超低溫冷凍裝置的製作方法
2023-07-13 17:20:56
專利名稱：超低溫冷凍裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及冷卻超導磁鐵的超低溫冷凍裝置。
背景技術：
作為冷卻超導磁鐵的裝置，使用產生4K水平超低溫的超低溫冷凍裝置。在這種超低溫冷凍裝置中，高效率地產生超低溫水準的寒冷當然是重要的課題，防止來自外部的熱侵入也是重要的課題。因此，以前，為了防止向超低溫部的熱侵入，使用了用低溫的板狀物體或筒狀物體等覆蓋超低溫部的一部分或全部的所謂的熱屏蔽技術。
例如，在日本特開平9-229503號公報中，介紹了應用熱屏蔽技術的超低溫冷凍裝置。該超低溫冷凍裝置備有生成4K水平的液體氦的JT冷凍機、儲存所生成的液體氦的氦罐、覆蓋氦罐的熱屏蔽板、以及冷卻該熱屏蔽板的屏蔽冷凍機。再有，在本超低溫冷凍裝置中，超導磁鐵被浸漬在氦罐內的液體氦中並被冷卻到臨界溫度以下。
在上述超低溫冷凍裝置中，作為屏蔽冷凍機採用把氦作為製冷劑的GM冷凍機，用JT冷凍機和屏蔽冷凍機實現壓縮機的通用化。具體地講，上述超低溫冷凍裝置備有低段側壓縮機和高段側壓縮機，對於JT冷凍機，由兩壓縮機供給分2段壓縮的氦氣，對於屏蔽冷凍機供給只由高段側壓縮機壓縮的氦氣。
可是，JT冷凍機的冷凍負荷和屏蔽冷凍機的冷凍負荷，因裝置的運轉環境而有很大差異。即，在JT冷凍機中，因為由屏蔽冷凍機阻止來自外部的熱侵入，所以不怎麼受外氣溫的影響。但是，根據運轉的種類，由於因機械振動產生的摩擦熱或因磁場產生的焦耳損失等，冷凍負荷變大。為此，存在因運轉的切換而使冷凍負荷的變動變大的情況。與此相反，在保持冷凍機中，由於冷凍負荷的大部分是由來自外部的侵入熱引起的，所以由內部的摩擦熱等引起的冷凍負荷的變動小，容易受外界氣溫的影響。
一般情況下，冷凍機的容量被設計成與假定的最大冷凍負荷相稱。因此，JT冷凍機的容量對應於考慮了內部的摩擦熱等的最大的冷凍負荷進行設計。可是，如上所述，由於有時運轉狀態使冷凍負荷有較大的變動，所以如果不管運轉狀態如何而把JT冷凍機的容量做成恆定時，在不產生內部的摩擦熱等的運轉狀態中，冷凍能力變得過剩。其結果JT冷凍機生成了需要量以上的液體氦，招致裝置的效率降低。
因此，考慮到JT冷凍機的冷凍負荷的變動，為了提高裝置的效率，考慮了對容量進行控制，使在由摩擦熱等引起的冷凍負荷小時，減少低段側壓縮機和高段側壓縮機的容量。但是，用這樣的控制，不僅JT冷凍機的冷凍能力降低，屏蔽冷凍機的冷凍能力也會降低。可是，屏蔽冷凍機的冷凍負荷不管運轉狀態如何幾乎是恆定的，為此，有屏蔽冷凍機的冷凍能力不足的危險。因此，期待著解決這樣課題的新技術問世。
鑑於上述問題，本發明的目的在於，提供一種進行與冷凍負荷的變動對應的高效率的運轉的超低溫冷凍裝置。
發明內容為了達到上述目的，在本發明中，當氦冷凍機的冷凍負荷小時，在繼續氮冷凍機的運轉的狀態下，停止氦冷凍機的預冷迴路的運轉。
本發明的第1技術方案的超低溫冷凍裝置，是冷卻超導磁鐵的超低溫冷凍裝置，備有氦冷凍機、氦罐、熱保持構件、氮罐、氮冷凍機，上述氦冷凍機具有 縮氦氣的第1壓縮機、設置在上述第1壓縮機的排出側的第2壓縮機、使由上述第1壓縮機和上述第2壓縮機2級壓縮的氦氣進行焦耳湯姆遜膨脹而進行液化的JT迴路、及使上述2級壓縮了的氦氣進行膨脹來予冷上述JT迴路的氦氣的預冷迴路，上述氦罐儲存由上述氦冷凍機液化了的液體氦且供給於上述超導磁鐵，上述熱屏蔽構件用液體氮阻止上述超導磁鐵的侵入熱，上述氮罐儲存液體氮且供給於上述熱屏蔽構件，上述氮冷凍機通過使從上述第2壓縮機排出的氦氣膨脹來產生寒冷，由該寒冷冷卻上述氮罐內的氮，上述第1極低溫冷凍機具有選擇地實行通常運轉和能力抑制運轉的控制器，上述通常運轉驅動上述第1壓縮機和上述第2壓縮機而使上述氦冷凍機和上述氮冷凍機雙方運轉，上述能力抑制運轉驅動上述第1壓縮機和上述第2壓縮機，使上述氦冷凍機的預冷迴路的運轉停止、同時使上述氮冷動機運轉。
本發明的第2技術方案的超低溫冷凍裝置，在上述第1技術方案的超低溫冷凍裝置中，第2壓縮機由容量自由控制的壓縮機構成，上述控制器實行上述第2壓縮機的容量控制而使上述氮冷凍機的冷凍能力在能力抑制運轉時和通常運轉時同等。
本發明的第3技術方案的超低溫冷凍裝置，在上述第1技術方案的超低溫冷凍裝置中，在通常運轉中當上述氦罐內的液體氦為規定量以上時，上述控制器把運轉從通常運轉切換到能力抑制運轉。
本發明的第4技術方案的超低溫冷凍裝置，在上述第1技術方案的超低溫冷凍裝置中，在能力抑制運轉中當上述氦罐內的液體氦為規定量以下時，控制器把運轉從能力抑制運轉切換到通常運轉。
本發明的第5技術方案的超低溫冷凍裝置，在上述第1技術方案的超低溫冷凍裝置中，備有設置在上述氦罐內的液面傳感器，上述控制器當在通常運轉中上述氦罐內的液體氦的液面為規定位置以上時，把運轉從通常運轉切換到能力抑制運轉，另外，在能力抑制運轉中當上述氦罐內的液體氦的液面成為規定液面以下時，把運轉從能力抑制運轉切換到通常運轉。
再有，把運轉從通常運轉切換到能力抑制運轉時的規定位置和把運轉從能力抑制運轉切換到通常運轉時的規定位置可以相同，也可以不同。
本發明的第6技術方案的超低溫冷凍裝置，在上述第1技術方案的超低溫冷凍裝置中，備有緩衝罐和壓力傳感器，上述緩衝罐與上述JT迴路連接，當上述JT迴路的氦氣的高壓側壓力為規定的上限值以上時，從上述JT迴路回收氦氣，而當上述JT迴路的氦氣的低壓側壓力為規定的下限值以下時，向上述JT迴路供給氦氣，上述壓力傳感器用於檢測上述緩衝罐內的氦氣的壓力，其特徵在於，上述控制器，在通常運轉中當上述緩衝罐內的氦氣的壓力為規定壓力以下時，把運轉從通常運轉切換到能力抑制運轉，而在能力抑制運轉中當上述緩衝罐內的氦氣的壓力為規定壓力以上時，把運轉從能力抑制運轉切換到通常運轉。
再有，把運轉從通常運轉切換到能力抑制運轉時的規定壓力和把運轉從能力抑制運轉切換到通常運轉時的規定壓力既可以相同、也可以不同。
在第1技術方案的超低溫冷凍裝置中，在氦冷凍機的冷凍負荷大時，在氦冷凍機和氮冷凍機的雙方中進行冷凍運轉(通常運轉)。另外，在只是氦冷凍機的冷凍負荷小時，繼續氮冷凍機的冷凍運轉，而且停止氦冷凍機的預冷迴路的運轉(能力抑制運轉)。因此，可以不引起氮冷凍機的能力下降地可以抑制裝置全體的冷凍能力，能實現運轉效率的提高和電力消費的降低。
在第2技術方案的超低溫冷凍裝置中，由於第2壓縮機用容量自由控制的壓縮機構成，氮冷凍機的冷凍機能力在通常運轉時和能力抑制運轉時同等地進行第2壓縮機的容量控制，所以在能力抑制運轉時，不會向氮冷凍機過剩地供給氦，氮冷凍機的能力不會過大。因此，伴隨運轉的切換的氮冷凍機的能力的變動被抑制，能防止氮冷凍機的運轉效率的降低。
在第3技術方案的超低溫冷凍裝置中，在通常運轉中，當氦罐內的液體氦的量為規定量以上時，被推斷為氦冷凍機的能力過剩，運轉從通常運轉切換到能力抑制運轉。其結果，能力成為過剩那樣的運轉被防止，能實現運轉效率的提高和電力消費的降低。
在第4技術方案的超低溫冷凍裝置中，在能力抑制運轉中，當氦罐內的液體氦的量為規定量以下時，被推斷為需要更多的液體氦用於超導磁鐵的冷卻，運轉從能力抑制運轉切換到通常運轉。其結果，氦冷凍機的預冷迴路再開始運轉，氦罐內的液體氦的量增加。因此，超導磁鐵被穩定地冷卻到規定的溫度上。
在第5技術方案的超低溫冷凍裝置中，由液面傳感器檢測氦罐內的液體氦的液面的位置，根據其液面的位置推斷液體氦的量。在通常運轉中，當液面位於規定位置以上時，推斷為氦冷凍機的冷凍能力過剩，運轉從通常運轉被切換到能力抑制運轉。在能力抑制運轉中，當液面位於規定位置以下時，被推斷為液體氦的量不足，運轉從能力抑制運轉被切換到通常運轉。
在第6技術方案的超低溫冷凍裝置中，根據設置在氦JT迴路中的緩衝罐的內部壓力推斷氦罐內的液體氦的量。在通常運轉中，當緩衝罐的內部壓力為規定壓力以下時，被推斷為儲存在緩衝罐中的相當量的氦移動到氦罐內且作為液體氦儲存在該氦罐內，運轉從通常運轉被切換到能力抑制運轉。在能力抑制運轉中，當緩衝罐內部壓力為規定壓力以上時，被推斷為儲存在氦罐內的相當量的氦蒸發並儲存在緩衝罐內，運轉從能力抑制運轉被切換到通常運轉。
根據本發明，在冷凍負荷大的時候，在氦冷凍機和氮冷凍機的雙方中進行冷凍運轉，在氦冷凍機的冷凍負荷小的時候，由於使氦冷凍機的預冷迴路停止並使氮冷凍機運轉，所以可以一邊發揮必需的冷凍能力一邊實現運轉效率的提高和電力消費的削減。
由於控制第2壓縮機的容量使氮冷凍機的冷凍能力在能力抑制運轉時和通常運轉時同等，所以可以抑制伴隨運轉的切換的氮冷凍機的能力的變動，可以實現運轉效率的提高。
圖1是實施例1的超低溫冷凍裝置的構成圖。
圖2是冷凍機單元的構成圖。
圖3是表示能力抑制運轉時的製冷劑的循環的超低溫冷凍裝置的構成圖。
圖4是實施例2的超低溫冷凍裝置的構成圖。
具體實施方式下面根據
本發明的實施例。
(實施例1)
圖1所示的超低溫冷凍裝置10是搭載在超導線性電動機車(圖未示)上的所謂的車載用冷凍裝置，是冷凍該超導線性電動機車的超導磁鐵90的裝置。
-超低溫冷凍裝置的構成-超低溫冷凍裝置10備有生成且冷卻保持液體氦的氦冷凍機20和冷卻保持液氮的氮冷凍機40。氦冷凍機20具有預冷氦的預冷冷凍機30。這些氦冷凍機20和氮冷凍機40都用氦做製冷劑。
超低溫冷凍裝置10備有具有作為JT迴路的第1迴路2A和作為預冷冷凍機30的製冷迴路的預冷迴路3A的氦冷凍機20，同時備有作為氮冷凍機40的製冷劑迴路的第2迴路4A。在這些迴路2A，3A，4A中，作為製冷劑的氦進行循環。即上述迴路2A，3A，4A都是氦的循環迴路。
再有，超低溫冷凍裝置10備有壓縮機單元1A和收容超導磁鐵90等的外槽19。壓縮機單元1A具有作為第1迴路2A、預冷迴路3A和第2迴路4A的共同的壓縮機單元的功能。在壓縮機單元1A中，設置了低段側壓縮機21和高段側壓縮機22。這些壓縮機21，22是所謂的變頻器壓縮機，分別備有變頻器(インル一ダ)21a，22a。在變頻器21a，22a上連接著自由控制這些變頻器21a，22a的控制器5。
在低段側壓縮機21的吸入側上連接著低壓配管24。在低段側壓縮機21的排出側和高段側壓縮機22的吸入側之間連接著中間壓配管32。在高段側壓縮機22的排出側連接著高壓配管23。高壓配管23分支成第1迴路2A的高壓配管25、預冷迴路3A的高壓配管26和第2迴路4A的高壓配管27。中間壓配管32分支成預冷迴路3A的中間壓配管28和第2迴路4A的中間壓配管29。低壓配管24與第1迴路2A的低壓側連接。
在低壓配管24上通過氣體供給配管13連接緩衝罐12。在該氣體供給配管13上設置低壓控制閥LPR。低壓控制閥LPR被做成當低壓配管24的壓力(即，壓縮機單元1A的低壓側壓力)為規定值以下時自動開口。從而，當壓縮機單元1A的低壓側壓力低下且低壓控制閥LPR開口時，緩衝罐12的氦氣補充給低段側壓縮機21。
在氣體供給配管13上連接著從高壓配管23上分支出的回收配管14。在氣體回收配管14上設置高壓控制閥HPR。高壓控制閥HPR被做成當高壓配管23的壓力(即、壓縮機單元1A的高壓側壓力)成為規定值以上時自動地開口。從而，當壓縮機單元1A的高壓側壓力上升且高壓控制閥HPR開口時，氦氣體被收回到緩衝罐12。
在外槽19上設置收容氦冷凍機20的冷凍機單元1B、氦罐11、氮冷凍機40、氮罐15、超導磁鐵90、及熱屏蔽超導磁鐵90的屏蔽板16。外槽19是所謂真空隔熱槽，其內部由真空隔熱。
參照圖2對冷凍機單元1B的構成進行說明。預冷冷凍機30用於預冷第1迴路2A的高壓氦氣，由氣壓驅動型的G-M(ギフオ一ド·マクマホン)循環冷凍機構成，該循環冷凍機由氦氣的壓力使置換器往復移動，該預冷冷凍機30備有馬達蓋34和與馬達蓋34連接的2段構造的氣缸35。在馬達蓋34上連接著高壓配管26和中間壓配管28。在氣缸的大徑部的頂端側上設置冷卻保持在規定的溫度水平上的第1熱站36，在氣缸35的小徑部的頂端側上設置冷卻保持為比第1熱站36還低的溫度水平的第2熱站37。
氦冷凍機20的第1迴路2A是通過使氦氣進行焦耳湯姆遜膨脹產生大約4K水平的寒冷的迴路。在氦冷凍機20上設置第1熱交換器43、第2熱交換器50、第3交換器60和JT閥44。上述熱交換器43，50，60是使高壓氦氣和來自氦罐11的低壓氦氣進行熱交換的熱交換器，熱交換溫度按著第1熱交換器43、第2熱交換器50、第3熱交換器60的順序降低。
第1熱交換器43的高壓側流路41的入口側與高壓配管25連接。在第1熱交換器43的高壓側流路41的出口側和第2熱交換器50的高壓側流路51的入口側之間設置第1預冷部31。第1預冷部31配置在預冷冷凍機30的第1熱站36的外周部。在第2熱交換器50的高壓側流路51的出口側和第3熱交換器60的高壓側流路61的入口側之間設置第2預冷部33。第2預冷部33配置在預冷冷凍機30的第2熱站37的外周部。JT閥44設置在第3熱交換器60的高壓側流路61的出口側和氦罐11之間。在JT閥44上連接著調節閥開度的操作杆2d。
第3熱交換器60的低壓側流路62經過製冷劑配管與氦罐11連接。第3熱交換器60的低壓側流路62、第2熱交換器50的低壓側流路52、第1熱交換器43的低壓側流路42由製冷劑配管順序連接。第1熱交換器43的低壓側流路42連接到低壓配管24上。
如圖1所示，氮冷凍機40與高壓配管27和中間壓配管29連接。氮冷凍機40與預冷冷凍機30一樣，由G-M循環冷凍機構成。但是，預冷冷凍機30和氮冷動機40不局限於G-M循環冷凍機，不用說也可以使用斯特林冷凍機或脈動管冷凍機等其他種類的冷凍機。氮冷凍機40的熱站45設置在氮罐75的內部。該熱站45被做成冷卻保持約80K水平的寒冷。
氦罐11和超導磁鐵90通過聯絡配管18連接。超導磁鐵90備有超導線圈91和收容超導線圈91的收容容器92。在收容容器92的內部經常裝滿液體氦。超導線圈91被浸漬在液體氦內並被冷卻。在氦罐11內設置液面傳感器70。液面傳感器70通過信號線(圖未示)連接到控制器5上，有關氦罐11內的液體氦的液面的信息自動地送往控制器5。
在超導磁鐵90的周圍設置用於阻止超導磁鐵90的侵入熱的屏蔽板16。在屏蔽板16上貼附著冷卻管17。冷卻管17連接到氮罐15上，在其內部經常裝滿液體氮。為此，屏蔽板16通過冷卻管17的液體氮維持在約80K水平的低溫上。
—超低溫冷凍裝置的運轉動作—下面對超低溫冷凍裝置10的運轉動作進行說明。在本超低溫冷凍裝置10中有選擇地實行下面的通常運轉和能力抑制運轉。
首先對通常運轉進行說明。通常運轉是氦冷凍機20的冷凍負荷大時實行的運轉，主要是在超導線性電動機車的行駛中進行的運轉。再有，只要由屏蔽板16進行熱屏蔽，就與氦冷凍機20的冷凍負荷的比例有關，隨著行駛產生的內部發熱的比例變大。
在該通常運轉中，平時由氦冷凍機20生成液體氦。超導磁鐵90的超導線圈91由液體氦冷卻並保持在臨界溫度以下。超導磁鐵90或者氦罐11內的液體氦的一部分因行駛產生的發熱和來自外部的侵入熱等而蒸發，蒸發的氦氣從氦罐11回收到氦冷凍機20中，由壓縮機單元1A壓縮後，再由氦冷凍機20液化。然後被液化了的氦被供給於氦罐11，通過這樣的氦的循環動作，通常，在氦罐11中經常儲存規定量的液體氦，使超導線圈91穩定地被冷卻。另一方面，在冷卻管17或者氮罐15的內部蒸發的氮氣由氮冷凍機40的熱站45冷卻，再進行液化。
下面對上述通常運轉中的氦的循環動作進行說明。如圖1實線箭頭所示，首先，從高段側壓縮機22排出的高壓氦氣，分流到第1迴路2A的高壓配管25、預冷冷凍機30的高壓配管26和第2迴路4A的高壓配管27內。
流入預冷迴路3A的高壓配管26的高壓氦氣在預冷冷凍機30的汽缸35(參照圖2)的各膨脹空間內膨脹。通過該氦氣的膨脹，氦氣的溫度下降，各熱站36，37分別被冷卻到規定的溫度水平。膨脹後的氦氣通過中間壓配管28返回到壓縮機單元1A中，通過中間壓配管32被吸收到高段側壓縮機22內。
流入第1迴路2A的高壓配管25的高壓氦氣，如圖2的實線箭頭所示，在第1迴路2A中流通。即，高壓配管25的高壓氦氣，首先在第1熱交換器43的高壓側流路41中流通。這時，在高壓側流路41中流通的高壓氦氣與在低壓側流路42中流通的低壓氦氣進行熱交換而被冷卻。例如，高壓氦氣在第1熱交換器43中，從常溫300K冷卻到約50K。之後，高壓氦氣流過第1預冷部31，被預冷冷凍機30的第1熱站36冷卻。
接下來，高壓氦氣通過第2熱交換器50的高壓側流路51，與流通低壓側流路52的低壓氦氣進行熱交換而被冷卻。例如，高壓氦氣在流通第2熱交換器50的高壓側流路51時被冷卻到約15K。之後，高壓氦氣流過第2預冷冷卻部33，由預冷冷凍機30的第2熱站37進行冷卻。
接下來，高壓氦氣通過第3熱交換器60的高壓側流路61，這時，高壓氦氣與流通低壓側流路62的低壓氦氣進行熱交換而被冷卻。
之後，高壓氦氣在JT閥44中進行焦耳湯姆遜膨脹，成為約4K的液體氦。而後，該液體氦流入氦罐11中。
另一方面，氦罐11內的低壓氦氣順序流過第3熱交換器60的低壓側流路62、第2熱交換器50的低壓側流路52、第1熱交換器43的低壓側流路42，經由低壓配管24被吸入到壓縮機單元1A的低段側壓縮機21中。
流入第2迴路4A的高壓配管27的高壓氦氣，在氮冷凍機40的汽缸(圖未示)的膨脹空間內進行膨脹，通過該氦氣的膨脹，熱站45被冷卻並保持到約80K。膨脹後的氦氣，通過中間壓配管29返回到壓縮機1A，通過中間壓配管32被吸入到高段側壓縮機22中。
當氦罐11的內部壓力上升時，伴隨其壓力上升，第1迴路2A的高壓側壓力上升。這樣一來，高壓控制閥HPR開口，第1迴路2A的氦氣的一部分通過回收配管14被回收到緩衝罐12內。其結果，第1迴路2A的高壓側壓力降低，返回到規定的壓力。從而，氦罐11的內部壓力也追隨第1迴路2A的高壓側壓力而降低，返回到規定的壓力上。
另一方面，當氦罐11的內部壓力降低時，伴隨其壓力降低，第1迴路2A的低壓側壓力降低。這樣一來，低壓控制閥LPR開口，從緩衝罐12向第1迴路2A供給氦氣。其結果，第1迴路2A的低壓側壓力上升，返回到規定的壓力。因此，氦罐11的內部壓力也追隨第1迴路2A的低壓側壓力而上升，返回到規定的壓力上。如上述那樣做了之後，氦罐11的內部壓力被保持為一定。
另一方面，氮罐15的內部壓力由氮冷凍機40的能力控制保持為一定。氮冷凍機40的能力由高段側壓縮機22的容量控制進行調整。
可是，當超導線性電動機車停止行駛時，在氦冷凍機20的冷凍負荷小時，因為超導磁鐵90和氦罐11內的液體氦的蒸發量變少，所以由氦冷凍機20生成的液體氦的量過剩。為此，氦罐11內的液體氦的量增加，其液面上升，在本實施例中，當氦罐11內的液體氦的液面成為規定位置以上時，由控制器5把運轉從上述通常運轉切換到以下的能力抑制運轉。
能力抑制運轉是氦冷凍機20的冷凍負荷小時實行的運轉，主要是在超導線性電動機車的停止中進行的運轉。再有，當超導線性電動機車停止行駛時，由於沒有了伴隨行駛的發熱，所以氦冷凍機20的冷凍負荷變小，但是由於氮冷凍機40的冷凍負荷大部分是由從外部輻射產生的侵入熱，所以即使是停止行駛時，冷凍負荷也不變動。
在該能力抑制運轉中，氦冷凍機20中的預冷冷動機30的預冷迴路3A停止運轉，液體氦的生成被中止。另外，低段側壓縮機21和高段側壓縮機22繼續運轉，氮冷凍機40的運轉被繼續。
如圖3中的實線箭頭所示，在能力抑制運轉中，從高段側壓縮機22排出的氦氣流過第2迴路4A的高壓配管27，流入氮冷凍機40中。該氦氣在氮冷凍機40的汽缸(圖未示)的膨脹空間內進行膨脹，熱站45被冷卻到約80K並被保持。膨脹後的氦氣通過中間壓配管29返回到壓縮機單元1A中，通過中間壓配管32被吸入到高段壓縮機22中。
在該能力抑制運轉時，由於使氮冷凍機40的氦的循環量成為一定，所以最好由第2變頻器22a進行高段側壓縮機22的容量控制。因此，在本實施例中，當運轉從通常運轉切換到能力抑制運轉時，控制器5使高段側壓縮機22的運轉頻率減小。通過實行這樣的控制，氮冷凍機40的能力被保持為與通常運轉時的冷凍能力同等。
當繼續能力抑制運轉時，氦罐11內的液體氦減少，不久液體氦將不足。另外，當超導線性電動機車再次開始行駛時，液體氦也成為不充足。因此，當氦罐11的液體氦的液面位於規定位置以下時，控制器5把運轉從能力抑制運轉切換到通常運轉。其結果，預冷冷凍機30再開始運轉，另外，高段側壓縮機22的運轉頻率上升，而且，氦冷凍機20的預冷冷凍機30再開始運轉，液體氦的生成再被進行。
—效果—這樣，根據本實施例，在氦冷凍機20的冷凍負荷小時，由於在停止氦冷凍機20的預冷冷凍機30的運轉的同時又實行繼續氮冷凍機40的運轉的能力抑制運轉，所以即能阻止來自外部的侵入熱又可以防止氦冷凍機20的過剩冷凍運轉。因此，可以提高運轉效率，可以減少電力消費。
另外，在能力抑制運轉時，由於使高段側壓縮機22的運轉頻率減小，所以可以使氮冷凍機40的氦循環量維持在與通常運轉時同等的量上，因此，可以防止起因於運轉切換的氮冷凍機40的冷凍能力的變動，可以提高運轉效率。
(實施例2)如圖4所示，作為檢測氦罐11的液體氦的量的裝置，也可以設置檢測緩衝罐12的內部壓力的壓力傳感器71來代替液面傳感器70。
如上所述，在超低溫冷凍裝置10上設置了進行氦氣的供給和回收的緩衝罐12，使循環氦的各迴路2A，3A，4A的壓力維持在規定的壓力上，為此，在氦罐11內的液體氦的量和緩衝罐12的內部壓力之間被發現有一定的相關關係。即，氦罐11的液體氦的蒸發量多時，液體氦的量減少而緩衝罐12的內部壓力上升。與此相反，當氦罐11的液體氦的蒸發量減少時，液體氦的量增加，而緩衝罐12的內部壓力降低。
因此，在本實施例中著眼於上述的相關關係，根據緩衝罐12的內部壓力來推斷氦冷凍機20的冷凍負荷，進行運轉的切換。具體地講，當緩衝罐12的內部壓力為規定值以下時，把運轉從通常運轉切換到能力抑制運轉，另外，當緩衝罐12的內部壓力為規定值以上時，把運轉從能力抑制運轉切換到通常運轉。
因此，即使在實施例2中，也可以得到與實施例1同樣的效果。再有，在實施例2中，由於作為常溫部分的緩衝罐12上設置傳感器71，所以，與在屬於超低溫部分的氦罐11上設置傳感器時比，可以提高可靠性。
本發明不局限於上述第1～第2實施例，可以以不脫離其精神或主要特徵的其他各種形式進行實施。
這樣，上述的實施例，在所有方面只不過是個示例，不能限定性地進行解釋。本發明的範圍由權利要求的範圍來表示，不受說明書的任何約束。再有，屬於權利要求的範圍的變形或變更全部在本發明的範圍內。
權利要求
1.一種超低溫冷凍裝置，它是冷卻超導磁鐵的超低溫冷凍裝置，備有氦冷凍機、氦罐、熱屏蔽構件、氮罐、氮冷凍機及控制器，上述氦冷凍機具有壓縮氦氣的第1壓縮機、設置在上述第1壓縮機的排出側的第2壓縮機、使由上述第1壓縮機和上述第2壓縮機2級壓縮的氦氣進行焦耳湯姆遜膨脹而進行液化的JT迴路、及使上述2級壓縮了的氦氣進行膨脹並予冷上述JT迴路的氦氣的預冷迴路，上述氦罐儲存由上述氦冷凍機液化了的液體氦且供給於上述超導磁鐵，上述熱屏蔽構件用液體氮阻止上述超導磁鐵的侵入熱，上述氮罐儲存液體氮且供給於上述熱屏蔽構件，上述氮冷凍機通過使從上述第2壓縮機排出的氦氣膨脹來產生寒冷，由該寒冷冷卻上述氮罐內的氮，上述控制器有選擇地實行通常運轉和能力抑制運轉，上述通常運轉驅動上述第1壓縮機和上述第2壓縮機來使上述氦冷凍機和上述氮冷凍機雙方運轉，上述能力抑制運轉驅動上述第1壓縮機和上述第2壓縮機，使上述氦冷凍機的預冷迴路的運轉停止、同時使上述氮冷凍機運轉。
2.如權利要求1所述的超低溫冷凍裝置，其特徵在於，上述第2壓縮機由容量自由控制的壓縮機構成，上述控制器實行上述第2壓縮機的容量控制而使得上述氮冷凍機的冷凍能力在能力抑制運轉和通常運轉時同等。
3.如權利要求1所述的超低溫冷凍裝置，其特徵在於，上述控制器在通常運轉中當上述氦罐內的液體氦為規定量以上時把運轉從通常運轉切換到能力抑制運轉。
4.如權利要求1所書的超低溫冷凍裝置，其特徵在於，上述控制器在能力抑制運轉中當上述氦罐內的液體氦為規定量以下時把運轉從能力抑制運轉切換到通常運轉。
5.如權利要求1所述的超低溫冷凍裝置，其特徵在於，備有設置在上述氦罐內的液面傳感器，上述控制器當在通常運轉中上述氦罐內的液體氦的液面位於規定位置以上時，把運轉從通常運轉切換到能力抑制運轉，另外，當在能力抑制運轉中上述氦罐內的液體氦的液面位於規定液面以下時，把運轉從能力抑制運轉切換到通常運轉。
6.如權利要求1所述的超低溫冷凍裝置，其特徵在於，備有緩衝罐和壓力傳感器，上述緩衝罐與上述JT迴路連接，當上述JT迴路的氦氣的高壓側壓力為規定的上限值以上時，從上述JT迴路回收氦氣，而當上述JT迴路的氦氣的低壓側壓力為規定的下限值以下時，向上述JT迴路供給氦氣，上述壓力傳感器檢測上述緩衝罐內的氦氣的壓力，上述控制器，在通常運轉中當上述緩衝罐內的氦氣的壓力為規定壓力以下時把運轉從通常運轉切換到能力抑制運轉，而在能力抑制運轉中當上述緩衝罐內的氦氣的壓力為規定壓力以上時，把運轉從能力抑制運轉切換到通常運轉。
全文摘要
備有阻止對超導磁鐵的輻射熱的侵入的屏蔽板，備有具有預冷氦氣的預冷冷凍機且生成液體氦的氦冷凍機和冷卻氮罐的氮的氮冷凍機。備有在車輛行駛時驅動低段側壓縮機和高段側壓縮機，使氦冷凍機和氮冷凍機運轉而在車輛停止時停止氦冷凍機中的預冷冷凍機的運轉且使氮冷凍機的運轉繼續的控制器。
文檔編號F25B25/00GK1459606SQ0310375
公開日2003年12月3日 申請日期2003年2月18日 優先權日2002年5月20日
發明者草田榮久, 本吉智行, 真田芳直, 富岡計次 申請人:東海旅客鐵道株式會社, 大金工業株式會社