Recovery of helium refrigerator performance for cryogenic hydrogen system at J-PARC MLF

麻生 智一; 勅使河原 誠; 長谷川 勝一; 武藤 秀生; 青柳 克弘; 野村 一隆; 高田 弘

Journal of Physics; Conference Series, 1021(1), p.012085_1 - 012085_4, 2018/06

BB2016-1899.pdf:0.54MB

https://doi.org/10.1088/1742-6596/1021/1/012085

At J-PARC's pulsed spallation neutron source, a cryogenic hydrogen system has been operated to provide liquid para-hydrogen (20K and 1.5 MPa) to the moderators since 2008. Typical operating period of the cryogenic hydrogen system was approximately 3 months continuously. However, the pressure differences between No.1, No.2 heat exchangers (HXs) and an adsorber (ADS) in the helium refrigerator had begun to increase rapidly since the beginning of 2015, the refrigerator could not be operated continuously. The impurity in the refrigerator was measured by newly introduced quadrat mass spectrometer, but no significant impurities was observed. We suspected the oil contamination from the helium compressor, as it caused performance degradation of the cryogenic system in other facilities, such as RIKEN, CERN, etc. In the summer outage in 2016, we cleaned the HXs with Freon to remove the oil contamination, and replaced the activate charcoals of ADS and oil separator (OS-5). As a result, the performance of the helium refrigerator was recovered completely.

JT-60U ECHジャイロトロン用超伝導コイルの運転経験

五十嵐 浩一*; 関 正美; 下野 貢; 寺門 正之; 石井 和宏*; 高橋 正己*

JAERI-Tech 2003-030, 40 Pages, 2003/03

JAERI-Tech-2003-030.pdf:5.83MB

JT-60Uにおける電子サイクロトロン加熱(ECH)装置は、局所加熱あるいは電流駆動をすることが可能であり、動作周波数110GHzにおいて、出力約1MW,最大パルス幅5秒を出力するジャイロトロン4基を用いる。電子サイクロトロン波によるジャイロトロンが110GHzの高周波を発振するために必要な超伝導コイル(以降SCMと記す)は、ジャイロトロン内部のキャビティ付近に最大4.5Tの強磁場を発生する。この超伝導コイルの特徴は、4Kヘリウム冷凍機をコイルに搭載することによって、液体窒素を全く使用することなく運転することが可能であり、メンテナンス性が非常に優れていることである。ジャイロトロン用超伝導コイルを高出力・長パルスの環境で長期間継続運転した経験の報告は、これまであまりなく、大変貴重である。ジャイロトロン用超伝導コイルの運転経験から、ECH装置の運転における以下のような重要な知見を得た。4Kヘリウム冷凍機の交換時期の推定方法を試案して、ECH装置の順調な運転に寄与した。さらに、4Kヘリウム冷凍機停止が、150時間以下の場合には再起動後200時間程度以内でSCMの温度が通電可能温度(5.0K以下)まで到達することを実証できた。

A Compact closed loop 2K He3 refrigerator and zero-boil-off cryostat design for the JAERI superconducting RF linac-based FEL

峰原 英介; 杉本 昌義; 沢村 勝; 永井 良治; 菊澤 信宏; 西森 信行

Proc. of 11th Symp. on Accelerator Sci. and Technol., P. 236, 1997/00

原研自由電子レーザーは、現在原研独自の無蒸発型の4K冷凍機を組み込んだ超伝導リニアックを使用している。この世界最大の無蒸発型冷凍機システムは、(1)冷凍機の有害な振動、(2)冷却温度の下限(4K)、(3)冷凍能力の上限(20W)、(4)低い熱効率という4つの欠点を持っている。これらの欠点を以下の方策で解決を図ってきた。(1)は、無振動冷凍機の採用と防振の工夫による振動の低減を図っている。(2)は、He3ガスを動作流体として、超流動を発生させずに2K以下への冷却温度下限の延伸を図っている。(3)は、熱効率が極大となる単位冷凍機当たりの冷凍能力(4.2Kにて10W程度)を単位として冷凍能力の増加を図っている。(4)は、低温部での比熱の低下を補う磁性蓄冷材を用いて熱効率の改善を図った結果、大型液化器と同等の熱効率が達成された。

Application of neutron radiography to diagnosises of a refrigerator

浅野 等*; 竹中 信幸*; 藤井 照重*; 村田 裕*; 持木 幸一*; 田口 亮*; 松林 政仁; 鶴野 晃

Fifth World Conf. on Neutron Radiography, 0, p.623 - 629, 1996/00

実時間中性子ラジオグラフィを用いて冷凍機の診断を行った。実験ではJRR-3M熱中性子ラジオグラフィ装置及び武蔵工業大学が開発した実時間画像処理装置を用いた。冷凍機運転状態での蒸発器におけるフレオンの蒸発、凝縮器における凝縮流、キャピラリーチューブ内のフラッシング及びアキミュレータ内の流れが可視化され、動的振る舞いが明らかとなった。キャピラリーチューブの内径は0.8mmで、冷却型CCDカメラを用いて可視化を行った。

Final design of a cryogenic system for the ITER CS model coil

濱田 一弥; 西田 和彦*; 加藤 崇; 河野 勝己; 檜山 忠雄; 三宅 明洋*; 関口 修一*; 大都 起一*; 戎 秀樹*; 辻 博史

Cryogenics, 34(Suppl.), p.65 - 68, 1994/00

原研では現在、ITERの工学設計活動の一環として、センター・ソレノイド・モデル・コイルの設計とその共通試験装置の制作を進めている。その中で、コイル冷却に必要な大型ヘリウム冷凍機には、冷凍能力5kWと液化能力800l/hが要求され、これまでにそのプロセス及びシステムの設計作業を終了した。そしてその結果にもとづき、現在制作を行っている。本冷凍機の特長は、5kW-800l/hの運転では信頼性の観点から2J-T弁を採用したクロード・サイクルを使用し、将来極低温タービン膨張機を増設することにより、8kW-1200l/hまで性能を向上させることが可能なことである。本学会では、これまでに行ってきた冷凍機のプロセス設計の手法及び結果を、そして全体システムの構成について発表を行う。

10kWヘリウム冷凍機熱設計

山村 秀政*; 加藤 崇; 多田 栄介; 檜山 忠雄; 河野 勝己; 佐藤 昌彦*; 島本 進

JAERI-M 89-040, 37 Pages, 1989/03

JAERI-M-89-040.pdf:0.88MB

トカマク型核融合実験炉に使用する超電導トロイダルコイルの開発を目的として、現在、原型トロイダルコイル計画が進められている。この計画では、大型ヘリウム冷凍システムを必要としており、その冷凍能力としては、4kにおいて、約10kWである。本書は、その大型冷凍システムのシステム検討およびその結果を用いて最適熱設計を示すものである。さらに、最終目標である核融合実験炉用冷凍機(30kW4units)の開発に要する課題を挙げるものである。

The Cause of performance degradation of cryogenic hydrogen system at J-PARC; A Little fire burns up a great deal of corn.

麻生 智一; 勅使河原 誠; 有吉 玄; 羽賀 勝洋

no journal, , 

In the helium refrigerator of the cryogenic system, a pressure drops gradually increased between heat exchangers and an adsorber (ADS), and degradated the cooling performance every operation since the beginning of 2015 to summer outage of 2016. This is because lubricating oil from the compressor accumulated in the heat exchangers and the ADS, especially in the surface layer on the inlet side of the felt layer for holding the activated charcoal in the ADS. From the amount of accumulated oil and the accumulative operating time of the compressor, it was thought that this was caused by the oil concentration at the ppb level. However, as a result of the re-investigations, it was found that the oil concentration in helium gas was temporarily high during the period from 2014 to 2016. The cause was a blockage in one of the oil return lines of the compressor's No.1 oil separator (OS-2), caused by a small piece of sponge used for cleaning during maintenance.