冷却系统及冷却方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201080063350.2

申请日:

2010.04.23

公开号:

CN102834678A

公开日:

2012.12.19

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F25B 9/00申请日:20100423|||公开

IPC分类号:

F25B9/00

主分类号:

F25B9/00

申请人:

住友重机械工业株式会社

发明人:

李瑞; 小泉达雄

地址:

日本东京都

优先权:

专利代理机构:

广州三环专利代理有限公司 44202

代理人:

温旭;郝传鑫

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内容摘要

本发明提供一种冷却系统及冷却方法。在冷却系统(10)的低温容器(16)外部设置有用于对制冷剂管路(24)赋予流动的流动生成装置(18)。通过加热装置(28)将经过超导装置(12)后的低温流体加热至流动生成装置(18)的动作保证温度,使用流动生成装置(18)使被加热后的低温流体循环,冷却低温流体并供给到超导装置(12)。加热装置(28)容纳于低温容器(16)。

权利要求书

1.一种冷却系统,其用于通过低温流体来冷却超导装置,其特征在于,
具备:
制冷剂回路,其包括:用于向超导装置供给低温流体的制冷剂出口、用于
接收经过超导装置后的该流体的制冷剂入口及连接该入口与出口的制冷剂管
路;
低温容器,其容纳:比所述制冷剂出口更靠上游的所述制冷剂管路的第1
部分、用于冷却在该第1部分中朝向所述制冷剂出口流动的流体的第1热交换
器、比所述制冷剂入口更靠下游的所述制冷剂管路的第2部分及用于加热在该
第2部分中流动的流体的第2热交换器;及
流动生成装置,其配置于所述低温容器的外部且设置于连接所述第1部分
与所述第2部分的所述制冷剂管路的第3部分,并用于在所述制冷剂管路中产
生流动。
2.如权利要求1所述的冷却系统,其特征在于,
所述第2热交换器将所述低温流体加热至所述流动生成装置的动作保证温
度范围。
3.如权利要求2所述的冷却系统,其特征在于,
所述动作保证温度范围包括室温,所述流动生成装置设置于室温环境中。
4.如权利要求1~3中任一项所述的冷却系统,其特征在于,
所述第2热交换器以从所述流动生成装置向所述第1热交换器送出的流体
作为热源来加热在所述第2部分中流动的流体。
5.如权利要求1~4中任一项所述的冷却系统,其特征在于,
所述流动生成装置为压缩机,所述第3部分具备压力调整阀,且所述压力
调整阀用于对从该压缩机吐出的高压流体进行减压。
6.如权利要求1~5中任一项所述的冷却系统,其特征在于,
所述制冷剂入口及制冷剂出口分别具备连结机构,所述连结机构以允许所
述超导装置中的旋转运动的状态将所述超导装置连结于所述制冷剂回路。
7.如权利要求1~6中任一项所述的冷却系统,其特征在于,
所述第1热交换器将低温流体冷却而使该低温流体液化,所述第2热交换
器将该流体加热而使该流体恢复至气体。
8.一种冷却方法,其用于对通过浸渍于超低温液体中而被冷却的超导装
置进行预冷,所述冷却方法的特征在于,包括:
在超导装置上安装权利要求1~7中任一项所述的冷却系统的工序;及
通过所述冷却系统冷却所述超导装置的工序。
9.一种冷却方法,其通过使低温流体流动来冷却超导装置,所述冷却方
法的特征在于,包括:将经过超导装置后的低温流体加热至流动生成装置的动
作保证温度;
使用所述流动生成装置来使被加热后的低温流体循环;及
冷却低温流体并供给至所述超导装置。

说明书

冷却系统及冷却方法

技术领域

本发明涉及一种用于使用低温流体冷却超导装置的冷却系统及冷却方法。

背景技术

超导磁铁或超导马达等超导装置中通常附设有用于维持超导状态的冷却系
统。例如,专利文献1中,记载有冷却超导旋转机械的低温冷却系统。该冷却
系统中,为了循环氦而在制冷机内设置有1组高速风扇。根据专利文献1,该
风扇是为了提供使氦通过低温冷却器移动至转子总成所需的力而设置于低温环
境内的机械构件。

专利文献

专利文献1:日本特表2003-519772号公报

然而,目前低温环境中的机械要件的可靠性未必高。当设置于低温环境中
的机械要件发生异常时,有可能引起冷却性能降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可靠性优异的冷却系统及冷却方法。

根据本发明的一种方式,在冷却系统的低温容器的外部设置有用于对制冷
剂管路赋予流动的流动生成装置。如此一来,可在低温环境的外部使用流动生
成装置,因此能够期待可靠性的提高。并且,还能够将规格上不允许在低温环
境中使用但在动作保证温度中具有较高可靠性的通用流动生成装置采用于冷却
系统中。

该冷却系统可具备制冷剂回路,该制冷剂回路包括用于向超导装置供给低
温流体的制冷剂出口、用于接收经过超导装置后的该流体的制冷剂入口、及连
接该入口与出口的制冷剂管路。低温容器可容纳:比制冷剂出口更靠上游的制
冷剂管路的第1部分、用于冷却在该第1部分中朝向制冷剂出口流动的流体的
第1热交换器、比制冷剂入口更靠下游的制冷剂管路的第2部分、用于加热在
该第2部分中流动的流体的第2热交换器。流动生成装置可设置于连接第1部
分与第2部分的制冷剂管路的第3部分。

根据本发明的其他方式,提供一种通过使低温流体流动来冷却超导装置的
冷却方法。该方法包括将经过超导装置后的低温流体加热至流动生成装置的动
作保证温度,并使用流动生成装置使被加热后的低温流体循环,并冷却低温流
体来供给至超导装置。如此一来,使用于冷却的低温流体在通过流动生成装置
循环之前,加热至流动生成装置的动作保证温度。从而,能够期待提高流动生
成装置乃至冷却系统的可靠性。

发明效果

根据本发明,能够实现可靠性优异的冷却系统及冷却方法。

附图说明

图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的冷却系统的图。

图2是表示用于本发明的一实施方式所涉及的冷却系统的连结机构的一例
的图。

图3是示意地表示本发明的另一实施方式所涉及的冷却系统的图。

具体实施方式

图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的冷却系统10的图。冷却
系统10为用于通过将低温流体作为制冷剂供给来冷却超导装置12的装置。冷
却系统10通过安装于超导装置12来形成制冷剂的循环路径。冷却系统10通
过在其循环路径循环制冷剂来冷却超导装置12。制冷剂例如为冷却至低温的气
体氦。或者也可使用氮、氢或氖作为制冷剂。

超导装置12为动作时需要维持超导状态的装置,例如包括超导磁铁或超
导马达、超导发电机等。或者,超导装置12也可以为包括利用超导的构成要
件的系统,例如可以为磁共振成像(MRI)装置。

超导装置12包括应通过冷却系统10冷却的被冷却体90及为了冷却被冷
却体90而使制冷剂流通的冷却配管92。当超导装置12例如为超导磁铁时,被
冷却体90包括超导线圈,当为超导马达或超导发电机时,被冷却体90包括超
导转子。冷却配管92形成于超导装置12及被冷却体90的内部或者被冷却体
90的附近,以便冷却被冷却体90。冷却配管92的一端94构成为能够连结于
冷却系统10的制冷剂出口20,冷却配管92的另一端96构成为能够连结于冷
却系统10的制冷剂入口22。

一实施例中,超导装置12具备有与冷却系统10独立的另一冷却系统,冷
却系统10可为了将超导装置12预冷至其另一冷却系统的冷却开始温度而使
用。另一冷却系统例如可以为将超导装置12的被冷却体90浸渍到超低温液体
中来冷却的冷却装置。此时,可为了将超导装置12的被冷却体90预冷至
20K~80K的温度范围、优选为30K~50K的温度范围而使用冷却系统10。超导
装置12由冷却系统10预冷至另一冷却系统的冷却开始温度之后,另一冷却系
统开始超导装置12的正式冷却。

冷却系统10包括以下而构成:用于使低温流体流通的制冷剂回路14、将
内部保持成低温的低温容器16及用于对制冷剂回路14的制冷剂循环路径赋予
制冷剂的流动的流动生成装置18。制冷剂回路14包括:用于向超导装置12供
给低温流体的制冷剂出口20、用于接收经过超导装置12后的低温流体的制冷
剂入口22及连接制冷剂入口22与制冷剂出口20的制冷剂管路24。制冷剂出
口20及制冷剂入口22分别通过公知的卡口接头与冷却配管92的一端94及另
一端96连结。如图示,制冷剂管路24通过制冷剂出口20及制冷剂入口22与
超导装置12的冷却配管92连结,由此形成制冷剂的循环路径。

低温容器16例如为通过真空绝热结构而维持内部的低温环境的低温恒温
器。低温容器16设置于室温或常温的环境中。因此,低温容器16的外部为室
温或常温。低温容器16的外部设置有流动生成装置18。流动生成装置18中作
为规格规定有保证正常工作的动作保证温度范围。动作保证温度范围例如包括
室温或常温。动作保证温度范围例如为5℃~40℃。流动生成装置18例如为压
缩机。一实施例中,流动生成装置18可以为风扇、循环器、鼓风机或泵。

冷却系统10具备用于冷却制冷剂的冷却装置26。冷却装置26包括第1制
冷机30及第2制冷机32。第1制冷机30及第2制冷机32例如分别为单级GM
制冷机。第1制冷机30的冷却台34及第2制冷机32的冷却台35设置于低温
容器16的内部。第1制冷机30及第2制冷机32通过控制装置(未图示)控
制成将其冷却台冷却至例如选自10K~100K范围的所期望的冷却温度。

第1制冷机30的冷却台34上安装有制冷剂管路24的一部分36,比该一
部分36更靠下游侧的制冷剂管路24的一部分37安装于第2制冷机32的冷却
台35。由第1制冷机30的冷却台34与安装于此的制冷剂管路24的一部分36
构成用于冷却制冷剂的冷却用热交换器38。相同地,由第2制冷机32的冷却
台35与安装于此的制冷剂管路24的一部分37构成用于冷却制冷剂的另外一
个冷却用热交换器39。因此,通过在2个热交换器38、39中依次进行与冷却
台34、35的热交换来冷却在制冷剂管路24中流动的制冷剂。第2制冷机32
的冷却温度与第1制冷机30的冷却温度相等或者小于第1制冷机30的冷却温
度。

冷却装置26中,第1制冷机30及第2制冷机32上分别附带设置有第1
压缩机31及第2压缩机33。第1压缩机31压缩在第1制冷机30中膨胀后的
低压工作气体,再将高压工作气体送出至第1制冷机30。相同地,第2压缩机
33压缩在第2制冷机32中膨胀后的低压工作气体,再将高压工作气体送出至
第2制冷机32。第1压缩机31及第2压缩机33设置于低温容器16的外部。
本实施例中,冷却装置26的工作流体的循环路径与冷却系统10的制冷剂的循
环路径被分开。另外,第1制冷机30及第2制冷机32可共用一个压缩机。

当使用压缩机作为流动生成装置18时,第1压缩机31及第2压缩机33
可以为与作为流动生成装置18的压缩机相同机种的压缩机。此时,使第1压
缩机31及第2压缩机33与作为流动生成装置18的压缩机以不同的运行压力
工作。作为流动生成装置18的压缩机的高压侧的压力低于第1压缩机31及第
2压缩机33的高压侧的压力。

另外,冷却装置26可以为用于将作为制冷剂的低温流体冷却至所期望的
冷却温度的任何冷却装置。例如,冷却装置26可以具备单一的制冷机,也可
以具备3个以上制冷机,从而代替具备2个制冷机。制冷机可以为单级GM制
冷机以外的制冷机,例如可以使用2级GM制冷机,也可以使用脉冲管制冷机
或斯特林制冷机。并且,可使用低温液体生成装置或低温液体贮藏槽来代替通
过工作气体的膨胀生成寒冷的超低温制冷机。此时,一实施例中,可将第1制
冷机30及第2制冷机32中的至少一方取代成低温液体生成装置或低温液体贮
藏槽。低温液体生成装置或低温液体贮藏槽通过与制冷剂气体的热交换而液化
制冷剂气体。成为低温液体生成装置或低温液体贮藏槽的冷却源的超低温液体
例如可以为液体氦或液体氮。

冷却系统10进一步具备用于加热经过超导装置12后的制冷剂的加热装置
28。加热装置28包括通过热交换加热制冷剂的加热用热交换器40。热交换器
40构成为将冷却超导装置12后的低温流体加热至流动生成装置18的动作保证
温度范围。热交换器40以从流动生成装置18向冷却装置26送出的流体为热
源来加热低温流体。热交换器40例如为层叠热交换器。层叠热交换器的热交
换效率优异,因此能够将低温流体加热至与作为热源流入的室温制冷剂大致相
同的温度。

热交换器40也可以构成为以外部空气为热源加热低温流体。此时,热交
换器40构成为使外部空气向高温侧的流路流通。为此,热交换器40上可附带
设置有用于向热交换器40的高温侧流路送风的送风机。

并且,热交换器40不限于层叠热交换器,可以为其他形式的热交换器例
如套管式热交换器。如此当使用比较简单结构的热交换器时,为了提高热交换
效率,可串联设置多个热交换器。

另外,本实施例中,加热装置28容纳于低温容器16中,但是加热装置28
的至少一部分可设置于低温容器16的外部。一实施例中,为了保证制冷剂被
加热至流动生成装置18的动作保证温度,可设置用于加热从加热用热交换器
40朝向流动生成装置18排出的制冷剂的加热器。该加热器例如可在加热用热
交换器40与流动生成装置18之间设置于低温容器16的外部。

制冷剂管路24包括用于使被冷却至被冷却体的冷却温度的制冷剂流动的
低温部及用于使被加热至流动生成装置18的动作保证温度的制冷剂流动的高
温部。制冷剂管路24的低温部包括比制冷剂出口20更靠上游的第1部分42
及比制冷剂入口22更靠下游的第2部分44。制冷剂管路24的高温部配置于低
温容器16的外部,并包括连接第1部分42与第2部分44的第3部分46。
即,从制冷剂入口22流入制冷剂管路24的制冷剂依次流过第2部分44、第3
部分46及第1部分42,并从制冷剂出口20流出。

作为低温部的第1部分42上设置有上述冷却用热交换器38、39。并且,
第1部分42的中途设置有加热用热交换器40的高温侧流路,第2部分44的
中途设置有加热用热交换器40的低温侧流路。冷却用热交换器38、39及加热
用热交换器40容纳于低温容器16中。

制冷剂管路24的低温部除了制冷剂出口20及制冷剂入口22附近的末端
部以外,容纳于低温容器16的内部。制冷剂出口20附近的制冷剂管路末端部
中出口侧配管48从低温容器16延出至外部。制冷剂入口22附近的制冷剂管
路末端部中入口侧配管50从低温容器16延出至外部。出口侧配管48及入口
侧配管50形成为具有绝热性能的配管,例如为真空绝热配管。出口侧配管48
及入口侧配管50的前端分别形成为制冷剂出口20及制冷剂入口22。

作为高温部的第3部分46包括用于向流动生成装置18回收制冷剂的回收
配管52及用于从流动生成装置18供给制冷剂的供给配管54。回收配管52的
一端与低温容器16(具体而言为制冷剂管路24的第2部分44)连接,另一端
与流动生成装置18的低压侧连接。供给配管54的一端与低温容器16(具体而
言为制冷剂管路24的第1部分42)连接,另一端与流动生成装置18的高压侧
连接。回收配管52及供给配管54可以为具有与出口侧配管48及入口侧配管
50相同或比其更低的绝热性能的配管。回收配管52及供给配管54例如可以为
挠性软管。

用于对从流动生成装置18吐出的高压流体进行减压的压力调整阀56设置
于低温容器16的外部中流动生成装置18的下游。压力调整阀56设置于供给
配管54的中途。压力调整阀56可构成为将入口侧的压力机械地减压至所期望
的设定压力,也可通过控制压力调整阀56的开度来减压至设定压力。设定压
力例如设定成低于超导装置12的冷却配管92或超导装置12与冷却系统10的
连结机构所允许的最大压力。

如此一来,适合于将送出比较高压的流体的压缩机用作流动生成装置18
的情况。此时,压力调整阀56的设定压力优选设定成第1制冷机30及第2制
冷机32中的高压侧的工作气体压力的约1/3~1/10。由于能够减小超导装置
12的冷却配管92中的制冷剂压力,所以能够使冷却配管92小型化。另外,当
使用送出比较低压的流体的流动生成装置18时可省略压力调整阀56。

制冷剂回路14具备用于向制冷剂管路24补充制冷剂的制冷剂补充部58。
制冷剂补充部58包括如下而构成:储存制冷剂的缓冲罐60;用于防止从制冷
剂管路24向缓冲罐60逆流的单向阀62。制冷剂补充部58设置于从回收配管
52的中途分支的分支配管64。分支配管64上串联配置有单向阀62及缓冲罐
60,分支配管64的末端连接有缓冲罐60。单向阀62构成为:当回收配管52
的压力高于所期望的设定压力时被闭阀,当回收配管52的压力低于设定压力
时被开阀。因此,当回收配管52的压力低于设定压力时,从缓冲罐60向回收
配管52补充制冷剂,回收配管52的压力恢复至设定压力。

另外,制冷剂补充部58可设置于供给配管54。此时,制冷剂补充部58可
设置于压力调整阀56的上游,也可设置于下游。或者,制冷剂补充部58可容
纳于低温容器16并设置于制冷剂管路24的第1部分42或第2部分44。通过
将制冷剂补充部58设置在低温环境中能够缩小缓冲罐60的容积。

以下对基于以上结构的冷却系统10的动作进行说明。一实施例中,冷却
系统10使用于将超导装置12(例如MRI装置)设置于医院等设置场所时的预
冷却。此时,正式冷却(即动作中的冷却)例如通过使超导装置12的被冷却
体90浸渍在超低温液体(例如氦气)中来进行冷却。

为了开始预冷却,首先在超导装置12上安装冷却系统10。具体而言,制
冷剂管路24的制冷剂出口20及制冷剂入口22与超导装置12的冷却配管92
连接。并且,起动冷却系统10的冷却装置26及流动生成装置18。

通过冷却装置26及流动生成装置18的工作来冷却制冷剂,运行最初有制
冷剂管路24的制冷剂压力过度减少的倾向。从制冷剂补充部58补充制冷剂,
以便防止低于设定压力。达到稳定运行状态之后,也从制冷剂补充部58补充
制冷剂,以便防止由于制冷剂漏出等而使制冷剂管路24的制冷剂压力低于设
定压力。

通过冷却装置26冷却后的低温流体通过制冷剂管路24的第1部分42、出
口侧配管48及制冷剂出口20供给至超导装置12。通过超导装置12的冷却配
管92且经过被冷却体90后的低温流体从超导装置12排出至冷却系统10的制
冷剂入口22。流入到制冷剂入口22的低温流体通过入口侧配管50、第2部分
44及回收配管52流向流动生成装置18。低温流体通过设置于制冷剂管路24
的第2部分44上的加热用热交换器40加热至室温左右的高温并送出至低温容
器16的外部。

从流动生成装置18送出的室温左右的低温流体通过压力调整阀56进行调
压并被作为热源供给至加热用热交换器40。从流动生成装置18送出的低温流
体还可在加热用热交换器40中通过来自超导装置12的回收低温流体进行预
冷。经过加热用热交换器40后的低温流体通过冷却装置26冷却。如此,低温
流体在冷却系统10及超导装置12中循环。

根据本发明的一实施方式,能够将被冷却体90预冷至正式冷却的开始温
度。因此,当与设置超导装置12时不进行预冷而开始正式冷却的情况相比,
能够减少正式冷却用超低温液体的使用量。并且,在闭环的循环路径中使制冷
剂循环的同时进行预冷却也有助于减少超低温液体的使用量。

并且,根据本发明的一实施方式,流动生成装置18、压力调整阀56及制
冷剂补充部58的单向阀62这样的机械要件设置于低温容器16的外部室温环
境中。因此,作为这些机械要件无需使用耐超低温中使用的专用设计品。其结
果,能够提高冷却系统10的可靠性。并且,由于能够使用在室温环境中保证
动作的通用机械要件,所以与使用低温专用品时相比在成本方面也有优点。

一实施方式中,冷却系统10可使用于具备旋转部件作为被冷却体90的超
导装置12的正式冷却。此时,制冷剂管路24的制冷剂出口20及制冷剂入口
22可分别具备以允许超导装置12中的旋转运动的状态将超导装置12与制冷剂
回路14连结的连结机构。一实施例中,制冷剂出口20及制冷剂入口22可以
是构成为能够绕沿配管方向的轴旋转的卡口接头(参考图2)。如此,能够以
允许被冷却体90的旋转运动的状态连接冷却系统10的制冷剂管路24与超导
装置12的冷却配管92。

图2是表示本发明的一实施方式所涉及的冷却系统中所使用的连结机构的
一例的图。低温流体用卡口接头120为组合第1绝热管102及第2绝热管103
而成的接头,还具有O型环104(密封部件)及盖螺母105。第1绝热管102
为双重管结构,将其内部设为第1绝热真空部106。第2绝热管103也为双重
管结构,将其内部设为第2绝热真空部107。第1绝热管102的端部将其设为
凹部,并在其内部将第2绝热管103的设为凸部的端部插入规定长度(插入部
108),从而形成为旋转接头部109,并将该嵌合部分的微小间隙部设为附属绝
热部110。

该附属绝热部110的最里部(室温侧)设置有O型环104、能够防止插入
部108脱落的防脱用挡块111及防脱用突缘112、盖螺母105。因此,第1绝
热管102及第2绝热管103不会在轴向上一体地相对移动,由于具有微小间隙
(附属绝热部110),因此能够在旋转接头部109(插入部108)中相对旋转。

在O型环104部分以及防脱用挡块111及防脱用突缘112部分涂布润滑脂
113,由此进行润滑,以便保证第1绝热管102及第2绝热管103旋转。另
外,当进行第1绝热管102或第2绝热管103的旋转操作时,只要松动盖螺母
105即可。

能够由第1绝热管102及第2绝热管103形成低温流体流路114,并在低
温流体流路114内能够使低温流体例如氦气或液体氮LN向一方向供给,并且
使该低温流体能够冷却被冷却物(未图示),且以与通过与被冷却物的热接触
而气化了的氮气GN混合的混相状态而供给并返回。当然,还能够通过在该低
温流体流路114内的中央部配置流体供给管(未图示),将该流体供给管内设
为供给通路,并将流体供给管与第1绝热管102及第2绝热管103之间设为返
回通路。

另外,氮气GN有可能从附属绝热部110局部向外方漏出,但是通过O型
环104进行密封,并且附属绝热部110仅为微小间隙,因此即使进入其间的氮
气GN多少存在温度差也几乎不能对流,由于存在低温氮气GN,因此能够起到
绝热作用。并且,O型环104部分由于为室温左右,因此O型环104不会被冷
冻,能够如上述以润滑脂113等进行润滑。另外,若第1绝热管102及第2绝
热管103由薄壁不锈钢材料构成,则顺着该部分进入低温部的侵入热能够变得
非常少。

即使对低温流体施加压力时,由于防脱用挡块111及防脱用突缘112相互
卡合,并且用盖螺母105固定,因此由于该压力而防止插入部108飞出或脱
落。

利用这种低温流体用卡口接头120,由此例如在将此设置为直线状时当然
不用说,假设从中途以任意角度(例如直角)弯曲第1绝热管102或第2绝热
管103的任一方,进一步组合多根低温流体用卡口接头120而形成为多节连
杆,则还能够构筑低温流体(冷却介质)在三维内移送的配管。即,由于能够
在旋转接头部109中旋转,所以能够在任意范围内追随被冷却物的移动而移送
冷却介质。

低温流体用卡口接头120中,在第1绝热管102与第2绝热管103之间的
O型环104的低温侧(比第1绝热管102的入口侧更靠沿附属绝热部110的低
温侧)形成有环状的润滑脂贮留空间121。

该润滑脂贮留空间121形成于从O型环104的部分到附属绝热部110的附
近,通过在其中央部进一步设置全周突起122来将润滑脂贮留空间121一分为
二,并设为主贮留空间123及副贮留空间124,防止润滑脂113进一步流进低
温侧。即,润滑脂贮留空间121设置成位于第1绝热管102与第2绝热管103
之间的附属绝热部110上,以便延长润滑脂113在第1绝热管102及第2绝热
管103之间的泄漏移动行程。

这种结构的低温流体用卡口接头120中,在第1绝热管102及第2绝热管
103之间设置防冻用润滑脂贮留空间121,由此能够在润滑脂贮留空间121部
分阻止润滑脂113从旋转接头部109(O型环104及润滑脂113部分)向低温
侧移动,并防止润滑脂113冻结。因此,即使使用较多量的润滑脂113,也能
够避免已叙述的不良情况,结果防止O型环104部分的断油,能够提高密封性
能,防止磨损O型环104,进而降低驱动力,并具有较高的可靠性与耐久性。

图3是示意地表示本发明的另一实施方式所涉及的冷却系统100的图。相
对于图1所示的冷却系统10将气体制冷剂供给到被冷却体90的情况,图3所
示的冷却系统100在构成为供给超低温液体制冷剂方面有所不同。为此,冷却
系统100具备2级GM制冷机作为冷却装置26的第2制冷机32。冷却装置26
将低温流体冷却成液化,加热装置28将该流体加热恢复到气体。为了避免冗
长以下说明中对与已叙述的实施例共同的部分附加相同的参考符号而适当省略
说明。并且,与图1所示的实施例相结合来说明的变形例也能够应用于图3所
示的实施例。

如图示,第2制冷机32具备第1载物台135及被冷却成低于第1载物台
135的温度的第2载物台140。第1载物台135例如冷却至30K~70K,第2载
物台140冷却至低于制冷剂的液化温度。例如当制冷剂为氦时,第2载物台
140冷却至约4K。与图1所示的实施例相同,第2制冷机32的第1载物台135
可冷却至低于第1制冷机30的冷却台34的温度。

通过第2制冷机32的第2载物台140提供追加的冷却用热交换器142。第
2载物台140上安装有比安装于第1载物台135的制冷剂管路24的一部分37
更靠下游侧的制冷剂管路24的一部分144。如此,由第2载物台140与制冷剂
管路24的一部分144构成用于液化制冷剂的热交换器142。

制冷剂管路24的第1部分42中,在用于该液化的热交换器142的下游设
置有泵146。泵146为了朝向制冷剂出口20送出液化了的制冷剂而设置。

从制冷剂出口20送至超导装置12的冷却配管92的超低温液体冷却被冷
却体90从而至少一部分被气化。这样生成的气液混合流体通过制冷剂入口22
返回到加热装置28。加热装置28使气液混合流体完全气化,并且将制冷剂加
热至流动生成装置18的动作保证温度。被加热的制冷剂与图1所示的实施例
相同地被回收至流动生成装置18,并再次送出至冷却装置26。如此低温流体
在冷却系统10中循环。

以上,基于实施例对本发明进行了说明。本发明不限于上述实施方式,能
够进行各种设计变更,并且能够进行各种变形例以及这种变形例也属于本发明
的范围,这对于本领域技术人员来讲是可理解的。

如图1及图3所示,制冷剂回路14中可进一步设置热交换器70。热交换
器70将制冷剂管路24的第1部分42中通过冷却装置26冷却后的制冷剂设为
低温侧,将制冷剂管路24的第1部分42中经过加热装置28且由冷却装置26
冷却前的制冷剂设为高温侧。即,热交换器70的低温侧流路设置于制冷剂管
路24的第1部分42中冷却装置26的下游,高温侧流路设置于冷却装置26的
上游。热交换器70容纳于低温容器16的内部。如此,能够降低流入冷却用热
交换器38的制冷剂的温度,因此能够提高冷却系统100整体效率,在这一方
面是优选的。

并且,可附带于冷却装置26或者在制冷剂回路14中设置蓄冷器(未图
示)。该蓄冷器构成为储存冷却装置26生成的寒冷或者被冷却的制冷剂的寒
冷。蓄冷器例如设置于制冷剂管路24的第1部分42中冷却装置26的下游,
并容纳于低温容器16的内部。这样,通过冷却装置26冷却后的制冷剂的寒冷
储存于蓄冷器。如此,在为了维护而暂时停止冷却装置26的运行时或者由于
异常而停止冷却装置26时,也能够利用储存的寒冷使冷却系统继续工作。可
提高冷却系统的故障防护。设置蓄冷器的实施例尤其优选适合于冷却系统使用
于被冷却体的正式冷却的情况。

一实施例中,冷却系统10可构成为将在冷却装置26中使用的制冷机的工
作气体作为制冷剂循环。此时,可使用压缩机作为流动生成装置18,并使用膨
胀引擎作为冷却装置26。省略冷却装置26的压缩机31、33。如此,能够减少
冷却系统10中使用的压缩机的台数。

符号的说明:10-冷却系统,12-超导装置,14-制冷剂回路,16-低温容
器,18-流动生成装置,20-制冷剂出口,22-制冷剂入口,24-制冷剂管路,
26-冷却装置,28-加热装置,38-冷却用热交换器,40-加热用热交换器,42-
第1部分,44-第2部分,46-第3部分,56-压力调整阀,120-卡口接头。

产业上的可利用性

本发明能够利用于冷却系统及冷却方法的领域。

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资源描述

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1、(10)申请公布号 CN 102834678 A(43)申请公布日 2012.12.19CN102834678A*CN102834678A*(21)申请号 201080063350.2(22)申请日 2010.04.23F25B 9/00(2006.01)(71)申请人住友重机械工业株式会社地址日本东京都(72)发明人李瑞 小泉达雄(74)专利代理机构广州三环专利代理有限公司 44202代理人温旭 郝传鑫(54) 发明名称冷却系统及冷却方法(57) 摘要本发明提供一种冷却系统及冷却方法。在冷却系统(10)的低温容器(16)外部设置有用于对制冷剂管路(24)赋予流动的流动生成装置(18)。通过加。

2、热装置(28)将经过超导装置(12)后的低温流体加热至流动生成装置(18)的动作保证温度,使用流动生成装置(18)使被加热后的低温流体循环,冷却低温流体并供给到超导装置(12)。加热装置(28)容纳于低温容器(16)。(85)PCT申请进入国家阶段日2012.08.08(86)PCT申请的申请数据PCT/JP2010/002945 2010.04.23(87)PCT申请的公布数据WO2011/132231 JA 2011.10.27(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书8页 附图3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 8 页 附图 3 页1。

3、/1页21.一种冷却系统,其用于通过低温流体来冷却超导装置,其特征在于,具备:制冷剂回路,其包括:用于向超导装置供给低温流体的制冷剂出口、用于接收经过超导装置后的该流体的制冷剂入口及连接该入口与出口的制冷剂管路;低温容器,其容纳:比所述制冷剂出口更靠上游的所述制冷剂管路的第1部分、用于冷却在该第1部分中朝向所述制冷剂出口流动的流体的第1热交换器、比所述制冷剂入口更靠下游的所述制冷剂管路的第2部分及用于加热在该第2部分中流动的流体的第2热交换器;及流动生成装置,其配置于所述低温容器的外部且设置于连接所述第1部分与所述第2部分的所述制冷剂管路的第3部分,并用于在所述制冷剂管路中产生流动。2.如权利。

4、要求1所述的冷却系统,其特征在于,所述第2热交换器将所述低温流体加热至所述流动生成装置的动作保证温度范围。3.如权利要求2所述的冷却系统,其特征在于,所述动作保证温度范围包括室温,所述流动生成装置设置于室温环境中。4.如权利要求13中任一项所述的冷却系统,其特征在于,所述第2热交换器以从所述流动生成装置向所述第1热交换器送出的流体作为热源来加热在所述第2部分中流动的流体。5.如权利要求14中任一项所述的冷却系统,其特征在于,所述流动生成装置为压缩机,所述第3部分具备压力调整阀,且所述压力调整阀用于对从该压缩机吐出的高压流体进行减压。6.如权利要求15中任一项所述的冷却系统,其特征在于,所述制冷。

5、剂入口及制冷剂出口分别具备连结机构,所述连结机构以允许所述超导装置中的旋转运动的状态将所述超导装置连结于所述制冷剂回路。7.如权利要求16中任一项所述的冷却系统,其特征在于,所述第1热交换器将低温流体冷却而使该低温流体液化,所述第2热交换器将该流体加热而使该流体恢复至气体。8.一种冷却方法,其用于对通过浸渍于超低温液体中而被冷却的超导装置进行预冷,所述冷却方法的特征在于,包括:在超导装置上安装权利要求17中任一项所述的冷却系统的工序;及通过所述冷却系统冷却所述超导装置的工序。9.一种冷却方法,其通过使低温流体流动来冷却超导装置,所述冷却方法的特征在于,包括:将经过超导装置后的低温流体加热至流动。

6、生成装置的动作保证温度;使用所述流动生成装置来使被加热后的低温流体循环;及冷却低温流体并供给至所述超导装置。权 利 要 求 书CN 102834678 A1/8页3冷却系统及冷却方法技术领域0001 本发明涉及一种用于使用低温流体冷却超导装置的冷却系统及冷却方法。背景技术0002 超导磁铁或超导马达等超导装置中通常附设有用于维持超导状态的冷却系统。例如,专利文献1中,记载有冷却超导旋转机械的低温冷却系统。该冷却系统中,为了循环氦而在制冷机内设置有1组高速风扇。根据专利文献1,该风扇是为了提供使氦通过低温冷却器移动至转子总成所需的力而设置于低温环境内的机械构件。0003 专利文献0004 专利文。

7、献1:日本特表2003-519772号公报0005 然而,目前低温环境中的机械要件的可靠性未必高。当设置于低温环境中的机械要件发生异常时,有可能引起冷却性能降低。发明内容0006 本发明的目的在于提供一种可靠性优异的冷却系统及冷却方法。0007 根据本发明的一种方式,在冷却系统的低温容器的外部设置有用于对制冷剂管路赋予流动的流动生成装置。如此一来,可在低温环境的外部使用流动生成装置,因此能够期待可靠性的提高。并且,还能够将规格上不允许在低温环境中使用但在动作保证温度中具有较高可靠性的通用流动生成装置采用于冷却系统中。0008 该冷却系统可具备制冷剂回路,该制冷剂回路包括用于向超导装置供给低温流。

8、体的制冷剂出口、用于接收经过超导装置后的该流体的制冷剂入口、及连接该入口与出口的制冷剂管路。低温容器可容纳:比制冷剂出口更靠上游的制冷剂管路的第1部分、用于冷却在该第1部分中朝向制冷剂出口流动的流体的第1热交换器、比制冷剂入口更靠下游的制冷剂管路的第2部分、用于加热在该第2部分中流动的流体的第2热交换器。流动生成装置可设置于连接第1部分与第2部分的制冷剂管路的第3部分。0009 根据本发明的其他方式,提供一种通过使低温流体流动来冷却超导装置的冷却方法。该方法包括将经过超导装置后的低温流体加热至流动生成装置的动作保证温度,并使用流动生成装置使被加热后的低温流体循环,并冷却低温流体来供给至超导装置。

9、。如此一来,使用于冷却的低温流体在通过流动生成装置循环之前,加热至流动生成装置的动作保证温度。从而,能够期待提高流动生成装置乃至冷却系统的可靠性。0010 发明效果0011 根据本发明,能够实现可靠性优异的冷却系统及冷却方法。附图说明0012 图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的冷却系统的图。0013 图2是表示用于本发明的一实施方式所涉及的冷却系统的连结机构的一例的图。说 明 书CN 102834678 A2/8页40014 图3是示意地表示本发明的另一实施方式所涉及的冷却系统的图。具体实施方式0015 图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的冷却系统10的图。冷却系统10为用于通过。

10、将低温流体作为制冷剂供给来冷却超导装置12的装置。冷却系统10通过安装于超导装置12来形成制冷剂的循环路径。冷却系统10通过在其循环路径循环制冷剂来冷却超导装置12。制冷剂例如为冷却至低温的气体氦。或者也可使用氮、氢或氖作为制冷剂。0016 超导装置12为动作时需要维持超导状态的装置,例如包括超导磁铁或超导马达、超导发电机等。或者,超导装置12也可以为包括利用超导的构成要件的系统,例如可以为磁共振成像(MRI)装置。0017 超导装置12包括应通过冷却系统10冷却的被冷却体90及为了冷却被冷却体90而使制冷剂流通的冷却配管92。当超导装置12例如为超导磁铁时,被冷却体90包括超导线圈,当为超导。

11、马达或超导发电机时,被冷却体90包括超导转子。冷却配管92形成于超导装置12及被冷却体90的内部或者被冷却体90的附近,以便冷却被冷却体90。冷却配管92的一端94构成为能够连结于冷却系统10的制冷剂出口20,冷却配管92的另一端96构成为能够连结于冷却系统10的制冷剂入口22。0018 一实施例中,超导装置12具备有与冷却系统10独立的另一冷却系统,冷却系统10可为了将超导装置12预冷至其另一冷却系统的冷却开始温度而使用。另一冷却系统例如可以为将超导装置12的被冷却体90浸渍到超低温液体中来冷却的冷却装置。此时,可为了将超导装置12的被冷却体90预冷至20K80K的温度范围、优选为30K50。

12、K的温度范围而使用冷却系统10。超导装置12由冷却系统10预冷至另一冷却系统的冷却开始温度之后,另一冷却系统开始超导装置12的正式冷却。0019 冷却系统10包括以下而构成:用于使低温流体流通的制冷剂回路14、将内部保持成低温的低温容器16及用于对制冷剂回路14的制冷剂循环路径赋予制冷剂的流动的流动生成装置18。制冷剂回路14包括:用于向超导装置12供给低温流体的制冷剂出口20、用于接收经过超导装置12后的低温流体的制冷剂入口22及连接制冷剂入口22与制冷剂出口20的制冷剂管路24。制冷剂出口20及制冷剂入口22分别通过公知的卡口接头与冷却配管92的一端94及另一端96连结。如图示,制冷剂管路。

13、24通过制冷剂出口20及制冷剂入口22与超导装置12的冷却配管92连结,由此形成制冷剂的循环路径。0020 低温容器16例如为通过真空绝热结构而维持内部的低温环境的低温恒温器。低温容器16设置于室温或常温的环境中。因此,低温容器16的外部为室温或常温。低温容器16的外部设置有流动生成装置18。流动生成装置18中作为规格规定有保证正常工作的动作保证温度范围。动作保证温度范围例如包括室温或常温。动作保证温度范围例如为540。流动生成装置18例如为压缩机。一实施例中,流动生成装置18可以为风扇、循环器、鼓风机或泵。0021 冷却系统10具备用于冷却制冷剂的冷却装置26。冷却装置26包括第1制冷机30。

14、及第2制冷机32。第1制冷机30及第2制冷机32例如分别为单级GM制冷机。第1制冷机30的冷却台34及第2制冷机32的冷却台35设置于低温容器16的内部。第1制冷机30及第2制冷机32通过控制装置(未图示)控制成将其冷却台冷却至例如选自10K100K说 明 书CN 102834678 A3/8页5范围的所期望的冷却温度。0022 第1制冷机30的冷却台34上安装有制冷剂管路24的一部分36,比该一部分36更靠下游侧的制冷剂管路24的一部分37安装于第2制冷机32的冷却台35。由第1制冷机30的冷却台34与安装于此的制冷剂管路24的一部分36构成用于冷却制冷剂的冷却用热交换器38。相同地,由第2。

15、制冷机32的冷却台35与安装于此的制冷剂管路24的一部分37构成用于冷却制冷剂的另外一个冷却用热交换器39。因此,通过在2个热交换器38、39中依次进行与冷却台34、35的热交换来冷却在制冷剂管路24中流动的制冷剂。第2制冷机32的冷却温度与第1制冷机30的冷却温度相等或者小于第1制冷机30的冷却温度。0023 冷却装置26中,第1制冷机30及第2制冷机32上分别附带设置有第1压缩机31及第2压缩机33。第1压缩机31压缩在第1制冷机30中膨胀后的低压工作气体,再将高压工作气体送出至第1制冷机30。相同地,第2压缩机33压缩在第2制冷机32中膨胀后的低压工作气体,再将高压工作气体送出至第2制冷。

16、机32。第1压缩机31及第2压缩机33设置于低温容器16的外部。本实施例中,冷却装置26的工作流体的循环路径与冷却系统10的制冷剂的循环路径被分开。另外,第1制冷机30及第2制冷机32可共用一个压缩机。0024 当使用压缩机作为流动生成装置18时,第1压缩机31及第2压缩机33可以为与作为流动生成装置18的压缩机相同机种的压缩机。此时,使第1压缩机31及第2压缩机33与作为流动生成装置18的压缩机以不同的运行压力工作。作为流动生成装置18的压缩机的高压侧的压力低于第1压缩机31及第2压缩机33的高压侧的压力。0025 另外,冷却装置26可以为用于将作为制冷剂的低温流体冷却至所期望的冷却温度的任。

17、何冷却装置。例如,冷却装置26可以具备单一的制冷机,也可以具备3个以上制冷机,从而代替具备2个制冷机。制冷机可以为单级GM制冷机以外的制冷机,例如可以使用2级GM制冷机,也可以使用脉冲管制冷机或斯特林制冷机。并且,可使用低温液体生成装置或低温液体贮藏槽来代替通过工作气体的膨胀生成寒冷的超低温制冷机。此时,一实施例中,可将第1制冷机30及第2制冷机32中的至少一方取代成低温液体生成装置或低温液体贮藏槽。低温液体生成装置或低温液体贮藏槽通过与制冷剂气体的热交换而液化制冷剂气体。成为低温液体生成装置或低温液体贮藏槽的冷却源的超低温液体例如可以为液体氦或液体氮。0026 冷却系统10进一步具备用于加热。

18、经过超导装置12后的制冷剂的加热装置28。加热装置28包括通过热交换加热制冷剂的加热用热交换器40。热交换器40构成为将冷却超导装置12后的低温流体加热至流动生成装置18的动作保证温度范围。热交换器40以从流动生成装置18向冷却装置26送出的流体为热源来加热低温流体。热交换器40例如为层叠热交换器。层叠热交换器的热交换效率优异,因此能够将低温流体加热至与作为热源流入的室温制冷剂大致相同的温度。0027 热交换器40也可以构成为以外部空气为热源加热低温流体。此时,热交换器40构成为使外部空气向高温侧的流路流通。为此,热交换器40上可附带设置有用于向热交换器40的高温侧流路送风的送风机。0028 。

19、并且,热交换器40不限于层叠热交换器,可以为其他形式的热交换器例如套管式热交换器。如此当使用比较简单结构的热交换器时,为了提高热交换效率,可串联设置多个说 明 书CN 102834678 A4/8页6热交换器。0029 另外,本实施例中,加热装置28容纳于低温容器16中,但是加热装置28的至少一部分可设置于低温容器16的外部。一实施例中,为了保证制冷剂被加热至流动生成装置18的动作保证温度,可设置用于加热从加热用热交换器40朝向流动生成装置18排出的制冷剂的加热器。该加热器例如可在加热用热交换器40与流动生成装置18之间设置于低温容器16的外部。0030 制冷剂管路24包括用于使被冷却至被冷却。

20、体的冷却温度的制冷剂流动的低温部及用于使被加热至流动生成装置18的动作保证温度的制冷剂流动的高温部。制冷剂管路24的低温部包括比制冷剂出口20更靠上游的第1部分42及比制冷剂入口22更靠下游的第2部分44。制冷剂管路24的高温部配置于低温容器16的外部,并包括连接第1部分42与第2部分44的第3部分46。即,从制冷剂入口22流入制冷剂管路24的制冷剂依次流过第2部分44、第3部分46及第1部分42,并从制冷剂出口20流出。0031 作为低温部的第1部分42上设置有上述冷却用热交换器38、39。并且,第1部分42的中途设置有加热用热交换器40的高温侧流路,第2部分44的中途设置有加热用热交换器4。

21、0的低温侧流路。冷却用热交换器38、39及加热用热交换器40容纳于低温容器16中。0032 制冷剂管路24的低温部除了制冷剂出口20及制冷剂入口22附近的末端部以外,容纳于低温容器16的内部。制冷剂出口20附近的制冷剂管路末端部中出口侧配管48从低温容器16延出至外部。制冷剂入口22附近的制冷剂管路末端部中入口侧配管50从低温容器16延出至外部。出口侧配管48及入口侧配管50形成为具有绝热性能的配管,例如为真空绝热配管。出口侧配管48及入口侧配管50的前端分别形成为制冷剂出口20及制冷剂入口22。0033 作为高温部的第3部分46包括用于向流动生成装置18回收制冷剂的回收配管52及用于从流动生。

22、成装置18供给制冷剂的供给配管54。回收配管52的一端与低温容器16(具体而言为制冷剂管路24的第2部分44)连接,另一端与流动生成装置18的低压侧连接。供给配管54的一端与低温容器16(具体而言为制冷剂管路24的第1部分42)连接,另一端与流动生成装置18的高压侧连接。回收配管52及供给配管54可以为具有与出口侧配管48及入口侧配管50相同或比其更低的绝热性能的配管。回收配管52及供给配管54例如可以为挠性软管。0034 用于对从流动生成装置18吐出的高压流体进行减压的压力调整阀56设置于低温容器16的外部中流动生成装置18的下游。压力调整阀56设置于供给配管54的中途。压力调整阀56可构成。

23、为将入口侧的压力机械地减压至所期望的设定压力,也可通过控制压力调整阀56的开度来减压至设定压力。设定压力例如设定成低于超导装置12的冷却配管92或超导装置12与冷却系统10的连结机构所允许的最大压力。0035 如此一来,适合于将送出比较高压的流体的压缩机用作流动生成装置18的情况。此时,压力调整阀56的设定压力优选设定成第1制冷机30及第2制冷机32中的高压侧的工作气体压力的约1/31/10。由于能够减小超导装置12的冷却配管92中的制冷剂压力,所以能够使冷却配管92小型化。另外,当使用送出比较低压的流体的流动生成装置18时可省略压力调整阀56。说 明 书CN 102834678 A5/8页7。

24、0036 制冷剂回路14具备用于向制冷剂管路24补充制冷剂的制冷剂补充部58。制冷剂补充部58包括如下而构成:储存制冷剂的缓冲罐60;用于防止从制冷剂管路24向缓冲罐60逆流的单向阀62。制冷剂补充部58设置于从回收配管52的中途分支的分支配管64。分支配管64上串联配置有单向阀62及缓冲罐60,分支配管64的末端连接有缓冲罐60。单向阀62构成为:当回收配管52的压力高于所期望的设定压力时被闭阀,当回收配管52的压力低于设定压力时被开阀。因此,当回收配管52的压力低于设定压力时,从缓冲罐60向回收配管52补充制冷剂,回收配管52的压力恢复至设定压力。0037 另外,制冷剂补充部58可设置于供。

25、给配管54。此时,制冷剂补充部58可设置于压力调整阀56的上游,也可设置于下游。或者,制冷剂补充部58可容纳于低温容器16并设置于制冷剂管路24的第1部分42或第2部分44。通过将制冷剂补充部58设置在低温环境中能够缩小缓冲罐60的容积。0038 以下对基于以上结构的冷却系统10的动作进行说明。一实施例中,冷却系统10使用于将超导装置12(例如MRI装置)设置于医院等设置场所时的预冷却。此时,正式冷却(即动作中的冷却)例如通过使超导装置12的被冷却体90浸渍在超低温液体(例如氦气)中来进行冷却。0039 为了开始预冷却,首先在超导装置12上安装冷却系统10。具体而言,制冷剂管路24的制冷剂出口。

26、20及制冷剂入口22与超导装置12的冷却配管92连接。并且,起动冷却系统10的冷却装置26及流动生成装置18。0040 通过冷却装置26及流动生成装置18的工作来冷却制冷剂,运行最初有制冷剂管路24的制冷剂压力过度减少的倾向。从制冷剂补充部58补充制冷剂,以便防止低于设定压力。达到稳定运行状态之后,也从制冷剂补充部58补充制冷剂,以便防止由于制冷剂漏出等而使制冷剂管路24的制冷剂压力低于设定压力。0041 通过冷却装置26冷却后的低温流体通过制冷剂管路24的第1部分42、出口侧配管48及制冷剂出口20供给至超导装置12。通过超导装置12的冷却配管92且经过被冷却体90后的低温流体从超导装置12。

27、排出至冷却系统10的制冷剂入口22。流入到制冷剂入口22的低温流体通过入口侧配管50、第2部分44及回收配管52流向流动生成装置18。低温流体通过设置于制冷剂管路24的第2部分44上的加热用热交换器40加热至室温左右的高温并送出至低温容器16的外部。0042 从流动生成装置18送出的室温左右的低温流体通过压力调整阀56进行调压并被作为热源供给至加热用热交换器40。从流动生成装置18送出的低温流体还可在加热用热交换器40中通过来自超导装置12的回收低温流体进行预冷。经过加热用热交换器40后的低温流体通过冷却装置26冷却。如此,低温流体在冷却系统10及超导装置12中循环。0043 根据本发明的一实。

28、施方式,能够将被冷却体90预冷至正式冷却的开始温度。因此,当与设置超导装置12时不进行预冷而开始正式冷却的情况相比,能够减少正式冷却用超低温液体的使用量。并且,在闭环的循环路径中使制冷剂循环的同时进行预冷却也有助于减少超低温液体的使用量。0044 并且,根据本发明的一实施方式,流动生成装置18、压力调整阀56及制冷剂补充部58的单向阀62这样的机械要件设置于低温容器16的外部室温环境中。因此,作为这些机械要件无需使用耐超低温中使用的专用设计品。其结果,能够提高冷却系统10的可靠说 明 书CN 102834678 A6/8页8性。并且,由于能够使用在室温环境中保证动作的通用机械要件,所以与使用低。

29、温专用品时相比在成本方面也有优点。0045 一实施方式中,冷却系统10可使用于具备旋转部件作为被冷却体90的超导装置12的正式冷却。此时,制冷剂管路24的制冷剂出口20及制冷剂入口22可分别具备以允许超导装置12中的旋转运动的状态将超导装置12与制冷剂回路14连结的连结机构。一实施例中,制冷剂出口20及制冷剂入口22可以是构成为能够绕沿配管方向的轴旋转的卡口接头(参考图2)。如此,能够以允许被冷却体90的旋转运动的状态连接冷却系统10的制冷剂管路24与超导装置12的冷却配管92。0046 图2是表示本发明的一实施方式所涉及的冷却系统中所使用的连结机构的一例的图。低温流体用卡口接头120为组合第。

30、1绝热管102及第2绝热管103而成的接头,还具有O型环104(密封部件)及盖螺母105。第1绝热管102为双重管结构,将其内部设为第1绝热真空部106。第2绝热管103也为双重管结构,将其内部设为第2绝热真空部107。第1绝热管102的端部将其设为凹部,并在其内部将第2绝热管103的设为凸部的端部插入规定长度(插入部108),从而形成为旋转接头部109,并将该嵌合部分的微小间隙部设为附属绝热部110。0047 该附属绝热部110的最里部(室温侧)设置有O型环104、能够防止插入部108脱落的防脱用挡块111及防脱用突缘112、盖螺母105。因此,第1绝热管102及第2绝热管103不会在轴向上。

31、一体地相对移动,由于具有微小间隙(附属绝热部110),因此能够在旋转接头部109(插入部108)中相对旋转。0048 在O型环104部分以及防脱用挡块111及防脱用突缘112部分涂布润滑脂113,由此进行润滑,以便保证第1绝热管102及第2绝热管103旋转。另外,当进行第1绝热管102或第2绝热管103的旋转操作时,只要松动盖螺母105即可。0049 能够由第1绝热管102及第2绝热管103形成低温流体流路114,并在低温流体流路114内能够使低温流体例如氦气或液体氮LN向一方向供给,并且使该低温流体能够冷却被冷却物(未图示),且以与通过与被冷却物的热接触而气化了的氮气GN混合的混相状态而供给。

32、并返回。当然,还能够通过在该低温流体流路114内的中央部配置流体供给管(未图示),将该流体供给管内设为供给通路,并将流体供给管与第1绝热管102及第2绝热管103之间设为返回通路。0050 另外,氮气GN有可能从附属绝热部110局部向外方漏出,但是通过O型环104进行密封,并且附属绝热部110仅为微小间隙,因此即使进入其间的氮气GN多少存在温度差也几乎不能对流,由于存在低温氮气GN,因此能够起到绝热作用。并且,O型环104部分由于为室温左右,因此O型环104不会被冷冻,能够如上述以润滑脂113等进行润滑。另外,若第1绝热管102及第2绝热管103由薄壁不锈钢材料构成,则顺着该部分进入低温部的侵。

33、入热能够变得非常少。0051 即使对低温流体施加压力时,由于防脱用挡块111及防脱用突缘112相互卡合,并且用盖螺母105固定,因此由于该压力而防止插入部108飞出或脱落。0052 利用这种低温流体用卡口接头120,由此例如在将此设置为直线状时当然不用说,假设从中途以任意角度(例如直角)弯曲第1绝热管102或第2绝热管103的任一方,进一步组合多根低温流体用卡口接头120而形成为多节连杆,则还能够构筑低温流体(冷却介说 明 书CN 102834678 A7/8页9质)在三维内移送的配管。即,由于能够在旋转接头部109中旋转,所以能够在任意范围内追随被冷却物的移动而移送冷却介质。0053 低温流。

34、体用卡口接头120中,在第1绝热管102与第2绝热管103之间的O型环104的低温侧(比第1绝热管102的入口侧更靠沿附属绝热部110的低温侧)形成有环状的润滑脂贮留空间121。0054 该润滑脂贮留空间121形成于从O型环104的部分到附属绝热部110的附近,通过在其中央部进一步设置全周突起122来将润滑脂贮留空间121一分为二,并设为主贮留空间123及副贮留空间124,防止润滑脂113进一步流进低温侧。即,润滑脂贮留空间121设置成位于第1绝热管102与第2绝热管103之间的附属绝热部110上,以便延长润滑脂113在第1绝热管102及第2绝热管103之间的泄漏移动行程。0055 这种结构的。

35、低温流体用卡口接头120中,在第1绝热管102及第2绝热管103之间设置防冻用润滑脂贮留空间121,由此能够在润滑脂贮留空间121部分阻止润滑脂113从旋转接头部109(O型环104及润滑脂113部分)向低温侧移动,并防止润滑脂113冻结。因此,即使使用较多量的润滑脂113,也能够避免已叙述的不良情况,结果防止O型环104部分的断油,能够提高密封性能,防止磨损O型环104,进而降低驱动力,并具有较高的可靠性与耐久性。0056 图3是示意地表示本发明的另一实施方式所涉及的冷却系统100的图。相对于图1所示的冷却系统10将气体制冷剂供给到被冷却体90的情况,图3所示的冷却系统100在构成为供给超低。

36、温液体制冷剂方面有所不同。为此,冷却系统100具备2级GM制冷机作为冷却装置26的第2制冷机32。冷却装置26将低温流体冷却成液化,加热装置28将该流体加热恢复到气体。为了避免冗长以下说明中对与已叙述的实施例共同的部分附加相同的参考符号而适当省略说明。并且,与图1所示的实施例相结合来说明的变形例也能够应用于图3所示的实施例。0057 如图示,第2制冷机32具备第1载物台135及被冷却成低于第1载物台135的温度的第2载物台140。第1载物台135例如冷却至30K70K,第2载物台140冷却至低于制冷剂的液化温度。例如当制冷剂为氦时,第2载物台140冷却至约4K。与图1所示的实施例相同,第2制冷。

37、机32的第1载物台135可冷却至低于第1制冷机30的冷却台34的温度。0058 通过第2制冷机32的第2载物台140提供追加的冷却用热交换器142。第2载物台140上安装有比安装于第1载物台135的制冷剂管路24的一部分37更靠下游侧的制冷剂管路24的一部分144。如此,由第2载物台140与制冷剂管路24的一部分144构成用于液化制冷剂的热交换器142。0059 制冷剂管路24的第1部分42中,在用于该液化的热交换器142的下游设置有泵146。泵146为了朝向制冷剂出口20送出液化了的制冷剂而设置。0060 从制冷剂出口20送至超导装置12的冷却配管92的超低温液体冷却被冷却体90从而至少一部。

38、分被气化。这样生成的气液混合流体通过制冷剂入口22返回到加热装置28。加热装置28使气液混合流体完全气化,并且将制冷剂加热至流动生成装置18的动作保证温度。被加热的制冷剂与图1所示的实施例相同地被回收至流动生成装置18,并再次送出至冷却装置26。如此低温流体在冷却系统10中循环。说 明 书CN 102834678 A8/8页100061 以上,基于实施例对本发明进行了说明。本发明不限于上述实施方式,能够进行各种设计变更,并且能够进行各种变形例以及这种变形例也属于本发明的范围,这对于本领域技术人员来讲是可理解的。0062 如图1及图3所示,制冷剂回路14中可进一步设置热交换器70。热交换器70将。

39、制冷剂管路24的第1部分42中通过冷却装置26冷却后的制冷剂设为低温侧,将制冷剂管路24的第1部分42中经过加热装置28且由冷却装置26冷却前的制冷剂设为高温侧。即,热交换器70的低温侧流路设置于制冷剂管路24的第1部分42中冷却装置26的下游,高温侧流路设置于冷却装置26的上游。热交换器70容纳于低温容器16的内部。如此,能够降低流入冷却用热交换器38的制冷剂的温度,因此能够提高冷却系统100整体效率,在这一方面是优选的。0063 并且,可附带于冷却装置26或者在制冷剂回路14中设置蓄冷器(未图示)。该蓄冷器构成为储存冷却装置26生成的寒冷或者被冷却的制冷剂的寒冷。蓄冷器例如设置于制冷剂管路。

40、24的第1部分42中冷却装置26的下游,并容纳于低温容器16的内部。这样,通过冷却装置26冷却后的制冷剂的寒冷储存于蓄冷器。如此,在为了维护而暂时停止冷却装置26的运行时或者由于异常而停止冷却装置26时,也能够利用储存的寒冷使冷却系统继续工作。可提高冷却系统的故障防护。设置蓄冷器的实施例尤其优选适合于冷却系统使用于被冷却体的正式冷却的情况。0064 一实施例中,冷却系统10可构成为将在冷却装置26中使用的制冷机的工作气体作为制冷剂循环。此时,可使用压缩机作为流动生成装置18,并使用膨胀引擎作为冷却装置26。省略冷却装置26的压缩机31、33。如此,能够减少冷却系统10中使用的压缩机的台数。0065 符号的说明:10-冷却系统,12-超导装置,14-制冷剂回路,16-低温容器,18-流动生成装置,20-制冷剂出口,22-制冷剂入口,24-制冷剂管路,26-冷却装置,28-加热装置,38-冷却用热交换器,40-加热用热交换器,42-第1部分,44-第2部分,46-第3部分,56-压力调整阀,120-卡口接头。0066 产业上的可利用性0067 本发明能够利用于冷却系统及冷却方法的领域。说 明 书CN 102834678 A10。

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