JPH06221496A - 極低温液体注入方法および極低温液体注入装置 - Google Patents

極低温液体注入方法および極低温液体注入装置

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JPH06221496A
JPH06221496A JP1274293A JP1274293A JPH06221496A JP H06221496 A JPH06221496 A JP H06221496A JP 1274293 A JP1274293 A JP 1274293A JP 1274293 A JP1274293 A JP 1274293A JP H06221496 A JPH06221496 A JP H06221496A
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valve
heat insulating
cryogenic liquid
transfer tube
insulating container
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JP1274293A
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Shigeo Nakayama
茂雄 中山
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】注入効率、使い易さ、信頼性、安全性の向上を
図れる極低温液体の注入方法および注入装置を提供す
る。 【構成】極低温液体をトランスファーチューブ４２を介
して断熱容器３３内へ注入するに当り、トランスファー
チューブ４２の断熱容器３３内に位置する先端部に断熱
材製チューブ４７の一端を接続するとともに断熱材製チ
ューブ４７の他端を断熱容器３３の底壁内面に近接させ
た状態で注入するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一方の断熱容器内に収
容されている極低温液体、たとえば液体ヘリウムを圧力
差を利用して他方の断熱容器内へ注入する際の注入方法
および注入に当って用いられる注入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導磁石の主要部は、通常、クライオ
スタット（断熱容器）内に超電導コイルと液体ヘリウム
で代表される極低温液体とを収容したものとなってい
る。
【０００３】ところで、クライオスタット内の超電導コ
イルを超電導状態に転移させるには、クライオスタット
内に液体ヘリウムを所定レベルまで注入する必要があ
る。また、クライオスタット内の液体ヘリウムのレベル
が超電導コイルの冷却に支障を来す値まで低下したとき
には、液体ヘリウムを追加注入する必要がある。このよ
うな注入に際しては、通常、図１１に示す手法が採用さ
れている。
【０００４】すなわち、図中１は内槽と外槽と内外槽間
に形成された真空断熱層とを備えてなるクライオスタッ
トを示している。このクライオスタット１内には予め超
電導コイル２が収容されている。クライオスタット１内
には液位を検出する液位センサ３が配置されており、こ
の液位センサ３の出力線４はクライオスタット１の上壁
５を貫通して液位表示器６に接続されている。クライオ
スタット１の上壁５にはクライオスタット１内の上部空
間を大気圧雰囲気に通じさせる配管７が設けられてい
る。この配管７にはヘリウムガス回収用のガスバックが
接続されている。このように構成されたクライオスタッ
ト１内に次に述べる極低温液体注入装置１０によって液
体ヘリウムが注入される。
【０００５】極低温液体注入装置１０は、内部に液体ヘ
リウム１１を収容したデュワー１２を備えている。デュ
ワー１２内の上部空間は、安全弁１３と、ガス排気弁１
４と、ガス導入弁１５とに通じている。そして、ガス導
入弁１５は高圧ヘリウムガスボンベ１６に通じている。
デュワー１２の側壁部には手動操作弁１７が設けてあ
り、この手動操作弁１７の入口は案内管１８の一端に接
続されている。この案内管１８は、その他端Ａがデュア
ー１２内に収容されている液体ヘリウム１１中に位置す
るように配置されている。
【０００６】一方、手動操作弁１７の出口には挿入締結
式の接続機構１９を介してトランスファーチューブ２０
の一端側が接続されている。このトランスファーチュー
ブ２０は、金属材製の内管と外管との間に真空断熱層を
備えた二重管構造に形成されており、その他端側がクラ
イオスタット１の上壁５を貫通してクライオスタット１
内に差込まれている。すなわち、トランスファーチュー
ブ２０は、その入口が手動操作弁１７の出口に接続さ
れ、その出口Ｂがクライオスタット１内に位置するよう
に設けられる。トランスファーチューブ２０の途中位置
にはガスアクチュエータによって駆動される注入制御弁
２１が挿設されている。また、注入制御弁２１より下流
位置は、分岐チューブ２２，弁２３を介して真空ポンプ
２４に通じている。
【０００７】このように構成された極低温液体注入装置
１０を使って液体ヘリウム１１をクライオスタット１内
に注入する手順、ここでは追加注入の手順を簡単に説明
すると以下の通りである。なお、このとき手動操作弁１
７は“開”に保たれているものとする。液面センサ３の
検出値が所定レベルまで低下すると、まず真空ポンプ２
４が動作を開始し、次に注入制御弁２１および弁２３が
“開”に制御される。
【０００８】この制御によって、トランスファーチーブ
２０内における分岐チューブ接続部を境にして上流側お
よび下流側に滞留している高温のヘリウムガスが真空ポ
ンプ２４によって排気され、その後に低温のヘリウムガ
スが真空ポンプ２４へと流れる。したがって、トランス
ファーチューブ２０は低温のヘリウムガスの顕熱によっ
て予冷されることになる。
【０００９】予冷の後に弁２３が“閉”に、ガス導入弁
１５が“開”に制御されるとともに真空ポンプ２４の動
作が停止される。この制御によって、デュワー１２内の
圧力Ｐ1 がクライオスタット１内の圧力Ｐ2 より高くな
り、この圧力差でデュワー１２内の液体ヘリウム１１の
一部がトランスファーチューブ２０を介してクライオス
タット１内に注入される。注入された液体ヘリウム１１
のレベルは液位センサ３によって検出される。そして、
クライオスタット１内の液位が所定レベルに達した時点
で注入制御弁２１およびガス導入弁１５が“閉”に制御
されて注入作業を終了する。なお、注入制御弁２１，弁
２３，ガス導入弁１５および真空ポンプ２４の制御は，
通常、制御装置によって自動的に行われる。しかしなが
ら、上記のように構成された従来の極低温液体注入装置
１０にあっては次のような問題があった。
【００１０】(1) 従来の注入手法では、トランスファー
チューブ２０の出口Ｂをクライオスタット１内の比較的
上方に位置させて注入している場合が多い。つまり、ト
ランスファーチューブ２０におけるクライオスタット１
内に挿入されている部分の長さＬを短くしている場合が
多い。トランスファーチューブ２０は、前述の如く金属
材で形成されている。したがって、挿入長さＬが短い
と、トランスファーチューブ２０の出口Ｂとトランスフ
ァーチューブ２０の外管で外気温度に保たれている部分
との間の距離が短くなり、外管を介しての熱侵入が多く
なる。加えて、クライオスタット１の内槽壁温度は上部
程高い。このように、トランスファーチューブ２０の外
管を介しての熱侵入が多く、しかもクライオスタット１
の内槽壁温度が比較的高い領域に出口Ｂを位置させて液
体ヘリウムを注入すると、液体ヘリウムの蒸発潜熱が5
(cal/g)と小さいことから、出口Ｂを出た液体ヘリウム
は非常に蒸発し易い条件におかれる。このため、クライ
オスタット１内に液体ヘリウムを所定レベル溜めるのに
長時間を要するばかりか、追加注入時における液体ヘリ
ウムの消費量が多くなる問題があった。
【００１１】(2) 追加注入時に、トランスファーチュー
ブ２０を予冷するために真空ポンプ２４を動作開始させ
ると、案内管１８からトランスファーチューブ２０を経
由して真空ポンプ２４へ流れるガス経路と、クライオス
タット１から真空ポンプ２４へ流れるガス経路との両方
が形成される。このとき、トランスファーチューブ２０
の出口Ｂがクライオスタット１内に残っている液体ヘリ
ウム中に位置しているような場合には格別問題とならな
いが、液面より上に位置しているような場合には、クラ
イオスタット１内が負圧になる。このように、クライオ
スタット１内が負圧になると、上壁５におけるトランス
ファーチューブ２０の貫通部分や配管７などを介して外
気がクライオスタット１内に入込み、この外気に含まれ
ているガスや水分がトランスファーチューブ２０の分岐
チューブ接続部より下流側内面等に凝結し、その結果と
して液体ヘリウムの追加注入を困難にさせることが往々
にしてあった。
【００１２】(3) また、従来の極低温液体注入装置１０
では、トランスファーチューブ２０の入口側を挿入締結
式の接続機構１９を介して手動操作弁１７の出口に接続
している。注入制御弁２１は非注入期間において“閉”
状態に保たれている。このとき、手動操作弁１７が誤っ
て閉じられた場合には、トランスファーチューブ２０に
おける手動操作弁１７から注入制御弁２１までの区間内
に存在しているヘリウムガスが輻射熱の侵入等の影響を
受けて高圧化する。したがって、このような状態でたと
えば接続機構１９を外すと、外した瞬間に上記区間内に
溜まっていた高圧のヘリウムガスが外部へ向けて激しく
噴出することになり、安全性の面からも問題があった。
【００１３】(4) また、従来の極低温液体注入装置１０
では、トランスファーチューブ２０の途中位置にガスア
クチュエータによって駆動される注入制御弁２１を介在
させ、この注入制御弁２１の開閉によって注入開始およ
び注入停止を行うようにしている。注入制御弁２１は、
通常、バネの復元力を弁体に与えて弁口を常時閉塞させ
ておき、開弁時にはバネの復元力に抗する向きにガス圧
力を弁体に与えて開弁させる方式を採用している。この
方式はクライオスタット１の近くに電気配線を施す必要
がないので何かと利点が多い。
【００１４】しかし、このような構造の注入制御弁２１
では、開度の微調整が困難で、これが原因して次のよう
な問題を発生させることがあった。すなわち、クライオ
スタット１内に収容されている超電導コイル２は、銅、
ステンレス鋼、繊維強化プラスチック、すず、ニオブ等
の熱収縮率の異なった材料で構成されている。たとえ
ば、4.2Kにおいて、銅は0.25% 、繊維強化プラスチック
は0.8% 熱収縮する。このため、急激に冷却すると、各
材料の熱収縮が顕在化して熱歪みを生じる。この状態の
ままで超電導コイルを励磁すると、フープ力によって超
電導線が動き易くなり、これが原因して常電導状態へ転
移することがある。したがって、たとえば超電導コイル
２の一部が液面上に露出しているような条件で液体ヘリ
ウムの追加注入を開始するときには、注入制御弁２１の
開度を調整して液体ヘリウムの注入流量を微調整するこ
とが望まれるが、従来の注入制御弁２１では注入流量の
微調整が構造的に困難であった。
【００１５】(5) 上述した微調整の困難さは次のような
問題も発生させる。すなわち、追加注入時には、追加注
入に先だって前述の如くトランスファーチューブ２０を
予冷するが、この予冷を行ってもトランスファーチュー
ブ２０の温度は液体ヘリウム温度よりまだ高い状態にあ
る。したがって、追加注入開始時には比較的温度の高い
ヘリウムガスがクライオスタット１内に急激に流れ込
む。このため、流れ込んだヘリウムガスによってクライ
オスタット１内に残っている液体ヘリウムが多量に蒸発
し、一時的に液面がさらに低下する。この蒸発を抑える
には、クライオスタット１内に流れ込むヘリウムガスの
量を少なくし、クライオスタット１内の液体ヘリウムと
少量ずつ熱交換させることが望まれるが、従来の注入制
御弁２１では開度の微調整ができないため、上記要望を
満たすことが困難であった。
【００１６】(6) また、従来の極低温液体注入装置１０
で使用している注入制御弁２１にあっては、弁体の移動
軸と弁体を駆動するガスアクチュエータの移動軸とが移
動方向と直交する方向にずれているため、開弁時に弁体
に加わる力が一様とはならず、これが原因して弁体に傾
きが生じ、開弁時に正常に開弁できなかったり、閉弁時
に正常に閉弁できなかったりする問題があった。この傾
向は、弁体に対して閉弁力を付与するバネのバネ定数が
大きいほど強く現れている。
【００１７】(7) さらに、従来の極低温液体注入装置１
０で使用している注入制御弁２１にあっては、バネの復
元力を弁体に与えて弁口を常時閉塞させておき、開弁時
にはバネの復元力に抗する向きにガスアクチュエータで
弁体に力を与えて開弁させ、さらに開弁状態から閉弁状
態への切換えはガスアクチュエータから作動ガスを排出
させる方式を採用している。このような注入制御弁２１
において、従来は、開弁状態から閉弁状態への切換えに
際して、ガスアクチュエータから作動ガスを急速に排出
させる方式を採用している。このため、上記切換え時に
バネの復元力で弁体が弁座に激しく衝突し、低温雰囲気
下の影響もあって数100 回の開閉動作で弁体や弁座に脆
性破壊によるひび割れが生じ、ひび割れ箇所から液漏れ
が起こって弁としての機能を発揮できなくなる問題があ
った。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の極
低温液体注入装置にあっては、注入効率、使い易さ、信
頼性、安全性のいずれにおいても改善が望まれていた。
そこで本発明は、上述した不具合の少なくとも１つを解
消できる極低温液体の注入方法および注入装置を提供す
ることを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る注入方法の一形態では、極低温液体を
トランスファーチューブを介して断熱容器内へ注入する
に当り、トランスファーチューブの前記断熱容器内に位
置する先端部に断熱材製チューブの一端を接続するとと
もに上記断熱材製チューブの他端を上記断熱容器の底壁
内面に近接させた状態で注入するようにしている。
【００２０】また、上記目的を達成するために、本発明
に係る装置の一例では、一方の断熱容器内に収容されて
いる極低温液体を圧力差を利用して他方の断熱容器内へ
注入する極低温液体注入装置において、一端側が前記一
方の断熱容器内の前記極低温液体中に通じ、他端が前記
他方の断熱容器内に位置するように配置される断熱構造
のトランスファーチューブと、このトランスファーチュ
ーブの途中に設けられた注入制御弁と、前記トランスフ
ァーチューブにおける前記注入制御弁の挿設位置より下
流位置に通じた分岐チューブと、この分岐チューブに接
続された排気ポンプと、前記分岐チューブの内部圧力を
検出する圧力センサと、前記分岐チューブの内面温度を
検出する温度センサと、極低温液体の注入開始に先立っ
て前記注入制御弁を境にして圧力差の存在する条件に保
持した状態で前記排気ポンプを動作開始させるとともに
前記圧力センサの検出値が予め設定された下限レベルに
低下した時点から前記注入制御弁を“開”に制御し、前
記温度センサの検出値が所定レベルまで低下した時点で
前記排気ポンプの動作を停止させる予冷制御装置とを備
えている。
【００２１】
【作用】上述した本発明に係る注入方法では、トランス
ファーチューブの出口位置を断熱材製チューブによって
実質的に延長し、しかも断熱材製チューブの先端、つま
り出口を他方の断熱容器の底壁内面に近接させた状態で
注入が行われる。
【００２２】したがって、トランスファーチューブの外
管で常温に保たれている部分から断熱材製チューブの出
口までの間の熱抵抗を十分に大きくでき、トランスファ
ーチューブの外管を通して侵入した熱が極低温液体の実
際の流出口である断熱材製チューブの出口に伝わるのを
抑制できる。加えて、断熱材製チューブの出口を他方の
断熱容器の底壁内面近傍に位置させているので、追加注
入時には上記出口を断熱容器内に残存している極低温液
体中に位置させることができ、上記出口から出た極低温
液体が液面上に漂っているガスに直接接触するのを防止
でき、極低温液体を短時間に所定レベルまで溜めること
が可能となる。また、たとえば断熱容器内に極低温液体
が残存していない場合であっても、上記出口から出た極
低温液体の底壁内面への接触によって生成された低温ガ
スが断熱容器内を上昇する過程において、上記低温ガス
の顕熱によって断熱容器内に底壁内面を最低温とする温
度分布を急速に形成することができる。したがって、注
入された極低温液体の過剰な蒸発を抑制でき、極低温液
体を短時間に所定レベルまで溜めることが可能となる。
また、断熱材製チューブとして電気絶縁機能を備えたも
のを用いることによって、超電導コイルの励磁状態下に
おいて上述した機能を発揮させながら安全に注入するこ
とができる。
【００２３】また、上述した本発明に係る注入装置で
は、予冷時に圧力センサの検出値が予め設定された下限
レベルに低下した時点から注入制御弁を“開”に制御
し、この注入制御弁を介して極低温液体を他方の断熱容
器内に強制的に送り込み、温度センサの検出値が所定レ
ベルまで低下した時点で排気ポンプの動作を停止させる
ようにしているので、他方の断熱容器内が負圧状態にな
る前の時点で注入制御弁が“開”に切換わるように設定
しておきさえすれば、予冷時に他方の断熱容器内が負圧
になるのを防止でき、負圧の発生によって起こる不具合
を解消することができる。
【００２４】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１には本発明に係る注入方法の一実施形態を説明
するための図が示されている。
【００２５】この図には、超電導コイル３１と極低温液
体である液体ヘリウム３２とを収容してなるクライオス
タット３３内に本発明方法を用いて液体ヘリウムを追加
注入している状態が示されている。
【００２６】クライオスタット３３は、内槽３４と、外
槽３５と、内外槽間に形成された真空断熱層３６と、上
部開口部を閉塞する上壁３７とで構成されている。クラ
イオスタット３３内には液位を検出する液位センサ３８
が配置されており、この液位センサ３８の出力線３９は
クライオスタット３３の上壁３７を貫通して図示しない
液位表示器に接続されている。クライオスタット３３の
上壁３７にはクライオスタット３３内の上部空間を大気
圧雰囲気に通じさせる配管４０が設けられている。この
配管４０にはヘリウムガス回収用のガスバックが接続さ
れている。
【００２７】クライオスタット３３内に収容されている
液体ヘリウム３２は、外部から輻射等によって侵入した
熱で徐々に蒸発する。このため、液体ヘリウム３２の液
位４１は時間の経過にしたがって徐々に低下し、やがて
超電導コイル３１の冷却に支障を来すレベルまで低下す
る。したがって、液位４１があるレベルまで低下した時
点で、クライオスタット３３内に液体ヘリウムを追加注
入して液位４１のレベルを規定レベルＱ1 まで回復させ
る必要がある。
【００２８】そこで、この例では図１１に示されている
極低温液体注入装置と同様に構成された注入装置を使っ
て追加注入を行うようにしている。この極低温液体注入
装置は、先に説明したように、クライオスタット３３内
の液体ヘリウム３２の液位４１を液位センサ３８で検出
し、液位４１が予め定められた下限レベルまで低下した
時点でトランスファーチューブを介してクライオスタッ
ト３３内に液体ヘリウムを追加注入するように構成され
ている。
【００２９】図１において、番号４２がそのトランスフ
ァーチューブの一部を示している。トランスファーチュ
ーブ４２は、金属材製の内管４３と、同じく金属材製の
外管４４と、内外管の間に形成された真空断熱層４５と
を備えた二重管構造に形成されており、その一端側が注
入制御弁等を介して図示しない液体ヘリウム供給源に接
続されており、またその他端側が図１に示すようにクラ
イオスタット３３の上壁３７を貫通してクライオスタッ
ト３３内に差込まれている。
【００３０】ここで、この例ではトランスファーチュー
ブ４２のクライオスタット３３内に差込まれている部分
の先端部、つまりトランスファーチューブ４２の出口部
内周面に雌ネジ４６を設け、この雌ネジ４６を使って断
熱材製のチューブ４７の一端側を螺合結合させている。
チューブ４７は、四弗化エチレンや繊維強化プラスチッ
クスで形成されたもので、その他端側、つまり出口４８
が内槽３４の底壁内面近傍に位置する長さに形成されて
いる。
【００３１】このようにトランスファーチューブ４２の
クライオスタット３３内に位置している部分の先端部を
断熱材製のチューブ４７によって実質的に延長し、しか
もチューブ４７の出口４８をクライオスタット３３の底
壁内面に近接させた状態で注入を行うようにしている。
【００３２】したがって、トランスファーチューブ４２
の外管４４で常温に保たれている部分からチューブ４７
の出口４８までの間の熱抵抗を十分に大きくでき、トラ
ンスファーチューブ４２の外管４４を通して侵入した熱
が出口４８の部分に伝わるのを抑制できる。また、チュ
ーブ４７の出口４８をクライオスタット３３の底壁内面
近傍に位置させているので、追加注入時には出口４８を
クライオスタット３３内に残存している液体ヘリウム３
２中に位置させることができ、出口４８から出た液体ヘ
リウムが液面４１上に漂っているガスに直接接触するの
を防止できるので、ガスとの接触によって起こる蒸発を
抑制でき、この結果、液体ヘリウムを短時間に所定レベ
ルＱ1 まで溜めることが可能となる。
【００３３】また、たとえばクライオスタット３３内に
液体ヘリウムが残存していない場合であっても、出口４
８から出た液体ヘリウムのクライオスタット底壁内面へ
の接触によって生成された低温ヘリウムガスがクライオ
スタット３３内を配管４０に向けて上昇する過程で、こ
の低温ヘリウムガスの顕熱によって内槽３４およびトラ
ンスファーチューブ４２の外管４４を冷却することがで
きる。したがって、クライオスタット３３内に内槽３４
の底壁内面を最低温とする温度分布を急速に形成するこ
とができ、これによって注入された液体ヘリウムの過剰
な蒸発を抑制できるので、この場合も液体ヘリウムを短
時間に所定レベルまで溜めることが可能となる。
【００３４】実験によると次のような結果が得られた。
実験に用いたクライオスタットは、深さ1500mm、容積 2
50リットルのものである。このクライオスタット内には
30リットルの液体ヘリウムが残存しており、これにトラ
ンスファーチューブ４２および断熱材製のチューブ４７
を直列に介して液体ヘリウム３２を追加注入した。この
とき、トランスファ−チューブ４２のクライオスタット
３３内に挿入されている部分の長さは700 mmであり、こ
れに付け足されたチューブ４７の長さは750mmである。
したがって、チューブ４７の出口４８はクライオスタッ
ト３３の底壁内面から50mmのところに位置している。ま
た、トランスファーチューブ４２およびチューブ４７の
内径は5mm である。
【００３５】500 リットルの液体ヘリウムが収容されて
いる容器をヘリウムガスで加圧し、容器内の液体ヘリウ
ムを上述したトランスファーチューブ４２およびチュー
ブ４７を介してクライオスタット３３内に注入した。注
入開始直後、トランスファーチューブ３３内に残存して
いたヘリウムガスがクライオスタット３３内の液体ヘリ
ウム中に入ったことによって起こる液体ヘリウムの蒸発
で一時的に液面の低下が発生したが、急速に回復して液
面上昇が始まった。１時間当たり200 リットルの注入が
行え、約１時間で容積250 リットルのクライオスタット
３３に充填できた。注入効率（移送効率）は84% であっ
た。
【００３６】比較のために、チューブ４７だけを取り外
し、他は同一条件で注入を行った。この条件において、
トランスファーチューブ４２の出口は、クライオスタッ
ト内に残存している液体ヘリウムの液面よりはるかに上
方に位置している。この条件では１時間当り60リットル
の注入しか行えず、注入効率も65% と低い値であった。
このことからも図１に示す手法が有効であることが確認
された。
【００３７】なお、チューブ４７を四弗化エチレンや繊
維強化プラスチックスなどのように熱絶縁材で、しかも
電気絶縁材である材料で形成すると、このチューブ４７
が通電中の超電導コイル３１に触れた場合でも電気的な
安全を確保することができる。したがって、超電導コイ
ル３１を励磁している状態で注入することもできる。
【００３８】図２には本発明の一実施例に係る極低温液
体注入装置５０における要部だけが示されている。この
図では図１１と同一部分が同一符号で示されている。し
たがって、重複する部分の詳しい説明は省略する。
【００３９】この実施例に係る極低温液体注入装置５０
が図１１に示される従来の装置と異なる点は、トランス
ファーチューブ５１における注入制御弁２１の挿設位置
より下流位置に内径の比較的大きいバッファーチューブ
５２を直列に介在させたこと、バッファーチューブ５２
に分岐チューブ２２を接続したこと、分岐チューブ２２
内に圧力センサ５３と温度センサ５４とを配置したこ
と、液位表示器６から出力される液位レベル信号Ｓ1 と
圧力センサ５３の出力信号Ｓ2 と温度センサ５４の出力
信号Ｓ3 とを導入して注入制御弁２１、弁２３、真空ポ
ンプ２４およびガス導入弁（図１１におけるガス導入弁
１５）を次に述べる関係に制御する予冷制御装置５５を
設けたこと、とにある。
【００４０】予冷制御装置５５は、液位表示器６の出力
信号Ｓ1 を監視し、クライオスタット１内の液体ヘリウ
ム５６の液位が下限レベルに達した時点で、まずガス導
入弁を“開”に制御して注入制御弁２１を境に圧力差の
存在する条件を形成する。次に、弁２３を“開”に制御
するとともに排気ポンプ２４を動作開始させる。そし
て、圧力センサ５３の検出値が予め設定された下限レベ
ル、この例では500 mmHg低下した時点から注入制御弁２
１を“開”に制御し、さらに温度センサ５４の検出値が
所定レベル、この例ではほぼ臨界ヘリウム温度まで低下
した時点で弁２３を“閉”に制御するとともに排気ポン
プ２４の動作を停止させる。そして、クライオスタット
１内の液体ヘリウム５６の液位が予め定められた上限レ
ベルに達した時点で注入制御弁２１を“閉”に制御する
ように構成されている。
【００４１】このような構成であると、クライオスタッ
ト１内の液体ヘリウム５６の液位が下限レベルに達した
時点で、ガス導入弁が“開”に制御されて注入制御弁２
１を境に圧力差の存在する条件が形成され、さらに弁２
３が“開”に制御されるとともに排気ポンプ２４が動作
開始される。
【００４２】排気ポンプ２４が動作を開始すると、クラ
イオスタット１内の低温のヘリウムガスが排気ポンプ２
４へと流れ、このヘリウムガスの顕熱によってトランス
ファーチューブ５１における注入制御弁２１の挿設位置
より下流側が予冷される。このとき、トランスファーチ
ューブ５１の出口Ｂが液体ヘリウム５６の液面より下に
位置しているときには、トランスファーチューブ内にも
液面が存在し、その液面を形成している液体ヘリウムか
ら蒸発したヘリウムガスを排気するため、クライオスタ
ット１内が減圧されるようなことはない。また、トラン
スファーチューブ５１の出口Ｂが液体ヘリウム５６の液
面より上に位置しているときには、クライオスタット１
内のヘリウムガスを排気するため、クライオスタット１
内が減圧される。しかし、この例では、圧力センサ５３
が500 mmHgを感知すると、これに伴なって予冷制御装置
５５が動作し、注入制御弁２１を“開”に制御する。
【００４３】このように注入制御弁２１が“開”に制御
されると、注入制御弁２１を介して液体ヘリウムが排気
ポンプ２４側やクライオスタット１側に流れ出て排気ポ
ンプ２４の排気能力以上のガス化したヘリウムで充満さ
れる。このため、クライオスタット１内の圧力低下が停
止する。排気が続くと、トランスファーチューブ５１に
おける注入制御弁２１の挿設位置の上流側および下流側
が液体ヘリウムの顕熱によって予冷される。そして、温
度センサ５４が約-200℃の温度を検知した時点で弁２３
が“閉”に制御されるとともに排気ポンプ２４の動作が
停止される。この結果、液体ヘリウムの流れはクライオ
スタット１側だけとなり、クライオスタット１内に液体
ヘリウムが溜まり始める。そして、クライオスタット１
内の液体ヘリウム５６の液位が予め定められた上限レベ
ルに達した時点で注入制御弁２１が“閉”に制御され
る。
【００４４】このように、この例では予冷時にクライオ
スタット１内が大幅な減圧状態になるのを防止できるの
で、減圧状態になったときに起こり易いクライオスタッ
ト１内への大気の侵入を防止でき、大気が侵入したとき
に起こる、いわゆる詰り現象の発生を防止できる。図３
には本発明の別の実施例に係る極低温液体注入装置６１
における要部だけが示されている。
【００４５】先に、図１１を参照しながら説明した従来
の極低温液体注入装置では、非注入期間においては注入
制御弁２１が“閉”状態に保たれており、このとき手動
操作弁１７が誤って閉じられた場合には、トランスファ
ーチューブ２０における手動操作弁１７から注入制御弁
２１までの区間内に存在しているヘリウムガスが輻射熱
の侵入およびチューブ壁からの熱伝導等の影響を受けて
高圧化する。したがって、このような状態でたとえば接
続機構１９を外すと、外した瞬間に上記区間内に溜まっ
ていた高圧のヘリウムガスが外部へ向けて激しく噴出す
ることになり、安全性の面から問題があった。
【００４６】この実施例に係る極低温液体注入装置６１
では、この問題を解決している。すなわち、図３におい
て、図中６２は手動操作弁を示し、６３は手動操作弁６
２に対して挿入締結式の接続機構６４を介して入口側が
接続されるトランスファーチューブを示している。
【００４７】手動操作弁６２は、いわゆる二重構造に形
成されており、入口側６５は前述したデュワーに通じて
いる。そして、出口側６６にトランスファーチューブ６
３の入口側が挿入締結式の接続機構６４を介して接続さ
れる。
【００４８】手動操作弁６２の内部には、弁座６７と、
この弁座６７の弁口を選択的に開閉する弁体６８とが配
置されている、弁体６７は操作ロッド６９の一端側に連
結されている。この操作ロッド６９の他端側は弁箱壁を
機密に、かつ図中実線矢印７０で示す方向に摺動自在に
貫通して外部に配置された操作杆７１に連結されてい
る。すなわち、この手動操作弁６２は、操作杆７１を図
中実線矢印７０で示す方向に操作することによって、弁
体６８で弁座６７の弁口を選択的に開閉できるように構
成されている。
【００４９】一方、トランスファーチューブ６３は、従
来のものと同様に、内管７２と外管７３とからなる二重
管構造に形成されている。このトランスファーチューブ
６３の入口側における外周面には鍔部７４が形成されて
いる。そして、このトランスファーチューブ６３は、鍔
部７４の端面がシールリング７５を介して手動操作弁６
２の出口側６６の端面に突当るように、その入口側が手
動操作弁６２内に差込まれ、この状態で締付けリング７
６による締付け作用で手動操作弁６２に接続されてい
る。なお、締付けリング７６の軸方向の一端側には鍔部
７４に係合する係合部７７が形成されており、軸方向の
他端側内周面には手動操作弁６２の出口側６６の外周面
に形成されたネジに螺合するネジ山が形成されている。
【００５０】そして、この例では、図３に示すように、
手動操作弁６２の出口側６６にトランスファーチューブ
６３の入口側を挿入締結式の接続機構６４を介して接続
したとき、トランスファーチューブ６３の挿入部分が弁
座６７の弁口を貫通し得る長さＬ3 に形成されている。
【００５１】このような構成であると、手動操作弁６２
からトランスファーチューブ６３を外さない限り、手動
操作弁６２を閉じることはできない。したがって、トラ
ンスファーチューブ６３の出口側に挿設される注入制御
弁が閉じられているときに、誤って手動操作弁６２が閉
じられるという事態の発生を未然に防止することがで
き、注入制御弁と手動操作弁６２との両方が閉じられた
ときに起こる不安全状態の発生を防止できる。
【００５２】なお、この例の場合、トランスファーチュ
ーブ６３内に残っていた液体ヘリウムの蒸発で生成され
たヘリウムガスは、手動操作弁６２を介してデュワー側
へと流れる。デュワー側は、通常、容量が大きいし、図
１１に示されているように、安全弁等が設けられている
ので、トランスファーチューブ６３内に残っていた液体
ヘリウムの蒸発で生成されたヘリウムガスによって、圧
力が危険レベルまで上昇するようなことはない。図４に
は本発明の別の実施例に係る極低温液体注入装置８１に
おける要部だけが示されている。この例も図３に示した
装置と同様に、注入制御弁と手動操作弁との両方が閉じ
られたときに起こる不安全状態の発生を防止できる構成
を採用している。
【００５３】すなわち、図４において、図中８２はトラ
ンスファーチューブを示している。この図では、トラン
スファーチューブ８２における途中部分、つまり手動操
作弁から注入制御弁までの一部分だけを示している。
【００５４】トランスファーチューブ８２は、従来のも
のと同様に、内管８３と外管８４とからなる二重管構造
に形成されている。そして、一部分には内管８３内の圧
力が一定値以上に上昇したときに、内管８３内を大気に
自動解放する安全弁８５が取付けられている。安全弁８
５は、弁座８６の弁口を閉塞するように当てがわれた弁
体８７と、この弁体８７に対して一定の閉塞力を与える
バネ部材８８とで構成されている。なお、図中８９は断
熱チューブを示している。材質はセラミックである。
【００５５】このような構成であると、トランスファー
チューブ８２の出口側に挿設される注入制御弁が閉じら
れているときに、トランスファーチューブ８２の入口側
に挿設される手動操作弁が誤って閉じられ、残留してい
る液体ヘリウムの蒸発によって内管８３内が圧力上昇し
ても、その圧力が安全弁８５の動作圧力を越えようとし
た時点で安全弁８５が動作し、それ以上には上昇しな
い。したがって、注入制御弁と手動操作弁との両方が閉
じられたときに起こる不安全状態の発生を防止できる。
図５には本発明の別の実施例に係る極低温液体注入装置
９１における要部だけが示されている。
【００５６】先に、図１１を参照しながら説明したよう
に、従来の極低温液体注入装置１０では、トランスファ
ーチューブ２０の途中位置にガスアクチュエータによっ
て駆動される注入制御弁２１を介在させ、この注入制御
弁２１の開閉によって注入開始および注入停止を行うよ
うにしている。注入制御弁２１は、バネの復元力を弁体
に与えて弁口を常時閉塞させておき、開弁時にはバネの
復元力に抗する向きにガス圧力を弁体に与えて開弁させ
る方式を採用している。
【００５７】クライオスタット１内に液体ヘリウムの追
加注入を開始するときには、注入制御弁２１の開度を調
整して液体ヘリウムの注入流量を微調整することが望ま
れるが、従来の注入制御弁２１では注入流量の微調整が
構造的に困難であった。
【００５８】この問題を解決したのが、この実施例に係
る極低温液体注入装置９１である。すなわち、図中９２
はトランスファーチューブを示している。このトランス
ファーチューブ９２は、外部からの熱侵入を抑えるため
に内管と外管との間に真空断熱層を設けた二重管構造に
形成されている。そして、トランスファーチューブ９２
に直列に注入制御弁９３が介挿されている。
【００５９】図中９２ａはデュワーに接続される側のト
ランスファーチューブを示し、９２ｂはクライオスタッ
トに接続される側のトランスファーチューブを示してい
る。トランスファーチューブ９２ｂは、内管９４と、外
管９５と、内管９４と外管９５との間に形成された真空
断熱層９６とで構成されている。
【００６０】内管９４および外管９５の図中下端部は環
状の閉塞壁９７によって気密に接続されている。この閉
塞壁９７は、注入制御弁９３の弁座を兼ねており、図中
上方に向かうにしたがって小径となるテーパ状に設けら
れている。
【００６１】トランスファーチューブ９２ｂも内管９８
と、外管９９と、内管９８と外管９９との間に形成され
た真空断熱層１００とで形成されている。なお、内管９
８の内径は、トランスファーチューブ９２ａにおける外
管９５の外径より所定だけ大径に形成されている。そし
て、内管９８および外管９９の図中上端部は環状の閉塞
壁１０１によって気密に接続されている。
【００６２】トランスファーチューブ９２ａの下端部、
つまり閉塞壁９７の設けられている側は、トランスファ
ーチューブ９２ｂの上端部内へ差込まれている。トラン
スファーチューブ９２ａの外管９５とトランスファーチ
ューブ９２ｂの内管９８との間には筒体１０２が配設さ
れている。
【００６３】筒体１０２の上端側は露出しており、この
露出している部分には半径方向外側に向かう鍔部１０３
が形成されている。一方、筒体１０２の図中下端部に
は、前述した閉塞壁９７によって構成された弁座の弁口
を選択的に開閉する弁体１０４が取付けられている。な
お、弁体１０４の周縁部には、弁口が開いたとき液体ヘ
リウムをトランスファチューブ９２ｂ側へ案内するため
の孔１０５が複数形成されている。また、筒体１０２の
外周面と閉塞壁１０１とは気密性を保つためにベローズ
１０６によって接続されている。
【００６４】筒体１０２の外周にはプレート１０７が軸
方向に移動自在に挿着されており、このプレート１０７
と鍔部１０３との間には仕切り板１０８を介してコイル
バネ１０９，１１０が２段構成に装着されている。この
例の場合、コイルバネ１０９としてはバネ定数0.3 kg/m
m のものが使用されており、またコイルバネ１１０とし
てはバネ定数3 kg/mm のものが使用されている。
【００６５】プレート１０７は位置調整ボルト１１１を
介してトランスファーチューブ９２ａ側の外被１１２に
固定されている。また、外被１１２にはシリンダとピス
トンとからなるガスアクチュエータ１１３が取付けてあ
り、このガスアクチュエータ１１３のピストンロッド１
１４は鍔部１０３に連結されている。このように、コイ
ルバネ１０９，１１０の復元力によって鍔部１０３に与
えられる力Ｆ2 とガスアクチュエータ１１３によって鍔
部１０３に与えられる力Ｆ1 とは逆向きに設定されてい
る。
【００６６】そして、ガスアクチュエータ１１３のシリ
ンダ空間で、ピストンを境にして図中上側に位置する空
間は、一方においては図示しない電磁バルブを介してガ
ス排出系に接続され、他方においては圧力調整機構１１
５および図示しない電磁バルブを介して駆動ガス供給系
に接続されている
【００６７】このように構成された注入制御弁９３は、
ガスアクチュエータ１１３が動作していない状態下で
は、コイルバネ１０９，１１０の復元力Ｆ2 が鍔部１０
３、つまり筒体１０２に作用するので、筒体１０２に図
中上向きの力が作用し、この結果、弁体１０４が弁口を
閉じた状態となる。この例ではＦ2 ＝15kgの力で閉塞し
ている。また、弁を開く場合には、駆動ガス供給系から
圧力調整機構１１５を介してガスアクチュエータ１１３
に高圧ガスを供給すると、これによってピストンロッド
１１４が降下して力Ｆ2 より大きい力Ｆ1 が鍔部１０３
に加えられる。この結果、筒体１０２が図中下方に移動
し、弁体１０４が閉塞壁９７で構成された弁座から離れ
て開弁状態が形成される。
【００６８】この場合、鍔部１０３とプレート１０７と
の間にバネ定数が0.5kg/mm、3kg/mmと大きく異なるコイ
ルバネ１０９，１１０を２段構成に介在させているの
で、開弁時にはバネ定数の小さいコイルバネ１０９の方
が敏感に縮むことになる。したがって、圧力調整機構１
１５を調整して、ガスアクチュエータ１１３に供給する
ガス圧力を、たとえば（15+0.5）kgに設定すると、0.5m
m の開弁状態を形成することができ、結局、供給するガ
ス圧力の制御で注入する液体冷媒の流量を細かく調整す
ることが可能となる。
【００６９】一方、閉弁時にはバネ定数の大きいコイル
バネ１１０によって弁座と弁体１０４とを強く密着させ
ることができるので、たとえば弁座と弁体１０４とのす
り合せがあまり良くない場合でも流体を確実に止めるこ
とができる。なお、上述した実施例では、バネ定数の異
なるコイルバネを２段構成に設けているが３段以上設け
てもよい。図６には本発明の別の実施例に係る極低温液
体注入装置１２１における要部だけが示されている。
【００７０】先に、図１１を参照しながら説明したよう
に、従来の極低温液体注入装置１０では、トランスファ
ーチューブ２０の途中位置にガスアクチュエータによっ
て駆動される注入制御弁２１を介在させ、この注入制御
弁２１の開閉によって注入開始および注入停止を行うよ
うにしている。注入制御弁２１は、バネの復元力を弁体
に与えて弁口を常時閉塞させておき、開弁時にはバネの
復元力に抗する向きにガス圧力を弁体に与えて開弁させ
る方式を採用している。
【００７１】クライオスタット内に液体ヘリウムの追加
注入を開始するときには、注入制御弁２１の開度を調整
して液体ヘリウムの注入流量を微調整することが望まれ
るが、従来の注入制御弁２１では注入流量の微調整が困
難であった。
【００７２】この問題を解決したのが、この実施例に係
る極低温液体注入装置１２１である。なお、この図６で
は図５と同一部分が同一符号で示されている。したがっ
て、重複する部分の詳しい説明は省略する。
【００７３】この実施例に係る極低温液体注入装置１２
１が図５に示されるものと異なる点は、注入制御弁９３
ａに組込まれた閉弁力印加用のコイルバネ１２２が１段
構成であること、開弁時にガスアクチュエータ１１３に
供給するガス圧力を段階的に増加させる駆動圧力制御装
置１２３を設けたこととにある。
【００７４】駆動圧力制御装置１２３は、圧縮機等の高
圧ガス源１２４と、この高圧ガス源１２４に電磁バルブ
１２５を介して接続された圧力調整器１２６と、同じく
高圧ガス源１２４に電磁バルブ１２７を介して接続され
た圧力調整器１２８と、圧力調整器１２６，１２８で調
整された圧力のガスをガスアクチュエータ１１３の駆動
ガスとして供給するライン１２９と、注入制御弁９３ａ
を開に制御するときに最初に電磁バルブ１２５を開に制
御し、たとえば５分経過後に電磁バルブ１２７を開に制
御するコントローラ１３０とで構成されている。
【００７５】圧力調整器１２６は供給されたガス圧を、
たとえば1.5kg/cm2 に保持する機能を備え、また圧力調
整器１２８は供給されたガス圧を、たとえば2.5kg/cm2
に保持する機能を備えている。
【００７６】このような構成であると、注入制御弁９３
ａが開制御されるとき、ガスアクチュエータ１１３は、
まず1.5kg/cm2 のガス圧で駆動され、５分経過後の時点
から2.5kg/cm2 のガス圧で駆動されることになる。注入
制御弁９３ａの開弁量は駆動ガス圧によって左右される
ので、1.5kg/cm2 のガス圧で駆動されているときには、
たとえば1.0mm の開弁状態が形成され、2.5kg/cm2 のガ
ス圧で駆動されているときに、たとえば9 mmの開弁状態
が形成されることになる。したがって、特に注入開始初
期の注入流量を所望値に抑えることが可能となる。な
お、上述した実施例ではガスアクチュエータ１１３の駆
動圧を２段階に変えているが、３段階以上に変えてもよ
い。図７には本発明の別の実施例に係る極低温液体注入
装置１３１における要部だけが示されている。
【００７７】先に、図１１を参照しながら説明したよう
に、従来の極低温液体注入装置１０では、トランスファ
ーチューブ２０の途中位置にガスアクチュエータによっ
て駆動される注入制御弁２１を介在させ、この注入制御
弁２１の開閉によって注入開始および注入停止を行うよ
うにしている。注入制御弁２１は、バネの復元力を弁体
に与えて弁口を常時閉塞させておき、開弁時にはバネの
復元力に抗する向きにガス圧力を弁体に与えて開弁させ
る方式を採用している。
【００７８】しかし、従来の極低温液体注入装置１０で
使用している注入制御弁２１にあっては、弁体の移動軸
と弁体を駆動するガスアクチュエータの移動軸とが移動
方向と直交する方向にずれているため、開弁時に弁体に
加わる力が一様とはならず、これが原因して弁体に傾き
が生じ、開弁時に正常に開弁できなかったり、また閉弁
時に正常に閉弁できなかったりする問題があった。この
傾向は、弁体に対して閉弁力を付与するバネのバネ定数
が大きいほど強く現れている。
【００７９】上記問題を解決したのが、この実施例に係
る極低温液体注入装置１３１である。なお、この図７で
は図６と同一部分が同一符号で示されている。したがっ
て、重複する部分の詳しい説明は省略する。
【００８０】この実施例に係る極低温液体注入装置１３
１では、筒体１０２の上端部にトランスファーチューブ
９２ａの軸心線を境にして両側に張り出す形状に鍔部１
０３ａを設けている。そして、鍔部１０３ａの周縁部
で、トランスファーチューブ９２ａの軸心線を境にして
ほぼ対称的な２箇所の位置にガスアクチュエータ１１３
ａ，１１３ｂのピストンロッド１１４ａ，１１４ｂを連
結している。なお、ガスアクチュエータ１１３ａ，１１
３ｂは、それぞれトランスファーチューブ９２ａの外被
１１２に固定されており、これらガスアクチュエータ１
１３ａ，１１３ｂによって鍔部１０３ａに与えられる力
Ｆ1 とコイルバネ１２２の復元力によって鍔部１０３ａ
に与えられる力Ｆ2 とが逆向きになるように設定されて
いる。
【００８１】このような構成であると、注入制御弁９３
ｂを開弁させるために、ガスアクチュエータ１１３ａ，
１１３ｂに駆動ガスを供給すると、ガスアクチュエータ
１１３ａ，１１３ｂのピストンロッド１１４ａ，１１４
ｂがコイルバネ１２２の復元力に抗して鍔部１０３ａを
押し下げ、これに伴なって筒体１０２が押し下げられて
弁体１０４が弁口を開くことになる。
【００８２】この場合、コイルバネ１２２は、自身の軸
心線を中心にしてほぼ対称的な位置に配置されたガスア
クチュエータ１１３ａ，１１３ｂから圧縮力を受けるの
で、縮み量が周方向に沿って一様となる。したがって、
筒体１０２が傾くことなく押し下げられ、結局、図８に
示すように弁体１０４に傾きを生じさせることなく、常
に正常に開弁させることができる。また、コイルバネ１
２２に加わる力を周方向に一様化できるので、閉弁時に
おいても常に正常に閉弁させることができる。なお、上
述した実施例では、ガスアクチュエータを２個対称的に
配置しているが、周方向に等間隔に３個以上配置するよ
うにしてもよい。図９には本発明の別の実施例に係る極
低温液体注入装置１４１における要部だけが示されてい
る。
【００８３】先に、図１１を参照しながら説明したよう
に、従来の極低温液体注入装置１０では、トランスファ
ーチューブ２０の途中位置にガスアクチュエータによっ
て駆動される注入制御弁２１を介在させ、この注入制御
弁２１の開閉によって注入開始および注入停止を行うよ
うにしている。このような注入制御弁２１において、従
来は、開弁状態から閉弁状態への切換えに際して、ガス
アクチュエータから作動ガスを急速に排出させる方式を
採用している。このため、上記切換え時にバネの復元力
で弁体が弁座に激しく衝突し、低温雰囲気下の影響もあ
って数100 回の開閉動作で弁体や弁座に脆性破壊による
ひび割れが生じ、ひび割れ箇所から液漏れが起こって弁
としての機能を発揮できなくなる問題があった。
【００８４】上記問題を解決したのが、この実施例に係
る極低温液体注入装置１４１である。なお、この図９で
は図６と同一部分が同一符号で示されている。したがっ
て、重複する部分の詳しい説明は省略する。
【００８５】この実施例に係る極低温液体注入装置１４
１では、ガスアクチュエータ１１３の駆動ガス導入口
を、一方においては電磁バルブ１４２を介して図示しな
い高圧ガス供給源に接続し、他方においては電磁バルブ
１４３およびニードルバルブ１４４を直列に介して大気
に通じさせている。
【００８６】電磁バルブ１４２は注入制御弁９３ｃを開
弁させている間中、開状態に制御され、また電磁バルブ
１４３は注入制御弁９３ｃを閉弁させるときに開状態に
制御される。ニードル弁１４４は、電磁バルブ１４３が
開状態に制御されたとき、つまり注入制御弁９３ｃを閉
弁させるときに、ガスアクチュエータ１１３内の高圧ガ
スをゆっくりと大気中へ排出できる絞り度、この例では
閉弁に要する時間が８秒になるように予め絞り度が設定
されている。
【００８７】このような構成であると、注入制御弁９３
ｃを開弁状態から閉弁状態に切換えるために、電磁バル
ブ１４２を閉状態に、電磁バルブ１４３を開状態に切換
えると、ガスアクチュエータ１１３内の高圧ガスが電磁
バルブ１４３，ニードルバルブ１４４を介して大気中に
放出され、この結果、コイルバネ１２２の復元力で鍔部
１０３が押し上げられ、これに伴なって筒体１０２が押
し上げられて閉弁状態が形成される。
【００８８】この場合、ガスアクチュエータ１１３の排
気経路はニードル弁１４４によって絞られているので、
ガスアクチュエータ１１３内のガスは徐々に排気される
ことになる。したがって、コイルバネ１２２は緩慢に伸
長して鍔部１０３を徐々に押し上げる。この結果、弁体
１０４は弁座に対してゆっくりと接触し、最終的に完全
に密接した閉弁状態を形成する。
【００８９】このように、閉弁時に弁体１０４を弁座に
対してソフトに接触させることができるので、コイルバ
ネ１２２としてバネ定数の大きい、つまり閉弁時に確実
な閉弁特性の得られるコイルバネを使用しても、開閉動
作で図１０に示すように弁体１０４や弁座に脆性破壊に
よるひび割れ１４５の生じることがない。したがって、
弁としての機能を長期に亙って発揮させることができ
る。
【００９０】実験によると、バネ定数が5kg/mmのコイル
バネ１２２を使用し、閉弁に要する時間をニードル弁１
４４の調整で８秒に設定し、液体ヘリウムを実際に流し
て注入制御弁９３ｃの開閉試験を行ったところ、5700回
繰り返しても弁体１０４や弁座にひび割れの生じないこ
とが確認された。一方、比較のために、バネ定数が1.4k
g/mmのコイルバネ１２２を使用し、閉弁に要する時間を
２秒に設定し、液体ヘリウムを実際に流して注入制御弁
９３ｃの開閉試験を行ったところ、163 回の繰り返しで
弁体１０４や弁座にひび割れが生じ、液漏れの発生が確
認された。
【００９１】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。すなわち、上述した各実施例ではコイ
ルバネの材質について特に触れていないが、チタン等の
金属製のコイルバネよりセラミックス製のコイルバネの
使用が望まれる。セラミックス製のコイルバネは、-200
〜800 ℃の範囲で安定した特性を発揮する。また、本発
明に係る注入方法および注入装置は、液体ヘリウムの注
入に限らず、液体窒素、液体酸素の注入においても使用
できる。
【００９２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
注入効率、使い易さ、信頼性、安全性のいずれをも向上
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る極低温液体注入方法の一実施形態
を説明するための図
【図２】本発明の第１の実施例に係る極低温液体注入装
置の要部概略構成図
【図３】本発明の第２の実施例に係る極低温液体注入装
置の要部構成図
【図４】本発明の第３の実施例に係る極低温液体注入装
置の要部構成図
【図５】本発明の第４の実施例に係る極低温液体注入装
置の要部構成図
【図６】本発明の第５の実施例に係る極低温液体注入装
置の要部構成図
【図７】本発明の第６の実施例に係る極低温液体注入装
置の要部構成図
【図８】同極低温液体注入装置に組込まれた注入制御弁
の開弁状態を示す図
【図９】本発明の第７の実施例に係る極低温液体注入装
置の要部構成図
【図１０】開閉によって弁体および弁座に生じるひび割
れ現象を説明するための図
【図１１】従来の極低温液体注入装置の概略構成図
【符号の説明】
１，３３…クライオスタット ２，３１…超電
導コイル ３，３８…液位センサ ６…液位表示器 １０，５０，６１，８１，９１，１２１，１３１，１４
１…極低温液体注入装置
１１，３２，５６…液体ヘリウム １２…デュワー １６…高圧ヘリ
ウムガスボンベ １７，６２…手動操作弁 ２０，４２，５１，６３，８２，９２，９２ａ，９２ｂ
…トランスファーチューブ
２１，９３，９３ａ，９３ｂ，９３ｃ…注入制御
弁 ２２…分岐チューブ ２３…弁 ２４…真空ポン
プ ４７…断熱材製のチューブ ５３…圧力セン
サ ５４…温度センサ ５５…予冷制御
装置 ６４…接続機構 ６７…弁座 ６８…弁体 ８５…安全弁 ９４，９８…内管 ９５，９９…外
管 ９６，１００…真空断熱層 ９７…弁座を兼
ねた閉塞壁 １０２…筒体 １０４…弁体 １０７…プレート １０９，１１
０，１２２…コイルバネ １１３，１１３ａ，１１３ｂ…ガスアクチュエータ １１５…圧力調整機構 １２３…駆動圧
力制御装置 １２４…高圧ガス源 １２５，１２７
…電磁バルブ １２６，１２８…圧力調整器 １３０…コント
ローラ １４２，１４３…電磁バルブ １４４…ニード
ル弁 １４５…ひび割れ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】極低温液体をトランスファーチューブを介
    して断熱容器内へ注入するに当り、前記トランスファー
    チューブの前記断熱容器内に位置する先端部に断熱材製
    チューブの一端を接続するとともに上記断熱材製チュー
    ブの他端を上記断熱容器の底壁内面に近接させた状態で
    注入するようにしたことを特徴とする極低温液体注入方
    法。
  2. 【請求項２】一方の断熱容器内に収容されている極低温
    液体を圧力差を利用して他方の断熱容器内へ注入する極
    低温液体注入装置において、一端側が前記一方の断熱容
    器内の前記極低温液体中に通じ、他端側が前記他方の断
    熱容器内に位置するように配置される断熱構造のトラン
    スファーチューブと、このトランスファーチューブの途
    中に挿設された注入制御弁と、前記トランスファーチュ
    ーブにおける前記注入制御弁の挿設位置より下流位置に
    通じた分岐チューブと、この分岐チューブに接続された
    排気ポンプと、前記分岐チューブの内部圧力を検出する
    圧力センサと、前記分岐チューブの内面温度を検出する
    温度センサと、極低温液体の注入開始に先立って前記注
    入制御弁を境に圧力差の存在する条件に保持した状態で
    前記排気ポンプを動作開始させるとともに前記圧力セン
    サの検出値が予め設定された下限レベルに低下した時点
    から前記注入制御弁を“開”に制御し、前記温度センサ
    の検出値が所定レベルまで低下した時点で前記排気ポン
    プの動作を停止させる予冷制御装置とを具備してなるこ
    とを特徴とする極低温液体注入装置。
  3. 【請求項３】一方の断熱容器内に収容されている極低温
    液体を圧力差を利用して他方の断熱容器内へ注入する極
    低温液体注入装置において、入口側が前記一方の断熱容
    器内の前記極低温液体中に通じた手動操作弁と、入口側
    が前記手動操作弁に挿入締結式の接続機構を介して接続
    されるとともに他端側が前記他方の断熱容器内に位置す
    るように配置される断熱構造のトランスファーチューブ
    と、このトランスファーチューブの途中に挿設された注
    入制御弁とを具備し、前記手動操作弁は前記トランスフ
    ァーチューブの入口側が前記挿入締結式の接続機構を介
    して接続されているときに上記トランスファーチューブ
    の入口側によって機械的に開状態に保持されるものであ
    ることを特徴とする極低温液体注入装置。
  4. 【請求項４】一方の断熱容器内に収容されている極低温
    液体を圧力差を利用して他方の断熱容器内へ注入する極
    低温液体注入装置において、入口側が前記一方の断熱容
    器内の前記極低温液体中に通じた手動操作弁と、入口側
    が前記手動操作弁に挿入締結式の接続機構を介して接続
    されるとともに他端側が前記他方の断熱容器内に位置す
    るように配置される断熱構造のトランスファーチューブ
    と、このトランスファーチューブの途中に挿設された注
    入制御弁と、前記トランスファーチューブの前記手動操
    作弁から前記注入制御弁までの区間に通じて上記区間内
    の圧力が一定値以上のときに上記区間を大気に通じさせ
    る安全弁とを具備してなることを特徴とする極低温液体
    注入装置。
  5. 【請求項５】一方の断熱容器内に収容されている極低温
    液体を圧力差を利用して他方の断熱容器内へ注入する極
    低温液体注入装置において、入口側が前記一方の断熱容
    器内の前記極低温液体中に通じるように配置されるとと
    もに他端側が前記他方の断熱容器内に位置するように配
    置される断熱構造のトランスファーチューブと、このト
    ランスファーチューブの途中に挿設された注入制御弁と
    を具備し、前記注入制御弁は、弁口を備えた弁座および
    上記弁口を選択的に閉じる弁体からなる弁本体と、直列
    に配置されて前記弁体に対して前記弁口を閉じる向きの
    力を常に付与するバネ定数の異なる複数のバネ部材と、
    これらバネ部材の力に抗して前記弁体を選択的に移動さ
    せるガスアクチュエータと、このガスアクチュエータの
    駆動ガス圧を調整する手段とを備えていることを特徴と
    する極低温液体注入装置。
  6. 【請求項６】一方の断熱容器内に収容されている極低温
    液体を圧力差を利用して他方の断熱容器内へ注入する極
    低温液体注入装置において、入口側が前記一方の断熱容
    器内の前記極低温液体中に通じるように配置されるとと
    もに他端側が前記他方の断熱容器内に位置するように配
    置される断熱構造のトランスファーチューブと、このト
    ランスファーチューブの途中に挿設された注入制御弁と
    を具備し、前記注入制御弁は、弁口を備えた弁座および
    上記弁口を選択的に閉じる弁体からなる弁本体と、前記
    弁体に対して前記弁口を閉じる向きの力を常に付与する
    バネ部材と、このバネ部材の力に抗して前記弁体を選択
    的に移動させるガスアクチュエータと、開弁制御時に前
    記ガスアクチュエータの駆動ガス圧を複数段階に変化さ
    せる手段とを備えていることを特徴とする極低温液体注
    入装置。
  7. 【請求項７】一方の断熱容器内に収容されている極低温
    液体を圧力差を利用して他方の断熱容器内へ注入する極
    低温液体注入装置において、入口側が前記一方の断熱容
    器内の前記極低温液体中に通じるように配置されるとと
    もに他端側が前記他方の断熱容器内に位置するように配
    置される断熱構造のトランスファーチューブと、このト
    ランスファーチューブの途中に挿設された注入制御弁と
    を具備し、前記注入制御弁は、弁口を備えた弁座および
    上記弁口を選択的に閉じる弁体からなる弁本体と、前記
    弁体に対して前記弁口を閉じる向きの力を常に付与する
    バネ部材と、前記弁本体の中心軸回りに等間隔に配置さ
    れて前記バネ部材の力に抗して前記弁体を選択的に移動
    させる複数のガスアクチュエータとを備えていることを
    特徴とする極低温液体注入装置。
  8. 【請求項８】一方の断熱容器内に収容されている極低温
    液体を圧力差を利用して他方の断熱容器内へ注入する極
    低温液体注入装置において、入口側が前記一方の断熱容
    器内の前記極低温液体中に通じるように配置されるとと
    もに他端側が前記他方の断熱容器内に位置するように配
    置される断熱構造のトランスファーチューブと、このト
    ランスファーチューブの途中に挿設された注入制御弁と
    を具備し、前記注入制御弁は、弁口を備えた弁座および
    上記弁口を選択的に閉じる弁体からなる弁本体と、前記
    弁体に対して前記弁口を閉じる向きの力を常に付与する
    バネ部材と、このバネ部材の力に抗して前記弁体を選択
    的に移動させるガスアクチュエータと、開弁制御時に前
    記ガスアクチュエータ内のガスを緩慢に排出させる手段
    とを備えていることを特徴とする極低温液体注入装置。
JP1274293A 1993-01-28 1993-01-28 極低温液体注入方法および極低温液体注入装置 Pending JPH06221496A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002222709A (ja) * 2001-01-26 2002-08-09 Imura Zairyo Kaihatsu Kenkyusho:Kk 磁場発生コイル装置
KR100964111B1 (ko) * 2007-12-28 2010-06-16 고려대학교 산학협력단 반도체 소자를 이용한 온도 센서 및 저장 용기
KR101415866B1 (ko) * 2013-02-15 2014-07-09 한국과학기술연구원 벨로우즈를 이용한 저 열손실 저온장치
CN109932140A (zh) * 2019-05-08 2019-06-25 中南大学 一种用于航天低温复合材料构件的渗漏性测试装置
CN109932141A (zh) * 2019-05-09 2019-06-25 中南大学 一种用于航天低温复合材料贮箱的渗漏性测试装置
JP2020145371A (ja) * 2019-03-08 2020-09-10 住友重機械工業株式会社 超伝導磁石装置、サイクロトロン、および超伝導磁石装置の再起動方法

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