JPH0138652Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は液体窒素や液体炭酸ガスなどを温度制
御用冷媒として用いた極低温恒温装置の改良に関
する。

従来より恒温槽内に所定の液体冷媒を投入して
おき、これに液体窒素などを充填した液化ガス高
圧容器から、LN₂などを直接供給して、当該槽内
の冷媒を所望恒温に保持する装置が用いられてい
る。

しかしこの種の装置ではLN₂等を直接上記液体
冷媒内に供与するため、これを恒温槽内の液体冷
媒と混合させて均一温度分布としなければなら
ず、そのためにはどうしても撹拌機を同槽内に装
備する必要があり、この結果当該撹拌機の大きさ
だけ恒温槽内のスペースがとられてしまうだけで
なく、同撹拌機も低温条件下におかれるので、故
障し易い難点があつた。

また同装置は上記のようにLN₂等の直接供与で
あるため、その供与量が過多となり易く、この結
果LN₂等の無駄な消費が多くなりがちとなる欠陥
も指摘されている。

本考案はこのような諸問題に解決を与えるた
め、所定温度に保持すべき液体冷媒内へ、温度制
御用液体冷媒を、直接ではなく加熱ガス化して得
たガス冷媒を供与することで、当該ガス冷媒たる
気泡により、前記の液体冷媒を撹拌可能となし、
これにより液体冷媒内の撹拌期を不要とすると共
に、温度制御用液体冷媒を直接供与する場合のよ
うに、どうしても供給量の微調整困難に伴い過多
の供与となつてしまうことを回避するだけでな
く、前記した液体冷媒の広域温度範囲にわたる温
度制御を高精度に、しかも高い応答性をもつて行
ない得るようにしたもので、これを図示の実施例
によつて詳記すれば、第１図にあつて１はLN₂，
LCO₂などを収納した温度制御用液体冷媒源で、
その供給口２は配管３を介して熱交換器４の導入
口５と連結されており、同器４の放出口６に連結
した配管７の先端には、恒温槽８内の液体冷媒９
に浸漬される放出端管１０が連結され、図中１１
は同槽８の断熱壁を示す。

こゝで図示の熱交換器４は前記導入口５と放出
口６とを夫々両側に開口した外筒１２内の軸心部
に、電気ヒータ１３を貫着すると共に、当該ヒー
タ１３と外筒１２との間に焼結金属や金属細線に
よる環状体１４を嵌合して熱交換通路１５を形成
したものである。

そして上記電気ヒータ１３は、その加熱温度を
調整するため、これに供給される電流が温度調節
用電気的コントローラ１６により制御されるよう
になつており、このため同上電気的コントローラ
１６から導出した温度センサ１７が恒温槽８の液
体冷媒９中に挿入されており、これにより検知さ
れた液体冷媒８の温度が、上記温度調節用電気的
コントローラ１６により設定された所定の恒温に
保持されるよう既知の如く電気的ヒータ１３への
通電が制御される。さらに本考案では当該液体冷
媒９中に浸漬される液体冷媒加熱ヒータ１８も、
上記の如く温度センサ１７の検知出力に応動する
温度調節用電気的コントローラ１６によつて、与
め設定してある前記の温度に、液体冷媒９の温度
が保持されるように、その加熱温度が制御し得る
構成となつている。

そこでこれを用いるには、予め恒温槽８内にイ
ソペンタン、フレオン１１など室温で液体のガス
か、フレオン１２などの予め液化した液体冷媒９
を投入しておき、次に温度制御用液体冷媒源１か
ら、配管３のコツク３′を開成して、温度制御用
液体冷媒であるLN₂等を熱交換器４に供給する。

この際、既知の如くコツク３′の開成度合に応
じ、一定量の温度制御用液体冷媒が供給されるこ
ととなるが、今ここで電気ヒータ１３に通電がな
されていないとすれば、LN₂は液体として同器４
を通過し、さらに配管７を介して放出端管１０よ
り液体冷媒９内に供与され、これにより該冷媒９
が急冷されることになる。このとき温度センサ１
７が作動して温度調節用電気的コントローラ１６
により所定の電流を電気ヒータ１３に通電してい
れば、熱交換器４に供給された液体窒素は、電気
ヒータ１３により加熱された環状体１４によつ
て、熱交換通路１５を流過する過程でガス化さ
れ、放出端管１０からは調整された所定温度のガ
ス冷媒が液体冷媒９内に気泡となつて噴出される
ことになる。

従つて当該ガス冷媒によつて液体冷媒９は降温
して所望の恒温に制御されることになるだけでな
く、当該気泡によつて液体冷媒９が充分に撹拌さ
れるため槽内全液が素早く均一温となる。

そしてさらに前記の如く液体冷媒加熱ヒータ１
８も温度調節用電気的コントローラ１６によつ
て、その通電の断続により加熱温度が制御される
ことになるから、例えば液体冷媒９を０℃など特
に高い設定温度となるよう制御しようとする場合
は、温度調節用電気的コントローラ１６によつて
電気ヒータ１３が高温に加熱されると同時に、上
記液体冷媒加熱ヒータ１８にも通電されて、同ヒ
ータ１８が加熱され、この結果液体冷媒９は、電
気ヒータ１３による高温のガス冷媒によつて昇温
すると共に、液体冷媒加熱ヒータ１８によつても
昇温し、低温状態から可成り高い温度まで短かい
応答時間で上昇することゝなる。

こゝで放出端管１０からの温度制御用冷媒であ
るガス冷媒により液体冷媒９が、より一層充分に
撹拌されるようにするため、第２図に示す通り配
管７から放出端管１０を曲設し、同管１０を恒温
槽８の底壁近傍にそつて配設すると共に、多数の
噴射口１９，１９′……を上向き等に穿設するの
が望ましい。

また放出端管１０の放出端口１０′からガス冷
媒を噴出させることによつて液体冷媒９が恒温槽
８から溢出する虞れがあるような場合には、第３
図のように恒温槽８内の底部近傍に放出端管１０
を貫設開口し、その上位に多数の通孔２０，２
０′……が穿設された孔明板２１を横向固設する
のがよい、 本考案は上記のように所望液体冷媒９を収納し
た恒温槽８内に温度センサ１７と、液体冷媒加熱
ヒータ１８と、温度制御用冷媒を上記液体冷媒９
中に噴出させる放出端管１０とを装入し、上記温
度制御用冷媒である液体窒素、液体炭酸ガス等が
収納された温度制御用液体冷媒源１の供給口２と
熱交換器４の導入口５とを、所定の温度制御用冷
媒供給量が得られるよう連結すると共に、同交換
器４の放出口６を前記放出端管１０と連結し、こ
の熱交換器４には温度制御用液体冷媒源１から供
与された液化ガスの加熱ガス化に供する電気ヒー
タ１３を設け、同ヒータ１３と上記液体冷媒加熱
ヒータ１８への夫々の給電が、温度センサ１７の
検知出力に応動する温度調節用電気的コントロー
ラ１６によつて、前記恒温槽内液体冷媒９の温度
を、当該温度調節用電気的コントローラ１６の設
定恒温に保持するよう制御自在であるよう構成し
たから、液体冷媒９を急冷する必要のあるときは
LN₂等の液化ガスそのものを同冷媒９に流入させ
ることができるのは勿論、恒温槽８内の冷媒を所
望温度の恒温に制御しようとするときは、熱交換
器４により所定温度のガス冷媒が液体冷媒９内に
吹き込まれることになるから、これにより槽内冷
媒が充分に撹拌されることになり、従つて別途撹
拌機を付設する必要がなくなるので、恒温槽８の
有効空間を大にすることができ、また撹拌機の機
械要素が低温下にあつて故障を生じ易いといつた
問題も解消され信頼性の高い装置を提供できる。

また温度制御用液体冷媒が、配管系を介して所
定圧力により送り込まれることによつて恒温槽内
へ噴出供与されるから、LN₂等の体積流量は配管
系の抵抗により制限されることになり、従つて恒
温制御に際してのLN₂等の消費量が供給過多とい
つた原因により大となることなく、必要最少限の
消費ですむことになる。

さらに本考案では前記のように温度調節用電気
的コントローラ１６によつて電気ヒータ１３だけ
でなく、液体冷媒加熱ヒータ１８をも制御するよ
うにしたから、LN₂の流量を一定としておき電気
ヒータ１３と液体冷媒加熱ヒータ１８との双方を
同時に用いて温度制御ができることゝなり、低温
から高温までの広域な全温度範囲にわたる温度制
御が容易となつて、特に高い設定温度への制御に
際し、その応答性が極めて良好となる。

すなわち低温から高温までの全温度範囲にわた
る制御を可能としようとすれば、一般に上記熱交
換器の電気ヒータについて、その容量を増大すれ
ばよいことになるが、このような手段によれば容
量の増大に伴ない、熱交換器も大型化してしまう
ばかりか、温度の微調整が不可能となつてしまう
のであり、かゝる欠陥を嫌い熱交換器に小型のも
のを用い、しかも広域温度範囲を得ようとすれ
ば、液体窒素等による液化ガスの液量を変化させ
なければならなくなり、これでは設定温度への恒
温制御が極めて困難となるわけであるが、本考案
では上記のように電気ヒータ１３のみに依存する
ことなく、温度センサ１７により電気ヒータ１３
と液体冷媒加熱ヒータ１８とを同時に稼動し得る
ようにしたので、上述の如き難点を悉く解消する
ことができたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本案装置の一実施例を示す一部切欠の
配管系統図、第２、第３図は同装置の恒温槽下部
を示した異種実施例による縦断側面図である。 １……温度制御用液体冷媒源、２……供給口、
４……熱交換器、５……導入口、６……放出口、
８……恒温槽、９……液体冷媒、１０……放出端
管、１３……電気ヒータ、１６……温度調節用電
気的コントローラ、１７……温度センサ、１８…
…液体冷媒加熱ヒータ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 所望液体冷媒を収納した恒温槽内に温度センサ
   と、液体冷媒加熱ヒータと、温度制御用冷媒を上
   記液体冷媒中に噴出させる放出端管とを装入し、
   上記温度制御用冷媒である液体窒素、液体炭酸ガ
   ス等が収納された温度制御用液体冷媒源の供給口
   と熱交換器の導入口とを、所定の温度制御用冷媒
   供給量が得られるよう連結すると共に、同交換器
   の放出口を前記放出端管と連結し、この熱交換器
   には温度制御用液体冷媒源から供与された液化ガ
   スの加熱ガス化に供する電気ヒータを設け、同ヒ
   ータと上記液体冷媒加熱ヒータへの夫々の給電
   が、前記温度センサの検知出力に応動する温度調
   節用電気的コントローラによつて、前記恒温槽内
   液体冷媒の温度を、当該温度調節用電気的コント
   ローラの設定恒温に保持するよう制御自在である
   極低温恒温装置。