JPS61276276A - 超流動ヘリウム生成装置 - Google Patents
超流動ヘリウム生成装置Info
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- JPS61276276A JPS61276276A JP60116405A JP11640585A JPS61276276A JP S61276276 A JPS61276276 A JP S61276276A JP 60116405 A JP60116405 A JP 60116405A JP 11640585 A JP11640585 A JP 11640585A JP S61276276 A JPS61276276 A JP S61276276A
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Links
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Landscapes
- 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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、連続的に安定に胡流動ヘリウムを生産するに
好適な超流動ヘリウム生成装誼に関する。
好適な超流動ヘリウム生成装誼に関する。
従来の装置は、特公昭６０−４１２１号に記載のように
、上部分に常流動ヘリウム（Ｈｅ、Ｉ）がとどまり下部
分に超流動ヘリウム（Ｈｅｌｌ）がある上室と前記上室
の下に設けられかつ少なくとも１つの通路を介して前記
上室に連通ずる少なくとも１つの下室とを有し、前記下
室内に液体ヘリウムを超流動ヘリウム転移温度（λ点、
２．１７Ｋ）以下に低下させる友めの冷却室があるとｔ
％公昭６０−４１２１号にも公知の現象として記載され
ているＧｏｒｔｅｒ−Ｍｅｌｌｉｎｋ Ｃｏｕｎｔｅｒ
ｆｌｏｗ 現象によって、前記通路中に温度差が生じ
、下室の超流動ヘリウムの温度をλ点温度より著しく低
くすることができる。しかしながら、前記下案内超流動
ヘリウムを前記下室内に沈設された弁などによって、前
記冷却室内へ導き、前記冷却室内の超流動ヘリウムを蒸
発させ、その潜熱により、前記下室内の超流動ヘリウム
を冷却していたため、前記下室内の超流動ヘリウムの温
度から前記上室の常流動ヘリウムの最大温度までの、前
記蒸発した蒸気の顕熱が熱交換手段によって有効に利用
されることなく極めて効率が低く抑えられるという欠点
があっ念。これを解決するために、Ｑ、１３ｏｎ。
、上部分に常流動ヘリウム（Ｈｅ、Ｉ）がとどまり下部
分に超流動ヘリウム（Ｈｅｌｌ）がある上室と前記上室
の下に設けられかつ少なくとも１つの通路を介して前記
上室に連通ずる少なくとも１つの下室とを有し、前記下
室内に液体ヘリウムを超流動ヘリウム転移温度（λ点、
２．１７Ｋ）以下に低下させる友めの冷却室があるとｔ
％公昭６０−４１２１号にも公知の現象として記載され
ているＧｏｒｔｅｒ−Ｍｅｌｌｉｎｋ Ｃｏｕｎｔｅｒ
ｆｌｏｗ 現象によって、前記通路中に温度差が生じ
、下室の超流動ヘリウムの温度をλ点温度より著しく低
くすることができる。しかしながら、前記下案内超流動
ヘリウムを前記下室内に沈設された弁などによって、前
記冷却室内へ導き、前記冷却室内の超流動ヘリウムを蒸
発させ、その潜熱により、前記下室内の超流動ヘリウム
を冷却していたため、前記下室内の超流動ヘリウムの温
度から前記上室の常流動ヘリウムの最大温度までの、前
記蒸発した蒸気の顕熱が熱交換手段によって有効に利用
されることなく極めて効率が低く抑えられるという欠点
があっ念。これを解決するために、Ｑ、１３ｏｎ。
Ｍａｒｄｉｏｎらは、ｐｒｏｃ、６ｔｈ Ｉｎｔ、
Ｃｒｙｏｇ、Ｅｎｇ。
Ｃｒｙｏｇ、Ｅｎｇ。
Ｃｏｎｆ、、 Ｑｒｅｎｏｂｌｅ、１９７６ （ＩＰＣ
３ｃｉｅｎｃｅ ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｐｒｅ
ｓｓ、 （ＪＫ、 １９７６）ｐ１６９． に記載の
ように、前記冷却室へ導く液体ヘリウムを前記上室の上
部分の常流動ヘリウムとし、これを前記蒸発した蒸気と
熱交換させる熱交換器を配置し、温度がλ点近くまで熱
交換されて低下した常流動ヘリウムを、弁を介して前記
冷却室へ導入するようにし次。しかし、前記上室内の常
流動ヘリウムと超流動ヘリウムとの境界面は一定に定ま
らず、さらに常流動ヘリウム中には、常流動ヘリウムの
飽和圧力下の温度１例えば圧力ｌａｔｍ下では約４．２
Ｋとなるが、この温度からλ点温度まで、前記上室の上
下方向に温度勾配が付いており、４に近くとなるのは、
常流動ヘリウムの液面近くだけであるので、前記冷却室
へは液面近くの常流動ヘリウム部分から取り出す必要が
あり、そのため前記上室内の常流動ヘリウムの液面を２
定になるように制御する必要があった。
３ｃｉｅｎｃｅ ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｐｒｅ
ｓｓ、 （ＪＫ、 １９７６）ｐ１６９． に記載の
ように、前記冷却室へ導く液体ヘリウムを前記上室の上
部分の常流動ヘリウムとし、これを前記蒸発した蒸気と
熱交換させる熱交換器を配置し、温度がλ点近くまで熱
交換されて低下した常流動ヘリウムを、弁を介して前記
冷却室へ導入するようにし次。しかし、前記上室内の常
流動ヘリウムと超流動ヘリウムとの境界面は一定に定ま
らず、さらに常流動ヘリウム中には、常流動ヘリウムの
飽和圧力下の温度１例えば圧力ｌａｔｍ下では約４．２
Ｋとなるが、この温度からλ点温度まで、前記上室の上
下方向に温度勾配が付いており、４に近くとなるのは、
常流動ヘリウムの液面近くだけであるので、前記冷却室
へは液面近くの常流動ヘリウム部分から取り出す必要が
あり、そのため前記上室内の常流動ヘリウムの液面を２
定になるように制御する必要があった。
本発明の目的は、高効率に、かつ安定に超流動ヘリウム
を生産する超流動ヘリウム生成装置を提供することにあ
る。
を生産する超流動ヘリウム生成装置を提供することにあ
る。
上室内の液体ヘリウムを全て４に近傍の常流動ヘリウム
にすることによって、常に４に近くの常流動ヘリウムを
、冷却室内の超流動ヘリウムが蒸発した蒸気と熱交換器
によってλ点温度近くまで冷却し、ＪＴ弁によって冷却
室内の超流動ヘリウムの飽和蒸気圧まで膨張させて、飽
和超流動ヘリウムを作り、これを強制的に真空ポンプな
どによって蒸発させ、その蒸発潜熱によって冷却し、蒸
発し九ガスの４に近くまでの顕熱は前述のように利用す
る。
にすることによって、常に４に近くの常流動ヘリウムを
、冷却室内の超流動ヘリウムが蒸発した蒸気と熱交換器
によってλ点温度近くまで冷却し、ＪＴ弁によって冷却
室内の超流動ヘリウムの飽和蒸気圧まで膨張させて、飽
和超流動ヘリウムを作り、これを強制的に真空ポンプな
どによって蒸発させ、その蒸発潜熱によって冷却し、蒸
発し九ガスの４に近くまでの顕熱は前述のように利用す
る。
以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。上室
１内には、飽和状態の常流動ヘリウム２（ｌａｔｍ、４
．２Ｋ）が１、前常流動ヘリウム２の液面３の上方には
飽和ヘリウムガス４がとどまっている。前記常流動ヘリ
ウム２は、トランスファー管５によって、満たされ、か
つ補給される。下室６内には、超流動ヘリウム７によっ
て満たさｎている。前記上室と前記下室は、通路８によ
って連通され、前記通路８はこの通路８内を通る熱流束
が十分な温度勾配を生ずる様な細い断面と長さを有する
。前記通路８の途中に電気ヒータ９が巻かれ、加熱する
ことができ、この通路８中の上部に常流動ヘリウム１０
、その下部に超流動ヘリウム１１があり、その結果これ
らの境界面１２は。
１内には、飽和状態の常流動ヘリウム２（ｌａｔｍ、４
．２Ｋ）が１、前常流動ヘリウム２の液面３の上方には
飽和ヘリウムガス４がとどまっている。前記常流動ヘリ
ウム２は、トランスファー管５によって、満たされ、か
つ補給される。下室６内には、超流動ヘリウム７によっ
て満たさｎている。前記上室と前記下室は、通路８によ
って連通され、前記通路８はこの通路８内を通る熱流束
が十分な温度勾配を生ずる様な細い断面と長さを有する
。前記通路８の途中に電気ヒータ９が巻かれ、加熱する
ことができ、この通路８中の上部に常流動ヘリウム１０
、その下部に超流動ヘリウム１１があり、その結果これ
らの境界面１２は。
前記通路８中に存在する。
次に、超流動ヘリウム７．１１Ｔｈ生成する動作につい
て説明する。先ず、トランスファー管５によって、上室
１．下室６および通路８に常流動ヘリウム（１ａ ｔｒ
ｒｘ、 ４−２ Ｋ ）を満たす。上室１内の常流動ヘ
リウム２は、フィルター１３を介して、熱交換器１４の
高圧側１５に導き、ＪＴＴｉＯ２よってＪＴ膨張させ、
温度をλ点温度以下に低下させ、超流動ヘリウム温度を
得、飽和超流動ヘリウム（約１．７５に、１１．５園Ｈ
ｇ）熱交換器１７によって、下室６．液体ヘリウムと熱
交換させ、この液体ヘリウムの温度をλ点温度以下にし
、超流動ヘリウム７（約１．８に、 ｌａｔｍ）を生
成する。
て説明する。先ず、トランスファー管５によって、上室
１．下室６および通路８に常流動ヘリウム（１ａ ｔｒ
ｒｘ、 ４−２ Ｋ ）を満たす。上室１内の常流動ヘ
リウム２は、フィルター１３を介して、熱交換器１４の
高圧側１５に導き、ＪＴＴｉＯ２よってＪＴ膨張させ、
温度をλ点温度以下に低下させ、超流動ヘリウム温度を
得、飽和超流動ヘリウム（約１．７５に、１１．５園Ｈ
ｇ）熱交換器１７によって、下室６．液体ヘリウムと熱
交換させ、この液体ヘリウムの温度をλ点温度以下にし
、超流動ヘリウム７（約１．８に、 ｌａｔｍ）を生
成する。
熱交換器１７を通過した飽和超流動ヘリウムは、蒸発し
、熱交換器りの低圧側ライン１８へ入り、１．７５Ｋか
ら４．２Ｋまでの蒸発したヘリウムガスの顕熱によって
、前述し之フィルター１３を通った液体ヘリウム２をλ
点温度近くまで冷却しながら、図示しない真空ポンプに
接続された排気管１９へ導かれる。熱交換器１４は５本
装置を効率良く動作させる念めに不可欠なものである。
、熱交換器りの低圧側ライン１８へ入り、１．７５Ｋか
ら４．２Ｋまでの蒸発したヘリウムガスの顕熱によって
、前述し之フィルター１３を通った液体ヘリウム２をλ
点温度近くまで冷却しながら、図示しない真空ポンプに
接続された排気管１９へ導かれる。熱交換器１４は５本
装置を効率良く動作させる念めに不可欠なものである。
すなわち、熱交換器Ｕかない場合、フィルター１３を通
路した液体ヘリウム（約４．２Ｋ、 １ ａｔｍ）は
ＪＴ弁により直接飽和超流動ヘリウムの圧力１１，５ｒ
ｒｒｍ Ｈｇまで膨張し、約１．７５Ｋまで低下するが
、約５０％が蒸発してしまい、有効に冷凍に作用するの
は、飽和超流動ヘリウムとし残った液体の蒸発潜熱に相
当するものだけである。ところが、熱交換器１４をつけ
て、ＪＴ弁入口の液体ヘリウムの温度をＺ２〜１５Ｋま
で低下させた後に、 ＪＴ弁で膨張させると、約１０％
だけが、有効に冷凍効果を示さず蒸発することになる。
路した液体ヘリウム（約４．２Ｋ、 １ ａｔｍ）は
ＪＴ弁により直接飽和超流動ヘリウムの圧力１１，５ｒ
ｒｒｍ Ｈｇまで膨張し、約１．７５Ｋまで低下するが
、約５０％が蒸発してしまい、有効に冷凍に作用するの
は、飽和超流動ヘリウムとし残った液体の蒸発潜熱に相
当するものだけである。ところが、熱交換器１４をつけ
て、ＪＴ弁入口の液体ヘリウムの温度をＺ２〜１５Ｋま
で低下させた後に、 ＪＴ弁で膨張させると、約１０％
だけが、有効に冷凍効果を示さず蒸発することになる。
このように、熱又換器１４の効果は明白である。２０は
真空断熱層である。
真空断熱層である。
以上のように、フィルター１３に入る液体ヘリウムは、
４．２Ｋ近くの温度であることが必要である。よって、
上室内の液体ヘリウムは、全て常流動ヘリウム２とし、
この温度は全て４〜４．２Ｋとなるよりにすることが重
要である。上室１と下室６をつセぐ通路８中に、常流動
ヘリウムと超流動ヘリウムの境界面を設定し、前記通路
の上部との接続部の温度が４〜４．２Ｋになるようにヒ
ータによって設定する。ヒータ電力は１通路中の臨界熱
流束によって決まり、通路の長さｔＬとすると、−１／
１＋４ この臨界熱流束はＬ に比例するので、Ｌの長さに
よる影＃は小さく、小さなヒータ電力によって、上記の
ような状態を設定可能である。
４．２Ｋ近くの温度であることが必要である。よって、
上室内の液体ヘリウムは、全て常流動ヘリウム２とし、
この温度は全て４〜４．２Ｋとなるよりにすることが重
要である。上室１と下室６をつセぐ通路８中に、常流動
ヘリウムと超流動ヘリウムの境界面を設定し、前記通路
の上部との接続部の温度が４〜４．２Ｋになるようにヒ
ータによって設定する。ヒータ電力は１通路中の臨界熱
流束によって決まり、通路の長さｔＬとすると、−１／
１＋４ この臨界熱流束はＬ に比例するので、Ｌの長さに
よる影＃は小さく、小さなヒータ電力によって、上記の
ような状態を設定可能である。
第２図によって１本発明の他の実施例を説明する。上室
１内の液体ヘリウムを全て４に近傍の常流動ヘリウムと
する友めに、トランスファー管５の出口２１を、上室１
の底部に配置させて、常流動ヘリウム２の液面３ｔ−一
定にするために、常に液体ヘリウムをトランスファー管
により補給することによって、常流動ヘリウム２と超流
動ヘリウム１１との境界面２２は、上室１よシ少し下方
の通路中に生じさせることができる。
１内の液体ヘリウムを全て４に近傍の常流動ヘリウムと
する友めに、トランスファー管５の出口２１を、上室１
の底部に配置させて、常流動ヘリウム２の液面３ｔ−一
定にするために、常に液体ヘリウムをトランスファー管
により補給することによって、常流動ヘリウム２と超流
動ヘリウム１１との境界面２２は、上室１よシ少し下方
の通路中に生じさせることができる。
また、第３図に示すように１通路８を上室１の中まで延
長し、この部分は低熱伝導の材料や真空層からなる断熱
部２３を有すると、常流動ヘリウム２と超流動ヘリウム
１１の境界面２４は、上室中に姑びた通路８の途中に発
生し、上室１内の液体ヘリウムを４に近傍の常流動ヘリ
ウムにする効果を高めることがある。
長し、この部分は低熱伝導の材料や真空層からなる断熱
部２３を有すると、常流動ヘリウム２と超流動ヘリウム
１１の境界面２４は、上室中に姑びた通路８の途中に発
生し、上室１内の液体ヘリウムを４に近傍の常流動ヘリ
ウムにする効果を高めることがある。
最後に、第４図に示すように、上室１内の液体ヘリウム
層中に、銅、アルミニウムなどの高熱伝導材料で構成し
た熱伝導体２５’ｉ浸漬すると、熱伝導体２５の周囲に
自然対流が生じ、上室１の底部に至るまでの常流動ヘリ
ウム２のは度をほぼ４に近傍にすることができる。
層中に、銅、アルミニウムなどの高熱伝導材料で構成し
た熱伝導体２５’ｉ浸漬すると、熱伝導体２５の周囲に
自然対流が生じ、上室１の底部に至るまでの常流動ヘリ
ウム２のは度をほぼ４に近傍にすることができる。
本発明によれば、上室内の液体ヘリウムを全て４に近傍
の常流動ヘリウムにすることができるので、ＪＴ弁入口
前の熱交換器の高圧側入口に４に近傍の常流動ヘリウム
を安定に供給できるので、前記熱交換器が有効に働き、
安定にかつ高効率に超流動ヘリウムを生成できる効果が
ある。
の常流動ヘリウムにすることができるので、ＪＴ弁入口
前の熱交換器の高圧側入口に４に近傍の常流動ヘリウム
を安定に供給できるので、前記熱交換器が有効に働き、
安定にかつ高効率に超流動ヘリウムを生成できる効果が
ある。
第１図は、本発明の超流動ヘリウム生成装置の縦断面図
である。 第２． ３． ４図は、各々本発明の他の実施例の縦断
面図である。 １・・・上室、２・・・常流動ヘリウム、６・・・下室
、８・・・通路％１２・・・常流動ヘリウムと超流動ヘ
リウムの境界面、１４・・・熱交換器、１６・・・ＪＴ
弁、１７・・・熱交換器、２０・・・真空層。 第 ２ 図
である。 第２． ３． ４図は、各々本発明の他の実施例の縦断
面図である。 １・・・上室、２・・・常流動ヘリウム、６・・・下室
、８・・・通路％１２・・・常流動ヘリウムと超流動ヘ
リウムの境界面、１４・・・熱交換器、１６・・・ＪＴ
弁、１７・・・熱交換器、２０・・・真空層。 第 ２ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、飽和圧力よりも高い圧力が加わつた状態の超流動ヘ
リウムを生産するために、液体ヘリウムを収納する低温
槽と、ヘリウム圧力を所望の一定値に維持する装置と、
前記液体ヘリウムの温度をλ点以下に低下させるための
冷却機構とを有する超流動ヘリウムを生成する装置にお
いて、前記低温槽は常流動ヘリウムのみを収納される上
室と、前記上室の下に設けられた少なくとも１つの通路
を介して前記上室に連通する少なくとも１つの下室とを
有し、前記冷却機構が、前記下室内と熱交換することが
でき、前記通路中には、前記上室側に常流動ヘリウムが
、前記下室側に超流動ヘリウムが、前記下室中に超流動
ヘリウムが収容され、前記下室内の超流動ヘリウムの温
度は、前記通路中の超流動ヘリウムより低い温度となる
ように、前記通路にこの通路内を通る臨界熱流束が十分
な温度勾配を生ずる様な細い断面と長さを有し、かつ前
記通路の途中に常流動ヘリウムと超流動ヘリウムの境界
面を位置させるための手段を有することを特徴とする超
流動ヘリウム生成装置。 ２、前記手段として前記通路にヒータを設けたことを特
徴とする第１項記載の超流動ヘリウム生成装置。 ３、前記手段として、前記上室に液体ヘリウムを注入す
るトランスファー管の出口を、前記上室の底部近くに設
けることによつて、前記通路の途中に、常流動ヘリウム
と超流動ヘリウムの境界面があるようにすることを特徴
とする第１項記載の超流動ヘリウム生成装置。 ４、前記手段として、前記通路を前記上室中まで延長し
たことを特徴とする第１項記載の超流動ヘリウム生成装
置。 ５、前記上室内の液体ヘリウムの温度分布降下が、２Ｋ
以内となるようにする高熱伝導材料よりなる熱伝導体を
入れたことを特徴とする第１項記載の超流動ヘリウム生
成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60116405A JPS61276276A (ja) | 1985-05-31 | 1985-05-31 | 超流動ヘリウム生成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60116405A JPS61276276A (ja) | 1985-05-31 | 1985-05-31 | 超流動ヘリウム生成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61276276A true JPS61276276A (ja) | 1986-12-06 |
Family
ID=14686235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60116405A Pending JPS61276276A (ja) | 1985-05-31 | 1985-05-31 | 超流動ヘリウム生成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61276276A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010185641A (ja) * | 2009-02-13 | 2010-08-26 | Kobe Steel Ltd | 加圧超流動ヘリウムクライオスタット及びその制御方法 |
| JP2017537296A (ja) * | 2014-12-10 | 2017-12-14 | ブルーカー バイオスピン ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングＢｒｕｋｅｒ ＢｉｏＳｐｉｎ ＧｍｂＨ | 少なくとも下層部分において互いに液密に分割された第１のヘリウム槽と第２のヘリウム槽とを有するクライオスタット |
-
1985
- 1985-05-31 JP JP60116405A patent/JPS61276276A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010185641A (ja) * | 2009-02-13 | 2010-08-26 | Kobe Steel Ltd | 加圧超流動ヘリウムクライオスタット及びその制御方法 |
| JP2017537296A (ja) * | 2014-12-10 | 2017-12-14 | ブルーカー バイオスピン ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングＢｒｕｋｅｒ ＢｉｏＳｐｉｎ ＧｍｂＨ | 少なくとも下層部分において互いに液密に分割された第１のヘリウム槽と第２のヘリウム槽とを有するクライオスタット |
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