JPH0370914B2 - - Google Patents
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- JPH0370914B2 JPH0370914B2 JP58095626A JP9562683A JPH0370914B2 JP H0370914 B2 JPH0370914 B2 JP H0370914B2 JP 58095626 A JP58095626 A JP 58095626A JP 9562683 A JP9562683 A JP 9562683A JP H0370914 B2 JPH0370914 B2 JP H0370914B2
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- JP
- Japan
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- valve
- temperature
- gas
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- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 23
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 23
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 19
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 18
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Classifications
-
- 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
- F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
- F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、超臨界圧ヘリウムを冷媒とし、この
冷媒を強制的に循環して冷却する超電導冷却装置
に係り、特に、被冷却体からの戻りガスを制御す
る極低温冷却装置に関する。
冷媒を強制的に循環して冷却する超電導冷却装置
に係り、特に、被冷却体からの戻りガスを制御す
る極低温冷却装置に関する。
ヘリウムの強制流により超電導マグネツトを冷
却することは、浸漬冷却に比べ、冷却設備や、特
殊な導体を用いることなどから、その開発がやゝ
遅れていた。しかし、近年冷却技術が向上し、核
融合大型マグネツト、加速器用マグネツトなど大
型のもの、特殊形状のものへの超電導マグネツト
の適用が考えられるようになつて、各方面で開発
がなされるようになつた。
却することは、浸漬冷却に比べ、冷却設備や、特
殊な導体を用いることなどから、その開発がやゝ
遅れていた。しかし、近年冷却技術が向上し、核
融合大型マグネツト、加速器用マグネツトなど大
型のもの、特殊形状のものへの超電導マグネツト
の適用が考えられるようになつて、各方面で開発
がなされるようになつた。
一般に、超臨界圧ヘリウムを用いた強制冷却の
利点は、 (1) 第１図ａ及びｂに示すように導体自身が冷媒
通路となるため、クーリングチヤンネルが不要
となり、機械的強度が大となる。
利点は、 (1) 第１図ａ及びｂに示すように導体自身が冷媒
通路となるため、クーリングチヤンネルが不要
となり、機械的強度が大となる。
(2) コイルの絶縁が容易にできる。
(3) 電気絶縁１が容易となり形状の複雑なコイル
をつくることができる。
をつくることができる。
(4) 超電導コイル２の収納クライオスタツトは単
に真空容器であれば良い。
に真空容器であれば良い。
(5) 交流損失などによる発熱を強制的流によつて
除去できる。
除去できる。
などがあげられる。
第２図は強制冷却方式の一例として、冷媒に超
臨界圧ヘリウムを、又液体ヘリウム槽には、外部
から液体ヘリウムを供給する方式を用いた概略図
を示す。
臨界圧ヘリウムを、又液体ヘリウム槽には、外部
から液体ヘリウムを供給する方式を用いた概略図
を示す。
図において、冷媒となるヘリウムガスは循環圧
縮機４により圧縮されてコールドボツクス５に導
びかれ、熱交換器６内で戻りガスと熱交換して温
度を下げ、4.2〓液体ヘリウム槽７の中に入つて
冷却される。
縮機４により圧縮されてコールドボツクス５に導
びかれ、熱交換器６内で戻りガスと熱交換して温
度を下げ、4.2〓液体ヘリウム槽７の中に入つて
冷却される。
冷却されたガスは、トランスフアチユーブ８ａ
を介してクライオスタツト９内にある超電導コイ
ルを冷却し、戻りガスはトランスフアチユーブ８
ｂを介して、コールドボツクス５に入り、ジユー
ルトムソン（以下JT）弁１１でJT膨張して液と
なり、液体ヘリウム槽に溜る。こゝで蒸発したガ
スは戻り配管１２、熱交換器６を介して循環圧縮
機４に戻り、これをくり返しながら冷却する。
を介してクライオスタツト９内にある超電導コイ
ルを冷却し、戻りガスはトランスフアチユーブ８
ｂを介して、コールドボツクス５に入り、ジユー
ルトムソン（以下JT）弁１１でJT膨張して液と
なり、液体ヘリウム槽に溜る。こゝで蒸発したガ
スは戻り配管１２、熱交換器６を介して循環圧縮
機４に戻り、これをくり返しながら冷却する。
従来のこのような利点をもつ強制冷却方式にも
次のような欠点がある。
次のような欠点がある。
まず、第１は、第２図で示すようにクライオス
タツト９内の超電導コイル１０からの戻りガス
は、トランスフアチユーブ８ｂを介してコールド
ボツクスに戻る構造になつているが、運転中、し
ばしば、クライオスタツト内の超電導コイルを含
め配管部で熱振動が生じ、超電導コイルで測定し
ている冷媒温度を急激に上昇させ、超電導コイル
を常電導転移させる。
タツト９内の超電導コイル１０からの戻りガス
は、トランスフアチユーブ８ｂを介してコールド
ボツクスに戻る構造になつているが、運転中、し
ばしば、クライオスタツト内の超電導コイルを含
め配管部で熱振動が生じ、超電導コイルで測定し
ている冷媒温度を急激に上昇させ、超電導コイル
を常電導転移させる。
また、別の欠点は、この戻りガスはトランスフ
アチユーブ８ｂを介してコールドボツクス５に入
り、液体ヘリウム貯槽７に入る前、JT弁１１に
よつてJT膨張する構造になつているが、どんな
条件の戻りガスでも液体ヘリウム貯槽に入る構造
であるため、温度の高いガスが入つた場合、液体
ヘリウムを蒸発させ、液体ヘリウムの消費量を増
大させる欠点がある。なお、図中３は金属管、
３′は冷媒通路、１３は液体ヘリウムデユア、１
４はトランスフアチユーブ、１５はJT弁、１６
は安定化電源である。
アチユーブ８ｂを介してコールドボツクス５に入
り、液体ヘリウム貯槽７に入る前、JT弁１１に
よつてJT膨張する構造になつているが、どんな
条件の戻りガスでも液体ヘリウム貯槽に入る構造
であるため、温度の高いガスが入つた場合、液体
ヘリウムを蒸発させ、液体ヘリウムの消費量を増
大させる欠点がある。なお、図中３は金属管、
３′は冷媒通路、１３は液体ヘリウムデユア、１
４はトランスフアチユーブ、１５はJT弁、１６
は安定化電源である。
本発明の目的は、被冷却体からの戻りガスを制
御し、熱振動がなく、液体ヘリウム消費量の少な
い、高性能な極低温冷却装置を提供するにある。
御し、熱振動がなく、液体ヘリウム消費量の少な
い、高性能な極低温冷却装置を提供するにある。
本発明は、超臨界ヘリウムを冷媒とし、これを
強制冷却導体からなる超電導コイルに強制的に循
環して冷却する超電導冷却装置において、超電導
コイルが収納されているクライオスタツト内の戻
りガス配管に逆止弁を設け、この超電導コイルか
らの戻りガス配管をコールドボツクス内で分岐
し、この分岐点に温度検知器を設置し、戻りガス
の温度を検知して作動する複数個の弁を分岐点下
流に設けることにある。
強制冷却導体からなる超電導コイルに強制的に循
環して冷却する超電導冷却装置において、超電導
コイルが収納されているクライオスタツト内の戻
りガス配管に逆止弁を設け、この超電導コイルか
らの戻りガス配管をコールドボツクス内で分岐
し、この分岐点に温度検知器を設置し、戻りガス
の温度を検知して作動する複数個の弁を分岐点下
流に設けることにある。
本発明を実施する装置を第３図で説明する。
第２図との相異点は、クライオスタツト５内の
戻りガス配管に第４図に拡大して示すようなテフ
ロン球１７による逆止弁１９を設置したこと、コ
ールドボツクス５内の戻りガス配管を三方向に分
岐し、分岐点２０に温度検知器２１を設置し、分
岐点より下流の液体ヘリウム貯槽入口配管２２、
熱交換器への戻り配管２２′、及び熱交換器バイ
パス配管２３には、分岐点での温度を検知して作
動する。ジユールトムソン弁１１′及び自動弁２
５，２６を設置したことにある。
戻りガス配管に第４図に拡大して示すようなテフ
ロン球１７による逆止弁１９を設置したこと、コ
ールドボツクス５内の戻りガス配管を三方向に分
岐し、分岐点２０に温度検知器２１を設置し、分
岐点より下流の液体ヘリウム貯槽入口配管２２、
熱交換器への戻り配管２２′、及び熱交換器バイ
パス配管２３には、分岐点での温度を検知して作
動する。ジユールトムソン弁１１′及び自動弁２
５，２６を設置したことにある。
運転は、まず、コールドボツクス５、及びクラ
イオスタツト９の内部を真空引きし、系内配管内
のパージを行なう。次に、液体窒素槽６′及び液
体ヘリウム槽７にそれぞれの液を注入し、循環圧
縮機４をスタートさせ、ゆつくり吐出弁２４を開
いて圧縮されたヘリウムガスを強制的に循環す
る。
イオスタツト９の内部を真空引きし、系内配管内
のパージを行なう。次に、液体窒素槽６′及び液
体ヘリウム槽７にそれぞれの液を注入し、循環圧
縮機４をスタートさせ、ゆつくり吐出弁２４を開
いて圧縮されたヘリウムガスを強制的に循環す
る。
尚、分岐点での温度検知器の設定は、戻りガス
の温度によつて、ジユールトムソン弁１１′及び
自動弁２５及び２６の開閉が任意に設定できるよ
うにした。
の温度によつて、ジユールトムソン弁１１′及び
自動弁２５及び２６の開閉が任意に設定できるよ
うにした。
実施例 １
まず、逆止弁の効果をみるため、従来から行な
つている方法と同一にするように、検知器の設定
をはずし、ジユールトムソン弁１１′は全開、他
の２ケの自動弁２５及び２６は閉じ、循環ガスを
圧力５Kg／cm2Ｇ、流量を３ｇ／ｓ〜５ｇ／ｓの範
囲で流した。
つている方法と同一にするように、検知器の設定
をはずし、ジユールトムソン弁１１′は全開、他
の２ケの自動弁２５及び２６は閉じ、循環ガスを
圧力５Kg／cm2Ｇ、流量を３ｇ／ｓ〜５ｇ／ｓの範
囲で流した。
その結果、逆止弁がない時にはクライオスタツ
ト出口の温度が、10〓以下になつた時、振巾20〓
程度の熱振動が生じ、６〓以下の温度を得ること
は出来なかつたが、本実施例では、熱振動はおこ
らずクライオスタツト出口温度も47〓まで安定に
下げることができた。
ト出口の温度が、10〓以下になつた時、振巾20〓
程度の熱振動が生じ、６〓以下の温度を得ること
は出来なかつたが、本実施例では、熱振動はおこ
らずクライオスタツト出口温度も47〓まで安定に
下げることができた。
実施例 ２
次に、逆止弁は設置したまゝ、分岐点での温度
検知器の設定を次のようにして実施した。
検知器の設定を次のようにして実施した。
設定は、まず、戻りガスの温度が4.3゜〜７〓で
あるときは、ジユールトムソン弁を約30％開くよ
うにし、この時、自動弁２５及び２６は閉じるよ
うにした。
あるときは、ジユールトムソン弁を約30％開くよ
うにし、この時、自動弁２５及び２６は閉じるよ
うにした。
又、温度が７〓を越え30〓までの時はジユール
トムソン弁１１′及び自動弁２６を閉じ、もう１
つの自動弁２５を開くようにした。
トムソン弁１１′及び自動弁２６を閉じ、もう１
つの自動弁２５を開くようにした。
又、温度が30〓を越えた時は、ジユールトムソ
ン弁１１′、及び自動弁２５を閉じ、自動弁２６
を開くように設定した。
ン弁１１′、及び自動弁２５を閉じ、自動弁２６
を開くように設定した。
運転は、実施例１と同じように循環ガスの圧力
５Kg／cm2Ｇ、流量を５ｇ／ｓとした。
５Kg／cm2Ｇ、流量を５ｇ／ｓとした。
その結果、戻りガスの温度が高い時は自動弁に
流れ、液体ヘリウム槽に入らず、低い時には、
JT膨張により液化が行なわれ、液体ヘリウム槽
における消費量は25／ｈで、検知器を用いない
従来の方法で行なつた時と比べ約50％少なくなつ
た。
流れ、液体ヘリウム槽に入らず、低い時には、
JT膨張により液化が行なわれ、液体ヘリウム槽
における消費量は25／ｈで、検知器を用いない
従来の方法で行なつた時と比べ約50％少なくなつ
た。
以上の実施例では、温度検知器の設定を限定し
たが、この設定は任意に変えることが出来、実験
負荷により最適値を選べることは云うまでもな
い。
たが、この設定は任意に変えることが出来、実験
負荷により最適値を選べることは云うまでもな
い。
又、逆止弁も今回はテフロン球を用いたが、こ
れに限定するものではない。
れに限定するものではない。
本発明によれば、逆止弁を用いているため、熱
振動がなく、極めて低温まで安定に冷却でき、戻
りガスの温度を検知して自動的に弁の開閉を行な
つているため、液体ヘリウムの消費の少なく、極
めて効率の良い冷却の管理が出来る。
振動がなく、極めて低温まで安定に冷却でき、戻
りガスの温度を検知して自動的に弁の開閉を行な
つているため、液体ヘリウムの消費の少なく、極
めて効率の良い冷却の管理が出来る。
第１図ａ，ｂは強制冷却超電導導体の断面図、
第２図は、従来の強制冷却方式の系統図、第３図
は、本発明の一実施例の強制冷却方式の系統図、
第４図は、第３図の逆止弁の拡大図である。 ２０…分岐点、２１…温度検知器、２２，２
２′，２３…配管、２５…自動弁、２６…自動弁。
第２図は、従来の強制冷却方式の系統図、第３図
は、本発明の一実施例の強制冷却方式の系統図、
第４図は、第３図の逆止弁の拡大図である。 ２０…分岐点、２１…温度検知器、２２，２
２′，２３…配管、２５…自動弁、２６…自動弁。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 超臨界圧ヘリウムを冷媒とし、この冷媒を強
制的に循環して冷却される超電導コイルを含む極
低温冷却装置において、 前記超電導コイルが収納されているクライオス
タツト内の戻りガス配管に逆止弁を設け、コール
ドボツクス内で戻りガス配管を分岐し、この分岐
点に温度検知器を設置し、前記戻りガスの温度を
検知して作動する弁を分岐点下流に設けることを
特徴とする極低温冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58095626A JPS59222976A (ja) | 1983-06-01 | 1983-06-01 | 極低温冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58095626A JPS59222976A (ja) | 1983-06-01 | 1983-06-01 | 極低温冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59222976A JPS59222976A (ja) | 1984-12-14 |
| JPH0370914B2 true JPH0370914B2 (ja) | 1991-11-11 |
Family
ID=14142730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58095626A Granted JPS59222976A (ja) | 1983-06-01 | 1983-06-01 | 極低温冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59222976A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE33691E (en) * | 1984-12-21 | 1991-09-17 | General Electric Company | Piezoelectric ceramic switching devices and systems and method of making the same |
| JPH02240977A (ja) * | 1989-03-14 | 1990-09-25 | Toshiba Corp | 変位発生装置 |
| JP2006128465A (ja) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Toshiba Corp | 超電導コイルの冷却装置 |
-
1983
- 1983-06-01 JP JP58095626A patent/JPS59222976A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59222976A (ja) | 1984-12-14 |
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