特許ウォッチ

公開番号2025084321
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-03
出願番号2023198142
出願日2023-11-22
発明の名称極低温冷却装置及び極低温冷却方法
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人弁理士法人東京国際特許事務所
主分類F25B 9/08 20060101AFI20250527BHJP(冷凍または冷却;加熱と冷凍との組み合わせシステム;ヒートポンプシステム;氷の製造または貯蔵;気体の液化または固体化)
要約【課題】熱交換損失の抑制を強化し冷却能力を向上させる極低温冷却技術を提供する。
【解決手段】極低温冷却装置10A(10)は、注入部21から流動圧のかかった第1冷媒m₁を注入し、この注入部21とは別に設けられた吸込部22から第2冷媒m₂を吸い込み、これら第1冷媒m₁及び第2冷媒m₂が混合した第3冷媒m₃を、注入部21と同じ方向に設けられた吐出部25から出力するエゼクタ20と、吐出部25から第3冷媒m₃を流動させるとともに冷却源15a(15)及び被冷却体16が直列に配置され吸込部22に接続する第2回路12と、被冷却体16よりも下流における第2回路12から分岐して注入部21に接続する第1回路11と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
注入部から流動圧のかかった第１冷媒を注入し、前記注入部とは別に設けられた吸込部から第２冷媒を吸い込み、前記第１冷媒及び前記第２冷媒が混合した第３冷媒を、前記注入部と同じ方向に設けられた吐出部から出力するエゼクタと、
前記吐出部から前記第３冷媒を流動させるとともに冷却源及び被冷却体が直列に配置され前記吸込部に接続する第２回路と、
前記被冷却体よりも下流における前記第２回路から分岐して前記注入部に接続する第１回路と、を備える極低温冷却装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
請求項１に記載の極低温冷却装置において、
前記エゼクタ、前記冷却源、前記被冷却体及び前記第２回路を内部に収容する断熱容器と、
前記断熱容器の外部において前記第１回路に配置され前記第１冷媒に前記流動圧を与えるポンプと、
前記断熱容器の内部において前記ポンプの両端に位置する前記第１回路で前記第１冷媒に熱交換させる熱交換体と、を備える極低温冷却装置。
【請求項３】
請求項１に記載の極低温冷却装置において、
前記エゼクタ、前記冷却源、前記被冷却体及び前記第２回路を内部に収容する断熱容器と、
前記断熱容器の内部において前記第１回路に配置され前記第１冷媒に流動圧を与えるポンプと、を備える極低温冷却装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の極低温冷却装置において、
前記吸込部に吸い込まれる前記第２冷媒の圧力は、その臨界圧力以上となるように前記流動圧が設定されている極低温冷却装置。
【請求項５】
請求項２又は請求項３に記載の極低温冷却装置において、
前記冷却源は、作動ガスを膨張させて寒冷を発生する機構又は液媒である極低温冷却装置。
【請求項６】
請求項２又は請求項３に記載の極低温冷却装置において、
前記被冷却体は、複数が並列接続して構成される極低温冷却装置。
【請求項７】
請求項６に記載の極低温冷却装置において、
前記被冷却体の温度を検出する検出器と、
検出された前記温度に基づいて、複数の前記被冷却体の各々を通過する冷媒量を調節する調整弁と、を備える極低温冷却装置。
【請求項８】
エゼクタが、流動圧のかかった第１冷媒を注入部から注入し、前記注入部とは別に設けられた吸込部から第２冷媒を吸い込み、前記注入部と同じ方向に設けられた吐出部から前記第１冷媒及び前記第２冷媒が混合した第３冷媒を出力する工程と、
冷却源及び被冷却体が直列に配置される第２回路において、前記吐出部から前記第３冷媒を流動させ、前記第２冷媒を前記吸込部に吸引させる工程と、
前記被冷却体よりも下流における前記第２回路から分岐する第１回路において、前記第１冷媒を前記注入部に注入させる工程と、を含む極低温冷却方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ガス循環冷却方式による極低温冷却技術に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
超電導磁石の極低温冷却方式には、冷却源と被冷却物の間の熱伝達に、伝熱板を用いる伝導冷却方式と、冷却源で冷却したガスを循環させるガス循環冷却方式と、がある。このうちガス循環冷却方式では、冷却源と被冷却物の間の温度差を小さくすることができる。このため、被冷却物である超電導コイルの発生磁場を避けるため冷凍機を離す場合や、一つの冷却源で複数の被冷却物を冷却する場合等、冷凍機と被冷却物の伝熱距離が長い条件においては、ガス循環冷却方式が有利とされる。
【０００３】
ガス循環冷却方式では、断熱容器の外部（常温環境）に設けられ冷媒ガスに流動圧を与えるポンプと、断熱容器の内部で冷媒ガスを循環させる配管回路と、この配管回路に直列配置される冷却源（ＧＭ冷凍機等）及び被冷却体（超電導電磁石等）と、を構成要素に持つ。さらに、ガス循環冷却方式において、配管回路にエゼクタを設け、常温環境のポンプに配送する冷媒ガスの流量を減らし、断熱容器の内部のみで循環する冷媒ガスの割合を高めることで、熱交換損失を削減する先行技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開平１０－３１１６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
エゼクタは、注入部と、この注入部とは別に設けられた吸込部と、前記注入部と同じ方向に設けられた吐出部と、を有する。そして、注入部に高圧のガスを注入し、その運動エネルギーを利用して吸込部からガスを吸い込み、吐出部から注入ガスと吸込ガスの混合ガスを吐出させるものである。
【０００６】
先行技術においては、吐出部から吐出させた混合ガスを冷却源及び被冷却体を通過させた後に分岐し、一方をそのまま注入部に注入し、他方をポンプで流動圧を付与してから吸込部から吸い込ませている。この先行技術では、一つの冷却源で複数の被冷却物を冷却する場合や冷凍機と被冷却物の伝熱距離が長い場合等といった条件が厳しくなるに連れ、熱交換損失が増大し冷却能力が不十分になる課題があった。
【０００７】
本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、熱交換損失の抑制を強化し冷却能力を向上させる極低温冷却技術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】
【０００８】
実施形態に係る極低温冷却装置において、注入部から流動圧のかかった第１冷媒を注入し前記注入部とは別に設けられた吸込部から第２冷媒を吸い込み前記第１冷媒及び前記第２冷媒が混合した第３冷媒を前記注入部と同じ方向に設けられた吐出部から出力するエゼクタと、前記吐出部から前記第３冷媒を流動させるとともに冷却源及び被冷却体が直列に配置され前記吸込部に接続する第２回路と、前記被冷却体よりも下流における前記第２回路から分岐して前記注入部に接続する第１回路と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態により、熱交換損失の抑制を強化し、冷却能力を向上させる極低温冷却技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の第１実施形態を示す極低温冷却装置における冷却ガスの循環回路図。
第２実施形態に係る極低温冷却装置における循環冷媒の回路図。
第３実施形態に係る極低温冷却装置における循環冷媒の回路図。
第４実施形態に係る極低温冷却装置における循環冷媒の回路図。
第５実施形態に係る極低温冷却装置における循環冷媒の回路図。
各実施形態に適用されるエゼクタの縦断面図。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許