JP4940067B2 - 低温液体を移送するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、低温液体のレベル制御装置に関する。

多くの機器および計器は、貯蔵容器において液体窒素または他の液化ガスを利用している。低温液体との熱伝達を通して試料を冷却する精密示差走査熱量計などの場合、試料を正確な温度に保つために液体レベルを正確に維持する必要がある。従来の方法、例えば弁へ接続されるフロートを使用する方法は、レベルを必ずしも十分な精度で維持しない。

本発明の課題は、容器内の低温液体のレベルを高精度に維持する新規な装置を提供することである。本発明の別の課題は、妥当な時間内に、維持されるレベルまで容器を最初に充填する自動始動手順を有するような装置を提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、低温液体を入れた容器と、低温液体の供給量を保留しかつ封止されたカバーを有する圧力タンクと、タンク内の圧力により液体をタンクから容器へ移送するために接続された移送導管とが設けられており、移送導管が、タンクから液体を移送するように接続された移送ラインと、カバーに封入された容器入口セクションと、移送ラインと入口セクションとの間に接続された導管セクションとから成り、導管セクションは、中に排気チャネルを有する導管ハウジングと、該ハウジングを通って延びた液体注入チューブとから成っており、注入チューブが移送ラインから液体を通すように接続されており、導管ハウジングが、移送ラインに近接した排気接続口と、および排気接続口に対向して入口セクションへの開口部とを有しており、入口セクションが、導管セクションから作動レベルのかなり下にある容器中へ下方に延びが円筒形外部そらし板と、外部そらし板との間で環状の空間を形成するように外部そらし板内に同軸的に取り付けられが円筒形内部そらし板と、および内部そらし板に部分的に延びた、注入チューブの注入端部とから成っており、注入チューブが、公称最小作動レベルの下にある出口端部を有しており、外部そらし板が、導管ハウジングを通して容器内の液体レベルの上から排気接続口までガスを排気するように公称最大液体レベルの上の容器内に設けられた１つ以上の排気口を有しており、また内部そらし板が、排気口の下に設けられた上端部と、外部そらし板の排気口の上に設けられた下端部とを有しているので、タンクからの加圧液体が、最小限の物理的および温度的乱れで容器に注入されるようにした。

有利な実施例では、装置は、低レベルの上または下にある液体レベルを検知する、容器内の作動レベルよりも低いレベルに配設される下部検知器からさらに構成されている。制御圧力は、圧力パルスサイクリングの前の始動シーケンスから成っており、始動シーケンスが、始動中に圧力パルスのときよりも急速に容器へ液体を移送するように、液体レベルが低レベルよりも低いときにタンクへ送られる一定の初期圧力からさらに成る。

別の実施例では、装置は、高レベルよりも高い液体レベルを検知するために、容器内の作動レベルよりも高いレベルに配設される上部検知器から成る。始動シーケンスは、制御圧力の印加の終了と、および液体レベルが低レベルに達するときに初期圧力の印加中に開始する、遅延のための圧抜き弁の同時開放とからさらに成る。遅延は、通常液体レベルが作動レベルに接近した初期レベルへ達するように選択され、また始動シーケンスは、遅延後に圧力パルスサイクリングを開始することからさらに成る。

別の態様において装置は、容器内に取り付けられる検知器組立体から構成され、その組立体は、各検知器と、ベースセクションを備えるハウジングと、およびベースセクションへ取り付けられる回路基板とから成る。各検知器は、検知器がベースセクションから容器中へ下方へ延びて、その対応するレベルへ達するように回路基板へ接続されるサポートリード線を有する電子式温度検知器から成る。ハウジングは、容器内で下方へ延びる各検知器用のチューブ状伸長部をさらに備える。各伸長部は、その検知器およびサポートリード線を開放取り囲み、かつその検知器の増分的に下の箇所まで延びる。各伸長部は、底開口部と、および公称最大液体レベルの上に排気穴を有している。これにより液体レベルは、各チューブ状伸長部内を、最小限の物理的および温度的乱れで上昇できる。

前記課題は、低温液体を入れた容器と、低温液体の供給量を保留しかつ封止されたカバーを有する圧力タンクと、タンク内の圧力により液体をタンクから容器へ移送するように接続される移送導管とから構成される低温液体移送装置によっても達成される。移送導管は、タンクから液体を移送するように接続される移送ラインと、カバーに封入される容器入口セクションと、および移送ラインと入口セクションとの間に接続される導管セクションとから成る。導管セクションは、中に排気チャネルを有する導管ハウジングと、およびそのハウジングを通して延びる液体注入チューブとから成る。注入チューブは移送ラインから液体を通すように接続され、導管ハウジングは、移送ラインに近接する排気接続口と、および排気接続口に対向した入口セクションへの開口部とを有する。入口セクションは、導管セクションから作動レベルのかなり下にある容器中へ下方に延びる円筒形外部そらし板と、外部そらし板との間で環状の空間を形成するように外部そらし板内に同軸で取り付けられる円筒形内部そらし板と、および内部そらし板に部分的に延びる、注入チューブの注入端部とから成る。注入チューブは公称最小作動レベルの下にある出口端部を有する。外部そらし板は、導管ハウジングを通して容器内の液体レベルの上から排気接続口までガスを排気するように公称最大液体レベルの上の容器内に設けられる１つ以上の排気口を有する。内部そらし板は、排気口の下に設けられる上端部と、および外部そらし板の排気口の上に設けられる下端部とを有する。それによって、タンクからの加圧液体は、物理的および温度的乱れが最小になるように容器に注入される。

本発明の装置は、液体の一定レベルを維持する必要がある場合に、低温液化ガスのレベルを制御する。ここで使用される用語「液化ガス」とは、低温液体の窒素、酸素、水素およびヘリウムなどの大気温度と大気圧力でガス状である低温液化相の物質を意味する。有利な実施例は、例えば、一対の試料の熱特性を比較するためのＰｅｒｋｉｎ−ＥｌｍｅｒモデルＤＳＣ−７示差走査熱量計（「ＤＳＣ」）のような、試料の低温冷却用液化ガスを組み込んだ熱量計である。本発明は熱量計に関して特に有利であるが、レベルを維持する必要がある低温液化ガスの容器に有用であることは言うまでもない。断熱しているにもかかわらず、そのような液体は、周囲環境からのなんらかの熱放散により蒸発する傾向がある。また冷却されている計器構成部材は、例えば熱量計において、液体の熱蒸発を増加することがある。本発明は、熱蒸発による、および／もしくは表面冷却などを目的とする液体またはその低温蒸発剤の通常の蒸発による液体の固有損失を補充することを指向する。

装置１０の基本構成部材は、計器構成部材１５を冷却する液体窒素１４（または他の液化ガス）用の断熱された容器１２を有している。容器は、側壁１６と、および実質的にこの側壁へ封止されたカバー１８とから形成されている。液体窒素供給量２１の圧力タンク２０は、容器の充填、およびそれへの液体の補充に使用される。導管組立体２２は、タンク内の圧力により液体をタンクから容器へ移送するために、タンクから容器へ接続されている。タンクへのガス圧は、ガスの加圧源から通じる少なくとも１個の圧力調節器と、弁類から成る圧力計量システムを有する圧力手段２４により供給される。圧力ガスは、液体と同一の組成を有すると有利である。液体レベルの上から通じる排気ライン２８内の圧抜き弁２６も、タンク内の圧力を抜くために設ける必要がある。

圧力手段および供給タンク２０への圧力手段の関連接続部材は、汎用の非低温構成部材ら形成される。例えばガス接続ブロック３０は、Ｍａｒｍｏｎクランプなどで保持される迅速脱着式フランジ（図示せず）を使用してタンクの上端へ取り付けられている。ブロックは、導入した３本の管を有する。１本の管３２は、導管組立体２２からタンクの底部近くまで導かれる。別の管は、電磁弁２６を設けた、上端部からの排気ライン２８である。３本目の管は、タンクの上端部への加圧管３４である。この管は、それぞれ電磁弁４０、４２を有する２本の分岐管３６、３８を有しており、各分岐管は、共通管４４を通してガス源４８の主調節器４６へ接続されていると有利である。１本の分岐管３８は、高圧、例えば約０．５６×１０^５パスカル（Ｎ／ｍ２）ゲージ圧（８ｐｓｉｇ）を供給し、また他方の分岐管３６は、低圧、例えば公称０．１１×１０^５〜０．１８×１０^５パスカルゲージ圧（１．５〜２．５ｐｓｉｇ）を供給する。これらは、ＤＳＣにとり適切な圧力である；他の圧力レベルを他の用途用に選択してもよい。これらの弁は、電磁弁のような以下に述べる圧力パルス発生ができるオンオフ形式のものである。適切な大型弁は、コネチカット州ニューブリテンにあるＰｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｉｎｃ．社製のモデルＢ２０１７−Ｓ５８であり、また適切な小型弁は、オハイオ州シンシナチにあるＣｌｉｆｆｏｒｄ社製のモデルＥＴ−３０Ｍ−２４ＶＤＣである。

圧力は、弁のオリフィスサイズにより決められる。高圧分岐管にある弁４２は、比較的大きい弁オリフィスを有しており、調節器４６からの圧力に近い高い圧力、または公称的にその圧力より低い（例えば２０％）圧力を供給する。他の弁４０は、小さい弁オリフィスを有しており、著しい圧力低下を生ぜしめてタンク中に低圧力をもたらす。択一的に、低圧用の別個の調節器を低圧分岐管に設置するか、または別個の調節器を両方の分岐管に設置することができ、両方の弁は圧力低下が最小になるように十分に大きい。また通常は不要であるが、圧力計（図示せず）をタンクへ接続してもよい。

導管組立体２２は、以下の３つの直列セクションから基本的に形成されている。移送ライン５０は、タンクから低温液体２１を移送するように接続される。容器入口セクション５２は、容器のカバー１８に封入され、また液体１４中にまで下に延びている。導管セクション５４は、移送ライン５０と入口セクションとの間に接続されている。タンクからの移送ラインは、フレキシブルな真空断熱管のような汎用の低温形式のものである。セクション間の接続部５６は、供給タンクの容易な分解および交換ができるように迅速脱着式接続具を利用すると有利であるが、接続具の形式は本発明にとり重要ではない。適切な形式の接続具は、はめ輪で円周方向に圧縮されたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＥ）の管中にきつく滑動されるステンレス鋼管から成っている。

容器１２には、容器の液体レベル６０の検知器または検知器の組立体５８は、カバー１８に取り付けられていて、選択された作動液体表面レベル６２を越えて下へ延びている。（一般に実際の液体レベル６０は、選択されたレベル６２と正確に同一ではない）検知器に関連した信号は、有利にはコンピュータである制御器６６へ信号ライン６４を介して送信され、そのコンピュータは、検知器の組立体５８と圧力手段２４との間に作動接続されており、適切な命令を制御ライン６８を通して圧力手段へ送る。コンピュータは、処理装置を有しており、この処理装置は、本適用に専用であってもよく、または例えばケーブル６９を介して関連計器用に使用されるものと同一であってもよい。一般にコンピュータは、入力および出力用に必要なアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）およびディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器７０（適切な増幅器回路を有する）、中央処理装置７２（ＣＰＵ）、およびソフトウエアまたはファームウエアであるシステム制御プログラム７４を有する必要がある。モニタ７６もしくは別の表示装置またはプリンタ、およびキーボードまたはキーパッド７８は、特に関連計器用に利用できる。しかしながら本装置は、操作者の制御が、単に液体の充填の始動および停止、ならびにおよび保守操作だけであるように実質的に自動化される必要がある。また記憶装置８０（ＲＡＭおよびディスク）は、計器用に設けることができ、またこの場合に使用できるが、この機能は、本装置の場合にプログラムに容易に含めることができる。通常の技量を有する者は、ここに説明された圧力シーケンスを適用するために、条件ステートメントおよびクロックステートメントでコンピュータプログラムを容易に組立てることができる。

１個だけの検知器を、一定液体レベルの単純な制御に使用できるが、検知器の組立体５８、好ましくは３つの検知器１４０、１４６、１５３（図２）の組立体が設けられると有利である。この組立体は、容器カバー１８内の開口部８６を覆うようにカバー上に取り付けられたベースセクション８４を備えたハウジング８２を有している。ベースセクションは好都合には方形である。検知器用の配線接続部９０の回路基板８８は、底部のガスケット９２と、および所定位置にネジ込まれるハウジングカバー９６により保持される上端部の圧縮パッド９４との間でベースセクションに取り付けられており、ガスケットおよびパッドは、例えば軟質のシリコンゴムである。パッドは、ハウジングの上部、特に配線出口穴を封止し、また回路基板用に、ある程度の浮き上がりを提供する。

各検知器は好ましくは、従来の低温サーミスターのような電子式温度検知器であり、回路基板に接続されたサポートリード線としても機能するリード線を有するので、各検知器はベースセクションから対応する選択されたレベルまで容器中を下に延びている。検知器は、液体レベルが検知器よりも上にあるかまたは下にあるかだけを判断する。実際の温度は、測定される必要はない。

組立ハウジング８２は、ハウジングベースから容器中に下に延びた３つの管状伸長部９８をさらに備えており、この管状伸張部は、検知器とそのリード線の回りに若干の空間が存在するように、関連した検知器およびそのサポートリード線１００を取り囲んでいる。各伸長部は、ガスケットにより提供される封止部を有するハウジングベース８４中に開いていることができ、また例えば約６ｍｍの内径と底部開口を有する。各伸長部は、その関連検知器の増分的に下の位置、例えば約６〜９ｍｍ下の箇所にまで下に延びている。各伸長部は、公称最大液体レベル１０４の上に設けられる１つ以上（例えば２つの対向する）排気穴１０２を有するので、液体が検知器の回りに容易に上昇および降下できる。（ここで使用される用語「公称最大液体レベル」および「公称最小液体レベル」はそれぞれ、始動前の低レベルを除き、通常の作動中に通常予想される液体の最大および最小レベルを意味する）
導管組立体２２の導管セクション５４（図３）は、蒸発した液体を容器から排気するために中に排気チャネル１０８を有する導管ハウジング１０６から形成されている。このハウジングは、円筒形または方形（または正方形）の断面を有していてもよく、好都合にはカバー１８上の縁部へ載置される。排気チャネルは、入口セクション５２における１つのフランジ付き取付け具１１０と反対側の取付け具１１１との間を通して外部排気管１１２中に延びている。排気管取付け具は、移送ライン５０に近接する端部近くの導管の側壁１１６に設けられた開口部１１４においてチャネル１０８へ接続しており、また導管から都合のよい距離の個所で大気への開口部１１５（図１）を有している。液体注入チューブ１１８、例えば内径１．６ｍｍのフレキシブルなＰＴＦＥ管は、移送ラインから導管を通して容器中に延びている。容器からチャネル１０８を通して排気する低温ガスは、このライン中の低温液体を低温に保つのに役立つ。

導管組立体２２の入口セクション５２は、有利には円筒状の外部そらし板１２０を有しており、この外部そらし板１２０は、カバー接続口内のフランジ付き取付け具１１０から、液体の通常作動レベル６２のかなり下の箇所１２１まで容器中へ下に延びている。外部そらし板は、液体レベル６０の上部から導管ハウジング中にガスを排気するように、公称最大液体レベル１０４よりも上に位置する、周囲に分配された少なくとも１つの、有利には複数の排気穴１２２を有している。

内部そらし板１２４は、外部そらし板との間に例えば２〜４ｍｍ幅の環状空間１２６を形成するように外部そらし板内に同軸的に取り付けられている。内部そらし板は、外部そらし板へ、例えばこれらの構成部材を通してプレス嵌めされた横方向ピン１２８によって取り付けられている。内部そらし板は、排気穴１２２のすぐ下に設けられていて、かつ液体の選択された作動レベル６２にほぼ近接した上端部１３０を有する。内部そらし板の下端部１３２は、外部そらし板の底部１２１より上に公称的に位置している。注入チューブ１１８の注入端部１３４は、チューブ中のベンドから内部そらし板中に部分的に下に延びており、また注入チューブは、公称最小液体作動レベル１３８の下に出口オリフィス１３６を有している。そらし板および注入チューブのこのような配置により、液体は圧力下で、最小限の物理的および温度的乱れでタンクから容器に注入させられる。内部と外部とのそらし板を取り囲む逃散ガスは、注入チューブから流入する液体が予定より早く昇温および蒸発するのを阻止する。入口セクション５２は、計器構成部材に関して実際的な程度まで容器内でセンタリングされている必要がある。レベル制御における残留する乱れの影響は、入口セクション５２と、計器構成部材１５と、容器壁１６（図１）との間に検知器組立体５８をほぼ等しく間隔を置いて位置決めすることによりさらに最小限にされる。

検知器組立体（図２）は、主検知器１４０を少なくとも有しており、この主検知器は、選択された作動レベル６２の上または下にある液体レベルを検知するように配設されている。制御器は、主検知器と圧力手段２４との間に作動接続されており、タンクへの制御圧力を生じるように圧力手段を制御するために働く。液体レベルの維持中、制御圧力は、第１の（小型）弁４０（図１）を開閉することにより、一連の圧力パルスとして供給タンクへ加えられる。第１の一連の圧力パルス１４２（図４）は、液体レベル６０が選択された作動レベル６２の下にあると検知されたときに、この弁により生ぜしめられる。これらの圧力パルスは、液体レベルが作動レベルに達するまで、固有損失を超えて容器への液体流入を維持するためにタンク内の圧力が増大されるような制御圧力パルス高さとパルス周期において供給される。パルス高さ、パルス幅およびパルス周期は、特定の容器条件について選択される。ＤＳＣの場合、圧力パルス高さが０．１４×１０^５パスカル（２ｐｓｉ）、幅が４秒、周期が７秒が適切であることが判明した。

レベル６０が、選択された作動レベル６２へ達するのが検知されると、第１の一連の圧力パルス１４２は終了される。タンクからの連続流出により圧力が低下するまで、タンク内の残留圧力により、容器へ液体が過大に供給され、また液体レベルが上昇し続ける。１つの態様においては、容器内の液体の固有損失によりレベルが選択された作動レベルまで低下するまで圧力の印加を単に一時停止すればよく、その選択された作動レベルは再び検知されてパルスを再起動する。このシーケンスは反復されて、固有の減少を補償して、実際の液体レベルを作動レベルにほぼ維持する。

固有損失が急速過ぎて、レベルの余分な降下を生じることがあるので、有利には制御圧力は、さらに第２の一連の圧力パルス１４４から成っており、この第２の一連の圧力パルスは、液体レベルが作動レベルの上であるのが検知されるときに第１の弁で生ぜしめられる。これらのパルスは、第１の一連の圧力パルスと同一の弁から供給されるが、パルス時間が少なく、例えば幅が３秒、周期が２１秒である。これらのパラメータは、有利には第１の一連の圧力パルスが送られる時間とほぼ同じ長さの時間で、容器内の液体レベルが選択された作動レベルに達するまで、タンク内圧力が減分されるように選択される。ついで第１の一連の圧力パルスが再起動される。このように。第１の一連の圧力パルス１４２および第２の一連の圧力パルス１４４（図４）は、圧力パルスサイクリングとして交互に加えられて、液体レベルが作動レベルにほぼ維持される。パルスは有利には弁によりオン−オフされるが、低速弁を使用する正弦曲線生成手段などによる圧力パルスの印加も役立つ。

代表的な始動状態において、容器内の初期液体レベルは、作動レベルのかなり下にあると思われるか、または容器が空のことさえもある。したがって、始動シーケンスを選択することが望ましい。このために下部検知器１４６（図４）は、容器内の作動レベルよりも低い（例えば約２ｍｍ下の）レベルに配設されて、低レベルの上または下にある液体レベルを検知する。制御器は、さらに下部検知器と圧力手段２４との間に作動接続されていて、圧力パルスサイクリングに先行する幾つかの始動圧力シーケンス（図５）の１つにおいて制御圧力をさらに生じるように圧力手段を制御する。始動圧力シーケンスにより、一定の始動圧力が、液体圧力が低レベルよりも低いときにタンクへ加えられるので、圧力パルスによる場合よりも急速な容器への液体の移送１４８が始動中に生じる。この一定圧力印加は、レベルが下部検知器レベル１５０に達すると終了される。また制御器は、タンク２０上の排気弁２６へライン１５２（図１）により作動接続されていて、圧力印加が終了すると排気弁を開けて高い圧力を急速に逃がし、過大な圧力上昇を減少する。

初期圧力は、圧力パルス用弁と同一の弁４０から加えることができるので、パルス高さに等しい。そのような場合、他の弁４２は必要とされない。しかしながら初期充填が低速し過ぎることがある。したがって、初期圧力は、高い圧力を生じるように第２の（大型）弁４２を使用して、制御圧力パルス高さよりも大きいと有利である。

始動時の高い初期圧力により、作動レベルを大幅に超えるレベル上昇が生じることがある。これを減じるために上部検知器１５３が、作動レベルよりも高い（例えば５ｍｍ高い）レベルで容器内に配設されて、高レベルよりも高い液体レベルが検知されるようになっている。制御器は、上部検知器と圧力手段２４との間にさらに作動接続されていて、特に始動シーケンスにおいて制御圧力をさらに生じるように圧力手段を制御する。始動圧力シーケンスは、さらに液体レベルが下部検知器へ達すると開始される時間遅延Ｔ_１の間（初期圧力の印加中）、タンクへの圧力印加を終了する（レベルが下部検知器へ達すると）ことから成る。時間遅延は、液体レベルが作動レベル６２に近い事前レベル（正確なレベルではない）に達するように選択される。時間遅延は、別の検知で終了するが、実験により、おおよその時間遅延を選択すれば十分である。このケースでは、７５秒という適切な遅延が定められた。排気弁２６は、時間遅延の最後に閉じられる。この遅延後に始動圧力シーケンスは、圧力パルスサイクリングを開始する。

通常のサイクリングは上記の作動の直後に開始できるが、時間遅延後で、かつ通常のサイクリングに入る前に（図５）、圧力の中間段階の印加により、それ以上の過大な圧力上昇を減少できる。第１の中間段階１５４（ケースＡ）は、事前レベルが低レベルよりも低いならば利用され、または第２の中間段階１５６は、事前レベルが高レベルよりも高いならば利用される（ケースＤおよびＥ）。事前レベルが低レベルと高レベルとの間に既にあるならば、圧力パルスサイクリングの中間開始段階１５８が利用される（ケースＢおよびＣ）。

第１の中間段階は、液体レベルが下部レベルへ達するまで大型弁４２からタンクへ加えられる一定の高圧力から成る。この時点で、通常のパルスサイクリングが、小型弁４０を使用して１５８で開始される。

第２の中間段階は、液体レベルが固有の減少により上部レベルに達するまで、両方の弁がタンク内の絶えず減少する圧力で閉じられることから成る。この時点で、通常のパルスサイクリングが、小型弁４０を使用して１５８で開始される。

別の機能は、第２の中間段階で余分の過大充填または遅延される過大充填の場合に望ましい（ケースＥ）。制御器は、液体レベルが上部レベルへ達して開始する別の事前設定期間Ｔ２（例えば３０秒）の終了時に、液体レベルが上部検知器レベル１６０から上にあるままならば、圧抜き弁２６を開くように機能的に接続される。その後に制御器は、固有の減少により液体レベルがその後に上部レベルへ達すると、圧抜き弁を閉じる。ついで通常のパルスサイクリングが開始される。

液体を作動レベルに正確に維持することは、容器および付属構成部材の有効な断熱によりさらに改善される。かくして容器側壁１６（図１）は断熱することが望ましく、またカバー１８は断熱材料から実質的に形成することが望ましい。この絶縁は、気泡ブロックおよび／またはポリマーシートで分離される断熱停滞ガス空間（例えば３つのそのような空間）などの従来の手段または他の好ましい手段により実施できる。組立ハウジング８２（図２）も、断熱材料、好都合にはゼネラルエレクトリック製Ｕｌｔｅｍ^ＴＭプラスチックのような断熱ポリマーから実質的に形成される必要がある。外壁および有利には内壁層は、放射熱の入射を最小にするように、アルミニウム塗料、テープまたは箔などで銀色仕上げする必要がある。

液体レベルは、前記システムにより、約０．５ｍｍの誤差で作動レベルに維持できることが判明した。始動時間は、１２１におけるはじめから空の容器の場合に約３０分である。システムは、容器を始動時に自動的に充填し、また良好な断熱により、５０１におけるタンクからの通常の供給から約２４時間の間、レベルを維持できる。

本発明に従う装置の部分的に縦断面図で示した概略図である。 図１の装置の検知器組立体の縦断面図である。 図１の装置の液体移送構成部材の縦断面図である。 図１の装置で利用される圧力パルスのグラフである。 種々の始動条件での図１の装置内の液体レベルを図示する一連の図形曲線である。

符号の説明

１０ 装置、 １２ 容器、 １４ 液体窒素、 １５ 計器構成部材、 １６ 側壁、 １８ カバー、 ２０ 圧力タンク、 ２１ 液体窒素供給量、 ２２ 導管組立体、 ２４ 圧力手段、 ２６ 圧抜き弁、 ２８ 排気ライン、 ３０ ガス接続ブロック、 ３２ 管、 ３４ 加圧管、 ３６，３８ 分岐管、 ４０，４０ 電磁弁、 ４４ 共通管、 ４６ 調節器、 ４８ ガス源、 ５０ 移送ライン、 ５２ 入口セクション、 ５４ 導管セクション、 ５６ 接続部、 ５８ 組立体、 ６０ 液体レベル、 ６２ レベル、 ６４ 信号ライン、 ６６ 制御器、 ６８ 制御ライン、 ６９ ケーブル、 ７０ 変換器、 ７２ 中央処理装置、 ７４ システム制御プログラム、 ７６ モニタ、 ７８ キーパッド、 ８０ 記憶装置、 ８２ 組立ハウジング、 ８４ ベースセクション、 ８６ 開口部、 ８８ 回路基板、 ９０ 配線接続部、 ９２ ガスケット、 ９４ 圧縮パッド、 ９６ ハウジングカバー、 ９８ 管状伸張部、 １００ サポートリード線、 １０２ 排気穴、 １０４ 最大液体レベル、 １０６ 導管ハウジング、 １０８ 排気チャネル、 １１０ 取付け具、 １１１ 取付け具、 １１２ 外部排気管、 １１４ 開口部、 １１６ 側壁、 １１８ 液体注入チューブ、 １２１ 個所、 １２２ 排気穴、 １２４ 内部そらし板、 １２６ 管状空間、 １２８ 横方向ピン、 １３０ 上端部、 １３４ 注入端部、 １３６ 出口オリフィス、 １３８ 最少液体作動レベル、 １４０ 主検知器、 １４２，１４４ 圧力パルス、 １４６下部検知器、 １４８ 移送、 １５０ 下部検知器レベル、 １５２ ライン １５３ 上部検知器、 １５４，１５６ 中間段階、 １５８ 中間開始段階、 １６０ 上部検知器レベル

Claims (17)

1. 低温液体を移送するための装置であって、
   カバーを有する低温液体を入れた容器と、低温液体の供給量を保持しかつガス接続ブロックを有する圧力タンクと、タンク内の圧力により液体をタンクから容器へ移送するために接続された移送導管とが設けられており、
   該移送導管が、タンクから液体を移送するように接続された移送ラインと、容器のカバーに密着させられた容器入口セクションと、移送ラインと入口セクションとの間に接続された導管セクションとを含み、
   該導管セクションが、中に排気チャネルを有する導管ハウジングと、該ハウジングを通って延びた液体注入チューブとを含み、注入チューブが移送ラインから液体を通すように接続されており、導管ハウジングが、移送ラインに近接した排気接続口と、該排気接続口とは反対側に配置された、入口セクションへの開口部とを有しており、
   入口セクションが、導管セクションから作動レベルよりも下方まで容器中へ下方に延びた円筒形の外部そらし板と、該外部そらし板との間で環状の空間を形成するように外部そらし板内に同軸的に取り付けられた円筒形の内部そらし板と、該内部そらし板内へ部分的に延びた、注入チューブの注入端部とを含み、注入チューブが、公称最小液体レベルよりも下方にある出口端部を有しており、外部そらし板が、導管ハウジングを通して容器内の液体レベルの上から排気接続口までガスを排気するように公称最大液体レベルよりも上方において設けられた１つ以上の排気口を有しており、内部そらし板が、排気口よりも下方に設けられた上端部と、外部そらし板の端部よりも上方に設けられた下端部とを有しているので、タンクからの加圧液体が、容器に注入されるようになっており、
   移送を実施するようにタンク内に圧力を選択的に生じさせる圧力手段が設けられており、選択された作動レベルの上または下にある液体レベルを検知するように配設された主検知器が設けられており、およびタンクへの制御圧力を生じるように圧力手段を制御するために、主検知器と圧力手段との間に接続される制御器が設けられており、制御圧力は、液体レベルが作動レベルに達するまでタンク内の圧力が増大するように、液体レベルが作動レベルより低いときに生じる第１の一連の圧力パルスを含み、これにより固有の減少を補償して、液体レベルが作動レベルにほぼ維持されるようになっていることを特徴とする、低温液体を移送するための装置。
2. 前記制御圧力が、さらに、容器内の液体の固有損失が急速過ぎることによる液体レベルの余分な降下を回避するために、液体レベルが作動レベルに達するまでタンク内の圧力が減少するように、液体レベルが作動レベルより高いときに生じる第２の一連の圧力パルスを含み、第１の一連の圧力パルスと第２の一連の圧力パルスとが、圧力パルスサイクリングとして交互に加えられるようになっている、請求項１の装置。
3. 低レベルの上または下にある液体レベルを検知するために、容器内の作動レベルよりも低いレベルに配設された下部検知器が設けられており、制御器は、制御圧力を生じるように圧力手段を制御するために、下部検知器と圧力手段との間にさらに接続されており、制御圧力が、圧力パルスサイクリングに先行する始動シーケンスを含み、該始動シーケンスが、始動中に圧力パルスのときよりも急速に容器へ液体を移送するように、液体レベルが低レベルよりも低いときにタンクへ送られる一定の初期圧力を含む、請求項２記載の装置。
4. 圧力パルスが制御圧力パルス高さを有しており、また初期圧力が制御圧力パルス高さに等しい、請求項３の装置。
5. 圧力パルスが制御圧力パルス高さを有しており、また初期圧力が制御圧力パルス高さよりも大きい、請求項３の装置。
6. 圧力手段が、加圧ガスを受容する圧力調節器と、初期圧力を選択的に生ぜしめるために調節器とタンクとの間に接続された第１のオンオフ弁と、および調節器とタンクとの間に接続された第２の弁とを含み、該第２の弁が制御圧力パルス高さを生じるために、内部に圧力低下絞り部を有している、請求項５の装置。
7. 作動レベルよりも高い高レベルにおいて容器内に配置された上部検知器が設けられており、該上部検知器が、前記高レベルよりも上方に位置する液体レベルを検出するようになっており、液体よりも上方においてタンク内に配置された常時閉式圧抜き弁が設けられており、制御器が、制御圧力を生じるように圧力手段を制御するために上部検知器と圧力手段との間に接続されておりかつ、始動シーケンスにおいて圧抜き弁を選択的に開くように接続されており、始動シーケンスが、液体レベルが低レベルに達した場合に開始する時間遅延の間だけタンクへのあらゆる圧力の印加を終了し、圧力印加が終了するのと同時に圧抜き弁を開放させることを含んでおり、前記遅延が、液体レベルが作動レベルに近い予備レベルに達するように選択され、始動シーケンスがさらに前記遅延の後に圧力パルスサイクリングを開始することを含む、請求項５記載の装置。
8. 遅延後でかつ圧力パルスサイクリングの前に、始動シーケンスが、初期レベルが低レベルよりも低い場合の第１の中間段階、または初期レベルが高レベルよりも高い場合の第２の中間段階、または初期レベルが低レベルと高レベルとの間にある場合の圧力パルスサイクリングの即時開始段階を含み、
   第１の中間段階が、液体レベルが低レベルに達するまでタンクへ加えられる初期圧力よりも低い一定圧力を含み、
   第２の中間段階が、液体レベルが固有の減少により高レベルに達するまでタンクに圧力を印加することを終了することを含む、請求項７記載の装置。
9. 第２の中間段階に関して、液体レベルの高レベルへの到達で開始する事前設定時間の完了時に液体レベルが高レベルよりも高い場合に圧抜き弁を開き、またその後に液体レベルが固有の減少により高レベルに達するときに圧抜き弁を閉じるように、制御器が接続されている、請求項８記載の装置。
10. 容器内に取り付けられた検知器組立体が設けられており、該検知器組立体が、１つ又は２つ以上の検知器と、ベースセクションを備えたハウジングと、およびベースセクションへ取り付けられた回路基板とを含み、前記１つ又は２つ以上の検知器のそれぞれが、検知器がベースセクションから容器中へ下方へ延びるように回路基板へ接続されるサポートリード線を有する電子式温度検知器から成っており、ハウジングが、さらに、容器内で下方へ延びる各検知器用のチューブ状伸長部を備え、各伸長部が、その検知器およびサポートリード線を取り囲んでおり、かつその検知器の下の箇所まで延びており、また伸長部が、底部開口を有しておりかつ公称最大液体レベルの上に排気穴を有しているので、液体レベルが、各チューブ状伸長部内を上昇できるようになっている、請求項１記載の装置。
11. 前記カバーに検知器組立体のベースセクションが取り付けられている、請求項１０記載の装置。
12. 容器内に取り付けられた検知器組立体が設けられており、該検知器組立体が、３つの検知器と、ベースセクションを備えたハウジングと、ベースセクションへ取り付けられた回路基板とを有しており、前記３つの検知器のそれぞれが、検知器がベースセクションから容器中へ下方へ延びるように回路基板へ接続されたサポートリード線を有する電子式温度検知器から成っており、ハウジングが、さらに容器内で下方へ延びた３つのチューブ状伸長部を備えており、各伸長部が、その関連検知器およびサポートリード線を取り囲んでおり、かつその関連検知器の下の箇所まで延びており、また各伸長部が、底部開口を有しておりかつ公称最大液体レベルの上に排気穴を有しているので、液体レベルが、各チューブ状伸長部内を上昇できるようになっている、請求項１記載の装置。
13. 前記カバーに検知器組立体のベースセクションが取り付けられている、請求項１２記載の装置。
14. 前記カバーに前記容器入口セクションが密着させられている、請求項１記載の装置。
15. 容器が、カバーに封止された側壁を有しており、前記導管セクションが前記移送ラインと前記容器入口セクションとの間に接続されており、さらに、該容器入口セクションと側壁との間に検知器組立体が設けられており、該検知器組立体が、ベースセクションから容器中に下方へ延びた３つの検知器を有している、請求項１４記載の装置。
16. 検知器組立体が、さらにベースセクションを備えるハウジングと、ベースセクションへ取り付けられた回路基板とを有しており、各検知器が、各検知器がベースセクションから容器中へ下方へ延びていて、各レベルへ達するように回路基板へ接続されたサポートリード線を有する電子式温度検知器から成っており、ハウジングが、さらに容器内で下方へ延びた３つのチューブ状伸長部を有しており、各伸長部が、関連検知器およびサポートリード線を取り囲んでおり、かつ関連検知器の下の箇所まで延びており、また各伸長部が、液体レベルの上に排気穴を有しているので、液体レベルが、各チューブ状伸長部内を上昇できるようになっている、請求項１５記載の装置。
17. 容器側壁が断熱されていて、カバーおよびハウジングが断熱材料から形成されている、請求項１６記載の装置。

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