JPH04302404A - Injecting device for extremely low temperature liquid - Google Patents
Injecting device for extremely low temperature liquidInfo
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Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明は、一方の断熱容器内に収
容されている極低温液体、たとえば液体ヘリウムを他方
の断熱容器内へ注入するときに用いられる極低温液体注
入装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cryogenic liquid injection device used to inject a cryogenic liquid, such as liquid helium, contained in one heat-insulating container into another heat-insulating container.
【０００２】0002
【従来の技術】超電導磁石装置の主要部は、通常、断熱
容器（クライオスタット）内に超電導コイルと冷却用の
液体ヘリウムとを収容したものとなっている。断熱容器
は、良好な断熱機能が得られるように工夫されているが
、外部からの熱侵入を完全に防止できるものではない。
また、断熱容器内には超電導コイルと外部電源とを接続
するパワーリードを介して外部から熱が侵入したり、パ
ワーリードで発生したジュール熱が侵入する。このため
、断熱容器内に収容されている液体ヘリウムは、徐々に
蒸発し、ついには全部がガス化する。したがって、超電
導コイルの超電導状態を維持するには、ガス化によって
減少した液分を補充する必要がある。2. Description of the Related Art The main parts of a superconducting magnet device usually consist of a superconducting coil and liquid helium for cooling housed in a heat insulating container (cryostat). Insulated containers are devised to provide good heat insulation, but cannot completely prevent heat from entering from the outside. Further, heat enters into the heat insulating container from the outside via a power lead connecting the superconducting coil and an external power source, and Joule heat generated by the power lead enters. For this reason, the liquid helium contained in the heat-insulating container gradually evaporates, and eventually all of it is gasified. Therefore, in order to maintain the superconducting state of the superconducting coil, it is necessary to replenish the liquid content reduced by gasification.
【０００３】この補充には、断熱容器内に漂っているヘ
リウムガスを熱交換器で再液化する方式と、外部から断
熱容器内に液体ヘリウムを新たに注入する方式とがある
。前者はヘリウム冷凍機を必要とするので、恒久的な設
備などにおいて採用されている。一方、後者は実験設備
などにおいて広く採用されている。[0003] This replenishment can be accomplished by using a heat exchanger to reliquefy the helium gas floating in the heat-insulating container, or by injecting new liquid helium into the heat-insulating container from the outside. The former requires a helium refrigerator and is therefore used in permanent installations. On the other hand, the latter is widely used in experimental equipment.
【０００４】ところで、断熱容器内に液体ヘリウムを新
たに注入する方式では、通常、次のようにしている。す
なわち、超電導コイルを収容した断熱容器の近くに液体
ヘリウムを収容した断熱構造のデュアーを配置するとと
もにデュアー内と断熱容器内とを断熱構造のトランスフ
ァーチューブで接続しておく。そして、注入時にデュア
ー内と断熱容器内とに圧力差を設定し、この圧力差を利
用してデュアー内の液体ヘリウムをトランスファーチュ
ーブを介して断熱容器内に注入するようにしている。By the way, the method of newly injecting liquid helium into a heat insulating container is normally carried out as follows. That is, a dewar with a heat-insulating structure containing liquid helium is placed near a heat-insulating container containing a superconducting coil, and the inside of the dewar and the inside of the heat-insulating container are connected with a transfer tube having a heat-insulating structure. Then, at the time of injection, a pressure difference is set between the inside of the dewar and the inside of the heat-insulating container, and this pressure difference is used to inject the liquid helium inside the dewar into the heat-insulating container via the transfer tube.
【０００５】しかし、この方式では次のような問題が生
じる。すなわち、注入を停止してある期間経過すると、
トランスファーチューブ内は、外部からの熱侵入の影響
で室温に近い温度（たとえば、零度）のヘリウムガスで
占められる。この状態で再注入すると、トランスファー
チューブ内に存在している暖かいヘリウムガスも断熱容
器内に流れ込む。液体ヘリウム（−２６９度）の蒸発潜
熱は、１グラム当り、５カロリーと小さい。このため、
注入時に暖かいヘリウムガスが断熱容器内に流れ込むと
、断熱容器内に残っている液体ヘリウムおよび注入され
た液体ヘリウムの一部が蒸発する。この蒸発量は、トラ
ンスファーチューブの出口が断熱容器内の液面より下に
位置している程多い。この結果、断熱容器内の液位は、
一旦、大幅に低下し、その後に徐々に上昇する。このよ
うに、液体ヘリウムの無駄な消費が起こるばかりか、超
電導コイルを励磁したままの状態で注入すると、液位低
下に伴う冷却不良でクエンチが起こり、超電導コイルを
焼損させてしまう虞が多分にある。However, this method causes the following problems. That is, after a certain period of time has elapsed after stopping the infusion,
The inside of the transfer tube is filled with helium gas at a temperature close to room temperature (for example, zero degrees) due to heat intrusion from the outside. When reinjected in this state, the warm helium gas present in the transfer tube also flows into the insulated container. The latent heat of vaporization of liquid helium (-269 degrees) is as small as 5 calories per gram. For this reason,
When warm helium gas flows into the insulated container during injection, the liquid helium remaining in the insulated container and a portion of the injected liquid helium evaporates. The amount of evaporation increases as the outlet of the transfer tube is located below the liquid level in the heat insulating container. As a result, the liquid level in the insulated container is
Once it drops significantly, it then gradually rises. In this way, not only is there a waste of liquid helium, but if the superconducting coil is injected while it is still energized, quenching will occur due to insufficient cooling as the liquid level drops, and there is a high risk that the superconducting coil will burn out. be.
【０００６】そこで最近、上述した不具合を緩和できる
、いわゆる極低温液体注入装置が提案されている。この
極低温液体注入装置は、図２に示すように構成されてい
る。同図において、１は断熱容器を示し、この断熱容器
１内には超電導コイル２と、この超電導コイル２を冷却
する液体ヘリウム３とが収容されている。すなわち、こ
れらは超電導磁石装置の主要部を構成している。断熱容
器１内には液位を検出する液位センサ４が配置されてお
り、また断熱容器１の上壁には断熱容器１内の上部空間
を大気雰囲気に通じさせる配管５が設けられている。
配管５にはヘリウムガス回収用のガスバックが接続され
ている。そして、極低温液体注入装置１０によって断熱
容器１内へ液体ヘリウムが適宜注入される。[0006]Recently, a so-called cryogenic liquid injection device has been proposed which can alleviate the above-mentioned problems. This cryogenic liquid injection device is configured as shown in FIG. In the figure, reference numeral 1 denotes a heat insulating container, and the heat insulating container 1 houses a superconducting coil 2 and liquid helium 3 for cooling the superconducting coil 2. That is, these constitute the main part of the superconducting magnet device. A liquid level sensor 4 for detecting the liquid level is disposed inside the heat insulating container 1, and a pipe 5 is provided on the upper wall of the heat insulating container 1 to communicate the upper space inside the heat insulating container 1 to the atmosphere. . A gas bag for recovering helium gas is connected to the pipe 5. Then, liquid helium is appropriately injected into the heat insulating container 1 by the cryogenic liquid injection device 10.
【０００７】極低温液体注入装置１０は、内部に液体ヘ
リウム１１を収容したデュアー１２を備えている。デュ
アー１２内と断熱容器１内とは断熱構造のトランスファ
ーチューブ１３によって通じている。すなわち、トラン
スファーチューブ１３の入口Ａは、デュアー１２内の液
体ヘリウム中に位置し、出口Ｂは断熱容器１内に位置し
ている。トランスファーチューブ１３内の途中には電磁
駆動形のバルブ１４が挿設されており、またトランスフ
ァーチューブ１３内でバルブ１４の設けられている位置
より上流位置には放出チューブ１５が通じている。放出
チューブ１５の途中には電磁駆動形のバルブ１６が挿設
されており、さらに放出チューブ１５内の温度を検出す
る温度センサ１７が設けられている。一方、デュアー１
２内の上部空間は、配管１８、電磁駆動形のバルブ１９
を介して高圧ヘリウムボンベ２０に通じている。そして
、バルブ１４、１６、１９は、制御装置２１によって次
のように制御される。The cryogenic liquid injection device 10 includes a dewar 12 containing liquid helium 11 therein. The inside of the dewar 12 and the inside of the heat insulating container 1 are communicated through a transfer tube 13 having a heat insulating structure. That is, the inlet A of the transfer tube 13 is located in the liquid helium in the dewar 12, and the outlet B is located in the heat insulating container 1. An electromagnetically driven valve 14 is inserted in the middle of the transfer tube 13, and a discharge tube 15 communicates with a position upstream of the valve 14 in the transfer tube 13. An electromagnetically driven valve 16 is inserted in the middle of the discharge tube 15, and a temperature sensor 17 for detecting the temperature inside the discharge tube 15 is further provided. On the other hand, Duar 1
The upper space inside 2 contains piping 18 and an electromagnetically driven valve 19.
It communicates with a high-pressure helium cylinder 20 via. The valves 14, 16, and 19 are controlled by the control device 21 as follows.
【０００８】断熱容器１内に収容されている液体ヘリウ
ム３の液位は、液位センサ４によって検出される。この
液位が定められたレベルまで低下すると、制御装置２１
が動作を開始し、まずバルブ１６を開に制御する。バル
ブ１６の解放によってトランスファーチューブ１３内の
暖かいヘリウムガスが放出チューブ１５を介して大気中
へ放出される。この放出によってトランスファーチュー
ブ１３内でバルブ１４より上流領域および放出チューブ
１５内の温度が低下する。温度センサ１７で検出された
温度が、たとえば液体ヘリウム温度に近い温度になると
、制御装置２１はバルブ１６を閉に制御するとともに、
バルブ１４、１９を開に制御する。この制御によってデ
ュアー１２内の圧力Ｐ１ が断熱容器１内の圧力Ｐ２
より高くなり、この圧力差でデュアー１２内の液体ヘリ
ウム１１の一部がトランスファーチューブ１３を介して
断熱容器１内に注入される。そして、断熱容器１内の液
位が所定レベルに達すると、制御装置２１はバルブ１４
、１９を閉に制御し、注入作業を終了する。[0008] The liquid level of liquid helium 3 contained in the heat insulating container 1 is detected by a liquid level sensor 4. When this liquid level drops to a predetermined level, the control device 21
starts its operation and first controls the valve 16 to open. Opening of valve 16 releases warm helium gas within transfer tube 13 to the atmosphere via discharge tube 15. This discharge reduces the temperature within the transfer tube 13 upstream of the valve 14 and within the discharge tube 15 . When the temperature detected by the temperature sensor 17 becomes, for example, close to the liquid helium temperature, the control device 21 controls the valve 16 to close, and
Control valves 14 and 19 to open. Through this control, the pressure P1 inside the dewar 12 changes to the pressure P2 inside the heat insulating container 1.
This pressure difference causes part of the liquid helium 11 in the dewar 12 to be injected into the heat insulating container 1 via the transfer tube 13. Then, when the liquid level in the heat insulating container 1 reaches a predetermined level, the control device 21 controls the valve 14
, 19 are closed, and the injection operation is completed.
【０００９】このように構成された極低温液体注入装置
１０では、注入に先立ってトランスファーチューブ１３
内の暖かいヘリウムガスを大気中へ放出するとともにト
ランスファーチューブ１３を予冷しているので、注入時
に起こり易い液体ヘリウムの消費量増加および断熱容器
１内の大きな液位低下を抑制することができる。In the cryogenic liquid injection device 10 configured as described above, the transfer tube 13 is
Since the warm helium gas inside is released into the atmosphere and the transfer tube 13 is precooled, it is possible to suppress an increase in the consumption of liquid helium and a large drop in the liquid level in the heat insulating container 1, which tend to occur during injection.
【００１０】しかしながら、上記のように構成された極
低温液体注入装置１０にあっても次のような問題があっ
た。すなわち、従来装置では注入に先立ってトランスフ
ァーチューブ１３内を大気に解放し、自然排気でトラン
スファーチューブ１３内のガスを排気している。このた
め、トランスファーチューブ１３の内壁温度を所要の温
度まで低下させるのに長時間を必要とする問題があった
。また、従来装置ではトランスファーチューブ１３内の
一部、具体的にはバルブ１４より下流領域については排
気および予冷を行うことができないので、注入時に依然
として液体ヘリウムの多量消費を招き、しかも大きな液
位低下も招く問題があった。However, even with the cryogenic liquid injection device 10 configured as described above, there are the following problems. That is, in the conventional apparatus, the inside of the transfer tube 13 is opened to the atmosphere prior to injection, and the gas inside the transfer tube 13 is exhausted by natural exhaust. Therefore, there is a problem in that it takes a long time to lower the inner wall temperature of the transfer tube 13 to a required temperature. In addition, in the conventional device, it is not possible to exhaust and pre-cool a part of the transfer tube 13, specifically, the region downstream from the valve 14, so a large amount of liquid helium is still consumed during injection, and a large drop in the liquid level occurs. There was also the problem of
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の極
低温液体注入装置にあっては、注入に長時間を要するば
かりか、注入時において、依然として極低温液体の多量
消費を招き、また大きな液位低下を招くと言う問題があ
った。[Problems to be Solved by the Invention] As mentioned above, in the conventional cryogenic liquid injection device, not only does injection take a long time, but also a large amount of cryogenic liquid is consumed during injection, and a large amount of liquid is consumed. There was a problem in that it caused a drop in the liquid level.
【００１２】そこで本発明は、上述した不具合を解消で
き、たとえば超電導コイルを励磁しているときであって
も安全に注入を実行できる極低温液体注入装置を提供す
ることを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a cryogenic liquid injection device that can eliminate the above-mentioned problems and can safely perform injection even when a superconducting coil is energized, for example.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、一方の断熱容器内に収容されている極低
温液体を他方の断熱容器内へ注入する極低温液体注入装
置において、一端が前記一方の断熱容器内の前記極低温
液体中に位置し、他端が前記他方の断熱容器内に位置す
るように配置される断熱構造のトランスファーチューブ
と、このトランスファーチューブ内の途中位置に通じた
分岐チューブと、この分岐チューブに接続された排気ポ
ンプと、前記分岐チューブの途中に挿設されたバルブと
、前記分岐チューブの内面温度を検出する温度センサと
、注入に先立って前記温度センサの検出値が定められた
値に至るまで前記トランスファーチューブ内を前記排気
ポンプで排気すべく上記バルブおよび前記排気ポンプを
制御する制御装置とを備えている。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a cryogenic liquid injection device for injecting a cryogenic liquid contained in one heat insulating container into the other heat insulating container. a transfer tube having a heat insulating structure arranged such that one end is located in the cryogenic liquid in the one heat insulating container and the other end is located in the other heat insulating container; a branch tube connected to the branch tube, an exhaust pump connected to the branch tube, a valve inserted in the middle of the branch tube, a temperature sensor that detects the inner surface temperature of the branch tube, and a temperature sensor that detects the inner surface temperature of the branch tube prior to injection. The transfer tube is provided with a control device that controls the valve and the exhaust pump so that the transfer tube is evacuated by the exhaust pump until the detected value reaches a predetermined value.
【００１４】[0014]
【作用】注入時点が到来すると、制御装置は、排気ポン
プを動作開始させるとともにバルブを開に制御する。こ
の制御によってトランスファーチューブ内全体の暖かい
ガスが強制的に、かつ短時間に排気される。また、排気
ポンプの排気作用によって一方の断熱容器内および他方
の断熱容器内が減圧され、この減圧によって一方の断熱
容器内および他方の断熱容器内に存在している極低温液
体の蒸発が起こり、臨界温度に近いガスが発生する。こ
の臨界温度に近いガスもトランスファーチューブ内を通
って排気ポンプで排気される。したがって、トランスフ
ァーチューブの内壁は臨界温度に近いガスの顕熱で急速
に冷却される。そして、分岐チューブの内面温度が定め
られた温度まで低下すると、バルブが閉に制御されると
ともに排気ポンプが停止制御される。このときトランス
ファーチューブ内は極低温のガスで占められている。こ
の状態で注入を開始すれば、極低温液体の多量消費を招
くことなく、また大きな液位低下を招くことなく他方の
断熱容器内へ極低温液体を注入できることになる。[Operation] When the injection time arrives, the control device starts operating the exhaust pump and controls the valve to open. Through this control, the entire warm gas inside the transfer tube is forcibly exhausted in a short time. In addition, the exhaust action of the exhaust pump reduces the pressure in one heat-insulating container and the other heat-insulating container, and this pressure reduction causes evaporation of the cryogenic liquid present in one heat-insulating container and the other heat-insulating container. A gas close to the critical temperature is generated. Gas close to this critical temperature also passes through the transfer tube and is exhausted by the exhaust pump. Therefore, the inner wall of the transfer tube is rapidly cooled by the sensible heat of the gas near the critical temperature. When the inner surface temperature of the branch tube drops to a predetermined temperature, the valve is controlled to close and the exhaust pump is controlled to stop. At this time, the inside of the transfer tube is filled with extremely low temperature gas. If injection is started in this state, the cryogenic liquid can be injected into the other heat insulating container without consuming a large amount of the cryogenic liquid or causing a large drop in the liquid level.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明する
。Embodiments Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
【００１６】図１には本発明の一実施例に係る極低温液
体注入装置３０の概略構成が示されている。この図では
図２と同一部分が同一符号で示されている。したがって
、重複する部分の詳しい説明は省略する。FIG. 1 shows a schematic configuration of a cryogenic liquid injection device 30 according to an embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as in FIG. 2 are designated by the same reference numerals. Therefore, detailed explanation of the overlapping parts will be omitted.
【００１７】この実施例に係る極低温液体注入装置３０
が従来の装置と異なる点は、断熱構造のトランスファー
チューブ１３に接続される排気系３１と、制御装置３２
とにある。Cryogenic liquid injection device 30 according to this embodiment
differs from conventional devices in that it has an exhaust system 31 connected to a transfer tube 13 with a heat-insulating structure, and a control device 32.
It's there.
【００１８】すなわち、トランスファーチューブ１３の
途中位置には空気圧駆動形のバルブ３３が挿設されてい
る。そして、トランスファーチューブ１３内でバルブ３
３より下流位置、つまりバルブ３３と断熱容器１との間
に位置する部分には断熱構造の分岐チューブ３４の一端
が通じている。この分岐チューブ３４の他端は排気容量
が１分間当たり、数１００リットルの排気ポンプ（真空
ポンプ）３５に接続されている。分岐チューブ３４の途
中には電磁駆動形のバルブ３６が挿設されている。また
、分岐チューブ３４の内面でバルブ３６が設けられてい
る位置より下流位置には内面温度を検出するための白金
測温抵抗体からなる温度センサ３７が設けられている。That is, a pneumatically driven valve 33 is inserted in the middle of the transfer tube 13. Then, in the transfer tube 13, the valve 3
One end of a branch tube 34 having a heat-insulating structure communicates with a position downstream of the valve 33, that is, a portion located between the valve 33 and the heat-insulating container 1. The other end of this branch tube 34 is connected to an exhaust pump (vacuum pump) 35 with an exhaust capacity of several hundred liters per minute. An electromagnetically driven valve 36 is inserted in the middle of the branch tube 34. Further, a temperature sensor 37 made of a platinum resistance thermometer for detecting the inner surface temperature is provided at a position downstream from the position where the valve 36 is provided on the inner surface of the branch tube 34 .
【００１９】一方、制御装置３２は、液位センサ４およ
び温度センサ３７の出力を導入してバルブ１９、３３、
３６、排気ポンプ３５を次のように制御する。すなわち
、断熱容器１内に収容されている液体ヘリウム３の液位
が定められたレベルＳ１ まで低下すると、制御装置３
２は、まず排気ポンプ３５を動作させるとともにバルブ
３６を開に制御する。そして、温度センサ３７で検出さ
れる温度が、たとえば−１９６度まで低下した時点でバ
ルブ３３を開に制御する。温度センサ３７で検出される
温度が、再度、−１９６度まで低下した時点でバルブ３
６を閉に制御するとともに排気ポンプ３５の動作を停止
させる。同時にバルブ１９を開に制御する。そして、断
熱容器１内の液位が定められたレベルＳ２ （Ｓ２ ＞
Ｓ１ ）に達した時点でバルブ１９、３３を閉に制御し
て動作を終了する。On the other hand, the control device 32 inputs the outputs of the liquid level sensor 4 and the temperature sensor 37 to control the valves 19, 33,
36. Control the exhaust pump 35 as follows. That is, when the liquid level of the liquid helium 3 contained in the heat insulating container 1 decreases to a predetermined level S1, the control device 3
2 first operates the exhaust pump 35 and controls the valve 36 to open. Then, when the temperature detected by the temperature sensor 37 drops to, for example, -196 degrees, the valve 33 is controlled to open. When the temperature detected by the temperature sensor 37 drops to -196 degrees again, the valve 3
6 is closed, and the operation of the exhaust pump 35 is stopped. At the same time, the valve 19 is controlled to open. Then, the liquid level in the heat insulating container 1 is set at a level S2 (S2 >
When S1) is reached, the valves 19 and 33 are closed to end the operation.
【００２０】このような構成であると、断熱容器１内に
収容されている液体ヘリウム３の液位がレベルＳ１ ま
で低下すると、排気ポンプ３５が動作を開始するととも
にバルブ３６が開き、トランスファーチューブ１３内の
バルブ３３より下流領域が強制的に排気される。したが
って、この領域に存在している暖かいヘリウムガスが排
気される。また、この強制排気によって断熱容器１内の
圧力が低下する。この低下に伴って、断熱容器１内に残
っている液体ヘリウム３の蒸発が起こり、臨界温度に近
い温度のヘリウムガスが発生する。この臨界温度に近い
温度のヘリウムガスも排気される。このため、トランス
ファーチューブ１３内のバルブ３３より下流領域が急速
に冷却され、その内壁面は短時間で−１９６度まで冷却
される。With this configuration, when the liquid level of the liquid helium 3 contained in the heat insulating container 1 drops to the level S1, the exhaust pump 35 starts operating and the valve 36 opens, and the transfer tube 13 The area downstream from the valve 33 inside is forcibly evacuated. Therefore, the warm helium gas present in this region is exhausted. Moreover, the pressure inside the heat insulating container 1 decreases due to this forced evacuation. With this decrease, the liquid helium 3 remaining in the heat insulating container 1 evaporates, and helium gas having a temperature close to the critical temperature is generated. Helium gas at a temperature close to this critical temperature is also exhausted. Therefore, the downstream region of the transfer tube 13 from the valve 33 is rapidly cooled, and its inner wall surface is cooled down to -196 degrees in a short time.
【００２１】温度センサ３７の検出温度が−１９６０度
に達すると、バルブ３３も開になる。この時点からトラ
ンスファーチューブ１３内のバルブ３３より上流領域も
強制的に排気される。したがって、この領域に存在して
いる暖かいヘリウムガスも排気される。また、排気によ
って上流領域の圧力が低下するので、トランスファーチ
ューブ１３の入口Ａに侵入している液体ヘリウムの蒸発
が起こり、臨界温度に近い温度のヘリウムガスが発生す
る。この臨界温度に近い温度のヘリウムガスも排気され
る。このため、トランスファーチューブ１３内のバルブ
３３より上流領域が急速に冷却され、その内壁面は短時
間で−１９６度まで冷却される。When the temperature detected by the temperature sensor 37 reaches -1960 degrees, the valve 33 also opens. From this point on, the region upstream of the valve 33 in the transfer tube 13 is also forcibly evacuated. Therefore, the warm helium gas present in this region is also exhausted. Furthermore, since the pressure in the upstream region is reduced by the exhaust, the liquid helium that has entered the inlet A of the transfer tube 13 evaporates, generating helium gas at a temperature close to the critical temperature. Helium gas at a temperature close to this critical temperature is also exhausted. Therefore, the region upstream of the valve 33 in the transfer tube 13 is rapidly cooled, and its inner wall surface is cooled down to -196 degrees in a short time.
【００２２】温度センサ３７で検出される温度が、再度
、−１９６度まで低下すると、バルブ３６が閉に制御さ
れるとともに排気ポンプ３５の動作が停止される。同時
にバルブ１９が開に制御される。この制御によってデュ
アー１２内の圧力Ｐ１ が断熱容器１内の圧力Ｐ２ よ
り高くなり、この圧力差でデュアー１２内の液体ヘリウ
ム１１の一部がトランスファーチューブ１３を介して断
熱容器１内に注入される。そして、断熱容器１内の液位
がＳ２ に達すると、制御装置３２はバルブ１９、３３
を閉に制御して動作を終了する。When the temperature detected by the temperature sensor 37 falls to -196 degrees again, the valve 36 is controlled to close and the operation of the exhaust pump 35 is stopped. At the same time, the valve 19 is controlled to be open. Through this control, the pressure P1 inside the dewar 12 becomes higher than the pressure P2 inside the heat insulating container 1, and due to this pressure difference, a part of the liquid helium 11 inside the dewar 12 is injected into the heat insulating container 1 via the transfer tube 13. . Then, when the liquid level in the heat insulating container 1 reaches S2, the control device 32 controls the valves 19 and 33.
The operation is ended by controlling the button to close.
【００２３】このように、注入に先立ってトランスファ
ーチューブ１３内の全領域を排気ポンプ３５で強制的に
排気し、この排気によってトランスファーチューブ１３
内の暖かいヘリウムガスを排気するとともに臨界温度に
近い温度のヘリウムガスを発生させ、この極低温のヘリ
ウムガスも一緒に排気することによってトランスファー
チューブ１３内全体を予冷するようにしている。In this manner, prior to injection, the entire area inside the transfer tube 13 is forcibly evacuated by the exhaust pump 35, and this exhaustion causes the transfer tube 13 to be
The entire interior of the transfer tube 13 is precooled by exhausting the warm helium gas inside, generating helium gas at a temperature close to the critical temperature, and exhausting this extremely low temperature helium gas together.
【００２４】したがって、トランスファーチューブ１３
がどのような長さを有していても、また、どのようなに
配設されていても、トランスファーチューブ１３内の暖
かいヘリウムガスを短時間に排気でき、しかもトランス
ファーチューブ１３の内壁を短時間にヘリウムの臨界温
度に近い温度まで予冷することができる。この結果、注
入時に起こり易い、液体ヘリウムの多量消費と、断熱容
器１内の大きな液面低下の発生を抑制することができ、
超電導コイル１を励磁しているままの状態でも安全に注
入することができる。[0024] Therefore, the transfer tube 13
No matter what length it has or how it is arranged, the warm helium gas inside the transfer tube 13 can be exhausted in a short time, and the inner wall of the transfer tube 13 can be evacuated in a short time. can be precooled to a temperature close to the critical temperature of helium. As a result, it is possible to suppress the consumption of a large amount of liquid helium and the occurrence of a large drop in the liquid level in the heat-insulating container 1, which tend to occur during injection.
Injection can be safely performed even while the superconducting coil 1 is still energized.
【００２５】発明者は本実施例の効果を確認するために
次のような実験を行なった。内径が３０ｃｍの断熱容器
１内に超電導コイル２を収容し、この超電導コイル２の
上面から１８ｃｍの位置に液体ヘリウム３の液面があり
、かつＰ１ が２Ｐｓｉ（０．１４Ｋｇ／ｃｍ ２ ）
のとき、制御装置３２を動作開始させた。このとき使用
した排気ポンプ３５の排気容量は、１分間当り、２００
リットルのものである。また、トランスファーチューブ
１３は内径が５ｍｍ、バルブ３３より上流側の部分の長
さが３ｍ、下流側の部分の長さが２ｍ のものである。
トランスファーチューブ１３の下流領域を排気開始して
から１分２０秒経過後に温度センサ３７の指示値が−１
９６度となった。このとき断熱容器１内の液位は１７．
５ｃｍであった。続いて、トランスファーチューブ１３
の上流領域と下流領域との同時排気が始まり、動作開始
時点から２分で温度センサ３７の指示値が再度−１９６
度となった。このとき断熱容器１内の液位は１６．８ｃ
ｍであった。この時点で、デュアー１２から断熱容器１
内へ液体ヘリウムの注入が開始された。断熱容器１内の
液位は、瞬時に５ｍｍ低下した後に上昇に転じ、動作開
始時点から３分経過した時点で１７．４ｃｍまで回復し
、３分２５秒後に動作開始時点の液位１８ｃｍに回復し
た。このように、注入過程での液位の低下の割合は約９
％であり、消費した液体ヘリウムは僅かに約９００ｃｃ
であることが確認された。The inventor conducted the following experiment to confirm the effects of this embodiment. A superconducting coil 2 is housed in a heat insulating container 1 with an inner diameter of 30 cm, a liquid helium 3 level is located 18 cm from the top surface of the superconducting coil 2, and P1 is 2 Psi (0.14 Kg/cm 2 ).
At this time, the control device 32 was started to operate. The exhaust capacity of the exhaust pump 35 used at this time was 200 m/min.
It is in liters. The transfer tube 13 has an inner diameter of 5 mm, a length of 3 m on the upstream side of the valve 33, and a length of 2 m on the downstream side. The indicated value of the temperature sensor 37 becomes -1 1 minute and 20 seconds after the start of exhausting the downstream region of the transfer tube 13.
It reached 96 degrees. At this time, the liquid level in the heat insulating container 1 is 17.
It was 5 cm. Next, transfer tube 13
Simultaneous evacuation of the upstream and downstream regions of
It became a degree. At this time, the liquid level in the insulation container 1 was 16.8c.
It was m. At this point, from the dewar 12 to the insulated container 1
Liquid helium injection has begun. The liquid level in the heat insulating container 1 instantly decreased by 5 mm, then started rising, recovered to 17.4 cm 3 minutes after the start of operation, and recovered to the liquid level of 18 cm at the time of start of operation 3 minutes and 25 seconds later. did. Thus, the rate of drop in liquid level during the injection process is approximately 9
%, and the liquid helium consumed was only about 900cc.
It was confirmed that
【００２６】これに対して、従来の装置と同じ方式を採
用した場合には、排気開始から注入終了までに要した時
間は１０分、液位低下の割合は２７％、液体ヘリウム消
費量は３５００ｃｃであった。On the other hand, when the same method as the conventional device was adopted, the time required from the start of exhaustion to the end of injection was 10 minutes, the rate of liquid level drop was 27%, and the amount of liquid helium consumed was 3500cc. Met.
【００２７】したがって、本実施例の採用によって注入
特性を大幅に改善することができることが判る。なお、
Ｐ１ を高くして注入液体ヘリウムの流量を多くすれば
するほど効果が大きいが、断熱容器１への熱侵入が大き
い（１Ｗ以上）場合には、液面回復に要する時間が長く
なる傾向にある。Therefore, it can be seen that the injection characteristics can be significantly improved by adopting this embodiment. In addition,
The higher P1 and the larger the flow rate of injected liquid helium, the greater the effect, but if the heat intrusion into the heat insulating container 1 is large (1 W or more), the time required for the liquid level to recover tends to become longer. .
【００２８】本実施例ではトランスファーチューブ１３
の出口Ｂを断熱容器１内の液面上に常に位置させている
。このため、注入時には、まずトランスファーチューブ
１３内のバルブ３３が設けられている位置より下流領域
を排気し、続いて上流領域および下流領域を同時に排気
する２段階排気方式を採用しているが、出口Ｂを断熱容
器１内の液体ヘリウム３中に常に位置させているときに
は下流側と上流側とを同時に排気するようにしてもよい
。すなわち、出口Ｂを断熱容器１内の液面上に常に位置
させている条件で、トランスファーチューブ１３内全体
を強制排気すると、断熱容器１内の液体ヘリウムの蒸発
より入口Ａの部分に侵入している液体ヘリウムの蒸発が
早く起こり、この蒸発によって生成された臨界温度に近
い温度のヘリウムガスが排気され、バルブ３３より下流
領域が十分に予冷されていないにもかかわらず、温度セ
ンサ３７の検出値が目標とする温度に到達してしまう。
この状態で注入が開始されると、下流領域内に存在して
いる温度の高いヘリウムガスの影響で液体ヘリウムの消
費が増加する。実験によれば、液面低下が１７％と大き
くなり、液体ヘリウムの消費量も２０００ｃｃであった
。したがって、出口Ｂを断熱容器１内の液面上に常に位
置させている条件では、本実施例のように、２段階排気
方式を採用することが好ましい。In this embodiment, the transfer tube 13
The outlet B of is always located above the liquid level in the heat insulating container 1. For this reason, during injection, a two-stage exhaust system is adopted in which the region downstream from the position of the valve 33 in the transfer tube 13 is first exhausted, and then the upstream and downstream regions are simultaneously exhausted. When B is always placed in the liquid helium 3 in the heat insulating container 1, the downstream and upstream sides may be evacuated at the same time. That is, if the entire inside of the transfer tube 13 is forcibly evacuated under the condition that the outlet B is always located above the liquid level in the insulated container 1, the liquid helium in the insulated container 1 evaporates and enters the inlet A. The liquid helium contained in the liquid helium evaporates quickly, and the helium gas generated by this evaporation, which has a temperature close to the critical temperature, is exhausted. reaches the target temperature. When injection is started in this state, the consumption of liquid helium increases due to the influence of the high temperature helium gas present in the downstream region. According to experiments, the drop in liquid level was as large as 17%, and the amount of liquid helium consumed was 2000 cc. Therefore, under conditions where the outlet B is always located above the liquid level in the heat insulating container 1, it is preferable to adopt a two-stage exhaust system as in this embodiment.
【００２９】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。すなわち、デュアー内の圧力を高める
手段は、デュアー内に電気ヒータを設置し、これを付勢
することによって高めるようにしてもよい。また、液体
ヘリウムに限らず、液体窒素、液体酸素の場合にも使用
できる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変形できる。Note that the present invention is not limited to the embodiments described above. That is, the pressure within the dewar may be increased by installing an electric heater within the dewar and energizing the electric heater. Moreover, it can be used not only for liquid helium but also for liquid nitrogen and liquid oxygen. In addition, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、極
低温液体を注入するに先立ってトランスファーチューブ
内全体を強制的に排気するようにしているので、この排
気によってトランスファーチューブ内に存在している暖
かいガスを排気できるとともに臨界温度に近いガスでト
ランスファーチューブを予冷することができる。この結
果、トランスファーチューブがどのように配設されてい
る場合であっても、極低温液体の消費量を十分に抑えた
状態で、また注入される側の液面低下も十分に抑えた状
態で、しかも短時間に注入することができる。As described above, according to the present invention, the entire interior of the transfer tube is forcibly evacuated prior to injecting the cryogenic liquid. The transfer tube can be pre-cooled with gas close to its critical temperature, as well as evacuate the warm gas that is present. As a result, no matter how the transfer tube is arranged, the amount of cryogenic liquid consumed can be kept sufficiently low, and the drop in the liquid level on the side being injected can be kept well under control. , and can be injected in a short time.
【図１】本発明の一実施例に係る極低温液体注入装置の
概略構成図FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a cryogenic liquid injection device according to an embodiment of the present invention.
【図２】従来の極低温液体注入装置の概略構成図。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a conventional cryogenic liquid injection device.
１…断熱容器、
２…超電導コイル、３，１１…液体ヘリウム、
５…配管、１２…デュアー
１３…ト
ランスファーチューブ、１９…バルブ、
２０…高圧ヘリウムボ
ンベ、３０…極低温液体注入装置、
３１…排気系、３２…制御装置、
３３…バルブ、３４…分岐チュ
ーブ、 ３５…排気ポンプ、３
６…バルブ、
３７…温度センサ、Ａ…入口、
Ｂ…出口。1...Insulated container,
2...Superconducting coil, 3,11...Liquid helium,
5... Piping, 12... Dewar
13...Transfer tube, 19...Valve,
20... High pressure helium cylinder, 30... Cryogenic liquid injection device,
31...Exhaust system, 32...Control device,
33... Valve, 34... Branch tube, 35... Exhaust pump, 3
6...Valve,
37...Temperature sensor, A...Inlet,
B...Exit.
Claims (2)
液体を他方の断熱容器内へ注入する極低温液体注入装置
において、一端が前記一方の断熱容器内の前記極低温液
体中に位置し、他端が前記他方の断熱容器内に位置する
ように配置される断熱構造のトランスファーチューブと
、このトランスファーチューブ内の途中位置に通じた分
岐チューブと、この分岐チューブに接続された排気ポン
プと、前記分岐チューブの途中に挿設されたバルブと、
前記分岐チューブの内面温度を検出する温度センサと、
注入に先立って前記温度センサの検出値が定められた値
に至るまで前記トランスファーチューブ内を前記排気ポ
ンプで排気すべく上記バルブおよび前記排気ポンプを制
御する制御装置とを具備してなることを特徴とする極低
温液体注入装置。Claim 1: A cryogenic liquid injection device for injecting a cryogenic liquid contained in one heat insulating container into the other heat insulating container, wherein one end is located in the cryogenic liquid in the one heat insulating container. a transfer tube having a heat-insulating structure, the other end of which is disposed within the other heat-insulating container; a branch tube leading to an intermediate position within the transfer tube; and an exhaust pump connected to the branch tube. , a valve inserted in the middle of the branch tube,
a temperature sensor that detects the inner surface temperature of the branch tube;
It is characterized by comprising a control device that controls the valve and the exhaust pump to exhaust the inside of the transfer tube with the exhaust pump until the detected value of the temperature sensor reaches a predetermined value prior to injection. cryogenic liquid injection equipment.
液体を他方の断熱容器内へ注入する極低温液体注入装置
において、一端が前記一方の断熱容器内の前記極低温液
体中に位置し、他端が前記他方の断熱容器内に位置する
ように配置される断熱構造のトランスファーチューブと
、このトランスファーチューブの途中に挿設された第１
のバルブと、前記トランスファーチューブ内の前記第１
のバルブより下流位置に通じた分岐チューブと、この分
岐チューブに接続された排気ポンプと、前記分岐チュー
ブの途中に挿設された第２のバルブと、前記分岐チュー
ブの内面温度を検出する温度センサと、注入に先立って
前記温度センサの検出値が定められた値に至るまで前記
トランスファーチューブ内の前記第１のバルブより下流
領域を前記排気ポンプで排気した後、前記温度センサの
検出値が前記値に至るまで前記トランスファーチューブ
内全体を上記排気ポンプで排気すべく上記第１、第２の
バルブおよび前記排気ポンプを制御する制御装置とを具
備してなることを特徴とする極低温液体注入装置。2. A cryogenic liquid injection device for injecting a cryogenic liquid contained in one heat insulating container into the other heat insulating container, wherein one end is located in the cryogenic liquid in the one heat insulating container. a transfer tube having a heat insulating structure, the other end of which is disposed within the other heat insulating container; and a first transfer tube inserted in the middle of the transfer tube.
a valve in the transfer tube; and the first valve in the transfer tube.
a branch tube leading to a position downstream from the valve, an exhaust pump connected to the branch tube, a second valve inserted in the middle of the branch tube, and a temperature sensor for detecting the inner surface temperature of the branch tube. Then, after evacuating the area downstream of the first valve in the transfer tube with the exhaust pump until the detected value of the temperature sensor reaches a predetermined value prior to injection, the detected value of the temperature sensor reaches the predetermined value. A cryogenic liquid injection device characterized by comprising: a controller for controlling the first and second valves and the exhaust pump to exhaust the entire inside of the transfer tube with the exhaust pump until the temperature reaches a certain temperature. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6704891A JP3043089B2 (en) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | Cryogenic liquid injection device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6704891A JP3043089B2 (en) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | Cryogenic liquid injection device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04302404A true JPH04302404A (en) | 1992-10-26 |
| JP3043089B2 JP3043089B2 (en) | 2000-05-22 |
Family
ID=13333571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6704891A Expired - Fee Related JP3043089B2 (en) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | Cryogenic liquid injection device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3043089B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004174319A (en) * | 2002-11-25 | 2004-06-24 | Showa Tansan Co Ltd | Apparatus for supplying nitrogen gas of super low temperature |
| JP2007321876A (en) * | 2006-05-31 | 2007-12-13 | Univ Of Tokyo | Transfer tube |
-
1991
- 1991-03-29 JP JP6704891A patent/JP3043089B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004174319A (en) * | 2002-11-25 | 2004-06-24 | Showa Tansan Co Ltd | Apparatus for supplying nitrogen gas of super low temperature |
| JP2007321876A (en) * | 2006-05-31 | 2007-12-13 | Univ Of Tokyo | Transfer tube |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3043089B2 (en) | 2000-05-22 |
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