JPH0268460A

JPH0268460A - 極低温冷凍装置

Info

Publication number: JPH0268460A
Application number: JP21734788A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Harada; 信太郎原田; Soichi Kurazono; 藏薗　宗一
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1988-08-31
Filing date: 1988-08-31
Publication date: 1990-03-07
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: JP2707624B2

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、極低温冷凍装置に関し、ジョセフソン素子、
スキッド素子等を常時極低温の状態に維持する、あるい
は液体ヘリウムで冷却される超電導磁石を液体ヘリウム
の温度まで冷却または維持する等の目的に利用される。

（従来の技術）従来、この種の極低温冷凍装置として特公昭５８−２１
１８６号公報に示されるものがある。

この極低温冷凍装置は、複数個の熱交換器を有する冷媒
ガスの循環回路と、少なくとも１段の低温端を有し該低
温端にて前記循環回路を流れる冷媒ガスと熱的に接触し
該冷媒ガスを冷却する少なくとも１つの冷凍機と、前記
循環回路及び前記冷凍機への輻射熱を遮蔽する輻射熱シ
ールド板とを備えている。

（発明が解決しようとする課題）上記した従来の極低温冷凍装置においては、輻射熱シー
ルド板の冷却が液体窒素あるいは、冷凍機との接触１例
えば冷凍機のシリンダのフランジに固定されることによ
る伝導により行われ、冷凍機の低温端にて循環回路系の
冷媒ガスの冷却が行われている。そのため、循環回路系
と輻射熱シールド板との熱的な相互の関係が密接でなく
、例えば循環回路系に急激に熱負荷等の外乱が入った場
合に、すぐに温度バランスをくずし、しかもそれが循環
回路系のみに生じ、冷凍機及び、輻射熱シールド板には
その影響が及んでいない不安定な状態が発生ずることが
あった。即ち、循環回路系に急激に熱負荷等の外乱が入
り同系の冷媒ガスの温度が上昇した場合、該冷媒ガスと
熱的に接触している冷凍機の温度も」１昇し、それと共
に輻射熱シールド板の温度も上昇する。その後に循環回
路系の冷媒ガスの温度が低下してもすくには輻射熱シー
ルド板の温度は低下せず、冷凍装置の冷却に要する時間
が長くなる。また、循環回路系と輻射熱シールド板との
熱的な応答性も悪く、制御がしにくいという問題がある
。

そこで本発明は、循環回路系と冷凍機との熱的な相互の
関係を密接にして、急激な熱負荷等の外乱に対し、温度
バランスをくずしにくい安定した系を形成することを、
その技術的課題とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記した技術的課題を解決するために講じた技術的手段
は、複数個の熱交換器を有する冷媒ガスの循環回路と、
少なくとも１段の低温端を有し該低温端にて前記循環回
路を流れる冷媒ガスと熱的に接触し該冷媒ガスを冷却す
る圧縮空間、アフタークーラー、１段もしくはそれ以上
の段数を有する蓄冷器及び膨張空間からなる少なくとも
１つの冷凍機と、前記循環回路及び前記冷凍機への輻射
熱を遮蔽する輻射熱シールド板とを備えた極低温冷凍装
置において、前記冷凍機の１段目の低温端に設けた前記
熱交換器へ接続される前記循環回路の配管をその上流側
にて前記輻射熱シールド板に接触、もしくは固定したこ
とである。

（作用）これによれば、循環回路の配管を輻射熱シールド板に熱
的に接触もしくは固定することにより、循環回路を輻射
熱シールド板及び低温端を介して冷凍機と熱的に接触さ
せることによって、循環回路と冷凍機及び輻射熱シール
ド板との熱的な相互の関係を密接にして急激な熱負荷等
の外乱に対し、温度バランスを（ずしにくい熱的に安定
した系を形成することができる。

（実施例）以下、本考案に従った極低温冷凍装置の一実施例を図面
に基づき説明する。

第１図に示す極低温冷凍装置において、１０は循環回路
内の冷媒ガス（ヘリウム等、その他の冷媒）を圧縮する
ガス圧縮機、ＩＣｌ３は循環回路内の冷媒ガスにより同
ガスの熱交換を行う向流型の熱交換器、１４は液体ヘリ
ウム槽等に収納された超電導磁石等の被冷却部である。

１２は２段の低温端１２ａ、１２ｂを有した冷凍機であ
り、その１段目の低温端１２ａには熱交換器１１の１次
側１１ａにて熱交換された冷媒ガスを熱的に接触せしめ
て冷却する熱交換器１５が設けられており、またその２
段目の低温端１２ｂには熱交換器１５により冷却された
冷媒ガスを熱交換器１３の一次側１３ａにて熱交換され
た冷媒ガスを熱的に接触せしめて冷却する熱交換器１６
が設げられている。

１７は熱交換器１６から被冷却部１４に至る循環回路に
介装され、該回路を流れる冷媒ガスの流量を調整する流
量調整弁であり、１８は冷媒ガスを貯溜する低圧ガスホ
ルダである。

本実施例においては、熱交換器１３，１５．１６、冷凍
機１２の各低温端１２ａ、１２ｂ及び被冷却部１４は輻
射熱シールド板１９により包囲されていて、これらの部
材はその内部に形成される低温室１９ａ内に位置されて
いる。また、熱交換器１１の一次側１１から熱交換器１
５に至る循環回路の配管を熱接続部２０にて輻射熱シー
ルド板１９に接触または固定させている。

以上の構成から成る本実施例の作用を説明する。

定常の冷凍運転が行われているときは、ガス圧縮器１０
から高圧側冷媒ガス管路２１を介して供給される高圧冷
媒ガスは、各熱交換器１１．１３の一次側１１ａ、１３
ａを流れる途中で冷凍機１２の一段目の熱交換器１５で
予冷され、更に熱交換器１６により冷却されて、流量調
整弁１７において膨張されて被冷却部１４の液体ヘリウ
ム槽等に供給される。循環回路の冷凍能力と被冷却体の
冷凍負荷との平衡が保たれていると、ガス圧縮器１０か
ら供給される高圧ガス冷媒ガスと同量の低温、低圧冷媒
ガスが被冷却部１４から低圧側冷媒ガス管路２２を経て
各熱交換器１１．１３の二次側１１ｂ、１３ｂを帰還し
、各熱交換器の一次側１１ａ、１３ａの高圧冷媒ガスと
熱交換しながらほぼ室温に達し、ガス圧縮機１０に吸入
される。

そして再びガス圧縮機１０で昇圧されて高圧冷媒ガスと
なり、以後同様なサイクルが繰り返されて冷凍運転が行
われる。

しかして本実施例においては、熱交換器１１の一次側１
１ａから熱交換器１５に至る循環回路の配管を熱接続部
２０にて輻射熱シールド板１９に接触または固定させて
いる。これにより、循環回路系に急激に熱負荷等の外乱
が入り同系の冷媒ガスの温度が上昇した場合、熱接続部
２０にて熱的に接触している輻射熱シールド板１９の温
度が上昇すると共に、各熱交換器１５．１６により熱交
換されて冷凍機１２の温度も上昇するが、その後に冷媒
ガスの温度が低下すると熱接続部２０を介してその温度
がすくに輻射熱シールド板１９に伝わる。このように、
本実施例においては循環回路の配管を輻射熱シールド板
に熱的に接触もしくは固定することにより、循環回路を
輻射熱シールド板及び低温端を介して冷凍機と熱的に接
触させることによって、循環回路と冷凍機との熱的な相
互の関係を密接にして急激な熱負荷等の外乱に対しく７
）、温度バランスをくずしにくい熱的に安定した系を形成
することができる。また更に熱的な応答性も向上でき、
冷凍機の制御によって循環系の制御も容易にすることが
できる。更に、輻射熱シールド板は配管により冷却され
る構成であるため、配管の引き回しにより、輻射熱シー
ルド板の自由な所で冷却ができ、構成かじゃずいと共に
、冷凍機の低温端のフランジ部等での接触による冷却と
は異なり、伝熱面積を自由に確保でき、輻射熱シールド
板の温度を設定し易くできる。

第２図は本発明の第２実施例を示し、この実施例におい
ては、１段の低温端１１２Ａ＋を有する冷凍機１１２Ａ
と２段の低温端１１２Ｂ＋、１１２Ｂ２を有する冷凍機
１１２Ｂの２個の冷凍機を備えていて、ガス圧縮機１１
０．熱交換器１１１の一次側１１１ａからの冷媒ガスは
冷凍機」１２Ａの低温端１１２Ａ＋　に設けられている
熱交換器１１５ａにてまず７０に〜５０Ｋに冷却され、
更に冷凍機１１２Ｂの１段目の低温端１１２Ｂ＋に設け
られている熱交換器１１５ｂにて５０に〜３０Ｋまで冷
却され、その後熱交換器１１３の一次側１１３ａにて熱
交換された後、冷凍機１１２Ｂの２段目の低温端１１２
Ｂ２に設けられている熱交換器１１６にて３０に〜ＩＯ
Ｋまで冷却されるようになっていて、順序良く冷却する
ことにより冷却効率を高めている。その他の構成及び作
用は第１図に示す実施例と同じであり、同じ構成には第
１図で用いた番号符号に１００を加えた番号符号を付し
、その説明はここでは省略する。

本実施例においては、冷凍機１１２Ａの低温端１１２Ａ
＋　と冷凍機１１２Ｂの１段目の低温端１１２Ｂ１間の
循環系の配管が輻射熱シールド板１１９に熱接続部１２
０にて接触もしくは固定されており、循環回路と冷凍機
との熱的な相互の関係を密接にして急激な熱負荷等の外
乱に対し、温度バランスをくずしにくい安定した系を形
成している。

第３図は本発明の第３実施例を示し、この実施例におい
ては３段の低温端２１２ａ、２１２ｂ。

２１２Ｃを有する冷凍ｍ２１２を備え、１段目の低温端
２１２ａを収容する第１室２１９ａを形成する第１輻射
熱シールド板２１９Ａと該第１室２１９ａ内に２段目及
び３段目の低温端２１２ｂ２１２Ｃを収容する第２室２
１９ｂを形成する第２輻射熱シールド板２１９Ｂの２層
に配置された２つの輻射熱シールド板を備えている。

本実施例においては、ガス圧縮ｍ２１０より熱交換器２
１１の一次側２１１ａを経て、冷凍機２１２の１段目の
低温端２１２ａに設げられた熱交換器２１５に至る循環
系の配管が第１輻射熱シールド板２１９Ａに接触もしく
は固定されて、第１輻射熱シールド板２１９Ａが７０に
程度に冷却されると共に、冷凍機２１２の１段目の低温
端２１２ａに設けられた熱交換器２１５より熱交換器２
１３の一次側２１３ａを経て、冷凍機２１２の２段目の
低温端２１２ｂに設けられた熱交換器２１６に至る循環
系の配管が第２輻射熱シールド板２１９Ｂに接触もしく
は固定されて、第２輻射熱シールド板２１９Ｂが２０に
程度に冷却されるようになっていて、循環回路と冷凍機
との熱的な相互の関係を密接にされている。尚、熱交換
器２１６で熱交換された循環系の冷媒ガスはその後熱交
換器２２３の一次側２２３ａ及び冷凍機２１２の３段目
の低温端２１２Ｃに設けられた熱交換器２２４を経て流
量調整弁２１７及び被冷却部２１４に至る。本実施例に
おいて、その他の構成及び作用は第１図に示す実施例と
ほぼ同じであるため、同じ構成には第１図で用いた番号
符号に２００を加えた番号符号を付し、その説明はここ
では省略する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、循環回路の配管を輻射熱シールド板に
熱的に接触もしくは固定することにより、循環回路を輻
射熱シールド板及び低温端を介して冷凍機と熱的に接触
させることによって、循環回路と冷凍機との熱的な相互
の関係を密接にして急激な熱負荷等の外乱に対し、温度
バランスをくずしにくい熱的に安定した系を形成するご
とができる。また、更に熱的な応答性が応答性も良くな
り、冷凍機の制御によって循環系の制御も容易とするこ
とができる。

また本発明によれば、輻射熱シールド板が配管により冷
却されるため、輻射熱シールド板の自由なところで冷却
ができて構成がし易いと共に、冷凍機の低温端のフラン
ジ部等での接触による冷却とは異なり、伝熱面積を自由
に確保でき、輻射熱シールド板の温度の設定を容易にす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す構成図、第２図は本
発明の第２実施例を示す構成図、第３図は本発明の第３
実施例を示す構成図である。１０・・・ガス圧縮機、１１，１３，１５．１６・・・
熱交換器、１２・・・冷凍機、１２ａ１２ｂ・・・低温
端、１４・・・被冷却部、１７・・・流量制御弁、１９
・・・輻射熱シールド板、２０・・・熱接触部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数個の熱交換器を有する冷媒ガスの循環回路と
、少なくとも１段の低温端を有し該低温端にて前記循環
回路を流れる冷媒ガスと熱的に接触し該冷媒ガスを冷却
する圧縮空間、アフタークーラー、１段もしくはそれ以
上の段数を有する蓄冷器及び膨張空間からなる少なくと
も１つの冷凍機と、前記循環回路及び前記冷凍機への輻
射熱を遮蔽する輻射熱シールド板とを備えた極低温冷凍
装置において、前記冷凍機の１段目の低温端に設けた前
記熱交換器へ接続される前記循環回路の配管をその上流
側にて前記輻射熱シールド板に接触、もしくは固定した
ことを特徴とする極低温冷凍装置。
（２）前記冷凍機が２個配され、各冷凍機の１段目の低
温端に設けた前記熱交換器を互いに前記循環回路を介し
て接続されてなり、該循環回路が前記各冷凍機の各低温
端間にて前記輻射熱シールド板に接触、もしくは固定さ
れていることを特徴とする請求項（１）に記載の極低温
冷凍装置。
（３）前記輻射熱シールド板が温度レベル毎に多重に配
置されていることを特徴とする請求項（１）又は（２）
に記載の極低温冷凍装置。