JPH0384606A - 極低温流体用流量調節バルブ - Google Patents
極低温流体用流量調節バルブInfo
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- JPH0384606A JPH0384606A JP22226989A JP22226989A JPH0384606A JP H0384606 A JPH0384606 A JP H0384606A JP 22226989 A JP22226989 A JP 22226989A JP 22226989 A JP22226989 A JP 22226989A JP H0384606 A JPH0384606 A JP H0384606A
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- flow rate
- flow
- cryogenic fluid
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、極低温流体用流量調節バルブに関する。
（従来の技術）
極低温流体を冷媒とする装置、例えば超臨界圧ヘリウム
等の極低温流体を冷媒とする強制冷却型超電導コイル装
置においては、超電導線と一体化した複数の並列型流路
が配設され、超電導コイルを所定極低温に維持すべく、
流量を適切に調節しながら該流路の中に冷媒を通す必要
がある。
等の極低温流体を冷媒とする強制冷却型超電導コイル装
置においては、超電導線と一体化した複数の並列型流路
が配設され、超電導コイルを所定極低温に維持すべく、
流量を適切に調節しながら該流路の中に冷媒を通す必要
がある。
従来においては、かかる冷媒の流量調節は通常の作動弁
の弁開度の変化によってなされていた。
の弁開度の変化によってなされていた。
しかしながら、かかる従来の極低温流体流量調整弁は、
使用温度条件に起因する様々な問題を避けるべく、構造
が複雑で且つ設置占有空間が大きく、それによって装置
自体が複雑且つ大きなものとなっていた。
使用温度条件に起因する様々な問題を避けるべく、構造
が複雑で且つ設置占有空間が大きく、それによって装置
自体が複雑且つ大きなものとなっていた。
（発明が解決しようとする課題）
本発明は、かかる従来の極低温流体の流量調節用作動弁
における問題点を解消した、極めて簡便な極低温流体用
流量調節バルブを提供することを目的とする。
における問題点を解消した、極めて簡便な極低温流体用
流量調節バルブを提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段）・
上記目的を達成すべく、本発明の極低温流体用流量調節
バルブにおいては、管の外周若しくは内部に、流量計の
出力に応じてＯＮ、ＯＦＦ自在になされた加熱ヒーター
が配設された極低温流体を流すための管から極低温流体
用流量調節バルブを構成している。
バルブにおいては、管の外周若しくは内部に、流量計の
出力に応じてＯＮ、ＯＦＦ自在になされた加熱ヒーター
が配設された極低温流体を流すための管から極低温流体
用流量調節バルブを構成している。
（作用）
本発明のバルブは、冷媒流通用の管の外周若しくは内部
に配設されたヒーターによって冷媒を加熱膨張させ、こ
れによって生ずる加速圧損の大きさを調整することによ
り極低温流体の流量を調整するという考え方によるもの
である。すなわち、本発明のパルプは、従来の流量調整
弁のように弁開度の変化の如き形状因子の変更の度合に
よって流量調節を行うものではなく、冷媒を直接加熱す
ることによって冷媒密度を変化させて流量調節を行うも
のである。
に配設されたヒーターによって冷媒を加熱膨張させ、こ
れによって生ずる加速圧損の大きさを調整することによ
り極低温流体の流量を調整するという考え方によるもの
である。すなわち、本発明のパルプは、従来の流量調整
弁のように弁開度の変化の如き形状因子の変更の度合に
よって流量調節を行うものではなく、冷媒を直接加熱す
ることによって冷媒密度を変化させて流量調節を行うも
のである。
本発明において応用する加速圧損の原理について簡単に
説明する。
説明する。
第１図及び第２図は、各々、本発明の流量調節パルプの
ＯＮ状態及びＯＦＦ状態を示す概念図である。図中、ｍ
は冷媒の質量流量（ｋｇ／ｓ）、ρは冷媒密度（ｋｇ／
ｍ３）、Ｐは圧力（Ｐａ）、Ｔは温度（Ｋ）、Ｌは流路
の長さ（Ｉｌｌ）を示す。また、サフィックスｌ及び２
は各々流路内での状態変化前と変化後を表し、ＯＮ及び
ＯＦＦはパルプのＯＮ状態及びＯＦＦ状態を表し、ａ、
ｂ、ｃは流路内でのヒーターの前、中、後の位置を表す
。従って、Ｌ、は極低温流体装置に入口から流量調節バ
ルブの入口までの流路長を表し、Ｌｂは流量調節バルブ
の入口から出口までの流路長を表し、Ｌｃは流量調節バ
ルブの出口から流路出口までの流路長を表す。尚、複数
の平行流路を共通流路で併合したような流路系において
は、Ｌ、は流量調節バルブの出口から共通流路の入口ま
での長さを表す。
ＯＮ状態及びＯＦＦ状態を示す概念図である。図中、ｍ
は冷媒の質量流量（ｋｇ／ｓ）、ρは冷媒密度（ｋｇ／
ｍ３）、Ｐは圧力（Ｐａ）、Ｔは温度（Ｋ）、Ｌは流路
の長さ（Ｉｌｌ）を示す。また、サフィックスｌ及び２
は各々流路内での状態変化前と変化後を表し、ＯＮ及び
ＯＦＦはパルプのＯＮ状態及びＯＦＦ状態を表し、ａ、
ｂ、ｃは流路内でのヒーターの前、中、後の位置を表す
。従って、Ｌ、は極低温流体装置に入口から流量調節バ
ルブの入口までの流路長を表し、Ｌｂは流量調節バルブ
の入口から出口までの流路長を表し、Ｌｃは流量調節バ
ルブの出口から流路出口までの流路長を表す。尚、複数
の平行流路を共通流路で併合したような流路系において
は、Ｌ、は流量調節バルブの出口から共通流路の入口ま
での長さを表す。
状態ｌと２との間において次の関係が成り立つ。
Ｐ＋＞ Ｐ ２． Ｐ ｒ＞ Ｐ ２．Ｔ Ｉ＜７２
Ｌ＝Ｌ、＋Ｌ、＋Ｌ。
Ｌ＝Ｌ、＋Ｌ、＋Ｌ。
更に、状Ｍｌと２との圧力差は、摩擦圧損係数をｆ１質
量流速をＧ （ｋｇ／ｍ”・Ｓ）、流路の直径をＤ（ｍ
）、流路の断面積をＳ （ｍ”）とすると、パルプＯＦ
Ｆ状態では、 Ｇ ｏｐｌｍ ＯＦＦ／ Ｓ で表すことができ、 バルブＯＮの状態では、 Ｇ ＯＮ＝ふ。）ｌ／Ｓ と表わされ、 ここで、 Ｐ＋＞ρｂ０）〉ρ２→ρｂ−（／’＋＋ρｚ）／ ２
− ｃｏｎｓｉ。
量流速をＧ （ｋｇ／ｍ”・Ｓ）、流路の直径をＤ（ｍ
）、流路の断面積をＳ （ｍ”）とすると、パルプＯＦ
Ｆ状態では、 Ｇ ｏｐｌｍ ＯＦＦ／ Ｓ で表すことができ、 バルブＯＮの状態では、 Ｇ ＯＮ＝ふ。）ｌ／Ｓ と表わされ、 ここで、 Ｐ＋＞ρｂ０）〉ρ２→ρｂ−（／’＋＋ρｚ）／ ２
− ｃｏｎｓｉ。
と仮定すると、
結局
と表わされる。
従って、
ｆ＝ｆ、＝ｆ、＝ｆ。
とすれば、
（１）、（２）
式より、
となる。
（３）式が流量調節バルブによる流量変化を表わす。
ま Ｉこ 、
加熱ヒータにおける所要加熱量Ｑ（Ｗ）は、Ｑ＝ふ。ｔ
ｐ （ｈ ２（Ｐ ｚ。
ｐ （ｈ ２（Ｐ ｚ。
Ｔ ２）−ｈ ＋（Ｐ ＋。
Ｔ１））
＝ 晶。Ｆ−［ＣｐΔＴ＋（（１−βＴ、）△Ｐ／ρ１
）１（４） で与えられる。
）１（４） で与えられる。
ここで、
ΔＴ＝７２−Ｔ、、
ΔＰ”Ｐｚ−Ｐ＋と表
わす。
また、式中、ｈは冷媒のエンタルピー（１７ｋｇ）、Ｃ
１は冷媒の定圧比熱（Ｊ／ｋｇＫ）、βは冷媒の膨張係
数（１／Ｋ）を表わす。
１は冷媒の定圧比熱（Ｊ／ｋｇＫ）、βは冷媒の膨張係
数（１／Ｋ）を表わす。
第３図は、バルブの前後における状態の変化を示すグラ
フである。
フである。
以上から明らかなように、所定の流量調節バルブの長さ
及び加熱ヒータの長さに対して、加熱程度を適宜調整す
ることにより、冷媒の流量を調節することができる。実
際的な流量制御としては、循環流路の一部に流量計を配
設し、該流量計の出力を適当な制御装置（Ｆ Ｉ Ｃ（
Ｆｌｏｗ ＩｎｄｉｃａｔｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
） ）を介して加熱ヒーターの電源に接続して、加熱ヒ
ーターを冷媒の流量に応じて０Ｎ１０ＦＦ制御すること
により自動的に流量調節することができる。
及び加熱ヒータの長さに対して、加熱程度を適宜調整す
ることにより、冷媒の流量を調節することができる。実
際的な流量制御としては、循環流路の一部に流量計を配
設し、該流量計の出力を適当な制御装置（Ｆ Ｉ Ｃ（
Ｆｌｏｗ ＩｎｄｉｃａｔｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
） ）を介して加熱ヒーターの電源に接続して、加熱ヒ
ーターを冷媒の流量に応じて０Ｎ１０ＦＦ制御すること
により自動的に流量調節することができる。
次に、図面を参照しつつ本発明の流量調節バルブを更に
詳しく説明する。
詳しく説明する。
（実施例）
実施例１
第４図は、本発明の極低温流体用流量調節バルブの実施
例を示す。
例を示す。
図中、１は極低温流体がその中を流れるための流路管で
あり、肢管の外周には加熱ヒーター２が１ｍの長さに亘
って巻装されている。加熱ヒーター２は４本の線径０．
２ｍｍのクロメル線（２３Ω／ｍａｋ ＲＴ、絶縁被覆
付き）からなるコイルによって形成されている。加熱ヒ
ーター２は、その周囲に巻装されたガラスクロス３によ
って固定され、更にその上には熱輻射シールド４が巻装
されて熱的に遮蔽されている。加熱ヒーター２は、ヒー
ター電源に接続されてこれから電流を供給される。ヒー
ター電源には制御装置が接続されており、制御装置には
流量計が接続されている。このように接続されることに
よって、加熱ヒーター２は流量計の出力に応じて自在に
ＯＮ、ＯＦＦできるようになされている。また、肢管は
内径が１．７７５ｍｍ、外径が３．１７５ｍｍのステン
レス管によって構成されている。このように構成された
本発明の流量調節バルブを、例えば超電導コイル装置等
の低温冷媒を用いる装置の冷媒流通管の一部に配設する
と、上記の如き原理により冷媒の流量を適切且つ簡便に
調節することができる。
あり、肢管の外周には加熱ヒーター２が１ｍの長さに亘
って巻装されている。加熱ヒーター２は４本の線径０．
２ｍｍのクロメル線（２３Ω／ｍａｋ ＲＴ、絶縁被覆
付き）からなるコイルによって形成されている。加熱ヒ
ーター２は、その周囲に巻装されたガラスクロス３によ
って固定され、更にその上には熱輻射シールド４が巻装
されて熱的に遮蔽されている。加熱ヒーター２は、ヒー
ター電源に接続されてこれから電流を供給される。ヒー
ター電源には制御装置が接続されており、制御装置には
流量計が接続されている。このように接続されることに
よって、加熱ヒーター２は流量計の出力に応じて自在に
ＯＮ、ＯＦＦできるようになされている。また、肢管は
内径が１．７７５ｍｍ、外径が３．１７５ｍｍのステン
レス管によって構成されている。このように構成された
本発明の流量調節バルブを、例えば超電導コイル装置等
の低温冷媒を用いる装置の冷媒流通管の一部に配設する
と、上記の如き原理により冷媒の流量を適切且つ簡便に
調節することができる。
流量制御実験
上記の流量調節バルブを用いて流量制御の評価をした。
第５図は、本発明の流量調節バルブを便宜上簡略化して
示した図である。
示した図である。
図中、Ｔ、Ｔ、は温度計測部、Ｐ１〜Ｐ３は圧力計測部
、ΔＰは差圧による流量計測部を表す。
、ΔＰは差圧による流量計測部を表す。
実験結果を表１に示す。
表 １
表から明らかなように、計算結果と実験結果とが極めて
よく一致しており、本発明の流量調節バルブにより所望
どおりの流量調節ができることがわかる。
よく一致しており、本発明の流量調節バルブにより所望
どおりの流量調節ができることがわかる。
また、第６図は、該パルプの応答特性を示すグラフであ
り、約１５秒で流量調節が完了できることがわかる。
り、約１５秒で流量調節が完了できることがわかる。
更に、本発明の流量調節バルブを実際の冷媒使用装置に
使用する態様を説明する。第７ｒｓ！Ｊは、本発明の流
量調節バルブを、強制循環型超電導コイル装置に使用し
た場合の例を示すブロック図である。
使用する態様を説明する。第７ｒｓ！Ｊは、本発明の流
量調節バルブを、強制循環型超電導コイル装置に使用し
た場合の例を示すブロック図である。
該超電導コイル装置は、３つの流路一体型超電導体から
なり、従って、３つの超電導コイル３は、各々、別個の
流路４内に配設され、これらの流路が合流して装置全体
の循環流路をなしている。該循環流路内には、冷媒とし
ての超臨界圧ヘリウムが還流される。各流路４の一部に
は、本発明の極低温流体用流量調節バルブ５及び流量計
６が各々配設されている。流量調節バルブ５の加熱ヒー
ターの電源は、上記ＦＩＣを介して流量計６の出力に接
続され、流量調節バルブの加熱ヒーターが流量計の出力
に応じてＯＮ１０ Ｆ Ｆ制御される。この結果、流量
調節バルブ５の上流と下流との間に圧力損失が起こり、
超電導コイル３に供給される超臨界圧ヘリウムの流量が
調節される。
なり、従って、３つの超電導コイル３は、各々、別個の
流路４内に配設され、これらの流路が合流して装置全体
の循環流路をなしている。該循環流路内には、冷媒とし
ての超臨界圧ヘリウムが還流される。各流路４の一部に
は、本発明の極低温流体用流量調節バルブ５及び流量計
６が各々配設されている。流量調節バルブ５の加熱ヒー
ターの電源は、上記ＦＩＣを介して流量計６の出力に接
続され、流量調節バルブの加熱ヒーターが流量計の出力
に応じてＯＮ１０ Ｆ Ｆ制御される。この結果、流量
調節バルブ５の上流と下流との間に圧力損失が起こり、
超電導コイル３に供給される超臨界圧ヘリウムの流量が
調節される。
実施例２
第８図は、本発明の流量調節バルブの別の実施例を示す
。この実施例においては、加熱ヒーター２が流路管ｌ内
に直に配設されている。流路ｖｌから加熱ヒーター２を
取り出す場所は低温ハーメチックシールによってシール
されている。また、実施例１と同様に流路管１の外側は
熱輻射シールド４によって熱的に遮蔽されている。この
実施例のように、ヒーターを直接流体内に設置した場合
には少量の入力で流体物性を変化させ易く、また、流体
内におけるヒーターの容積は僅かであるため、流体に対
する圧力損失はほぼ無視できる。
。この実施例においては、加熱ヒーター２が流路管ｌ内
に直に配設されている。流路ｖｌから加熱ヒーター２を
取り出す場所は低温ハーメチックシールによってシール
されている。また、実施例１と同様に流路管１の外側は
熱輻射シールド４によって熱的に遮蔽されている。この
実施例のように、ヒーターを直接流体内に設置した場合
には少量の入力で流体物性を変化させ易く、また、流体
内におけるヒーターの容積は僅かであるため、流体に対
する圧力損失はほぼ無視できる。
（発明の効果）
以上に説明したように、本発明による極低温流体用流量
調節バルブは、外周若しくは内部に、流量計の出力に応
じてＯＮ、ＯＦＦ自在になされた加熱ヒーターが配設さ
れた極低温流体を流すための管のみから構成されている
ので、構造が極めて簡単であり、システムの設計、施工
上の自由度が増し、利用価値が極めて大である。
調節バルブは、外周若しくは内部に、流量計の出力に応
じてＯＮ、ＯＦＦ自在になされた加熱ヒーターが配設さ
れた極低温流体を流すための管のみから構成されている
ので、構造が極めて簡単であり、システムの設計、施工
上の自由度が増し、利用価値が極めて大である。
第１図および第２図は、本発明の流量調節バルブのＯＮ
状態及びＯＦＦ状態を各々示す簡略図であり、第３図は
、本発明の流量調節バルブ内での状態の変化を示すグラ
フであり、 第４図は、本発明の極低温流体用流量調節バルブの一実
施例を示す図であり、 第５図は、第４図に示す本発明の流量調節バルブを便宜
上簡略化して示した図であり、第６図は、本発明の流量
調節バルブの応答特性を示すグラフであり、 第７図は、本発明の流量調節バルブを強制循環型超電導
コイル装置に使用した場合の例を示すブロック図であり
、 第８図は、本発明の極低温流体用流量調節バルブの別の
実施例を示す図である。
状態及びＯＦＦ状態を各々示す簡略図であり、第３図は
、本発明の流量調節バルブ内での状態の変化を示すグラ
フであり、 第４図は、本発明の極低温流体用流量調節バルブの一実
施例を示す図であり、 第５図は、第４図に示す本発明の流量調節バルブを便宜
上簡略化して示した図であり、第６図は、本発明の流量
調節バルブの応答特性を示すグラフであり、 第７図は、本発明の流量調節バルブを強制循環型超電導
コイル装置に使用した場合の例を示すブロック図であり
、 第８図は、本発明の極低温流体用流量調節バルブの別の
実施例を示す図である。
Claims (1)
- 外周若しくは内部に、流量計の出力に応じてＯＮ、Ｏ
ＦＦ自在になされた加熱ヒーターが配設された極低温流
体を流すための管からなる極低温流体用流量調節バルブ
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1222269A JP2732538B2 (ja) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | 極低温ヘリウム用流量調節バルブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1222269A JP2732538B2 (ja) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | 極低温ヘリウム用流量調節バルブ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0384606A true JPH0384606A (ja) | 1991-04-10 |
| JP2732538B2 JP2732538B2 (ja) | 1998-03-30 |
Family
ID=16779739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1222269A Expired - Lifetime JP2732538B2 (ja) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | 極低温ヘリウム用流量調節バルブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2732538B2 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51102226A (ja) * | 1975-03-06 | 1976-09-09 | Sumitomo Electric Industries | Ryuryochosetsusochi |
| JPS5965318A (ja) * | 1982-10-05 | 1984-04-13 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 液体金属ナトリウムの流量制御方法 |
| JPS6472927A (en) * | 1987-09-11 | 1989-03-17 | Hoya Corp | Flow controller for molten glass |
-
1989
- 1989-08-29 JP JP1222269A patent/JP2732538B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51102226A (ja) * | 1975-03-06 | 1976-09-09 | Sumitomo Electric Industries | Ryuryochosetsusochi |
| JPS5965318A (ja) * | 1982-10-05 | 1984-04-13 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 液体金属ナトリウムの流量制御方法 |
| JPS6472927A (en) * | 1987-09-11 | 1989-03-17 | Hoya Corp | Flow controller for molten glass |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2732538B2 (ja) | 1998-03-30 |
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