JPS598719B2 - 閉ル−プに構成された極低温剤送出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、極低温液体を蒸発し冷却効果を得るようにし
た熱交換器に極低温液体を送出するための装置に関する
ものである。

装置の種々の部片を冷却するために極低温液体を中央貯
槽から供給するための装置はしばしば冷却剤を送出する
際に都合の悪い且つ不効率な作動を生せしめる圧力変動
現象及び他の不規則現象を受けやすかった。

又これらの装置は、該送出装置が停止されるとこの時に
蒸気で満されることとなり、冷却されるべき装置が再度
動作状態になった時作動が遅延したり、不規則になった
りするので、或る時間停止されるような供給装置に使用
される場合にはしばしば不満足なものであった。

本発明は、極低温液体を蒸発し冷却効果を得るようにし
た熱交換器に極低温液体を送出するための装置に特徴を
有するものであり、該装置は熱交換器から分離器容器へ
と幾分蒸気を含んだ使用済流体を移送するための戻り導
管と、交換器から使用済流体を受容するための戻り口と
から構成され、前記戻り口は使用済流体を戻り導管の下
方端に放出すべく連結されており、又前記装置は熱交換
器への極低温液体の閉ループ循環作用を行なわしめ、該
循環作用のための駆動力は供給導管中の極低温液体と戻
り導管中の使用済流体との間の水頭差によって供給され
る。

本発明の実施例は蒸気を保持する分離器容器の一部分に
放出する戻り導管と、上端にて狭くなったバイパス通路
とを包含し、該バイパス通路は供給分岐連接部からより
上方の戻り分岐連接部へと交換器を通る流れと平行な流
通路を提供し、又該流れは供給分岐連接部の方へと上方
向に導かれ、そして供給分岐連接部からバイパス通路へ
と導かれる。

総括して番号１０で示された本発明に係る送出装置は、
真空ジャケット１４の中に封入された分離器容器１２を
備え、又該容器は典型的には液体窒素である極低温液体
が自動制御弁１８を介し容器１２へと注ぐ導管１６によ
って供給される。

極低温液体２０は容器１２の下方部分２２に保持されて
おり、そこからの蒸気は容器１２の上方部分を占めそし
て通気管２４を介して逃出せられる。

供給導管２６はその上端２７にて分離容器２０から液体
を引き出し、下端２９は送出装置取付体２８に連結して
いる。

供給導管２６と同軸の環状通路として形成された戻り導
管３０はその上端３０を液体２０の上方の蒸気空間３２
に連結し、そして下端３３を下方取付体２８に連結して
いる。

送出装置取付体２８は分離器容器１２より下方に配置さ
れ、供給及び戻り導管は分離器容器１２から送出装置取
付体２８へと連続して下方に傾斜するように都合よく配
列される。

送出装置取付体２８は送出口３８及び戻り口４０に終わ
り、交換器４２が送出口３８から極低温流体を受容しそ
して使用済流体を戻り口４０に放出するべ《連結される
。

送出装置取付体を詳細に示す第３図及び第４図を特に参
照すると、真空壁４８の内側に３つの一般に同心の管が
存在している。

外側管５２は送出装置取付体２８の底部近くまでのびて
いる。

該管は閉鎖底部５４を有し、極低温流体を閉じ込める。

内側管６０は供給導管２６の延長部を構成し、管５６の
内側にある。

管５６は管５２の底部５４の上方に位置した開口底部６
２を有する。

開口端５８に終る中間管５６は供給導管２６の延長部を
更に構成する。

該管は管５２と６０の中間に配置せられる。

通路７０が管５６の壁をその上端近くで貫通している。

管７２は一端を管５６の底部５８の上方にある供給分岐
連接部７４にて管５２の壁へと開口している。

管７２は他端を長い弁ステム８０を介して制御・・ンド
ル７８によって操作される制御弁７６に連結している。

管８２は弁７６を逆止め弁８４に連結し、管８６は逆止
め弁８４を送出口３８に連結する。

管９０は一端を分岐連接部７４より高い位置に設けられ
た戻り分岐連接部９１にて外側管５２の壁へと開口して
おり、又他端をステム９８を介しレバー９６によって制
御される弁９４に連結している。

管９０は分岐連接部９１と弁９４との間にて上方にのび
ている部分９２を有する。

管１００は＝端にて弁９４に連結し、又他端にて戻り口
４０に連結している。

ここに既述された構造体は、容器１２から導管２６と、
管６０と５６のその延長部とを介し分岐連接部７４へ：
次で管７２、弁７６、管８２、逆止め弁８４、管８６、
及び口３８を介し熱交換器４２へ：次で交換器４２から
口４０、管１００、弁９４、及び管９０を介し分岐連接
部９１へ；次で導管３０を介し容器１２へと戻す極低温
流体の循環閉ループ通路を提供するということが容易に
判るであろう。

該構造体は又、供給分岐連接部７４から戻り分岐連接部
９１へと交換器４２を通る進路に平行に走るバイパス通
路；即ち、分岐連接部７４から管５２と５６の間の環状
空間を通りそして通路６８を通り分岐連接部９１へと至
るバイパス通路を提供する。

上記極低温剤供給装置の動作は先ず、熱交換器が送出及
び戻り口に連結され且つ該交換器は定常流模様が確立さ
れるに十分な時間動作状態にあったという場合のために
考えられている。

極低温流体は或る程度上昇した圧力で導管１６を介して
送出され、分離器容器１２に流入する時には弁１８によ
って大気圧まで調節される。

弁１８は自動的に、容器１２の底部分に液体を又容器１
２の上部分に蒸気空間を保持するために極低温流体の流
入を制御する。

過剰の蒸気は通気管２４から逃出せられる。

極低温液体は分離器容器１２の底部分から抜き取られ、
供給導管２６の下方向傾斜に沿って進み、管６０を通っ
て送出装置取付体２８に流入する。

極低温液体は管６０の底部から管５６へと放出される。

管５６は流体を管５２へとその閉鎖底部近傍に放出する
。

該流体は次で管５６と５２の間の環状空間の中を上方に
供給分岐連接部７４へと流れ、次で管７２、弁７６、管
８２、逆止め弁８４、管８６及び送出口３８を通って、
送出口３８に連結された交換器４２に流入する。

極低温流体は交換器４２を通って進み、そして一部分が
そこで蒸発せられ、熱交換器にて冷却効果を提供する。

今や液体と蒸気の混合物を含有する、熱交換器４２から
の使用済流体は戻り口４０へと放出されそして管１００
、弁９４及び管９０を通って戻り分岐連接部９１へと流
れる。

この使用済流体は戻り導管３０の内側の環状空間を通り
分離器容器１２へと戻され、そして該流体は容器１２の
底部分を占めている極低温液体の上方の蒸気空間に放出
される。

使用済流体を蒸気空間に放出することは液体容量中に蒸
気の泡が存在することを防止し、又泡が供給導管中に吸
引されないことを保証する。

供給導管２６の中の完全な液体材料と戻り導管中の液体
と蒸気の低比重の混合体との間の水頭差が既述したよう
な熱交換器を通って循環させるための駆動力を提供する
。

該送出装置は都合のよいことには自己調整がなされる。

即ち、より大きな冷却効果が熱交換器から引き出される
場合には蒸発作用はより多く行なわれ、戻り導管の蒸気
部分をより大きなものとし、従って交換器を通る循環作
用のためのより大きな駆動力を生じさすこととなるから
である。

該閉ループを構成する装置は、交換器を通る極低温流体
の定常運動が高い壁熱伝達係数を生せしめる点において
且つ、開放端装置の場合に極低温液体の損失及び他の効
率の悪い動作を引き起す、圧力変動現象（ ｓｕｒｇｅ
）とか不規則現象（ ｉｒｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ）と
いったものがない均一の冷却作用を生せしめる点におい
て更に利益を有するものである。

上述のような定常動作時には、戻り分岐連接部９１の圧
力が供給分岐連接部７４の圧力より低い結果生じる、供
給分岐連接部７４から管５２と５６との間の環状空間及
び通路６８を介して戻り分岐連接部９１へと至るバイパ
ス流れが存在する。

しかしながら、該バイパス流れは、通路６８の断面が熱
交換器を通る又は供給導管を通る流れ断面に比較して小
さいために、熱交換器を通る循環流れに比較すると小さ
い。

該小さいバイパス流れは管６０と５６を通る供給細流の
まわりに冷却ジャケットを設けるという点で都合のよい
ものである。

次に停止及び始動時の本装置の動作について説明すると
、熱交換器を閉鎖するための正常な方法は閉鎖弁７６に
よって行なわれる。

極低温液体流が閉鎖されたため、熱はある時間にわたっ
て熱交換器及びその連結具へと侵入し、そのため結果的
には液体は熱交換器において、又管７２と管９０との間
の管及び連結具において蒸発せられるであろう。

又或る量の熱が外側管５２と、戻り導管３０の外壁とを
通して漏洩し続けるであろうし、又これら壁の内部の流
体を小さな割合で蒸発せしめるであろう。

この蒸発作用のため、戻り導管中の流体は供給導管中の
比重より低い比重を有し続け、これによって生じる水頭
差は引き続き存在するであろう。

この水頭差は少量の流体を供給分岐連接部７４から管５
２と５６との間の環状バイパス通路を通って、又流路断
面が小さくなったバイパス通路６８を通って戻り分岐連
接部へと駆動し、その結果低レベルの循環が供給導管、
バイパス通路、及び戻り導管を通って維持される。

この流れは通路を冷却し続け、従って該通路では蒸気が
通路を充填するということはない。

極低温液体のための流通路は下方から供給分岐連接部に
近づ《ということが特に注目されるであろう。

この配列は管７２で又は、管５２の外壁にて生ぜしめら
れる蒸気が管５２と５６との間の環状空間へと上昇し、
戻り導管へと流入する。

従って蒸気が供給導管に流入し所望の流れ方向を逆転さ
せるようなことはあり得ない。

既述された構造体は管５６と６０との間に環状空間を提
供し、ここに形成された蒸気はすべて通路７０を通りそ
して戻り導管へと放出されるようにして、蒸気が供給導
管に入ることに対する安全装置を提供する。

熱交換器を始動させたい場合には、弁７６が開放される
。

熱交換器を通る通路は蒸気で満されているが初期にはバ
イパス通路は液体で満されており、且つ供給分岐連接部
７４は戻り分岐連接部９１の下方にあるので、供給分岐
連接部７４から熱交換器を介して戻り分岐連接部９１へ
と循環を行なわせる流体水頭が存在し熱交換器を通る流
れを所望方向に始動させることとなる。

逆止め弁８４は熱交換器での急激な沸騰による圧力変動
によってこの流れが反転させられるのを防止する。

バイパス通路がくびれているということは、熱交換器か
らの初期流れがバイパスを通って逆方向へと局部的回路
を作動させるのではなく戻り導管の方へと連続して流れ
るのを保証する。

熱交換器からの蒸気が戻り導管３０に流入するにつれ、
戻り導管中の流体の比重は減少し、駆動力が前述の如《
極低温流体を定常循環させるために確立される。

既述の送出装置は、極低温液体が導管にて各分岐連接部
まで保持されておりその結果熱交換器を作動状態にする
ためには加熱管のほんのわずかの領域に流入することが
必要とされるので、急速始動を行なうことができる。

上記実施例の種々の変更態様が当業者には明らかとなる
であろうし、又、これら変更態様も本発明の範囲内であ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は極低温液体を熱交換器に送出するための装置の
全体を示しており、装置の或る部分は内部を詳細に表わ
すために破断されている。 第２図は第１図の分離器容器とこれに連結される導管の
連結部との一部分を断面で示す。 第３図は第１図の装置の送出装置取付体を示しており、
外側囲繞体の一部が内部を詳細に表わすために破断され
ている。 第４図は第３図に示された送出装置内の構造の拡大図で
ある。 図中主要な符号は次の通りである。 １０：送出装置、１２：分離器容器、２０：極低温液体
、２６：供給導管、２８：送出装置取付体、３０：戻り
導管、３８：送出口、４０：戻り口、４２：交換器、５
２：外側管、５６：中間管、６０：内側管、７４：供給
分岐連接部、９１：戻り分岐連接部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下方部分に極低温液体を保持し上方部分に該液体の
   蒸気を保持するための分離器容器を有し又前記容器から
   交換器へと極低温液体を移送するための供給導管を有し
   、前記供給導管は極低温液体を前記容器の下方部分から
   引き出すために一端にて前記容器に連結され又他端にて
   は極低温液体を交換器に放出するために送出口に連結さ
   れており：更に使用済流体を前記分離器容器に戻すため
   の戻り導管を有し、前記戻り導管は交換器からの幾分蒸
   気を含んだ使用済流体を受容するために一端にて戻り口
   に連結され又他端にては前記容器に連結されている、極
   低温液体を蒸発し冷却効果を得るようにした熱交換器に
   極低温液体を送出するための装置であって：前記送出及
   び戻り口は前記容器より低い位置にあり、前記装置は極
   低温液体を前記各口に連結された熱交換器へと閉ループ
   で自己調整して循環せしめ、前記循環のための駆動力は
   前記供給導管中の極低温液体と前記戻り導管中の使用済
   流体との間の重力水頭差によって供給されることを特徴
   とする極低温液体送出装置。 ２ 特許請求の範囲１に記載の極低温液体送出装置にお
   いて、更にバイパス通路を有し、該ハイパス通路は、前
   記供給導管が前記送出口に至る導管に連結された供給分
   岐連接部と該供給分岐連接部より高い位置にありそして
   前記戻り導管が前記戻り口に至る導管に連結された戻り
   分岐連接部との間に形成され、又前記バイパス通路は該
   バイパス通路を通る流れが前記両分岐連接部間にて前記
   供給導管を通る流れに対して平行な流れとなるように構
   成され、又前記バイパス通路は前記供給導管に比較して
   狭くなっており、更に前記バイパス通路は前記交換器が
   不作動であっても、連結された交換器のために急速始動
   を可能とするために前記各導管を介して循環作用を行な
   っていることを特徴とする極低温液体送出装置。