JPS58184615A - 超流体状態のヘリウムの液位自動調整装置 - 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】 本発明はタンク内の超流体ヘリウムの液位を自動的に調
整する装置に関する。

流出ま九蒸発し易い任意の液体を含むタンクに、液位が
一定となるように供給を行うＫは、前記液位を検出し、
得られた信号を翻訳し、これに基すい１タンクに流入す
る液体の量を調整する等の種種の作業を行う必要がある
。

前記液体がヘリウムである場合は、蒸気圧の関数である
その沸騰温度は１乃至５度の絶対温度の範囲内で変化し
、要求を満足せしめるに必要な条件の一つは制御すべき
浴に対する熱の流入をできるだけ制限することである。

ヘリウムの液位を一定するために普通使用される装置は
連続的に測定値を与える容量針または超伝導針、あるい
は亀イエスかノーかＩによって信号を発生する抵抗点計
器である。

受入れ良信号（普通は電気信号）は室温で作動する電子
装置によって処理され、これによって調整弁が電気的ま
たは空気的に調整され、前記弁の低温作動部材（座また
は針）が所要の如く供給量を調整する。

今考えるヘリウムが低温Ｔλ＝２．１７°にで、超流体
状態にある特別の場合は、該ヘリウムは特別の性質を有
するようＫなり、これを利用して液体−ガス界面の検出
またはその位置の制御を行うことができる。この特異の
性質はヘリウムの異性体、ヘリクム璽が存在するためで
、このヘリウム■はＴλ以下の時だけに現われ、これは
特にヘリウムの三重点をなくシ、その蒸気圧曲線と溶解
曲線とは出会わないようになる。ヘリウムの超流体液相
だけに現われるこの有用な特性によってフオンテーヌの
圧力効果および、口２ンフイルムと称される現□１１、
。。うえ、ｊ−１□□１゜□、やし島くするために、そ
の重要な特性だけについて次に簡単に説明する。

周知の技術的状態を表わす第１図において、超流体ヘリ
ウムを含むタンク（Ａ）および（Ｂ）は１超漏出部材Ｉ
（８）によって連結されている。

一般的に管の中に粒度の小さな粉体を圧入することによ
って形成されるこのような超漏出部材は、ヘリウムの如
き典型的な流体は常態では流通し得ないが、粘性が零と
見なされる超流体位相にあるヘリウムは自由に流通し得
るような多孔性を表わすと言う特性を有している。

このような状態においては、タンク（Ａ）に熱（Ｑ）を
加え、その温度（Ｔｏ）が他のタンク（Ｂ）の温度（Ｔ
２）より高くなるようにすれば、液位の差（Δｈ）が生
じ、これは実際に各タンクの底において圧力（Ｐ工）お
よび（Ｐ、）の関に差の生じたことを表わす： Ｔ工〉Ｔ雪　→ｐｌ＞　ｐ。

もし温度がＴλ＝２．１７°に以下であれば、理想的な
場合に得られる吃のと期待される圧力の差は次のように
なる： この効果は普通フォンテーヌ効果と称される。

実際に温度差が数十分の一程度であれば、容易Ｋａｉ　
トールの圧力が得られる。たとえば温度差が同じ場合の
飽和蒸気圧力の差は数トールに過ぎないことがわかる。

１）ロランのフィルム 超流体状態にある液体ヘリウム、すなわち粘性が零であ
っても、表向張力が零ではない液体ヘリウムはタンクの
壁を濡らし、場合によっては完全に岬温壁をよじ登るよ
うになる。

このフィルムによって運ばれ得る量は、第１近似法では
、―される周囲の大きさに比例し、Ｔ＝１．８＠に付近
では前記量はほぼ５．１０−５ｃｍ３／　ｓ　／　ｃ。

である。

本発明の目的はタンク内において超流体状態にあるヘリ
ウムの液位を自動的に調整する装置にして１前ｔｃａ明
した超流体ヘリウムの周知の特性、すなわちフオンテー
ヌの圧力効果および前記ロランフイルムの効果を利用し
た調整装置を供することである。

この自動調整装置はタンク内の液体の上方に位置する次
の如き部材よりなっているニ ータンクに超流体ヘリウムを供給する管路；−表面に前
記口２ンフイルムを自然的に発生させることによって超
流体ヘリウムを抽出する体部にして、タンク内の調整せ
んとするヘリウムの自由表面の水平液位の近くに位置し
、かつその抽出周囲部分の大きさが高度の関数として変
化し、液位４，５の発達許容限界に等しい高さ、すなわ
ち液位の基底から超漏出部材との上方交叉点における最
大値に達する高さまで増加し、前記超漏出部材が前記液
位と関連し、それによってこのようにして抽出された超
流体ヘリウムが該超漏出部材を通るようになった抽出体
；−加熱室にして、その中に前記超漏出部材が開口・”
１ し、かつ一方においてははｔ″！″タンク雰囲気の圧力
に対して流量の制御された吐出オリフィスと関連し、他
方においては変形可能な可撓壁を有しかつ可変容積を有
する室と連通し、前記壁が伸長または収縮する時に棒を
移動せしめ、線棒の位置がタンク内のヘリウムの液位を
表わすようになっている加熱室； 一前記棒の位ｔＫしたがってタンクの供給管路の中に流
入するヘリウムの到着を制御する装置。

本発明によればタンク内の超流体状態にある液体ヘリウ
ムの抽出は、液体とガスとの分離面において、前記液体
の中に部分的に浸漬された抽出体によって行われ、該抽
出体の長さがロランフィルムを形成するようになってい
る。本発明によれば前記抽出体の抽出面が高度の関数と
して可変的であると言う事実によって、液体位相とガス
位相との分離レベルが高ければ高いほど大きな抽出が得
られる。

この抽出体に続いて超漏出部材が設けられているためＫ
、関連室内９抵抗加熱部材から加えられｉ・ る熱量を利用して該宸の中に７オンテーヌ効果による過
圧を発生させることができ、かっこの過圧を利用して前
記変形可能な可撓壁を有する室を膨張せしめ、それＫよ
って前記壁に連結された棒を移動させることができる。

この移動は超流体ヘリウムの表面の高度の変化をアナロ
グ的に表わす。

前記室の位置において、タンクの供給管路に対する超流
体液状ヘリウムの流入量の制御は周知の手段によって行
う仁とができるが、本発明の独創的な特色によれば、タ
ンクの供給管路は弁を備え、前記室は直接的にこの弁の
針を形成している。このようにして前記針の移動は精密
に調整せんとする液体ヘリウムとガス体ヘリウムとの分
離面の移動を正確に表わすようＫなるから、タンク内の
超流体ヘリウムの液位が所要の調整高度に達した時に、
閉鎖が起こるように前記弁を調整すれば良い。

前記超漏出部材が開口する前記室の加熱は周知の手段に
よって行うことができ、特に簡単な電気抵抗によって実
施することができる。高温区域からの熱放射または伝導
による、全く異なる他の加熱方法もｌＷ１様に使用する
ことができ、たとえばタンクの供給管路内を通るヘリウ
ムとの熱交換による加熱も可能である。重要な堆−の条
件は、前記室に十分な熱量を供給し、タンクと室との温
度差に起因して発生するフオンテーヌ圧力が、前記変形
可能壁を有する室を膨張せしめ、したがって流入調整棒
を移動させるに十分な圧力となるようにすることである
。

何れにしろ本発明は、第２図に断面で示した超流体ヘリ
ウムを含むタンクの、例証的なかつ制限的でない実施例
に関する説明によりさらに良く理解することがで自る。

第２図に示される如くタンク１は超流体液状ヘリウム２
を含み、紋液状ヘリウムとその上方のが位相との分離ｌ
ｉ［１３Ｆｉ、画定されたある限界４および５の間に自
動的に維持される。このタンク１はもちろん導管６によ
って、所要の圧力および温度を与えるようになったポン
プ装置と連通している。

タンク１の導管６の中に開口する供給管路７は蛇管の形
をなし、矢印８によって示されるようにタンクから排出
される低温蒸気と熱交換を行い、次にこの管路は大口弁
９を通って前記面３の近くまで下降する。

タンクに対する供給は管路７を通して流体、すなわち液
状ヘリウムおよびガス状ヘリウムによって行われ、この
流体は弁９の中で膨張した後、その変種である超流体に
変化するような圧力および温度を有している。

本発明によれば超流体ヘリウムの抽出体１０は液位４，
５の間に設けられ、かつ液位４における零から液位５に
おける最大値まで変化し得る抽出面を有している。

可変断面を有する抽出体１０は種々の態様で形成するこ
とができ、たとえば広口管、板、繊維またはフリット棒
となすことができる。重要なことは超流体ヘリウム２と
接触する周囲が、液位が４から５ｔで規則正しく増加す
る時に変化するようになっていることである。超流体ヘ
リウムの表向３が液位４に達するとすぐに、抽出体１０
に沿ってよじ登るロランフィルムが形成される。したが
−・１・ｉ って抽出されるヘリウムの量は液位３が上昇する時に次
第に増加し、分離１ｉｉ３が前記液位５に達した時に最
大値を有するようになる。

本発明によれば抽出体１０は超漏出部材１１と関連し、
該超漏出部材は管路よシなシ、この管路の中に粒度の小
さな粉体材料が入れられている。

前記超漏出部材１１それ自体は加熱室１２内に開口し、
核間熱室は第２図においてはその中に電気抵抗１３を有
するものとして示されているが、この加熱装置は４ちろ
ん本発明の範囲を離れることなく等効の加熱装置となす
ことができる。前記室１２は流量制御吐出オリフィス１
４と連通し、かつ導管１５により変形可能可撓壁および
可変容積を有する室１６と連通し、蛇腹の形をなした前
記壁は垂直の案内心１７に沿って並進運動を行うように
なっている。蛇腹の形をなした前記室１６の変形可能壁
の端部は金属棒１８に連結され、該金属棒は第２図の実
施例においては弁９０針を形成している。

第２図に示されたｉｉ：装置の作動態様は次の通りであ
る。

抽出体１０によって抽出された超流体ヘリウムの流れは
超漏出部材１１を通シ、かつ室１２内に流入し、ここで
抵抗１３による加熱に起因してフオンテーヌ効果が圧力
を発生せしめ、この圧力は室１６と連通し、該室は膨張
して前記金属棒１８を移動させる。吐出オリフィス１４
の大きさは所定の値に調整され、室１２内に最大ガス圧
力を発生させるようになっている。超流体ヘリウムの液
位３が液位４より下に移動すれば、ヘリウムの抽出は中
止され、室１２内のヘリウムは圧力を受けないようにな
り、吐出オリフィス１４によって室１２および１６内の
全圧力が排出され、前記棒１８は最大限に後退してタン
ク１の頂部に向って上昇し、したがって弁９が開かれる
ようになり、これによって新らしいヘリウムが導入され
、液位３が上昇する。

換言すれば棒１９および液位３は常に反対方向の垂直移
動を行う。

反対に液位３が液位５に達した時には、装置内に抽出さ
れる超流体ヘリウムの量は最大となり、したがって室１
２．１６内の圧力は同じになり、これは棒１８を最大限
まで下降せしめ、該棒は弁９を閉じてヘリウムの導入を
停止させる。

室１２内の１３によって示された熱量（Ｑ）を加える手
段は電気加熱、熱放射または高温区塚かもの固体伝導の
如き別の手段となすことができる。

なおこれは７において流入する流体との熱交換によって
行うことができ、この時弁９は前記流体を適当な温度で
供給する。

タンク１から排出される低温蒸気は７において導入され
る供給流体と熱交換を行うようになすことができ、また
は熱交換を行わないようになすことができる。

鍛後ＫｆＩｒＬ人液体の量を調整するために前記針１Ｂ
を直接使用する代りに、該針の移動を任意の装置によっ
て測定するだけとし、かつ受入れた信号を翻訳してたと
えば液位測定用の計器となすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は周知の技術的状態を表わす図；第２図は超流体
ヘリウムを含むタンクの線図的断面図。 １・・・タンク；７・・・供給管路；９・・・入口弁；
１０・・・抽出体；１１・・・超漏出部材；１２・・・
加熱室；１４・・・吐出オリフィス；１６・・・室；１
８・・・金属棒。 代理人　浅　村　　　皓 外４名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　タンク内の超流体状態にあるヘリウムの液位
   を自動的に調整する装置において、タンク内の液体の下
   方に、 一タンク（１）内に超流体へリクムを供給する管路（７
   ）と、 一表面にロランフィルムを自然的に発生させることによ
   って超流体ヘリウムを抽出する体部（１０）Ｋして、タ
   ンク（１）内の調整せんとするヘリウムの自由表面の水
   平液位の近くに位置し、かつその抽出周囲部分の大きさ
   が高度の関数として変化し、液位（４，５）の発達許容
   限界に等しい高さ、すなわち液位の基底から超漏出部材
   （１１）との上方交叉点における最大値に達する高さま
   で増加し、それＫよって仁のようＫして抽出された超流
   体ヘリウムが骸超漏出部材を通るようになった抽出体と
   、 −加熱ｍ（１２）Ｋして、その中に前記超漏出部材（１
   １）が開口し、かつ一方においてはタンク（１）のｔ囲
   気圧力に対して流量の制御された吐出オリフィス（１４
   ）と関連し、他方においては変形可能な可撓壁を有しか
   つ可変容積を有するｍ（１６）と連通し、前記壁が伸長
   または収縮する時に棒（１８）を移動せしめ、該棒の位
   置がタンク内のヘリウムの液位を表わすようになってい
   る加熱室と、 一前記棒（１８）の位置にしたがってタンクの供給管路
   （７）の中に流入するヘリウムの到着をＩＩｊ御する装
   置（９）とを 有することを特徴とする装置。 （２、特許請求の範囲第１項記載の調整装置において、
   前記金属棒（１８）が前記タンク（１）の供給管路（７
   ）内に位置する大口弁（９）の針を形成している装置。 （３１４ＩｔＶ−請求の範囲第１項記載の調整装置にお
   いて、前記超漏出部材が開口する前記室（１２）の加熱
   が液位に対して調整され、発生したフオンテーヌ圧力が
   前記量（１８）を移動させるに十分な大きさを有するよ
   うＫなっている装置。