JP3601946B2

JP3601946B2 - 理化学機器冷却用液化ガスの再液化装置

Info

Publication number: JP3601946B2
Application number: JP22591697A
Authority: JP
Inventors: 富雄西谷; 正人足立; 文五近藤; 悦治川口
Original assignee: Iwatani Industrial Gases Corp; Iwatani Corp
Current assignee: Iwatani Industrial Gases Corp; Iwatani Corp
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2017-08-22
Also published as: JPH1163766A

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、核磁気共鳴装置（ＮＭＲ）等、液化ガスを冷却源として使用している理化学機器での液化ガスの再液化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ＳＣＭ−ＮＭＲでは、検出能力を向上させるために、液体ヘリウム槽内の液体ヘリウムに超電導マグネットを浸漬して超電導マグネットを冷却し、液体ヘリウム槽（冷却冷媒ガス槽）に侵入する外部からの熱を抑制するために、液体ヘリウム槽の外周に液体窒素槽（冷媒シールドガス槽）を配置した構成になっている。
【０００３】
上述の構造からなる理化学機器では、液体ヘリウムは液体窒素によって外部から入熱が抑制されているのに対し、液体窒素には外部からの熱が作用することから液体ヘリウムの消費量よりも液体窒素の消費量が格段に多くなる。この結果、液体窒素の補給作業を頻繁に行わなければならないが、この液体窒素の補給作業のたびに理化学機器の運転を停止させなければならず、理化学機器を使っての作業効率が低下するという問題があった。
【０００４】
そこで、本出願人は、理化学機器に配置した冷媒シールドガス槽と、槽内を極低温冷凍機の寒冷発生部で冷却可能にした再液化槽とを、再液化槽から冷媒シールドガス槽に向かう連続する下り傾斜に配置した可撓性断熱管で連通接続して、低温維持用液化ガス（冷媒シールドガス）の補給作業をなくし、あるいは、冷却作業用液化ガス（冷却冷媒ガス）の補給間隔と一致させられるようにする液化ガス再液化装置を先に提案した（特開平８−３２７１７１号）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが先に提案した前記液化ガス再液化装置では、冷却用液化ガス給排管の外周を断熱外層管で被覆した可撓性断熱管で再液化槽と冷媒シールドガス槽とを連通接続するに当たり、冷媒シールドガス槽の冷媒液注入通路には冷却用液化ガス給排管の先端部だけが突入し、断熱外層管は冷媒液注入通路の外側部分に位置する冷却用液化ガス給排管しか被覆していなかった。
【０００７】
このため、冷媒シールドガス槽の冷媒液注入通路内に外部からの入熱による温度勾配が生じており、それに伴い冷却用液化ガス給排管内を流下してくる再液化した冷媒シールドガスが気化することがあり、再液化した冷媒シールドガスが冷媒シールドガス槽に十分返送されないという問題があつた。
【０００８】
また、先に提案したものでは、再液化槽を理化学機器から離して配置し、再液化槽と理化学機器とを接続する冷却用液化ガス給排管を連続する下り傾斜に配置していたことから、この冷却用液化ガス給排管が理化学機器の磁束密度を乱すことがあり、検出精度に影響を及ぼすこともあった。
【０００９】
本発明はこのような点に着目してなされたもので、極低温冷凍機を使用して冷媒シールドガスを再液化させて理化学機器の冷却用液化ガス槽に返送するにあたり、返送される再液化した冷却用液化ガスの気化を抑制することにより、再液化冷却用液化ガスを冷却用液化ガス槽に液状体で確実に返送することができ、かつ、検出精度に影響を及ぼさない液化ガス再液化装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために本発明は、冷媒用液化ガス槽と冷却用液化ガス槽とを内外に配置してなる理化学機器の冷却用液化ガス槽と、槽内を極低温冷凍機で冷却している再液化槽とを連通接続してなる冷却用液化ガスの再液化装置において、再液化槽に配置した極低温冷凍機をパルス管冷凍機で構成するとともに、この再液化槽を理化学機器の上面に突出している冷却用液化ガス補給用ネック部に固定し、再液化槽の再液化室と冷却用液化ガス槽とを電気絶縁材料製の気液移送管で連通し、この気液移送管の下端部を冷却用液化ガス槽の気相部に開口させるとともに、気液移送管の上端部を再液化室での底壁面よりも高い位置に開口させ、パルス管冷凍機及び再液化槽を非磁性体で構成したことを特徴としている。
【００１１】
【作用】
本発明では、再液化槽に配置する極低温冷凍機をパルス管冷凍機で構成し、この再液化槽を理化学機器の上面に突出している冷却用液化ガス補給用ネック部に固定しているので、気化ガスの再液化を直接的に行うことができ、冷却用液化ガス槽に返送される再液化ガス経路からの熱侵入を大幅に減少させることができることから再液化された冷却用液化ガスの蒸発を抑制する。
【００１２】
また、再液化ガス返送路が冷却用液化ガス補給用ネック部内に形成されているうえ、パルス管冷凍機及び再液化槽を非磁性体で構成してあることから、再液化ガス返送路で理化学機器の磁束密度を乱すことがなくなり、理化学機器の検出精度を高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図面は本発明の実施例を示し、図１はＳＣＭ−ＮＭＲからの液体窒素を再液化する場合での概略構成図である。
この再液化装置は、気化ガスの発生源となるＳＣＭ−ＮＭＲ（１）と、再液化槽（２）と、ＳＣＭ−ＮＭＲ（１）の冷媒シールドガスである液体窒素の貯蔵槽（３）と再液化槽（２）とを連通する気液移送管（４）と、再液化槽（２）の内部に低温発生部（５）を突入させている極低温冷凍機（６）とで構成してある。
【００１４】
ＳＣＭ−ＮＭＲ（１）は、真空断熱構造に形成したケーシング内に、冷却冷媒である液体ヘリウムの貯蔵槽（７）と前述の冷媒シールドガスである液体窒素の貯蔵槽（３）とが内外に位置する状態で配置してあり、液体ヘリウム貯蔵槽（７）内の液体ヘリウムに超電導マグネット（９）が浸漬させてある。そして、液体ヘリウム貯蔵槽（７）を取り囲む状態に配置した液体窒素貯蔵槽（３）は、外部からの熱が液体ヘリウム貯蔵槽（７）に伝達されることを抑制する熱シールド媒体として作用している。
【００１５】
再液化槽（２）は真空断熱構造に構成してあり、上半部に再液化室（１０）を形成するとともに、この再液化室（１０）の下側に、ＳＣＭ−ＮＭＲ（１）のケーシング上面から突出している液体窒素補給用ネック部（１１）に外嵌する装着部（１２）が形成してある。そして、再液化室（１０）の底壁を貫通する状態で前記気液移送管（４）が配置してあり、この気液移送管（４）は合成樹脂等の電気絶縁材料で形成してあり、その上端部は再液化室（１０）の底壁上面よりも僅かに高い位置に開口しており、再液化室（１０）の底部に形成される液溜めからのオーバーフロー分が気液移送管（４）の内表面を膜状に流下するようにしてある。また、この気液移送管（４）の下端部は再液化槽（２）を液体窒素補給用ネック部（１１）に挿嵌固定した場合に液体窒素貯蔵槽（３）内の気相部分に開口している。
【００１６】
極低温冷凍機（６）は同軸型のパルス管冷凍機で構成してある。この同軸型パルス管冷凍機は、パルス管と蓄冷管とを内外に配置してなるコールドヘッド（１３）と、圧縮機ユニット（１４）と、コールドヘッド（１３）と圧縮機ユニット（１４）とを連通接続するガス通路（１５）に介装した三方弁で形成した流路切換弁（１６）と、バッファ（１７）とからなり、コールドヘッド（１３）の下端部に形成した低温発生部（５）を再液化槽（２）の内部に突入させている。そして、圧縮機ユニット（１４）は、圧縮機（１８）の吐出ポートと流路切換弁（１６）の第１ポートとを接続する高圧ガス供給路（１９）に冷却器（２０）、油分離器（２１）、油吸着器（２２）を直列に配置し、油分離器（２１）と油吸着器（２２）との間の高圧ガス供給路（１９）を流路切換弁（１６）の第２ポートと圧縮機（１８）の吸込ポートとを接続している低圧ガス返送路（２３）に保圧弁（２４）を介して接続して構成してある。
【００１７】
再液化槽（２）の装着部（１２）を液体窒素補給用ネック部（１１）に挿嵌固定した状態で、再液化槽（２）は液体窒素補給用ネック部（１１）に隣接して突出形成されている液体ヘリウム補給用ネック部（２５）にゴム等の振動吸収材製帯体（２６）で拘束してある。
【００１８】
なお、再液化槽（２）の再液化室（１０）での上部には、スチールウール（２７）が充填してあり、このスチールウール（２７）をコールドヘッドが発生させている寒冷雰囲気に曝して冷却することにより、再液化槽（２）内に侵入して来た不純ガスや水分を吸着除去をして、該不純物が液体窒素に混入することを抑制している。
【００１９】
上述の構成からなる再液化装置では、ＳＣＭ−ＮＭＲ（理化学機器）（１）の液体窒素貯蔵槽（３）で気化した窒素ガスは気液移送管（４）の中央部から再液化槽（２）に導出され、この再液化槽（２）内で同軸型パルス管冷凍機（６）の低温発生部（５）からの寒冷で再液化して再液化槽（２）の底部に貯溜し、オーバーフローした再液化ガスが気液移送管（４）の内周壁に沿って流下し、ＳＣＭ−ＮＭＲ（１）の液体窒素貯蔵槽（３）に返送されることになる。この結果、ＳＣＭ−ＮＭＲ（１）での液体窒素の気化消散が抑制されることになる。
【００２０】
しかも、再液化に必要な寒冷は小型かつ無振動のパルス管冷凍機で得ていることから、再液化槽（２）を理化学機器（１）の冷却用液化ガス（液体窒素）補給用ネック部（１１）に装着固定することができるから、再液化後の液化ガスへの入熱が少なくなり、再液化ガスとして冷却用液化ガス槽への返送量の減少を防止できる。
【００２１】
また、再液化槽（２）やパルス管冷凍機（６）を非磁性体で構成していることから、理化学機器（ＳＣＭ−ＮＭＲ）の磁束線を乱すことがない。
【００２２】
上記各実施例では、液化ガスを冷却冷媒として使用している理化学機器としてＳＣＭ−ＮＭＲについて説明したが、他の形式のＮＭＲや電子顕微鏡等、液化ガスの寒冷温度を冷却に利用している機器の冷媒液化ガスの再液化に使用することかできる。また、検出機器等の被冷却物を直接冷却する冷却用液化ガスの再液化にも利用することができる。
【００２３】
さらに、上記各実施例では、極低温冷凍機として同軸型パルス管冷凍機を使用しているが、使用する極低温冷凍機としては蓄冷管とパルス管とが平行に配置されている形式のパルス管であってもよい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明では、再液化槽にパルス管冷凍機を配置し、再液化槽を理化学機器本体の上面に突出している冷却用液化ガス補給用ネック部に挿嵌固定しているので、再液化槽と理化学機器とが直結される状態となることから、気化ガスや再液化ガスの通路を短くすることができ、気化ガスや再液化ガスの流通経路中での入熱影響を受けることがなく、理化学機器での冷却を安定して行うことができ、測定作業を効率よくできる。
【００２５】
また、再液化槽の再液化室と冷却用液化ガス槽とを電気絶縁材料製の気液移送管で連通し、この気液移送管の下端部を冷却用液化ガス槽の気相部に開口させるとともに、気液移送管の上端部を再液化室での底壁面よりも高い位置に開口させているので、再液化したガスは気液移送管の内表面を流下し、気液移送管の中央部は気化ガスの上昇経路となるから、液体と気体とが円滑に入れ替わり、理化学機器に振動を与えることなく、再液化ガスを冷却用液化ガス槽に返送することができる。また、パルス管冷凍機及び再液化槽を非磁性体で構成しているので、パルス管冷凍機や再液化槽が理化学機器の磁束線を乱すことがないから、検出精度を高くすることができる。
【００２６】
さらに、請求項２に記載したように、再液化槽を冷却用液化ガス補給用ネック部に隣接して突出している冷媒用液化ガス補給用ネック部に振動吸収材で拘束するようにした場合には、再液化槽を安定して支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＣＭ−ＮＭＲからの液体窒素を再液化する場合での概略構成図である。
【図２】要部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１…理化学機器、２…再液化槽、３…冷却用液化ガス槽、４…気液移送管、６…極低温冷凍機（パルス管冷凍機）、７…冷媒用液化ガス槽、１０…再液化槽の再液化室、１１…冷却用液化ガス補給用ネック部、２５…冷媒用液化ガス補給用ネック部、２６…振動吸収材。

Claims

冷媒用液化ガス槽（７）と冷却用液化ガス槽（３）とを内外に配置してなる理化学機器（１）の冷却用液化ガス槽（３）と、槽内を極低温冷凍機（６）で冷却している再液化槽（２）とを連通接続してなる冷却用液化ガスの再液化装置において、
再液化槽（２）に配置した極低温冷凍機（６）をパルス管冷凍機で構成するとともに、この再液化槽（２）を理化学機器（１）の上面に突出している冷却用液化ガス補給用ネック部（１１）に固定し、再液化槽（２）の再液化室（１０）と冷却用液化ガス槽（３）とを電気絶縁材料製の気液移送管（４）で連通し、この気液移送管（４）の下端部を冷却用液化ガス槽（３）の気相部に開口させるとともに、気液移送管（４）の上端部を再液化室（１０）での底壁面よりも高い位置に開口させ、パルス管冷凍機（６）及び再液化槽（２）を非磁性体で構成したことを特徴とする理化学機器冷却用液化ガスの再液化装置。
再液化槽（２）を冷却用液化ガス補給用ネック部（１１）に隣接して突出している冷媒用液化ガス補給用ネック部（２５）に振動吸収材（２６）で拘束するようにした請求項１に記載の理化学機器冷却用液化ガスの再液化装置。