JPH05296367A - 極低温用バルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】バルブ操作部や弁箱間の連結棒などを介して大
気中の熱が液体ヘリウムなどの冷媒に伝わってしまうの
を防止する。 【構成】断熱空間と外側雰囲気２５を分離するケースを
有しており、前記外側雰囲気２５内に操作手段が設けら
れ、前記断熱空間内に冷媒流路３５が設られる。該冷媒
流路３５を選択的に断続するために弁体３８が設けられ
ていて、該弁体３８と操作手段間に連結手段が設けら
れ、前記ケースを貫通して延びる。したがって、操作手
段を操作すると、連結部材を介して弁体３８の動作位置
が変わり、冷媒流路３５を接続したり、遮断したりする
ことができる。前記連結手段は、前記操作手段を操作す
ることによって弁体３８の動作位置を変え、弁体３８の
動作位置を変えないときに弁体３８と操作手段間を遮断
して非接触状態とする。前記ケースの外側から進入した
熱が弁体３８に伝わらなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、極低温用バルブに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、超電導モータやクライオスタット
などの極低温状態に置かれた低温装置を収容する断熱構
造体は、大気中の熱の進入を遮断するため、断熱構造体
と低温装置間に断熱空間が設けられている。例えば、超
電導モータにおいては、超電導コイルを極低温に冷却し
て超電導の特性を利用するようにしているので、例えば
密封された液体ヘリウム槽内に超電導コイルを設け、該
液体ヘリウム槽内に収容された液体ヘリウムによって冷
却している。また、前記液体ヘリウム槽を更に外ケース
によって包囲し、該外ケース内を真空にして外ケースの
外側の大気中の熱が進入しないようにしている。

【０００３】前記構成の超電導モータにおいて、外ケー
スの外側から大気中の熱が進入したり、何らかの原因で
常電導転位が起きてジュール熱が発生したり、超電導モ
ータの可動部分で摩擦熱が発生したりするため、前記液
体ヘリウム槽内の液体ヘリウムはそれら熱負荷によって
徐々に消費される。そこで、前記液体ヘリウム槽と外ケ
ースの外側をヘリウム配管で結び、該ヘリウム配管を介
して前記液体ヘリウム槽内に液体ヘリウムを供給するよ
うにしている。その場合、前記ヘリウム配管に極低温用
バルブを配設し、液体ヘリウムを供給する時に開放し、
不要時には閉鎖しておくようにしている。

【０００４】図２は従来の極低温用バルブの断面図であ
る。図において、１１は図示しない外ケースの外側に配
設された操作部、１２は液体ヘリウム配管に配設された
弁箱、１３はディスク、１４はシート、１５は前記操作
部１１とディスク１３間を接続する連結棒、１６は該連
結棒１５を包囲するボンネットである。前記操作部１１
を操作することによって、前記ディスク１３をシート１
４に対して接離させることができる。

【０００５】そして、外ケースの外側に配設された操作
部１１から前記連結棒１５を介して弁箱１２に伝わる熱
の量すなわち伝熱量を抑制するために前記連結棒１５を
長くしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の極低温用バルブにおいては、連結棒１５を長くして
大気中から弁箱１２への伝熱量を少なくしているが、大
気の温度と液体ヘリウムの温度間の温度勾（こう）配が
大きいため、伝熱量を十分に抑えることができない。

【０００７】したがって、液体ヘリウム槽内の液体ヘリ
ウムが大気中から進入した熱によってわずかずつ気化
し、その分冷却効果が低下してしまうだけでなく、液体
ヘリウムの使用量が増加してしまう。本発明は、前記従
来の極低温用バルブの問題点を解決して、バルブ操作部
や弁箱間の連結棒などを介して大気中の熱が液体ヘリウ
ムなどの冷媒に伝わってしまうのを防止することができ
る極低温用バルブを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明の極
低温用バルブにおいては、断熱空間と外側雰囲気を分離
するケースを有しており、前記外側雰囲気内に操作手段
が設けられ、前記断熱空間内に冷媒流路が設られる。該
冷媒流路を選択的に断続するために弁体が設けられてい
て、該弁体と操作手段間に連結手段が設けられ、前記ケ
ースを貫通して延びる。該連結手段は、前記操作手段を
操作することによって弁体の動作位置を変える手段と、
前記弁体の動作位置を変えるときに弁体と操作手段間の
部材を連結して接触状態とし、前記弁体の動作位置を変
えないときに弁体と操作手段間を遮断して非接触状態と
する手段を備える。

【０００９】

【作用及び発明の効果】本発明によれば、前記のように
断熱空間と外側雰囲気を分離するケースを有しており、
前記外側雰囲気内に操作手段が設けられ、前記断熱空間
内に冷媒流路が設られる。該冷媒流路を選択的に断続す
るために弁体が設けられていて、該弁体と操作手段間に
連結手段が設けられ、前記ケースを貫通して延びる。し
たがって、操作手段を操作すると、連結部材を介して弁
体の動作位置が変わり、冷媒流路を接続したり、遮断し
たりすることができる。

【００１０】また、前記連結手段は、前記操作手段を操
作することによって弁体の動作位置を変える手段と、前
記弁体の動作位置を変えるときに弁体と操作手段間の部
材を連結して接触状態とし、前記弁体の動作位置を変え
ないときに弁体と操作手段間を遮断して非接触状態とす
る手段を備えている。したがって、操作手段を操作して
弁体と操作手段間を離すと、操作手段を介して前記ケー
スの外側から熱が弁体に伝わらなくなる。したがって、
前記ケースの外側から進入した熱が冷媒に伝わることが
なく、冷媒の冷却効果が低下したり、使用量が増加した
りすることがなくなる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施例を
示す極低温用バルブの断面図である。図において、２１
は内ケース、２２は外ケース、２３は前記内ケース２１
に包囲された空間に形成され、図示しない超電導モータ
のステータのコイルを収容する液体ヘリウム槽、２４は
前記内ケース２１と外ケース２２間に形成された断熱空
間、例えば真空槽、２５は前記外ケース２２の外側の外
側雰囲気である。

【００１２】３１は弁箱、３２は前記液体ヘリウム槽２
３と外側雰囲気２５間に接続され、冷媒、例えば液体ヘ
リウムを供給するためのヘリウム配管であり、断熱性の
ある材料で形成される。前記液体ヘリウム槽２３内の液
体ヘリウムが気化されて量が少なくなると、該ヘリウム
配管３２を介して液体ヘリウムが供給される。前記弁箱
３１は、内部に液体ヘリウムの冷媒流路３５が形成され
た流路ブロック３６と、前記冷媒流路３５を選択的に断
続する弁体３８と、該弁体３８を冷媒流路３５が遮断さ
れる方向に付勢するスプリング３９と、前記流路ブロッ
ク３６と一体的に形成され、前記スプリング３９を支持
するストッパ４０から成る。前記流路ブロック３６には
シート４３が形成されていて、弁体３８は該シート４３
に対して垂直方向に移動して前記冷媒流路３５を断続す
る。そのため、前記弁体３８はシート４３に対向する先
端側に円錐部４５を有するとともに、後端側に係止用凸
部４６を有している。該係止用凸部４６は前記弁体３８
の移動に伴って移動するため、前記弁箱３１には適宜形
状の窓部４８が形成されている。

【００１３】また、前記弁体３８は前記流路ブロック３
６内の後端側に形成されたスリーブ５１内で摺（しゅ
う）動自在に配設されていて、前記円錐部４５が冷媒流
路３５内に臨んでいる。そのため、該冷媒流路３５内の
液体ヘリウムが前記スリーブ５１と弁体３８間を抜けて
真空槽２４に漏れ出すおそれがある。そこで、前記スリ
ーブ５１と弁体３８間を密閉するためにベロー５２が配
設されている。

【００１４】なお、前記内ケース２１、ヘリウム配管３
２、流路ブロック３６等の液体ヘリウムと接触して極低
温に冷却される部材の表面には、輻（ふく）射熱の進入
を阻止するために銀めっきを施すとよい。このような構
成の弁箱３１において、前記スプリング３９は、前記係
止用凸部４６の裏面とストッパ４０間に配設され、前記
弁体３８を冷媒流路３５が遮断される方向に付勢する。
該冷媒流路３５を接続する場合に、前記弁体３８はスプ
リング３９の付勢力に対向して後退させられる。なお、
前記ベロー５２を付勢力の大きいもので構成し、かつ、
該ベロー５２を冷媒流路３５が遮断される方向に付勢し
て取り付けると、前記スプリング３９は不要になる。

【００１５】そのため、前記弁箱３１を包囲して有底箱
状の弁体アクチュエータ５４が配設され、該弁体アクチ
ュエータ５４の筒状部５５の先端縁部５５ａが前記係止
用凸部４６に接離自在に当接させられる。そして、操作
部３３を操作して前記弁体アクチュエータ５４を往復動
させると、それに伴い前記弁体３８が往復動して冷媒流
路３５を断続する。前記筒状部５５の先端縁部５５ａと
前記係止用凸部４６は伝熱量を少なくするために線接触
とする。また、該先端縁部５５に適宜凹凸を形成して点
接触させるようにしてもよい。

【００１６】なお、前記ヘリウム配管３２を避けて前記
弁体アクチュエータ５４が往復動することができるよう
に、前記筒状部５５に適宜形状の窓部５６が形成され
る。また、筒状部５５に代えて複数の脚を形成し、該脚
の先端縁部を前記係止用凸部４６に当接させるようにし
てもよい。その場合、前記窓部５６は不要になる。前記
弁箱３１は、ストッパ４０の裏面に形成された円錐形支
持体５８によって内ケース２１に支持される。前記円錐
形支持体５８は先端のみが内ケース２１に点接触してお
り、伝熱量を少なくしている。前記円錐形支持体５８の
先端と内ケース２１は溶接してもよいし、単に接触させ
るだけにしてもよい。

【００１７】一方、操作部３３は、外ケース２２に固定
された中空の操作部箱体６１と、該操作部箱体６１から
外側雰囲気２５に突出して配設された操作手段、例えば
摘（つま）み６２から成る。前記操作部箱体６１は、外
側雰囲気２５側の底面６３が前記外ケース２２に形成さ
れた開口を塞（ふさ）ぐように取り付けられていて、前
記真空槽２４内に突出する。

【００１８】前記操作部箱体６１は、筒状部６５、前記
底面６３及び蓋体６６から成り、内部に密閉空間６７が
形成される。そして、該密閉空間６７には前記底面６３
を貫通して外側雰囲気２５内に延びるロッド６９が配設
され、該ロッド６９の前端７１が前記摘み６２と連結さ
れるとともに、後端７２が前記弁体アクチュエータ５４
と一体的に形成された連結棒７３と連結される。そのた
め、該連結棒７３は前記蓋体６６を貫通して前端７４が
密閉空間６７内に延び、前記ロッド６９の後端７２と係
合される。前記連結棒７３は中空のステンレス鋼を使用
し、他の部材と接触する部分をＦＲＰで形成するとよ
い。また、該連結棒７３の全体をＦＲＰで形成すること
もできる。そして、操作部３３を介して外側雰囲気２５
から進入した熱が容易に弁体アクチュエータ５４に伝わ
らないように、連結棒７３は長くしてある。

【００１９】また、前記筒状部６５の内周面には雌ねじ
が、ロッド６９の外周面には雄ねじが形成され、両者が
螺（ら）合されている。したがって、前記摘み６２を回
してロッド６９を回転させることによって、ロッド６９
を操作部箱体６１に対して相対的に往復動させることが
できる。この時、前記ロッド６９の後端７２と前記連結
棒７３の前端７４は係合されているので、ロッド６９が
往復動するのに伴い連結棒７３も往復動し、その結果、
弁体アクチュエータ５４を介して弁体３８が往復動して
冷媒流路３５を断続する。

【００２０】なお、前記ロッド６９が回転する時に連結
棒７３が回転しないように保持しておく必要がある。そ
のため、ロッド６９の後端７２に環状溝７９を形成し、
連結棒７３の前端７４に環状突起８０を形成し、該環状
突起８０を前記環状溝７９に係止させて両者間の相対的
な回転を許容している。前記ロッド６９が底面６３を貫
通する部分において、外側雰囲気２５側から密閉空間６
７に大気が進入するのを阻止するため、前記底面６３に
Ｏリング８２が配設され、両者間をシールする。また、
前記ロッド６９が蓋体６６を貫通する部分において、前
記密閉空間６７と真空槽２４間を遮断するため、前記連
結棒７３の前端７４と蓋体６６間にベロー８３が配設さ
れる。

【００２１】次に、前記構成の極低温用バルブの動作に
ついて説明する。本実施例において、摘み６２を例えば
右方向に回してロッド６９を図の左方向に移動させる
と、前記冷媒流路３５を接続することができる。すなわ
ち、ロッド６９が左方向に移動すると、連結棒７３及び
弁体アクチュエータ５４が左方向に移動する。そのた
め、弁体３８も左方向に移動し、その分冷媒流路３５が
接続される。

【００２２】反対に、摘み６２を左方向に回してロッド
６９を図の右方向に移動させると、前記冷媒流路３５を
遮断させることができる。図３は本発明の第１の実施例
を示す極低温用バルブの閉鎖状態図である。すなわち、
ロッド６９が右方向に移動すると、連結棒７３及び弁体
アクチュエータ５４が右方向に移動する。そのため、弁
体３８も右方向に移動し、所定量だけ移動すると、円錐
部４５がシート４３に当接して冷媒流路３５を遮断す
る。

【００２３】その後、更に摘み６２を回して、ロッド６
９を右方向に移動し続けると、弁体アクチュエータ５４
の筒状部５５の先端部５５ａが弁体３８の係止用凸部４
６から離れる。この状態で、操作部３３と弁箱３１は物
理的に遮断され、連結棒７３と弁体３８間で熱は伝わら
なくなる。したがって、操作部３３を介して外側雰囲気
２５から外ケース２２内に進入した熱が液体ヘリウムに
伝わることが防止される。

【００２４】図４は本発明の第１の実施例を示す極低温
用バルブにおいて摘みを除去した状態を示す図である。
超電導モータを電気自動車のホイールモータとして使用
した場合には、外ケース２２が図示しないホイールの外
面に臨むことになる。そこで、この場合、摘み６２をロ
ッド６９に対して着脱自在に取り付けてある。

【００２５】したがって、液体ヘリウムを液体ヘリウム
槽２３内に供給しない場合には、摘み６２を取り外し、
代わりにキャップ８５を取り付けてロッド６９の前端７
１を覆うようにしている。なお、８６は前記キャップ８
５を外ケース２２に対してねじ止めするための螺合部で
ある。次に、第２の実施例について説明する。

【００２６】図５は本発明の第２の実施例を示す極低温
用バルブの断面図、図６は本発明の第２の実施例を示す
極低温用バルブの閉鎖状態図である。この場合、弁体ア
クチュエータ８８は、流路ブロック３６、弁体３８及び
ベロー５２を包囲する箱状体で形成され、筒状部５５と
底面８９が一体的に形成され、該底面８９の裏面にスプ
リング３９が当接して配設され、表面に弁体３８が固定
されている。したがって、弁体アクチュエータ８８と弁
体３８は一体的に往復動する。

【００２７】そして、操作部３３と弁体アクチュエータ
８８を連結する連結棒９０は、後部連結棒９１及び前部
連結棒９２に分離されている。しかも、後部連結棒９１
の前端には凹部９３が、前部連結棒９２の後端には凸部
９４が形成され、凹部９３と凸部９４によって後部連結
棒９１及び前部連結棒９２間の相対的な傾きを吸収する
ことができるようになっている。したがって、操作部３
３のロッド６９、ベロー８３等によってがた付きが生じ
ても、弁体３８の円錐部４５と流路ブロック３６のシー
ト４３間で心ずれが発生することがなく、各部材の耐久
性を向上させることができる。

【００２８】本実施例において、摘み６２を例えば右方
向に回してロッド６９を図の左方向に移動させると、前
記冷媒流路３５を接続することができる。すなわち、ロ
ッド６９が左方向に移動すると、連結棒９０及び弁体ア
クチュエータ８８が左方向に移動する。そのため、弁体
３８も左方向に移動し、その分冷媒流路３５が接続され
る。

【００２９】反対に、摘み６２を左方向に回してロッド
６９を図の右方向に移動させると、前記冷媒流路３５を
遮断させることができる。すなわち、ロッド６９が右方
向に移動すると、連結棒９０及び弁体アクチュエータ８
８が右方向に移動する。そのため、弁体３８も右方向に
移動し、所定量だけ移動すると、円錐部４５がシート４
３に当接して冷媒流路３５を遮断する。

【００３０】その後、更に摘み６２を回して、ロッド６
９を右方向に移動し続けると、図６に示すように、前部
連結棒９２が後部連結棒９１から離れる。この状態で、
操作部３３と弁箱３１は熱的に分離され、連結棒９０と
弁体３８間で熱は伝わらなくなる。したがって、操作部
３３を介して外側雰囲気２５から外ケース２２内に進入
した熱が液体ヘリウムに伝わることが防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す極低温用バルブの
断面図である。

【図２】従来の極低温用バルブの断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例を示す極低温用バルブの
閉鎖状態図である。

【図４】本発明の第１の実施例を示す極低温用バルブに
おいて摘みを除去した状態を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施例を示す極低温用バルブの
断面図である。

【図６】本発明の第２の実施例を示す極低温用バルブの
閉鎖状態図である。

【符号の説明】

２１ 内ケース ２２ 外ケース ２４ 真空槽 ２５ 外側雰囲気 ３３ 操作部 ３５ 冷媒流路 ３８ 弁体 ６２ 摘み ７３，９０ 連結棒

フロントページの続き (72)発明者 伊藤 義久 東京都千代田区外神田２丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ内 (72)発明者 堀 孝二 東京都千代田区外神田２丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）断熱空間と外側雰囲気を分離する
   ケースと、（ｂ）前記外側雰囲気内に設けられた操作手
   段と、（ｃ）前記断熱空間内に設けられた冷媒流路と、
   （ｄ）該冷媒流路を選択的に断続する弁体と、（ｅ）前
   記ケースを貫通して延び、弁体と操作手段間に配設され
   た連結手段を有しており、（ｆ）該連結手段は、前記操
   作手段を操作することによって弁体の動作位置を変える
   手段と、前記弁体の動作位置を変えるときに弁体と操作
   手段間の部材を連結して接触状態とし、前記弁体の動作
   位置を変えないときに弁体と操作手段間を遮断して非接
   触状態とする手段を備えたことを特徴とする極低温用バ
   ルブ。