JPS61286700A - 低温液体貯槽 - 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、液体ヘリウムなどの低温液体貯槽に係り、特
に貯液の低温蒸気を利用して貯液への侵入熱を減少させ
た低温液体貯槽に関する。

［従来の技術］ 一般に、低温液体、特に、液体ヘリウムのごとき超低温
液体を貯留する貯槽にあっては、侵入熱を極力少なくす
るために特別な構造になされている。

ここで第５図に基づいて従来の低温液体貯槽を説明する
。この貯槽は液体ヘリウムを貯蔵するためのものであり
、図中１は上方が開放されて有底円筒体状になされた高
さ約３ｎ　１内径約１．５Ｉｌ程の外槽であり、この外
！！！１の全体には液体窒素などの冷Ｎ１媒体を流通さ
せるための冷媒通路２が形成されており、外槽全体を冷
却するようになっている。外槽１の上部開口部３には蓋
体４がボルト等により強固に気密に取付けられており、
外槽１内を真空状態にして空気対流による熱の侵入を防
止でいる。そして、この外槽１内の下部に、上記蓋体４
より垂下させた複数本、例えば３本の棒状サポート５・
・・により懸垂支持されたほぼ球形の内槽６が収容され
ており、この内槽６内に実質的に低温液体としての液体
ヘリウムを貯留するようになっている。このように、内
槽６を外槽１内方に位置させることにより、上方の蓋体
４から内槽６まで伝達する輻射熱をできるだけ少なくし
ている。

上記内槽６にはこれに低温液体を供給する供給管７や、
貯液を液体で或いはガス体で使用系へ排出する排出管８
を初めとして、侵入熱により蒸発気化したガスを抜き出
すガス抜出管９、抜き出した蒸気を圧縮液化した後再度
内槽６内へ戻すための戻し管１０などの各種配管が多数
取付けられており、これらの各配管は上方の蓋体４を貫
通して大気中へ引出されている。

ところで、内槽６への侵入熱の種類としては、主に蓋体
４からの輻射熱と、上記サポート５や供給管７、排出管
８などの各種配管を伝導してくる伝導熱とがあるが、こ
れらの侵入熱を更に、減少させるために、上記内槽６の
上方にはサーマルアンカーとして熱シールド板１１が外
槽１１内を上下に仕切る如く介設されており、侵入熱を
少なくしている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、輻射熱による放出熱量はその物質の温度の４
乗に比例することがすでに知られている。

従って、上記内槽の上方に位置する熱シールド板１１の
温度を下げれば下げる程、内槽６への侵入熱を減少させ
ることができる。そのため、従来にあっては、上記熱シ
ールド板１１に冷却器１２を取付け、この冷却器１２に
上記蓋体４から冷媒配管１３．１４を介して冷媒として
液体窒素を循環供給し、熱シールド板１１を冷却するよ
うになっていた。

しかしながら、この種の従来装置にあっては、冷却器１
２と蓋体４との間に冷ｕｌ器１２へ流体窒素を循環供給
するための冷媒配管１３．１４を設けなければならない
ばかりか、この冷媒を循環させる駆動系も必要となり、
設備費を増大させていた。

また、蓋体４と熱シールド板１１との間に介設される配
管を増大させることはその分だけ伝導熱が増大すること
になり、伝導による侵入熱量の増加を招来していた。

更に、冷媒として高価な液体窒素が必要とされ、貯蔵費
用が高騰していた。

そこで、侵入熱量を少なくするために、蓋体４も液体窒
素で冷却することも考えられるが、これには多数の配管
類が貫通されたり、安全弁等を設けなければならず、こ
れに液体窒素の配管を引回して冷却するのは事実上不可
能である。

［発明の目的］ 本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に
解決すべく創案されたものである。

本発明の目的は、内槽内の蒸発ガスを利用して熱シール
ド板を冷却するようにし、もって構造を複雑化させるこ
となく侵入熱を減少させることができる低温液体貯槽を
提供するにある。

［発明の概要］ 上記目的を達成する本発明の構成は、熱シールド板に、
内槽内の低温液体から発生する低温蒸気により熱シール
ド板を冷却するシールド板冷却手段を設けて、この低温
蒸気により熱シールド板を冷却するようにしたことを要
旨とする。

［実施例］ 以下に、本発明の好適一実施例を添付図面に基づいて詳
述する。

第１図は本発明の好適一実施例を示す縦断面図、第２図
は第１図中ＩＩ−ＩＩ線矢視図である。

尚、従来例と同一部分については同一符号を付して説明
を省略する。

図示する如く６は、サポート５・・・により懸垂支持さ
れて実質的にＨｅのごとき低温液体を貯留するほぼ球形
の内槽であり、この上方に適宜間隔離間させて熱シール
ド板１１を水平方向に設けて真空状態の外槽１内を上下
に２分割している。尚、外槽１内の上下は、各種配管が
熱シールド板１１を貫通する貫通部の隙間等を介して連
通されている。

上記熱シールド板１１は、熱伝導性の良好な材料、例え
ば銅を所定の厚さに成型することにより構成されている
。そして、この熱シールド板１１の上面全体及び上記内
槽６の外周面全体には、ポリエステルフィルムにアルミ
等を蒸着させてなる薄膜、例えばスーパーインシュレー
ション（商品名）が張設されており、輻射熱の侵入を一
層防ぐようになっている。そして、この熱シールド板１
１に内槽内に発生する低温蒸気によりこれを冷却するた
めの本発明の特長とするシールド板冷却手段１５が取付
けられている。具体的には、このシールド板冷Ｗ手段１
５は、第２図にも示す如く熱伝導性の良好な材料、例え
ば銅より成る冷却管１６を環状に屈曲成型し、これを銀
ろう付等により熱シールド板１１の下面に取付けて構成
している。そして、この冷却管１６の導入口１６ａと、
上記内槽６の天頂部との間に蒸気通路１７を介設し、内
槽６内の低温液体から発生した低温蒸気を上記冷却管１
６内へ導入するようになっている。

そして、冷！ｉＩＵ管１６の排出口１６ｂとガス抜出管
９とを接続し、熱シールド板冷ｔ１１後の蒸気を槽外へ
抜出すようになっている。

尚、上記実施例にあっては、シールド板冷却手段１５を
構成する冷却管１６の形状を環状としたが、これを同心
円状に多数設けて相互に連通させるようにしたもよく、
または、第３図に示す如く冷却管１６を蛇行状に屈曲変
形させて取付けもよく、その形状は問わない。

次に、以上のように構成された本発明の作用について説
明する。

外槽１内全体は真空状態に維持されており、従って、内
槽６への侵入熱の種類は、サポート５・・・や、供給管
７、排出管８などの各種配管類を伝わってくる伝導熱と
、外側が大気に曝されている蓋体４からの輻射熱とが主
に存在する。尚、外槽１の側壁や底部は液体窒素シール
ドされているので、その温度は蓋体４に比較して非常に
低く、ここからの輻射熱は蓋体４からの輻射熱に比較し
て非常に少ない。侵入熱により、内槽６内の低温液体）
−１ｅから低温蒸気が発生し、この蒸気は蒸気通路１７
を介してシールド板冷却手段１５を構成する冷却管１６
内にその導入口１６ａより流入する。

この蒸気は冷却管１６内を流れつつ熱シールド板１１と
熱交換してこれを冷却し、その後、排出口１６ｂから排
出されてガス抜出管９を通過した後、外槽１外へ排出さ
れる。尚、この排出ガスは、液化された後、戻し管１０
を介して再度内１１６内に導入されることになる。

このように、熱シールド板１１を冷却するための冷媒と
して内ＷＩｅ内で発生した低温蒸気、すなわち１−１ｅ
ガスを用いるようにしたので、この日ｅガスは従来用い
られていた液体窒素（温度約−２００℃）に比較しては
るかに温度（約−２６０℃）が低いため、熱シールド板
１１を従来よりも低い温度まで冷ｎ１することができる
。従って、蓋体４から侵入する輻射熱を、この熱シール
ド板１１により従来よりも効率的に遮断することができ
る。また、この熱シールド板１１の温度が従来例より低
くなることから、サポート５・・・や、供給管７、排出
管８などの各種配管を伝わってくる伝導熱を熱シールド
板１１において大部分阻止でき、内槽６まで侵入する伝
導熱量を従来例に比較して減少させることができる。

このように、侵入輻射熱と侵入伝導熱とをともに減少さ
せることができるので、これらの相乗効果により内槽６
内への侵入熱量を従来例に比較して減少させることがで
き、保冷効果を可及的に高めることができる。

また、熱シールド板１１の冷却媒体としては、内槽６内
の低温液体から発生する低温蒸気を用いるので、液体窒
素などの高価な冷媒を別途必要とせず、貯蔵費用を削減
できる。

しかも、熱シールド板冷却侵の冷媒ガスを槽外へ排出す
るための配管として従来装置に用いられていたガス抜出
管９を用いればよく、別途に配管を布設する必要がない
ばかりか、従来必要とされていた流体窒素給排のための
冷媒配管１３．１４（第５図参照）も不要にでき、材料
費を削減できるのみならず配管数の減少にともなって侵
入伝導熱量の一層の減少を図ることができる。

ここで、第４図グラフに基づいて外槽内の温度分布を従
来例と本実施例とについて比較説明する。

グラフの横軸には外槽の高さ、縦軸には温度をそれぞれ
表わし、実線は本実施例を示し、破線は従来例を示す。

従来例、本実施例ともに外槽の上方になるにつれて、す
なわち蓋体に近づくにつれて温度上昇しているが、本実
施例は、従来例に比較して熱シールド板までの温度勾配
が非常に低くなっている。

その結果、熱シールド板の温度は、従来例は約７５°に
であるが本実施例は約３０°にとなり、熱シールド板の
温度を非常に低くすることができた。

尚、機能上、熱シールド板１１に接続させない配管以外
は全て熱シールド板１１に接続乃至接触状態で貫通させ
て内槽６への侵入伝導熱量を減少させるように構成する
。

また、上記実施例にあっては、液体ヘリウムを貯蔵する
場合について説明したが、この種の低温液体に限定され
ないのは勿論である。

［発明の効果］ 以上質するに、本発明によれば、次のような浸れた効果
を発揮できる。

（１）熱シールド板に、内槽内の貯液から発生する低温
蒸気により冷却するだめのシールド板冷却手段を設ける
ようにしたので、従来冷媒として液体窒素を用いた場合
に比較して熱シールド板をはるかに低温まで冷却するこ
とができる。

（２）　　従って、熱シールド板によって侵入輻射熱や
伝導熱を効果的に遮断することができ、内槽内への侵入
熱を従来例に比較して大幅に減少させることができ、保
冷効果を増大させることができる。

（３）　　熱シールド板の冷媒として別途高価な冷媒を
必要とせず、貯蔵費用を削減できる。

（Φ　冷媒を槽外へ抜出すための配管として従来用いら
れていたガス後出管を用いることができるので、冷媒給
排用の冷媒配管を不要にでき、設備費を削減できるのみ
ならず、配管数減少に伴なって侵入伝導熱量を一層減少
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適一実施例を示１ｊ縦断面図、第２
図は第１図中ｆｆ１−ＩＩ線矢視断面図、第３図はシー
ルド板冷却手段の変形例を示す断面図、第４図は従来例
と本発明に係る装置の外槽の高さ方向の温度を比較する
ためのグラフ、第５図は従来の低温液体貯槽を示す縦断
面図である。 尚、図中１は外槽、４は蓋体、６は内槽、１１は熱シー
ルド板、１５はシールド板冷却手段である。 特許出願人　　石川島播磨重工業株式会社代理人弁理士
　　絹　　谷　　信　　雄第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空下になされた有蓋外槽内に、実質的に低温液体を貯
   留する内槽を懸垂支持すると共に該内槽の上方に、上記
   外槽の蓋体からの侵入熱を遮断する熱シールド板を設け
   た低温液体貯槽において、上記熱シールド板に、上記内
   槽内の低温液体から発生する低温蒸気により上記熱シー
   ルド板を冷却するシールド板冷却手段を設けたことを特
   徴とする低温液体貯槽。