JPH0255101B2 - - Google Patents

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JPH0255101B2
JPH0255101B2 JP18362886A JP18362886A JPH0255101B2 JP H0255101 B2 JPH0255101 B2 JP H0255101B2 JP 18362886 A JP18362886 A JP 18362886A JP 18362886 A JP18362886 A JP 18362886A JP H0255101 B2 JPH0255101 B2 JP H0255101B2
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Japan
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liquid helium
cryostat
storage container
liquid
valve
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Yasuharu Kamioka
Keigo Kuga
Masanori Murai
Yoshiaki Suzuki
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Toyo Sanso Ltd
Original Assignee
Toyo Sanso Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は液体ヘリウムを冷却媒体として用い
て各種極低温試験を行なうために、極低温試験用
冷却装置(クライオスタツト)内へ液体ヘリウム
貯蔵容器内から液体ヘリウムを自動供給する装置
に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] Industrial Application Field This invention is directed to the use of liquid helium to conduct various cryogenic tests using liquid helium as a cooling medium. This invention relates to a device that automatically supplies liquid helium.

従来の技術 近年の極低温工学の発展は目覚ましいものがあ
り、そこで最近では各種極低温試験を行なう機会
が著しく増加している。極低温試験は、冷却媒体
として液体ヘリウムを使用することが多く、その
場合クライオスタツトと称される冷却容器内に液
体ヘリウムを注入し、試験対象物や試験装置など
を液体ヘリウムにより直接もしくは間接的に冷却
して低極温試験を行なうのが通常である。したが
つて極低温試験においては、液体ヘリウム貯蔵容
器(デユワーと称される)からクライオスタツト
内に液体ヘリウムを供給する必要がある。
BACKGROUND ART Recent developments in cryogenic engineering have been remarkable, and opportunities to conduct various cryogenic tests have recently increased significantly. Cryogenic tests often use liquid helium as a cooling medium. In this case, liquid helium is injected into a cooling container called a cryostat, and the test object or test equipment is heated directly or indirectly with liquid helium. It is usual to perform a low-temperature test by cooling the material to a certain temperature. Therefore, in cryogenic tests, it is necessary to supply liquid helium into the cryostat from a liquid helium storage container (referred to as a dewar).

一般にこのような液体ヘリウムの供給のために
は、トランスフアーチユーブと称される断熱二重
管構造の移送管を用いるのが通常であつて、第2
図に示すようにその移送管1の一端を液体ヘリウ
ム貯蔵容器2内の液体ヘリウム3中に浸漬させる
とともに、移送管1の他端をクライオスタツト4
内に挿入し、液体ヘリウム貯蔵容器2の内部を加
圧して、その貯蔵容器2内の液体ヘリウムを前記
移送管1を介してクライオスタツト4内に圧送す
るのが通常である。ここで、液体ヘリウム圧送の
ための加圧は、液体ヘリウム貯蔵容器2内の上部
空間にヘリウムガスを加圧供給することによつて
行なうか、あるいは液体ヘリウム貯蔵容器内の液
体ヘリウム中にヒータを浸漬させ、そのヒータに
より加温して圧力上昇させることによつて行な
う。
Generally, to supply such liquid helium, a transfer pipe with an insulated double pipe structure called a transfer tube is usually used.
As shown in the figure, one end of the transfer tube 1 is immersed in liquid helium 3 in a liquid helium storage container 2, and the other end of the transfer tube 1 is immersed in a cryostat 4.
Normally, the inside of the liquid helium storage container 2 is pressurized, and the liquid helium in the storage container 2 is pumped into the cryostat 4 through the transfer pipe 1. Here, pressurization for pumping liquid helium is performed by supplying helium gas under pressure to the upper space in the liquid helium storage container 2, or by installing a heater into the liquid helium in the liquid helium storage container. This is done by immersing it in water and heating it with a heater to increase the pressure.

なお、移送管1のクライオスタツト4内の先端
はクライオスタツト4内の底面に近接した状態で
開口させておくのが通常である。すなわち、クラ
イオスタツト4内に最初に液体ヘリウムの供給を
開始する際には、移送管1の先端の開口端で液体
ヘリウムが気化してしまうのが通常であり、この
場合移送管1の先端の開口端がクライオスタツト
4内の底面に近接していればその底面が気化した
ヘリウムガスの顕熱によつてすみやかに温度降下
し、これによつてやがて液体ヘリウムの気化が阻
止されるようになつて液体ヘリウムの状態でクラ
イオスタツト内に注入されるよになるが、移送管
1の先端がクライオスタツト底面から離れていれ
ば、移送管先端での液体ヘリウムの気化がいつま
でも阻止されず、液体ヘリウムをクライオスタツ
ト内に注入させることができないことが多いから
である。
Note that the tip of the transfer tube 1 inside the cryostat 4 is normally left open close to the bottom surface inside the cryostat 4. That is, when liquid helium is first started to be supplied into the cryostat 4, the liquid helium usually vaporizes at the open end of the transfer tube 1; If the open end is close to the bottom surface inside the cryostat 4, the bottom surface will quickly drop in temperature due to the sensible heat of the vaporized helium gas, and this will eventually prevent the liquid helium from vaporizing. The liquid helium is then injected into the cryostat in the form of liquid helium. However, if the tip of the transfer tube 1 is far from the bottom of the cryostat, the vaporization of liquid helium at the tip of the transfer tube will not be prevented forever, and the liquid helium will This is because it is often impossible to inject the cryostat into the cryostat.

ところで極低温試験中においては、クライオス
タツト内の液体ヘリウムはガス化により徐々に減
少して行くから、極低温試験を続行させるために
は、ある程度液体ヘリウムが減つた時点で新たに
補給する必要がある。そのため従来は第2図中に
示すようにクライオスタツト内に液体ヘリウムの
液面を検出するためのレベルセンサ5を配設して
おき、そのレベルセンサ5を監視して液体ヘリウ
ムの液位が予め定めた位置付近まで下がつた時点
で、最初の供給作業と同様にして補給作業を行な
つている。なお移送管は最初の供給作業後もクラ
イオスタツト内に挿入したままにすることもある
し、また最初の供給作業後にクライオスタツトか
ら抜去して、次の補給作業において再度挿入する
こともある。
By the way, during a cryogenic test, the liquid helium in the cryostat gradually decreases due to gasification, so in order to continue the cryogenic test, it is necessary to replenish the liquid helium once it has decreased to a certain extent. be. Therefore, conventionally, as shown in Fig. 2, a level sensor 5 for detecting the level of liquid helium is provided in the cryostat, and the level sensor 5 is monitored to determine the level of liquid helium in advance. Once it has descended to near the determined position, the replenishment operation is carried out in the same manner as the initial supply operation. Note that the transfer tube may remain inserted into the cryostat even after the first supply operation, or may be removed from the cryostat after the first supply operation and reinserted in the next replenishment operation.

しかしながら実際の極低温試験中においては、
冷却媒体である液体ヘリウム液位の監視や液体ヘ
リウム補給作業は試験担当員にとつて副次的な作
業であつて試験担当員は本体の実験操作や本来の
実験データの監視に追われていることが多く、そ
のため液体ヘリウムがなくなるまで液体ヘリウム
の減少に気が付かずに極低温試験が中断したり、
あるいは補給作業の不手際により液体ヘリウムの
無駄なロスが生じたりすることが多かつた。そこ
で液体ヘリウムの補給を自動的に行ない得るよう
にした装置の開発が望まれている。このような装
置が開発されれば、上述の不都合が解消されるば
かりでなく、液位の監視や補給作業に要していた
試験員の負担を軽減して、本来の極低温試験に専
念でき、その利益は大きいものと考えられる。
However, during actual cryogenic tests,
Monitoring the level of liquid helium, the cooling medium, and replenishing liquid helium are secondary tasks for test personnel, who are busy operating the main unit and monitoring the original experimental data. As a result, the cryogenic test may be interrupted without noticing the decrease in liquid helium until it runs out.
In addition, liquid helium was often wasted due to poor replenishment operations. Therefore, it is desired to develop a device that can automatically replenish liquid helium. If such a device were developed, it would not only eliminate the above-mentioned inconveniences, but also reduce the burden on test personnel who were required to monitor liquid levels and replenish the liquid, allowing them to focus on their primary focus on cryogenic testing. , the benefits are considered to be large.

上述のように極低温試験中における液体ヘリウ
ムの補給を自動化するためには、前述の移送管の
先端部を極低温試験中も常時クライオスタツト内
に浸漬させておき、クライオスタツト内における
液体ヘリウムの液位を自動検知し、その検知信号
に応答して液体ヘリウム貯蔵容器内の加圧(例え
ば前述のようなヒータによる加温加圧またはヘリ
ウムガスによる加圧)を自動的に開始させ、かつ
移送管のバルブ6を自動的に開くことにより、液
体ヘリウムを貯蔵容器内から前記移送管を介して
クライオスタツト内へ自動的に補給するようにす
ることが考えられる。しかしながらこのような補
給方式では、実際には次項で述べるような問題が
あり、実用化は困難であつた。
As mentioned above, in order to automate the replenishment of liquid helium during cryogenic tests, the tip of the transfer tube mentioned above is kept immersed in the cryostat at all times during cryogenic tests, and the liquid helium in the cryostat is kept immersed. Automatically detects the liquid level, automatically starts pressurizing the liquid helium storage container in response to the detection signal (for example, heating and pressurizing with a heater as described above or pressurizing with helium gas), and transfers the liquid helium. It is conceivable to automatically supply liquid helium from the storage container via the transfer pipe into the cryostat by automatically opening the valve 6 of the pipe. However, this type of replenishment system actually has problems as described in the next section, making it difficult to put it into practical use.

発明が解決すべき問題点 実際の極低温実験においては、液体ヘリウム貯
蔵容器からクライオスタツトまで液体ヘリウムを
移送するための移送管はその長さが数mに及ぶの
が通常であり、また最初の液体ヘリウム供給作業
から次の補給作業までの間、あるいは前回の補給
作業と次回の補給作業との間には相当な時間が経
過しているのが通常である。一方、移送管は断熱
二重管構造とは言えども、完全な断熱が可能なわ
けではなく、そのため前述のように最初の液体ヘ
リウム供給作業もしくは前回の液体ヘリウム供給
作業からの時間が経過すれば、移送管の中間部分
では液体ヘリウムがガス化し、しかもそのガス化
したヘリウムおよび移送管の内壁が室温近くまで
温度上昇してしまう。このような状態で補給作業
を開始すれば、移送管の内部の室温に近いヘリウ
ムガスおよび移送管内壁で暖められたガスがクラ
イオスタツト内に送り込まれてしまうことにな
り、しかもその量は前述のように移送管の長さが
相当にあることから、かなりの量に達する。
Problems to be Solved by the Invention In actual cryogenic experiments, the length of the transfer tube for transferring liquid helium from the liquid helium storage container to the cryostat is usually several meters, and the initial Usually, a considerable amount of time has elapsed between one liquid helium supply operation and the next replenishment operation, or between the previous replenishment operation and the next replenishment operation. On the other hand, although the transfer pipe has an insulated double pipe structure, complete insulation is not possible, so as mentioned above, if time has passed since the first liquid helium supply operation or the previous liquid helium supply operation, In the intermediate portion of the transfer tube, liquid helium is gasified, and the temperature of the gasified helium and the inner wall of the transfer tube rises to near room temperature. If replenishment work is started in such a state, helium gas inside the transfer tube, which is close to room temperature, and gas warmed by the inner wall of the transfer tube will be pumped into the cryostat, and the amount will be greater than the amount described above. Since the length of the transfer tube is quite long, the amount is quite large.

このように室温に近い相当量のヘリウムガスが
クライオスタツト内に送り込まれれば、そのガス
によつてクライオスタツト内に残留していた液体
ヘリウムが昇温・ガス化し、液体ヘリウムが無駄
に消費されてしまうことになる。すなわち、クラ
イオスタツト内においては、既に述べたように移
送管の先端の開口端をクライオスタツト内底面に
近接するようにしておくのが通常であり、この状
態で移送管の先端から室温に近い相当量のヘリウ
ムガスが吹き込まれれば、クライオスタツト内の
前回の残留液体ヘリウムの相当量がすみやかに気
化してしまう。したがつてこのような方式では液
体ヘリウムのロス量が著しく多く、高価な液体ヘ
リウムの消費量が増大して極低温試験のコストが
著しく高くなつてしまう問題があり、実用化は困
難であつた。
If a considerable amount of helium gas close to room temperature is pumped into the cryostat in this way, the gas will raise the temperature of the liquid helium remaining in the cryostat and turn it into gas, causing the liquid helium to be wasted. It will end up being put away. In other words, in a cryostat, as mentioned above, the open end of the transfer tube is usually kept close to the internal bottom surface of the cryostat, and in this state there is a distance close to room temperature from the tip of the transfer tube. If a certain amount of helium gas is blown into the cryostat, a considerable amount of the previous residual liquid helium in the cryostat will quickly vaporize. Therefore, with this method, there is a problem that the loss of liquid helium is extremely large, the amount of expensive liquid helium consumed increases, and the cost of cryogenic testing becomes extremely high, making it difficult to put it into practical use. .

この発明は以上の事情を背景としてなされたも
ので、補給作業時におけるクライオスタツト内残
留液体ヘリウムの気化によるロスを招くことな
く、クライオスタツトに対する液体ヘリウム補給
作業を自動的に行ない得るようにした装置を提供
することを目的とするものである。
This invention was made against the background of the above circumstances, and is an apparatus that can automatically replenish liquid helium to a cryostat without causing loss due to vaporization of residual liquid helium in the cryostat during the replenishment operation. The purpose is to provide the following.

問題点を解決するための手段 この発明は、液体ヘリウム貯蔵容器からクライ
オスタツト内に液体ヘリウムを供給するための装
置において、一端が液体ヘリウム貯蔵容器内の液
体ヘリウム中に浸漬されるとともに他端がクライ
オスタツト内に挿入される断熱構造の移送管と、
液体ヘリウム貯蔵容器内の圧力を上昇させる圧力
上昇手段と、クライオスタツト内の液体ヘリウム
の液位を検出する液位検出器と、前記移送管にお
けるクライオスタツトに近い部位において移送管
から分岐されて外部へ連通する放出管路と、その
放出管路を開閉する放出弁と、放出管路内の温度
を検出する温度検出器と、前記放出管路の分岐位
置よりもクライオスタツトに近い位置で移送管を
開閉する開閉弁と、前記液位検出器および温度検
出器からの信号に応じて前記放出弁、開閉弁およ
び圧力上昇手段を制御する制御部とを有してなる
ことを特徴とするものである。
Means for Solving the Problems The present invention provides an apparatus for supplying liquid helium from a liquid helium storage container into a cryostat, in which one end is immersed in liquid helium in the liquid helium storage container and the other end is immersed in liquid helium in the liquid helium storage container. a heat-insulating transfer pipe inserted into the cryostat;
a pressure increasing means for increasing the pressure within the liquid helium storage container; a liquid level detector for detecting the liquid helium level within the cryostat; a discharge pipe that communicates with the cryostat, a discharge valve that opens and closes the discharge pipe, a temperature detector that detects the temperature within the discharge pipe, and a transfer pipe that is located closer to the cryostat than the branch position of the discharge pipe. It is characterized by comprising an on-off valve that opens and closes, and a control section that controls the release valve, the on-off valve, and the pressure increase means in accordance with signals from the liquid level detector and the temperature sensor. be.

作 用 この発明の装置において、クライオスタツト内
に最初に液体ヘリウムを供給する際には、移送管
の一端を液体ヘリウム貯蔵容器内の液体ヘリウム
中に、他端をクライオスタツト内に挿入した状態
で圧力上昇手段を作動させて貯蔵容器内を圧力上
昇させるとともに開閉弁を開く。但し放出弁は閉
じた状態としておく。このようにすれば液体ヘリ
ウム貯蔵容器内の液体ヘリウムが前記圧力によつ
て移送管を介しクライオスタツト内へ移送供給さ
れる。クライオスタツト内の液体ヘリウムの液面
が予め定めたレベルに達すれば、これを液位検出
器が検出し、その検出信号に応答して制御部から
の制御信号により開閉弁が閉じられるとともに、
圧力上昇手段の作動が停止され、これによつてク
ライオスタツトへの液体ヘリウムの供給が停止さ
れる。
Function In the apparatus of the present invention, when liquid helium is initially supplied into the cryostat, one end of the transfer tube is inserted into the liquid helium in the liquid helium storage container, and the other end is inserted into the cryostat. The pressure increase means is operated to increase the pressure inside the storage container and at the same time open the on-off valve. However, the discharge valve should be kept closed. In this way, the liquid helium in the liquid helium storage container is transferred and supplied into the cryostat via the transfer pipe by the pressure. When the level of liquid helium in the cryostat reaches a predetermined level, the liquid level detector detects this, and in response to the detection signal, the on-off valve is closed by a control signal from the control unit.
The pressure increase means are deactivated, thereby stopping the supply of liquid helium to the cryostat.

このようにしてクライオスタツト内に所定量の
液体のヘリウムが収容された後には、通常は各種
の極低温試験が開始されるが、その間には次第に
クライオスタツト内の液体ヘリウムが気化して
徐々にその量が減少して行く。またその間、大気
中にさらされている移送管内の液体ヘリウムは気
化し、かつその気化したヘリウムガスおよび移送
管内壁は室温近くまで温度上昇してしまう。
After a predetermined amount of liquid helium is stored in the cryostat in this way, various cryogenic tests are usually started, but during this time the liquid helium in the cryostat gradually evaporates and gradually The amount will decrease. During this time, the liquid helium in the transfer tube exposed to the atmosphere vaporizes, and the temperature of the vaporized helium gas and the inner wall of the transfer tube rises to near room temperature.

前述のようにクライオスタツト内の液体ヘリウ
ム量が減少し、そのレベルが予め定めたあるレベ
ルまで減少した時にはこれを液位検出器が検出
し、その検出信号に応答して制御部からの制御信
号により圧力上昇手段の作動が開始されるととも
に、放出弁が開放される。但しこの状態では開閉
弁は閉じられている。このため前回の供給後に移
送管内で気化しかつ室温近くまで温度上昇したヘ
リウムガスは、圧力上昇手段による加圧力によつ
て放出管路、放出弁を介して外部へ放出される。
そしてその放出されるガスの温度が予め定めた温
度まで下降したことを温度検出器が検出した時、
換言すれば移送管内に存在していた室温近くのヘ
リウムガスがほぼ完全に排出されかつ移送管内壁
が完全に冷却されたことが確認された時に、温度
検出器からの信号に応答して制御部からの制御信
号により放出弁が閉じられるとともに開閉弁が開
放される。なお圧力上昇手段はそのまま作動を継
続する。したがつて最初の供給時と同様に、貯蔵
容器内の液体ヘリウムがクライオスタツト内へ移
送管を介して補給される状態となる。そしてクラ
イオスタツト内の液体ヘリウムのレベルがあるレ
ベルに達すれば、液位検出器からの信号に応答し
て制御部からの指令により開閉弁が閉じられると
ともに圧力上昇手段の作動が停止せしめられ、液
体ヘリウムの補給が停止される。
As mentioned above, when the amount of liquid helium in the cryostat decreases and its level reaches a certain predetermined level, the liquid level detector detects this, and in response to the detection signal, a control signal is sent from the control unit. This starts the operation of the pressure increasing means and opens the release valve. However, in this state, the on-off valve is closed. Therefore, the helium gas that has been vaporized in the transfer pipe and whose temperature has risen to near room temperature after the previous supply is discharged to the outside via the discharge pipe and the discharge valve by the pressure applied by the pressure increasing means.
When the temperature detector detects that the temperature of the released gas has dropped to a predetermined temperature,
In other words, when it is confirmed that the helium gas near room temperature that was present in the transfer tube has been almost completely exhausted and the inner wall of the transfer tube has been completely cooled, the control section responds to the signal from the temperature sensor. The release valve is closed and the on-off valve is opened by a control signal from the control signal. Note that the pressure increasing means continues to operate as is. Therefore, as in the first supply, the liquid helium in the storage container is supplied into the cryostat via the transfer pipe. When the level of liquid helium in the cryostat reaches a certain level, the on-off valve is closed by a command from the control unit in response to a signal from the liquid level detector, and the operation of the pressure increasing means is stopped. Helium supply is suspended.

この後、再びクライオスタツト内の液体ヘリウ
ムがあるレベルまで減少すれば、前記同様にして
再度液体ヘリウムの補給がなされる。
Thereafter, when the liquid helium in the cryostat decreases to a certain level again, liquid helium is replenished in the same manner as described above.

以上述べたように、補給時には、当初移送管内
に存在していた室温近くのヘリウムガスは、放出
管路、放出弁を介して外部へ放出され、その後、
放出されるガスの温度がある温度まで下降したこ
とを温度検出器が検出したときはじめてクライオ
スタツト内への液体ヘリウムガスの供給が開始さ
れる。したがつて移送管内で気化しかつ室温近く
まで温度上昇したヘリウムガスおよび移送管内壁
で室温近くまで暖められヘリウムガスはクライオ
スタツト内には吹込まれないことになる。そのた
め上記の室温近くのヘリウムガスのクライオスタ
ツト内への吹き込みによりクライオスタツト内に
残留していた液体ヘリウムが気化してロスするこ
とが有効に防止される。
As mentioned above, during replenishment, the helium gas near room temperature that initially existed in the transfer pipe is released to the outside via the release pipe and the release valve, and then
Supply of liquid helium gas into the cryostat is started only when the temperature detector detects that the temperature of the gas to be released has dropped to a certain temperature. Therefore, the helium gas vaporized in the transfer pipe and heated to near room temperature and the helium gas heated to near room temperature on the inner wall of the transfer pipe will not be blown into the cryostat. Therefore, by blowing helium gas near room temperature into the cryostat, liquid helium remaining in the cryostat is effectively prevented from being vaporized and lost.

このように、この発明の装置では、補給時にク
ライオスタツト内に残留していた液体ヘリウムが
ロスすることなく、自動的に液体ヘリウムの補給
を行なうことができるのである。
In this manner, the apparatus of the present invention can automatically replenish liquid helium without losing the liquid helium remaining in the cryostat at the time of replenishment.

実施例 第1図にこの発明の装置の一例を示す。Example FIG. 1 shows an example of the apparatus of the present invention.

第1図において、液体ヘリウム貯蔵容器2内に
は液体ヘリウム3が貯留されており、この液体ヘ
リウム3中には移送管1の一端部1Aが浸漬され
ている。移送管1は一般にトランスフアーチユー
ブと称されるものであつて、通常は断熱二重管構
造とされる。その移送管1の他端部1Bは、クラ
イオスタツト4の冷却室4A内に挿入され、その
先端は冷却室4Aの底面に近接している。
In FIG. 1, liquid helium 3 is stored in a liquid helium storage container 2, and one end 1A of a transfer tube 1 is immersed in this liquid helium 3. The transfer pipe 1 is generally referred to as a transfer tube, and usually has a heat-insulated double pipe structure. The other end 1B of the transfer tube 1 is inserted into the cooling chamber 4A of the cryostat 4, and its tip is close to the bottom surface of the cooling chamber 4A.

前記移送管1におけるクライオスタツト4に可
及的に近い位置には、その移送管1の管路を開閉
するための開閉弁10が設けられており、この開
閉弁10はマイクロプロセツサ等からなる制御部
11によつて制御されるようになつている。さら
に移送管1における前記開閉弁10に近接した位
置(但しこの開閉弁10よりも液体ヘリウム貯蔵
容器2の側の位置)からは外部へ連通する放出管
路12が分岐されており、その放出管路12には
その管路を開閉するための放出弁13および温度
検出器14が設けられている。放出弁13は前記
制御部11によつて制御されるようになつてお
り、また温度検出器14はその検出信号が制御部
11に与えられるようになつている。
An on-off valve 10 for opening and closing the pipeline of the transfer pipe 1 is provided at a position as close as possible to the cryostat 4 in the transfer pipe 1, and this on-off valve 10 is composed of a microprocessor or the like. It is designed to be controlled by a control section 11. Further, a discharge pipe 12 that communicates with the outside is branched from a position in the transfer pipe 1 that is close to the on-off valve 10 (however, a position closer to the liquid helium storage container 2 than this on-off valve 10). The line 12 is provided with a discharge valve 13 and a temperature detector 14 for opening and closing the line. The discharge valve 13 is controlled by the control section 11, and the temperature sensor 14 is arranged so that its detection signal is given to the control section 11.

さらに前記液体ヘリウム貯蔵容器2内には、液
体ヘリウム3の液位を検出するための液位検出器
15が配設されるとともに、貯蔵容器2内の圧力
を上昇させるための圧力上昇手段としてヒータ1
6が配設されている。このヒータ16は前記制御
部11によつて制御され、また液位検出器15の
検出信号は制御部11に与えられるようになつて
いる。また液体ヘリウム貯蔵容器2には、貯蔵容
器2の内圧(気化したヘリウムガスの圧力)を検
出するための圧力検出器17およびガス放出弁1
8が連結されている。一方クライオスタツト4内
には供給された液体ヘリウムの液位を検出するた
めの液位検出器19が配設されており、この液位
検出器19の検出信号は制御部11に与えられる
ようになつている。
Furthermore, a liquid level detector 15 for detecting the liquid level of the liquid helium 3 is disposed inside the liquid helium storage container 2, and a heater is provided as a pressure increasing means for increasing the pressure inside the storage container 2. 1
6 are arranged. This heater 16 is controlled by the control section 11, and a detection signal from the liquid level detector 15 is supplied to the control section 11. The liquid helium storage container 2 also includes a pressure detector 17 and a gas release valve 1 for detecting the internal pressure of the storage container 2 (pressure of vaporized helium gas).
8 are connected. On the other hand, a liquid level detector 19 for detecting the level of the supplied liquid helium is disposed inside the cryostat 4, and a detection signal of this liquid level detector 19 is sent to the control unit 11. It's summery.

以上の実施例の動作について次に説明する。 The operation of the above embodiment will be explained next.

先ず最初に空のクライオスタツト4に液体ヘリ
ウムを供給する際には、ヒータ16を作動させて
液体ヘリウム貯蔵容器2内の液体ヘリウム3を加
温し、貯蔵容器2内の蒸気圧を高める。また放出
弁13は閉じた状態を保つ一方、開閉弁10を開
放する。斯くすれば貯蔵容器2内の圧力上昇によ
つてその貯蔵容器2内の液体ヘリウム3が移送管
1内に送り込まれ、さらに第1図中の実線矢印A
で示すように開閉弁10を通過してクライオスタ
ツト4内へ流入する。なおこの時、貯蔵容器2に
連結されている圧力検出器17によつて貯蔵容器
2内の圧力が検出され、その信号が制御部11に
与えられてヒータ16の発熱をフイードバツク制
御し、貯蔵容器2の内圧を一定に保持する。この
ようにしてクライオスタツト4内に液体ヘリウム
が供給されてそのレベルが予め定めたレベルに達
すれば、それが液位検出器19によつて検出さ
れ、その検出信号が制御部11に与えられて、制
御部11からの制御信号によりヒータ16の作動
が停止せしめられるとともに開閉弁10が閉じら
れ、放出弁18が開かれる。これによつて最初の
液体ヘリウム供給作業が終了する。
First, when liquid helium is supplied to the empty cryostat 4, the heater 16 is activated to heat the liquid helium 3 in the liquid helium storage container 2 and increase the vapor pressure in the storage container 2. Further, while the discharge valve 13 remains closed, the on-off valve 10 is opened. In this way, the pressure increase in the storage container 2 causes the liquid helium 3 in the storage container 2 to be sent into the transfer pipe 1, and further as shown by the solid line arrow A in FIG.
As shown in the figure, the liquid passes through the on-off valve 10 and flows into the cryostat 4. At this time, the pressure inside the storage container 2 is detected by the pressure detector 17 connected to the storage container 2, and the signal is given to the control section 11 to feedback control the heat generation of the heater 16, Keep the internal pressure of 2 constant. In this way, when liquid helium is supplied into the cryostat 4 and its level reaches a predetermined level, it is detected by the liquid level detector 19, and the detection signal is given to the control section 11. , the operation of the heater 16 is stopped by a control signal from the control unit 11, the on-off valve 10 is closed, and the discharge valve 18 is opened. This completes the first liquid helium supply operation.

その後、クライオスタツト4内の液体ヘリウム
が減少してあるレベルまで下降した時には、それ
を液位検出器19が検出し、その検出信号が制御
部11に与えられ、制御部11からの制御信号に
よつてヒータ16の作動が開始されるとともに、
放出弁13が開開放される。ヒータ16の作動に
よつて前述のように液体ヘリウム貯蔵容器2内の
圧力が上昇して、移送管1における貯蔵容器2の
位置から放出管路12の分岐位置までの間の気化
した室温に近いヘリウムガスが第1図の破線矢印
Bで示すように前記放出管12および放出弁13
を経て外部へ放出される。この放出されるヘリウ
ムガスの温度は、温度検出器14により検出され
る。この検出温度は、移送管1内に滞留していた
室温付近のヘリウムガスがほぼ完全に排出され、
かつ移送管1の内壁が充分に冷却された時点で急
激に低下する。そこでその温度が予め定めた液体
ヘリウム温度もしくはそれに近い温度まで低下し
た時にその温度検出器14の信号によつて制御部
11が放出弁13を閉じる制御信号を発生し、そ
れと同時またはそれに続いて開閉弁10を開放さ
せる制御信号を発生する。これによつて放出弁1
3が閉じられる一方、開閉弁10が開放されるか
ら、前記圧力により液体ヘリウム貯蔵容器2から
移送管1内へ送り込まれた液体ヘリウムは、第1
図の実線矢印Aで示すように開閉弁10を通つて
クライオスタツト4内に流入する。このようにし
てクライオスタツト4内に液体ヘリウムが補給さ
れてあるレベルに達した時には、既に述べた最初
の供給時と同様にして液位検出器19からの検出
信号により開閉弁10が閉じられるとともにヒー
タ16の作動が停止せしめられ、放出弁18が開
放される。
After that, when the liquid helium in the cryostat 4 decreases to a certain level, the liquid level detector 19 detects it, and the detection signal is given to the control section 11. Therefore, the operation of the heater 16 is started, and
The discharge valve 13 is opened and opened. The operation of the heater 16 increases the pressure in the liquid helium storage container 2 as described above, and the pressure in the liquid helium storage container 2 between the position of the storage container 2 in the transfer pipe 1 and the branch position of the discharge pipe 12 is close to room temperature. Helium gas flows through the discharge pipe 12 and the discharge valve 13 as shown by the broken line arrow B in FIG.
It is then released to the outside. The temperature of this released helium gas is detected by a temperature detector 14. This detected temperature means that the helium gas near room temperature that had accumulated in the transfer tube 1 has been almost completely exhausted.
Moreover, when the inner wall of the transfer pipe 1 is sufficiently cooled, the temperature decreases rapidly. Therefore, when the temperature drops to a predetermined liquid helium temperature or a temperature close to it, the control unit 11 generates a control signal to close the discharge valve 13 based on the signal from the temperature detector 14, and at the same time or subsequently, the control unit 11 generates a control signal to close the discharge valve 13. A control signal is generated to open the valve 10. This allows release valve 1
3 is closed, while the on-off valve 10 is opened, so that the liquid helium sent from the liquid helium storage container 2 into the transfer pipe 1 by the pressure is transferred to the first
As shown by the solid arrow A in the figure, it flows into the cryostat 4 through the on-off valve 10. When liquid helium is replenished into the cryostat 4 in this way and reaches a certain level, the opening/closing valve 10 is closed by a detection signal from the liquid level detector 19 in the same way as in the first supply described above. The operation of the heater 16 is stopped and the discharge valve 18 is opened.

なお以上の実施例においては、圧力上昇手段と
してヒータを用いた構成としているが、場合によ
つてはヒータを用いず、外部から貯蔵容器2内へ
ヘリウムガスを加圧供給して圧力上昇させるよう
に構成しても良い。
In the above embodiment, a heater is used as a pressure increasing means, but in some cases, the pressure may be increased by supplying helium gas under pressure from the outside into the storage container 2 without using a heater. It may be configured as follows.

発明の効果 以上の説明で明らかなようにこの発明の装置に
よれば、液体ヘリウム貯蔵容器から移送管を介し
てクライオスタツト内に液体ヘリウムを補給する
にあたつて、最初の供給時と補給時との間、ある
いは前回の補給時と次回の補給時との間において
移送管内で気化しかつ室温近くまで温度上昇した
ヘリウムガスおよび室温近くまで温度上昇した移
送管内壁により暖められたヘリウムガスをクライ
オスタツト内に吹込んでしまうことを有効に防止
でき、したがつてその吹込みによつてクライオス
タツト内の残留液体ヘリウムがロスすることが防
止されるから、液体ヘリウム消費量をいたずらに
増大させることなく自動的に液体ヘリウムの補給
を行なうことができる。そしてこの結果、クライ
オスタツトに対する液体ヘリウムの自動的な補給
を低コストで実際的に行なうことが可能となり、
極低温試験において液体ヘリウムの補給を失念し
て試験の遂行に支障を来たしたりすることが防止
されるとともに、試験担当員の負担も軽減される
等、種々の効果を奏することができる。
Effects of the Invention As is clear from the above explanation, according to the apparatus of the present invention, when replenishing liquid helium from the liquid helium storage container to the cryostat through the transfer pipe, it is possible to Helium gas that has vaporized in the transfer pipe and has risen in temperature to near room temperature between the previous replenishment and the next replenishment, and helium gas that has been warmed by the inner wall of the transfer pipe whose temperature has risen to near room temperature. This effectively prevents the residual liquid helium from being blown into the cryostat, and the remaining liquid helium in the cryostat is prevented from being lost due to the injection, without unnecessarily increasing liquid helium consumption. Liquid helium can be refilled automatically. As a result, it becomes possible to automatically replenish liquid helium to a cryostat at low cost.
Various effects can be achieved, such as preventing forgetting to replenish liquid helium during cryogenic tests and hindering the execution of the tests, and reducing the burden on test personnel.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の液体ヘリウム自動供給装置
の一例を示す略解図、第2図は従来の液体ヘリウ
ム供給方式の一例を示す略解図である。 1…移送管、2…液体ヘリウム貯蔵容器、3…
液体ヘリウム、4…クライオスタツト、10…開
閉弁、11…制御部、12…放出管路、13…放
出弁、14…温度検出器、16…圧力上昇手段と
してのヒータ、19…液位検出器。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an automatic liquid helium supply system of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a conventional liquid helium supply system. 1...Transfer pipe, 2...Liquid helium storage container, 3...
Liquid helium, 4...Cryostat, 10...Opening/closing valve, 11...Control unit, 12...Discharge pipe line, 13...Discharge valve, 14...Temperature detector, 16...Heater as pressure increasing means, 19...Liquid level detector .

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 液体ヘリウム貯蔵容器からクライオスタツト
内へ液体ヘリウムを供給するための装置におい
て、 一端が液体ヘリウム貯蔵容器内の液体ヘリウム
中に犢漬されるとともに他端がクライオスタツト
内に挿入される断熱構造の移送管と、液体ヘリウ
ム貯蔵容器内の圧力を上昇させる圧力上昇手段
と、クライオスタツト内の液体ヘリウムの液位を
検出する液位検出器と、前記移送管におけるクラ
イオスタツトに近い部位において移送管から分岐
されて外部へ連通する放出管路と、その放出管路
を開閉する放出弁と、放出管路内の温度を検出す
る温度検出器と、前記放出管路の分岐位置よりも
クライオスタツトに近い位置で移送管を開閉する
開閉弁と、前記液位検出器および温度検出器から
の信号に応じて前記放出弁、開閉弁および圧力上
昇手段を制御する制御部とを有してなることを特
徴とする液体ヘリウム自動供給装置。
[Claims] 1. A device for supplying liquid helium from a liquid helium storage container into a cryostat, one end of which is immersed in liquid helium in the liquid helium storage container, and the other end of which is immersed in the cryostat. A transfer pipe having an adiabatic structure to be inserted, a pressure increasing means for increasing the pressure in the liquid helium storage container, a liquid level detector for detecting the liquid helium level in the cryostat, and a cryostat in the transfer pipe. A discharge pipe branching from the transfer pipe at a nearby location and communicating with the outside, a discharge valve opening and closing the discharge pipe, a temperature detector detecting the temperature within the discharge pipe, and a branch position of the discharge pipe. The cryostat has an on-off valve that opens and closes the transfer pipe at a position closer to the cryostat, and a control section that controls the release valve, the on-off valve, and the pressure increasing means in response to signals from the liquid level detector and the temperature sensor. An automatic liquid helium supply device characterized by:
JP61183628A 1986-08-05 1986-08-05 Automatic liquid helium supplying device Granted JPS6339618A (en)

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JPS6339618A JPS6339618A (en) 1988-02-20
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JPH0719686B2 (en) * 1990-11-15 1995-03-06 三菱電機株式会社 Cryogenic device
US5671603A (en) * 1995-12-08 1997-09-30 The Perkin-Elmer Corporation Apparatus for controlling level of cryogenic liquid
CN109529754A (en) * 2018-11-27 2019-03-29 孙洁 A kind of movable-type intelligent monitoring reaction kettle

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