JPH0278281A - 吸着器付クライオスタツト - 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、極低温保冷槽に係り、特に真空槽内４　　に
設けた吸着器を再生するのに好適な吸着器付クライオス
タットに関する。

〔従来の技術〕

従来の極低温保冷槽はブイ・デイ・アイ低温工学ハンド
ブック（内田老鶴圃新社昭和５７月９月１５日発行）の
第２６１頁において論じられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、極低温槽の封じ切り真空空間側の壁面
に取り付けて冷却し、封じ切り真空空間にリークして来
るガス、例えば、真空○リング等を透過してきたり、真
空壁から放出される水素やヘリウムガスを吸着排気する
吸着器を、極低温槽の温度が極低温状態のままで再生°
する配慮がされておらず、多量のガスを吸着し、吸着機
能が低下した吸着器を再生する場合、極低温槽中の冷媒
例えば高価な液体ヘリウムを全量蒸発させ人気中に放出
させた後、極低温槽と吸着器を一緒に昇温させなければ
ならず、再生に長時間を要しかつ、コスト高となる問題
があった。

本発明の目的は、極低温槽を極低温状態のままで、吸着
器を再生することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、再生時吸着器と極低温槽壁間に温度勾配を
生じさせ、吸着器に設けた加熱手段等によって吸着器の
温度を上げ、同時に真空槽を真空排気手段で排気するこ
とにより達成される。

〔作用〕

温度約４．５　Ｋの極低温槽と吸着器の間には熱抵抗が
大きい支持材が存在するため、吸着器に設けた加熱手段
により短時間の間に温度上昇する。

吸着器内の吸着剤、例えば、モリキュラシーブスや活性
炭粒の温度が約２０Ｋまで上昇すると、それまで吸着し
ていたガスが吸着剤より離脱し、真空槽内に放出する。

この時、真空槽を外部に設けた真空排気系で排気し、こ
の放出ガスを真空槽外に排気する。これで吸着剤中のガ
スは大半排気され、再び、極低温槽に密着させて冷却す
れば吸着器の排気機能を再生でき、再び真空槽を封じ切
ることができる。

〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。超電
導マグネット等の被冷却体１を極低温寒剤、例えば温度
４．２にの液体ヘリウム２中に浸漬して収納した極低温
槽３は、真空膜４で大気と隔離し、随の間の空間５は真
空排気される。極低温槽３には極低温寒剤注入口３′を
備えている。

また、極低温槽３の外側には積層断熱材６を巻き付け、
真空槽からの侵入熱を防止している。極低温槽３の槽壁
の一部には、内部にモレキュラシーブや活性炭等の吸着
剤を内部に収納した吸着器７を密着し、極低温槽３で約
温度４．５Ｋに冷却する。極低温になった吸着剤は、空
間５内の残留ガス例えば、水素ガスやヘリウムガスを吸
着排気し。

空間５内の真空度を高め、真空断熱効果を保持する。

吸着器７は、断熱材のある例えば、ステンレス鋼材製の
ロッド８を介して極低温槽３に熱的に一体化され、吸着
器７の端部には、加熱手段の電気ヒータ９を取り付けて
いる。電気ヒータ９は、真空槽４外の制御器１０により
、必要に応じて、吸着器７を加熱する。

また、真空槽４に、真空排気口１２及び、その端部に真
空弁１３を設け、通常は封じ切っている。

真空弁１３の先端には、真空排気系１４を設け、吸着器
７の再生時に、真空弁１３を開いて空間５を真空排気す
る。

封じ切り空間５内には、真空槽４の壁や、排気口１２と
真空弁１３との取付け０リング等を介して、水素ガスや
、ヘリウムガスがリークして来る。

リークしたガスは、冷却した吸着器内の吸着剤を接触し
、吸着剤中にトラップされ、空間５内の真空を保持する
。しかし、吸着剤中のガス濃度が一定以上に達すると、
吸着性能が低下し、空間５内の真空度が劣化する。これ
により、真空断熱性能が低下し、液体ヘリウム２の蒸発
量が急激に増加するため、吸着器を再生する必要が生じ
る。

吸着器を再生する場合、電気ヒータ９で吸着器７を加熱
する。吸着器７を温度１０に以上に加温すると、吸着剤
中のガスは吸着剤から離脱する。

この離脱したガスを真空排気系１４で排気し、吸着剤７
を短時間に再生する。吸着器７の温度は、温度計１１で
計測し、一定の温度に制御する。加熱した吸着器７から
極低温槽３に侵入する熱は、ロッド８の熱伝導率が小さ
いため、極少であり、液体ヘリウム２の蒸発量はわずか
である。再生を終了した後は、電気ヒータ９による加熱
を止め、ロッド８を通じて、極低温槽３の寒冷で吸着器
７を徐々に冷却する。十分冷却した後、真空弁１３を閉
じて、再生処理を終了する。

本実施例によれば、極低温槽内の液化ガスを全量蒸発さ
せることなく吸着器７を加温再生できるので、短時間に
、かつ、低コストに再生できる効果がある。本実施例に
おいて、ロッド８をハニカム構造にすれば、再生時の液
体ヘリウムの蒸発量をさらに小さくできる。

他の実施例を第２図に示す。第１図と異なるところは、
吸着器７を、気体の熱伝導率の温度及び圧力依存性を利
用したサーマルスイッチ１５を介して極低温槽３と一体
化した点にある。

サーマルスイッチ１５内にはフィン１６を設けて伝熱面
積を広くするとともに、真空槽４の外部とサーマルスイ
ッチ１５内を導管１７で連通し、これを、弁１８．１９
を介して、ガスボンベ２０ど真空排気ポンプ２１とに接
続している。

吸着器７冷却時には、ガスボンベ２０より弁１９を介し
て適量のガスヘリウムをサーマルスイッチ１５内に注入
する。注入されたガスヘリウムの熱伝導により、吸着器
７は極低温槽３で冷却される。吸着器７を再生する場合
には、弁１８を開き、真空ポンプ２１でサーマルスイッ
チ１５内のガスを排気し断熱状態にして電気ヒータ９で
加熱し、吸着器内のガスを脱気する。

本実施例によれば、ガスの注入、排気、注入作業により
、熱移動量を制御できるので、再生時の液体ヘリウムの
蒸発量を低減し、かつ、再生後の吸着器を、短時間に冷
却する効果がある。

更に他の実施例を第３図、第４図に示す。本実施例が第
１図の実施例と異なるところは、吸着器７を断熱性の優
れたロッド、例えば、一端を密封した中空のエポキシ樹
脂材等のロッド２２を吸着器着脱手段で、空間５内に支
持し、かつ、ロッド２２によりベローズ２３を介して、
真空を保持したまま、吸着器７を左右に移動できるよう
にした点にある。

吸着器冷却時は、吸Ｒｍ７をロッド２２により極低温槽
３に圧接して冷却する。再生時には、ロッド２２を移動
し、吸着器７を極低温槽３より離脱して、電気ヒータ９
で吸着器７を加温、再生する。再生後は、電気ヒータ９
による加温を停止し、ロッド２２により再び、吸着器７
を極低温槽３に圧接する。

この時、吸着器７はベローズ２３を介して大気圧と真空
空間５及の圧力差分の力が密着力として作用し、吸着器
７と、極低温槽３の熱接触を良好に保持する。また、第
５図に示す如く電気ヒータの代りに、吸着器７を極低温
槽より離脱させた後、高温の真空槽４の一部にツバ２４
を熱的接触させても同じ効果を生じる。

本実施例によれば、吸着器７の再生時に、吸着器７を極
低温槽３から離脱できるので、液体ヘリウムの蒸発損失
をさらに低減する効果がある。

第６図は更に他の実施例を示すもので、第４図と異なる
ところは、吸着器７を、極低温槽３に熱伝導性の良好な
材料で作ったソケット２５に嵌込んでロックして密着さ
せ、シール性を有した回転ロッド２２と吸着器７をネジ
部２６で分離、Ｍ脱させる様にした構造にある。

本実施例では、再生後、吸着器７とロッド２２を分層で
きるので、ロッド２２を通じて極低７１１１Ｎ４３への
熱伝導によって侵入する。４！侵入を防止でき。

吸着器機能時においても、液体ヘリウムの魚発猷を低減
できる効果がある。

第７図は東に他の実施例を示すもので、ヘリウム冷凍機
２７等の外部寒冷供給手段により、真空空間５内に、例
えば８０にと２０にの２温度レベルのふく射熱シールド
板２８．２９を有する真空槽４に本発明を適用したもの
である。ロッド２２で吸着ｗｆ７を移動させる時、ロッ
ド２２に設けた温度２０にのシールド板３０はベロー３
１を介して、熱シールド板２９と接触し、ロッド２２の
移動に伴ってシールド板２９と３０の間から、ふく射熱
が極低温槽３に侵入しない構造となっている。

したがって、本実施例によれば、吸着器再生時において
も熱シールド板の効果が低減しない効果がある。また、
再生時、吸着器７を極低温槽３がら離脱させた後、電気
ヒータ９で加熱する代りに。

吸着器７の一部を、熱シールド板２９の一部に接触させ
て加温しても同様な効果が生じると共に、電気ヒータ９
を省略できコスト低減の効果が生し机 第８図は、更に他の実施例を示すもので１円筒状の吸着
器３２は、ガイド穴３３を有するフランジ３４．圧着フ
ランジ３５と共にモータ３６の回転によって直線的に動
く。すなわち、モータに直結したロッド３７が回転する
ことによって台座３８のネジ部３９をロッド３７は上下
運動し、吸着器３２はガイドロッド４ｏに沿って移動す
る。

すなわち、本実施例によれば、大気中に連通した機械的
な外部駆動機構を有しないで、吸着器３２を移動できる
ので、ベロー等の伸縮部材の必要がなく真空リークに対
する信頼性の向上、並びにロッドが不要となるため熱伝
導による熱侵入はなく液体ヘリウムの蒸発量を低減でき
る効果がある。

第９図は、更に他の実施例を示すもので、台座３８にロ
ッド４１を介し固定されたフランジ４２に、それぞれ端
面を気密一体化された径の異なるベロー４３．４４を設
け、ベロー４３の端面に吸着器７を一体化する。ベロー
４３．４４内は通常真空排気され、ベロー４３．４４と
空間５の圧力はほぼ等しく、吸着器７は、バネ４５で台
座３８に圧着されている。吸着器７の再生時には、導管
４６を通り大気側よりガスＩ＼リウムをベロー内に導入
する。ベロー４４のベロー径が大きいためロッド４７は
ベロー４４が伸びる方向に移Ｎ！７１　Ｌ、それに伴っ
て吸着器７は、台座３８より離脱する。

再生処理終了後、再びベロー内を真空排気すれば。

ベローは縮み、吸着器７はバネ４５で再び台座３８に圧
着される。

本実施例によれば、吸着器の移動をガスＪＥ力で行うこ
とができるので、駆動手段の発熱が無く再生時の液体ヘ
リウムの蒸発量を少なくできると共に、導管４６の長さ
を長くとって通常時常温端からの熱侵入量を少なくして
液体ノ＼リウムの蒸発：駄を低減できる効果がある。

第１０図は、更に他の実施例を示すもので、第６図の実
施例と異なるところは、吸着器７を空間５内で再生処理
せずに、ゲート弁４８で空間５と仕切られた空間４９で
加温再生処理を行う構造とした構造にある。すなわち、
再生時に吸着器７をロッド２２で空間４９まで移動させ
、ゲート弁４８を閉じる。ここで吸着器７を加温し、離
脱したガスを弁５０を介して真空排気装置５１で排気し
、吸着器７を再生する。再生後は、空間４９内を真空に
したまま、ゲート弁４８を開き、吸着器７をソケット２
５に嵌込んだ後、ロッド２２を分離し、ロッド２２のみ
空間４９内に納めゲート弁４８を閉じる。

本実施例によれは、空間５と再生室の空間４９を仕切る
ことができるので、空間５を脱ガスで汚染することが無
く、脱ガスによる空間５の断熱性の低下を防止できると
ともに、空間５の真空状態を保持したまま、新品の吸着
器と交換することも出来る効果も有する。

第１１図は、更に他の実施例を示し、適用する吸着器の
構造に関するもので、吸着器を、極低温槽に密着するフ
ランジ５２と、電気コータ９を一体化したフランジ５３
を、通気孔５４を有した筒体５５で固定し、その内部に
吸着剤５６を封入する。筒体５５の内側には網状体５６
を設け、吸着剤の脱落を防止している。フランジ５２及
び５３にはフィン５７．５８を設は吸着剤５６の冷却。

加温効果を高めている。

本実施例によれば、フィン５７．５８を吸着剤中に押入
しているので、吸着剤の冷却、加温を短時間に行える効
果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、吸着器を極低温槽の間に、大きな熱抵
抗をつけて配設し、吸着剤の温度を昇温できるので、極
低温槽の液化ガスの蒸発を少なくして吸着器を再生でき
るので、吸着器の再生を短時間に、かつ、低コストに実
施できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のクライオスタット断面図、
第２図、第３図、第４図、第５図、第６図、第７図、第
８図、第９図及び第１０図は夫々他の実施例を示すクラ
イオスタットの断面図、第１１図は更に他の実施例を示
す吸着器の断面図である。 ３・・・極低温槽、４・・・真空槽、５・・・真空空間
、７・・・吸着器、８・・・ロッド、９・・・電気ヒー
タ。 −一＼

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空断熱した真空槽、この真空槽内に配置した低温
   壁、上記真空槽内の希薄気体を吸着する吸着器より成る
   クライオスタットにおいて、上記吸着器を、熱移動量制
   御手段を介して、上記低温壁に接触させたことを特徴と
   する吸着器付クライオスタット。 ２、吸着器に、加熱手段又は、加熱体または、加熱空間
   までの移動手段を付加したことを特徴とする請求項１記
   載の吸着器付クライオスタット。