HIGH ENERGY ACCELERATOR RESEARCH ORGANIZATIONcERLヘリウム冷却システムとクライオモジュール
冷凍機グループ（発表：仲井浩孝）

第59回ERL検討会/20120224

発表内容

cERLヘリウム冷却システムの概要
冷却システムとクライオモジュールの接続配管

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仲井 浩孝

2cERLヘリウム冷却システムの概要

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仲井 浩孝

3

ヘリウムの相図
5
Saturated Vapor
Pressure Curve
Melting Curve

Solid

Lambda Line
Gas Pumping

2.5

He I (Liquid)
He II(Liquid)

0.2

Critical
Point

0.1
0Vapor
01

2

3

4

5

6

Temperature [K]
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仲井 浩孝

4

超流動ヘリウムの連続生成

JouleThomsonValve
Vacuum Pump(Compressor)
Normal Helium
T ~ 4.2 K

Heat Exchanger
Joule-Thomson Valve

Superfluid Helium
T ~ 1.8 K

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Cited from
S. W. Van Sciver, “Helium Cryogenics,”
Plenum Press, 1986

仲井 浩孝

5J-T弁入口温度と液生成率

bar4.2P=1K(4.2 K)2.292 %K

89 %
89%

66 %%
6262%

P=54 mbar(2.2 mbar
K)
P=54(1.8K)
P=32mbar(2.0 K)

P=17 mbar(1.8 K)

Cited from
S. W. Van Sciver, “Helium Cryogenics,”
Plenum Press, 1986

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仲井 浩孝

6cERL Cryogenic Flow Diagram

LiquidNitrogen

Helium Liquefier/Refrigerator
Cold Box

Helium Gas
Pumping System
LiquidHelium

To Gas Bag
To Open Air2KRefrigerator
Cold Box

He I
PotHe II
PotHeatExchanger

J-TValve

To Compressor/Gas Bag

Cryomodule

Superconducting Cavities

5K Thermal Shield
80K Thermal Shield

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7cERL 2K Helium Cryogenic System

Helium Liquefier/Refrigerator Cold Box

Cold Helium Gas Return
Liquefied Nitrogen
Storage Vessel

LiquidHelium
Liquefied Helium
Storage Vessel

LiquidNitrogenTo Open Air
Multi-channel Transfer Line
Helium Gas
Pumping System

Helium Gas
Pumping SystemPrecooling LineHe I

He IICavities

He I

He II

J-T
Valve

2K Refrigerator
Cold Box

Precooling Line

80K Shield
Injector Linac
Cryostat

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4K
Cryopanel

Cavities

J-T
Valve

2K Refrigerator
Cold Box

80K Shield
Main Linac
Cryostat

5K Shield

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8

冷却システムとクライオモジュールの接続配管

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9

トランスファーライン
Multi-channel transfer lines
冷凍機エンドボックスとシールド内エンドボックス間

Single-channel transfer lines
エンドボックスと2Kコールドボックス間

Connection transfer lines
2Kコールドボックスとクライオモジュール間
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10

入射器用2Kコールドボックス

Single-channel transfer line

Multi-channel transfer line

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11

Multi-channel Transfer Line
Insulation
VacuumStainless Steel
Pipe

LiquidHelium

Aluminum
80K Shield

LiquidNitrogen
LiquidNitrogen

GasHelium
Glass Fiber
Reinforced Polyester

Glass Fiber Reinforced
Plastic Plate (G-10)
0510

15

Scale (cm)
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12

Single-channel Transfer Lines
Stainless Steel Pipe
Insulation Vacuum

Liquid Nitrogen
Aluminum
80K Shield
Glass Fiber
Reinforced Polyester
Liquid Helium

Glass Fiber Reinforced
Plastic Plate (G-10)
0Gas Helium
510

Scale (cm)
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仲井 浩孝13主加速器用2Kコールドボックス

Multi-channel transfer line

Connection transfer line

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14Connection Transfer Line

MLI 30 Layers

U-Tight Seal H15040
MLI 10 Layers
5K Shield(A5052)80K Shield(A5052)

MLI 10 Layers
Cryomodule
SideLHe 14 t0.5

Refrigerator
Side2K GHe Return76.3 t0.8

LN2 14 t0.50 t2
1740
2


31

ICF34
2K Line Support(G10 / Polyester)t2
38t

MLI 10 Layers
2K LHe Supply

5K Shield Support
(G10)

ICF34

80K Shield Support(G10)

80K Shield Pipe

SS316L TP-SC 14 t0.5

5K Shield Pipe

SS316L TP-SC 14 t0.5

2K LHe Supply Pipe SS316L TP-SC 17.3 t0.8
2K GHe Return Pipe SS316L TP-SC 60.5 t0.8

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高圧ガス保安法
特定設備（貯槽, 熱交換器等を含む設備）
材料の許容引張応力（別表第1）
別表 (SUS304L, SUS316L) の温度範囲（-269℃まで）
配管の溶接（溶接施工法）

詳細基準事前評価（例示基準に拠れない場合）
高圧ガス保安協会 (KHK) の技術審査

ベローズ（可とう管）の使用
高圧ガス保安法に記載なし
県庁（完成検査所掌）との協議
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まとめ2K超流動ヘリウムの生成
J-T弁と熱交換器

トランスファーライン
2Kコールドボックスとクライオモジュールの接続（来年度2回：入射器と主加速器）高圧ガス保安法への対応
2Kでの材料評価（許容引張応力）
ベローズ（可とう管）の使用
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