
・Ｔ弁出口の低圧ヘリウムの所定の飽和圧力温度３．７
Ｋを得るための、ヘリウム圧縮機４２の動力を小さくで
きる。従って、更に消費電力を低減できる。
【００７４】本発明になる他の実施例を図４に示す。本
実施例では、小型ヘリウム液化冷凍機とヘリウム圧縮機
４１、４２、余剰ガス貯蔵タンク５０、各流量調整弁を
内蔵した圧縮機ユニット各クライオポンプ近傍の真空容
器２の下部に設置した。
実施例では、小型ヘリウム液化冷凍機とヘリウム圧縮機
４１、４２、余剰ガス貯蔵タンク５０、各流量調整弁を
内蔵した圧縮機ユニット各クライオポンプ近傍の真空容
器２の下部に設置した。
【００７５】液体窒素は真空容器２の上部に配置した上
部液体窒素タンク５７に注入され、配管５８を介して下
部液体窒素タンク５９に注入される。液体窒素は配管６
０ａを通り熱シールド板３２を冷却した後、配管６０ｂ
を通り上部液体窒素タンク５７に戻る。
部液体窒素タンク５７に注入され、配管５８を介して下
部液体窒素タンク５９に注入される。液体窒素は配管６
０ａを通り熱シールド板３２を冷却した後、配管６０ｂ
を通り上部液体窒素タンク５７に戻る。
【００７６】本実施例によれば、小型ヘリウム冷凍機と
圧縮機ユニットを真空容器２の下部に設置しているの
で、両構成機器をメンテナンスする際、真空容器設置フ
ロアーから容易に作業することができる。
圧縮機ユニットを真空容器２の下部に設置しているの
で、両構成機器をメンテナンスする際、真空容器設置フ
ロアーから容易に作業することができる。
【００７７】本発明になる他の実施例を図５に示す。本
実施例では、第３寒冷発生手段の８０Ｋ熱シールド板冷
却専用の中間温度の小型ヘリウム冷凍機を設置し、液体
窒素の供給を不要にしている。
実施例では、第３寒冷発生手段の８０Ｋ熱シールド板冷
却専用の中間温度の小型ヘリウム冷凍機を設置し、液体
窒素の供給を不要にしている。
【００７８】８０Ｋ熱シールド板冷却専用の小型ヘリウ
ム冷凍機は、熱交換器６１、ヘリウム膨張機６２、と熱
交換器６３で構成する。熱交換器６３は、図１の予冷回
路の熱交換器２３の機能を含んでいる。
ム冷凍機は、熱交換器６１、ヘリウム膨張機６２、と熱
交換器６３で構成する。熱交換器６３は、図１の予冷回
路の熱交換器２３の機能を含んでいる。
【００７９】８０Ｋ熱シールド板冷却専用の小型ヘリウ
ム冷凍機には、ヘリウム圧縮機６（図１参照）から流量
調整弁６４及び高圧配管７を介して高圧ヘリウムガスが
供給される。この高圧ヘリウムガスは、熱交換器６１に
流入し、ここで、冷却された後タービン式膨張機等のヘ
リウム膨張機６２に流入し、断熱膨張して温度が５０Ｋ
程度の寒冷を発生する。
ム冷凍機には、ヘリウム圧縮機６（図１参照）から流量
調整弁６４及び高圧配管７を介して高圧ヘリウムガスが
供給される。この高圧ヘリウムガスは、熱交換器６１に
流入し、ここで、冷却された後タービン式膨張機等のヘ
リウム膨張機６２に流入し、断熱膨張して温度が５０Ｋ
程度の寒冷を発生する。
【００８０】膨張後の５０Ｋの中圧低温のヘリウムガス
は、熱交換器６３に流入し熱交換器を冷却した後、配管
６４を通り熱シールド板３２とルーバ３４を温度約６０
Ｋに冷却する。熱シールド板３２内で温度が若干上昇し
た中圧低温のヘリウムガスは、配管６５を通り、熱交換
器６１に流入し熱交換器を冷却した後常温中圧のヘリウ
ムガスとなって、中圧配管８に回収される。
は、熱交換器６３に流入し熱交換器を冷却した後、配管
６４を通り熱シールド板３２とルーバ３４を温度約６０
Ｋに冷却する。熱シールド板３２内で温度が若干上昇し
た中圧低温のヘリウムガスは、配管６５を通り、熱交換
器６１に流入し熱交換器を冷却した後常温中圧のヘリウ
ムガスとなって、中圧配管８に回収される。
【００８１】一方、ヘリウム圧縮機６から高圧配管７で
予冷回路の熱交換器６３に常温の高圧ヘリウムガスを供
給し、熱交換器６３内で温度約６０Ｋに冷却する。低温
の高圧ヘリウムガスは配管３０、配管２５を通してクラ
イオパネル２４に供給され、クライオパネルを急速に６
０Ｋに冷却する。
予冷回路の熱交換器６３に常温の高圧ヘリウムガスを供
給し、熱交換器６３内で温度約６０Ｋに冷却する。低温
の高圧ヘリウムガスは配管３０、配管２５を通してクラ
イオパネル２４に供給され、クライオパネルを急速に６
０Ｋに冷却する。
【００８２】冷却後の低温の高圧ヘリウムガスは配管２
７を通して一部の高圧ヘリウムガスは常温の熱交換器１
９、１７、１５を通りこれらの熱交換器を予冷する。残
りの高圧ヘリウムガスは配管３１を通り熱交換器２２内
で、高圧配管７から供給される常温の高圧ヘリウムガス
と熱交換し、この常温の高圧ヘリウムガスを冷却する。
７を通して一部の高圧ヘリウムガスは常温の熱交換器１
９、１７、１５を通りこれらの熱交換器を予冷する。残
りの高圧ヘリウムガスは配管３１を通り熱交換器２２内
で、高圧配管７から供給される常温の高圧ヘリウムガス
と熱交換し、この常温の高圧ヘリウムガスを冷却する。
【００８３】両熱交換器１９、２２への上記低温の高圧
ヘリウムガスの流量は低圧配管９に配置した流量調整弁
３６、中圧配管８に配置した流量調整弁３７で調整す
る。
ヘリウムガスの流量は低圧配管９に配置した流量調整弁
３６、中圧配管８に配置した流量調整弁３７で調整す
る。
【００８４】クライオパネルを約６０Ｋに冷却した後
は、高圧配管７に配置した流量調整弁３８を閉じ、流量
調整弁３７を微開し、高圧配管７に配置した流量調整弁
３９を開き、低圧配管９に配置した流量調整弁３６を全
開する。
は、高圧配管７に配置した流量調整弁３８を閉じ、流量
調整弁３７を微開し、高圧配管７に配置した流量調整弁
３９を開き、低圧配管９に配置した流量調整弁３６を全
開する。
【００８５】流量調整弁３９からＪ・Ｔ回路に流入した
常温の高圧ヘリウムガスは、熱交換器１５、１６、１
７、１８、１９を通った後Ｊ・Ｔ弁２０、配管２５を通
りクライオパネル２４に供給され、これを冷却して、約
１０Ｋまで冷却する。
常温の高圧ヘリウムガスは、熱交換器１５、１６、１
７、１８、１９を通った後Ｊ・Ｔ弁２０、配管２５を通
りクライオパネル２４に供給され、これを冷却して、約
１０Ｋまで冷却する。
【００８６】この後、低温の低圧のヘリウムガスは配管
２７、３１、熱交換器２２を通り、中圧配管８に排出さ
れる。その後、流量調整弁３７を閉じる。高圧のヘリウ
ムガスは、熱交換器１９を通った後Ｊ・Ｔ弁２０で断熱
膨張してガスの一部が液化し温度３．７Ｋの液体ヘリウ
ムを製造する。温度３．７Ｋの低圧のガス及び液体ヘリ
ウムは、配管２５を通りクライオパネル２４に供給さ
れ、これを冷却して、液体ヘリウムは蒸発する。
２７、３１、熱交換器２２を通り、中圧配管８に排出さ
れる。その後、流量調整弁３７を閉じる。高圧のヘリウ
ムガスは、熱交換器１９を通った後Ｊ・Ｔ弁２０で断熱
膨張してガスの一部が液化し温度３．７Ｋの液体ヘリウ
ムを製造する。温度３．７Ｋの低圧のガス及び液体ヘリ
ウムは、配管２５を通りクライオパネル２４に供給さ
れ、これを冷却して、液体ヘリウムは蒸発する。
【００８７】この後極低温の低圧のヘリウムガスは配管
２７を通り、熱交換器１９、１７、１５内で高圧のヘリ
ウムガスを冷却しながら常温の低圧ヘリウムガスとなっ
て、流量調整弁３６を通り低圧配管９に流入する。
２７を通り、熱交換器１９、１７、１５内で高圧のヘリ
ウムガスを冷却しながら常温の低圧ヘリウムガスとなっ
て、流量調整弁３６を通り低圧配管９に流入する。
【００８８】本実施例によれば液体窒素を輸送する断熱
配管が不要となるので、断熱配管を冷却する必要がなく
クライオポンプの冷却時間をさらに短縮することができ
る。また、熱シールド板及びルーバを６０Ｋまで冷却で
きるので、熱シールド板及びルーバから３．７Ｋのクラ
イオパネルに侵入する輻射熱量を、熱シールド板及びル
ーバが８０Ｋの場合に比べ約１／３に低減することがで
きる。従って、小型ヘリウム液化冷凍機の液体ヘリウム
製造量を低減でき、小型ヘリウム液化冷凍機の運転電力
量をさらに低減できる。
配管が不要となるので、断熱配管を冷却する必要がなく
クライオポンプの冷却時間をさらに短縮することができ
る。また、熱シールド板及びルーバを６０Ｋまで冷却で
きるので、熱シールド板及びルーバから３．７Ｋのクラ
イオパネルに侵入する輻射熱量を、熱シールド板及びル
ーバが８０Ｋの場合に比べ約１／３に低減することがで
きる。従って、小型ヘリウム液化冷凍機の液体ヘリウム
製造量を低減でき、小型ヘリウム液化冷凍機の運転電力
量をさらに低減できる。
【００８９】尚、本実施例では被冷却体にクライオパネ
ルを適用した場合につき説明したが、被冷却体が超電導
マグネットや電子機器であっても同様な効果が発生す
る。
ルを適用した場合につき説明したが、被冷却体が超電導
マグネットや電子機器であっても同様な効果が発生す
る。
【００９０】また、本実施例では第１寒冷発生手段にギ
フォード・マクマホン式冷凍機（Ｇ・Ｍ冷凍機）を適用
した場合ついて説明したが、第１寒冷発生手段がソルベ
イ式冷凍機、ビルマイヤー式冷凍機、パルスチューブ式
冷凍機、タービン式冷凍機、スターリング式冷凍機、ク
ロード式冷凍機、低温部に弁を有する往復動式冷凍機で
あっても同様な効果が発生する。
フォード・マクマホン式冷凍機（Ｇ・Ｍ冷凍機）を適用
した場合ついて説明したが、第１寒冷発生手段がソルベ
イ式冷凍機、ビルマイヤー式冷凍機、パルスチューブ式
冷凍機、タービン式冷凍機、スターリング式冷凍機、ク
ロード式冷凍機、低温部に弁を有する往復動式冷凍機で
あっても同様な効果が発生する。
【００９１】更に、本実施例では第２寒冷発生手段にＪ
・Ｔ弁を適用した場合ついて説明したが、第２寒冷発生
手段が、タービン式膨張機、スターリング式膨張機、低
温部に弁を有する往復動式膨張機であっても同様な効果
が発生するまた、本実施例では第３寒冷発生手段に液体
窒素とヘリウムタービン式膨張機を適用した場合ついて
説明したが、第３寒冷発生手段がスターリング式膨張
機、低温部に弁を有する往復動式膨張機、８０Ｋ以上で
作動する膨張弁であっても同様な効果が発生する
・Ｔ弁を適用した場合ついて説明したが、第２寒冷発生
手段が、タービン式膨張機、スターリング式膨張機、低
温部に弁を有する往復動式膨張機であっても同様な効果
が発生するまた、本実施例では第３寒冷発生手段に液体
窒素とヘリウムタービン式膨張機を適用した場合ついて
説明したが、第３寒冷発生手段がスターリング式膨張
機、低温部に弁を有する往復動式膨張機、８０Ｋ以上で
作動する膨張弁であっても同様な効果が発生する
【００９２】
【発明の効果】本発明によれば、各中性粒子入射装置に
設置した複数のクライオポンプごとを小型の液体ヘリウ
ム液化冷凍機で冷却し、常温部に液体ヘリウムを配送す
る断熱配管を配置せず、断熱配管での液体ヘリウムのロ
スを極力無くすことができ、また、クライオパネルの常
温からの冷却を、熱シールド板の冷却に使用する液体窒
素の一部の寒冷を利用して行えるので、クライオパネル
の冷却、加温が短時間で済む。
設置した複数のクライオポンプごとを小型の液体ヘリウ
ム液化冷凍機で冷却し、常温部に液体ヘリウムを配送す
る断熱配管を配置せず、断熱配管での液体ヘリウムのロ
スを極力無くすことができ、また、クライオパネルの常
温からの冷却を、熱シールド板の冷却に使用する液体窒
素の一部の寒冷を利用して行えるので、クライオパネル
の冷却、加温が短時間で済む。
【００９３】また、該小型の液体ヘリウム液化冷凍機で
低温を発生する作動媒体のヘリウムガスは、常温配管で
供給、回収できるので真空断熱配管を配置する必要がな
く、したがって、熱ロスもなく、常温配管は真空断熱配
管に比べ運転信頼性が高いので、冷却系の信頼性を向上
させることができる。
低温を発生する作動媒体のヘリウムガスは、常温配管で
供給、回収できるので真空断熱配管を配置する必要がな
く、したがって、熱ロスもなく、常温配管は真空断熱配
管に比べ運転信頼性が高いので、冷却系の信頼性を向上
させることができる。
【図１】本発明の一実施例のクライオポンプ冷却システ
ムの構成図である。
ムの構成図である。
【図２】本発明の一実施例の３．７Ｋ液化冷凍機を備え
た真空容器内の１個のクライオパネルの冷却システム構
成図である。
た真空容器内の１個のクライオパネルの冷却システム構
成図である。
【図３】本発明になる他の実施例に関する３．７Ｋ液化
冷凍機と圧縮機を備えた真空容器内の１個のクライオパ
ネルの冷却システム構成図である。
冷凍機と圧縮機を備えた真空容器内の１個のクライオパ
ネルの冷却システム構成図である。
【図４】本発明になる他の実施例に関する３．７Ｋ液化
冷凍機と圧縮機を真空容器下部に備えたクライオパネル
の冷却システム構成図である。
冷凍機と圧縮機を真空容器下部に備えたクライオパネル
の冷却システム構成図である。
【図５】本発明になる他の実施例に関する５０Ｋ冷凍機
を備えたクライオパネル冷却システム構成図である。
を備えたクライオパネル冷却システム構成図である。
１…クライオポンプ、２…真空容器、６、４１、４２…
ヘリウム圧縮機、１４…膨張機、１５、１６、１７、１
８、１９、２２、２３…熱交換器、２０…Ｊ・Ｔ弁、２
１…液体窒素タンク、２４…クライオパネル、３２…熱
シールド板、３４…ルーバ、５６…圧縮機ユニット。
ヘリウム圧縮機、１４…膨張機、１５、１６、１７、１
８、１９、２２、２３…熱交換器、２０…Ｊ・Ｔ弁、２
１…液体窒素タンク、２４…クライオパネル、３２…熱
シールド板、３４…ルーバ、５６…圧縮機ユニット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上出 泰生 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株 式会社 日立製作所 国分工場内 (72)発明者 山下 泰郎 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株 式会社 日立製作所 国分工場内 (56)参考文献 特開 昭52−116190（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−137166（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−84051（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01J 3/00 F04B 37/08 F25B 9/00
Claims (4)
- 【請求項１】冷却機で極低温度に冷却される被冷却体
と、該被冷却体を高温からの輻射熱の侵入を防止する低
温に冷却された輻射熱シールド体とを備える冷却機付き
真空容器において、前記冷却機は、第１寒冷発生手段と
第１寒冷発生手段に作動流体を供給する第１圧縮手段と
を有する寒冷発生回路と、第２寒冷発生手段と第２寒冷
発生手段に作動流体を供給する第２圧縮手段とを有する
極低温冷却回路と、常温と極低温の間の冷却温度を供給
する第３寒冷発生手段を有する予冷発生回路で構成し、
前記寒冷発生回路と極低温冷却回路の一部を熱的に結合
し、前記被冷却体を主に該極低温冷却回路で冷却し、前
記輻射熱シールド体を前記予冷発生回路で冷却すると共
に、前記極低温冷却回路の一部に加熱手段を設け、前記
被冷却体の加温時には、前記加熱手段で加温された極低
温冷却回路の作動流体で該被冷却体を加熱することを特
徴とする冷却機付き真空容器。 - 【請求項２】前記第３寒冷発生手段は、真空容器外から
供給する液体窒素であることを特徴とする請求項１に記
載の冷却機付き真空容器。 - 【請求項３】前記被冷却体は、ガス分子をその表面に凝
縮・凝固して排気するクライオパネルであることを特徴
とする請求項１または２の何れかに記載の冷却機付き真
空容器。 - 【請求項４】前記冷却機を真空容器の下部に配置したこ
とを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の冷却機
付き真空容器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03173597A JP3123126B2 (ja) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | 冷却機付き真空容器 |
| DE69211237T DE69211237T2 (de) | 1991-07-15 | 1992-06-24 | Vakuumbehälter mit einem gekühlten Element |
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| US08/228,001 US5426949A (en) | 1991-07-15 | 1994-04-15 | Vacuum vessel having a cooled member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03173597A JP3123126B2 (ja) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | 冷却機付き真空容器 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0515764A JPH0515764A (ja) | 1993-01-26 |
| JP3123126B2 true JP3123126B2 (ja) | 2001-01-09 |
Family
ID=15963553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03173597A Expired - Fee Related JP3123126B2 (ja) | 1991-07-15 | 1991-07-15 | 冷却機付き真空容器 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP0523871B1 (ja) |
| JP (1) | JP3123126B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US5647218A (en) * | 1995-05-16 | 1997-07-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Cooling system having plural cooling stages in which refrigerate-filled chamber type refrigerators are used |
| US5687574A (en) * | 1996-03-14 | 1997-11-18 | Apd Cryogenics, Inc. | Throttle cycle cryopumping system for Group I gases |
| US6396377B1 (en) | 2000-08-25 | 2002-05-28 | Everson Electric Company | Liquid cryogen-free superconducting magnet system |
| US7127901B2 (en) | 2001-07-20 | 2006-10-31 | Brooks Automation, Inc. | Helium management control system |
| US6718775B2 (en) * | 2002-07-30 | 2004-04-13 | Applied Epi, Inc. | Dual chamber cooling system with cryogenic and non-cryogenic chambers for ultra high vacuum system |
| US6708503B1 (en) * | 2002-12-27 | 2004-03-23 | General Electric Company | Vacuum retention method and superconducting machine with vacuum retention |
| GB2433581B (en) * | 2005-12-22 | 2008-02-27 | Siemens Magnet Technology Ltd | Closed-loop precooling of cryogenically cooled equipment |
| JP4763656B2 (ja) * | 2007-06-08 | 2011-08-31 | 株式会社日立製作所 | 極低温格納容器冷却システム及びその運用方法 |
| JP5732404B2 (ja) * | 2008-11-19 | 2015-06-10 | ブルックス オートメーション インコーポレイテッド | 排気系が組み込まれたプロセスチャンバ |
| FR3024219B1 (fr) * | 2014-07-23 | 2016-07-15 | Air Liquide | Procede de regulation d'une installation de refrigeration cryogenique et installation correspondante |
| CN107067918B (zh) * | 2017-06-16 | 2019-02-19 | 西南石油大学 | 聚变反应堆的氦气实验回路装置 |
| JP6954176B2 (ja) * | 2018-02-21 | 2021-10-27 | トヨタ自動車株式会社 | ユニット |
| CN110739086A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-01-31 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种用于托卡马克聚变装置冷却发电***的辅助回路 |
| GB2621830A (en) * | 2022-08-22 | 2024-02-28 | Atomic Energy Authority Uk | Improvements in and relating to fusion reactor fuel recovery |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3262279A (en) * | 1964-10-09 | 1966-07-26 | Little Inc A | Extreme high vacuum apparatus |
| US3256706A (en) * | 1965-02-23 | 1966-06-21 | Hughes Aircraft Co | Cryopump with regenerative shield |
| US3310955A (en) * | 1965-04-12 | 1967-03-28 | Air Reduction | Liquid hydrogen refrigeration |
| US3304729A (en) * | 1965-10-22 | 1967-02-21 | William A Chandler | Cryogenic storage system |
| DE1816981A1 (de) * | 1968-01-02 | 1969-08-21 | Internat Res & Dev Company Ltd | Kryogenpumpe |
| FR1584067A (ja) * | 1968-07-30 | 1969-12-12 | ||
| FR1587077A (ja) * | 1968-08-01 | 1970-03-13 | ||
| CH476215A (de) * | 1968-08-20 | 1969-07-31 | Balzers Patent Beteilig Ag | Verfahren zum Betrieb einer kryogenen Pumpstufe und Hochvakuumpumpanordnung zur Durchführung des Verfahrens |
| FR2114039A5 (ja) * | 1970-11-13 | 1972-06-30 | Air Liquide | |
| FR2321609A1 (fr) * | 1975-08-22 | 1977-03-18 | Air Liquide | Cryopompe a regeneration |
| US4148196A (en) * | 1977-04-25 | 1979-04-10 | Sciex Inc. | Multiple stage cryogenic pump and method of pumping |
| US4277949A (en) * | 1979-06-22 | 1981-07-14 | Air Products And Chemicals, Inc. | Cryostat with serviceable refrigerator |
| US4341079A (en) * | 1980-04-01 | 1982-07-27 | Cvi Incorporated | Cryopump apparatus |
| US4531372A (en) * | 1982-08-27 | 1985-07-30 | Comptech, Incorporated | Cryogenic pump having maximum aperture throttled part |
| JPS61185690A (ja) * | 1985-02-12 | 1986-08-19 | Hitachi Ltd | クライオポンプ |
| DE3724283A1 (de) * | 1987-07-22 | 1989-02-16 | Rodenstock Instr | Vorrichtung zur laserbehandlung der augen |
| US5083445A (en) * | 1989-01-20 | 1992-01-28 | Hitachi, Ltd. | Cryopump |
| DE3916212A1 (de) * | 1989-05-18 | 1990-11-22 | Spectrospin Ag | Verfahren und vorrichtung zum vorkuehlen des heliumtanks eines kryostaten |
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1991
- 1991-07-15 JP JP03173597A patent/JP3123126B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-06-24 DE DE69211237T patent/DE69211237T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-06-24 EP EP92305833A patent/EP0523871B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-04-15 US US08/228,001 patent/US5426949A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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|---|---|
| JPH0515764A (ja) | 1993-01-26 |
| US5426949A (en) | 1995-06-27 |
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| EP0523871A1 (en) | 1993-01-20 |
| DE69211237D1 (de) | 1996-07-11 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |