JP4121760B2 - Method and apparatus for freezing water triple-point cell - Google Patents

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JP4121760B2 JP2002078653A JP2002078653A JP4121760B2 JP 4121760 B2 JP4121760 B2 JP 4121760B2 JP 2002078653 A JP2002078653 A JP 2002078653A JP 2002078653 A JP2002078653 A JP 2002078653A JP 4121760 B2 JP4121760 B2 JP 4121760B2
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平 和 明 小
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度計等の温度目盛りを決定する際に必要な水の三重点温度を実現するための水の三重点セルの氷付け方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
水の三重点温度とは、水の固体、液体、気体が共存する温度で、蒸気圧が611Paで実現する。その温度は1990年国際温度目盛(ITS−90)において273.16K(0.01℃)と定義されており、一般に第4図に示すように大洋の水と同じ同位体組成の高純度の水を封入したガラス製のセルの中で実現される。そして、水の三重点温度は、白金抵抗温度計の温度目盛を決定する際に使用される。
【0003】
この図4に示す従来の水の三重点セル1は、筒状で頂部と底部が密閉されたセル容器3を有しており、このセル容器3内には水Wが貯留されている。このセル容器3内の水Wの中には、有底筒状の温度計ウェル5が挿入されて配設されている。
【0004】
このような水の三重点セル1を用いて水の三重点温度を実現するには、まず削氷を用いて水の三重点セルを十分に予冷する。
【0005】
次いで、温度計ウェル5の水気をとり、少量のエタノールを入れ、更にドライアイスの粉末を少量入れる。
【0006】
ドライアイスがなくなったら、また少量のドライアイスを入れる。温度計ウェル5の底部に適量の氷が付くまでこの作業を繰り返す。
【0007】
氷が付いたら、温度計ウェル5内のエタノールをふき取り、今度はドライアイスの粉末を水面まで入れる。
【0008】
ドライアイスが昇華していくので、常に水面までドライアイスがくるように補充する。氷Iが温度計ウェル5全体に均一に付くまでこの作業を繰り返す。
【0009】
このようにして、温度計ウェル5の外周に氷Iを付け、水の三重点Tを実現する。
【0010】
なお、温度計ウェル5に充填する冷却剤としては、ドライアイス以外にも液体窒素を使用することもできる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法にあっては、温度計ウェル5にドライアイスの粉末を装填するのに手間がかかり、氷付けに1時間程度の時間がかかるという問題点があった。
【0012】
また、常温に比べ−80℃とかなり温度の低いドライアイス使用するため、温度計ウェル外周の氷にクラックが入り易く、一様な氷付けが困難であるという問題点もあった。
【0013】
さらに、温度計ウェルの外周に長手方向に一様な厚さで氷付けするのは必ずしも容易ではなく、熟練を必要とするという問題点もあった。
【0014】
本発明は、上記問題点を解決することをその課題とし、冷却剤の充填が容易で、短時間に氷付けができ、かつクラックを生ぜずに一様な氷付けができる水の三重点セルの氷付け方法及び水の三重点セルの氷付け装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の特徴は、
セル容器に貯留された水に温度計ウェルを浸した状態で、前記温度計ウェル内に冷却剤を供給することによって前記温度計ウェルの外周に氷付けを行ない、前記セル容器内の水面に水の固体、液体、気体の三重点を形成させる水の三重点セルの氷付け方法において、
前記冷却剤は、冷凍機で冷却された冷媒であり、
前記冷媒は、前記温度計ウェルに供給されるとともに前記温度計ウェルから吸引され、
前記冷媒の温度計ウェルヘの供給は、前記温度計ウェルに挿入された冷媒供給管によって行われ、
前記冷媒の温度計ウェルからの吸引は、前記温度計ウェルに挿入された冷媒吸引管によって行われ
前記冷媒供給管の開口部と前記冷媒吸引管の開口部とを前記温度計ウェル内の底部に位置させ、前記冷媒供給管から冷媒を供給するとともに前記冷媒吸引管へ冷媒を吸引することによって、前記温度計ウェルを冷却して前記温度計ウェル底部の外周に氷塊を形成し、
前記冷媒吸引管の開口部を、前記温度計ウェルの底部から前記温度計ウェル内の前記セル容器中の水面の高さまで上昇させ、
前記冷媒供給管の開口部を、前記温度計ウェルの底部から前記温度計ウェル内の前記セル容器中の水面の位置まで上昇させて、前記温度計ウェルの底部に形成された氷塊から前記セル容器中の水面の位置まで、前記温度計ウェルの外周に、前記氷塊と同じ厚さの氷付けを行うことにある。
【0016】
本発明の第2の特徴は、
本発明の第1の特徴である水の三重点セルの氷付け方法を実施する装置であって、
水を貯留したセル容器と、
このセル容器内の水に浸された状態で配設された温度計ウェルと、
冷媒を冷却する冷凍機と、
この冷凍機によって冷却された冷媒を前記温度計ウェルに供給しかつ回収する循環ポンプと、
前記循環ポンプの吐出口に接続されるとともにその先端の開口部が前記温度計ウェル内に挿入された、冷却された冷媒を前記温度計ウェル内に供給する冷媒供給管と、
前記循環ポンプの吸込み口に接続されるとともにその先端の開口部が前記温度計ウェル内に挿入された、前記温度計ウェル内の冷媒を吸引す冷媒吸引管と、
を備え、
前記冷媒供給管および前記冷媒吸引管は、
それぞれの前記開口部を前記温度計ウェル内の底部に位置させた後、前記冷媒供給管から冷媒を供給するとともに前記冷媒吸引管で冷媒を吸引することによって前記温度計ウェルを冷却して前記温度計ウェル底部の外周に氷塊を形成し、
前記冷媒吸引管の開口部を、前記温度計ウェルの底部から前記温度計ウェル内の前記セル容器中の水面の高さまで上昇させ、
前記冷媒供給管の開口部を、前記温度計ウェルの底部から前記温度計ウェル内の前記セル容器中の水面の位置まで移動させることにより、前記温度計ウェルの底部に形成された氷塊から前記セル容器中の水面の位置まで、前記温度計ウェルの外周に、前記氷塊と同じ厚さの氷付けを行うことができるように、
前記温度計ウェル内において上下方向に移動可能に配設されていることにある。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図1ないし図3を参照して説明する。
【0018】
図1において、符号11は本発明の一実施の形態である水の三重点セルの氷付け装置を示す。この水の三重点セルの氷付け装置11は、水の三重点セル12を有し、この水の三重点セル12は、セル容器13と温度計ウェル15とを有している。このセル容器13は、その内部に氷付けを行う水を貯留するためのものであって、有底筒状で上端が密閉された構造になされている。このセル容器13の内部には、有底筒状の温度計ウェル15が設けられている。この温度計ウェル15は、その内部に冷媒が供給されてその外周に氷付けを行うためのものであって、セル容器13の軸心に沿って上下方向に配設され、その上端部はセル容器13の上端部を貫通して外部に突出して設けられている。
【0019】
この温度計ウェル15には、温度計ウェル15に冷媒を供給する冷媒供給管17の先端部17aと、温度計ウェル15から冷媒を吸引する冷媒吸引管19の先端部19aとが挿入されている。これら冷媒供給管17と冷媒吸引管19は、温度計ウェル15の上部開口21から挿入されており、それぞれ個別に上下方向に移動可能に配設されている。
【0020】
これら冷媒供給管17及び冷媒吸引管19は、可撓性を有する四フッ化エチレン製のチューブからなる。また、冷媒供給管17及び冷媒吸引管19の他端部には、循環ポンプ23が設けられ、この循環ポンプ23は冷凍機25に装着されている。そして、冷凍機25で冷却された冷媒は、循環ポンプ23によって、冷媒供給管17を通って温度計ウェル15へ供給さる。また、この温度計ウェル15に供給された冷媒は、循環ポンプ23によって冷媒吸引管19を通って回収され、再び冷凍機25で冷却される。なお、冷媒としてはエタノールが用いられている。
【0021】
なお、冷凍機25には、モニタ用温度計27が設けられており、冷凍機25内の冷媒の温度を測定できるようになっている。
【0022】
また、冷媒供給配管17には、バルブ29を介してバイパス配管31が設けられている。このバイパス配管31は、この配管を通って冷凍機25に冷媒を戻すことができるようになっており、バルブ29を調節することによって循環ポンプ23から吐出された冷媒の一部を冷凍機25に戻し、温度計ウェル15に供給する冷媒の量を調整できるようになっている。
【0023】
このような構成の水の三重点セルの氷付け装置11において、冷凍機25を−50℃に設定して循環ポンプ23を作動させると、循環ポンプ23の吐出口から冷却されたエタノールが吐出され、このエタノールは冷媒供給管17を通って温度計ウェル15に供給される。通常、この温度計ウェル15におけるエタノールの温度は、−20℃から−60℃である。そして、このエタノールは、温度計ウェル15の管壁を介してセル容器13内の水を冷却し、温度計ウェル15の外周に氷付けが行われる。その後、このエタノールは、冷媒吸引管19を介して循環ポンプ23に吸引され、循環ポンプ23の吸込み口に吸い込まれて回収される。このようにして、冷却されたエタノールが温度計ウェル15内を通って循環することによって、その外周に氷付けが行われる。
【0024】
このように、この水の三重点セルの氷付け装置11にあっては、温度計ウェル15内を冷却されたエタノールが循環するようになっているから、ドライアイス等の粉末を用いた場合と比較して温度計ウェル15の内壁に対する接触を良好に保つことができる。従って、管壁を介しての熱伝導を効率よく行うことができ、氷付けを短時間で行うことができる。また、冷凍機25を用いてエタノールの温度を適宜設定することができ、温度計ウェル15に供給されるエタノールの温度を−20℃から−60℃に設定できるから、極低温のドライアイスや液体窒素を使用する場合に比べて、比較的常温に近い温度で冷却でき、従って氷にクラックが生じるのを防止することができる。
【0025】
次に、この水の三重点セルの氷付け装置11を用いて、実際に氷付けを行う方法について図2中(a)から(d)を参照して説明する。
【0026】
まず、十分に予冷した水の三重点セル12の温度計ウェル15に、四フッ化エチレン製の冷媒供給管17と冷媒吸引管19を挿入し、それぞれの先端部17a、19aの開口部17b、19bを底まで挿入する。そして、エタノールを循環させ、図2(a)に示すように温度計ウェル15の底部15aに適量の氷1を氷付けする。
【0027】
次に、図2(b)に示すように、冷媒供給管17の開口部17bを温度計ウェル15の底部15aに固定したまま、冷媒吸引管19の開口部19bをセル容器13中の水面S近くに位置せしめる。すると、冷却されたエタノールは、冷媒供給管17の開口部17bから温度計ウェル15内に供給され、温度計ウェル15内を上昇して、冷媒吸引管19の開口部19bから吸引される。エタノールは、温度計ウェル15内を上昇する過程で温度計ウェル15を冷却しながらその外周に氷付けを行い、自らは徐々に温度が上昇する。従って、図2(b)に示すように、温度計ウェル15外周には、底部15aから水面Sに向かうにしたがい徐々に薄くなるように氷付けが行われる。
【0028】
次いで、図2(c)に示すように、氷を均一な厚さにするために、冷媒供給管17の開口部17bを、氷の付き具合を見ながら徐々に上方に移動させる。このようにすることによって、冷媒供給管17の開口部17bから吐出される未だ温度が上昇していない比較的低温の冷媒によって、既に形成されている氷の上にさらに氷付けを行う。氷は冷媒供給管17の開口部17bよりやや先の部分に付く傾向があるので、先端部17aの開口部17bの位置を調整しながら氷付けを行うと、比較的容易に氷を付けることができる。ただし、先端部17aの開口部17bを上に移動させるに従い水面が凍りついてくるので、その都度解かす必要がある。
【0029】
このようにして、図2(d)に示すように、温度計ウェル15の外周に、その底部15aから水面Sに至る厚さの均一な氷Iの氷付けを行うことができる。実際には、およそ10分間という比較的短い時間で実用的な量の氷を付けることができる。そして、水Wと氷Iと水蒸気Vとの間に水の三重点Tが形成される。
【0030】
以上説明したように、この水の三重点セルの氷付け装置11を使用した氷付け方法にあっては、温度計ウェル15内を冷却されたエタノールが循環するようにしているから、ドライアイス等の粉末を用いた場合と比較して温度計ウェル15の内壁に対する接触が良く、従って、管壁を介しての熱伝導を効率よく行うことができ、氷付けに要する時間を短縮することができる。また、冷凍機25によってエタノールの温度を適宜設定することができるから、極低温のドライアイスや液体窒素を使用する場合に比べて、比較的常温に近い温度で冷却でき、従って氷にクラックが生じるのを防止することができる。
【0031】
さらに、この方法にあっては、冷媒供給管17の開口部17bや、冷媒吸引管19の開口部19bをそれぞれ上下方向に移動することができるから、温度計ウェル15外周の氷の厚さを、これら開口部17b,19bを適宜移動させることよって調整することができる。従って、上下方向に均一な厚さの氷付けを容易に行うことができる。さらに、供給管の先端部の位置を変えることで任意の場所に氷を付けることができることから、氷付け作業の融通性を向上させることができる。
【0032】
なお、この作業の注意点として、前述したように先端部17aの開口部17bを上に移動させていくと短時間で水面が凍り付いてしまう場合があり、このような場合はこれを解かす必要がある。これは、そのまま放っておくと、セル内にかかる圧力によりセルが破損する可能性がないとはいえないからである。しかし、前述したように比較的高い温度で氷を付けを行うため、氷にクラックが入りにくく、従来のドライアイスの粉末で氷付けを行う方法よりも作業手順が少なく、時間も掛からず、かなり負担が軽減されるという効果がある。
【0033】
図3は、実際に同じセルを用いて本システムで氷付けしたときの三重点温度と、従来のドライアイスで氷付けしたときの三重点温度とを、標準三重点セルの三重点温度に対する温度差でそれぞれ比較したものである。図は氷付け直後からの4日間における標準三重点セルとの温度差を示している。
【0034】
通常、氷を付けた直後は三重点温度より低い温度を示し、時間とともに安定してくると言われている。
【0035】
今回の結果でも、氷を付けた直後は温度が低くなっているようにみえるが、時間経過に従いほぼ同じ温度になっている。また、ここに掲載した以外の実験データにおいても若干の程度の差はあるが、同様な結果が得られている。さらに、図3で見ると、氷の付け方の違いにより温度差があるように見えるが、この程度の差は実際には無視できる範囲であり問題はない。
【0036】
なお、上記実施の形態においては、冷媒供給管17及び冷媒吸引管19は四フッ化エチレンからなるが、これに限る必要はなく、低温において可撓性を有するものであれば他の材質でもよい。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の水の三重点セルの氷付け方法にあっては、セル容器に貯留された水に温度計ウェルを浸した状態で、温度計ウェル内に冷却剤を供給することによって、温度計ウェルの外周に氷付けを行ない、セル容器内の水面に水の固体、液体、気体の三重点を形成させる水の三重点セルの氷付け方法において、冷却剤を冷凍機で冷却された冷媒としており、また、本発明の水の三重点セルの氷付け装置にあっては、水を貯留したセル容器と、このセル容器内の水に浸された温度計ウェルと、冷媒を冷却する冷凍機と、この冷凍機に接続され、冷媒を循環させる循環ポンプと、一端部が温度計ウェル内に挿入され、他端部に循環ポンプが接続され、冷凍機によって冷却された冷媒を温度計ウェル内に供給する冷媒供給管と、一端部が温度計ウェル内に挿入され、他端部に循環ポンプが接続され、温度計ウェル内の冷媒を吸引して冷凍機に戻す冷媒吸引管とを備え、冷凍機で冷却された冷媒を温度計ウェル内を通って循環させ、温度計ウェルを冷却することによって、温度計ウェル外周に氷付けを行うようにしているから、冷却剤の充填が容易で、短時間に氷付けができ、かつクラックを生ぜずに一様な氷付けを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態である水の三重点セルの氷付け装置を示す概略構成図。
【図2】 図1に示す水の三重点セルの氷付け装置を使用して氷付けを行う方法を示す図であって、(a)は温度計ウェル底部に氷付けを行った状態示す図、(b)は、冷媒吸引管を上昇させて氷付けを行った状態を示す図、(c)は、冷媒供給管を温度計ウェルの中間部まで上昇させたときの氷付け状態を示す図、(d)は、冷媒供給管を水面位置まで上昇させたときの氷付け状態を示す図。
【図3】 本発明の水の三重点セルの氷付け装置で氷付けをした場合と、従来の三重点セルで氷付けした場合の三重点温度を比較した図。
【図4】 従来の水の三重点セルを示す概略縦断面図。
【符号の説明】
11 水の三重点セルの氷付け装置
12 水の三重点セル
13 セル容器
15 温度計ウェル
15a 底部
17 冷媒供給管
17a 先端部
17b 開口部
19 冷媒吸引管
19a 先端部
19b 開口部
23 循環ポンプ
25 冷凍機
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for icing a triple point cell of water for realizing a triple point temperature of water necessary for determining a temperature scale such as a thermometer.
[0002]
[Prior art]
The triple point temperature of water is a temperature at which a solid, liquid and gas of water coexist, and is realized at a vapor pressure of 611 Pa. The temperature is defined as 273.16K (0.01 ° C) in the 1990 International Temperature Scale (ITS-90), and generally high-purity water having the same isotopic composition as ocean water as shown in FIG. It is realized in a glass cell in which is encapsulated. And the triple point temperature of water is used when determining the temperature scale of a platinum resistance thermometer.
[0003]
A conventional water triple point cell 1 shown in FIG. 4 has a cell container 3 which is cylindrical and has a top and a bottom sealed. Water W is stored in the cell container 3. In the water W in the cell container 3, a bottomed cylindrical thermometer well 5 is inserted and disposed.
[0004]
In order to realize the triple point temperature of water using such a triple point cell 1 of water, first, the triple point cell of water is sufficiently pre-cooled using ice shave.
[0005]
Next, the thermometer well 5 is drained, a small amount of ethanol is added, and a small amount of dry ice powder is added.
[0006]
When dry ice runs out, add a small amount of dry ice. This operation is repeated until an appropriate amount of ice is attached to the bottom of the thermometer well 5.
[0007]
When the ice is attached, wipe off the ethanol in the thermometer well 5, and this time put dry ice powder to the surface of the water.
[0008]
As dry ice sublimates, it is always replenished so that dry ice comes to the surface. This operation is repeated until the ice I uniformly adheres to the entire thermometer well 5.
[0009]
In this way, ice I is attached to the outer periphery of the thermometer well 5 to realize a triple point T of water.
[0010]
In addition, as a coolant filled in the thermometer well 5, liquid nitrogen can also be used in addition to dry ice.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above method has a problem that it takes time to load the thermometer well 5 with dry ice powder, and it takes about 1 hour to freeze the ice.
[0012]
Further, since dry ice having a temperature as low as −80 ° C. compared to normal temperature is used, there is a problem that the ice on the outer periphery of the thermometer well is easily cracked and uniform ice attachment is difficult.
[0013]
Further, it is not always easy to ice the outer circumference of the thermometer well with a uniform thickness in the longitudinal direction, and there is a problem that skill is required.
[0014]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and is a triple-point water cell that can be easily charged with a coolant, can be iced in a short time, and can be uniformly iced without causing cracks. An object of the present invention is to provide a method for freezing ice and a freezing device for a triple-point cell of water.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The first feature of the present invention is:
In a state where the thermometer well is immersed in the water stored in the cell container, ice is applied to the outer periphery of the thermometer well by supplying a coolant into the thermometer well, and water is applied to the water surface in the cell container. In the method of icing a triple point cell of water to form a solid, liquid, gas triple point,
The coolant, Ri refrigerant der cooled in the refrigerator,
The refrigerant is supplied to the thermometer well and sucked from the thermometer well,
Supply of the refrigerant to the thermometer well is performed by a refrigerant supply pipe inserted into the thermometer well,
The suction of the refrigerant from the thermometer well is performed by a refrigerant suction pipe inserted into the thermometer well ,
By positioning the opening of the refrigerant supply pipe and the opening of the refrigerant suction pipe at the bottom of the thermometer well, supplying the refrigerant from the refrigerant supply pipe and sucking the refrigerant into the refrigerant suction pipe, Cooling the thermometer well to form an ice mass on the outer periphery of the bottom of the thermometer well,
Raising the opening of the refrigerant suction tube from the bottom of the thermometer well to the level of the water surface in the cell container in the thermometer well;
An opening of the refrigerant supply pipe is raised from the bottom of the thermometer well to the position of the water surface in the cell container in the thermometer well, and from the ice block formed at the bottom of the thermometer well, the cell container The purpose is to apply ice with the same thickness as the ice block to the outer periphery of the thermometer well to the position of the water surface inside.
[0016]
The second feature of the present invention is that
An apparatus for carrying out the method of icing a triple-point water cell, which is the first feature of the present invention,
A cell container storing water;
A thermometer well arranged in a state immersed in water in the cell container;
A refrigerator that cools the refrigerant;
A circulation pump for supplying and recovering the refrigerant cooled by the refrigerator to the thermometer well;
A refrigerant supply pipe connected to the discharge port of the circulation pump and having an opening at the tip thereof inserted into the thermometer well, and supplying a cooled refrigerant into the thermometer well;
A refrigerant suction pipe the opening of the tip is connected to the suction port of the circulating pump is inserted into the thermometer in the well, it sucks the refrigerant of the thermometer in the well,
With
The refrigerant supply pipe and the refrigerant suction pipe are:
After each opening is positioned at the bottom of the thermometer well, the thermometer well is cooled by supplying the refrigerant from the refrigerant supply pipe and sucking the refrigerant through the refrigerant suction pipe. An ice block is formed on the outer circumference of the bottom of the total well,
Raising the opening of the refrigerant suction tube from the bottom of the thermometer well to the level of the water surface in the cell container in the thermometer well;
By moving the opening of the refrigerant supply pipe from the bottom of the thermometer well to the position of the water surface in the cell container in the thermometer well, the cell is removed from the ice block formed at the bottom of the thermometer well. To the position of the water surface in the container, so that the ice of the same thickness as the ice block can be applied to the outer periphery of the thermometer well,
In that it has been disposed to be movable in the vertical direction in the thermometer in the well.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0018]
In FIG. 1, the code | symbol 11 shows the freezing apparatus of the triple point cell of water which is one embodiment of this invention. The water triple point cell freezing device 11 includes a water triple point cell 12, and the water triple point cell 12 includes a cell container 13 and a thermometer well 15. The cell container 13 is for storing water for freezing inside thereof, and has a bottomed cylindrical shape with a sealed upper end. Inside the cell container 13, a bottomed tubular thermometer well 15 is provided. The thermometer well 15 is for supplying a refrigerant to the inside thereof and icing the outer periphery thereof. The thermometer well 15 is arranged in the vertical direction along the axis of the cell container 13, and the upper end of the thermometer well 15 is a cell. The upper end of the container 13 is provided so as to protrude outside.
[0019]
Inserted into the thermometer well 15 are a distal end portion 17 a of a refrigerant supply pipe 17 that supplies the refrigerant to the thermometer well 15 and a distal end portion 19 a of a refrigerant suction pipe 19 that sucks the refrigerant from the thermometer well 15. . The refrigerant supply pipe 17 and the refrigerant suction pipe 19 are inserted from the upper opening 21 of the thermometer well 15, and are individually arranged to be movable in the vertical direction.
[0020]
The refrigerant supply pipe 17 and the refrigerant suction pipe 19 are made of a flexible tube made of ethylene tetrafluoride. A circulation pump 23 is provided at the other end of the refrigerant supply pipe 17 and the refrigerant suction pipe 19, and the circulation pump 23 is attached to the refrigerator 25. The refrigerant cooled by the refrigerator 25 is supplied to the thermometer well 15 through the refrigerant supply pipe 17 by the circulation pump 23. The refrigerant supplied to the thermometer well 15 is collected by the circulation pump 23 through the refrigerant suction pipe 19 and cooled again by the refrigerator 25. Note that ethanol is used as the refrigerant.
[0021]
The refrigerator 25 is provided with a monitor thermometer 27 so that the temperature of the refrigerant in the refrigerator 25 can be measured.
[0022]
The refrigerant supply pipe 17 is provided with a bypass pipe 31 via a valve 29. The bypass pipe 31 can return the refrigerant to the refrigerator 25 through the pipe. By adjusting the valve 29, a part of the refrigerant discharged from the circulation pump 23 is transferred to the refrigerator 25. Returning, the amount of the refrigerant supplied to the thermometer well 15 can be adjusted.
[0023]
In the icing device 11 of the triple-point cell of water having such a configuration, when the refrigerator 25 is set to −50 ° C. and the circulation pump 23 is operated, the cooled ethanol is discharged from the discharge port of the circulation pump 23. The ethanol is supplied to the thermometer well 15 through the refrigerant supply pipe 17. Usually, the temperature of ethanol in the thermometer well 15 is -20 ° C to -60 ° C. This ethanol cools the water in the cell container 13 through the tube wall of the thermometer well 15, and ice is applied to the outer periphery of the thermometer well 15. Thereafter, the ethanol is sucked into the circulation pump 23 through the refrigerant suction pipe 19 and is sucked into the suction port of the circulation pump 23 and collected. In this manner, the cooled ethanol is circulated through the thermometer well 15 so that the outer periphery thereof is iced.
[0024]
As described above, in the ice attaching device 11 for the triple-point cell of water, the cooled ethanol circulates in the thermometer well 15, so that the case where powder such as dry ice is used is used. In comparison, the contact with the inner wall of the thermometer well 15 can be kept good. Therefore, heat conduction through the tube wall can be performed efficiently, and icing can be performed in a short time. Moreover, since the temperature of ethanol can be appropriately set using the refrigerator 25 and the temperature of ethanol supplied to the thermometer well 15 can be set from -20 ° C to -60 ° C, extremely low temperature dry ice or liquid Compared with the case of using nitrogen, it can be cooled at a temperature relatively close to room temperature, and therefore, it is possible to prevent the ice from cracking.
[0025]
Next, with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (d), a method of actually icing using the water icing device 11 for the triple-point cell of water will be described.
[0026]
First, a refrigerant supply pipe 17 and a refrigerant suction pipe 19 made of ethylene tetrafluoride are inserted into the thermometer well 15 of the triple-point cell 12 of sufficiently pre-cooled water, and the openings 17b of the respective leading end portions 17a and 19a, 19b is inserted to the bottom. Then, ethanol is circulated, and an appropriate amount of ice 1 is applied to the bottom 15a of the thermometer well 15 as shown in FIG.
[0027]
Next, as shown in FIG. 2B, the opening 19 b of the refrigerant suction pipe 19 is connected to the water surface S in the cell container 13 while the opening 17 b of the refrigerant supply pipe 17 is fixed to the bottom 15 a of the thermometer well 15. Position it close. Then, the cooled ethanol is supplied into the thermometer well 15 from the opening 17 b of the refrigerant supply pipe 17, rises in the thermometer well 15, and is sucked from the opening 19 b of the refrigerant suction pipe 19. In the course of rising in the thermometer well 15, ethanol freezes the outer periphery of the thermometer well 15 while the temperature rises gradually. Therefore, as shown in FIG. 2 (b), the outer periphery of the thermometer well 15 is iced so that it gradually becomes thinner from the bottom 15a toward the water surface S.
[0028]
Next, as shown in FIG. 2C, the opening 17b of the refrigerant supply pipe 17 is gradually moved upward while observing the degree of ice in order to make the ice uniform. By doing in this way, ice is further applied on the already formed ice by the relatively low-temperature refrigerant discharged from the opening 17b of the refrigerant supply pipe 17 and whose temperature has not yet risen. Since ice tends to stick to a portion slightly ahead of the opening 17b of the refrigerant supply pipe 17, if ice is applied while adjusting the position of the opening 17b of the tip 17a, ice can be attached relatively easily. it can. However, since the water surface freezes as the opening 17b of the tip 17a is moved upward, it must be solved each time.
[0029]
In this way, as shown in FIG. 2 (d), the ice I having a uniform thickness from the bottom 15 a to the water surface S can be applied to the outer periphery of the thermometer well 15. In practice, a practical amount of ice can be applied in a relatively short time of approximately 10 minutes. A triple point T of water is formed between the water W, the ice I, and the water vapor V.
[0030]
As described above, in the ice attaching method using the ice attaching device 11 of the triple-point cell for water, since the cooled ethanol is circulated in the thermometer well 15, dry ice or the like is used. Compared with the case of using the powder of this, the contact with the inner wall of the thermometer well 15 is good, so that heat conduction through the tube wall can be efficiently performed, and the time required for icing can be shortened. . Moreover, since the temperature of ethanol can be appropriately set by the refrigerator 25, it can be cooled at a temperature relatively close to room temperature as compared with the case of using extremely low temperature dry ice or liquid nitrogen, and thus cracks occur in the ice. Can be prevented.
[0031]
Furthermore, in this method, since the opening 17b of the refrigerant supply pipe 17 and the opening 19b of the refrigerant suction pipe 19 can be moved in the vertical direction, the thickness of the ice around the thermometer well 15 is reduced. These openings 17b and 19b can be adjusted by appropriately moving them. Therefore, ice with a uniform thickness in the vertical direction can be easily performed. Furthermore, since ice can be attached to an arbitrary place by changing the position of the tip of the supply pipe, the flexibility of the ice attaching operation can be improved.
[0032]
As a precaution for this work, as described above, the water surface may freeze in a short time if the opening 17b of the tip 17a is moved upward. In such a case, it is necessary to solve this. There is. This is because if left as it is, it cannot be said that there is no possibility that the cell is damaged by the pressure applied in the cell. However, as described above, since ice is applied at a relatively high temperature, the ice is not easily cracked, and there are fewer work procedures than conventional methods of applying ice with dry ice powder. There is an effect that the burden is reduced.
[0033]
FIG. 3 shows the triple point temperature when iced with this system using the same cell and the triple point temperature when iced with conventional dry ice with respect to the triple point temperature of a standard triple point cell. Each is compared by difference. The figure shows the temperature difference from the standard triple point cell for 4 days immediately after icing.
[0034]
Usually, it is said that immediately after applying ice, it shows a temperature lower than the triple point temperature and becomes stable with time.
[0035]
Even in this result, the temperature seems to be low immediately after the ice is attached, but it is almost the same temperature as time passes. In addition, similar results are obtained in the experimental data other than those listed here, although there is a slight difference. Furthermore, when it sees in FIG. 3, although it seems that there exists a temperature difference by the difference in how to attach ice, this difference of this grade is a range which can be disregarded actually and is satisfactory.
[0036]
In the above-described embodiment, the refrigerant supply pipe 17 and the refrigerant suction pipe 19 are made of tetrafluoroethylene. However, the present invention is not limited to this, and other materials may be used as long as they have flexibility at low temperatures. .
[0037]
【The invention's effect】
As described above, in the method of icing a water triple point cell of the present invention, the coolant is supplied into the thermometer well while the thermometer well is immersed in the water stored in the cell container. In this method of icing a triple-point water cell in which the outer circumference of the thermometer well is iced to form a triple point of water solid, liquid and gas on the water surface in the cell container, In the iced apparatus for water triple point cell according to the present invention, a cooled water refrigerant, a cell container storing water, a thermometer well immersed in the water in the cell container, a refrigerant A refrigerant that is connected to the refrigerator and circulates the refrigerant, and one end of which is inserted into the thermometer well and the other end is connected to the circulation pump and is cooled by the refrigerator A refrigerant supply pipe for supplying the liquid into the thermometer well And a circulation pump connected to the other end of the thermometer well, and a refrigerant suction pipe for sucking the refrigerant in the thermometer well and returning it to the refrigerator. By circulating through the measuring well and cooling the thermometer well, the outer periphery of the thermometer well is iced, so it is easy to fill the coolant, can be iced in a short time, and Uniform ice can be applied without causing cracks.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a water triple point cell icing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a method of icing using the water triple point cell icing device shown in FIG. 1, wherein (a) is a diagram showing a state in which icing is performed on the bottom of a thermometer well; (B) is a figure which shows the state which raised the refrigerant | coolant suction pipe | tube and performed ice attachment, (c) is a figure which shows the icing state when a refrigerant | coolant supply pipe | tube is raised to the intermediate part of a thermometer well. (D) is a figure which shows the icing state when raising a refrigerant | coolant supply pipe | tube to a water surface position.
FIG. 3 is a diagram comparing the triple point temperature when icing is performed using the water triple point cell icing apparatus of the present invention and when the conventional triple point cell is iced.
FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view showing a conventional triple point cell for water.
[Explanation of symbols]
11 Water triple point cell freezing device 12 Water triple point cell 13 Cell container 15 Thermometer well 15a Bottom part 17 Refrigerant supply pipe 17a Tip part 17b Opening part 19 Refrigerant suction pipe 19a Tip part 19b Opening part 23 Circulation pump 25 Refrigeration Machine

Claims (2)

セル容器に貯留された水に温度計ウェルを浸した状態で、前記温度計ウェル内に冷却剤を供給することによって前記温度計ウェルの外周に氷付けを行ない、前記セル容器内の水面に水の固体、液体、気体の三重点を形成させる水の三重点セルの氷付け方法において、
前記冷却剤は、冷凍機で冷却された冷媒であり、
前記冷媒は、前記温度計ウェルに供給されるとともに前記温度計ウェルから吸引され、
前記冷媒の温度計ウェルヘの供給は、前記温度計ウェルに挿入された冷媒供給管によって行われ、
前記冷媒の温度計ウェルからの吸引は、前記温度計ウェルに挿入された冷媒吸引管によって行われ
前記冷媒供給管の開口部と前記冷媒吸引管の開口部とを前記温度計ウェル内の底部に位置させ、前記冷媒供給管から冷媒を供給するとともに前記冷媒吸引管へ冷媒を吸引することによって、前記温度計ウェルを冷却して前記温度計ウェル底部の外周に氷塊を形成し、
前記冷媒吸引管の開口部を、前記温度計ウェルの底部から前記温度計ウェル内の前記セル容器中の水面の高さまで上昇させ、
前記冷媒供給管の開口部を、前記温度計ウェルの底部から前記温度計ウェル内の前記セル容器中の水面の位置まで上昇させて、前記温度計ウェルの底部に形成された氷塊から前記セル容器中の水面の位置まで、前記温度計ウェルの外周に、前記氷塊と同じ厚さの氷付けを行うことを特徴とする水の三重点セルの氷付け方法。
In a state where the thermometer well is immersed in the water stored in the cell container, ice is applied to the outer periphery of the thermometer well by supplying a coolant into the thermometer well, and water is applied to the water surface in the cell container. In the method of icing a triple point cell of water to form a solid, liquid, gas triple point,
The coolant, Ri refrigerant der cooled in the refrigerator,
The refrigerant is supplied to the thermometer well and sucked from the thermometer well,
Supply of the refrigerant to the thermometer well is performed by a refrigerant supply pipe inserted into the thermometer well,
The suction of the refrigerant from the thermometer well is performed by a refrigerant suction pipe inserted into the thermometer well ,
By positioning the opening of the refrigerant supply pipe and the opening of the refrigerant suction pipe at the bottom of the thermometer well, supplying the refrigerant from the refrigerant supply pipe and sucking the refrigerant into the refrigerant suction pipe, Cooling the thermometer well to form an ice mass on the outer periphery of the bottom of the thermometer well,
Raising the opening of the refrigerant suction tube from the bottom of the thermometer well to the level of the water surface in the cell container in the thermometer well;
From the bottom of the thermometer well to the position of the water surface in the cell container in the thermometer well, the opening of the refrigerant supply pipe is raised to the cell container from the ice block formed at the bottom of the thermometer well until the water surface position in the the outer periphery of the thermometer well, ice with a method of the triple point cell water you and performing ice with the same thickness as the ice blocks.
請求項1に記載された水の三重点セルの氷付け方法を実施する装置であって、
水を貯留したセル容器と、
このセル容器内の水に浸された状態で配設された温度計ウェルと、
冷媒を冷却する冷凍機と、
この冷凍機によって冷却された冷媒を前記温度計ウェルに供給しかつ回収する循環ポンプと、
前記循環ポンプの吐出口に接続されるとともにその先端の開口部が前記温度計ウェル内に挿入された、冷却された冷媒を前記温度計ウェル内に供給する冷媒供給管と、
前記循環ポンプの吸込み口に接続されるとともにその先端の開口部が前記温度計ウェル内に挿入された、前記温度計ウェル内の冷媒を吸引す冷媒吸引管と、
を備え、
前記冷媒供給管および前記冷媒吸引管は、
それぞれの前記開口部を前記温度計ウェル内の底部に位置させた後、前記冷媒供給管から冷媒を供給するとともに前記冷媒吸引管で冷媒を吸引することによって前記温度計ウェルを冷却して前記温度計ウェル底部の外周に氷塊を形成し、
前記冷媒吸引管の開口部を、前記温度計ウェルの底部から前記温度計ウェル内の前記セル容器中の水面の高さまで上昇させ、
前記冷媒供給管の開口部を、前記温度計ウェルの底部から前記温度計ウェル内の前記セル容器中の水面の位置まで移動させることにより、前記温度計ウェルの底部に形成された氷塊から前記セル容器中の水面の位置まで、前記温度計ウェルの外周に、前記氷塊と同じ厚さの氷付けを行うことができるように、
前記温度計ウェル内において上下方向に移動可能に配設されている
ことを特徴とする水の三重点セルの氷付け装置。
An apparatus for carrying out the method of icing a triple-point cell of water according to claim 1,
A cell container storing water;
A thermometer well arranged in a state immersed in water in the cell container;
A refrigerator that cools the refrigerant;
A circulation pump for supplying and recovering the refrigerant cooled by the refrigerator to the thermometer well;
A refrigerant supply pipe connected to the discharge port of the circulation pump and having an opening at the tip thereof inserted into the thermometer well, and supplying a cooled refrigerant into the thermometer well;
A refrigerant suction pipe the opening of the tip is connected to the suction port of the circulating pump is inserted into the thermometer in the well, it sucks the refrigerant of the thermometer in the well,
With
The refrigerant supply pipe and the refrigerant suction pipe are:
After each opening is positioned at the bottom of the thermometer well, the thermometer well is cooled by supplying the refrigerant from the refrigerant supply pipe and sucking the refrigerant through the refrigerant suction pipe. An ice block is formed on the outer circumference of the bottom of the total well,
Raising the opening of the refrigerant suction tube from the bottom of the thermometer well to the level of the water surface in the cell container in the thermometer well;
By moving the opening of the refrigerant supply pipe from the bottom of the thermometer well to the position of the water surface in the cell container in the thermometer well, the cell is removed from the ice block formed at the bottom of the thermometer well. To the position of the water surface in the container, so that the ice of the same thickness as the ice block can be applied to the outer periphery of the thermometer well,
An apparatus for icing a triple-point cell of water , wherein the apparatus is movably arranged in the vertical direction in the thermometer well .
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