JPS647310B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は例えば引張試験片などを冷却するた
めの低温槽に関するものである。

従来この種の低温槽として例えば第１図に示す
ように、断熱構造の容器１に収容した冷媒２中に
蛇管３を浸漬し、その蛇管３内に液体窒素等の冷
却用液化ガスを供給しつつ気化させると同時に、
冷媒２を撹拌翼４によつて撹拌することにより、
冷却用液化ガスの気化熱で冷媒２を極低温まで温
度降下させるよう構成した低温槽が知られてい
る。しかしながら第１図に示す従来の低温槽で
は、冷媒２と蛇管３との間の熱伝達面積が小さい
うえに、蛇管３内に流す冷却用液化ガスの流量を
調整することにより冷媒２の温度制御を行う構成
であるから、冷却用液化ガスの液量を変えてから
冷媒２の温度がその流量に応じた温度になるまで
に時間がかかり、そのため第１図に示す従来の低
温槽では微妙な温度コントロールが困難であるな
どの問題があつた。

また従来、熱交換媒体としてのヘリウムを給排
気可能な密閉空間部を外周側に形成した内槽と、
その内槽を内部に配置した外槽とを具備し、内外
各槽に収容した液化ガス相互の間の熱授受を、前
記空間部へのヘリウムの供給量および空間部内の
ヘリウムの濃度によつて調整し、その結果内槽に
収容した液化ガスの温度を目的温度に設定保持す
るよう構成した低温槽が知られている（特開昭54
−91850号公報）。しかしながら上記の低温槽は、
熱交換媒体として高価なヘリウムガスを使用し、
また内外各槽に収容した液化ガス相互の間の熱伝
導度を下げるべく前記空間部からヘリウムガスを
積極的に排気するための真空ポンプ等の排気設備
を必要とするために、低温槽全体としわ複雑かつ
高価になるのみならず、ランニングコストが嵩む
問題があつた。また熱交換媒体を用いる上記従来
の装置では、前記空間部に供給したヘリウムガス
が温度降下した後に、内槽に収容した液化ガスを
外槽に収容した液化ガスによつて冷却することに
なるから、内槽の液化ガスを冷却する際の応答性
が悪い問題があつた。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、冷媒を効率良く冷却することができ、また冷
媒温度の制御を的確に行うことのできる低温槽を
提供することを目的とするものである。

以下この発明の実施例を第２図および第３図を
参照して説明する。

第２図はこの発明の一実施例を示す模式図であ
り、第３図は第２図の−線断面に対応する詳
細図であつて、冷媒容器１０は、フレオン−12あ
るいはフレオン−13（それぞれ商品名）もしくは
メチルアルコール等の冷媒１１を収容するととも
に、その冷媒１１中に例えば引張試験片等の被冷
却物を浸漬するよう構成され、その冷媒容器１０
の底部近辺にガイド板１２が水平に配置され、か
つそのガイド板１２の一端側にモータ１３によつ
て回転する撹拌翼１４が配置され、これら撹拌翼
１４およびガイド板１２によつて冷媒１１を上下
方向に循環流動させて撹拌するよう構成されてい
る。また前記冷媒容器１０の外周側全体に冷却用
窒素ガス循環路１５が形成され、さらにその循環
路１５の外周側に冷却用液体窒素収容部１６が形
成されている。これら循環路１５および収容部１
６は、両者を隔絶する隔壁１７の上部、より正確
には前記収容部１６に収容した液体窒素１８の液
面より若干上側の隔壁１７に形成した通気孔１９
によつて連通され、また循環路１５を密閉してい
る上面板２０の所定個所に、窒素ガスを自然排気
するための排気孔２１が形成されている。また前
記循環路１５の内部に送風器としてフアン２２が
設けられるとともにそのフアン２２が循環路１５
の外部に配置したモータ２３に連結され、さらに
循環路１５の内部には、窒素ガスを冷媒容器１０
の外周面に沿つて水平方向すなわち周方向に案内
する複数のガイド板２４が、窒素ガスの上下方向
への流動を可及的に防止すべく上下方向に対して
は所謂ラビリンス構造となるよう設けられてい
る。したがつて前記収容部１６内の液体窒素が蒸
発気化することにより、液体窒素自体が極低温と
なると同時に極低温の窒素ガスが生じ、その窒素
ガスが前記通気孔１９を経て循環路１５内に流れ
込みかつその循環路１５内を流動することによ
り、前記冷媒１１と液体窒素との間で窒素ガスを
介して熱授受が生じ、その結果冷媒１１を冷却
し、また冷媒１１と液体窒素１８との間の実質的
な熱伝達率が循環路１５内の窒素ガスの対流状態
によつて変化するから、循環路１５内での窒素ガ
スの対流状態すなわち冷媒容器１０の周方向への
流動速度を変えることにより冷媒１１の冷却速度
を調整するようになつている。

さらに前記冷媒容器１０内の冷媒１１中に温度
センサ２５および電熱線等からなるヒータ２６が
浸漬され、かつこれら温度センサ２５およびヒー
タ２６が制御器２７に電気的に接続されており、
温度センサ２５によつて検出した冷媒１１の温度
が所期設定温度以上の場合は、前記フアン２２を
モータ２３によつて回転させることにより、窒素
ガスを循環路１５内で強制流動させ、また逆に冷
媒１１の温度が所期設定温度以下の場合は、フア
ン２２を停止させるか、あるいはフアン２２を停
止させるとともにヒータ２６を通電発熱させるよ
う構成されている。

またさらに、前記収容部１６には、流量調整弁
２８を介挿した液体窒素供給管２９が接続される
とともに、収容部１６内に液面検知器３０が挿入
され、かつこれら流量調整弁２８と液面検知器３
０とは、前記制御器２７に電気的に接続されてお
り、収容部１６内の液面レベルが一定以上に低下
した場合に、液面検知器３０の出力信号に基づい
て流量調整弁２８を開くことにより、収容部１６
内の液体窒素１８の量をほぼ一定に保つよう構成
されている。

なお、第２図および第３図中符号３１は保温材
である。

上述した構成から明らかなように上記の低温槽
では、液体窒素１８が蒸発気化することにより生
じた窒素ガスが、前記通気孔１９を経て循環路１
５内に入り込んでここに充満し、その結果循環路
１５内の窒素ガスを熱伝達媒体として冷媒１１と
液体窒素１８との間で熱交換が生じ、冷媒１１が
冷却される。その場合、冷媒１１と液体窒素１８
との間の熱伝達率、より正確には循環路１５内の
窒素ガスと循環路１５の壁面との間の熱伝達率
は、窒素ガス側に生じる温度境界層との関係で、
窒素ガスを強制対流させるほど大きくなるので、
冷媒１１の温度が所期の目標温度より相当高い場
合には、フアン２２が高速回転して窒素ガスを高
速度で循環流動させ、冷媒１１の温度が所期の目
標温度に近い場合には、フアン２２が低速回転す
るかあるいは停止することにより、窒素ガスの流
動を抑制する。その結果、冷媒１１は温度が高い
ときに急速冷却され、温度が低いときには緩速冷
却あるいは単に保冷され、したがつて上記の低温
槽では、フアン２２の回転を制御することによ
り、冷媒１１の温度を目標温度に容易に設定保持
することができる、。なお、冷媒１１が過冷却状
態になつた場合には、前記ヒータ２６を通電発熱
させ、また冷媒１１を均温化するために撹拌翼１
４によつて冷媒１１を常時撹拌しておくことは勿
論である。

以上の説明から明らかなようにこの発明の低温
槽によれば、冷媒容器の外周側に冷却用窒素ガス
循環路と液体窒素収容部とを順次形成し、液体窒
素が蒸発気化することにより生じた窒素ガスを前
記循環路内に充満させてその窒素ガスを冷媒と液
体窒素との相互の間の熱伝達媒体とし、かつ前記
窒素ガスを送風手段によつて前記冷媒容器の周方
向に強制流動させるとともにその流動速度を冷媒
の温度に応じて調整することにより熱伝達率を変
えるように構成したから、液体窒素による冷媒の
冷却速度を容易かつ的確に制御でき、その結果冷
媒の温度を任意の目標温度に的確に保持すること
ができる。またこの発明の低温槽は、冷却用の液
体窒素が蒸発気化することによつて生じた窒素ガ
スを、冷媒と液体窒素との間の熱伝達媒体として
用い、かつ冷却速度を変えるためにその窒素ガス
の流動速度を変える構成であるから、熱交換媒体
としてヘリウムガスを用い、かつその流量および
濃度を変えることにより、冷却速度を制御する構
成の従来の低温槽と比べて、全体の構成を大幅に
簡素化することができ、また比較的低廉な液体窒
素を用いることと相まつて、ランニングコストを
低減することができるなどの効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の低温槽の一例を示す略解図、第
２図はこの発明の一実施例を示す模式図、第３図
は第２図の−線に沿う詳細断面図である。 １０……冷媒容器、１１……冷媒、１５……冷
却用窒素ガス循環路、１６……冷却用液体窒素収
容部、１７……隔壁、１８……液体窒素、１９…
…通気孔、２２……フアン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷媒を収容した冷媒容器の外周側全体に、冷
   却用窒素ガスを循環流動させるための循環路を形
   成するとともに、さらにその循環路の外周側に冷
   却用液体窒素収容部を形成し、かつこれら循環路
   と冷却用液体窒素収容部とを連通させ、さらに前
   記循環路内に、冷却用窒素ガスを前記冷媒容器の
   周方向へ流動させるとともにその流動速度を前記
   冷媒の温度に応じて調整可能な送風器を設けたこ
   とを特徴とする冷却用低温槽。