JPH02171573A - 液体窒素(ln↓2)浴を備えたクライオスタツト - Google Patents

液体窒素(ln↓2)浴を備えたクライオスタツト

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JPH02171573A
JPH02171573A JP1283173A JP28317389A JPH02171573A JP H02171573 A JPH02171573 A JP H02171573A JP 1283173 A JP1283173 A JP 1283173A JP 28317389 A JP28317389 A JP 28317389A JP H02171573 A JPH02171573 A JP H02171573A
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bath
cooling head
cooling
cover
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Wilhelm Strasser
ヴイルヘルム・シユトラツサー
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Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
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Leybold AG
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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〕 クライオスタットは低温を調整しかつ維持する装置であ
る。塔形クライオスタットでは温度が冷媒の沸点にコン
スタントに保たれる。液体窒素(LN2)の沸点温度は
通常圧で77にである。
浴中の正圧又は負正によって沸点温度は変化する。しか
し一般に窒素温式のクライオスタットはほぼ大気圧で運
転される。
77Kまでの温度を維持するためにクライオスタットを
使用することがます1す意義深くなッテイる。電磁石、
コンピュータの制御回路等を高い出力密度の獲得のため
にこのオーダの温度に冷却することは公知である。同様
に80によシ大きい転移温度を有する超伝導体l1LN
2の沸点温度で運転可能である。
LN2浴式クライオスタットを使用する場合、窒素が沸
とうするために、浴の負荷に依存したガス損失が常時生
じる。
〔本発明の課題〕
そこで本発明の課題はガス損失が回避されるようなLN
2浴を備えたクライオスタットを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決した本発明の要旨は、LN2浴を備えた
クライオスタットにおいて、LN2浴の収容のために、
カバーを備えた容器が設けられており、気化した窒素の
再凝結のために冷凍機の少なくとも1つの下向きの冷源
ヘッドが備えられており、かつ、カバーが単数又は複数
の冷却ヘッドのだめの支持体を形成していることにある
〔本発明の作用効果〕
冷凍機は冷却ヘッドを備えたクライオゼネレータ又は低
温冷却機であシ、この冷却ヘッド内で熱力学的な循環プ
ロセスが行なわれる(例えばUS−PS第2 906 
101号参照)。1段式の冷凍機冷却ヘッドは円筒形の
室を備え、この室内に往復運動する押しのけ体が配置さ
れている。室は所定形式で交互に高圧ガス貯蔵器と低圧
ガス貯蔵器とに接続され、それゆえ、押しのけ体の往復
運動時に熱力学的な循環プロセス(Stirlingプ
ロセス、Gifford / McMahOnプロセス
等)が行なわれる。その結果、室の両端面の一方から熱
が奪われる。この種の1段式の冷凍機冷却ヘッドによシ
、作業ガスとしてヘリウムを使用すればほぼ40Kまで
の温度を生じることができる。
温式クライオスタットの容器の内部に配置した冷凍機冷
却ヘッドによシ、気化した窒素の再凝結が生じる。冷却
ヘッドのそのつどの冷却端部はLN2浴のすぐ上方に位
置するか又はLN2浴中に浸漬されていてもよい。この
構成の重要な利点は冷却端部がじかにLN2浴の液相又
は気相内に位置することにある。その作用は伝達エレメ
ントによって損なわれない。
そのつどの冷却ヘッドがLN2浴の表面のすぐ上方に位
置する場合、この冷却ヘッドは凝結面を形成し、凝結さ
れた窒素がこの凝結面から浴tHへ滴下して戻される。
効果的にはそのつどの冷却ヘッドの表面が半径方向の薄
板片によって増大される。冷却ヘッドの冷却端部は浴中
に浸されると、冷媒としての窒素にじかに接触する。
全体として温度低下が生じる。浴から気化した窒素は浴
の表面の上方に位置する冷えた面又は浴の表面自体に凝
結する。
冷却ヘッドが−1つ1つ又は全体的に−高さ調節可能で
あると効果的である。このように構成すれば、何個の冷
却ヘッドを持上げて運転頌域から遠ざけるか、又は単数
若しくは複数の冷却ヘッドの浸漬深さを変化させること
により、冷却能力を調整することができる。例えば浴の
熱負荷が比較的大きいときは、冷却能力を増大させる必
要があるが、これは浸漬深さの増大によって得ることが
できる。この過程は自動的に、それも例えばクライオス
タット内の圧力に依存して制御可能である。浴の負荷の
増大に伴なって生じる気化窒素量の増大は浴中の圧力を
生ぜしめる。この種の圧力変化によって、圧力がほぼコ
ンスタントにとどするように浸漬深さを制御することが
できる。冷却ヘッドの高さ調節の可能性に基づき、LN
2浴の液面への、冷却を生じる面の適合も可能である。
〔実施例〕
図面でクライオスタットが符号1で示されている。この
クライオスタット1はカバー3を備えた容器2を有する
。二重壁の容器及びカバーは熱伝導性の悪い材料から成
り、真空絶縁部を備えている。容器2及びカバー3はそ
れぞれフランク4、5を備えており、これらフランクは
1転中互いに当接し、パツキンリング6(第6図参照)
及び図示しないクリップをブ「してシールされている。
容器2の内部にはLN2浴(液体墾素浴)が設けられて
おり、その液面が符号7で示されている。冷却しようと
する図示しない部品はこのLN2浴中に入れられる。符
号10は電流案内部を示す(第5図、第7図)。
カバー3は一貫したフランジ底部8を備えたフード9を
具備している。フランジ底部には冷列」ヘッド11が固
定されておシ、これはその冷却端部12で容器2内へ突
入している。
第1図に基づ〈実施例では6つの冷却ヘッド11がフラ
ンジ底部8に保持されている。各冷却ヘッド11はそれ
ぞれガス制御装置13を備えており、このガス制御装置
13はそれぞれ、はぼ円筒状の冷却ヘッド11の、冷却
端部とは逆の側に位置する端部に設けられている。ガス
制御装置13は導管14.15を弁してそれぞれクライ
オスタット1の外部に位置する図示しない高圧ガス源及
び低圧ガス源(作動ガスはヘリウム)に接続されている
。冷凍機を分割し、ガス制御装置13をクライオスタン
ド1の外部に配置することもできる。冷凍機のこの分割
はDE−〇B第3 201 496号により公知である
。分割によって全容積が小さくなる。
第2図には、ワイヤ巻線1Tと供給電線18とによって
形成された電気的な加熱装置16を備えた冷却端部12
を具備した冷却ヘッド11が示されている。この電気的
な加熱装置によって、クライオスタットの再凝結能力を
調整することができる。この調整はクライオスタット内
の圧力に依存して制御される。
第6図に示す冷却ヘッド11はガス制御装置13を備え
ない実施例である。この冷却ヘッド11は鉛直方向移動
可能にフランク底部8に保持されている。このことのた
めに、冷却ヘッド11は冷却端部12とは逆の側にフラ
ンク21を備えている。このフランク21と、冷却ヘッ
ド11の貫通のためにフランク底部8に設けられた孔2
2の縁とが金属層ベローズ23によって互いに結合され
ている。その結果、容器2の密な閉鎖が保証されている
。フランク底部8上にはフード24が真空密に載着され
ている。フード24内ではフランク21が密に案内され
ている。フランク21とベローズ23とフード24の円
筒部分とそれに隣合う、7ランノ底部8の部分とによっ
て形成された環状室26は接続部25を弁して、図示し
ない圧力調整装置に接続されている。圧縮ばね27をブ
rしてフランジ21ひいては冷却ヘッド11がフランゾ
底部8に支持されている。フランジ21の上部に7−ド
24が室28を形成しておシ、この室28は接続部29
を介してクライオスタット1の内室に連通している。
圧縮ばね2Tは上向きの力を作用し、この力はベローズ
の弾性力とフライオスタクト内の圧力によって生じる力
とを補償する。
真空ポンプ又はクライオスタット内室内圧力によって外
部から室28内の圧力全低下させることにより、圧縮ば
ね27の力が冷却ヘッド11を持上げる。これによシ、
冷却ヘッドの浸漬深さi LN2浴の負荷に依存して制
御することができる。例えばLN2浴の負荷が高まった
場合、クライオスタット内部の圧力が上昇し、この圧力
に依存して室28内の圧力も増大し、その結果、冷却ヘ
ッドは圧縮ばねの力に逆ってLN2浴内へよシ深く浸漬
される。これによシ、冷却能力が高まり、LN2浴の比
較的高い負荷が補償される。
冷却ヘッドの非運転時には室26内への圧力の供給によ
って冷却ヘラrが上方へ持上げ・もれ、その結果、冷却
ヘッドをブrした熱伝導損失が著しく削減される。
第4図に示す冷却ヘッド11の冷却端部12に m−半径方向外向きに突起したひれ30全備えたリング
20が設けられており、これが表面積厖大手段を形成し
ている。この形式の冷却ヘッド11は再刊にLN2浴の
(液面の)すぐ上方に配置されるのに適している。増大
された面積が、気化した窒素を凝結させてLN2浴中へ
滴下させて戻す。
第5図〜第7図から判るように、クライオスタット1内
に設けられた冷却ヘッドは交換又は深守作業可能である
。そのことのために、ホース部分31が設けられており
、その端部がフランジ4、5に固定されている。フラン
ジの外縁に溝32.33が設けられており、この溝内に
0リング34.35が配置されておシ、これによシホー
ス部分31の端部が気密に締付けられている(第6図)
第5図はクライオスタット1を部分的に分解して示し、
第2図、第4図に示した2つの冷却ヘッド11が図示さ
れている。カバー3の7−ド9を介して冷却ヘッド11
は可撓性導管によってコンプレッサ36(高圧ガス源及
び低圧ガス源)に接続されている。冷却ヘッド、可撓性
導管及びコンプレッサは再凝結の目的に使用された冷凍
機を形成している。LN2の液面Iの上方ではクライオ
スタットに弁38全備えた接続部37が開口している。
ホース部分31も複数の接続部41,42.43を備え
ており、各接続部はそれぞれ弁を備えている。
クライオスタット1内には負圧又は正圧が支配している
ため、カバー3の持上げ前には圧力補償を行なう必要が
ある。このことのために、窒素ガスが接続部37を介し
て吹出され又は吹込まれる。クライオスタット°が負圧
下に在れば、所望の圧力増大が生じるように、冷却ヘッ
ド11の加熱装置16を弁して多量のLN2量が蒸発さ
せられる。圧力補償の後、カバー3が持上げられる。ホ
ース部分31の光てんのための付加的な窒素ガスは接続
部41,42.43の1つをブrして供給される。カバ
ー3の持上げ後、ホース部分31はほぼその中央でクリ
ップによって締付けられる。次いで容器2内の浴内に空
気が入らないように保護される。次いでカバー3がホー
ス部分から解離される。
所要の作業を実施した後、カバー3は再びホース部分3
1の上部分に結合される。接続部42.43を介して、
上方のホース部分の内室が窒素によって掃気される。こ
れによシ、冷却ヘッドを窒素分囲気内で冷却することが
できる。
これにより、空気湿度及び酸素による汚染が回避される
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例に基づくクライオスタットの
部分破断斜視図、第2図は本発明の1実施例に基づく冷
凍機の斜視図、第6図は別の実施例に基づく冷凍機の部
分断面側面図、第4図はさらに別の実施例に基づく冷凍
機の斜視図、第5図は冷凍機の交換を説明するだめの図
、第6図は第5図の一点鎖線の円で囲った部分の拡大断
面図、第7図は第5図に示す容器からカバーを取外した
状態を示す図である。 1・・・クライオスタット、2・・・容器、3・・・カ
バ4.5・・・フランジ、6・・・パツキンリング、7
・・・液面、8・・・フランジ底部、9・・・フード、
10・・・電流案内部、11・・・冷却ヘッド、12・
・・冷却端部、13・・・ガス制御装置、14.15・
・・導管、16・・・加熱装置、20・・・す/グ、2
1・・・フランジ、22・・・孔、23・・・ベローズ
、24・・・フード、25・・・接続部、26・・・環
状室、27・・圧縮ばね、28・・・室、29・・・接
続部、30・・・ひれ、31・・・ホース部分、32.
33・・・溝、34゜35・・・0リング、36・・・
コンプレッサ、3T・・・接続部、38・・・弁、41
,42.43・・・接続部。 鷺6図 ス

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、LN_2浴を備えたクライオスタットにおいて、L
    N_2浴の収容のために、カバー(3)を備えた容器(
    2)が設けられており、気化した窒素の再凝結のために
    冷凍機の少なくとも1つの下向きの冷却ヘッド(11)
    が備えられており、かつ、カバー(3)が単数又は複数
    の冷却ヘッド(11)のための支持体を形成しているこ
    とを特徴とする液体窒素(LN_2)浴を備えたクライ
    オスタット。 2、冷却ヘッド(11)の下向きの冷却端部がLN_2
    浴中に浸漬されているか又はそのすぐ上方に位置してい
    る請求項1記載のクライオスタット。 3、カバー(3)がフランジ底部(8)及びフード(9
    )を備えており、かつ、単数又は複数の冷却ヘッド(1
    1)がフランジ底部(8)に保持されている請求項2記
    載のクライオスタット。 4、単数又は複数の冷却ヘッド(11)が高さ調節可能
    にクライオスタット(1)内に配置されている請求項1
    から3までのいずれか1項記載のクライオスタット。 5、冷却ヘッド(11)の高さ調節可能な固定のために
    圧縮ばねとベローズ(23)とが設けられており、これ
    らは、冷却ヘッド(11)に固定され移動可能にフード
    内に配置されたフランジ(21)と共に、2つの閉じた
    室 (26、28)を形成している請求項4記載のクライオ
    スタット。 6、LN_2浴の負荷に依存した再凝結が調整されるよ
    うに圧縮ばね(27)の力及び面の大きさが選択されて
    いる請求項5記載のクライオスタット。 7、ギフオード・マクマホン原理で作動する冷却ヘッド
    (11)が設けられており、かつ、ガス制御装置がクラ
    イオスタットの外部に配置されている請求項1から6ま
    でのいずれか1項記載のクライオスタット。 8、冷却ヘッド(12)の領域内に加熱装置が配置され
    ている請求項1から7までのいずれか1項記載のクライ
    オスタット。 9、冷却ヘッド(12)が表面増大手段(28、29)
    を備えており、これが有利にはアルミニウム又は銅連続
    プレス成形品から成る請求項1から8までのいずれか1
    項記載のクライオスタット。 10、容器(2)及びカバー(3)がフランジ(4、5
    )を備えており、かつ、このフランジが保守作業の実施
    のためにホース部分 (31)を介して気密に接続されている請求項1から9
    までのいずれか1項記載のクライオスタット。 11、ホース部分(31)又はホース部分とクライオス
    タットとがLN_2浴の上方に接続部を備えている請求
    項9記載のクライオスタット。
JP1283173A 1988-11-02 1989-11-01 液体窒素(ln↓2)浴を備えたクライオスタツト Pending JPH02171573A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19880118199 EP0366818A1 (de) 1988-11-02 1988-11-02 Kryostat mit einem Flüssig-Stickstoff (LN2)-Bad
EP88118199,4 1988-11-02

Publications (1)

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JPH02171573A true JPH02171573A (ja) 1990-07-03

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JP1283173A Pending JPH02171573A (ja) 1988-11-02 1989-11-01 液体窒素(ln↓2)浴を備えたクライオスタツト

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