JPH02159076A - クライオスタットおよびその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、断熱容器内を極低温状態に保持するクライオ
スタットおよびその運転方法に関し、特に沸点が４．２
にの液体ヘリウムの収容容器を排気減圧することによっ
て該容器内に４．２に〜０．６に程度の低温を生成、保
持するクライオスタットの構造および該クライオスタッ
トを運転する方法に関する。

（従来技術） この種のクライオスタットは超低温冷却実験などに用い
られているが、従来のクライオスタットの構造は、第３
図に示すように、真空容器１内に環状の液体窒素溜３を
配置し、さらにその中心に液体ヘリウム溜２を挿入した
構造を有しており、液体ヘリウム溜２内に収容した試料
６を液体ヘリウム４の蒸発潜熱で冷却する能力をもって
いる。

その運転方法は、まず初めに液体窒素溜３に液体窒素５
を上部の充填口９から導入し、その後液体ヘリウム充填
口８に液体ヘリウム移送管（図示せず）を挿入して液体
ヘリウム４を液体ヘリウム溜２内に導入する。所定の量
の液体ヘリウムが溜ると、充填口８を遮断して排気弁７
を開き、図示しない減圧ポンプにより液体ヘリウムガス
内の圧力を減圧する。ｉ体ヘリウム溜２内の液体ヘリウ
ム４はどんどん蒸発すると同時にその蒸発潜熱によって
残っている液体ヘリウム４の温度は低下していき、最終
的には０．６　Ｋ程度まで下る。これによって試料６を
４．２に以下０．６に程度まで冷却することができる。

液体ヘリウム溜２内の液体ヘリウム４がなくなると内部
を大気圧に戻して充填口８より再び液体ヘリウムを補充
する。

（発明が解決しようとする課ａ） 上述したように従来のクライオスタンドは運転始めの初
期充填時は勿論運転中でも液体ヘリウム溜内の液体ヘリ
ウムがなくなると、その都度液体ヘリウムを補給、充填
しなければならない、この液体ヘリウムの移送、充填の
作業はヘリウムガスの場合と異なり特殊な技術を要し、
非常に煩雑で時間のかかる作業を強いられるという問題
がある。

本発明は、最初のセット時にのみ極低温液体冷媒例えば
液体ヘリウムを充填すればよく、それ以後は液化ガスの
形態で補給することができ、これによって運転操作性の
向上を図り得るクライオスタットおよびクライオスタッ
トの運転方法を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明に係るクライオスタットは、内筒部および外筒部
を備えかつこの内外筒部間に液体冷媒が収容される断熱
容器と、前記内筒部内に上下動可能に挿入されかつ冷媒
および被冷却材が収容される可動管と、前記可動管に設
けられた排気残圧弁および冷媒導入口とを有し、前記可
動管の上下動操作により該可動管と前記内筒部が離間、
接触動作するようにしたものである。

また本発明によるクライオスタンド運転方法は、内情部
および外筒部から成る二重構造の断熱容器の内情部およ
び外筒部間に液体冷媒を収容し、前記可動管を前記内筒
部を介して前記液体冷媒に伝熱接触させた状態で該可動
管内に液化冷媒ガスを導入して液化せしめ、この液化冷
媒ガスの液化量が所定量に達した後膣可動管を移動させ
て前記内筒部および外筒部間の液体冷媒との伝熱接触を
切り離すとともに該可動管内を減圧し、該可動管内の液
化冷媒の蒸発潜熱で該可動管内の被冷却材料を冷却する
ようにしたものである。

（実施例） 次に、本発明を実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の１実施例に係るクライオスタットの概
略的な側部断面図である０図示のように断熱のための真
空容器１の中に環状の液体窒素溜３が配置され、この液
体窒素溜３の内側に、内筒部および外筒部から成る環状
の液体ヘリウム溜１２が固定され、さらにこの液体ヘリ
ウム溜１２の中心部に、冷却すべき試ｔ４６および該試
料を冷却する液体ヘリウム４の入った可動管２が前記内
筒部との間に空隙を有して挿入されている。液体ヘリウ
ム溜１２は真空フランジ１６に固定されているが、可動
管２は真空フランジ１６を貫通して上下に移動できるよ
うになっている。可動管２の上下動の際は摺動気密シー
ル１５によって容器ｌ内の真空が保たれるようになって
いる。液体ヘリウム溜１２の内筒部の内側（中心側）の
下部（液体ヘリウムｉｔが充分接する部分）には熱伝導
リング１３が固着され、また可動管２の外周部下側（可
動管内の液体ヘリウムが充分接する位置）にも熱伝導リ
ング１４が固着されている０両熱伝導リング１３．１４
は同じ勾配のテーパ面を有しており、可動管２を下方へ
移動させたとき両リング１３゜１４がテーパ面で密に接
触するようになっている。

第１図の実施例でその運転方法を説明すれば、まず最初
に真空容器１内を真空排気し、可動管２内をヘリウムガ
スで置換し、試料６を可動管２内に取り付ける０次に液
体窒素５を液体窒素溜３内に液体窒素導入口９から充填
する。また液体ヘリウム導入口８から液体ヘリウム移送
管（図示せず）を用いて液体ヘリウム１１を液体ヘリウ
ム溜１２内に充填する。これで最初のセットが完了する
。

次に可動管２を下降させ、熱伝導リング１３．１４を熱
的に充分接触させる。このとき液体ヘリウム溜１２内の
液体ヘリウム１１により熱伝導リング１３．１４を介し
て可動管２の内壁面下部は液体ヘリウム温度に冷却され
る。この状態で液体ヘリウム溜１２内の内圧よりＯ，１
ｋｇ／ｃｒｎ”程度可動管２内の圧力が高くなるように
ヘリウムガス導入弁ＩＯからヘリウムガスを可動管２内
に導入する。可動管２内のヘリウムガスは、下部の液体
ヘリウム温度になっている可動管内壁面で凝縮し、液体
ヘリウムとなって可動管下部に溜っていく。

ヘリウムガスの導入を続けて充分な量の液体ヘリウムが
溜ると、ヘリウムガス導入弁ｌＯを閉じ、可動管２を上
方へ移動させ、熱伝導リング１３１４の接触を切り離す
０次に排気弁７から図示しない排気ポンプによって可動
管２内を減圧する。

可動管２内の圧力が下っていくにつれ、溜っていた液体
ヘリウム４は蒸発し、その蒸発潜熱によって残っている
液体ヘリウム４の温度を下げていく。

このようにして排気弁７および排気ポンプを調整しつつ
４．２に〜０．６に程度の温度に可−２内の液体ヘリウ
ム４の温度を下げることができ、したがって管内の試料
６を上記の温度に下げることができる。可動管２内の液
体ヘリウム４がなくなれば、再び可動管２を下降せしめ
、排気弁７を閉にし、ヘリウムガス導入弁ｌＯを開いて
ヘリウムガスを導入すれば、液体ヘリウム４を溜めるこ
とができる。ｔＬ体ヘリウム溜１２の液体ヘリウム１１
も蒸発するが、液体ヘリウム１１の量が多くなるように
液体ヘリウム溜１２を作製しておくと、実験中の液体ヘ
リウム１１の補給を不要にすることができる。したがっ
て実験中は、技術も要し手間のかかる液体ヘリウム２の
移送充填の作業が不要でヘリウムガスの充填だけでよい
ので実験の効率が上る。

第２図は本発明の他の実施例の貯蔵容器を示した側部断
面図であって、開口部の広い（穴径５０ｍｍ程度）既存
の１００１程度の液体ヘリウム貯蔵容器１７を使用した
場合の例である。真空内筒１８を貯蔵容器１７の開口部
に入るように細長い形状にし、その中に可動管２を挿入
する。可動管２と真空内筒１８の間の空間部は真空排気
弁１９から真空排気しておく、真空内筒１８の下部内面
および可動管２の下部外面にはそれぞれテーパ面をもつ
熱伝導リング１４．１３が固着され、また可動管２を上
下させるときの耐真空のシールをするために第１図にも
示した摺動気密シール１５が内筒１８の上部に設けられ
ている。運転の際は前もってヘリウムガスを可動管２内
に充填し、試料６を入れた後、この可動管２を内筒１８
内に挿入し、内筒１８内の空間部は真空排気しておく、
このようにセットした内筒１８および可動管２を液体ヘ
リウム１１の入っている貯蔵容器１７内に挿入する。内
筒１８の下部は液体ヘリウムに浸漬され、液体ヘリウム
温度に冷却される。この時可動管２を下方へ移動させて
熱伝導リング１４．１３を接触させると、両リングの熱
伝導によって可動管２の下部の内壁面も液体ヘリウム温
度に冷却され、可動管２内のヘリウムガスはこの内壁面
で凝縮液化し、液体ヘリウムとなって可動管２内に溜る
。所定量溜った後、可動管２を上昇させ、熱伝導リング
間の接触を離すことは第１図の実施例と同様である。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、従来のように運転
中の液体ヘリウムの補給作業が不要で、セット時の液体
ヘリウムの充填以外はヘリウムガスの取り扱いだけでよ
いので、液体ヘリウムの取扱技術を習得していない者で
もクライオスタットの運転が可能であり、試料冷却実験
の効率が上る等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例によるクライオスタットの概
略的な側部断面図、第２図は本発明の他の実施例の断面
図、第３図は従来のクライオスタットの断面図である。 １・・・真空容器、２・・・可動管、４・・・液体ヘリ
ウム、５・・・液体窒素、６・・・試料、７・・・排気
弁、ｌＯ・・・ヘリウムガス導入弁、 １１・・・液体ヘリウム、１２・・・液体ヘリウム溜、
１３．１４・・・熱伝導リング、１５・・・摺動気密シ
ール、１７・−貯蔵容器、１８・・・真空内筒、１９・
・・真空排気弁。 復代理人　弁理士　染　川　利　吉 第 図 １○

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、内筒部および外筒部を備えかつこの内外筒部間
   に液体冷媒が収容される断熱容器と、前記内筒部内に上
   下動可能に挿入されかつ冷媒および被冷却材料が収容さ
   れる可動管と、前記可動管に設けられた排気減圧弁およ
   び冷媒導入口とを有し、前記可動管の上下動により該可
   動管と前記内筒部が離間、接触動作することを特徴とす
   るクライオスタット。
2. （２）、二重筒構造の断熱容器と、該容器の内筒部に挿
   入される被冷却材料収容可動管とを有するクライオスタ
   ットの運転方法において、前記断熱容器の内筒部および
   外筒部間に液体冷媒を収容し、前記可動管を前記内筒部
   を介して前記液体冷媒に伝熱接触させた状態で該可動管
   内に液化冷媒ガスを導入して液化せしめ、この液化冷媒
   ガスの液化量が所定量に達した後該可動管を移動させて
   前記内筒部および外筒部間の液体冷媒との伝熱接触を切
   り離すとともに該可動管内を減圧し、該可動管内の液化
   冷媒の蒸発潜熱で該管内の被冷却材料を冷却することを
   特徴とするクライオスタットの運転方法。