JPS60244308A - ヘリウム‐２‐相分離装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、熱機構的な効果を利用するための隙間状の流
通路を備えたヘリウム−■−相分離装置に関する。

従来の技術 ヘリウム−■−を、特に、難溶性の状態で相分離するだ
めの装置は、特にベルリン自由大学のＨ，Ｄ、Ｄｅｎｎ
ｅｒ　等の研究報告書”Ｗ−７９−４７”。

１９７９年１２月に記載されている。この論文によれば
超流動性のヘリウム（Ｈｅ−ｎ）　をガス相から分離す
るため熱機構的な効果（噴水効果［Ｆｏｎｔａｅｎｅｎ
ｅｆｆｅｋｔ］　）が利用されている。この効果は毛管
系を介して結合し合っている二つの液体容器にあって熱
側においてレベルが上昇することによって生じる。この
効果は、毛管系の一方の側にヘリウムガスが存在してい
ても有効である。液浴の温度がガス相側の毛管系の温度
よりも高い場合、液体は限界条件を適切に選択した場合
熱機構的な効果に基すいて毛管作用は生じない。なぜな
７ら、その際存在する力が温度匂配とは反対方向に°、
即ち出口側から液浴方向に指向されるからである。この
ような作用系の　゛へリウムー■の相分離装置への適用
は上記の原理に基すいている。出口側の低い温度は圧力
低減により、例えばポンプによる吸引によって達せられ
、これによシ液体の蒸発による冷却が誘起される。宇宙
の条件によっては、この目的のために廃ガス導管内に絞
シ弁を設けるだけで充分でお９、この絞シ弁を経てヘリ
ウムは宇宙（真空）中に流出する。

熱機構的な効果を発生させるのに適している公知の毛管
系は、本質的に螺旋状の流過開口を備えた、蜜な巻体に
形成されたアルミニウム箔から成る栓体から成シ、この
栓体は熱伝導性の良好な材料から成る保持体内に挿入さ
れておシ、この保持体を介して廃ガス系に接続されてい
る。

しかし、このような栓体にあっては、詳しく言って、こ
の巻工程によって流過−口のみならず、螺旋形内で互い
に並列している間隙状の不規則な流過開口も生じる。こ
の場合、巻付は力は最大の流過開口が最大的１０μｍの
間隙、径を備えるように調整されている。なぜなら、も
しこのように調整しなかった場合熱機構的効果が生ぜず
、液状のヘリウムが流出してしまうからである。

この様式の流過開口は再生出来るように製造できず、し
たがって絶えず多数のこのような栓体を造っておかなけ
ればならず、また試験してその使用可能性を試しておか
なければならない。−上記の文献から更に、熱機構的な
効果が狭い環状間隙−その間隙径は約１０μｍ或いはそ
れ以下であるーでも有効であることが知られている。し
かし、実験により、相分離のため専ら熱機構的効果を利
用した場合狭い環状間隙を介して行なわれるヘリウム流
過量が比較的僅かであることが判った。これは、例えば
宇宙実験にとって典型的な約４５１ｎｇ／秒のヘリウム
流過量の場合約１０μｍの間隙径で約０．８ｍの直径の
環状間隙を必要とすることになる。しかし、このような
環状間隙はほとんど造ることができず、宇宙飛行体に使
用するには不適当である。

本発明が解決しようとする問題点 こう言ったことから、本発明は再生可能に製造できかつ
宇宙飛行体の使用に適している上記様式のへリウムー■
−相分離装置を造ることである。

問題点を解決するだめの手段 この課題は特許請求の範囲第１項に記載した特徴によっ
て形成されたヘリウム−■−相分離装置によって解決さ
れる。

実施例 以下に添付図面に図示した実施例につき本発明を詳説す
る。

以下の説明において記載したクリオステート（Ｋｒｙｏ
ｓｔａｔ　）　とは、冷却剤により、例えば液化ガスに
より極低温を長時間にわたって一定に維持するだめの、
絶縁された容器である。冷却剤と、例えば試験すべき試
料、電気開閉器、検出器等が接続されている。

第１図に図示した相分離装置は本質的に、これをクリオ
テートのヘリウム−■が光ださ°れているタンク内に固
定するだめのタンクフランジ１を備えている。タンクフ
ランジ１の円筒形の延長部１，１の端面には、正方形の
等しい環状板２からそれぞれこれらの環状板間にスペー
サ片３を挿入することによシ形成された、これらの環状
板の積重体が設けられている。この積重体はそのタンク
内に突出している端部において被覆板４によシ蜜に閉じ
られており、この被覆板と共に引つ張シアンカー５によ
シ弾性的な予張力下にフランジ１に固定されている。環
状板積重体と被覆板４とによって形成される中空室（第
２図参照）の内部には、被覆板４と結合されている懸垂
体６が固定されておｐｌこの懸垂体は自己と各々の環状
板の内縁との間に並びにフランジ１との関連で壷状の間
隙７を形成している。この壷状の間隙７はフランジ１を
介して案内されている廃ガス導管８と連通している。

この廃ガス導管８はフランジ１０円筒形延長部１．１と
環状板積重体の周囲に巻回されており、従ってこの廃ガ
ス導管はそのフランジ１の中央出口１，２に至まで熱交
換器の働きをする。

環状板２間の間隙径は約１０μｍである。この間隙径は
５−１５μｍの寸法である。この場合この間隔は図示し
た間隔のおうよそ２００倍の拡大寸法に相当する。環状
板２の表面品質は特に高品質である。表面うねりはく１
μｍでなければならない。

環状板の外寸法が２−５　ｏ顛であり、スペーサ片６に
よって区画されている管路幅が５０甑であり、かつ間隙
内での流路長さがｉｏｎである場合、この実施例の場合
４５１ｎｇ／秒のヘリウム流量のためには２１枚の互い
に重ねられた板が必要である。これによシ、板厚を２跋
と仮定した場合金板パケットの高さは約４２９になるに
過ぎない。

この相分離装置の作動態様はその構造様式からだけで明
瞭に認めることができる。

角隅内に正方形のスペーサ片６を備えている各々二つの
隣接し合っている環状板２間に四つの間隙状の流過路が
形成され、これらの流過路内でヘリウムは専ら二次元の
流動態様で流れる。

各々の流過路の厚みは等しく、かつその寸法は、限界条
件を適当に選択した場合熱機構的な効果が生じ、その超
流動性によりヘリウム（ヘリウム−■）が間隙状の通路
を通って流過するのが阻止されるように設定されている
。従って壷状の捕集間隙Ｚ内を未だガス状のヘリウムの
みが流れ、このヘリウムは廃ガス導管８を介して吸出さ
れる。更に熱交換器として形成された廃ガス導管８を介
して、トリウムガス内に未だ存在している残存冷気が利
用される。

第３図に図示したヘリウム−■−相分離装置は円筒形の
中空体９から成る。この中空体は第１図に図示した相分
離装置の互いに上下に積み重ねられた環状板と同様に、
中央の廃ガス導管と共に図示していないフランジに固定
されている。この中空体９はその外周面に円筒縦軸線方
向で配分されてくさび状の溝１０を備えておシ、これら
の溝は孔１２を介して内室１１と連通している（第４図
および第５図参照）。このくさび状の溝１０の中央には
くさび状の条片１３が存在しておシ、この条片は挿入さ
れたスペーサ片１４によシそれぞれ、等しい間隙形の流
過路１５の相対している二つの列を形成している（第４
．５および６ず参照）。中空室１１は、第１図における
と同様に、フランジとは反対側の側面においてカバーで
蜜に閉鎖されておシ、このカバーには、第１図と同様に
、壷状の捕集間隙を形成するために円筒形の懸垂体が固
定されている。

スペーサ片１４の厚み並びにその間隔およびこれによっ
て形成される間隙形状は第１図による相分離装置の実施
例に相当する。従ってこれらの流過路内での流は同様に
全く二次元挙動を示す。くさび状の溝および条片はくさ
び角度が等しい場合、間隙径がくさび方向で条片を摺動
させることにより調節可能であると言う利点を有してい
る。

第７図には、第１図或いは第６図による相分離装置１６
のクリオステートのへリウムー゛■が充たされているタ
ンク１７への組込みが図示されている。この場合導出さ
れたガス状のヘリウム（ＧＨｅ）はクリオステートの放
射線シールド１８を冷却するために使用され、ヘリウム
は調整弁１９を介して真空ポンプきもしくは真空の宇宙
内へと導入される。ヘリウム−質量流過量の調整は流過
路の入口と出口間の圧力差の変化によって、所定の、浴
温度にあって熱機構的効果が常に維持されるように行わ
れる。この目的のためヘリウム−■−クリオステートの
外部に設けられた、制御装置２０を介してモータ２１に
よって制御される調整弁１９が使用される。制御装置２
０には２測定化号としてヘリウム−■−浴温度（Ｔ）が
使用される。この浴温度は特に宇宙実験の際極めて敏感
に制御されなければならない。ヘリウム−■−浴温度が
上昇傾向を示す場合、調整弁１９が開かれ、その後相分
離装置１６の間隙状の流過路内に生じる圧力差がよシ大
きくなる。この圧力差の上昇に基すいてヘリウム流過量
も増大し、これにより浴は再び冷たくなる。これは上記
の経過と逆の工程を生む。

【図面の簡単な説明】

第１図は互いに上下に積重ねられた正方形の環状板から
成るヘリウム−■−相分離装置の側面図および縦断面図
、第２図は第１°図によるヘリウム−■−相分離装置の
横断面図、第３図は円筒形の中空体および軸平行な溝を
備えているヘリウム−■−相分離装置の図、第４図は溝
領域における第３図によるヘリウム−■−札分離装置の
横断面図、第５図は溝に沿った第３図によるヘリウム−
■−相分離装置の縦断面図、第６図は溝領域における第
３図によるヘリウム−■−相分離装置の部分領域の平面
図、第７図は流過量制御部を備えたヘリウム−■−クリ
オステートへのヘリウム−■−相分離装置へは配設図。 図中符号は、 １・・・タンクフランジ ２・・・環状板 ６・・・スペーサ片 ４・・・被覆板 ５・・・引っ張りアンカー ６・・・懸垂体 ７・・・間隙 ８・・・廃ガス導管 ９・・・中空体 １０・・・溝 代理人　江崎光好 代理人　江　崎　先　史 第１頁の続き ＠発明者　ハルトムード・ノイキ ング ■発明者　エルンスト・ブレンニ ンゲル ドイツ連邦共和国、ミュンヘン　８１、マイステルジン
ゲル拳ストラーセ、１０６ ドイツ連邦共和国、ミュンヘン　８３Ｘマーデルゼーデ
ルストラーセ、２４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　熱機構的効果を利用するための間隙状の流過路を
   備えているヘリウム−■−相分離装置において、互いに
   並列して設けられておシ、間隙径が等しい間隙状の多数
   の流過路を備えており、この流過路が液状のヘリウム内
   に突出している中空室の壁部内に設けられており、かつ
   この中空室の内室からヘリウムが導出可能であるように
   構成されていることを特徴とする、上記ヘリウム−■−
   相分離装置。 ２、　流−通路の形状が二次元的な流れのみを許容する
   ような幾何学的形状である、特許請求の範囲第１項に記
   載の相分離装置。 ３、　流過路がそれぞれ二つの平行平面な壁部によって
   形成されており、これらの壁部間に一定の厚みを持つス
   ペーサ片が設けられている、特許請求の範囲第１項或い
   は第２項に記載の相分離装置。 ４、　中空室と流過路が中間にスペーサ片（６）を備え
   て環状板（２）の上下積重ね体によって形成されている
   、特許請求の範囲第１項から第３項のいずれか一つに記
   載の相分離装置。 ５、　環状板（２）がｎ−角状に或いは環状に形成され
   ている、第４項に記載の相分離装置。 ６、環状板（２）と・ペーサ片（３）がｉｌつ張シアン
   カー（５）によって弾性的で予張力によシ互いに結合さ
   れている、特許請求の範囲第４項或いは第５項に記載の
   相分離装置。 Ｚ　中空室と流過路とが軸平行な溝（１０）を備えてい
   る円筒形の中頑体（９）によって形成されている、特許
   請求の範囲第１項から第゛３項のいずれか一つに記載の
   相分離装置。 ８、　各々二つの流過路を形成するためスペーサ片（１
   ４）を備えた条片（１３）が溝（１０）内に溝長手方向
   で設けられている、特許請求の範囲第７項に記載の相分
   離装置。 ９、　溝（、１ｏ　）と条片（１５）がくさび状にかつ
   等しいくさび角度で形成されている、特許請求の範囲第
   ８項に記載の相分離装置。 １０、ガス状のヘリウムのための間隙状の、そのガスの
   流れ方向に対して横方向の寸法が流過路の寸法よりも大
   きい導出路（７）を形成するため、中空室の内壁に対し
   て平行に他の壁部（６）が設けられている、特許請求の
   範囲第１項から第９項までのいずれか一つに記載の相分
   離装置。 １１、中空室からのガス状のヘリウムの導出が液状のヘ
   リウムと熱接触している熱交換器（８）を介して行われ
   るように構成されて（・る、特許請求の範囲第１項から
   第１０項に記載の相分離装置。