JP2010185641A

JP2010185641A - Pressurized superfluid helium cryostat and control method

Info

Publication number: JP2010185641A
Application number: JP2009031628A
Authority: JP
Inventors: Takashi Miki; 孝史三木; Shingo Kasai; 信吾笠井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: JP5284134B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pressurized superfluid helium cryostat which can prevent the lowering of pressure in a first tank, and a control method thereof. SOLUTION: The pressurized superfluid helium cryostat 1 includes a first tank 11 for storing liquid helium; a second tank 12 for storing pressurized superfluid helium, the second tank communicating with the first tank 11 through a communication path 13; a valve element 14 for opening and closing the communication path 13; superfluid helium cooling means 15-19 for cooling the second tank 12 by cold heat caused by throttle expansion by throttle-expanding the liquid helium in the first tank 11; and a heating means 21 provided in the first tank 11, the heating means capable of heating the liquid helium in the first tank 11. COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、加圧超流動ヘリウムを用いて超電導磁石装置等を冷却するための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に関する。 The present invention relates to a pressurized superfluid helium cryostat for cooling a superconducting magnet device or the like using pressurized superfluid helium and a control method thereof.

近年、ＮＭＲ装置等に用いられる超電導磁石装置では、発生する磁場を高くすることが求められている。
一般的に高磁場化するためには、超電導線に流す電流密度を増やすこと、つまり、一定磁場の下で、超電導マグネットを構成する超電導線の臨界電流値を大きくする必要がある。
しかし、これまでに商用化された超電導線は、おおよそＮｂＴｉおよびＮｂ_３Ｓｎの２種に留まっており、材料開発による手法では、これ以上の臨界電流値の増大を望めない状況にある。
そこで、超電導線をより低温に冷却して、臨界電流値を大きくする手法がとられるようになってきている。
そのための冷却方法の一つが加圧超流動ヘリウムを用いた冷却方法であり、特許文献１及び特許文献２などに開示されている。 In recent years, a superconducting magnet device used in an NMR device or the like has been required to increase the generated magnetic field.
In general, in order to increase the magnetic field, it is necessary to increase the current density passed through the superconducting wire, that is, to increase the critical current value of the superconducting wire constituting the superconducting magnet under a constant magnetic field.
However, the superconducting wires that have been commercialized so far are limited to two types of NbTi and Nb ₃ Sn, and it is in a situation where the critical current value cannot be further increased by the material development method.
In view of this, a method of increasing the critical current value by cooling the superconducting wire to a lower temperature has been adopted.
One cooling method for this purpose is a cooling method using pressurized superfluid helium, which is disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2.

特許文献１及び特許文献２に記載の冷却方法は、液体ヘリウムを貯留する液体ヘリウム槽（以下、「第１槽」という）と、前記第１槽内に連通路を介して連通し、加圧超流動ヘリウムを貯留する超流動ヘリウム槽（以下、「第２槽」という）と、前記連通路を開閉する弁と、前記第２槽内の液体ヘリウムを冷却するための主熱交換器と、前記第１槽内の液体ヘリウムを前記主熱交換器にジュールトムソン弁を介して絞り膨張させて流通させる冷却機構と、を備えるクライオスタットを用いて、前記第２槽内に冷却対象である超電導マグネットを浸漬するものである。 The cooling methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2 are connected to a liquid helium tank (hereinafter referred to as “first tank”) that stores liquid helium, and communicates with the first tank via a communication path. A superfluid helium tank for storing superfluid helium (hereinafter referred to as “second tank”), a valve for opening and closing the communication path, a main heat exchanger for cooling the liquid helium in the second tank, A superconducting magnet which is a cooling target in the second tank using a cryostat including a cooling mechanism that circulates and expands the liquid helium in the first tank through the Joule Thomson valve to the main heat exchanger Is to be immersed.

このような冷却方法のメリットを以下に示す。
液体ヘリウムは、大気圧下では２．１６３Ｋ（ラムダ点）以下で超流動転移を起こす。液体ヘリウムは、超流動転移を起こすと、ラムダ点よりも高い温度のときに比べて、１０００万倍の有効熱伝導率をもつようになる。このような超流動ヘリウムの熱伝導特性により、超電導マグネットを急速に冷却することが可能である。
加えて、大気圧下にある超流動ヘリウム（加圧超流動ヘリウム）は、約４．２Ｋまで沸騰しないため、沸騰に至るまでに温度余裕が生まれる。そのため、超電導マグネットの一部がなんらかの原因で過度に発熱したとしても、沸騰しにくく、冷却効率が落ちることはない。これにより、飽和超流動ヘリウム（気液共存曲線上にある液体ヘリウム）中に超電導マグネットを浸漬した場合に比べ、大きな冷却能力を発揮することができる。 The merit of such a cooling method is shown below.
Liquid helium causes a superfluid transition at 2.163 K (lambda point) or less under atmospheric pressure. When liquid helium undergoes a superfluid transition, it has an effective thermal conductivity 10 million times that at a temperature higher than the lambda point. Due to the heat conduction characteristics of superfluid helium, the superconducting magnet can be rapidly cooled.
In addition, superfluid helium (pressurized superfluid helium) under atmospheric pressure does not boil up to about 4.2 K, so that there is a temperature margin before boiling. Therefore, even if a part of the superconducting magnet generates excessive heat for some reason, it is difficult to boil and the cooling efficiency does not fall. Thereby, compared with the case where a superconducting magnet is immersed in saturated superfluid helium (liquid helium on a gas-liquid coexistence curve), a large cooling capacity can be exhibited.

特開２００８−１０９０３５号公報JP 2008-109035 A 特許第３４１７７９７号公報Japanese Patent No. 34179797

しかしながら、こうした構成の装置を実際に稼動させてみると、時折、前記第１槽内の圧力がクライオスタット外部の圧力に比べて陰圧になることが本願発明者により観測されていた。 However, when the apparatus having such a configuration is actually operated, it has been observed by the present inventor that the pressure in the first tank sometimes becomes a negative pressure compared to the pressure outside the cryostat.

第１槽内の圧力が外部の圧力に比べて陰圧になる原因は、本願発明者の検証により以下のように推測される。
図６に従来のクライオスタット１００および当該クライオスタット１００内の液体ヘリウムの高さ方向における温度分布を模式的に示す。
図６に示すように、第２槽１１２に設けられた主熱交換器１１５による冷却により第２槽１１２内の液体ヘリウムは一定温度（約１．６Ｋ）に保たれている。
一方、連通路１１３と弁体１１４との僅かな隙間を介して第１槽１１１から第２槽１１２への熱流が生じるため、第１槽１１１内において、下部から上部に向けて徐々に温度が上昇するような温度勾配が発生する。尚、上述のように、ラムダ点以下の温度では、液体ヘリウムの熱伝導率が非常に高いため、第１槽１１１内における底近傍の領域では、温度勾配はほとんど生じず、ラムダ点温度で一定となる。
また、図６に示すように、初期の状態（第１槽１１１内の冷却が進んでいない状態）では、第１槽１１１内における液面から所定の深さまでの液体ヘリウムは飽和状態にあり、温度は約４．２Ｋでほぼ一定である。そのため、液面近傍において高さ方向における温度勾配はほとんど存在していない。
しかしながら、この状態で放置すると、第２槽１１２からの冷却により、最終的には、図７に示すように、第１槽１１１内の液体ヘリウムの液面の直下にまで、温度勾配が到達することになる。
この場合、液面における蒸発速度が、図６に示す状態に比べて減少するため、結果として液面では気相のヘリウムガスが液化再凝縮する現象が発生し、第１槽１１１内の圧力がクライオスタット１００の外部の圧力に対し陰圧となってしまう。 The reason why the pressure in the first tank becomes a negative pressure compared to the external pressure is estimated as follows by the verification of the present inventors.
FIG. 6 schematically shows a conventional cryostat 100 and a temperature distribution in the height direction of liquid helium in the cryostat 100.
As shown in FIG. 6, the liquid helium in the second tank 112 is kept at a constant temperature (about 1.6 K) by cooling by the main heat exchanger 115 provided in the second tank 112.
On the other hand, since a heat flow from the first tank 111 to the second tank 112 occurs through a slight gap between the communication passage 113 and the valve body 114, the temperature gradually increases from the lower part to the upper part in the first tank 111. A rising temperature gradient is generated. As described above, since the thermal conductivity of liquid helium is very high at temperatures below the lambda point, there is almost no temperature gradient in the region near the bottom in the first tank 111, and the temperature is constant at the lambda point temperature. It becomes.
Further, as shown in FIG. 6, in the initial state (the state in which the cooling in the first tank 111 is not advanced), the liquid helium from the liquid level in the first tank 111 to a predetermined depth is in a saturated state, The temperature is approximately constant at about 4.2K. For this reason, there is almost no temperature gradient in the height direction in the vicinity of the liquid surface.
However, if left in this state, the temperature gradient reaches the level immediately below the liquid level of the liquid helium in the first tank 111 as a result of cooling from the second tank 112 as shown in FIG. It will be.
In this case, since the evaporation rate at the liquid level is reduced as compared with the state shown in FIG. 6, the gas phase helium gas is liquefied and re-condensed at the liquid level. A negative pressure is generated with respect to the pressure outside the cryostat 100.

第１槽１１１内が陰圧になると、主熱交換器１１５に第１槽１１１内の液体ヘリウムを流通させるための弁機構１１７の両端の圧力差が小さくなり、当該弁機構１１７の開度が同じ場合でも流通速度が小さくなってしまうという問題を生じてしまう。
更に、第１槽１１１内の圧力が低下することで、これに連通する第２槽１１２内の圧力が低下し、本来の冷却能力が発揮できなくなるという問題を生じてしまう。 When the inside of the first tank 111 becomes negative pressure, the pressure difference between both ends of the valve mechanism 117 for circulating the liquid helium in the first tank 111 to the main heat exchanger 115 becomes small, and the opening degree of the valve mechanism 117 is reduced. Even in the same case, there arises a problem that the distribution speed is reduced.
Furthermore, the pressure in the 1st tank 111 falls, the pressure in the 2nd tank 112 connected to this falls, and the problem that an original cooling capability cannot be exhibited will arise.

本発明は、上記実情に鑑みることにより、第１槽内の圧力低下を防ぐことが可能な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を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the pressurized superfluid helium cryostat which can prevent the pressure fall in a 1st tank, and its control method in view of the said situation.

本発明に係る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は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。すなわち、本発明の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は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。 The pressurized superfluid helium cryostat and its control method according to the present invention have the following features in order to achieve the above object. That is, the pressurized superfluid helium cryostat and the control method thereof according to the present invention include the following features alone or in combination as appropriate.

本発明に係る加圧超流動ヘリウムクライオスタットにおける第１の特徴は、液体ヘリウムを貯留する第１槽と、前記第１槽内に連通路を介して連通し、加圧超流動ヘリウムを貯留する第２槽と、前記連通路を開閉する弁と、前記第１槽内の液体ヘリウムを絞り膨張させてその絞り膨張により発生する冷熱により前記第２槽内を冷却する超流動ヘリウム冷却手段と、前記第１槽内に設けられ、当該第１槽内の液体ヘリウムを加熱可能な加熱手段と、を備えたことである。 A first feature of the pressurized superfluid helium cryostat according to the present invention is that a first tank storing liquid helium and a first tank storing the pressurized superfluid helium communicated with the first tank via a communication path. Two tanks, a valve that opens and closes the communication path, and a superfluid helium cooling means that squeezes and expands the liquid helium in the first tank and cools the second tank by the cold generated by the expansion of the throttle, A heating means provided in the first tank and capable of heating the liquid helium in the first tank.

本願発明者は、第１槽内に気体として存在するヘリウムが、冷却されて液化することにより、第１槽内の圧力が低下することを知見した。
そして、当該ヘリウムの液化量は、第１槽内に貯留された液体ヘリウムの高さ方向における温度勾配に関連付けられることを知見した。即ち、液体ヘリウムの液面近傍の当該温度勾配が、急激であるほど、液化が促進され、第１槽内の圧力が低下しやすいことを知見した。
上記第１の特徴を有する構成によると、加熱手段により第１槽内の液体ヘリウムを加熱することで、液面近傍の温度勾配を緩やかにすることができ、第１槽内の圧力の低下を防ぐことができる。 The inventor of the present application has found that the pressure in the first tank is lowered by cooling and liquefying the helium present as a gas in the first tank.
And he discovered that the amount of liquefied helium was related to the temperature gradient in the height direction of liquid helium stored in the first tank. That is, it has been found that the more rapid the temperature gradient in the vicinity of the liquid helium liquid surface, the more liquefaction is promoted and the pressure in the first tank tends to decrease.
According to the configuration having the first feature, the temperature gradient in the vicinity of the liquid surface can be moderated by heating the liquid helium in the first tank by the heating means, and the pressure in the first tank is reduced. Can be prevented.

また、本発明に係る加圧超流動ヘリウムクライオスタットにおける第２の特徴は、前記第１槽内に設けられ、当該第１槽内の高さ方向における温度分布を検知可能な温度分布検知手段を備えることである。 A second feature of the pressurized superfluid helium cryostat according to the present invention is provided with a temperature distribution detecting means provided in the first tank and capable of detecting a temperature distribution in the height direction in the first tank. That is.

この構成によると、温度分布検知手段で検知された温度分布に基づいて、液面近傍の温度勾配が急な場合は、加熱手段により第１槽内の液体ヘリウムを加熱することで、第１槽内の圧力の低下を防ぐことができる。 According to this configuration, when the temperature gradient in the vicinity of the liquid surface is steep based on the temperature distribution detected by the temperature distribution detecting means, the first tank is heated by heating the liquid helium in the first tank by the heating means. It is possible to prevent a decrease in pressure inside.

また、本発明に係る加圧超流動ヘリウムクライオスタットにおける第３の特徴は、前記温度分布検知手段で検知された温度分布に基づいて、前記第１槽内の液体ヘリウムの超流動転移温度点位置を高さ方向における所定の位置に保持するように、前記加熱手段を制御する制御手段を更に備えることである。 The third feature of the pressurized superfluid helium cryostat according to the present invention is that the superfluid transition temperature point position of liquid helium in the first tank is determined based on the temperature distribution detected by the temperature distribution detector. Control means for controlling the heating means so as to be held at a predetermined position in the height direction is further provided.

「超流動転移温度点位置」とは、超流動状態の液体ヘリウムと非超流動状態の液体ヘリウムとの境界の位置である。即ち、ラムダ点にある液体ヘリウムと、ラムダ点よりも高い温度の液体ヘリウムと、の境界の位置である。
上記第３の特徴を有する構成によると、制御手段により、超流動転移温度点位置よりも上部の温度勾配の変動を抑制することができる。これにより、第１槽内の気体のヘリウムが過度に液化することが防止される。結果として、第１槽内が陰圧になることを防ぐことができる。
また、上述のような制御手段により自動的に加熱手段が制御されるため、加熱手段を手動で操作する手間を省くことができる。 The “superfluid transition temperature point position” is the position of the boundary between the liquid helium in the superfluid state and the liquid helium in the non-superfluid state. That is, the position of the boundary between the liquid helium at the lambda point and the liquid helium at a temperature higher than the lambda point.
According to the configuration having the third feature, the control means can suppress fluctuations in the temperature gradient above the superfluid transition temperature point position. This prevents the gaseous helium in the first tank from being excessively liquefied. As a result, negative pressure in the first tank can be prevented.
In addition, since the heating means is automatically controlled by the control means as described above, the trouble of manually operating the heating means can be saved.

また、本発明に係る加圧超流動ヘリウムクライオスタットにおける第４の特徴は、前記第１槽内の液体ヘリウムの液面の高さを検知する液面検知手段を備え、前記温度分布検知手段は、高さ方向において異なる位置にそれぞれ固定された複数の温度計を有することである。 Further, a fourth feature of the pressurized superfluid helium cryostat according to the present invention is provided with a liquid level detection means for detecting the height of the liquid level of the liquid helium in the first tank, and the temperature distribution detection means comprises: And having a plurality of thermometers fixed at different positions in the height direction.

この構成によると、液面検知手段で液面の高さを検知することで、液面よりも下に配置された温度計を抽出し、液体ヘリウム内の高さ方向における温度分布を知ることができる。
これにより、第１槽内の液体ヘリウムの液面が低下し、一部の温度計が液体ヘリウムの外に出た場合でも、液体ヘリウム内に位置する他の温度計のみの検知結果に基づいて、当該液体ヘリウムの高さ方向における温度分布を検知することができる。この場合、液体ヘリウム内における液面近傍の温度勾配をより正確に知ることができ、当該温度勾配に基づいて加熱手段を制御できるので、第１槽内の圧力低下をより確実に抑制することができる。 According to this configuration, by detecting the height of the liquid level with the liquid level detection means, it is possible to extract the thermometer disposed below the liquid level and know the temperature distribution in the height direction in the liquid helium. it can.
Thereby, even if the liquid level of the liquid helium in the first tank is lowered and some thermometers go out of the liquid helium, based on the detection results of only the other thermometers located in the liquid helium. The temperature distribution in the height direction of the liquid helium can be detected. In this case, the temperature gradient in the vicinity of the liquid level in the liquid helium can be known more accurately, and the heating means can be controlled based on the temperature gradient, so that the pressure drop in the first tank can be more reliably suppressed. it can.

また、本発明に係る加圧超流動ヘリウムクライオスタットにおける第５の特徴は、前記液面検知手段により検知された液面の高さに基づいて、前記液面の高さよりも低い位置にある前記温度計を抽出し、抽出された前記温度計で検知された温度分布に基づいて、高さ方向の温度勾配が所定の温度勾配になるように、前記加熱手段を制御する制御手段を備えることである。 The fifth feature of the pressurized superfluid helium cryostat according to the present invention is that the temperature at a position lower than the liquid level is based on the liquid level detected by the liquid level detecting means. And a control means for controlling the heating means so that the temperature gradient in the height direction becomes a predetermined temperature gradient based on the extracted temperature distribution detected by the thermometer. .

この構成によると、制御手段により、第１槽内の液体ヘリウムの高さ方向の温度勾配が所定の温度勾配になるように、自動的に加熱手段が制御され、第１槽内の圧力の低下が防止される。これにより、加熱手段を手動で操作する手間を省くことができる。 According to this configuration, the heating means is automatically controlled by the control means so that the temperature gradient in the height direction of the liquid helium in the first tank becomes a predetermined temperature gradient, and the pressure in the first tank is reduced. Is prevented. Thereby, the effort which operates a heating means manually can be saved.

また、本発明に係る加圧超流動ヘリウムクライオスタットにおける第６の特徴は、前記温度分布検知手段は、前記第１槽内の前記液体ヘリウムの液面の高さに応じて上下に移動することである。 The sixth feature of the pressurized superfluid helium cryostat according to the present invention is that the temperature distribution detecting means moves up and down in accordance with the liquid level of the liquid helium in the first tank. is there.

この構成によると、第１槽内の液体ヘリウムの液面の高さが変動した場合でも、温度分布検知手段の液面に対する位置が変化しない。
これにより、液面の位置を判断することなく、簡単に、第１槽内の液体ヘリウムの高さ方向における温度分布を検知することができる。この場合、液体ヘリウム内における液面近傍の温度勾配をより正確に知ることができ、当該温度勾配に基づいて加熱手段を制御できるので、第１槽内の圧力低下をより確実に抑制することができる。 According to this configuration, the position of the temperature distribution detecting unit with respect to the liquid level does not change even when the liquid level of the liquid helium in the first tank varies.
Thereby, the temperature distribution in the height direction of the liquid helium in the first tank can be easily detected without determining the position of the liquid level. In this case, the temperature gradient in the vicinity of the liquid level in the liquid helium can be known more accurately, and the heating means can be controlled based on the temperature gradient, so that the pressure drop in the first tank can be more reliably suppressed. it can.

また、本発明に係る加圧超流動ヘリウムクライオスタットにおける第７の特徴は、前記第１槽内の圧力を検知する圧力検知手段を備えることである。 The seventh feature of the pressurized superfluid helium cryostat according to the present invention is that it comprises pressure detecting means for detecting the pressure in the first tank.

この構成によると、第１槽内の圧力が所定の圧力よりも低下した場合は、加熱手段により第１槽内の液体ヘリウムを加熱し、簡単に、第１槽内の圧力を所定の圧力まで上昇させることができる。 According to this configuration, when the pressure in the first tank is lower than the predetermined pressure, the liquid helium in the first tank is heated by the heating means, and the pressure in the first tank is simply reduced to the predetermined pressure. Can be raised.

また、本発明に係る加圧超流動ヘリウムクライオスタットにおける第８の特徴は、前記圧力検知手段により検知された圧力に基づいて、当該圧力が所定の圧力になるように、前記加熱手段を制御する制御手段を備えることである。 Further, an eighth feature of the pressurized superfluid helium cryostat according to the present invention is a control for controlling the heating means so that the pressure becomes a predetermined pressure based on the pressure detected by the pressure detecting means. Providing means.

この構成によると、第１槽内の圧力が所定の圧力よりも低下した場合は、制御手段により、自動的に加熱手段が制御され、第１槽内の圧力が所定の圧力まで上昇する。これにより、加熱手段を手動で操作する手間を省くことができる。 According to this configuration, when the pressure in the first tank drops below a predetermined pressure, the heating means is automatically controlled by the control means, and the pressure in the first tank rises to the predetermined pressure. Thereby, the effort which operates a heating means manually can be saved.

また、本発明に係る加圧超流動ヘリウムクライオスタットにおける第９の特徴は、前記加熱手段は、周囲の液体ヘリウムの温度がラムダ点以下の温度となる位置に設けられていることである。 The ninth feature of the pressurized superfluid helium cryostat according to the present invention is that the heating means is provided at a position where the temperature of the surrounding liquid helium becomes a temperature below the lambda point.

「ラムダ点」とは、液体ヘリウムが超流動転移を起こす温度である。
この構成によると、加熱手段による加熱により第１槽内の液体ヘリウムが沸騰することをより確実に防ぐことができる。
即ち、加熱手段がラムダ点よりも高い温度となる位置に設けられると、当該加熱手段の周囲の液体ヘリウムが非超流動状態であることにより、局所的な温度上昇が起こりやすく、周囲で沸騰が発生しやすくなる。
一方、加熱手段の周囲の液体ヘリウムがラムダ点以下の温度であれば、当該液体ヘリウムは加圧超流動状態にあるため局所的な温度上昇が起こりにくく、結果として沸騰が起こりにくい。 “Lambda point” is the temperature at which liquid helium undergoes a superfluid transition.
According to this structure, it can prevent more reliably that the liquid helium in a 1st tank boils by the heating by a heating means.
That is, when the heating means is provided at a position where the temperature is higher than the lambda point, the liquid helium around the heating means is in a non-superfluid state, so that a local temperature rise is likely to occur, and boiling occurs around the heating means. It tends to occur.
On the other hand, if the liquid helium around the heating means is at a temperature below the lambda point, the liquid helium is in a pressurized superfluid state, so that a local temperature rise hardly occurs, and as a result, boiling does not easily occur.

本発明に係る加圧超流動ヘリウムクライオスタットの制御方法における第１の特徴は、前記温度分布検知手段で検知された温度分布に基づいて、前記第１槽内の液体ヘリウムの超流動転移温度点位置を高さ方向における所定の位置に保持するように、前記加熱手段を制御することである。 The first feature of the method for controlling a pressurized superfluid helium cryostat according to the present invention is that the superfluid transition temperature point position of liquid helium in the first tank is based on the temperature distribution detected by the temperature distribution detector. Is to control the heating means so as to be held at a predetermined position in the height direction.

この構成によると、超流動転移温度点位置よりも上部の温度勾配の変動を抑制することができる。これにより、第１槽内の気体のヘリウムが過度に液化することが防止される。結果として、第１槽内が陰圧になることを防ぐことができる。 According to this configuration, fluctuations in the temperature gradient above the superfluid transition temperature point position can be suppressed. This prevents the gaseous helium in the first tank from being excessively liquefied. As a result, negative pressure in the first tank can be prevented.

また、本発明に係る加圧超流動ヘリウムクライオスタットの制御方法における第２の特徴は、前記液面検知手段により検知された液面の高さに基づいて、前記液面の高さよりも低い位置にある前記温度計を抽出し、抽出された前記温度計で検知された温度分布に基づいて、高さ方向の温度勾配が所定の温度勾配になるように、前記加熱手段を制御することである。 The second feature of the method for controlling a pressurized superfluid helium cryostat according to the present invention is that the liquid level is detected at a position lower than the liquid level based on the liquid level detected by the liquid level detecting means. Extracting a certain thermometer and controlling the heating means so that the temperature gradient in the height direction becomes a predetermined temperature gradient based on the temperature distribution detected by the extracted thermometer.

この構成によると、第１槽内の液体ヘリウムの温度勾配を、当該第１槽内のヘリウムの過剰な液化が生じない所定の温度勾配とすることで、液化過多による第１槽内の圧力の低下を防止することができる。 According to this configuration, by setting the temperature gradient of the liquid helium in the first tank to a predetermined temperature gradient that does not cause excessive liquefaction of helium in the first tank, the pressure in the first tank due to excessive liquefaction is reduced. A decrease can be prevented.

また、本発明に係る加圧超流動ヘリウムクライオスタットの制御方法における第３の特徴は、前記圧力検知手段により検知された圧力に基づいて、当該圧力が所定の圧力になるように、前記加熱手段を制御することである。 Further, a third feature of the method for controlling a pressurized superfluid helium cryostat according to the present invention is that the heating means is controlled so that the pressure becomes a predetermined pressure based on the pressure detected by the pressure detecting means. Is to control.

この構成によると、簡単に、第１槽内の圧力を所定の圧力まで上昇させることができる。 According to this configuration, the pressure in the first tank can be easily increased to a predetermined pressure.

本発明によれば、加熱手段により第１槽内の液体ヘリウムを加熱することで、第１槽内の圧力の低下を防ぐことができる。 According to the present invention, the liquid helium in the first tank is heated by the heating means, so that the pressure in the first tank can be prevented from decreasing.

本発明の第１実施形態に係る加圧超流動ヘリウムクライオスタットを示す概略図。1 is a schematic view showing a pressurized superfluid helium cryostat according to a first embodiment of the present invention. 図１に示すクライオスタット内部の圧力と電熱ヒータの出力との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the pressure inside a cryostat shown in FIG. 1, and the output of an electric heater. 本発明の第２実施形態に係る加圧超流動ヘリウムクライオスタットを示す概略図。Schematic which shows the pressurized superfluid helium cryostat which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係る加圧超流動ヘリウムクライオスタットを示す概略図。Schematic which shows the pressurized superfluid helium cryostat which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態に係る加圧超流動ヘリウムクライオスタットを示す概略図。Schematic which shows the pressurized superfluid helium cryostat which concerns on 4th Embodiment of this invention. 従来の加圧超流動ヘリウムクライオスタットを示す概略図。Schematic showing a conventional pressurized superfluid helium cryostat. 従来の加圧超流動ヘリウムクライオスタットを示す概略図。Schematic showing a conventional pressurized superfluid helium cryostat.

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１実施形態）
＜全体構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る加圧超流動ヘリウムクライオスタット（以下、クライオスタット１という）を示す概略図である。
クライオスタット１は、液体ヘリウムを貯留する第１槽１１と、加圧超流動ヘリウムを貯留する第２槽１２と、第１槽１１と第２槽１２とを連通する連通路１３と、連通路１３を開閉する弁体１４と、第２槽１２内に設けられた主熱交換器１５と、第１槽１１内の液体ヘリウムを主熱交換器１５に送るための供給導管１６と、供給導管１６に介設されたジュールトムソン弁１７と、主熱交換器１５に送られた液体ヘリウムが排出される排出導管１８と、排出導管１８に設けられたポンプ１９と、を備えている。
尚、上記主熱交換器１５と、供給導管１６と、ジュールトムソン弁１７と、排出導管１８と、ポンプ１９とにより、第２槽１２内を冷却する超流動ヘリウム冷却手段が構成される。
更に、第１槽１１内には、当該第１槽１１内の液体ヘリウムを加熱可能な電熱ヒータ２１（加熱手段）と、６つの温度計２２ａ〜２２ｆ（温度分布検知手段）とが設けられている。 (First embodiment)
<Overall configuration>
FIG. 1 is a schematic view showing a pressurized superfluid helium cryostat (hereinafter referred to as a cryostat 1) according to a first embodiment of the present invention.
The cryostat 1 includes a first tank 11 that stores liquid helium, a second tank 12 that stores pressurized superfluid helium, a communication path 13 that connects the first tank 11 and the second tank 12, and a communication path 13. , A main heat exchanger 15 provided in the second tank 12, a supply conduit 16 for sending liquid helium in the first tank 11 to the main heat exchanger 15, and a supply conduit 16 A Joule Thomson valve 17 interposed in the exhaust pipe 18, a discharge pipe 18 through which liquid helium sent to the main heat exchanger 15 is discharged, and a pump 19 provided in the discharge pipe 18.
The main heat exchanger 15, the supply conduit 16, the Joule Thomson valve 17, the discharge conduit 18, and the pump 19 constitute a superfluid helium cooling means for cooling the inside of the second tank 12.
Furthermore, in the 1st tank 11, the electric heater 21 (heating means) which can heat the liquid helium in the said 1st tank 11 and six thermometers 22a-22f (temperature distribution detection means) are provided. Yes.

＜各部の構成＞
第１槽１１には、約４．２Ｋ（沸点）以下の温度の液体ヘリウムが貯留されている。当該第１槽１１には、その上部に、外部と連通する排気管路１１ａが設けられている。 <Configuration of each part>
In the first tank 11, liquid helium having a temperature of about 4.2K (boiling point) or less is stored. The first tank 11 is provided with an exhaust pipe line 11a communicating with the outside at the upper part thereof.

排気管路１１ａには、第１槽１１内から外部への流体の流れを許容し、その逆の流れを遮断する逆止弁１１ｂが設けられている。これにより、第１槽１１内で蒸発したヘリウムを外部に排出することができ、第１槽１１内の圧力が大気圧に比べて過度に高くなることを防止できる。 The exhaust pipe 11a is provided with a check valve 11b that allows the flow of fluid from the inside of the first tank 11 to the outside and blocks the reverse flow. Thereby, the helium evaporated in the 1st tank 11 can be discharged | emitted outside, and it can prevent that the pressure in the 1st tank 11 becomes high too much compared with atmospheric pressure.

また、外部から第１槽１１内に連通する注液管路１１ｃが第１槽１１に接続されており、当該注液管路１１ｃを介して液体ヘリウムを第１槽１１内に供給することができる。
尚、当該注液管路１１ｃには、開閉弁１１ｄが設けられており、液体ヘリウムを第１槽１１内に供給するとき以外は、開閉弁１１ｄは閉状態とされる。 A liquid injection line 11c communicating with the inside of the first tank 11 from the outside is connected to the first tank 11, and liquid helium can be supplied into the first tank 11 via the liquid injection line 11c. it can.
The liquid injection pipe 11c is provided with an on-off valve 11d, and the on-off valve 11d is closed except when liquid helium is supplied into the first tank 11.

第２槽１２は、連通路１３を介して、第１槽１１の下方に設けられている。当該第２槽１２には、約１．６Ｋの温度まで冷却された液体ヘリウムが貯留され、この第２槽１２に、冷却対象となる超電導磁石３０が設けられている。 The second tank 12 is provided below the first tank 11 via the communication path 13. Liquid helium cooled to a temperature of about 1.6 K is stored in the second tank 12, and a superconducting magnet 30 to be cooled is provided in the second tank 12.

連通路１３は、下方に向かうにつれ開口面積が小さくなるテーパ状に形成されている。この連通路１３内には、これとほぼ同形状の弁体１４が設けられている。
第２槽１２内の液体ヘリウムの圧力が増加すると、弁体１４が第１槽１１側に押し上げられて、連通路１３が開く。これにより、第２槽１２内の圧力が過度に高くなることを防ぐことができる。 The communication path 13 is formed in a tapered shape whose opening area decreases as it goes downward. A valve body 14 having substantially the same shape as this is provided in the communication path 13.
When the pressure of liquid helium in the second tank 12 increases, the valve body 14 is pushed up toward the first tank 11 and the communication path 13 is opened. Thereby, it can prevent that the pressure in the 2nd tank 12 becomes high too much.

尚、通常状態では、弁体１４の外周面と連通路１３の内周面との微小隙間を通じて、第１槽１１内の液体ヘリウムが第２槽１２内に流入可能となっている。そのため、第１槽１１内とともに第２槽１２内が大気圧と略同等の圧力に保たれる。 In a normal state, liquid helium in the first tank 11 can flow into the second tank 12 through a minute gap between the outer peripheral surface of the valve body 14 and the inner peripheral surface of the communication path 13. Therefore, the inside of the 2nd tank 12 with the inside of the 1st tank 11 is maintained at the pressure substantially equivalent to atmospheric pressure.

電熱ヒータ２１は、第１槽１１内において、周囲の液体ヘリウムの温度が２．１６３Ｋ（ラムダ点）以下となる位置に設けられている。本実施形態においては、供給導管１６の入り口とほぼ同じ高さとなる位置に設けられている。 The electric heater 21 is provided in the first tank 11 at a position where the temperature of the surrounding liquid helium is 2.163 K (lambda point) or less. In this embodiment, it is provided at a position that is substantially the same height as the inlet of the supply conduit 16.

温度計２２ａ〜２２ｆとしては、例えば、薄膜抵抗センサーを用いることができる。６つの温度計２２ａ〜２２ｆは、第１槽１１内の高さ方向にほぼ一直線上に、等間隔で並んで設けられている。
尚、これらの温度計２２ａ〜２２ｆは、第１槽１１に対する相対位置が変化しないように、固定されている。
また、温度計２２ａ〜２２ｆは、少なくとも最下部に位置する温度計がラムダ点以下の液体ヘリウム内に位置するように設けられている。
そして、これら６つの温度計２２ａ〜２２ｆで測定された温度データから、第１槽１１内の高さ方向における温度分布を確認することができる。 For example, thin film resistance sensors can be used as the thermometers 22a to 22f. The six thermometers 22a to 22f are provided at equal intervals in a substantially straight line in the height direction in the first tank 11.
In addition, these thermometers 22a-22f are being fixed so that the relative position with respect to the 1st tank 11 may not change.
Further, the thermometers 22a to 22f are provided so that at least the thermometer located at the lowest position is located in the liquid helium below the lambda point.
And the temperature distribution in the height direction in the 1st tank 11 can be confirmed from the temperature data measured with these six thermometers 22a-22f.

＜クライオスタット１の作動＞
クライオスタット１は以下のように作動する。
第１槽１１及び第２槽１２内に液体ヘリウムが収容されている状態で、ポンプ１９が作動すると、主熱交換器１５側が減圧され、第１槽１１内の液体ヘリウムが、供給導管１６及びジュールトムソン弁１７を通って主熱交換器１５に流れ込み、当該主熱交換器１５から排出導管１８を通って排出される。
このとき、第１槽１１からの液体ヘリウムは、ジュールトムソン弁１７での絞り膨張によるジュール−トムソン効果によって低温化されて主熱交換器１５に流れ込む。第２槽１２内の液体ヘリウムは、主熱交換器１５で、ラムダ点（超流動転移温度）以下の温度（約１．６Ｋ）まで冷却され、超流動状態に転移する。すなわち、第２槽１２内に、飽和蒸気圧よりも高い圧力の加圧超流動ヘリウムが発生する。 <Operation of cryostat 1>
The cryostat 1 operates as follows.
When the pump 19 is operated in a state where liquid helium is contained in the first tank 11 and the second tank 12, the main heat exchanger 15 side is depressurized, and the liquid helium in the first tank 11 is supplied to the supply conduit 16 and It flows into the main heat exchanger 15 through the Joule Thomson valve 17 and is discharged from the main heat exchanger 15 through the discharge conduit 18.
At this time, the liquid helium from the first tank 11 is lowered in temperature by the Joule-Thomson effect due to the expansion of the throttle at the Joule-Thomson valve 17 and flows into the main heat exchanger 15. The liquid helium in the second tank 12 is cooled to a temperature (about 1.6 K) below the lambda point (superfluid transition temperature) by the main heat exchanger 15 and transitions to a superfluid state. That is, pressurized superfluid helium having a pressure higher than the saturated vapor pressure is generated in the second tank 12.

尚、第１槽１１内の液体ヘリウムが所定量減少した場合は、注液管路１１ｃを通じて第１槽１１内に液体ヘリウムが補充される。 When the liquid helium in the first tank 11 is reduced by a predetermined amount, the liquid helium is replenished into the first tank 11 through the liquid injection line 11c.

＜クライオスタット１の制御方法＞
上記のように作動するクライオスタット１は以下のように制御される。
まず、温度計２２ａ〜２２ｆで測定された温度分布に基づいて、超流動転移温度点位置αが判断される。
尚、超流動転移温度点位置αとは、第１槽１１における超流動状態の液体ヘリウムと非超流動状態の液体ヘリウムとの境界の位置である。即ち、第１槽１１においてラムダ点にある液体ヘリウムと、ラムダ点よりも高い温度の液体ヘリウムと、の境界の位置（図１において破線αで示す位置）である。 <Control method of cryostat 1>
The cryostat 1 that operates as described above is controlled as follows.
First, the superfluid transition temperature point position α is determined based on the temperature distribution measured by the thermometers 22a to 22f.
The superfluid transition temperature point position α is the position of the boundary between the superfluid liquid helium and the non-superfluid liquid helium in the first tank 11. That is, the position of the boundary between the liquid helium at the lambda point in the first tank 11 and the liquid helium at a temperature higher than the lambda point (position indicated by the broken line α in FIG. 1).

そして、当該超流動転移温度点位置αが、第１槽１１の高さ方向における所定の位置にあるか否かが判断される。
前記所定の位置は、例えば、第１槽１１の底に最も近い位置にある温度計２２ｆと、２番目に近い位置にある温度計２２ｅと、の間の位置とすることができる。
尚、この場合に限らず、前記所定の位置は、超流動転移温度点位置αが当該所定の位置にあるときに、液面近傍の液体ヘリウムの温度勾配が所定の温度勾配よりも緩やかになるように設定することができる。つまり、前記所定の位置は、第１槽１１における液体ヘリウムの液面にて、液化過多にならぬように設定される。 Then, it is determined whether or not the superfluid transition temperature point position α is at a predetermined position in the height direction of the first tank 11.
The predetermined position can be, for example, a position between a thermometer 22f located closest to the bottom of the first tank 11 and a thermometer 22e located closest to the second.
However, the present invention is not limited to this case, and the predetermined position is such that when the superfluid transition temperature point position α is at the predetermined position, the temperature gradient of liquid helium in the vicinity of the liquid surface becomes gentler than the predetermined temperature gradient. Can be set as follows. That is, the predetermined position is set so as not to be excessively liquefied at the liquid helium level in the first tank 11.

そして、高さ方向の温度分布から特定された超流動転移温度点位置αが、前記所定の位置よりも上方にある場合は、電熱ヒータ２１を作動させ、第１槽１１内の液体ヘリウムを加熱する。これにより、超流動転移温度点位置αは下方に移動する。
一方、当該超流動転移温度点位置αが前記所定の位置よりも下方にある場合は、電熱ヒータ２１の作動を停止する。 When the superfluid transition temperature point position α specified from the temperature distribution in the height direction is above the predetermined position, the electric heater 21 is operated to heat the liquid helium in the first tank 11. To do. As a result, the superfluid transition temperature point position α moves downward.
On the other hand, when the superfluid transition temperature point position α is below the predetermined position, the operation of the electric heater 21 is stopped.

上記のように電熱ヒータ２１を制御することにより、第１槽１１内における超流動転移温度点位置αを高さ方向における所定の位置に保持することができる。 By controlling the electric heater 21 as described above, the superfluid transition temperature point position α in the first tank 11 can be held at a predetermined position in the height direction.

尚、温度計２２ａ〜２２ｆで測定される高さ方向の温度分布から超流動転移温度点位置αを特定する場合に限らず、単に、温度計２２ｅで測定される温度がラムダ点以下の場合は、電熱ヒータ２１を作動させ、温度計２２ｅで測定される温度がラムダ点よりも高い場合は、電熱ヒータ２１の作動を停止するように、電熱ヒータ２１を制御してもよい。
これにより、超流動転移温度点位置αを温度計２２ｅの近傍に保持することができる。 The superfluid transition temperature point position α is not only specified from the temperature distribution in the height direction measured by the thermometers 22a to 22f, but simply when the temperature measured by the thermometer 22e is equal to or lower than the lambda point. When the electric heater 21 is operated and the temperature measured by the thermometer 22e is higher than the lambda point, the electric heater 21 may be controlled so as to stop the operation of the electric heater 21.
As a result, the superfluid transition temperature point position α can be held in the vicinity of the thermometer 22e.

また、電熱ヒータ２１をＯＮ／ＯＦＦする場合に限らず、電熱ヒータ２１による発熱量を連続的に調整しながら、超流動転移温度点位置αを調整してもよい。
例えば、超流動転移温度点位置αが、より高い位置にあるときほど電熱ヒータ２１の発熱量が大きくなるように、電熱ヒータ２１を調整してもよい。この場合、速やかに、超流動転移温度点位置αを所定の位置に戻すことができる。 The superfluid transition temperature point position α may be adjusted while continuously adjusting the amount of heat generated by the electric heater 21 without being limited to turning the electric heater 21 ON / OFF.
For example, the electric heater 21 may be adjusted so that the amount of heat generated by the electric heater 21 increases as the superfluid transition temperature point position α is higher. In this case, the superfluid transition temperature point position α can be quickly returned to the predetermined position.

また、電熱ヒータ２１及び６つの温度計２２ａ〜２２ｆが、図示しない制御手段に対して電気的に接続された構成としてもよい。当該制御手段は、例えば、コンピュータやＰＣＬ（プログラマブルコントローラ）等からなり、６つの温度計２２ａ〜２２ｆからの出力に基づいて、超流動転移温度点位置αが所定の位置になるように、電熱ヒータ２１の発熱量を制御するように構成される。
具体的には、制御手段は、上述した方法と同様に、超流動転移温度点位置αが、所定の位置よりも上方にある場合に、電熱ヒータ２１をＯＮとするように構成される。
この構成によれば、自動的に電熱ヒータ２１が制御されるため、電熱ヒータ２１を操作する手間を省くことができる。 The electric heater 21 and the six thermometers 22a to 22f may be electrically connected to a control unit (not shown). The said control means consists of a computer, PCL (programmable controller) etc., for example, and based on the output from six thermometers 22a-22f, it is an electric heater so that superfluid transition temperature point position (alpha) may become a predetermined position It is comprised so that the emitted-heat amount of 21 may be controlled.
Specifically, the control means is configured to turn on the electric heater 21 when the superfluid transition temperature point position α is above a predetermined position, as in the method described above.
According to this configuration, since the electric heater 21 is automatically controlled, the trouble of operating the electric heater 21 can be saved.

＜実験結果＞
図２は、クライオスタット１を連続的に作動させる実験を行ったときの、クライオスタット１内部の圧力と、電熱ヒータ２１の出力との関係を示す図である。
横軸は実験開始からの期間（週）を示しており、この実験においては、２週間毎に第１槽１１に液体ヘリウムを補充した。
また、実験開始から２４週間は、電熱ヒータ２１を使用せず、２４週間後から上述した制御方法に基づいて（即ち、超流動転移温度点位置αを所定の位置に保持するように）、電熱ヒータ２１を作動させた。尚、電熱ヒータ２１の発熱量は適宜調整した。
また、図１に示すように、第１槽１１の上部に第１圧力計２３を設置するとともに、第２槽１２内に第２圧力計２４を設置して各槽の圧力測定を行った。
図２で実線Ｐ１で示す圧力は、第１圧力計２３で検知された圧力であり、破線Ｐ２で示す圧力は、第２圧力計２４で検知された圧力である。
また、図２で実線Ｈで示す出力は、電熱ヒータ２１の出力である。 <Experimental result>
FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the pressure inside the cryostat 1 and the output of the electric heater 21 when an experiment for continuously operating the cryostat 1 is performed.
The horizontal axis indicates the period (week) from the start of the experiment. In this experiment, liquid helium was replenished to the first tank 11 every two weeks.
In addition, the electric heater 21 is not used for 24 weeks from the start of the experiment, and the electric heating is performed based on the above-described control method after 24 weeks (that is, the superfluid transition temperature point position α is maintained at a predetermined position). The heater 21 was activated. In addition, the emitted-heat amount of the electric heater 21 was adjusted suitably.
Moreover, as shown in FIG. 1, while installing the 1st pressure gauge 23 in the upper part of the 1st tank 11, the 2nd pressure gauge 24 was installed in the 2nd tank 12, and the pressure measurement of each tank was performed.
In FIG. 2, the pressure indicated by the solid line P 1 is the pressure detected by the first pressure gauge 23, and the pressure indicated by the broken line P 2 is the pressure detected by the second pressure gauge 24.
Further, the output indicated by the solid line H in FIG. 2 is the output of the electric heater 21.

図２に示すように、実験開始から２４週間は、第１槽１１及び第２槽１２内の圧力の低下が２週間毎に観測された。一方、電熱ヒータ２１の作動を開始した２６週目以降は、第１槽１１及び第２槽１２内の圧力の低下は少なくなっている。
尚、圧力の低下の様子が、実験開始から１４週目までと、１４週目から２４週目までとで異なるのは、第１槽１１内に外部から侵入する熱量が外部の状況等により変化したためと考えられる。 As shown in FIG. 2, a decrease in pressure in the first tank 11 and the second tank 12 was observed every two weeks for 24 weeks from the start of the experiment. On the other hand, after the 26th week when the operation of the electric heater 21 is started, the pressure drop in the first tank 11 and the second tank 12 decreases.
It should be noted that the pressure drop differs from the start of the experiment to the 14th week and from the 14th to the 24th week because the amount of heat entering the first tank 11 from the outside changes depending on the external situation, etc. It is thought that it was because.

＜第１実施形態の効果＞
以上説明したように、第１実施形態に係るクライオスタット１は、液体ヘリウムを貯留する第１槽１１と、第１槽１１内に連通路を介して連通し、加圧超流動ヘリウムを貯留する第２槽１２と、連通路１３を開閉する弁体１４と、第１槽１１内の液体ヘリウムを絞り膨張させてその絞り膨張により発生する冷熱により第２槽１２内を冷却する超流動ヘリウム冷却手段（上記主熱交換器１５、供給導管１６、ジュールトムソン弁１７、排出導管１８、及びポンプ１９）と、第１槽１１内に設けられ、当該第１槽１１内の液体ヘリウムを加熱可能な電熱ヒータ２１と、を備えている。 <Effects of First Embodiment>
As described above, the cryostat 1 according to the first embodiment communicates with the first tank 11 storing liquid helium through the communication path in the first tank 11 and stores pressurized superfluid helium. Two tanks 12, a valve body 14 that opens and closes the communication passage 13, and superfluid helium cooling means that squeezes and expands the liquid helium in the first tank 11 and cools the second tank 12 by cold heat generated by the expansion of the throttle. (The main heat exchanger 15, the supply conduit 16, the Joule-Thomson valve 17, the discharge conduit 18, and the pump 19) and the electric heat provided in the first tank 11 and capable of heating the liquid helium in the first tank 11. Heater 21.

この構成によると、電熱ヒータ２１により第１槽１１内の液体ヘリウムを加熱することで、超流動転移温度点位置αが過度に液面に近づくことを防止できる。そのため、液面近傍の温度勾配を緩やかにすることができる。結果として、第１槽１１内の圧力の低下を防ぐことができる。 According to this configuration, it is possible to prevent the superfluid transition temperature point position α from excessively approaching the liquid level by heating the liquid helium in the first tank 11 by the electric heater 21. Therefore, the temperature gradient in the vicinity of the liquid level can be made gentle. As a result, a decrease in pressure in the first tank 11 can be prevented.

また、クライオスタット１は、第１槽１１内に設けられ、当該第１槽１１内の高さ方向における温度分布を測定可能な温度計２２ａ〜２２ｆを備えている。
そして、温度計２２ａ〜２２ｆで測定された温度分布に基づいて、第１槽１１内における超流動転移温度点位置αを高さ方向における所定の位置に保持するように、電熱ヒータ２１の発熱量を調整することで、超流動転移温度点位置αよりも上部の温度勾配をほぼ一定に保つことができる。これにより、第１槽１１内の気体のヘリウムが過度に液化することが防止される。結果として、第１槽１１内の圧力の低下を防ぐことができる。 The cryostat 1 includes thermometers 22 a to 22 f that are provided in the first tank 11 and can measure a temperature distribution in the height direction in the first tank 11.
And based on the temperature distribution measured with thermometer 22a-22f, the emitted-heat amount of the electric heater 21 so that the superfluid transition temperature point position (alpha) in the 1st tank 11 may be hold | maintained in the predetermined position in a height direction. By adjusting the temperature gradient, the temperature gradient above the superfluid transition temperature point position α can be kept substantially constant. This prevents the gaseous helium in the first tank 11 from being excessively liquefied. As a result, a decrease in pressure in the first tank 11 can be prevented.

また、クライオスタット１において、電熱ヒータ２１は、超流動転移温度点位置αよりも下方に（即ち、周囲の液体ヘリウムの温度がラムダ点以下の温度となる位置に）、設けられている。 In the cryostat 1, the electric heater 21 is provided below the superfluid transition temperature point position α (that is, at a position where the temperature of the surrounding liquid helium is equal to or lower than the lambda point).

この構成によると、電熱ヒータ２１による加熱で第１槽１１内の液体ヘリウムが沸騰することを、より確実に防ぐことができる。
即ち、電熱ヒータ２１がラムダ点よりも高い温度となる位置に設けられると、当該電熱ヒータ２１の周囲の液体ヘリウムが非超流動状態であることにより、局所的な温度上昇が起こりやすく、周囲で沸騰が発生しやすくなる。
一方、電熱ヒータ２１の周囲の液体ヘリウムがラムダ点以下の温度であれば、当該液体ヘリウムは加圧超流動状態にあるため局所的な温度上昇が起こりにくく、結果として沸騰が起こりにくい。 According to this configuration, it is possible to more reliably prevent the liquid helium in the first tank 11 from boiling by heating with the electric heater 21.
That is, when the electric heater 21 is provided at a position where the temperature is higher than the lambda point, the liquid helium around the electric heater 21 is in a non-superfluid state, and thus a local temperature rise is likely to occur. Boiling is likely to occur.
On the other hand, if the liquid helium around the electric heater 21 is at a temperature below the lambda point, the liquid helium is in a pressurized superfluid state, so that a local temperature rise hardly occurs, and as a result, boiling does not easily occur.

（第２実施形態）
第２実施形態に係るクライオスタット１Ａについて説明する。
図３は、第２実施形態に係るクライオスタット１Ａを示す図である。
図３に示すように、クライオスタット１Ａは、第１槽１１内の液体ヘリウムの液面の高さを検知する液面検知センサ２５（液面検知手段）を備える点で、第１実施形態に係るクライオスタット１と異なっている。その他の構成は第１実施形態と同様であるため、同一部材には同一符号を付し説明を省略する。 (Second Embodiment)
A cryostat 1A according to the second embodiment will be described.
FIG. 3 is a diagram illustrating a cryostat 1A according to the second embodiment.
As shown in FIG. 3, the cryostat 1 A according to the first embodiment is provided with a liquid level detection sensor 25 (liquid level detection unit) that detects the height of the liquid level of liquid helium in the first tank 11. Different from cryostat 1. Since the other structure is the same as that of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the same member and description is abbreviate | omitted.

ここで、液面検知センサ２５としては、例えば、液体ヘリウムに浸された部分の電気抵抗が略０になる超電導線を利用したものを用いることができる。当該超電導線を利用した液面検知センサ２５は、一端側のみが液体ヘリウム内に浸るように設けられた超電導線を備え、当該超電導線の電気抵抗に基づいて液面の高さを導出する。 Here, as the liquid level detection sensor 25, for example, a sensor using a superconducting wire in which the electrical resistance of a portion immersed in liquid helium becomes substantially zero can be used. The liquid level detection sensor 25 using the superconducting wire includes a superconducting wire provided so that only one end side is immersed in liquid helium, and derives the height of the liquid level based on the electric resistance of the superconducting wire.

＜クライオスタット１Ａの制御方法＞
クライオスタット１Ａは、以下のように制御することができる。
液面検知センサ２５により検知された液面の高さに基づいて、温度計２２ａ〜２２ｆのうち、液面よりも下方に位置するものを抽出することができる。また、液面よりも下方に位置する温度計のうち、液面近傍にある温度計を抽出することもできる。
図３に示す状態においては、温度計２２ａ〜２２ｆは全て液面よりも下方に位置するため、温度計２２ａ〜２２ｆで検知される温度分布に基づいて、電熱ヒータ２１の作動の要否が決定される。 <Control method of cryostat 1A>
The cryostat 1A can be controlled as follows.
Based on the height of the liquid level detected by the liquid level detection sensor 25, the thermometers 22a to 22f that are located below the liquid level can be extracted. Moreover, the thermometer in the liquid level vicinity can also be extracted among the thermometers located below the liquid level.
In the state shown in FIG. 3, since all the thermometers 22a to 22f are located below the liquid level, the necessity of operation of the electric heater 21 is determined based on the temperature distribution detected by the thermometers 22a to 22f. Is done.

本実施形態においては、液面よりも下方に位置する温度計２２ａ〜２２ｆのうち液面に最も近い位置にある温度計２２ａにより検知された温度と、２番目に近い位置にある温度計２２ｂにより検知された温度との差（液面近傍の温度勾配）に基づいて、電熱ヒータ２１の作動の要否が決定される。
つまり、第１槽１１内の液体ヘリウムが排出導管１８から排出されることで、第１槽１１内の液体ヘリウムの量が減少して、液面が低下した場合には、当該低下した液面の下方にある温度計の中から、液面に最も近い位置にある温度計と２番目に近い位置にある温度計とが抽出され、当該２つの温度計で検知された温度に基づいて電熱ヒータの作動の要否が決定される。 In the present embodiment, among the thermometers 22a to 22f located below the liquid level, the temperature detected by the thermometer 22a located closest to the liquid level and the thermometer 22b located closest to the liquid level. Based on the difference from the detected temperature (temperature gradient in the vicinity of the liquid level), whether or not the electric heater 21 is required to be operated is determined.
That is, when the liquid helium in the first tank 11 is reduced by discharging the liquid helium in the first tank 11 from the discharge pipe 18 and the liquid level is lowered, the lowered liquid level. The thermometer located closest to the liquid level and the thermometer located closest to the liquid level are extracted from the thermometer located below the liquid level, and the electric heater is based on the temperatures detected by the two thermometers. Whether or not to operate is determined.

具体的には、当該液面近傍の温度勾配が、所定の温度勾配よりも大きい場合は、電熱ヒータ２１により液体ヘリウムが加熱される。一方、当該液面近傍の温度勾配が、所定の温度勾配よりも小さい場合は、電熱ヒータ２１の作動は停止される。
尚、前記所定の温度勾配は、当該所定の温度勾配および液体ヘリウムの熱伝導率から推定される熱流束が、ある設定値以下となるように設定される。つまり、前記所定の温度勾配は、第１槽１１における液体ヘリウムの液面近傍部が当該所定の温度勾配を有している場合でも、液化過多にならないように設定される。 Specifically, when the temperature gradient near the liquid surface is larger than a predetermined temperature gradient, the liquid helium is heated by the electric heater 21. On the other hand, when the temperature gradient in the vicinity of the liquid level is smaller than the predetermined temperature gradient, the operation of the electric heater 21 is stopped.
The predetermined temperature gradient is set so that the heat flux estimated from the predetermined temperature gradient and the thermal conductivity of liquid helium is not more than a certain set value. That is, the predetermined temperature gradient is set so as not to be excessively liquefied even when the vicinity of the liquid helium surface in the first tank 11 has the predetermined temperature gradient.

ここで、図３に示す状態においては、温度計２２ａ及び温度計２２ｂの検知温度は略等しく、当該液面近傍の温度勾配はほとんどないため、電熱ヒータ２１は作動させない。
一方、クライオスタット１Ａの作動時間が経過するにつれて、第１槽１１内が冷却され、当該液面近傍の温度勾配が、所定の温度勾配よりも大きくなった場合（例えば、図７に示すように液面近傍に温度勾配が生じた場合）は、電熱ヒータ２１による加熱を行う。 Here, in the state shown in FIG. 3, since the detected temperatures of the thermometer 22a and the thermometer 22b are substantially equal and there is almost no temperature gradient near the liquid surface, the electric heater 21 is not operated.
On the other hand, as the operation time of the cryostat 1A elapses, the inside of the first tank 11 is cooled, and the temperature gradient in the vicinity of the liquid surface becomes larger than a predetermined temperature gradient (for example, as shown in FIG. When a temperature gradient occurs in the vicinity of the surface), heating by the electric heater 21 is performed.

尚、液面検知センサ２５、温度計２２ａ〜２２ｆ及び電熱ヒータ２１をコンピュータ等の制御手段に対して通信可能に接続し、当該制御手段が、液面検知センサ２５の検知結果から液面近傍の温度計を抽出し、抽出した温度計の検知結果に基づいて、液面近傍の温度勾配が所定の温度勾配よりも大きくなったときに電熱ヒータ２１を作動し、液面近傍の温度勾配が所定の温度勾配よりも小さくなったときに電熱ヒータ２１の作動を停止するように構成してもよい。この場合、自動的に電熱ヒータ２１が制御されるので、電熱ヒータ２１を操作する手間を省くことができる。 The liquid level detection sensor 25, the thermometers 22a to 22f, and the electric heater 21 are communicably connected to a control means such as a computer. A thermometer is extracted, and the electric heater 21 is activated when the temperature gradient near the liquid level becomes larger than a predetermined temperature gradient based on the detection result of the extracted thermometer, and the temperature gradient near the liquid level is predetermined. You may comprise so that the action | operation of the electric heater 21 may be stopped when it becomes smaller than this temperature gradient. In this case, since the electric heater 21 is automatically controlled, the trouble of operating the electric heater 21 can be saved.

また、温度勾配を液面近傍の２つの温度計により検知された温度から求める場合に限らず、温度勾配を求めるために、液面近傍の３つ以上の温度計を利用してもよい。 Further, not only when the temperature gradient is obtained from the temperatures detected by the two thermometers near the liquid surface, but also three or more thermometers near the liquid surface may be used to obtain the temperature gradient.

また、液面近傍の温度計（例えば、液面に最も近い温度計２２ａ）で検知される温度が大気圧下での沸点（約４．２Ｋ）よりも低くなった場合に、電熱ヒータ２１を作動させる構成とすることもできる。この場合、簡易な構成で実現できる。 Further, when the temperature detected by the thermometer near the liquid level (for example, the thermometer 22a closest to the liquid level) becomes lower than the boiling point (about 4.2K) under atmospheric pressure, the electric heater 21 is turned on. It can also be set as the structure operated. In this case, it can be realized with a simple configuration.

＜第２実施形態の効果＞
以上説明したように、第２実施形態に係るクライオスタット１Ａは、第１槽１１内に設けられ、当該第１槽１１内の高さ方向における温度分布を測定可能な温度計２２ａ〜２２ｆを備えている。 <Effects of Second Embodiment>
As described above, the cryostat 1 A according to the second embodiment includes the thermometers 22 a to 22 f provided in the first tank 11 and capable of measuring the temperature distribution in the height direction in the first tank 11. Yes.

この構成によると、温度計２２ａ〜２２ｆで測定された温度分布に基づいて、液面近傍の温度勾配が急な場合は、電熱ヒータ２１により第１槽１１内の液体ヘリウムを加熱することで、第１槽１１内の圧力の低下を防ぐことができる。 According to this configuration, when the temperature gradient near the liquid surface is steep based on the temperature distribution measured by the thermometers 22a to 22f, by heating the liquid helium in the first tank 11 by the electric heater 21, A drop in pressure in the first tank 11 can be prevented.

また、クライオスタット１Ａは、第１槽１１内の液体ヘリウムの液面の高さを検知する液面検知センサ２５を備えている。また、温度計２２ａ〜２２ｆは、高さ方向において異なる位置にそれぞれ固定されている。 The cryostat 1 A includes a liquid level detection sensor 25 that detects the liquid level of liquid helium in the first tank 11. Further, the thermometers 22a to 22f are respectively fixed at different positions in the height direction.

この構成によると、液面検知センサ２５で液面の高さを検知することで、温度計２２ａ〜２２ｆの中から、液面よりも下に配置された温度計を抽出し、液体ヘリウム内における液面近傍の温度分布を知ることができる。
そして、長時間の運転により、第１槽１１内の液体ヘリウムの液面が低下し、一部の温度計が液体ヘリウムの外に出た場合でも、液体ヘリウム内に位置する他の温度計のみの検知結果に基づいて、当該液体ヘリウムの高さ方向における温度分布を検知することができる。これにより、液体ヘリウム内における液面近傍の温度分布をより正確に知ることができる。
そして、当該温度分布に基づいて電熱ヒータ２１の発熱量を調整し、第１槽１１内の液体ヘリウムの液面近傍の温度勾配を、穏やかにすることで、液化過多による第１槽１１内の圧力の低下を防止することができる。 According to this configuration, by detecting the height of the liquid level with the liquid level detection sensor 25, a thermometer arranged below the liquid level is extracted from the thermometers 22a to 22f, and the liquid level in the liquid helium is extracted. The temperature distribution near the liquid level can be known.
And even if the liquid level of the liquid helium in the 1st tank 11 falls by long-time driving | running and some thermometers go out of liquid helium, only the other thermometers located in liquid helium Based on this detection result, the temperature distribution in the height direction of the liquid helium can be detected. Thereby, the temperature distribution near the liquid surface in liquid helium can be known more accurately.
And the calorific value of the electric heater 21 is adjusted based on the temperature distribution, and the temperature gradient in the vicinity of the liquid level of the liquid helium in the first tank 11 is made gentle so that the first tank 11 in the first tank 11 is excessively liquefied. A decrease in pressure can be prevented.

（第３実施形態）
第３実施形態に係るクライオスタット１Ｂについて説明する。
図４は、第３実施形態に係るクライオスタット１Ｂを示す図である。
図４に示すように、クライオスタット１Ｂは、フロート式の温度分布検知手段を備える点で、第１実施形態に係るクライオスタット１と異なっている。その他の構成は第１実施形態と同様であるため、同一部材には同一符号を付し説明を省略する。 (Third embodiment)
A cryostat 1B according to the third embodiment will be described.
FIG. 4 is a diagram showing a cryostat 1B according to the third embodiment.
As shown in FIG. 4, the cryostat 1B is different from the cryostat 1 according to the first embodiment in that it includes a float type temperature distribution detecting means. Since the other structure is the same as that of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the same member and description is abbreviate | omitted.

クライオスタット１Ｂは、液面上に浮かぶ浮き部２６と、当該浮き部２６から吊り下げられて高さ方向に等間隔で並ぶ６つの温度計２７ａ〜２７ｆとを備えている。第３実施形態の温度分布検知手段は、当該浮き部２６と、温度計２７ａ〜２７ｆとを有して構成される。 The cryostat 1B includes a floating portion 26 that floats on the liquid surface, and six thermometers 27a to 27f that are suspended from the floating portion 26 and lined up at equal intervals in the height direction. The temperature distribution detecting means of the third embodiment includes the floating portion 26 and thermometers 27a to 27f.

クライオスタット１Ｂにおいては、第１槽１１の液体ヘリウムの液面が低下するのに伴って、浮き部２６及び温度計２７ａ〜２７ｆも第１槽１１の底に近づくように移動する。これにより、液面の高さが変動しても、温度計２７ａ〜２７ｆと液面との間隔は一定に保たれる。 In the cryostat 1 B, as the liquid level of liquid helium in the first tank 11 decreases, the floating portion 26 and the thermometers 27 a to 27 f also move so as to approach the bottom of the first tank 11. Thereby, even if the height of the liquid level fluctuates, the distance between the thermometers 27a to 27f and the liquid level is kept constant.

＜クライオスタット１Ｂの制御方法＞
クライオスタット１Ｂは、以下の（１）または（２）に示すように制御することができる。 <Control method of cryostat 1B>
The cryostat 1B can be controlled as shown in the following (1) or (2).

（１）
クライオスタット１Ｂにおいては、第１実施形態として記載した制御方法と同様に、例えば、温度計２７ｅと温度計２７ｆとの間の位置に、超流動転移温度点位置αが位置するように電熱ヒータ２１の発熱量を調整することができる。
このように電熱ヒータ２１の発熱量を調整すれば、液面の位置が上下に変動しても、当該液面から超流動転移温度点位置αまでの間隔が過度に変動することを防止できる。これにより、より確実に第１槽１１内の圧力低下を防ぐことができる。 (1)
In the cryostat 1B, similarly to the control method described as the first embodiment, for example, the electric heater 21 is arranged such that the superfluid transition temperature point position α is located between the thermometer 27e and the thermometer 27f. The calorific value can be adjusted.
By adjusting the amount of heat generated by the electric heater 21 in this way, even when the position of the liquid level fluctuates up and down, the interval from the liquid level to the superfluid transition temperature point position α can be prevented from fluctuating excessively. Thereby, the pressure fall in the 1st tank 11 can be prevented more reliably.

（２）
クライオスタット１Ｂにおいては、第２実施形態として記載した制御方法と同様に、例えば、液体ヘリウム内にある液面近傍の温度計２７ａと温度計２７ｂとが検知した温度の温度差（温度勾配）に基づいて、当該温度差が所定の温度差よりも大きい場合に、電熱ヒータ２１で液体ヘリウムを加熱するように制御することができる。尚、温度勾配を求めるために液面近傍の３つ以上の温度計を利用してもよい。 (2)
In the cryostat 1B, similarly to the control method described as the second embodiment, for example, based on the temperature difference (temperature gradient) between the temperatures detected by the thermometer 27a and the thermometer 27b near the liquid surface in the liquid helium. Thus, when the temperature difference is larger than the predetermined temperature difference, the electric heater 21 can be controlled to heat the liquid helium. In order to obtain the temperature gradient, three or more thermometers near the liquid surface may be used.

クライオスタット１Ｂにおいては、液面の変動に伴って温度計２７ａ〜２７ｆが上下に移動するため、液面の位置が上下に変動しても、液面に最も近い位置にある温度計及び２番目に近い位置にある温度計は、必ず、温度計２７ａ及び温度計２７ｂとなり、変化することはない。
これにより、液面検知センサ２５を設置しなくても、液面近傍の温度勾配を確実に検知することができる。 In the cryostat 1B, the thermometers 27a to 27f move up and down as the liquid level fluctuates. Therefore, even if the position of the liquid level fluctuates up and down, the thermometer that is closest to the liquid level and secondly The thermometers at the close positions are always the thermometer 27a and the thermometer 27b, and do not change.
Thereby, the temperature gradient in the vicinity of the liquid level can be reliably detected without installing the liquid level detection sensor 25.

尚、温度計２７ａ〜２７ｆ及び電熱ヒータ２１をコンピュータ等の制御手段に対して通信可能に接続し、当該制御手段が、温度計２７ａ〜２７ｆの検知結果に基づいて、電熱ヒータ２１を上述の制御方法と同様に制御する構成としてもよい。この場合、自動的に電熱ヒータ２１が制御されるので、電熱ヒータ２１を操作する手間を省くことができる。 The thermometers 27a to 27f and the electric heater 21 are communicably connected to a control means such as a computer, and the control means controls the electric heater 21 based on the detection results of the thermometers 27a to 27f. It is good also as a structure controlled similarly to the method. In this case, since the electric heater 21 is automatically controlled, the trouble of operating the electric heater 21 can be saved.

＜第３実施形態の効果＞
以上説明したように、第２実施形態に係るクライオスタット１Ｂにおいては、第１槽１１内に高さ方向に等間隔で並んで設けられた温度計２７ａ〜２７ｆは、第１槽１１内の液体ヘリウムの液面に浮かぶ浮き部２６から吊り下げられている。そのため、当該温度計２７ａ〜２７ｆは、第１槽１１内の液体ヘリウムの液面の高さに応じて上下に移動する。 <Effect of the third embodiment>
As described above, in the cryostat 1B according to the second embodiment, the thermometers 27a to 27f provided in the first tank 11 at equal intervals in the height direction are the liquid helium in the first tank 11. It is suspended from the floating portion 26 floating on the liquid surface. Therefore, the thermometers 27 a to 27 f move up and down according to the liquid level of the liquid helium in the first tank 11.

この構成によると、第１槽１１内の液体ヘリウムの液面の高さが変動した場合でも、温度計２７ａ〜２７ｆは液体ヘリウム内に位置するとともに、温度計２７ａ〜２７ｆの液面に対する位置が変化しない。
これにより、液面の位置を判断することなく、簡単に、液体ヘリウム内に位置する温度計のみの検知結果に基づいて、当該液体ヘリウムの高さ方向における温度分布を検知することができる。
この場合、液体ヘリウム内における液面近傍の温度分布をより正確に知ることができ、当該温度分布に基づいて電熱ヒータ２１の制御ができるので、第１槽１１内の圧力低下をより確実に抑制することができる。 According to this configuration, even when the liquid level of the liquid helium in the first tank 11 fluctuates, the thermometers 27a to 27f are located in the liquid helium, and the positions of the thermometers 27a to 27f with respect to the liquid level. It does not change.
Thereby, the temperature distribution in the height direction of the liquid helium can be easily detected based on the detection result of only the thermometer located in the liquid helium without determining the position of the liquid level.
In this case, the temperature distribution in the vicinity of the liquid level in the liquid helium can be known more accurately, and the electric heater 21 can be controlled based on the temperature distribution, so the pressure drop in the first tank 11 can be more reliably suppressed. can do.

（第４実施形態）
第４実施形態に係るクライオスタット１Ｃについて説明する。
図５は、第４実施形態に係るクライオスタット１Ｃを示す図である。
図５に示すように、クライオスタット１Ｃは、温度計２２ａ〜２２ｆを備えておらず、第１槽１１の上部（ヘリウムガスで満たされた部分）の圧力を検知する圧力計２８（圧力検知手段）を備えている点で、第１実施形態に係るクライオスタット１と異なっている。その他の構成は第１実施形態と同様であるため、同一部材には同一符号を付し説明を省略する。 (Fourth embodiment)
A cryostat 1C according to the fourth embodiment will be described.
FIG. 5 is a diagram showing a cryostat 1C according to the fourth embodiment.
As shown in FIG. 5, the cryostat 1 C does not include the thermometers 22 a to 22 f, and a pressure gauge 28 (pressure detection means) that detects the pressure in the upper portion (portion filled with helium gas) of the first tank 11. Is different from the cryostat 1 according to the first embodiment. Since the other structure is the same as that of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the same member and description is abbreviate | omitted.

＜クライオスタット１Ｃの制御方法＞
クライオスタット１Ｃは、以下のように制御することができる。
圧力計２８で検知された圧力が所定の圧力よりも小さい場合は、電熱ヒータ２１を作動させ、液体ヘリウムを加熱する。そして、第１槽１１内の圧力が所定の圧力以上になった後、電熱ヒータ２１の作動を停止する。
当該所定の圧力は、例えば、大気圧に相当する圧力とすることができる。これにより、第１槽１１内の圧力が大気圧よりも低くなっても、速やかに、第１槽１１内の圧力を上昇させることができるため、過度に第１槽１１内の圧力が低下することを防止できる。 <Control method of cryostat 1C>
The cryostat 1C can be controlled as follows.
When the pressure detected by the pressure gauge 28 is smaller than the predetermined pressure, the electric heater 21 is operated to heat the liquid helium. And after the pressure in the 1st tank 11 becomes more than predetermined pressure, operation of electric heater 21 is stopped.
The predetermined pressure can be, for example, a pressure corresponding to atmospheric pressure. Thereby, even if the pressure in the 1st tank 11 becomes lower than atmospheric pressure, since the pressure in the 1st tank 11 can be raised rapidly, the pressure in the 1st tank 11 falls excessively. Can be prevented.

尚、圧力計２８及び電熱ヒータ２１をコンピュータ等の制御手段に対して通信可能に接続し、当該制御手段が、圧力計２８の検知結果に基づいて、電熱ヒータ２１を上述の制御方法と同様に制御する構成としてもよい。この場合、自動的に電熱ヒータ２１が制御されるので、電熱ヒータ２１を操作する手間を省くことができる。 The pressure gauge 28 and the electric heater 21 are communicably connected to a control means such as a computer, and the control means connects the electric heater 21 in the same manner as the above-described control method based on the detection result of the pressure gauge 28. It is good also as a structure to control. In this case, since the electric heater 21 is automatically controlled, the trouble of operating the electric heater 21 can be saved.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made as long as they are described in the claims.

＜変形例＞
温度計または圧力計で計測された温度または圧力に基づいて電熱ヒータ２１の作動を制御する場合に限らず、温度計及び圧力計の双方の測定値に基づいて電熱ヒータ２１の作動を制御してもよい。即ち、第１実施形態に示す制御方法において、第１槽内の圧力が大気圧よりも小さくなったときにも、電熱ヒータ２１を作動する制御方法であってもよい。 <Modification>
Not only when the operation of the electric heater 21 is controlled based on the temperature or pressure measured by the thermometer or the pressure gauge, but the operation of the electric heater 21 is controlled based on the measured values of both the thermometer and the pressure gauge. Also good. In other words, the control method shown in the first embodiment may be a control method that operates the electric heater 21 even when the pressure in the first tank becomes lower than the atmospheric pressure.

本発明は、加圧超流動ヘリウムを用いて超電導磁石装置等を冷却するために利用される。 The present invention is used to cool a superconducting magnet device or the like using pressurized superfluid helium.

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃクライオスタット
１１第１槽
１２第２槽
１３連通路
１４弁体
１５主熱交換器（超流動ヘリウム冷却手段）
２１電熱ヒータ（加熱手段）
２２ａ〜２２ｆ温度計（温度分布検知手段）
２５液面検知センサ（液面検知手段）
２６浮き部
２７ａ〜２７ｆ温度計（温度分布検知手段）
２８圧力計（圧力検知手段） 1, 1A, 1B, 1C Cryostat 11 First tank 12 Second tank 13 Communication path 14 Valve element 15 Main heat exchanger (superfluid helium cooling means)
21 Electric heater (heating means)
22a-22f thermometer (temperature distribution detection means)
25 Liquid level detection sensor (Liquid level detection means)
26 Floating part 27a-27f Thermometer (temperature distribution detection means)
28 Pressure gauge (pressure detection means)

Claims

液体ヘリウムを貯留する第１槽と、
前記第１槽内に連通路を介して連通し、加圧超流動ヘリウムを貯留する第２槽と、
前記連通路を開閉する弁と、
前記第１槽内の液体ヘリウムを絞り膨張させてその絞り膨張により発生する冷熱により前記第２槽内を冷却する超流動ヘリウム冷却手段と、
前記第１槽内に設けられ、当該第１槽内の液体ヘリウムを加熱可能な加熱手段と、
を備えた加圧超流動ヘリウムクライオスタット。 A first tank for storing liquid helium;
A second tank that communicates with the first tank via a communication path and stores pressurized superfluid helium;
A valve for opening and closing the communication path;
Superfluid helium cooling means for squeezing and expanding the liquid helium in the first tank and cooling the second tank by cold heat generated by the expansion of the throttle;
Heating means provided in the first tank and capable of heating liquid helium in the first tank;
Pressurized superfluid helium cryostat.

前記第１槽内に設けられ、当該第１槽内の高さ方向における温度分布を検知可能な温度分布検知手段を備える
請求項１に記載の加圧超流動ヘリウムクライオスタット。 The pressurized superfluid helium cryostat according to claim 1, further comprising temperature distribution detection means provided in the first tank and capable of detecting a temperature distribution in a height direction in the first tank.

前記温度分布検知手段で検知された温度分布に基づいて、前記第１槽内の液体ヘリウムの超流動転移温度点位置を高さ方向における所定の位置に保持するように、前記加熱手段を制御する制御手段を更に備える
請求項２に記載の加圧超流動ヘリウムクライオスタット。 Based on the temperature distribution detected by the temperature distribution detection means, the heating means is controlled so as to hold the superfluid transition temperature point position of liquid helium in the first tank at a predetermined position in the height direction. The pressurized superfluid helium cryostat according to claim 2, further comprising a control means.

前記第１槽内の液体ヘリウムの液面の高さを検知する液面検知手段を備え、
前記温度分布検知手段は、高さ方向において異なる位置にそれぞれ固定された複数の温度計を有する
請求項２又は請求項３に記載の加圧超流動ヘリウムクライオスタット。 A liquid level detection means for detecting the height of the liquid level of liquid helium in the first tank;
The pressurized superfluid helium cryostat according to claim 2 or 3, wherein the temperature distribution detecting means includes a plurality of thermometers fixed at different positions in the height direction.

前記液面検知手段により検知された液面の高さに基づいて、前記液面の高さよりも低い位置にある前記温度計を抽出し、抽出された前記温度計で検知された温度分布に基づいて、高さ方向の温度勾配が所定の温度勾配になるように、前記加熱手段を制御する制御手段を備える請求項４に記載の加圧超流動ヘリウムクライオスタット。 Based on the liquid level detected by the liquid level detector, the thermometer located at a position lower than the liquid level is extracted, and based on the temperature distribution detected by the extracted thermometer. The pressurized superfluid helium cryostat according to claim 4, further comprising control means for controlling the heating means so that the temperature gradient in the height direction becomes a predetermined temperature gradient.

前記温度分布検知手段は、前記第１槽内の前記液体ヘリウムの液面の高さに応じて上下に移動する請求項２又は請求項３に記載の加圧超流動ヘリウムクライオスタット。 The pressurized superfluid helium cryostat according to claim 2 or 3, wherein the temperature distribution detecting means moves up and down in accordance with the height of the liquid level of the liquid helium in the first tank.

前記第１槽内の圧力を検知する圧力検知手段を備える
請求項１〜６のいずれか一項に記載の加圧超流動ヘリウムクライオスタット。 The pressurized superfluid helium cryostat according to any one of claims 1 to 6, further comprising pressure detection means for detecting the pressure in the first tank.

前記圧力検知手段により検知された圧力に基づいて、当該圧力が所定の圧力になるように、前記加熱手段を制御する制御手段を備える
請求項７に記載の加圧超流動ヘリウムクライオスタット。 The pressurized superfluid helium cryostat according to claim 7, comprising control means for controlling the heating means so that the pressure becomes a predetermined pressure based on the pressure detected by the pressure detection means.

前記加熱手段は、周囲の液体ヘリウムの温度がラムダ点以下の温度となる位置に設けられている
請求項１〜８のいずれか一項に記載の加圧超流動ヘリウムクライオスタット。 The pressurized superfluid helium cryostat according to any one of claims 1 to 8, wherein the heating means is provided at a position where the temperature of the surrounding liquid helium becomes a temperature below a lambda point.

前記温度分布検知手段で検知された温度分布に基づいて、前記第１槽内の液体ヘリウムの超流動転移温度点位置を高さ方向における所定の位置に保持するように、前記加熱手段を制御する請求項２に記載の加圧超流動ヘリウムクライオスタットの制御方法。 Based on the temperature distribution detected by the temperature distribution detection means, the heating means is controlled so as to hold the superfluid transition temperature point position of liquid helium in the first tank at a predetermined position in the height direction. The method for controlling a pressurized superfluid helium cryostat according to claim 2.

前記液面検知手段により検知された液面の高さに基づいて、前記液面の高さよりも低い位置にある前記温度計を抽出し、抽出された前記温度計で検知された温度分布に基づいて、高さ方向の温度勾配が所定の温度勾配になるように、前記加熱手段を制御する請求項４に記載の加圧超流動ヘリウムクライオスタットの制御方法。 Based on the liquid level detected by the liquid level detector, the thermometer located at a position lower than the liquid level is extracted, and based on the temperature distribution detected by the extracted thermometer. The method for controlling a pressurized superfluid helium cryostat according to claim 4, wherein the heating means is controlled so that the temperature gradient in the height direction becomes a predetermined temperature gradient.

前記圧力検知手段により検知された圧力に基づいて、当該圧力が所定の圧力になるように、前記加熱手段を制御する請求項７に記載の加圧超流動ヘリウムクライオスタットの制御方法。 8. The method of controlling a pressurized superfluid helium cryostat according to claim 7, wherein the heating unit is controlled based on the pressure detected by the pressure detection unit so that the pressure becomes a predetermined pressure.