JP2509705Y2 - Liquid helium replenishing device - Google Patents

Liquid helium replenishing device

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JP2509705Y2
JP2509705Y2 JP1993030091U JP3009193U JP2509705Y2 JP 2509705 Y2 JP2509705 Y2 JP 2509705Y2 JP 1993030091 U JP1993030091 U JP 1993030091U JP 3009193 U JP3009193 U JP 3009193U JP 2509705 Y2 JP2509705 Y2 JP 2509705Y2
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Japan
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liquid
helium
liquid helium
storage container
liquid level
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JP1993030091U
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JPH0682868U (en
Inventor
久 賀戸
久直 尾形
修二 藤本
Original Assignee
工業技術院長
株式会社超伝導センサ研究所
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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the device]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本考案は、液体ヘリウムを被冷却
物に間欠的に自動補給する装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for intermittently automatically supplying liquid helium to an object to be cooled.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、液体ヘリウム補給装置は、被冷却
物を冷却する液体ヘリウムの液面を検出した信号を基に
液体ヘリウムの貯蔵容器を加圧するように制御するのが
一般的である(「低温工学」,1992年,第27巻,
第5号,392〜397頁参照)。冷却剤が液体窒素等
の場合は、上記の方法で特に問題はなかったが、冷却剤
が液体ヘリウムの場合は、密度が小さいため、外部から
ヘリウムガスを供給するかあるいは貯蔵容器中にヒータ
を装着して加熱し液体ヘリウムを強制的にガス化して加
圧することが行なわれていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, a liquid helium replenishing device is generally controlled so as to pressurize a liquid helium storage container on the basis of a signal detecting a liquid level of liquid helium for cooling an object to be cooled ( "Cryogenic Engineering", 1992, Volume 27,
No. 5, pp. 392-397). If the coolant is liquid nitrogen etc., there was no particular problem with the above method, but if the coolant is liquid helium, the density is low, so supply helium gas from the outside or install a heater in the storage container. It was carried out that the liquid helium was forcibly gasified and pressurized by mounting and heating.

【0003】[0003]

【考案が解決しようとする課題】しかし、上記従来の液
体ヘリウムの補給装置の場合は、不注意により補給の途
中で貯蔵容器内の液体ヘリウムがなくなった場合は、外
部からの加圧ガスの供給やヒータ電力の供給が継続され
ると、被冷却物は加熱されてしまうことになる。この場
合、貯蔵容器内の液体残量は液面センサ等で監視してお
けば問題はないが、この液面センサ等の計器は高価であ
り、経済的に不利である、という問題点があった。本考
案は、上記の問題点を解決するためになされたものであ
り、簡易かつ低廉な検出器により補給の実行・停止を制
御しうる液体ヘリウム補給装置を提供することを目的と
する。
However, in the case of the above-mentioned conventional liquid helium replenishing device, when the liquid helium in the storage container is inadvertently lost during replenishment, a pressurized gas is supplied from the outside. If the supply of the heater power and the heater power is continued, the object to be cooled will be heated. In this case, there is no problem if the remaining amount of liquid in the storage container is monitored by a liquid level sensor or the like, but there is a problem that instruments such as this liquid level sensor are expensive and economically disadvantageous. It was The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a liquid helium replenishing device capable of controlling execution / stop of replenishment by a simple and inexpensive detector.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本考案に係る液体ヘリウム補給装置は、気相開口部
に接続する開閉弁を有し被冷却物を冷却するための液体
ヘリウムを貯蔵する貯蔵容器と、当該貯蔵容器内の液体
ヘリウムの残量の有無を検出し当該貯蔵容器内に液体ヘ
リウムが残存する場合にはヘリウム残存信号を出力する
ヘリウム残量検出手段と前記被冷却物の液面を検出して
液面検出信号を出力する液面検出手段と、前記貯蔵容器
から前記被冷却物に前記液体ヘリウムを供給するための
断熱移送管と、前記液面検出信号に基づき前記液体ヘリ
ウムの補給の開始又は終了を制御するための補給制御信
号を出力する補給制御手段と、前記ヘリウム残存信号及
び補給制御信号に基づき前記開閉弁を制御するとともに
前記貯蔵容器の気相部を所定の圧力以下で加圧する加圧
手段と、を備え、前記ヘリウム残量検出手段は、電気抵
抗体の周囲に超伝導線を巻き付け、前記電気抵抗体と前
記超伝導線とを直列に接続して直列回路を構成し、測定
時には前記直列回路に直流電流を流し、前記ヘリウム残
量検出手段が液体ヘリウム外に露出し超伝導状態が破れ
た場合に、前記超伝導線の両端間に電圧が発生すること
を利用して前記液体ヘリウムの残量の有無を検出し、か
つ、前記加圧手段はヒータを有して構成される。
In order to solve the above problems, a liquid helium replenishing device according to the present invention has an on-off valve connected to a vapor phase opening to supply liquid helium for cooling an object to be cooled. A storage container for storing, a helium remaining amount detecting means for detecting the presence or absence of the remaining amount of liquid helium in the storage container, and outputting a helium remaining signal when liquid helium remains in the storage container, and the object to be cooled. A liquid level detecting means for detecting a liquid level of the liquid level and outputting a liquid level detection signal; an adiabatic transfer pipe for supplying the liquid helium to the object to be cooled from the storage container; Replenishment control means for outputting a replenishment control signal for controlling the start or end of replenishment of liquid helium, and controlling the on-off valve based on the helium residual signal and the replenishment control signal and controlling the gas in the storage container. A pressurizing means for pressurizing the portion at a predetermined pressure or less, the helium residual amount detecting means winds a superconducting wire around an electric resistor, and the electric resistor and the superconducting wire are connected in series. Connected to form a series circuit, a direct current is applied to the series circuit at the time of measurement, and when the superconducting state is broken due to the helium residual amount detecting means being exposed to the outside of liquid helium, between the both ends of the superconducting wire. The presence or absence of the remaining amount of the liquid helium is detected by utilizing the generation of the voltage, and the pressurizing means has a heater.

【0005】[0005]

【作用】上記構成を有する本考案によれば、貯蔵容器内
の液体ヘリウムがなくなると、補給を開始させる補給制
御信号は出力されないので、加熱されたガスを被冷却物
に送り込む、というような事態は発生しない。従って、
自動運転を行なう場合にも、信頼性、安全性を向上させ
ることができる。また、液体ヘリウムの残量の有無の検
出に用いる手段には、液体ヘリウム中に浸漬される可動
部などは含まれないため、低温環境における可動部の凍
結、摩耗、不純物による目詰まり等の不具合は発生しな
い。
According to the present invention having the above structure, when the liquid helium in the storage container is used up, the replenishment control signal for starting the replenishment is not output, so that the heated gas is sent to the object to be cooled. Does not occur. Therefore,
The reliability and safety can be improved even when performing automatic operation. In addition, since the means used for detecting the presence or absence of the remaining amount of liquid helium does not include moving parts immersed in liquid helium, there are problems such as freezing of moving parts in low temperature environments, wear, and clogging due to impurities. Does not occur.

【0006】[0006]

【実施例】以下、本考案の実施例を図面にもとづいて説
明する。図1に示すように、液体ヘリウム補給装置1
は、液体ヘリウムLの貯蔵容器である液体ヘリウム貯蔵
容器2と、被冷却物Cに液体ヘリウムLを供給する補給
路系3と、液体ヘリウム補給装置1内の液体ヘリウムL
を監視するセンサ系4と、液体ヘリウムLの補給を制御
する自動補給制御系12と、自動補給制御系12の制御
により液体ヘリウム貯蔵容器2に圧力を加える加圧系5
と、を備えて構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a liquid helium replenishing device 1
Is a liquid helium storage container 2 that is a storage container for liquid helium L, a supply path system 3 that supplies liquid helium L to the object to be cooled C, and liquid helium L in the liquid helium supply device 1.
Sensor system 4 for monitoring the liquid helium, automatic replenishment control system 12 for controlling replenishment of liquid helium L, and pressurization system 5 for applying pressure to liquid helium storage container 2 under the control of automatic replenishment control system 12.
And are provided.

【0007】上記の被冷却物Cは、その内部に液体ヘリ
ウムLを貯蔵可能なように構成されており、液体ヘリウ
ムLの液面高さは常にある一定の値の範囲に保持する必
要がある。液体ヘリウム貯蔵容器2は、被冷却物Cに貯
蔵される液体量に対し数倍以上の容量を有しており、そ
の底部付近に気液センサ14及び電気式のヒータを17
を有している。
The object to be cooled C is constructed so as to be able to store liquid helium L therein, and the liquid level height of the liquid helium L must always be maintained within a certain fixed range. . The liquid helium storage container 2 has a capacity several times or more the amount of liquid stored in the object to be cooled C, and a gas-liquid sensor 14 and an electric heater 17 are provided near the bottom thereof.
have.

【0008】上記の補給路系3には、被冷却物Cの底部
と液体ヘリウム貯蔵容器2の底部とを連通する断熱され
た移送管6と、絶えずわずかずつ気化する液体ヘリウム
Lに対する対策としてガス放出口7a及び7bと、この
ガス放出口7a,7bに接続する電磁弁8a及び8b
と、逆止弁9が設けられている。ここに、電磁弁8bは
開閉弁に相当している。
In the above-mentioned replenishment path system 3, a heat-insulated transfer pipe 6 which communicates the bottom of the object to be cooled C with the bottom of the liquid helium storage container 2, and a gas as a countermeasure against liquid helium L which is constantly and gradually vaporized. Release ports 7a and 7b and solenoid valves 8a and 8b connected to the gas release ports 7a and 7b
And a check valve 9 is provided. Here, the solenoid valve 8b corresponds to an opening / closing valve.

【0009】通常は、上記の電磁弁8aは閉じられ、電
磁弁8bは解放されている。また、被冷却物Cと液体ヘ
リウム貯蔵容器2から日常的に発生するヘリウムガス
は、ガス放出口7a,7bを経て、逆止弁9から外部の
系へ放出される。
Normally, the solenoid valve 8a is closed and the solenoid valve 8b is open. Further, the helium gas that is routinely generated from the object to be cooled C and the liquid helium storage container 2 is discharged from the check valve 9 to the external system through the gas discharge ports 7a and 7b.

【0010】上記のセンサ系4は、液面センサ10と液
面計11と気液センサ14とを有している。液面センサ
10は、液体ヘリウムLの液面高さを検出するために被
冷却物Cに装着される。この液面センサ10は、液体ヘ
リウムLの液面高さを計測するための液面計11に電気
的に接続し、液面計11は上記の自動補給制御系12内
の液面監視制御器13に接続している。液面センサ10
は、液体ヘリウムLの液面を検出すると、上記の液面計
11に液面検出信号を出力する。液面計11は、この液
面検出信号に基づき、被冷却物C内の液体ヘリウムLの
液面高さを計測し、液面レベル信号を液面監視制御器1
3に出力する。
The sensor system 4 has a liquid level sensor 10, a liquid level gauge 11 and a gas-liquid sensor 14. The liquid surface sensor 10 is attached to the object to be cooled C in order to detect the liquid surface height of the liquid helium L. The liquid level sensor 10 is electrically connected to a liquid level gauge 11 for measuring the liquid level height of the liquid helium L, and the liquid level gauge 11 is a liquid level monitoring controller in the automatic replenishment control system 12 described above. It is connected to 13. Liquid level sensor 10
When detecting the liquid level of liquid helium L, outputs a liquid level detection signal to the liquid level gauge 11. The liquid level gauge 11 measures the liquid level height of the liquid helium L in the object to be cooled C based on this liquid level detection signal, and outputs the liquid level signal to the liquid level monitoring controller 1
Output to 3.

【0011】自動補給制御系12は、液面監視制御器1
3と、補給制御器15と、加圧制御器16とを備えてい
る。液面監視制御器13は、上記の液面計11から液面
レベル信号を受け取ると、その内容により、被冷却物C
内の液体ヘリウムLの液面高さが所定範囲の最低レベル
以下になったか否か、あるいは所定範囲の最高レベル以
上になったか否かを判定し、被冷却物C内の液体ヘリウ
ムLの液面高さが所定範囲の最低レベル以下になった場
合には液面降下信号を、所定範囲の最高レベル以上にな
った場合には液面上昇信号を、それぞれ接続する補給制
御器15に出力する。ここに、液面センサ10と液面計
11と液面監視制御器13は、液面検出手段を構成し、
液面降下信号又は液面上昇信号は液面検出信号に相当し
ている。なお、液面監視制御器13の機能は、液面計1
1に含めることができる。
The automatic replenishment control system 12 is a liquid level monitoring controller 1.
3, a supply controller 15, and a pressurizing controller 16. When the liquid level monitoring controller 13 receives the liquid level signal from the liquid level gauge 11, the liquid level monitor controller 13 determines the object C to be cooled according to the contents of the signal.
The liquid level of the liquid helium L in the inside of the object C is judged whether or not the liquid level height is below the minimum level of the predetermined range or above the maximum level of the predetermined range. When the surface height falls below the minimum level within the predetermined range, a liquid level drop signal is output to the connected replenishment controller 15, and when the level rises above the maximum level within the predetermined range, a liquid level rise signal is output. . Here, the liquid level sensor 10, the liquid level gauge 11, and the liquid level monitoring controller 13 constitute liquid level detection means,
The liquid level drop signal or the liquid level rise signal corresponds to the liquid level detection signal. The function of the liquid level monitoring controller 13 is as follows:
Can be included in 1.

【0012】一方、上記の液体ヘリウム貯蔵容器2の底
部の近くには、気液センサ14が装着されており、液体
ヘリウム貯蔵容器2の底部近傍での液体ヘリウムLの有
無を検出し、その結果を上記の自動補給制御系12内の
補給制御器15に出力している。
On the other hand, a gas-liquid sensor 14 is mounted near the bottom of the liquid helium storage container 2 to detect the presence or absence of liquid helium L near the bottom of the liquid helium storage container 2, and as a result, Is output to the replenishment controller 15 in the automatic replenishment control system 12.

【0013】次に、上記の気液センサ14の構成につい
て、図2に基づいて説明する。図2に示すように、この
気液センサ14は、電気抵抗体20の周囲に超伝導線2
1を巻き付け、電気抵抗体20と超伝導線21とを直列
に接続して直列回路を構成し、測定時には電流リード線
22,22によりこの直列回路に直流電流を流す。この
超伝導線21が液体ヘリウムLの中に存在する場合は、
超低温状態にまで十分に冷却されているため、超伝導状
態となり、電圧端子23,23には電位差は生じない。
Next, the structure of the gas-liquid sensor 14 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the gas-liquid sensor 14 includes a superconducting wire 2 around the electric resistor 20.
1 is wound, the electric resistor 20 and the superconducting wire 21 are connected in series to form a series circuit, and a direct current is caused to flow through the series circuit by the current lead wires 22 and 22 during measurement. When this superconducting wire 21 exists in liquid helium L,
Since it has been sufficiently cooled to the ultra-low temperature state, it becomes a superconducting state, and no potential difference occurs between the voltage terminals 23.

【0014】しかし、気液センサ14が液体ヘリウムL
外へ露出しヘリウムガス中にさらされると、電気抵抗体
20での発熱により超伝導線21の温度が上昇するため
超伝導状態が破れ、超伝導線21の両端である電圧端子
23,23間に電圧が発生する。この電圧値の大小によ
り、補給制御器15は、液体ヘリウムLが存在するか否
かを判定する。
However, the gas-liquid sensor 14 is replaced by liquid helium L.
When exposed to the outside and exposed to the helium gas, the temperature of the superconducting wire 21 rises due to heat generation in the electric resistor 20, so that the superconducting state is broken and the voltage between the voltage terminals 23, 23 at both ends of the superconducting wire 21. A voltage is generated at. The supply controller 15 determines whether liquid helium L is present or not depending on the magnitude of the voltage value.

【0015】気液センサ14からの信号により、液体ヘ
リウム貯蔵容器2の底部付近に液体ヘリウムが存在する
ことが確認された場合は、液体ヘリウムLの被冷却物C
への補給が可能ということであるから、この場合に上記
の液面監視制御器13から被冷却物C内の液体ヘリウム
Lの液面高さが所定範囲の最低レベル以下になったこと
を示す液面降下信号を受け取った場合には、補給制御器
15は、加圧制御器16に対し、補給開始信号を出力す
る。
When it is confirmed from the signal from the gas-liquid sensor 14 that liquid helium exists near the bottom of the liquid helium storage container 2, the object C to be cooled of the liquid helium L is C.
In this case, the liquid level monitoring controller 13 indicates that the liquid level of the liquid helium L in the object to be cooled C is below the minimum level within the predetermined range. When the liquid level drop signal is received, the replenishment controller 15 outputs a replenishment start signal to the pressurization controller 16.

【0016】また、気液センサ14からの信号により液
体ヘリウム貯蔵容器2の底部付近に液体ヘリウムが存在
しないことが確認された場合は、液体ヘリウムLの被冷
却物Cへの補給ができない、ということであるから、こ
のような場合には、加圧制御器16に対し補給停止信号
を出力する。これにより、いわゆる「空焚き」を防止す
ることができる。また、液体ヘリウムの残量の有無の検
出に用いる気液センサ14には、液体ヘリウムL中に浸
漬される可動部などは含まれないため、低温環境におけ
る可動部の凍結、摩耗、不純物による目詰まり等の不具
合は発生しない。
If it is confirmed by the signal from the gas-liquid sensor 14 that liquid helium does not exist near the bottom of the liquid helium storage container 2, it is said that the liquid C cannot be replenished to the object C to be cooled. Therefore, in such a case, the supply stop signal is output to the pressurization controller 16. This makes it possible to prevent so-called "dry heating". Further, since the gas-liquid sensor 14 used for detecting the presence / absence of the remaining amount of liquid helium does not include a moving part immersed in the liquid helium L, the moving part is frozen in a low temperature environment, and wear or wear due to impurities causes Problems such as clogging do not occur.

【0017】また、気液センサ14からの信号により液
体ヘリウム貯蔵容器2の底部付近に液体ヘリウムが存在
することが確認されても、被冷却物C内の液体ヘリウム
Lの液面高さが所定範囲の最低レベル以下になったこと
を示す液面降下信号を受けとっていない場合には、補給
は不要であるから、補給制御器15は、加圧制御器16
に対し補給停止信号を出力する。
Even if it is confirmed from the signal from the gas-liquid sensor 14 that liquid helium exists near the bottom of the liquid helium storage container 2, the liquid level of the liquid helium L in the object to be cooled C is predetermined. If the liquid level drop signal indicating that the level has dropped to the minimum level or lower has not been received, replenishment is not necessary, so the replenishment controller 15 determines the pressurization controller 16
A supply stop signal is output to.

【0018】気液センサ14からの信号により液体ヘリ
ウム貯蔵容器2の底部付近に液体ヘリウムが存在しない
ことが確認された場合は、このままでは支障をきたすの
で、補給制御器15は、図示しない警告ランプ等を点灯
させたり警報ブザーを鳴らすなどしてオペレータ等に異
常の発生を報知する等の処置を行なう。また、液面上昇
信号の場合も、異常に長期にわたって継続するような場
合には、この場合も異常事態と判定され、補給制御器1
5は、図示しない警告ランプ等を点灯させたり警報ブザ
ーを鳴らすなどしてオペレータ等に異常の発生を報知す
る等の処置を行なう。さらに安全性を高めるため、停電
時には電磁弁8a,8bを元に戻すとともにヒータ17
への通電を遮断し液体ヘリウム補給を停止させ、通電再
開時には改めて補給を再開するように制御手順を構成し
てもよい。ここに、気液センサ14はヘリウム残量検出
手段に相当し、液体ヘリウム貯蔵容器2の底部付近に液
体ヘリウムが存在することを示す気液センサ14からの
信号はヘリウム残存信号に相当している。
If it is confirmed by the signal from the gas-liquid sensor 14 that liquid helium does not exist near the bottom of the liquid helium storage container 2, it will cause troubles as it is. Measures such as notifying the operator of the occurrence of an abnormality by turning on the lights etc. or sounding an alarm buzzer are taken. Further, also in the case of the liquid level rise signal, if it continues abnormally for a long period of time, it is determined that the situation is abnormal also in this case, and the replenishment controller 1
At 5, a warning lamp or the like (not shown) is turned on or an alarm buzzer is sounded to notify an operator or the like of the occurrence of an abnormality. In order to further enhance safety, the solenoid valves 8a and 8b are returned to their original positions and the heater 17
The control procedure may be configured such that the energization of the liquid is stopped, the liquid helium replenishment is stopped, and the replenishment is restarted when the energization is resumed. Here, the gas-liquid sensor 14 corresponds to helium remaining amount detecting means, and the signal from the gas-liquid sensor 14 indicating that liquid helium exists near the bottom of the liquid helium storage container 2 corresponds to the helium residual signal. .

【0019】上記において、加圧制御器16と、電磁弁
8a,8bと、ヒータ17と、加圧センサ18と、安全
弁19は、加圧系5を形成し、この加圧系は、加圧手段
に相当している。
In the above, the pressurizing controller 16, the solenoid valves 8a and 8b, the heater 17, the pressurizing sensor 18, and the safety valve 19 form a pressurizing system 5, which pressurizes. It corresponds to the means.

【0020】加圧制御器16は、上記の補給開始信号を
受け取った場合は、電磁弁8a及び8bに制御信号を発
し、電磁弁8aを解放させ、かつ電磁弁8bを閉塞させ
る一方、液体ヘリウム貯蔵容器2の底部付近に装着され
たヒータ17にも制御信号を発して加熱を開始させる。
When the pressurization controller 16 receives the above-mentioned replenishment start signal, it issues a control signal to the solenoid valves 8a and 8b to open the solenoid valve 8a and close the solenoid valve 8b, while the liquid helium is closed. A control signal is also issued to the heater 17 mounted near the bottom of the storage container 2 to start heating.

【0021】上記の操作を行なうと、ヒータ17の加熱
により液体ヘリウム貯蔵容器2内の液体ヘリウムLが蒸
発してガス化し、貯蔵容器内のガス圧が上昇し、そのガ
ス圧に押されて液体ヘリウム貯蔵容器2内の液体ヘリウ
ムLが移送管6を通って被冷却物C内に移送される。こ
の場合、液体ヘリウム貯蔵容器2のガス放出口7bに接
続する気相部に設けられた加圧センサ18が、液体ヘリ
ウム貯蔵容器2内のガス圧を検出し加圧制御器16にガ
ス圧信号を出力しており、加圧制御器16は、液体ヘリ
ウム貯蔵容器2内のガス圧が所定圧力以上に上昇した場
合は、ヒータ17への通電を停止する。安全弁19は、
設定圧力以上の場合にガスを強制的に放出し、過大圧力
による貯蔵容器等の破損を防止するための弁であり、本
実施例では機械式のものを用いている。
When the above operation is carried out, the liquid helium L in the liquid helium storage container 2 is vaporized and gasified by the heating of the heater 17, the gas pressure in the storage container rises, and the liquid pressure is pushed by the gas pressure and the liquid is pushed. Liquid helium L in the helium storage container 2 is transferred into the object to be cooled C through the transfer pipe 6. In this case, the pressure sensor 18 provided in the gas phase portion connected to the gas discharge port 7b of the liquid helium storage container 2 detects the gas pressure in the liquid helium storage container 2 and outputs the gas pressure signal to the pressure controller 16. The pressure controller 16 stops energizing the heater 17 when the gas pressure in the liquid helium storage container 2 rises above a predetermined pressure. The safety valve 19
This is a valve for forcibly releasing gas when the pressure is equal to or higher than the set pressure to prevent damage to the storage container and the like due to excessive pressure. In this embodiment, a mechanical valve is used.

【0022】上記の移送管6の被冷却物C側の先端部
は、被冷却物への最初の液体ヘリウムLの注入時には、
冷却効率を上げるため、被冷却物Cの底部にまで到達す
るようにして使用する。液体ヘリウムLの通常の補給時
間間隔は、補給している時間に比べてはるかに長いの
で、たとえ高度の断熱を施していても室温近くにまで温
まっていることが多い。この状態で液体ヘリウムLの補
給を開始すると、最初に移送される液体ヘリウムは気化
し温かいヘリウムガスとなって被冷却物C内に送り込ま
れることになる。この温かいヘリウムガスが被冷却物C
内に既に蓄えられていた液体ヘリウム中に混入すると、
それらの既存の液体ヘリウムをも気化させてさらに液面
を降下させ冷却状態を維持できなくなるおそれもある。
そこで、本実施例では、最初の注液が終了した後は、図
示しない駆動手段を用いて移送管6の先端部を最低液面
レベルよりも上方に移動させ、さらに移送管6の被冷却
物C側の先端部に補給アダプタ30を装着するようにし
ている。
The tip of the transfer pipe 6 on the side of the object to be cooled C is set at the time of the first injection of liquid helium L into the object to be cooled.
In order to increase the cooling efficiency, it is used such that it reaches the bottom of the object to be cooled C. Since the normal replenishment time interval of liquid helium L is much longer than the replenishment time, it is often warmed up to near room temperature even with a high degree of heat insulation. When the replenishment of liquid helium L is started in this state, the liquid helium transferred first is vaporized and becomes warm helium gas and is sent into the object to be cooled C. This warm helium gas is the object to be cooled C
When mixed in the liquid helium already stored inside,
There is also a possibility that the existing liquid helium is also vaporized and the liquid level is further lowered to make it impossible to maintain the cooling state.
Therefore, in this embodiment, after the first liquid injection is completed, the tip of the transfer pipe 6 is moved to a position higher than the minimum liquid surface level by using a driving means (not shown), and the object to be cooled of the transfer pipe 6 is further moved. The replenishment adapter 30 is attached to the tip of the C side.

【0023】補給アダプタ30は、図3に示すように、
側面に小さな小穴状の開口31を設けた先端が閉塞され
た栓状のアダプタである。このようなアダプタ31を装
着すると、補給開始時に移送管6の側方向に吹き出した
温められたヘリウムガスGは、浮力のため上方に流れ、
下方に存在する液体ヘリウムとは混じりあわず、被冷却
物Cの液面に大きな擾乱を与えることがない。通常供給
される2相ヘリウムTは、この補給アダプタ30におい
て、上方に流れるヘリウムガスGと下方に流れる液体ヘ
リウムLとに分離される。上記の補給開始時の補給アダ
プタ30の液面からの高さは、実験の結果、5〜30c
mの範囲では差異が認められず、どの場合も下方の液体
ヘリウムに対する擾乱がなく、かつ液体ヘリウムの移送
損失も同程度に良好であった。
The supply adapter 30, as shown in FIG.
The adapter is a plug-like adapter having a small hole-shaped opening 31 formed on the side surface and having a closed tip. When such an adapter 31 is mounted, the warmed helium gas G blown to the side of the transfer pipe 6 at the start of replenishment flows upward due to buoyancy,
It does not mix with liquid helium existing below, and does not give a large disturbance to the liquid surface of the object to be cooled C. The normally supplied two-phase helium T is separated into the helium gas G flowing upward and the liquid helium L flowing downward in the replenishment adapter 30. The height from the liquid surface of the replenishment adapter 30 at the start of the above replenishment is 5 to 30c as a result of the experiment.
No difference was observed in the range of m, there was no disturbance to the liquid helium below, and the transfer loss of liquid helium was equally good.

【0024】次に、上記の液体ヘリウム補給装置1の動
作について説明する。まず、被冷却物C内の液体ヘリウ
ムLの液面が最低レベルを割り込むと、液面センサ10
から液面計11に液面検出信号が出力され、液面計11
から液面監視制御器13に液面レベル信号が出力され、
これに基づき、被冷却物C内の液体ヘリウムLの液面高
さが所定範囲の最低レベル以下になったことを示す液面
降下信号が液面監視制御器13から補給制御器15に出
力される。
Next, the operation of the liquid helium replenishing device 1 will be described. First, when the liquid level of liquid helium L in the object to be cooled C falls below the minimum level, the liquid level sensor 10
The liquid level detection signal is output from the liquid level gauge 11 to the liquid level gauge 11
Outputs a liquid level signal to the liquid level monitor controller 13,
Based on this, a liquid level drop signal indicating that the liquid level of the liquid helium L in the object to be cooled C has become equal to or lower than the minimum level of the predetermined range is output from the liquid level monitoring controller 13 to the replenishment controller 15. It

【0025】一方、補給制御器15には、上記の気液セ
ンサ14から、液体ヘリウム貯蔵容器2の底部付近に液
体ヘリウムが存在するか否かを示す検出信号が送出され
ている。この場合、液体ヘリウム貯蔵容器2の底部付近
に液体ヘリウムが存在することを示す検出信号が送出さ
れていれば、液体ヘリウムの補給は可能であるから、補
給制御器15は、加圧制御器16に対し、加圧制御を開
始すべきことを示す補給開始信号を出力し、液体ヘリウ
ム貯蔵容器2の底部付近に液体ヘリウムが存在しないこ
とを示す検出信号が送出されてくれば、液体ヘリウムの
補給は不可能であるから、補給制御器15は、加圧制御
器16に対し、加圧制御を停止すべきことを示す補給停
止信号を出力する。
On the other hand, to the replenishment controller 15, a detection signal indicating whether or not liquid helium exists near the bottom of the liquid helium storage container 2 is sent from the gas-liquid sensor 14 described above. In this case, if a detection signal indicating that liquid helium is present near the bottom of the liquid helium storage container 2 is sent, the liquid helium can be replenished, so the replenishment controller 15 causes the pressurization controller 16 to On the other hand, if a supply start signal indicating that the pressurization control should be started is output and a detection signal indicating that liquid helium does not exist near the bottom of the liquid helium storage container 2 is sent, the supply of liquid helium is replenished. Therefore, the replenishment controller 15 outputs to the pressurization controller 16 a replenishment stop signal indicating that the pressurization control should be stopped.

【0026】加圧制御器16は、上記の補給開始信号が
出力されると、電磁弁8a及び8bに制御信号を発し、
電磁弁8aを解放させるとともに電磁弁8bを閉塞さ
せ、同時に、液体ヘリウム貯蔵容器2の底部付近に装着
されたヒータ17にも制御信号を通電して加熱を開始さ
せる。これにより、液体ヘリウム貯蔵容器2の内部圧力
が上昇する。その結果、移送管6の両端に圧力差が生
じ、電磁弁8aは解放されているので、サイフォン効果
により液体ヘリウム貯蔵容器2内の液体ヘリウムLが被
冷却物Cの方へ移される。
When the above-mentioned replenishment start signal is output, the pressurization controller 16 issues a control signal to the solenoid valves 8a and 8b,
The solenoid valve 8a is opened and the solenoid valve 8b is closed, and at the same time, the heater 17 mounted near the bottom of the liquid helium storage container 2 is also energized with a control signal to start heating. As a result, the internal pressure of the liquid helium storage container 2 increases. As a result, a pressure difference is generated at both ends of the transfer pipe 6, and the solenoid valve 8a is opened, so that the liquid helium L in the liquid helium storage container 2 is transferred to the object to be cooled C by the siphon effect.

【0027】次に、被冷却物Cの液面が最高レベルに達
すると、液面制御器13は、液面上昇信号を補給制御器
15に出力し、これを受けて補給制御器15は補給停止
信号を出力する。その結果、液体ヘリウム貯蔵容器2の
圧力は下がり、被冷却物Cの圧力と等しくなるので、液
体ヘリウムLの移送は停止する。上記において、補給制
御器15は補給制御手段に相当し、補給開始信号又は補
給停止信号は補給制御信号に相当している。
Next, when the liquid level of the object to be cooled C reaches the maximum level, the liquid level controller 13 outputs a liquid level rising signal to the replenishment controller 15, and in response to this, the replenishment controller 15 replenishes. Output a stop signal. As a result, the pressure of the liquid helium storage container 2 drops and becomes equal to the pressure of the object to be cooled C, so that the transfer of the liquid helium L is stopped. In the above, the replenishment controller 15 corresponds to the replenishment control means, and the replenishment start signal or the replenishment stop signal corresponds to the replenishment control signal.

【0028】なお、本考案は、上記実施例に限定される
ものではない。上記実施例は、例示であり、本考案の実
用新案登録請求の範囲に記載された技術的思想と実質的
に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、
いかなるものであっても本考案の技術的範囲に包含され
る。
The present invention is not limited to the above embodiment. The above-mentioned embodiment is an exemplification, and a structure having substantially the same configuration as the technical idea described in the scope of claims for utility model registration of the present invention and having the same operational effect is as follows.
Anything is included in the technical scope of the present invention.

【0029】[0029]

【考案の効果】以上説明したように、上記構成を有する
本考案によれば、貯蔵容器内の液体ヘリウムがなくなる
と、補給を開始させる補給制御信号は出力されないの
で、加熱されたガスを被冷却物に送り込む、というよう
な事態は発生しない。従って、自動運転を行なう場合に
も、信頼性、安全性を向上させることができる、という
利点を有している。また、液体ヘリウムの残量の有無の
検出に用いる手段には、液体ヘリウム中に浸漬される可
動部などは含まれないため、低温環境における可動部の
凍結、摩耗、不純物による目詰まり等の不具合は発生し
ない。また、センサの利用により、空焚きと過大圧力の
発生も防止することができる、という利点も有してい
る。
As described above, according to the present invention having the above-described structure, when the liquid helium in the storage container is exhausted, the replenishment control signal for starting the replenishment is not output, so that the heated gas is cooled. The situation of sending it to an object does not occur. Therefore, there is an advantage that the reliability and safety can be improved even when the automatic operation is performed. In addition, since the means used for detecting the presence or absence of the remaining amount of liquid helium does not include moving parts immersed in liquid helium, there are problems such as freezing of moving parts in low temperature environments, wear, and clogging due to impurities. Does not occur. In addition, the use of the sensor has an advantage that it is possible to prevent the occurrence of overheating and overpressure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本考案の一実施例である液体ヘリウム補給装置
の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a liquid helium replenishing device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す液体ヘリウム補給装置における気液
センサのさらに詳細な構成を示す断面図である。
2 is a cross-sectional view showing a more detailed configuration of a gas-liquid sensor in the liquid helium replenishing device shown in FIG.

【図3】図1に示す液体ヘリウム補給装置における補給
用アダプタのさらに詳細な構成を示す断面図である。
3 is a cross-sectional view showing a more detailed structure of a replenishment adapter in the liquid helium replenishing device shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 液体ヘリウム補給装置 2 液体ヘリウム貯蔵容器 3 補給路系 4 センサ系 5 加圧系 6 移送管 7a,7b ガス放出口 8a,8b 電磁弁 9 逆止弁 10 液面センサ 11 液面計 12 自動補給制御系 13 液面監視制御器 14 気液センサ 15 補給制御器 16 加圧制御器 17 ヒータ 18 圧力センサ 19 安全弁 20 電気抵抗体 21 超伝導線 22 電流リード線 23 電圧端子 30 補給アダプタ 31 開口 C 被冷却物 G ヘリウムガス L 液体ヘリウム T 2相ヘリウム 1 Liquid Helium Replenishing Device 2 Liquid Helium Storage Container 3 Replenishing Path System 4 Sensor System 5 Pressurizing System 6 Transfer Pipes 7a, 7b Gas Release Ports 8a, 8b Solenoid Valve 9 Check Valve 10 Liquid Level Sensor 11 Liquid Level Gauge 12 Automatic Replenishment Control system 13 Liquid level monitoring controller 14 Gas-liquid sensor 15 Supply controller 16 Pressurization controller 17 Heater 18 Pressure sensor 19 Safety valve 20 Electric resistor 21 Superconducting wire 22 Current lead wire 23 Voltage terminal 30 Supply adapter 31 Open C Cover Coolant G Helium gas L Liquid helium T Two-phase helium

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 藤本 修二 千葉県印旛郡印西町武西学園台2−1200 株式会社超伝導センサ研究所内 審査官 西脇 博志 (56)参考文献 特開 昭64−90509(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shuji Fujimoto 2-1200 Takenishi Gakuendai, Inzai-cho, Inba-gun, Chiba Hiroshi Nishiwaki, Examiner, Superconductivity Sensor Laboratory Co., Ltd. (56) Reference JP-A-64-90509 ( JP, A)

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of utility model registration request] 【請求項1】 気相開口部に接続する開閉弁を有し被冷
却物を冷却するための液体ヘリウムを貯蔵する貯蔵容器
と、 当該貯蔵容器内の液体ヘリウムの残量の有無を検出し当
該貯蔵容器内に液体ヘリウムが残存する場合にはヘリウ
ム残存信号を出力するヘリウム残量検出手段と、 前記被冷却物の液面を検出して液面検出信号を出力する
液面検出手段と、 前記貯蔵容器から前記被冷却物に前記液体ヘリウムを供
給するための断熱移送管と、 前記液面検出信号に基づき前記液体ヘリウムの補給の開
始又は終了を制御するための補給制御信号を出力する補
給制御手段と、 前記ヘリウム残存信号及び補給制御信号に基づき前記開
閉弁を制御するとともに前記貯蔵容器の気相部を所定の
圧力以下で加圧する加圧手段と、を備え、 前記ヘリウム残量検出手段は、電気抵抗体の周囲に超伝
導線を巻き付け、前記電気抵抗体と前記超伝導線とを直
列に接続して直列回路を構成し、測定時には前記直列回
路に直流電流を流し、前記ヘリウム残量検出手段が液体
ヘリウム外に露出し超伝導状態が破れた場合に、前記超
伝導線の両端間に電圧が発生することを利用して前記液
体ヘリウムの残量の有無を検出し、 かつ、前記加圧手段はヒータを有して構成されることを
特徴とする液体ヘリウム補給装置。
1. A storage container for storing liquid helium for cooling an object to be cooled, the storage container having an on-off valve connected to a vapor phase opening, and detecting whether or not there is a remaining amount of liquid helium in the storage container. When liquid helium remains in the storage container, a helium residual amount detecting means for outputting a helium residual signal, a liquid level detecting means for detecting a liquid level of the object to be cooled and outputting a liquid level detection signal, An adiabatic transfer pipe for supplying the liquid helium from the storage container to the object to be cooled, and a replenishment control for outputting a replenishment control signal for controlling the start or end of the replenishment of the liquid helium based on the liquid level detection signal. Means for controlling the on-off valve based on the helium remaining signal and the replenishment control signal, and pressurizing means for pressurizing the gas phase part of the storage container at a predetermined pressure or less, The stage has a superconducting wire wound around an electric resistor, and the electric resistor and the superconducting wire are connected in series to form a series circuit. At the time of measurement, a direct current is passed through the series circuit, and the helium is used. When the residual amount detecting means is exposed to the outside of liquid helium and the superconducting state is broken, a voltage is generated across the superconducting wire to detect the presence or absence of the residual amount of liquid helium, and The liquid helium replenishing device, wherein the pressurizing means has a heater.
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