| 【発明の名称】 |
極低温液の送出方法および送出装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】森 幹郎
【氏名】三宅 明洋
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| 【要約】 |
【課題】配管中で気液二相流が発生するのを防ぐことができ、気液二相流による圧力損失と振動を解消できる極低温液の送出方法および送出装置を提供する。
【解決手段】密閉容器３内に液体ヘリウム１などの極低温液を収容すると共に密閉容器３の頂部１０より液送出管６を容器内底部１１にかけて設け、収容した極低温液を加熱させてその蒸発ガスの圧力で液送出管６から極低温液を送り出す極低温液の送出方法において、密閉容器３の側壁１２を加熱し、その内壁１３に接した極低温液を蒸発させて極低温液を送出させるものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 密閉容器内に液体ヘリウムなどの極低温液を収容すると共にその密閉容器の頂部より液送出管を容器内底部にかけて設け、収容した極低温液を加熱させてその蒸発ガスの圧力で液送出管から極低温液を送り出す極低温液の送出方法において、上記密閉容器の側壁を加熱し、その内壁に接した極低温液を蒸発させて極低温液を送出させることを特徴とする超低温液の送出方法。
【請求項２】 上記密閉容器の側壁の外側にヒータを設け、該ヒータで密閉容器の側壁を加熱する請求項１に記載の極低温液の送出方法。
【請求項３】 液体ヘリウムなどの極低温液を収容する密閉容器に液送出管を頂部より容器内底部にかけて設けると共に、収容した極低温液を加熱させるヒータを設け、その蒸発ガスの圧力で液送出管から極低温液を送り出す極低温液の送出装置において、上記ヒータを上記密閉容器の側壁に設け、その内壁に接した極低温液を蒸発させるようにしたことを特徴とする極低温液の送出装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体ヘリウムなどの極低温液を密閉容器内から送出する方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図２に示すように、研究所などで用いられる液体ヘリウム１は、密閉された容器２０内に収容され、その容器２０に設けた液送出管６から適宜取り出すようになっている。液送出管６は、容器２０の頂部２１より容器２０内底部２２にかけて延びるように設けられている。
【０００３】また、容器２０内にはヒータ２３が沈められるようにして設けられており、ヒータ２３に通電することにより容器２０内の液体ヘリウム１を表面沸騰させ、発生する蒸発ガス２４の圧力で液体ヘリウム１を送り出すようになっている。
【０００４】容器２０の内部を加圧する方法としては、外部から高圧ガスを送り込む方法も考えられるが、容器２０内に余分な熱を導入することになるため、極めて低温に保つ必要のある液体ヘリウム１には馴染まない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ヒータ２３を加熱して液体ヘリウム１を取り出す方法にあっても、その熱によって容器２０内部の液体ヘリウム１全体が暖められてしまい、送り出される液体ヘリウム１が飽和温度になると共に高圧となってしまっていた。そしてこのため、液送出管６に接続される配管中で液相と気相からなる気液二相流が発生し、圧力損失が増えたり、振動の原因になったりするという課題があった。
【０００６】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、配管中で気液二相流が発生するのを防ぐことができ、気液二相流による圧力損失と振動を解消できる極低温液の送出方法および送出装置を提供することにある。
【０００７】
【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、密閉容器内に液体ヘリウムなどの極低温液を収容すると共にその密閉容器の頂部より液送出管を容器内底部にかけて設け、収容した極低温液を加熱させてその蒸発ガスの圧力で液送出管から極低温液を送り出す極低温液の送出方法において、上記密閉容器の側壁を加熱し、その内壁に接した極低温液を蒸発させて極低温液を送出させるものである。
【０００８】また、上記密閉容器の側壁の外側にヒータを設け、そのヒータで密閉容器の側壁を加熱するとよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の好適実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１０】図１に示すように、極低温液である液体ヘリウム１の貯槽２は、液体ヘリウム１を収容する密閉容器３と、密閉容器３の外側に真空層４を介して設けられる外槽５とからなり、貯槽２外部からの液体ヘリウム１への入熱を防ぐようになっている。
【００１１】貯槽２には、液体ヘリウム１を送り出すための液送出管６と、液体ヘリウム１を加熱して一部蒸発させるためのヒータ７と、密閉容器３内のヘリウムガス８を抜いて内圧を調整するためのガス抜き管９とが設けられている。
【００１２】液送出管６は、上下方向に延びて外槽５を貫通し、密閉容器３の頂部１０より容器内底部１１にかけて設けられている。そして、液送出管６は、貯槽２の上方で屈曲されて水平方向に延び、図示しない所定の供給先まで配管されている。
【００１３】ヒータ７は、密閉容器３の側壁１２に外側から巻き付けるように設けられており、密閉容器３の内壁１３に接した液体ヘリウム１を蒸発させるようになっている。そして、ヒータ７は側壁１２の下部に設けられており、液体ヘリウム１の残量が少なくなっても側壁１２を介して液体ヘリウム１を加熱することができるようになっている。
【００１４】また、ヒータ７に電力を供給する電源ケーブル１４には図示しない温度調整器が設けられており、ヒータ７の温度を調節することで密閉容器３内に発生する蒸発ガスの量を調整し、液送出管６から送り出す液体ヘリウム１の流量を調整できるようになっている。
【００１５】ガス抜き管９は、密閉容器３の頂部１０に接続されている。また、ガス抜き管９には流路を全開又は全閉するための開閉弁１５が設けられている。開閉弁１５は通常閉じておき、ヒータ７の加熱を停止したのち、液体ヘリウム１の送り出しを完全に停止するときや、液体ヘリウム１の送り出しを緊急停止させる場合などに開くようになっている。
【００１６】次に作用を述べる。
【００１７】貯槽２内の液体ヘリウム１を送り出すとき、開閉弁１５を閉じた状態でヒータ７に通電する。このとき、密閉容器３は、真空層４を介して外槽５内に設けられているため、貯槽２外の熱が密閉容器３内の液体ヘリウム１へ入熱することはほとんどない。
【００１８】ヒータ７の入熱は、密閉容器３の側壁１２を介して内壁１３に接した液体ヘリウム１を加熱する。内壁１３に接した液体ヘリウム１は、温度が上昇し、液密度が小さい液１６となり、浮力で内壁１３に沿って上昇し、液面に近づくと自由表面を得るため液表面に広がり、液密度の小さい液１６の層を形成する。この層の液体ヘリウム１の温度Ｔ1 はヘリウムガス８の飽和圧力と平衡しており、ヒータ７の入熱に見合う分の液体ヘリウム１が気化するため、ヘリウムガス８の圧力Ｐ1 が上昇する。ガス圧Ｐ1 上昇により、液体ヘリウム１は液送出管６を介して貯槽２外部にほぼ定流量で送り出される。
【００１９】また、側壁１２の加熱によって発生した密度の小さい液１６は、内壁１３に沿って上昇することで、内壁１３と、過冷却状態の液体ヘリウム１との間に温度境界層１７を形成する。
【００２０】この層１７の中では密度の小さい液１６が上昇し、内壁１３に沿った熱の移動が速やかに行われるが、この層１７の外縁では温度勾配も速度勾配ともに零となるので、伝導によっても対流によっても熱は温度境界層１７の外側へ流れることはない。
【００２１】このため、内壁１３の熱は層１７外の液体ヘリウム１までは伝わり難く、送出すべき液体ヘリウム１まで暖めてしまうのを防ぐことができ、液体ヘリウム１を温度境界層１７内の温度Ｔ1 より低い過冷却温度Ｔ2 に保つことができる。
【００２２】また、上述の従来例のように、ヒータ２３を液体ヘリウム１内に沈めて加熱する場合、ヒータ２３付近で発生した気泡（図示せず）は、通過する過冷却状態の液体ヘリウム１の温度と飽和温度との差が大きいことから、大部分がヒータ２３を離れると冷却されて液化し、消滅してしまい、液体ヘリウム１自体を暖めてしまうが、内壁１３に沿う温度境界層１７内の液流れは、層１７外の液体ヘリウム１まで暖めてしまうのを防ぐことができる。
【００２３】液体ヘリウム１の送り出しを止めるときは、ヒータ７への電源供給を止め、開閉弁１５を一時開いてガス圧を下げることにより行う。密閉容器３から鉛直上方に延びる液送出管６内の液体ヘリウム１は自重により密閉容器３内に戻り、液体ヘリウム１の送り出しが停止される。
【００２４】このように、密閉容器３の側壁１２を加熱し、その内壁１３に接した液体ヘリウム１を蒸発させて液体ヘリウム１を送出させるようにしたため、密閉容器３内の液体ヘリウム１全体が暖められてしまうのを防ぐことができ、液体ヘリウム１を過冷却状態で送り出すことができる。
【００２５】そしてこれにより、送り出した液体ヘリウム１が配管中で蒸発して気液二相流が発生するのを防ぐことができ、気液二相流による圧力損失と振動を解消することができる。
【００２６】また、密閉容器３の側壁１２の外側にヒータ７を設け、そのヒータ７で密閉容器３の側壁１２を加熱するようにしたため、密閉容器３に電源ケーブル１４を通すための貫通部（図示せず）を設ける必要がなく、簡単な構造で密閉容器３の側壁１２を加熱することができる。
【００２７】なお、本実施の形態では、液体ヘリウム１を送出する方法とその装置について述べたが、液体ヘリウム１に限ることはなく、液体水素や液体酸素などの極低温液であってもよい。
【００２８】また、ヒータ７を密閉容器３の側壁１２に巻き付けて設けるものとしたが、ヒータ７が側壁１２に接触するように設けられていればよく、ヒータ７を側壁１２の内側に密着させて設けたり、側壁１２内に埋め込んで設けたりしてもよい。
【００２９】そして更に、密閉容器３内に金属板などの伝熱材（図示せず）を鉛直に設け、その伝熱材にヒータ７を密着させて設けるものとしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を奏する。
【００３１】（１）極低温液を送り出すときに密閉容器内の極低温液全体が暖められてしまうのを防ぐことができる。
【００３２】（２）配管中で気液二相流が発生するのを防ぐことができ、気液二相流による圧力損失と振動を解消することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００００９９
【氏名又は名称】石川島播磨重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年２月２９日（２０００．２．２９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６８０２１
【弁理士】
【氏名又は名称】絹谷 信雄
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２４１５９８（Ｐ２００１−２４１５９８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月７日（２００１．９．７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−５４６８５（Ｐ２０００−５４６８５） |
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