(57)【要約】【課題】  低温容器に対してスペースを要することなく、組み合わせることができ、小型化が可能なパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムを提供する。【解決手段】  パルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムにおいて、パルス管冷凍機１の圧縮機の高圧ライン５Ａからガスを分岐させた往路ライン１１に配置される第１の流量調整バルブ１２と、この第１の流量調整バルブ１２の下流に配置される熱交換器１５と、この熱交換器１５の下流に配置される前記パルス管冷凍機１の冷端熱交換器３と、この冷端熱交換器３からのガスを導入し、冷媒１８を冷却状態にするクライオスタット１７と、このクライオスタット１７からの復路ライン１３に配置される熱交換器１５の下流に配置される第２の流量調整バルブ１４と、この第２の流量調整バルブ１４に接続されるパルス管冷凍機１の低圧ライン５Ｂとを具備する。【選択図】  図１
2008241090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）パルス管冷凍機の圧縮機の高圧ラインからガスを分岐させた往路ラインに配置される第１の流量調整バルブと、
（ｂ）該第１の流量調整バルブの下流に配置される熱交換器と、
（ｃ）該熱交換器の下流に配置される前記パルス管冷凍機の冷端熱交換器と、
（ｃ）該冷端熱交換器からのガスを導入し、冷媒を冷却状態にする低温容器と、
（ｄ）該低温容器からの復路ラインに配置される前記熱交換器の下流に配置される第２の流量調整バルブと、
（ｅ）該第２の流量調整バルブに接続される前記パルス管冷凍機の低圧ラインとを具備することを特徴とするパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システム。
【請求項２】
請求項１記載のパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムにおいて、前記低温容器がクライオスタットであることを特徴とするパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載のパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムにおいて、前記冷媒が液体窒素であることを特徴とするパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システム。
【請求項４】
請求項１又は２記載のパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムにおいて、前記第１の流量調整バルブと第２の流量調整バルブと、前記パルス管冷凍機のパルス管、冷端熱交換器、蓄冷管及び低温容器までの配管とを覆う真空槽を配置することを特徴とするパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システム。
【請求項５】
請求項１又は２記載のパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムにおいて、前記復路ラインの前記熱交換器で往路ラインのガスの温度を上げることを特徴とするパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システム。
【請求項６】
請求項１又は２記載のパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムにおいて、前記第１の流量調整バルブと前記第２の流量調整バルブとにより前記低温容器内の温度制御を可能にしたことを特徴とするパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２はパルス管冷凍機の一例としてのアクティブバッファ方式の模式図、図３はそのパルス管冷凍機の一例としてのアクティブバッファ方式の動作を示す図である。
【０００３】
図２において、１０１は圧縮機、１０２は第１のバルブ（ＣＨ）、１０３は第２のバルブ（ＣＬ）、１０４は冷端熱交換器であり、この冷端熱交換器１０４は、蓄冷器１０５とパルス管１０６からなる。１０７は第３のバルブ（ＢＨ）、１０８は第４のバルブ（ＢＬ）、１０９は第３のバルブ（ＢＨ）１０７が接続されるアクティブバッファ、１１０は第４のバルブ（ＢＬ）１０８が接続されるアクティブバッファである。
【０００４】
このパルス管冷凍機の制御は、図３（ａ）に示すようなバルブシーケンスであり、冷端熱交換器１０４でのガス変位は図３（ｂ）に示すように行われる。
【０００５】
なお、パルス管冷凍機については、下記の非特許文献１，２に詳述されている。
【０００６】
従来、低温容器の冷却に適合した小型の冷凍機が望まれている。
【非特許文献１】「熱音響工学の基礎」，富永  昭著，内田老鶴国，ｐｐ．９−２７
【非特許文献２】「低温工学の概論」，荻原  宏康  編者，東京電機大学出版局  ｐｐ．１７２−１８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、１軸型のパルス管冷凍機を利用した、別置の低温容器内の冷媒の冷却システムは見当たらない。
【０００８】
本発明者は、低温容器内の冷媒の冷却に上記したパルス管冷凍機を組み合わせる研究を行ってきた。
【０００９】
本発明は、上記状況に鑑みて、低温容器に対してスペースを要することなく、組み合わせることができ、小型化が可能なパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕パルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムにおいて、パルス管冷凍機の圧縮機の高圧ラインからガスを分岐させた往路ラインに配置される第１の流量調整バルブと、この第１の流量調整バルブの下流に配置される熱交換器と、この熱交換器の下流に配置される前記パルス管冷凍機の冷端熱交換器と、この冷端熱交換器からのガスを導入し、冷媒を冷却状態にする低温容器と、この低温容器からの復路ラインに配置される前記熱交換器の下流に配置される第２の流量調整バルブと、この第２の流量調整バルブに接続される前記パルス管冷凍機の低圧ラインとを具備することを特徴とする。
【００１１】
〔２〕上記〔１〕記載のパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムにおいて、前記低温容器がクライオスタットであることを特徴とする。
【００１２】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載のパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムにおいて、前記冷媒が液体窒素であることを特徴とする。
【００１３】
〔４〕上記〔１〕又は〔２〕記載のパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムにおいて、前記第１の流量調整バルブと第２の流量調整バルブと、前記パルス管冷凍機のパルス管、冷端熱交換器、蓄冷管及び低温容器までの配管とを覆う真空槽を配置することを特徴とする。
【００１４】
〔５〕上記〔１〕又は〔２〕記載のパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムにおいて、前記復路ラインの前記熱交換器で往路ラインのガスの温度を上げることを特徴とする。
【００１５】
〔６〕上記〔１〕又は〔２〕記載のパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムにおいて、前記第１の流量調整バルブと前記第２の流量調整バルブとにより前記低温容器内の温度制御を可能にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００１７】
（１）パルス管冷凍機を利用して、狭い空間しかないクライオスタット内の機器を冷却することが可能である。
【００１８】
（２）冷凍機と分離された液体冷媒を利用した被冷却物をポンプを使わずに冷却することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムは、パルス管冷凍機の圧縮機の高圧ラインからガスを分岐させた往路ラインに配置される第１の流量調整バルブと、この第１の流量調整バルブの下流に配置される熱交換器と、この熱交換器の下流に配置される前記パルス管冷凍機の冷端熱交換器と、この冷端熱交換器からのガスを導入し、冷媒を冷却状態にする低温容器と、この低温容器からの復路ラインに配置される前記熱交換器の下流に配置される第２の流量調整バルブと、この第２の流量調整バルブに接続される前記パルス管冷凍機の低圧ラインとを具備する。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施例を示すパルス管冷凍機を利用した冷却システムの模式図である。
【００２２】
この図において、１はパルス管冷凍機であり、このパルス管冷凍機１は、パルス管２と冷端熱交換器３と蓄冷器４とを備えている。５は圧縮機、１１は圧縮機５の高圧ライン５Ａからガスを少量分岐させる第１の配管（往路ライン）、１２は第１の配管１１に配置される第１の流量調整バルブ、１３は圧縮機５の低圧側５Ｂに接続されて、低温容器であるクライオスタット１７と接続される第２の配管（復路ライン）、１４は第２の流量調整バルブ、１５は第１の配管１１と第２の配管１３との間に配置される熱交換器、１６は真空槽（点線ブロック部）、１８はクライオスタット１７内の冷媒（例えば、液体窒素）、１９はクライオスタット１７に這わせた第３の配管（フィンチューブ熱交換器）である。
【００２３】
このようにして、第１の配管（往路ライン）では、圧縮機５の高圧ライン５Ａからガスを少量分岐させ熱交換器１５を通して冷却し、クライオスタット（例えば、液体窒素貯槽）１７内の冷媒（例えば、液体窒素）１８を、第３の配管（フィンチューブ熱交換器）１９に流すことによって冷却する。
【００２４】
第２の配管（復路ライン）１３では、熱交換器１５により高圧ライン５Ａを熱交換する。
【００２５】
なお、本発明において、冷却という場合には、過冷却、冷却、凝縮、液化を含む。
【００２６】
上記したパルス管冷凍機を利用した低温容器の動作について詳細に説明する。
【００２７】
〔往路ライン（行きライン）〕
（１）圧縮機５の吐出ガス（高圧ライン）の少量をパルス管冷凍機１のラインより分流させる。
【００２８】
（２）その分流させる流量は第１の流量調整バルブ１２の制御による。
【００２９】
（３）熱交換器１５によって第２の配管（復路ライン）１３の戻りガスと熱交換して温度を下げる。
【００３０】
（４）パルス管冷凍機１の冷端熱交換器３によりさらに第１の配管１１内のガス温度を下げる。
【００３１】
（５）冷却ガスはクライオスタット１７内までは真空槽１６により断熱状態で移送される。
【００３２】
（６）クライオスタット１７内の狭い空間を冷却ガスが流れる第３の配管（フィンチューブ熱交換器）１９に流すことによって冷却と熱交換をさせ、冷媒１８を冷却する。
【００３３】
（７）第３の配管（フィンチューブ熱交換器）１９によって、クライオスタットガス空間を熱交換する。
【００３４】
〔復路ライン（戻りライン）〕
（８）第２の配管１３内を流れてくる戻りガスは、熱交換器１５により第１の配管１１内の吐出ガスと熱交換して温度を上げる。
【００３５】
（９）第２の流量調整バルブ１４により流量を調整して圧縮機５の低圧ライン５Ｂへ戻す。
【００３６】
（１０）第１の流量調整バルブ１２および第２の流量調整バルブ１４によりクライオスタット１７内の温度制御も行うことができる。
【００３７】
一般に熱負荷が変動するクライオスタット１７内にある冷媒１８の温度を一定に保つためには、熱負荷に応じた熱交換器と冷凍能力調整機構が必要とされる。  本発明は、パルス管冷凍機と熱交換器１５をクライオスタット１７の外部に置いて、クライオスタットとのインターフェースは真空断熱配管２本だけとし省スペース化を図り、クライオスタット内に這わせたフィンチューブによってクライオスタット１７内で変動負荷が与えられる冷媒１８を、冷却にし、さらに温度制御することができる。
【００３８】
特に、超電導主変圧器の場合には、クライオスタット上部フランジにはパワーリード端子、鉄心等が配置されており、また、クライオスタット内部にはコイル、バワーリード等の詰め物が多く存在しており、占有面積の大きな冷凍機、熱交換器を設置するのが困難な場合に、本発明は、クライオスタット内の狭い空間を冷却ガスが流れるフィンチューブを這わせることで冷媒と熱交換させることができるので、コンパクト化を図ることができ、有利である。
【００３９】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明のパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムは、パルス管冷凍機を利用して、狭い空間しかないクライオスタット内の機器を冷却することが可能な冷却システムとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例を示すパルス管冷凍機を利用した低温容器の模式図である。
【図２】パルス管冷凍機の模式図である。
【図３】パルス管冷凍機の動作を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    パルス管冷凍機
２    パルス管
３    冷端熱交換器
４    蓄冷器
５    圧縮機
５Ａ    高圧ライン
５Ｂ    低圧ライン
６    バルブ
１１    第１の配管（往路ライン）
１２    第１の流量調整バルブ
１３    第２の配管（復路ライン）
１４    第２の流量調整バルブ
１５    熱交換器
１６    真空槽（点線ブロック部）
１７    クライオスタット
１８    冷媒（例えば、液体窒素）
１９    フィンチューブ熱交換器
【図１】
2008241090.tif 000003
【図２】
2008241090.tif 000004
【図３】
2008241090.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月5日(2007.4.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
請求項１又は２記載のパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムにおいて、前記第１の流量調整バルブと第２の流量調整バルブと、前記パルス管冷凍機のパルス管、冷端熱交換器、蓄冷器及び低温容器までの配管とを覆う真空槽を配置することを特徴とするパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
請求項１又は２記載のパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムにおいて、前記復路ラインの前記熱交換器で往路ラインのガスの温度を下げることを特徴とするパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
〔４〕上記〔１〕又は〔２〕記載のパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムにおいて、前記第１の流量調整バルブと第２の流量調整バルブと、前記パルス管冷凍機のパルス管、冷端熱交換器、蓄冷器及び低温容器までの配管とを覆う真空槽を配置することを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
〔５〕上記〔１〕又は〔２〕記載のパルス管冷凍機を利用した低温容器内の冷媒の冷却システムにおいて、前記復路ラインの前記熱交換器で往路ラインのガスの温度を下げることを特徴とする。