JP2009164474A

JP2009164474A - 回転可能型の気化する液体用容器

Info

Publication number: JP2009164474A
Application number: JP2008002386A
Authority: JP
Inventors: Hideo Itozaki; 秀夫糸▲崎▼; Yoshito Mihara; 好人三原
Original assignee: Osaka University NUC; Nichizo Tech Inc
Current assignee: Osaka University NUC; Nichizo Tech Inc
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2009-07-23

Abstract

【課題】気化する液体を保持するデュアを回転可能に保持できる液体用容器を提供する。
【解決手段】デュア回転保持装置１０はデュア１１を回転可能に保持する。デュア１１は気化する液体を保持するデュア本体１２を含む。デュア本体１２の上下両端部１２ａ，１２ｂ近傍には開口部が設けられ、開口部にはそれぞれ配管２１〜２４が取付けられ、上端部近傍の開口部に設けられた配管２１，２２は、上端部近傍の開口部から下端部を経て、元の開口部近傍まで延在し、下端部近傍の開口部に設けられた配管２３，２４は、下端部近傍の開口部から上端部まで延在する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device）用のデュアのような、気化する液体を保持する容器を保持する液体用容器に関し、特に、液体窒素のような常温で気化する冷却材を保持するＳＱＵＩＤ用の液体用容器に関する。

ＳＱＵＩＤを用いた計測システムにおいて、ＳＱＵＩＤを超伝導状態にするための冷媒である液体ヘリウム、または、液体窒素を保持するデュア（気化する液体用容器）が、たとえば、実開平７−３２９７１号公報（特許文献１）や特開平１０−１５５７５８号公報（特許文献２）に記載されている。特許文献１には液体ヘリウムを用いた超伝導装置が開示されている。また、特許文献２には静止型の生体磁気計測システム用のデュアが開示されている。
実開平７−３２９７１号公報（要約）特開平１０−１５５７５８号公報（要約）

従来の、ＳＱＵＩＤを用いた計測システムにおいては、計測システム等は静止状態で保持され、人体等の被検査体が移動されて計測されていた。また、液体窒素等の冷媒は上部に空間および開口部を有するデュア内に保持されていた（以下、これを「下向き」とよぶ）。これは、冷媒である液体窒素等は気化した気体の圧力で爆発する可能性があるため密閉ができないためである。また、気化した窒素を逃がす開口を設ける必要があるため、デュア自体を傾斜させるには限界があった。

この発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、液体窒素のような常温で気化する冷却液を回転可能に保持する液体用容器を提供することを目的とする。

この発明にかかる、液体用容器は、気化する液体を保持した容器を回転可能に保持する。容器は上下両端部を有し、液体を保持する容器本体を含み、容器本体の上下両端部近傍には開口部が設けられ、開口部にはそれぞれ配管が取付けられ、上端部近傍の開口部に設けられた配管は、上端部近傍の開口部から下端部を経て、元の開口部近傍まで延在し、下端部近傍の開口部に設けられた配管は、下端部近傍の開口部から上端部まで延在し、デュア本体を、上下両端部間の中央部を中心として回転させる回転装置とを含む。

好ましくは、容器本体は上下両端部を接続する側面部を含み、開口部は側面部の上下両端部において相互に離れた位置に一対設けられる。

さらに好ましくは、上端部の一方の開口部に設けられた配管は下端部に向かった後に、側面部を経由して、他方の開口部側に延在し、その後、上端部に向けて延在する。

なお、下端部の一方の開口部に設けられた配管は側面部を経由して、他方の開口部側に延在し、その後、上端部に向けて延在するようにしてもよい。

回転装置は、容器本体をその中央部を中心として、時計方向に回転させてもよいし、反時計方向に回転させてもよい。

また、下端部に設けられた開口部に接続された一対の配管のうち、回転装置による回転開始時に下方向へ移動しない側の配管は、下端部から上端部を経て再度下端部へ延在された後、さらに上端部へ延在するようにしてもよい。

この発明においては、気化する液体を保持する容器本体の上下両端部近傍には開口部が設けられ、開口部に設けられた配管は、上端部近傍の開口部から下端部を経て、元の開口部近傍まで延在し、下端部近傍の開口部に設けられた配管は、下端部近傍の開口部から上端部まで延在する。

したがって、容器本体を、上下両端部間の中央部を中心として回転させても、容器本体内で気化するガスは自由に外部へ逃げ、流出する液体のほとんどは、配管内に保持される。

その結果、容器を回転可能に保持できる気化する液体用容器を提供できる。

以下、図面を参照して、この発明の一実施の形態について説明する。図１は、この発明にかかる回転可能型の気化する液体用容器をＳＱＵＩＤ用のデュアに適用した場合の例を示す模式図であり、ここでは、この液体用容器をデュア回転保持装置とよぶ。

図１を参照して、デュア回転保持装置１０は、円筒状のデュア（容器）１１と、デュア１１を回転可能に保持する、図示のない回転保持部とを含む。デュア１１は内部に液体窒素等の冷却液１４を保持する内筒（以下、「デュア（容器）本体」という）１２を含む。デュア本体１２は円筒状であり、上下両端部に設けられた蓋１２ａ，１２ｂと蓋１２ａ，１２ｂを接続する側面部１２ｃを含む。デュア本体１２はその内部にデュア本体の中心軸部分の上端部から下端部まで延在する熱伝導体１３とを含み、熱伝導体１３の底部には超伝導センサ１５が設けられている。なお、熱伝導体１３は、銅やサファイヤで構成されている。デュア本体１２の上下端部の蓋１２ａ，１２ｂ近傍には、それぞれ２箇所の開口部が設けられており、それぞれの開口部には図示のような配管２１〜２４が設けられている。

図示のない回転保持部は、デュア１１をその軸方向の中央部を中心として図中矢印で示すように、時計方向または半時計方向に回転可能に保持する。

図２は、デュア本体１２に設けられた配管２１〜２４の取付け状態を示す模式図である。ここでは、配管の取付け状態のみを示すため、デュア本体１２の内部構成等については図示を省略している。

この実施の形態においては、デュア本体１２の上端部近傍の相互に１８０°離れた位置には開口部２１ａ，２２ａが設けられ、それぞれの開口部２１ａ，２２ａには配管２１,２２が取付けられている。配管２１は、開口部２１ａから下方向にデュア本体１２の側面部１２ｃに沿って延び、下端部近傍で円周方向に曲げられてほぼ１８０°離れた位置まで側面部１２ｃに沿って延在し、その後、垂直上方向に蓋１２ａを越えて延びる。

配管２２は、開口部２２ａから下方向にデュア本体１２の側面部１２ｃに沿って延び、下端部近傍で配管２１とは反対側の円周方向に曲げられてほぼ１８０°離れた位置まで側面部１２ｃに沿って延在し、その後、垂直上方向に蓋１２ａを越えて延びる。

デュア本体１２の下端部近傍の相互に１８０°離れた位置には開口部２３ａ，２４ａが設けられ、それぞれの開口部２３ａ，２４ａには配管２３,２４が取付けられている。配管２３は、デュア本体１２の下端部近傍の開口部２３ａから円周方向に、配管２１と同様にデュア本体１２の側面部１２ｃに沿って延び、円周方向にほぼ１８０°離れた位置まで延在し、その後、垂直上方向に蓋１２ａを越えて延びる。

配管２４は、デュア本体１２の下端部近傍の開口部２４ａから円周方向に、配管２２と同様にデュア本体１２の側面部に沿って延び、円周方向にほぼ１８０°離れた位置まで延在し、その後、垂直上方向に蓋１２ａを越えて延びる。それぞれの配管２１〜２４の出口端を２１ｂ〜２４ｂとする。

なお、デュア本体１２の底（下蓋）１２ｂには、ＳＱＵＩＤを用いたセンサを取付けるため、配管は設けない。

次に、上記で説明したデュア本体１２を、図示のないデュア回転保持部を用いて回転した場合の冷却液の液面の変化について説明する。図３は、デュア本体１２を図２に示す状態から時計方向に１８０°回転した状態までを示す図であり、図４は１８０°回転した状態からさらに１８０°回転して元の状態に戻るまでの状態を示す図である。なお、これらの図においては、配管２１〜２４において液の存在する部分に斜線を引いている。

図３を参照して、まず静止状態（Ａ）においては、デュア本体１２内部における冷却液の液面は液面１７にある。配管２３,２４内部にも図中斜線で示す位置に液面が存在する。配管２１,２２の内部には冷却液は存在しない。

この状態から時計方向に回転させると（Ｂ）、配管２１内に冷却液が入り込み、配管２２の開口端２２ｂから気化したガスが排出される。ここで排出されるガスを図中矢印Ａで示す。

一方、図３（Ｅ），（Ｆ）に示すように、デュア本体１２の回転角度が９０°を超えると、液面１７の上の空間１８の気体の圧力が上昇するとともに、配管２４内の冷却液が出口端２４ｂから外部に漏れる。以下、図において、配管から外部に漏れる冷却液を矢印Ｂで示す。

このように、デュア１１を回転させると、冷却液が配管の出口端から外部へ漏れるが、この量を少なくするために、配管の内径を約１ｍｍとする。そうすれば、配管長が１００ｍｍとしても漏れる冷却液の量は０．０８ｃｃ程度である。なお、これを吸収するために、綿やスポンジ等の吸収体を配管の出口端に設けてもよい。

図４はデュア本体１２を時計方向に１８０°から３６０°まで回転した状態を示す図であり、図５は３６０°から５４０°まで回転した状態を示す図であり、図６は５４０°から７２０°まで回転した状態を示す図である。図に示すように、３６０°回転した状態では（図５（Ａ））、配管２３，２４だけでなく、配管２２に冷却液が存在する。さらに９０°傾斜した４５０°を超えると、配管２２内の冷却液が外部に漏れる（図５（Ｅ），（Ｆ））。その後、図６に示す状態を経て図５（Ａ）に示した状態に戻る。

以上のように、デュア本体１２を３６０°回転させると、冷却液が配管の出口端から外部へ漏れるが、上記のように、配管の内径を約１ｍｍとすれば、漏れる冷却液の量は０．１６ｃｃ程度であるので、特に問題はない。

次に、この発明の他の実施の形態について説明する。この実施の形態においては、デュア本体１２を１８０°回転後、逆方向に回転させる。図７および図８はこの実施の形態におけるデュア本体１２の回転状態を示す図である。図７は、デュア本体１２を１８０°回転後、逆方向に１８０°まで回転した状態を示す図であり、図８は１８０°から３６０°まで回転した状態を示す図である。図７（Ａ）は図４（Ａ）に示した状態である。

図７を参照して、デュア本体１２を反時計方向に回転すると、当初配管２２，２７に保持されていた冷却液はデュア本体１２から漏れることなく、図８（Ａ）の状態に戻る。このまま同じ反時計方向にデュア本体１２の回転を続けると、配管２１に残された冷却液は開口２１ｂから外部に漏れ（図８（Ｃ），（Ｄ））、配管２３に残された冷却液は開口２３ｂから外部に漏れる（図８（Ｅ），（Ｆ））。

この場合も、上記実施の形態と同様に、配管の内径を約１ｍｍとすれば、漏れる冷却液の量を少なくできるため、問題はない。

次に、この発明のさらに他の実施の形態について説明する。この実施の形態においては、デュアは、図示のない回転保持部によって一方向にのみ回転される。ここでは、デュアは時計方向にのみ回転するものとする。

図９はこの実施の形態におけるデュア回転保持装置を示す模式図である。図９を参照して、デュア回転保持装置３０は、先の実施の形態におけるデュア回転保持装置１０と同様の構成を有している。したがって、先の実施の形態と同じ部分には先の実施の形態と同じ参照番号を付してその説明を省略する。この実施の形態においもデュア本体１２の周囲には４本の配管３１〜３４が設けられているが、設けられる配管の配置が先の実施の形態と異なっている。

この実施の形態においては、図示のない回転保持部は、デュア本体１２をその軸方向の中央部を中心として図中矢印で示すように、時計方向のみに回転可能に保持する。

図１０は、デュア本体１２に設けられた配管３１〜３４の取付け状態を示す模式図である。ここでは、配管の取付け状態のみを示すため、デュア本体１２の内部構成等については図示を省略している。

図１０を参照して、この実施の形態においても、デュア本体１２の上下両端部近傍の相互に１８０°離れた位置には開口部３１ａ〜３４ａが設けられ、それぞれの開口部３１ａ〜３４ａには配管３１〜３４が取付けられている。

配管３１および３３は先の実施の形態における配管２１および２３と同様に配置されている。しかしながら、この実施の形態においては、上部に設けられた配管３２は、円筒の側面部１２ｃに沿って１８０°反対側にまず向けられ、反対側で下端部に向かい、そこでさらに円筒の周囲に沿って１８０°元の方向に戻され、そこから上端部に延在している。また、下部に設けられた配管３４は、まず上方向に向けられ、上端部において、円筒の側面部１２ｃに沿って１８０°反対側に向けられ、反対側で下端部に向かい、そこから上端部に向かって延在している。

すなわち、この実施の形態においては、予め冷却液が収容された、デュア本体１２の下部に設けられた２本の配管３３，３４のうち、回転開始時に下方向へ移動しない側の配管３４を、下端部から上端部を経て再度下端部へ延在させた後、さらに上端部へ延在するように設けた。

図１１および図１２は、図１０に示した配管３１〜３４を有するデュア本体１２を時計回りに回転した場合のデュア本体１２冷却液の液面変化の状態を示す図である。図１１（Ａ）は、図１０に示した状態であり、図１１（Ａ）から（Ｆ）は１８０°の直前まで回転した状態を示す図である。回転前は、下端部に設けられた開口３３ａ，３４ａに接続された配管３３，３４に冷却液が保持されている。この状態から少し時計方向に回転すると、配管３１内に冷却液が浸入する（図１１（Ｂ））。９０°まで回転すると、配管３１，３３内にのみ冷却液が保持される。さらに回転すると、配管３２内にも冷却液が浸入し、配管３１，３２および３３内に冷却液が保持される。

１８０°回転されると、図１２（Ａ）に示すように、配管３１と３２内にのみ冷却液が保持される。さらに回転を続けると、配管３１，３２，３４内に冷却液が保持され、２７０°回転されると、配管３２および３４内にのみ冷却液が保持される（図１２（Ｄ））。さらに回転させると、配管３２，３３および３４内に冷却液が保持され、３６０°回転すると図１１（Ａ）に示した元の状態に戻る。

すなわち、この実施の形態においては、時計方向にのみ回転させれば、３６０°回転してもデュア本体１２内の冷却液は外部へ漏れることはない。また、気化したガスは自動的に排出される。

なお、上記実施の形態においては、デュア本体１２を時計方向にのみ回転させた場合について説明したが、これに限らず、配管３１〜３４の取り付けの向きを逆方向にすれば、反時計方向に３６０°回転させても漏れないデュア本体１２を提供できる。

また、上記実施の形態においては、デュアとデュア本体とがともに同じ円筒形状の場合について説明したが、これに限らず、デュアとデュア本体との形状を変えてもよい。また、デュアやデュア本体の形状を、多角形状や、直方体等の任意の形状としてもよい。

また、上記実施の形態においては、デュア本体に対してその上下両端部近傍に相互に１８０°離れた位置に一対の配管を設けた場合について説明したが、これに限らず、上下両端部に少なくとも一箇所以上設ければよい。

また、上記実施の形態においては、配管を円筒状のデュア本体の側面部に沿わせる場合について説明したが、これは、配管内の冷却液の必要保持量によって必要となるものであって、冷却液の保持量が少ない場合は配管を側面部に沿わせなくてもよい。また、ここでは、円筒状のデュア本体の軸を中心として時計回り、または、反時計回りに沿わせる場合の例について説明したが、この配管は、いずれの向きに沿わせてもよい。

また、上記実施の形態においては、配管をデュア本体の上下両端部近傍で側面部に沿わせる例について説明したが、これに限らず、デュア本体の中央部を含む任意の位置に配管を沿わせてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明の一実施の形態に係るデュア回転保持装置の全体構成を示す模式図である。デュア本体とその周囲に設けられた配管を示す斜視図である。この発明の一実施の形態に係る、デュア本体を時計方向に回転したときの回転状態を示す図である。この発明の一実施の形態に係る、デュア本体を時計方向に回転したときの回転状態を示す図である。この発明の一実施の形態に係る、デュア本体を時計方向に回転したときの回転状態を示す図である。この発明の一実施の形態に係る、デュア本体を時計方向に回転したときの回転状態を示す図である。この発明の他の実施の形態における、デュア本体を回転したときの回転状態を示す図である。この発明の他の実施の形態における、デュア本体を回転したときの回転状態を示す図である。この発明のさらに他の実施の形態における、デュア本体を回転したときの回転状態を示す図である。この発明のさらに他の実施の形態における、デュア本体とその周囲に設けられた配管を示す斜視図である。この発明のさらに他の実施の形態における、デュア本体を回転したときの回転状態を示す図である。この発明のさらに他の実施の形態における、デュア本体を回転したときの回転状態を示す図である。

符号の説明

１０デュア回転保持装置、１１デュア、１２デュア本体（内筒）、１２ａ，１２ｂ蓋、１３熱伝導体、１４冷却液、１５超伝導センサ、２１〜２４、３１〜３４配管。

Claims

気化する液体を保持した容器を回転可能に保持する回転可能型の気化する液体用容器であって、
前記容器は、上下両端部を有し、前記液体を保持する容器本体を含み、
前記容器本体の前記上下両端部近傍には開口部が設けられ、前記開口部にはそれぞれ配管が取付けられ、
前記上端部近傍の開口部に設けられた配管は、前記上端部近傍の開口部から下端部を経て、元の開口部近傍まで延在し、
前記下端部近傍の開口部に設けられた配管は、前記下端部近傍の開口部から上端部まで延在し、
前記容器本体を、前記上下両端部間の中央部を中心として回転させる回転装置とを含む、液体用容器。
前記容器本体は前記上下両端部を接続する側面部を含み、
前記開口部は前記側面部の上下両端部において相互に離れた位置に一対設けられる、請求項１に記載の液体用容器。
前記上端部の一方の開口部に設けられた配管は前記下端部に向かった後に、前記側面部を経由して、他方の開口部側に延在し、その後、前記上端部に向けて延在する、請求項２に記載の液体用容器。
前記下端部の一方の開口部に設けられた配管は前記側面部を経由して、他方の開口部側に延在し、その後、前記上端部に向けて延在する、請求項２または３に記載の液体用容器。
前記回転装置は、前記容器本体を、前記中央部を中心として、時計方向に回転させる、請求項１から４のいずれかに記載の液体用容器。
前記回転装置は、前記容器本体を、前記中央部を中心として、反時計方向に回転させる、請求項１から５のいずれかに記載の液体用容器。
前記下端部に設けられた開口部に接続された一対の配管のうち、前記回転装置による回転開始時に下方向へ移動しない側の配管は、下端部から上端部を経て再度下端部へ延在された後、さらに上端部へ延在する、請求項２から６のいずれかに記載の液体用容器。