JP4736047B2

JP4736047B2 - 冷却システム

Info

Publication number: JP4736047B2
Application number: JP2006102659A
Authority: JP
Inventors: 久直尾形
Original assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Current assignee: Kanazawa Institute of Technology (KIT)
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2026-04-04
Also published as: JP2007278550A

Description

本発明は、冷却システムに関し、さらに詳しくは、液体ヘリウムの供給管路での熱侵入を抑制し、供給管路を長くすることが出来る冷却システムに関する。

従来、液体ヘリウムを冷凍機から供給管路を通してデュワーに供給する冷却システムが知られている（特許文献１参照。）。
特開２０００−３０４３６５号公報

上記従来の冷却システムでは、供給管路を内管と外管とにより構成し、内管に液体ヘリウムを通し、内管と外管とを真空断熱している。
しかし、熱放射による熱侵入が大きいため、供給管路を長くすることが出来ない問題点があった。
そこで、本発明の目的は、液体ヘリウムの供給管路での熱侵入を抑制し、供給管路を長くすることが出来る冷却システムを提供することにある。

第１の観点では、本発明は、液体ヘリウム（１Ｌ）を冷凍機（２）から供給管路（３）を通してデュワー（４）に供給する冷却システムであって、前記供給管路（３）は、液体ヘリウム（１Ｌ）を通す内管（３ｉ）と、前記内管（３ｉ）の外周を取り巻き該内管（３ｉ）と真空断熱された外管（３ｏ）とを有し、前記供給管路（３）の主要部分の前記内管（３ｉ）と外管（３ｏ）の間には熱シールド管（５）が挿入され、前記熱シールド管（５）が前記冷凍機（２）からの熱伝導により冷却されることを特徴とする冷却システム（１００）を提供する。
上記第１の観点による冷却システム（１００）では、供給管路（３）を構成する内管（３ｉ）と外管（３ｏ）の間が真空断熱されているだけでなく、冷凍機（２）からの熱伝導で冷却された熱シールド管（５）の挿入により熱放射が遮断されている。このため、供給管路（３）での熱侵入を抑制でき、供給管路を長くすることも可能になる。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による冷却システム（１００）において、前記熱シールド管（５）が前記デュワー（４）側からも熱伝導により冷却されることを特徴とする冷却システム（１００）を提供する。
上記第２の観点による冷却システム（１００）では、熱シールド管（５）が冷凍機（２）からの熱伝導で冷却されるだけでなく、デュワー（４）側からも熱伝導により冷却される。このため、さらに供給管路（３）での熱侵入を抑制できる。

第３の観点では、本発明は、前記第１または第２の観点による冷却システム（１００）において、前記供給管路（３）の主要部分の前記内管（３ｉ）と外管（３ｏ）とを可撓性のある金属管とし、前記熱シールド管（５）を熱伝導の良好な網線から構成したことを特徴とする冷却システム（１００）を提供する。
上記第３の観点による冷却システム（１００）では、供給管路（３）に熱シールド管（５）を挿入しても可撓性を持たせることが出来るので、供給管路（３）の取り付け／取り外し作業が容易になり、メンテナンス性が向上する。

本発明の冷却システムによれば、供給管路（３）を構成する内管（３ｉ）と外管（３ｏ）の間が真空断熱され且つ冷凍機（２）からの熱伝導で冷却された熱シールド管（５）の挿入により熱放射が遮断されているため、供給管路（３）での熱侵入を抑制でき、供給管路を長くすることも可能になる。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１にかかる冷却システム１００を示す説明図である。
この冷却システム１００は、被冷却体Ｓを冷却するために液体ヘリウム１Ｌを貯留しているデュワー４に、供給管路３を通して、冷凍機２から液体ヘリウム１Ｌを供給するシステムである。
被冷却体Ｓは、例えば超伝導磁気センサーであり、磁気ノイズを避けるために磁気シールド壁ＭＷで囲まれた磁気シールド室に、デュワー４と共に設置されている。
冷凍機２は、ノイズを発生するため、磁気シールド室外に設置されている。
従って、冷凍機２とデュワー４とを連結する供給管路３は、磁気シールド壁ＭＷを貫通している。

デュワー４は、被冷却体Ｓを収容し且つ液体ヘリウム１Ｌを貯留する内槽４ｉと、内槽４ｉの外周を取り巻き内槽４ｉと真空断熱された外槽４ｏとからなり、ガス１Ｇの排出と液体ヘリウム１Ｌの供給を行うためのネック部４ｎを有している。
ネック部４ｎの上端には、ガス排出管４ｇが取り付けられている。

供給管路３は、液体ヘリウム１Ｌを通す内管３ｉと、内管３ｉの外周を取り巻き該内管３ｉと真空断熱された外管３ｏとを有する。
供給管路３の一端はデュワー４のネック部４ｎに挿入される挿入部３ｓになっている。その挿入部３ｓにおいて、内管３ｉの一端がデュワー４の内槽４ｉに連通している。また、外管３ｏの一端は閉じている。
他方、供給管路３の他端において、内管３ｉの他端はカップリング７を介して冷凍機内管２５と連結されている。また、外管３ｏの他端は真空バヨネット９を介してベローズ管６の一端に連結されている。ベローズ管６の他端は冷凍機２の真空容器２０に連結されている。
供給管路３の主要部分（配管部分に相当する部分）の内管３ｉおよび外管３ｏは、可撓性のある金属管になっている。例えば蛇腹構造のステンレス管になっている（図１中に波線で表現している）。
内管３ｉの管径は、冷凍機２からデュワー４に適量の液体ヘリウム１Ｌを供給できると共にその液体ヘリウム１Ｌの供給量に相当するガス１Ｇがデュワー４から冷凍機２に戻れるように定められている。

供給管路３の内管３ｉと外管３ｏの間には、熱シールド管５が挿入されている。
熱シールド管５の端部５ａは、網線からなる連結体８を介して冷凍機２の熱シールド２４に連結されている。
他方、熱シールド管５の端部５ｂは、挿入部３ｓの下端近くまで延びて外管３ｏに連結されている。挿入部３ｓはガス１Ｇで冷却される。特に挿入部３ｓの下端近くでは、ガス１Ｇの温度が極めて低いため、よく冷却される。従って、熱シールド管５の端部５ｂからの熱伝導により熱シールド管５も冷却される。
図２に示すように、熱シールド管５の主要部分（配管部分に相当する部分）は、熱伝導の良好な例えば銅の網線からなるメッシュシールド５１と、そのメッシュシールド５１を管形状に保持するためのスプリング５２とから構成されており（図１中に×パターン線で表現している）、可撓性を有している。

外管３ｏと熱シールド管５の間には、熱放射を遮断するために、例えばスーパーインシュレータのような断熱材１１が充填されている。

外管３ｏ，熱シールド管５および内管３ｉは、支持体１０により相互間隔を保持されている。

冷凍機２は、真空容器２０と、真空容器２０に収容された第１ステージ２１，第２ステージ２２および凝縮器２３と、第２ステージ２２および凝縮器２３を囲む熱シールド２４と、凝縮器２３から突出した冷凍機内管２５とを具備している。
熱シールド２４は、第１ステージ２１により冷却されている。従って、熱シールド２４に連結体８で連結された熱シールド管５も熱伝導により冷却される。

冷凍機２からデュワー４へ液体へリウム１Ｌが自然落下で流れるようにするため、冷凍機２は架台２６に載せられてデュワー４より高い位置に置かれ、供給管路３は適当な勾配を付けられている。

冷凍機２に供給管路３を接続する作業は次の手順で行う。
まず、ベローズ管６を押しつぶした状態にして、冷凍機内管２５に供給管路３の内管３ｉをカップリング１０で接続すると共に、熱シールド２４に熱シールド管５を連結体８で接続する。
次に、ベローズ管６を引き出した状態にして、ベローズ管６に供給管路３の外管３ｏを真空バヨネット９で接続する。

実施例１の冷却システム１００によれば、供給管路３の内管３ｉと外管３ｏの間に熱シールド管５が挿入され、熱シールド管５が冷却されているので、供給管路３での熱侵入を抑制でき、供給管路３を長くすることが可能になる。
また、供給管路３の主要部が可撓性を有するので、供給管路３の取り付け／取り外し作業が容易になり、メンテナンス性が向上する。

図３に示すように、ヒートパイプ５３を熱シールド管５の長手方向に熱的に接触させて設けてもよい。ヒートパイプ５３に内蔵する流体は、動作温度領域に適合するものを選択する。例えば窒素、ネオン、水素が挙げられる。
実施例２によれば、熱シールド管５の長手方向の温度勾配を小さくすることが出来る。

図４に示すように、内管３ｉを液管３Ｌとガス管３Ｇの二重管としてもよい。
実施例３によれば、温度が異なり且つ流れが逆方向の液体ヘリウム１Ｌとガス１Ｇとが分離され、接触しないので、温度損失を低減できる。

本発明の冷却システムは、液体ヘリウムを冷媒とする例えば生体磁気測定装置に利用できる。

実施例１にかかる冷却システムを示す断面説明図である。実施例１にかかる熱シールド管の主要部の構造を示す斜視図である。実施例２にかかる熱シールド管とヒートパイプを示す斜視図である。実施例３にかかる内管と凝縮器を示す斜視図である。

符号の説明

１Ｌ液体ヘリウム
１Ｇガス
２冷凍機
３供給管路
３ｉ内管
３ｏ外管
３Ｇガス管
３Ｌ液管
４デュワー
５熱シールド管
８連結体
２４熱シールド
５１メッシュシールド
５２スプリング
５３ヒートパイプ
１００冷却システム

Claims

液体ヘリウム（１Ｌ）を磁気シールド室外の冷凍機（２）から磁気シールド壁（ＭＷ）を貫通している供給管路（３）を通して磁気シールド室内のデュワー（４）に供給する冷却システムであって、前記供給管路（３）は、液体ヘリウム（１Ｌ）を通す内管（３ｉ）と、前記内管（３ｉ）の外周を取り巻き該内管（３ｉ）と真空断熱された外管（３ｏ）とを有し、前記供給管路（３）の一端側は前記デュワー（４）のネック部（４ｎ）に挿入される挿入部（３ｓ）になっており、前記挿入部（３ｓ）における前記外管（３ｏ）の周囲を通ってガス（１Ｇ）が前記ネック部（４ｎ）から排出され、前記供給管路（３）の他端側は冷凍機（２）と連結されており、前記供給管路（３）の主要部分の前記内管（３ｉ）と外管（３ｏ）の間には熱シールド管（５）が挿入され、前記熱シールド管（５）の一端側は前記挿入部（３ｓ）の下端近くで前記外管（３ｏ）に連結されると共に他端側は冷凍機（２）に連結され、前記シールド管（５）が前記デュワー（４）側からの熱伝導により冷却されると共に前記冷凍機（２）からの熱伝導により冷却されることを特徴とする冷却システム（１００）。
請求項１に記載の冷却システム（１００）において、断熱材（１１）が、前記外管（３ｏ）と前記熱シールド管（５）の間に充填されていることを特徴とする冷却システム（１００）。
請求項１または請求項２に記載の冷却システム（１００）において、ヒートパイプ（５３）が、前記熱シールド管（５）の長手方向に熱的に接触して設置されていることを特徴とする冷却システム（１００）。