JPS61260685A - 超流動ヘリウム用弁 - 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】 〔発明の利用分野〕 この発明は、超流動ヘリウム生成用の熱遮蔽弁に関する
発明であり、特に、正常な液体ヘリウム（４−４Ｋ　−
、１，２８ｊｍ　ｌ　　とサブクール）’超ｆｉｎへ！
Ｊウム（２，２に以下の温度で、ｌａｔｍ）の間を圧力
的に分離出来、超流動ヘリウムを介しての伝導による熱
侵入を著しく低減するに好適な熱遮蔽弁機能を有した超
流動ヘリウム用弁に係る発明である。

〔発明の背景〕

超流動ヘリウムを便用した冷却装置としては例えば特開
昭５８−１６６７８号に示すようなものが知られている
。サブクールド超流動ヘリウムによつ・て超電導コイル
を冷却する装置の例を第１図で略説すると、弁１を有す
るパイプ２によシ液体ヘリウムを容器３へ導入して貯溜
液体ヘリウム４とし、更に弁５，６を有するパイプ７に
より容器８へ移送して貯溜液体ヘリウム９となし、該液
体ヘリウム９は次いで弁１０を有するパイプ１１を介し
て容器１２を満して液体ヘリウム１３にされて貯溜され
る。

したがって、容器３．　８．　１２は各々液体ヘリウム
４，９．１３によって満される。

而して、上記容器８内には、被冷却物体である超電導コ
イル１４が収納セットされており、該超電導コイル１４
に電流導通するリード？ｆｓ１５Ｖｉ、上記液体ヘリウ
ム４と液体ヘリウム９とを熱的、流体的に遮断するノー
ル１６を介装するパイプ１７及び上記容器３、パイプ１
８により室温の外部１９へ所定に接続されている。

そして、該容器３内の液体ヘリウム４は蒸発してパイプ
１８内のリード線１５部分をガス冷却しながら、弁２０
を介して外部の図示しないヘリウムガス回収系へと導か
れていく。

而して、核超電導コイル１４を冷却する液体ヘリウム９
をサブクールド超流動ヘリウムと生成するためには、図
示しない真空ポンプを排気パイプ２１に接続し、該真空
ポンプを動作させると、図の圧力系から明らかなように
容器１２内の液体ヘリウム（４，２に、　１．９ａｔｍ
）　１３は熱交換！２２ｅ通り、そしてＪＴ膨張弁２３
によって流量を制御され、その圧力は１２■Ｈｇと減圧
され、この減圧された液体ヘリウム（１，８に、１２ｍ
Ｈｇ　Ｈ’：ｆ熱交換器２４によって、容器８内の液体
ヘリウム１４に侵入する熱及び上記超電導コイル１４等
に発生した熱を吸収して、蒸発し、再び熱交換器２２に
よって、高圧の液体ヘリウム（４，２Ｋ。

１、　Ｏａｔｍ）と熱交換し、上記容器１２に設けた凝
縮熱交換器２５を通して、上記真空ポンプへと導かれる
。

上述の如き動作を連続して行うことにより容器８に貯溜
された液体ヘリウム９は、サブクールド超流動ヘリウム
（１，８ＫＸ　１２ｍｍＨｇ）となる。

尚、弁２６は各器３内の貯溜液体ヘリウム４を容器１２
内へ移送するための弁であり、又、配管２７は、該容器
１２内の貯溜１３が蒸発ガス化したのを図示しない外部
のガス回収系へ導くものである。

そして、輻射／−ルド板２８は容器３の１１部と熱接触
させてあり、約４．４にの温度に保たれている。

而して、上記弁ｌＯＶ′ｉ、第２図に示す様な円錐弁で
あってバネ２９により押圧される弁体３０と弁座３１の
間には極微隙間（約２０μｍ）が介在しており、前記容
器１２と容器８ｔ−ｉ圧力的には連通され、そして、該
容器１２内の液体ヘリウム（４，２に、　１０ａｔｍ）
１３と容器８内の液体ヘリウム（１，８に、　１．Ｏａ
ｔｍ）９の間にはＧｏｒｔｅｒ−Ｍｅｌｌｉｍｋ現像に
よシ上記弁体３０と弁座３１間の隙間部の超流動ヘリウ
ムに温度差２．４Ｋが形成されている。

父、前記弁６は上記弁１０同様に従来の超流動ヘリウム
生成用の熱遮蔽弁で、第３図に示す様に弁駆動部３２の
先端に設けられた円錐状の弁体３３と、これに対応した
該弁駆動部３２にシール材３４を介して設けたガイド管
３５の先端弁座３６から形成する隙間部分によって、容
器３の貯溜液体ヘリウム４とサブクールド超流動ヘリウ
ム９を熱的に遮蔽するように烙れている。

尚、３７は真空層であり、弁全体は該真空層３７に配設
されており、液体ヘリウム４とサブクールド超流動ヘリ
ウム９は、配管によって所望の位置に接続される。

さりながら、該弁６は弁体３３と弁座３６の隙間が上記
弁１０同様に完全に密閉されてめないので圧力的に連通
されている。

ところで、液体ヘリウム４の温度は４．４Ｋ（１，２ａ
ｔｍ）であるので、この弁６部分で温度差がつくことに
なる。

したがって、液体ヘリウム４側からサブクールド超流動
ヘリウム９側へ熱の侵入が起こり、この熱侵入の経路は
、弁体３３と弁座３６の接触を介しての個体熱伝導と、
弁体３３と弁座３６の隙間中の液体ヘリウムによる熱伝
導である。

而して、このうち後者の液体ヘリウムの熱伝導を介して
の熱侵入は上記隙間にサブクールド液体ヘリウムが浸入
しており、又サプクールド超流動ヘリウムの熱輸送率は
極めて良いため大きな割合を占めている。

そこで、弁体３３と弁座３６の隙間部５０μｍ以下にす
ると、熱侵入借は非常に小さくなる。

これは、液体ヘリウム中の熱輸送の減少はＡを伝熱断面
積、Ｌを伝熱距離とするとＧｏｒｔｅｒ−Ｍｅ　ｌ　Ｌ
　Ｉｎｋの原理に従い、熱伝達量ＱはＱαＡ−Ｌ−１／
３ となシ、そのため、Ｌ−１ｃｍとすれば、熱伝達量Ｑは
弁の隙間の断面積Ａに、即ち隙間幅δに大きく影響され
る。

そこで、熱遮蔽するには該δの値を５０μｍ以下にする
ことが望ましい。

さりながら、上述従来態様の弁６では熱的には４蔽可能
であっても、圧力的ＶＣはほとんど通過しているため、
分離出来ない。

一方、通常の弁５は圧力的に分離可能であっても、熱的
にｌ＋！析出米な１／′１゜ このため、液体ヘリウムを圧力的に分離し、熱的に遮断
するには上記のｇ口＜弁５，６の２個を直列に接続しな
ければならず、構造が複雑になるという欠点があった。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、通常の液体ヘリウムと超流動ヘリウ
ム層間を熱的にＡ断り舵であると共に圧力的にも分離可
能であるようにしてノ・イテクノロジー産業における超
電導技術利用分野に益する優れた超流動ヘリウム用弁を
提供？んとするものである。

〔発明の概要〕

この発明の概要は、前述問題点を解決するために通常の
液体ヘリウム容器と超流動ヘリウム容器間のパイプ間の
ヘリウムを１つの弁によって熱的に遮蔽すると共に圧力
的にも分離し得るようにし、しかも両者が弁機構として
機能的に動作し得るようにした技術的手段を講じたもの
である。

〔発明の実施例〕

次にこの発明の１犬施クリを第１図を援用して第４図に
基づいて説明すれば以下の通りである。

３８は超流動ヘリウム用二重弁体であシ、この発明の要
旨を成すものであって、前述第１図の弁体５，６を一体
化して１を俟可能な機能を有しており、そのガイド管３
９は前述第１図のパイプ７の中途に介装接続されており
、その先端には内側に於いて段差部を有して圧力的に分
１ｌＩｉ！可能な弁座４．０ヲ形成すると共に、その下
側テーパ状の他の熱ａ藪の弁座４２を形成されている。

而して、核ガイド場３９の内部にはｇＩＩｈ４１４３と
一体にされた上記圧力分離機能を有する弁座４０に対応
する弁体４４がガイド４５，４６を介して摺動自在に設
けられている。

又、該圧力分離機能を有する弁体４４の内部に設けた穴
４７にシステム４８を遊装した他の熱遮蔽機能を有する
弁体４９が上記熱遮蔽機能を有する弁座４２に密着可能
に対応して設けられており、又、そのシステム４８のフ
ランジ５０と上記穴４７の底との間には弾圧バネ５１が
介設されて該圧力分離機能を有する弁体４９をして熱遮
蔽機能を有する上記弁体４４に対して相対的に伸張する
ように付勢している。

したがって、該圧力分ＬＩＩｔ機能を有する弁体４９は
熱遮蔽機能を有する弁体４４に対して一種の相・対移動
可能な自由度を有していることにある。

上述構成において、前述第１図の場合は同様にして容器
２から容器８に液体ヘリウムを供給すると上１己弁体３
８に於いては弁体４４の弁座４０に対する作用により熱
遮蔽な出来ないが、圧力的には完全に分離され、又、弁
体４９の弁座４２に対する作用は逆に圧力は分離できな
いが、熱遮蔽は完全に行うことが出来る。

しかも、両方の弁体４４と４９とは孔４７を介し、又、
弾圧スプリング５１を介して相互に自由であるために弁
体４４が、駆動棒４３により弁座４０に対して押圧され
る状態においても弁体４９は弾圧バネ５１を介して弁座
４２に確実に密着され、したがって、弁体４９と弁座４
２の間に間隙に不均一さが生ずるようなことはない。

このようにして弁３８においては一つの弁でありながら
熱遮蔽と圧力分離が共に充分に機梠し、第１図に示す超
電導のコイルの冷却が行われる。

〔発明の効果〕

以上この発明によれば、超Ｉ：Ｎ、ｗＪヘリウムを生成
する装置で、例えば、前述の叩く超電導コイル冷却用の
装置等において　そのパイプに介設される熱遮蔽と圧力
分離の弁が各々二つでなく単体の弁として介設すること
が出来、しかも、該熱遮蔽と圧力分離が共に行うことが
出来るために配管系統が簡単になり圧力、及び、熱管理
制御が易しくなるという優れた効果が奏される。

又、最初のセットがし易いばかりでなく、事後の保守点
検整備等もし易いというメリットもある。

而して、機構的には各々熱遮蔽がし易い機能を有する弁
と圧力を分離し易い弁機能を併せ有するようにしたため
に１つの弁内に設けられていながらも、機能は確実に分
離されて所望の能力を発揮するという優れた効果が奏さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は超電導コイル冷却装置の概略フロー図、第２図
は第１図の１部の円錐弁のｌｔＴ面図、第３図は従来技
術の第１図の１部の弁の断面図、第４図はこの発明の１
実施例の断面図である。 ３９・・・ガイド管、４０．４２・・・弁座、４３・・
・駆動棒、４４．４９・・・弁体、３・・・流体ヘリウ
ム容器、８・・・超流動ヘリウム容器、７・・・パイプ
、３８・・・弁４９・・・熱遮蔽機能弁、４４・・・圧
力分離機能弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガイド管に形成した弁座と該ガイド管内に装設され駆動
   棒に連係された弁が該弁座に当接されて流体ヘリウム容
   器と超流動ヘリウム容器との間のパイプに介装される超
   流動ヘリウム弁において、上記弁が一体型であつて熱遮
   蔽機能弁体と圧力分離機能弁体に分離して結合されてお
   り、一方上記弁座が該各弁体に対応して形成されている
   ことを特徴とする超流動ヘリウム用弁。