JPH03233325A - 極低温液体の液面検出方法および装置 - 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、極低温液体、たとえば窒素、酸素、アルゴン
およびメタンなどを貯留する場合における液面を検出す
る方法および装置に関する。

従来の技術 一定の極低温の気相中で、培養細胞を収納して保存する
場合、その極低温液体を貯留する貯槽の液面を検出し、
その液面をたとえば一定に保って、培養細胞を保存する
必要がある。

典型的な先行技術は、いわゆるフロート式であり、貯槽
に貯留されている極低温液体上にフロートを浮かばせ、
このフロートの上限および下限位置を、機械的に動作す
るスイッチによって検出する構成を有する。

発明が解決しようとする課題 このような先行技術では、液面検出のためにフロートお
よびスイッチなどを必要とし、取付けのスペースが大き
いという問題がある。また、検出すべき液面を自由に変
更することが困難であり、フロートおよびスイッチなど
の取付構造を変更しなければならず、繁雑である。さら
にまた、フロートを用いて液面を検出することが可能で
あるけれども、培養細胞を保存する雰囲気温度を検出す
ることができず、この温度を検出するには、別途、温度
検出素子を設ける必要がある。さらにまた、霜などによ
ってフロートが、それを案内する部材などに引掛かり、
フロートの円滑な昇降動作が不可能となって故障を生じ
易い。さらにまた、フロートの上限および下限の各位置
に機械的動作を行うスイッチを上述のように設けている
ので、液面の上限および下限の位置を検出することが可
能であるけれども、それらの中間位置の液面を連続的に
知るためには、別途指示装置を設ける必要がある。

さらに他の先行技術は、貯留されている極低温液体の気
相と液相とにおける差圧を検出する差圧式、一対の電極
間に極低温液体が介在されて液面に対応する静電容量を
測定する静電容量式、複数の対を成す発光素子と受光素
子との組合せを上下に間隔をあけて設けて極低温液体に
よる遮光状態を検出する光学式、および貯槽の上部に超
音波を発生する超音波発生源を設けて液面からの反射波
を受信する超音波式などでは、大きな取付はスペースを
必要とし、また気相温度を検出することができず不便で
あり、保守が面倒であるなどの問題があり、さらにまた
前述の差圧式、および光学式などでは液面の位置を原則
として間欠的にしが知ることができず、連続的に知るた
めには、別途指示装置が必要である。

本発明の目的は、小形化が可能であり、液面の位置を連
続的に検出することが可能であり、温度を知ることがで
き、故障の恐れが無く、保守が容易である極低温液体の
液面検出方法および装置を提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、極低温液体を貯留するための大気開放された
貯槽の気相空間に、温度検出素子を設け、この検出温度
に対応した液面を検出することを特徴とする極低温液体
の液面検出方法である。

また本発明は、極低温液体を貯留し、上部が大気開放さ
れている断熱貯槽と、 前記貯槽内で上下に延び、下部が液体に浸漬され、上部
が気相にある筒体と、 筒体の上部に設けられ、通気性のあるキャップと、 筒体の気相に設けられる温度検出素子とを含むことを特
徴とする極低温液体の液面検出装置である。

作　　用 本発明に従えば、極低温液体である液化ガスは大気開放
された貯槽内に貯留され、その極低温液体の液面よりも
上方の気相空間の温度が液面よりも上方になるにしたが
って、はぼ直線的に上昇するという性質を利用し、間接
的に液面を検出することができる。

さらに本発明に従えば、貯槽は断熱されているので、貯
留されている極低温液体が激しく蒸発気化することはな
く、気相空間の液面と温度検出素子との上下の距離に対
応した温度を正確に検出することができる。

本発明に従えば、筒体は、液相と気相とに亘って上下に
延びており、この筒体の気相には温度検出素子が設けら
れ、その筒体の上部は通気性のあるキャップで塞がれる
。したがって、貯槽に蓋を設けてその蓋の開閉を行った
とき、およびたとえば保存しである培養細胞を収納した
り取出したりするときなどのように、外的要因によって
気相の温度がたとえ乱れたとしても、極低温液体の液面
と温度検出素子との間の距離に対応した温度の直線性を
維持させることが可能であり、これによって高精度の液
面の位置の検出を行うことができる。

貯槽は大気開放されているので、貯槽に貯留されている
極低温液体は安定に蒸発気化し、気相内の圧力はほぼ大
気圧に保たれ、対流が生じることはなく、そのため温度
検出素子によって検出される温度は、液面の位置に正確
に対応することが可能である。

実施例 第１図は本発明の一実施例の断面図であり、第２図はそ
の平面図である。粉末真空断熱壁から成る貯槽１には極
低温液体、たとえば液体窒素が参照符２で示すように液
相で貯留されており、その液面３の上方は気化した窒素
の液化ガスの気相空間４となっている。貯槽１の上部の
大部分は、開閉可能な蓋５によって塞がれる。この貯槽
１の上部の一部分には固定蓋６が固定されており、この
固定蓋６にはベントロアを介して大気に連通しており、
したがって貯槽１内の気相空間４は大気圧であり、液相
２の蒸発気化した気体の窒素ガスは対流を生じることな
く、ベントロアがら大気放散される。液体窒素ボンベな
どの液体窒素供給源８からは電磁弁９を介して管路１ｏ
がら極低温液体である液体窒素が供給され、固定蓋６に
挿通されて液相２に浸漬されている管路１１がら供給さ
れる。

貯槽１の気相空間４の固定位置には、温度検出素子１２
が設けられる。この温度検出素子１２の出力は、マイク
ロコンピュータなどによって実現される制御回路１３に
与えられ、これによって制御回路１３は電磁弁９を開閉
動作させて、極低温液体の液面３を予め定める範囲に保
つ、温度検出素子１２は、貯槽１の直方体状の収納空間
の角隅部寄りに配置され、これによって気相空間４にお
ける気化した液化ガスの流れにたとえ乱れが生じたとし
ても、液面３の位置に対応した温度を正確に検出するこ
とができる。開閉１１５を開くことによって、気相空間
４に設けられた内容物１４を収納し、あるいはまた取出
すことができる。この内容物１４としては、たとえば培
養細胞などであってもよく、その他の物質であってもよ
い。

第３図は、極低温液体の液面３の位置と温度検出素子１
２によって検出される温度との関係を示すグラフである
。貯槽１に貯留されている極低温液体２は、外部からの
熱を得て徐々に蒸発気化してゆき、電磁弁９が閉じたま
まであるとき液面３はＬＨからＬＬに変化する。第３図
のライン１１で示されるように液面３の位置がＬＨであ
るとき、その液面３から上方に遠ざかるにつれて、気相
空間４の温度は上昇してゆく。液面３の位置がＬＬであ
るときには、ライン１１を下方に平行移動したライン１
２のとおりとなる。第３図の点Ｐに温度検出素子１２が
設けられているものとすると、この点Ｐの温度は液面が
ＬＨからＬＬに変化するにつれて、その点Ｐの温度が直
線的に上昇し、温度ＴＬからＴＨに変化して上昇する。

電磁弁９が開かれて極低温液体が管路１０，１１から貯
槽１内に供給されることによって、液面３が上昇すると
温度検出素子１２によって検出される温度はＴＨからＴ
Ｌに変化して低下する。

第４図は、制御回路１３の動作を説明するためのフロー
チャートである。ステップａｌからステップａ２に移り
、温度検出素子１２によって検出される温度Ｔが予め定
める温度ＴＨ以上であるときにはステップａ３に移り、
電磁弁９がＯＮとなって開かれ、液体窒素が供給源８か
ら貯槽１に供給される。ステップａ４において、検出温
度Ｔが温度ＴＬ以下になるとステップａ５において電磁
弁９が閉じられる。このようにして、液面３はＬＨとＬ
Ｌとの間の範囲に保たれる。この温度検出素子１２は、
たとえばサーミスタなどによって実現され、その気相空
間４の温度を連続的に検出することができ、この温度は
第３図に示されるように、液面３の位置とほぼ直線の関
係にある。

蓋５を開放して内容物１４を収納したり取出したりする
ときにおける外的要因によって気相空間４の気化した液
化ガスの気流に乱れが生じ、これによって温度検出素子
１２による検出温度と液面３の位置との直線的な対応が
失われる恐れがある。

この問題を確実に解決するための他の先行技術は、第５
図に示されている。この第５図に示される実施例は、前
述の実施例に類似し対応する部分には同一の参照符を付
す、貯槽１の上部の側部には、大気に連通される管路１
６が設けられる。’１６ａは、開閉可能である。本発明
では貯槽１内に筒体１７が設けられ、この筒体１７内に
温度検出素子１２が収納される。

第６図は、筒体１７の拡大断面図である。この筒体１７
はその下部１８が極低温液体２に浸漬され、この実施例
では貯槽１の底面１９付近に配置される。筒体１７の上
部２０は、気相空間４に配置される。この上部２０内に
は、通気性のあるキャップ２１によって塞がれる。キャ
ップ２１は、上下に貫通した微細な孔を有する発泡ウレ
タンなどの材料から戒る。筒体１７は、ステンレス鋼、
銅、アルミニウム、およびテフロン（商品名）などの材
料から成る。筒体１７の下部１８を第６図に明らかに示
すように、その長手軸線に対して斜めに切除することに
よって、筒体１７内に極低温液体が円滑に入込むことが
でき、キャップ２１は上述のように通気性を有している
ので、貯槽１の液面３と筒体１７内における液面３ａと
は同一位置にあり、しかもこの筒体１７内で気化したガ
スはキャップ２１を経て気相空間４に流出すことができ
る。このようにして温度検出素子１２の付近のガスの乱
れを防ぐことによって、液面３，３ａの位置に対応した
温度を良好な直線性で検出することが可能になる。温度
検出素子１２としては、熱電対なとであってもよい。

発明の効果。

以上のように本発明によれば、極低温液体を貯留する貯
槽の気相空間に温度検出素子を設け、この検出温度に対
応した液面を検出する構成を有するので、取付はスペー
スが少なくて済み、また温度検出素子の気相空間におけ
る上下の取付位置を変更することが容易であり、また温
度を連続的に検出して液面の位置を連続的に知ることが
でき、さらにまた気相の温度を常時知ることができ、さ
らにまた故障の心配が無く、保守が極めて容易であり、
さらにまた構成が簡単であって、コストの低減が可能で
ある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は第１図に
示される実施例の平面図、第３図は液面３の位置と温度
検出素子１２による検出温度との関係を示すグラフ、第
４図は制御回路１３の動作を説明するためのフローチャ
ート、第５図は本発明の他の実施例の断面図、第６図は
第５図における筒体１７の拡大断面図である。 １・・・貯槽、２・極低温液体３，３ａ液面、４・・気
相空間、５・・・開閉蓋、６・固定蓋、６ａ・・ＩＬ７
・・・ベントロ、８・・・極低温液体供給源、９・・・
電磁弁、１２・・・温度検出素子、１７・・・筒体、２
１・・・キャップ べｊ ０） 第 図 温度 第 ４ 図 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）極低温液体を貯留するための大気開放された貯槽
   の気相空間に、温度検出素子を設け、この検出温度に対
   応した液面を検出することを特徴とする極低温液体の液
   面検出方法。
2. （２）極低温液体を貯留し、上部が大気開放されている
   断熱貯槽と、 前記貯槽内で上下に延び、下部が液体に浸漬され、上部
   が気相にある筒体と、 筒体の上部に設けられ、通気性のあるキャップと、 筒体の気相に設けられる温度検出素子とを含むことを特
   徴とする極低温液体の液面検出装置。