JPH0730965B2 - 超流動ヘリウム発生装置 - Google Patents
超流動ヘリウム発生装置Info
- Publication number
- JPH0730965B2 JPH0730965B2 JP61072124A JP7212486A JPH0730965B2 JP H0730965 B2 JPH0730965 B2 JP H0730965B2 JP 61072124 A JP61072124 A JP 61072124A JP 7212486 A JP7212486 A JP 7212486A JP H0730965 B2 JPH0730965 B2 JP H0730965B2
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- JP
- Japan
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- helium
- superfluid
- heat exchanger
- tank
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- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
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,超流動ヘリウム発生装置に関する。
(従来の技術) 超電導コイルをラムダ点以下の温度に冷却するには超流
動ヘリウムを必要とする。超流動ヘリウムを生成する方
式には幾つかあるが,その中に第2図に示すようにジュ
ール・トムソン熱交換器(以後,JT熱交換器と略称す
る。)を使用した冷却装置がある。
動ヘリウムを必要とする。超流動ヘリウムを生成する方
式には幾つかあるが,その中に第2図に示すようにジュ
ール・トムソン熱交換器(以後,JT熱交換器と略称す
る。)を使用した冷却装置がある。
この冷却装置は,4.2Kの液体ヘリウム1を収容した常流
動ヘリウム槽2内に超流動ヘリウム槽3を収容してい
る。常流動ヘリウム槽2は,内槽4と,外槽5と,内・
外槽4,5間に形成された真空断熱層6とで構成されてい
る。超流動ヘリウム槽3も,内槽7と,外槽8と,内・
外槽7,8間に形成された真空断熱層9とで構成されてい
る。
動ヘリウム槽2内に超流動ヘリウム槽3を収容してい
る。常流動ヘリウム槽2は,内槽4と,外槽5と,内・
外槽4,5間に形成された真空断熱層6とで構成されてい
る。超流動ヘリウム槽3も,内槽7と,外槽8と,内・
外槽7,8間に形成された真空断熱層9とで構成されてい
る。
超流動ヘリウム槽3内には,被冷却物である超電導コイ
ル10と,コイル型の熱交換器11と,大気圧に加圧された
液体ヘリウム12とが収容されている。熱交換器11の一方
の端部11aは,内槽7の上壁を貫通して排気管13に通
じ,また他方の端部11bは内槽7の上壁を貫通して排気
管13内に配置されたジュール・トムソン弁(以後,JT弁
と略称する。)14の吐出口に接続されている。排気管13
内には,この排気管13の内面に沿ってJT熱交換器Kを構
成する管コイル15が配設されている。この管コイル15の
一端側はJT弁14の入口に接続され,他端側は排気管13の
壁を貫通し,その開口部16を常流動ヘリウム槽2内に位
置させている。そして,管コイル15内には流路断面積を
決定する円柱状の流路断面積設定部材17が挿設されてい
る。
ル10と,コイル型の熱交換器11と,大気圧に加圧された
液体ヘリウム12とが収容されている。熱交換器11の一方
の端部11aは,内槽7の上壁を貫通して排気管13に通
じ,また他方の端部11bは内槽7の上壁を貫通して排気
管13内に配置されたジュール・トムソン弁(以後,JT弁
と略称する。)14の吐出口に接続されている。排気管13
内には,この排気管13の内面に沿ってJT熱交換器Kを構
成する管コイル15が配設されている。この管コイル15の
一端側はJT弁14の入口に接続され,他端側は排気管13の
壁を貫通し,その開口部16を常流動ヘリウム槽2内に位
置させている。そして,管コイル15内には流路断面積を
決定する円柱状の流路断面積設定部材17が挿設されてい
る。
なお,図中18は超流動ヘリウム槽3内へ液体ヘリウムを
注入する連結管を示し,19はプラブを示し,20は常流動ヘ
リウム槽2内と超流動ヘリウム槽3内とを連絡させる連
絡管を示し,21は連絡管20内に挿設されて安全弁の機能
を果たすプラグを示し,22は外部からJT弁14を制御する
ための操作ロッドを示し,23は超電導コイル10の支持材
を示している。
注入する連結管を示し,19はプラブを示し,20は常流動ヘ
リウム槽2内と超流動ヘリウム槽3内とを連絡させる連
絡管を示し,21は連絡管20内に挿設されて安全弁の機能
を果たすプラグを示し,22は外部からJT弁14を制御する
ための操作ロッドを示し,23は超電導コイル10の支持材
を示している。
しかして,この冷却装置は次のようにして超流動ヘリウ
ム槽3内の液体ヘリウム12を超流動温度まで冷却するよ
うにしている。すなわち,排気管13内を図示しない真空
ポンプで排気する。この排気によって,常流動ヘリウム
槽2内の液体ヘリウム1の一部が開口部16から管コイル
15内に流れ込む。管コイル15内を通流した液体ヘリウム
は,JT弁14でジュール・トムソン膨張してラムダ点(2.1
7)以下のガスと液とになって熱交換器11へと流れる。
この熱交換器11内を流れるとき液分が蒸発し,これによ
って超流動ヘリウム槽3内の液体ヘリウム12が超流動温
度に冷やされる。そして,熱交換器11から排出された低
温のヘリウムガスは,排気管13内を通って真空ポンプへ
と流れ,この過程で管コイル15内を流れている液体ヘリ
ウムを予冷する。
ム槽3内の液体ヘリウム12を超流動温度まで冷却するよ
うにしている。すなわち,排気管13内を図示しない真空
ポンプで排気する。この排気によって,常流動ヘリウム
槽2内の液体ヘリウム1の一部が開口部16から管コイル
15内に流れ込む。管コイル15内を通流した液体ヘリウム
は,JT弁14でジュール・トムソン膨張してラムダ点(2.1
7)以下のガスと液とになって熱交換器11へと流れる。
この熱交換器11内を流れるとき液分が蒸発し,これによ
って超流動ヘリウム槽3内の液体ヘリウム12が超流動温
度に冷やされる。そして,熱交換器11から排出された低
温のヘリウムガスは,排気管13内を通って真空ポンプへ
と流れ,この過程で管コイル15内を流れている液体ヘリ
ウムを予冷する。
この動作から判かるように,排気管13,管コイル15およ
び流路断面積設定部材17は,JT熱交換器Kを構成し,超
流動ヘリウム槽3内の液体ヘリウム12を超流動温度まで
冷やし込むのに重要な役割を果している。
び流路断面積設定部材17は,JT熱交換器Kを構成し,超
流動ヘリウム槽3内の液体ヘリウム12を超流動温度まで
冷やし込むのに重要な役割を果している。
しかしながら,上記のように構成された超流動ヘリウム
発生装置にあっては,次のような問題があった。すなわ
ち,JT熱交換器Kは,管コイル15内を流れる高温・高圧
の液体ヘリウムと管コイル15外を流れる低圧・低温のヘ
リウムガスとを熱交換させているのであるが,冷却開始
後,超流動ヘリウム槽3内の液体ヘリウム12の温度が徐
々に低下すると,これに伴って管コイル15内を流れる液
体ヘリウムの温度も変化する。これは熱交換器11から排
出されるヘリウムガスの密度が変化することに起因す
る。このため,JT熱交換器Kにおける熱交換効率も変化
する。この種の冷却装置に組み込まれるJT熱交換器Kに
は,冷却途中の全ての温度で熱交換効率が最高になるこ
とが望まれる。しかし,重量のJT熱交換器Kにあって
は,全ての温度において熱交換効率を最高にして使用す
ることができず,この結果,超流動ヘリウム生成用冷却
装置に組み込んだ場合には冷却に長時間を要する問題が
あった。
発生装置にあっては,次のような問題があった。すなわ
ち,JT熱交換器Kは,管コイル15内を流れる高温・高圧
の液体ヘリウムと管コイル15外を流れる低圧・低温のヘ
リウムガスとを熱交換させているのであるが,冷却開始
後,超流動ヘリウム槽3内の液体ヘリウム12の温度が徐
々に低下すると,これに伴って管コイル15内を流れる液
体ヘリウムの温度も変化する。これは熱交換器11から排
出されるヘリウムガスの密度が変化することに起因す
る。このため,JT熱交換器Kにおける熱交換効率も変化
する。この種の冷却装置に組み込まれるJT熱交換器Kに
は,冷却途中の全ての温度で熱交換効率が最高になるこ
とが望まれる。しかし,重量のJT熱交換器Kにあって
は,全ての温度において熱交換効率を最高にして使用す
ることができず,この結果,超流動ヘリウム生成用冷却
装置に組み込んだ場合には冷却に長時間を要する問題が
あった。
(発明が解決しようとする問題点) 上述の如く,従来の超流動ヘリウム発生装置では全ての
温度範囲に亙って熱交換効率を最高に保って使用するこ
とはできない。
温度範囲に亙って熱交換効率を最高に保って使用するこ
とはできない。
そこで本発明は,簡単な構成であるにも拘らず,常に最
高の熱交換効率で使用できる超流動ヘリウム発生装置を
提供することを目的としている。
高の熱交換効率で使用できる超流動ヘリウム発生装置を
提供することを目的としている。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明は,内部に常流動液体ヘリウムを収容したヘリウ
ム槽と,内部に液体ヘリウムを収容するとともに前記ヘ
リウム槽内の液体ヘリウム中に浸漬される形態に上記ヘ
リウム槽内に収容された断熱機能を有する超流動ヘリウ
ム槽と,この超流動ヘリウム槽内に収容された第1の熱
交換器と,前記ヘリウム槽内で上記ヘリウム槽内の常流
動液体ヘリウムおよび前記超流動ヘリウム槽内の液体ヘ
リウムとは隔絶される空間に配置された第2の熱交換器
およびジュール・トムソン弁と,前記ヘリウム槽内の前
記常流動液体ヘリウムを前記第2の熱交換器,前記ジュ
ールトムソン弁,前記第1の熱交換器および前記空間を
経由する経路で流して前記超流動ヘリウム槽内の前記液
体ヘリウムを超流動温度まで冷し込むとともに上記空間
を通流する間に上記第1の熱交換器内を通流している常
流動液体ヘリウムを予冷するヘリウム案内手段とを備え
た超流動ヘリウム発生装置において,前記第2の熱交換
器として管をせつ頭円錘筒状に巻回してなる管コイルを
設けるとともに上記管コイルに嵌合可能に上記管コイル
の内面または外面に適合した円錘状面を備えた流路断面
積調整部材を設け,前記ヘリウム案内手段の出口温度に
応じて上記流路断面積調整部材の前記管コイルとの嵌合
度を可変する手段を設けたことを特徴としている。
ム槽と,内部に液体ヘリウムを収容するとともに前記ヘ
リウム槽内の液体ヘリウム中に浸漬される形態に上記ヘ
リウム槽内に収容された断熱機能を有する超流動ヘリウ
ム槽と,この超流動ヘリウム槽内に収容された第1の熱
交換器と,前記ヘリウム槽内で上記ヘリウム槽内の常流
動液体ヘリウムおよび前記超流動ヘリウム槽内の液体ヘ
リウムとは隔絶される空間に配置された第2の熱交換器
およびジュール・トムソン弁と,前記ヘリウム槽内の前
記常流動液体ヘリウムを前記第2の熱交換器,前記ジュ
ールトムソン弁,前記第1の熱交換器および前記空間を
経由する経路で流して前記超流動ヘリウム槽内の前記液
体ヘリウムを超流動温度まで冷し込むとともに上記空間
を通流する間に上記第1の熱交換器内を通流している常
流動液体ヘリウムを予冷するヘリウム案内手段とを備え
た超流動ヘリウム発生装置において,前記第2の熱交換
器として管をせつ頭円錘筒状に巻回してなる管コイルを
設けるとともに上記管コイルに嵌合可能に上記管コイル
の内面または外面に適合した円錘状面を備えた流路断面
積調整部材を設け,前記ヘリウム案内手段の出口温度に
応じて上記流路断面積調整部材の前記管コイルとの嵌合
度を可変する手段を設けたことを特徴としている。
(作用) 流路断面積調整部材を移動させて管コイルとの嵌合度を
変えると,管コイルの外側を流れる低圧・低温流体の流
路断面積が変化する。したがって,低圧・低温流体の温
度(密度)に応じて流路断面積を変化させれば,密度の
変化による熱交換効率の変化を防止でき,常に最高の熱
交換効率で使用することができる。
変えると,管コイルの外側を流れる低圧・低温流体の流
路断面積が変化する。したがって,低圧・低温流体の温
度(密度)に応じて流路断面積を変化させれば,密度の
変化による熱交換効率の変化を防止でき,常に最高の熱
交換効率で使用することができる。
(実施例) 以下,本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
第1図には本発明の一実施例に係る超流動ヘリウム発生
装置における要部が示されている。この実施例に係る超
流動ヘリウム発生装置が従来の装置と異なる点は,主と
してJT熱交換器Kaの構成にある。したがって,図2と同
一部分は同一符号で示し,重複する部分の詳しい説明は
省略する。
装置における要部が示されている。この実施例に係る超
流動ヘリウム発生装置が従来の装置と異なる点は,主と
してJT熱交換器Kaの構成にある。したがって,図2と同
一部分は同一符号で示し,重複する部分の詳しい説明は
省略する。
この装置に組み込まれたJT熱交換器Kaは,次のように構
成されている。すなわち,排気管13aの中途位置に下方
から上方に向かうにしたがって徐々に大径となるテーパ
状の部分31を設け,この部分31の内面に密接する関係に
管コイル15aを配置している。したがって,管コイル15a
は,下方に向かうにしたがって小径となるせつ頭円錐筒
状に形成されている。そして,管コイル15aの下端をJT
弁14の入口に接続し,また上端側を排気管13aの壁を貫
通して超流動ヘリウム槽内の液体ヘリウム1中に差し込
んでいる。
成されている。すなわち,排気管13aの中途位置に下方
から上方に向かうにしたがって徐々に大径となるテーパ
状の部分31を設け,この部分31の内面に密接する関係に
管コイル15aを配置している。したがって,管コイル15a
は,下方に向かうにしたがって小径となるせつ頭円錐筒
状に形成されている。そして,管コイル15aの下端をJT
弁14の入口に接続し,また上端側を排気管13aの壁を貫
通して超流動ヘリウム槽内の液体ヘリウム1中に差し込
んでいる。
一方,管コイル15a内に,この管コイル15aに嵌合する形
に流路断面積調整部材32を配置している。この流路断面
積調整部材32は,管コイル15aの軸方向に沿った内面側
傾斜角と等しい傾斜角のせつ頭円錐筒状に形成され,小
径側を下にして配置された筒部33と,この筒部33の大径
側を閉塞するように設けられた閉塞板34とで構成されて
いる。そして,閉塞板34は操作筒35の下端に接続されて
おり,この操作筒34の上端側は排気管13aを通して外部
に設けられた図示しない位置調整機構に連結されてい
る。なお,JT弁14の操作ロッド22は,操作筒35内を通し
て外部へ導かれており,操作ロッド22と操作筒35との間
には互いの相対移動を許容するシール部材35が装着され
ている。
に流路断面積調整部材32を配置している。この流路断面
積調整部材32は,管コイル15aの軸方向に沿った内面側
傾斜角と等しい傾斜角のせつ頭円錐筒状に形成され,小
径側を下にして配置された筒部33と,この筒部33の大径
側を閉塞するように設けられた閉塞板34とで構成されて
いる。そして,閉塞板34は操作筒35の下端に接続されて
おり,この操作筒34の上端側は排気管13aを通して外部
に設けられた図示しない位置調整機構に連結されてい
る。なお,JT弁14の操作ロッド22は,操作筒35内を通し
て外部へ導かれており,操作ロッド22と操作筒35との間
には互いの相対移動を許容するシール部材35が装着され
ている。
このような構成であると,超流動ヘリウム槽3内に配置
されている熱交換器の一方の端部11aから排出されたヘ
リウムガスは図中破線矢印で示すように排気管13aの下
端部に流れ込んだ後,JT弁14を冷却し,続いてテーパ状
の部分31と流路断面積調整部材32における筒部33との間
を流れる。この過程で管コイル15a内を通流している液
体ヘリウムを予冷する。そして,排気管13aの上方へと
流れる。
されている熱交換器の一方の端部11aから排出されたヘ
リウムガスは図中破線矢印で示すように排気管13aの下
端部に流れ込んだ後,JT弁14を冷却し,続いてテーパ状
の部分31と流路断面積調整部材32における筒部33との間
を流れる。この過程で管コイル15a内を通流している液
体ヘリウムを予冷する。そして,排気管13aの上方へと
流れる。
この場合,外部に設けられた位置調整機構で操作筒35を
図中実線矢印37で示す方向に移動させると,部分31と筒
部33との間の間隔,つまり流路断面積を可変することが
できる。このように,流路断面積を変えると,管コイル
15aに接触するガス量を変えることができるので,熱交
換効率を変えることができる。したがって,排気管13a
内を流れるガス温度に応じて流路断面積を調整すること
によって,常に最高の熱交換効率で使用することがで
き,この結果,冷却に要する時間の短縮化を実現できる
ことになる。
図中実線矢印37で示す方向に移動させると,部分31と筒
部33との間の間隔,つまり流路断面積を可変することが
できる。このように,流路断面積を変えると,管コイル
15aに接触するガス量を変えることができるので,熱交
換効率を変えることができる。したがって,排気管13a
内を流れるガス温度に応じて流路断面積を調整すること
によって,常に最高の熱交換効率で使用することがで
き,この結果,冷却に要する時間の短縮化を実現できる
ことになる。
なお,本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。たとえば管コイル15aの表面にフインを設け,熱交
換効率をさらに向上させるようにしてもよい。また,上
述した実施例では,円錐筒状に形成された管コイルの内
側に流路断面積調整部材を嵌合させるようにしている
が,管コイルの外側に嵌合させて流路断面積を可変する
ようにしてもよい。
い。たとえば管コイル15aの表面にフインを設け,熱交
換効率をさらに向上させるようにしてもよい。また,上
述した実施例では,円錐筒状に形成された管コイルの内
側に流路断面積調整部材を嵌合させるようにしている
が,管コイルの外側に嵌合させて流路断面積を可変する
ようにしてもよい。
[発明の効果] 以上述べたように,本発明によれば,流路断面積調整部
材と管コイルとの嵌合度を調整することによって,常に
最高の熱交換効率で使用できる超流動ヘリウム発生装置
を提供できる。
材と管コイルとの嵌合度を調整することによって,常に
最高の熱交換効率で使用できる超流動ヘリウム発生装置
を提供できる。
第1図は本発明の一実施例に係る超流動ヘリウム発生装
置の要部縦断面図,第2図は従来の超流動ヘリウム発生
装置の縦断面図である。 Ka……JT熱交換器,13a……排気管,15a……管コイル,31
……テーパ状に形成された部分,32……流路断面積調整
部材,33……筒部,34……閉塞板,35……操作筒。
置の要部縦断面図,第2図は従来の超流動ヘリウム発生
装置の縦断面図である。 Ka……JT熱交換器,13a……排気管,15a……管コイル,31
……テーパ状に形成された部分,32……流路断面積調整
部材,33……筒部,34……閉塞板,35……操作筒。
Claims (1)
- 【請求項1】内部に常流動液体ヘリウムを収容したヘリ
ウム槽と,内部に液体ヘリウムを収容するとともに前記
ヘリウム槽内の液体ヘリウム中に浸漬される形態に上記
ヘリウム槽内に収容された断熱機能を有する超流動ヘリ
ウム槽と,この超流動ヘリウム槽内に収容された第1の
熱交換器と,前記ヘリウム槽内で上記ヘリウム槽内の常
流動液体ヘリウムおよび前記超流動ヘリウム槽内の液体
ヘリウムとは隔絶される空間に配置された第2の熱交換
器およびジュール・トムソン弁と,前記ヘリウム槽内の
前記常流動液体ヘリウムを前記第2の熱交換器,前記ジ
ュールトムソン弁,前記第1の熱交換器および前記空間
を経由する経路で流して前記超流動ヘリウム槽内の前記
液体ヘリウムを超流動温度まで冷し込むとともに上記空
間を通流する間に上記第1の熱交換器内を通流している
常流動液体ヘリウムを予冷するヘリウム案内手段とを備
えた超流動ヘリウム発生装置において,前記第2の熱交
換器として管をせつ頭円錘筒状に巻回してなる管コイル
を設けるとともに上記管コイルに嵌合可能に上記管コイ
ルの内面または外面に適合した円錘状面を備えた流路断
面積調整部材を設け,前記ヘリウム案内手段の出口温度
に応じて上記流路断面積調整部材の前記管コイルとの嵌
合度を可変する手段を設けてなることを特徴とする超流
動ヘリウム発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61072124A JPH0730965B2 (ja) | 1986-03-29 | 1986-03-29 | 超流動ヘリウム発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61072124A JPH0730965B2 (ja) | 1986-03-29 | 1986-03-29 | 超流動ヘリウム発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62228890A JPS62228890A (ja) | 1987-10-07 |
| JPH0730965B2 true JPH0730965B2 (ja) | 1995-04-10 |
Family
ID=13480267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61072124A Expired - Fee Related JPH0730965B2 (ja) | 1986-03-29 | 1986-03-29 | 超流動ヘリウム発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0730965B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60196561A (ja) * | 1984-03-19 | 1985-10-05 | 株式会社東芝 | 超流動ヘリウム発生装置 |
-
1986
- 1986-03-29 JP JP61072124A patent/JPH0730965B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62228890A (ja) | 1987-10-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |