JPS60234385A - クライオスタツト - Google Patents

クライオスタツト

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Publication number
JPS60234385A
JPS60234385A JP59089476A JP8947684A JPS60234385A JP S60234385 A JPS60234385 A JP S60234385A JP 59089476 A JP59089476 A JP 59089476A JP 8947684 A JP8947684 A JP 8947684A JP S60234385 A JPS60234385 A JP S60234385A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid
storage tank
shell wall
liquid storage
cooling pipe
Prior art date
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Pending
Application number
JP59089476A
Other languages
English (en)
Inventor
Itsuo Kodera
小寺 溢男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP59089476A priority Critical patent/JPS60234385A/ja
Publication of JPS60234385A publication Critical patent/JPS60234385A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C3/00Vessels not under pressure
    • F17C3/02Vessels not under pressure with provision for thermal insulation
    • F17C3/08Vessels not under pressure with provision for thermal insulation by vacuum spaces, e.g. Dewar flask
    • F17C3/085Cryostats
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2221/00Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01Pure fluids
    • F17C2221/014Nitrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2270/00Applications
    • F17C2270/05Applications for industrial use
    • F17C2270/0509"Dewar" vessels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、クライオスタットに関し1%にその熱シー
ルド性能の向上に関するものである。
〔従来技術〕
第1A、/B図は従来のクライオスタットの断面図であ
って、クライオスタットlは二重殻の貯液槽コと、貯液
槽aを断熱的に支持、収納しく支持部材は図示しない。
)、真空断熱空間を有する真空槽3とを備えている。貯
液411コ内には被熱シールド本体として、液体ヘリウ
ムクを貯留し、被冷却物体(図示しない。)を所定の温
度に保持すルヘリウム槽!が、収納されている。
の液体窒素ざは真空槽30頂部より貯液槽コの内戴部に
連通して設けられている供給ボー)?から供給されるよ
うになっている。供給ボートデの大気側管端には仕切弁
10が設けられている。また真空槽3の頂部には真空槽
3を貫通した蒸気ボート//が設けられており、この蒸
気ボート//は貯液槽コ内の蒸気を大気中に放出するよ
うになっている。なお、ヘリウム槽!に設けられている
配管ボート類(図示しない。)の説明は省略する。
上記のように構成されたクライオスタット斤はヘリウム
槽5に液体ヘリウムρを貯留し、被冷却物体の冷却を行
なうとき、貯液槽コに液体窒素ざを貯留すると、ヘリウ
ム槽Sは、液体窒素5によって約gOKK冷却された殻
壁によって包囲される。つまり、熱シールドされること
になる。このようにすればヘリウム槽りへのふく射熱は
300にの室温壁によって解包囲されるときの数百分の
/になる。
液体ヘリウムタ湿度の寒冷を生成するときの理論効率は
、逆カルノーサイクル疋よって表記され、その値は約7
0分の/である。実際の液体ヘリウム生成装置では、さ
らに小さく数百〜数十分の/の値になるため、通常、液
体ヘリウム弘を扱う容器やクライオスタット/では、断
熱施工にいろいろと工夫をこらし、系外からの熱侵入を
極力域するように配慮されている。このようなことから
液体窒素tは、液体ヘリウムpK比べ安価で取扱いが容
易なことから上記のような構成により、被熱シールド本
体であるヘリウム槽5の熱シールドの有力な手段として
用いられている。
一方、貯液槽λをとりまく室温の真空槽3からのふく射
熱および支持部材からの伝導熱は、全て貯液槽λ内に貯
留した液体窒素gの蒸発潜熱によって奪い去られ、内殻
壁7の湿度は、一定に保持されている。
ところで、上記のように構成されたクライオスタット/
では、貯液槽コ内の液体窒素gが蒸発し。
液面の低下によって内外殻壁6.りが蒸気層に露出する
と、この内外殻壁6.7面に受けた熱は、一部蒸気との
熱交換によって除去される。しかし、窒素万ス自身の比
熱が小さいため、この熱交換熱量は非常に少なく、大部
分の熱は内外殻壁6.7中を伝導によって液体窒素gに
伝達される。そして、内外殻壁6,7は形状9寸法や材
質等によって、固有の伝熱抵抗を有すると、内外殻壁6
,7には熱移送に必要な駆動力となる温度勾配を生じ。
蟹素液面より上方に距離を隔てるにしたがつ℃内外殻壁
6.りの壁温が高くなる。
蒸気層内外殻壁6.7の温度が窒素液面の低下に伴なっ
て上昇し、また内外殻壁乙、7がステンレスなどの熱伝
導率の小さい部材で形成されると。
その温度上昇が一層顕著になり、この加熱された内外殻
壁6,7面を介しヘリウム槽Sへの侵入熱が増加し、貯
液槽コは熱シールドとしての機能が著しく明害さtする
。したがって、従来のクライオスタット/には、被熱シ
ールド本体であるー\リウム槽5の壁面全体を所期の冷
却温度に保持するために、常に液体窒素gによってヘリ
ウム槽Sの壁全面が間接的に覆われるように貯液棲−内
に大量の液体窒素gを保有していなければブ【らず、液
体窒素Sの補給間隔が短くなり、液体窒素どの液面管理
に手数がかかる等の欠点があった。
〔発明の概要〕
この発明は、上記の欠点を除去する目的でなされたもの
で、貯液槽内の上層に存在する極低温液体の蒸気を同貯
液槽内の極低温液体によって再冷却し、この蒸気で蒸気
層に露出した貯液槽の二重殻壁面を冷却することにより
、極低温液体の液面低下に伴なう被熱シールド本体に対
する熱シールド性能の低下を防止し得るクライオスタッ
トを提供するものである。
〔発明の実施例〕
以下、この発明のクライオスタットの一実施例を第2A
、−B図を用いて説明する。第、2A図はこの発明の第
1実施例を示す断面図、第、2E図は第2A図のIIB
−IIB線に沿う断面図であって、第1A図、/B図と
同一または相当部分は同一符号を付し、その説明は省略
する。貯液槽コの内殻壁7面上には、冷却パイプ/2が
適当なピッチで巻回されて設けられている。この冷却パ
イプ7.2の一端部は、貯液槽λ内の頂部、液体窒素ざ
の蒸気層に開口されており、その他端部は、蒸気ボート
/lに接続されている。そして、この冷却パイプ/λに
は、液体窒素lの蒸気、つまり窒素ガスがその一端部か
ら入り、蒸気ボート//から出るようになつ℃いる。
上記のように構成されたクライオスタット13では、貯
液槽コの内殻壁7の一部が蒸気層に露出すると、内殻壁
7外周上の冷却パイプ/、2も各ターン毎にその一部分
が蒸気層に現われ、この蒸気層内殻壁7面は、冷却パイ
プ/J中を通過する窒素ガスによって冷却されることに
なる。
すなわち、冷却パイプ7.2の液体窒素5に浸漬した部
分で、冷却パイプlコ中を流れる窒素ガスは、液体窒素
ざとの熱交換により約gOKに冷却される。このざOK
の窒素ガスは、蒸気層の内殻壁7面上を通過し、この間
に冷却パイプ/λ壁を介して熱授受が行なわれ、加熱さ
れている内殻壁7面の熱を奪う。この熱授受によって加
熱された窒素ガスは、液体窒素ざによって再冷却され上
述の冷却サイクルを繰返す。
このよう忙して内殻壁7面の受熱量と内殻壁70部材の
熱伝導率を考慮し、冷却パイプ/Jの形状2寸法1巻き
ピッチ等を適当に選定し、冷却パイグア、2の一部分を
液体窒素jK浸漬し、0却パイプ/、2中を通過する窒
素ガスをtOKに冷却できるようにすれば、貯液漬λ内
の液体窒素ざを底部近傍まで下げても蒸気層に露出した
内殻壁7も低部に冷却保持できる。
第3A 、JB図はこの発明の第一の実施例を示すクラ
イオスタット/9の断面図であり、これは貯液槽コの外
殻壁乙の内面に冷却パイプ/Fを配するようにしたもの
で、このようにすれば、上述の第コA、2B図の実施例
のものより液体窒素5の保有量がさらに少なくても、こ
の冷却パイプ/弘は液体窒素gで浸漬され、第、2A 
、2B図のものと同様の性能を発揮することが可能であ
る。
第9図はこの発明の第3の実施例を示すクライオスタッ
ト2.0の断面図であり、第1実施例に示す内殻壁7上
にもう/木蓮列に第一の冷却パイプ/Sを巻回し、この
冷却パイプisをもう一本のようにしたもので、このよ
うにすれば、上述のこの発明の第1実施例のものより蒸
気層に露出した内殻壁7面の熱を略均−に下げることが
できる。
第5図はこの発明の第Vの実施例を示すクライオスタン
トコ/の断面図であり、ざOKの窒素ガスを内殻壁7の
上方に直接導ひくように冷却パイプ/りの一部分を内殻
壁りから離間させて設けたもので、このようにすれば、
液体窒素液面上方から高温部に至る過程で冷却パイプ1
7中を流れる窒素ガスと内殻壁7面との対向流的な熱授
受がなくなり、高温部壁を直接10にガスで冷却でき。
上述の発明の実施例のものより、温度上昇のピーク値を
低く抑えることができる。また、これを第3の実施例の
ものと併用すると、さらに山鹿上昇を小さくでき、合理
的な冷却が行なえる。
なお、上記実施例ではいずれも横形のクライオスタット
につい℃説明したが、竪形のクライオスタンドココに第
6図に示すように冷却パイプ23をヘリウム槽Sに巻回
しても上記実施例と同様の効果を奏する。
また、上記実施例では、貯液槽コを冷却する極低温液体
として液体窒素を用いた場合について述べたが、液体水
素、液体酸素、液化天然ガス等でもよいことは言うまで
もない。
〔発明の効果〕
二と1;よソ 槽内で発生する蒸気を流す9、液面の低下によって殻壁
面の一部が蒸気層に露出しても、同壁面は、極低湿液体
温度に冷却された蒸気の繰返し冷却によって、極低温度
に冷却保持される。したがって、このクライオスタット
は、貯液槽内底部に小量の極低温液体が貯留し℃も所期
の熱シールド性能を確保できるので、貯液槽の上部に特
に大きな極低温液体の液溜め槽も必要なく、小形化され
るとともに、貯液槽内の極低温液体を効率よく利用でき
る等の効果もある。
【図面の簡単な説明】
第1A図は従来のクライオスタットの断面図。 第1B図は第1A図のIB−IB線に?E=jつ断面図
、第コA図はこの発明の第1の実施例を示す断面図第2
B図は第、2A図のIIB−FIB線に沿う断面図第3
A図はこの発明の第コの実施例を示す断面図第3B図は
第3A図のHE−4IB線に沿う断面間第Z図はこの発
明の第3の実施例を示す断面図、第S図はこの発明の第
9の実施例を示す断面図、第6図はこの発明の第Sの実
施例を示す断面図である。 /、/3./’?、20,2/、+12@・フライ壁1
g・・液体窒素(極低温液体)、//、/A・・蒸気ボ
ート、/ 2./ lI、/ !; 、/り、23・・
冷却パイプ。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 幣1B図 第1A図 第2B図 第2A図 手続補正書「自発」 昭和591年6.]9 B 特許庁長官殿 1、事件の表示 昭和39年特許願第 rf417A 号2、発明の名称 クライオスタット 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号名 称 
(601)三菱電機株式会社 代表者 片山仁へ部 4、代理人 住 所 東京都千代田区丸の内二丁目4番1号丸の内ビ
ルディング4階 6、補正の内容 (1) 明細書をつぎのとおり訂正する。 g 3 貯液漬 貯液槽 9 コ 熱 温度 ? 1g ヘリウム槽S 貯液槽の内殻壁7(2)本願
添付図面第6図の符号r5Jを「7」に別紙のとおり補
正する。 焔6図 〉7

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)被熱シールド本体の外周に設けられている二重殻
    の貯液槽と、この二重殻内に、二重殻の上部に蒸気層を
    有して収納されている極低温液体と、この二重殻内に、
    一端部は二重殻の上部空間に開口され、他端部は大気に
    開口され、中間部は二重殻の壁面を巻回して設けられて
    おり、蒸気か通過して蒸気層に露出した二重殻を冷却す
    る冷却パイプとを備えていることを特徴とするクライオ
    スタット。 (コ)冷却パイプは、二重殻の壁面に並列に巻回され、
    かつこの並列の冷却パイプ中に蒸気が互いに対向して流
    れるように設けられている特許請求の範囲第1項記載の
    クライオスタット。 (3)冷却パイプは、その一部が二重殻の壁面上部に接
    着され、他の部分は二重殻の壁面から離間されている特
    許請求の範囲第1項または第2項記載のクライオスタン
    ド。
JP59089476A 1984-05-07 1984-05-07 クライオスタツト Pending JPS60234385A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2414536A (en) * 2004-05-25 2005-11-30 Siemens Magnet Technology Ltd Reduction of cryogen loss during transportation of cryostats
US20100041976A1 (en) * 2007-11-02 2010-02-18 Russell Peter Gore Cryostat for reduced cryogen consumption
GB2530030A (en) * 2014-09-09 2016-03-16 Siemens Healthcare Ltd Cooling a superconducting magnet device
GB2547581A (en) * 2014-11-04 2017-08-23 Shenzhen United Imaging Healthcare Co Ltd Displacer in magnetic resonance imaging system

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