JPH09107131A - Pressurized superfluid cryostat - Google Patents

Pressurized superfluid cryostat

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JPH09107131A
JPH09107131A JP7262981A JP26298195A JPH09107131A JP H09107131 A JPH09107131 A JP H09107131A JP 7262981 A JP7262981 A JP 7262981A JP 26298195 A JP26298195 A JP 26298195A JP H09107131 A JPH09107131 A JP H09107131A
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JP
Japan
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tank
helium
superfluid
pressurized
saturated
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP7262981A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Ito
聡 伊藤
Mutsuro Ogawa
睦郎 小川
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空断熱容器内に、連通管路を介して連通さ
せた飽和ヘリウム槽および加圧超流動槽と、該加圧超流
動槽内の液体ヘリウムを冷却して超流動ヘリウムにする
熱交換器とを配置してなる構成において、その全高を大
幅に低くすることができて、よって装置構成のコンパク
ト化および設備コストの低減が図れる制加圧超流動クラ
イオスタットを提供する。 【解決手段】 真空断熱容器(1) 内に、それぞれが中空
円環筒状に形成された加圧超流動槽(2) 、飽和ヘリウム
槽(3) および液体窒素槽(4) を、内側から順次に同心円
状に配置し、かつ外部の液体ヘリウム供給源(11)と飽和
ヘリウム槽(3) を接続する断熱管路(10)にヘリウムガス
ボンベ(13)を分岐接続する一方、飽和ヘリウム槽(3) と
加圧超流動槽(2) を連通する連通管路(5) に、大気圧以
上の設定作動圧で順逆に作動する逆止弁とされた供給弁
(5a)と圧力放出弁(5b)を分岐並列して介装してなる構成
とする。
(57) 【Abstract】 PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a saturated helium tank and a pressurized superfluid tank which are communicated with each other through a communication pipe in a vacuum heat insulation container, and to cool liquid helium in the pressurized superfluid tank to superconduct. (EN) Provided is a pressure-controlled superfluid cryostat in which the total height can be significantly reduced in a configuration in which a heat exchanger for changing to fluid helium is arranged, and thus the apparatus configuration can be made compact and equipment costs can be reduced. . SOLUTION: Inside a vacuum heat insulation container (1), a pressurized superfluid tank (2), a saturated helium tank (3) and a liquid nitrogen tank (4) each formed in a hollow annular cylinder are installed from inside. A helium gas cylinder (13) is branched and connected to an adiabatic conduit (10) that is sequentially arranged concentrically and that connects an external liquid helium supply source (11) and a saturated helium tank (3), while a saturated helium tank ( In the communication conduit (5) that connects the 3) and the pressurized superfluid tank (2), the supply valve is a check valve that operates in reverse at the set operating pressure above atmospheric pressure.
(5a) and the pressure release valve (5b) are arranged in parallel in a branch manner.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超流動ヘリウム発
生装置に関わり、特に超電導マグネットの冷却に加圧超
流動ヘリウム(非飽和超流動ヘリウム)を用いる加圧超
流動クライオスタットに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superfluid helium generator, and more particularly to a pressurized superfluid cryostat using pressurized superfluid helium (unsaturated superfluid helium) for cooling a superconducting magnet.

【0002】[0002]

【従来の技術】超電導マグネットを超電導状態で使用す
る際には、運転温度をできるだけ低く設定することで、
該マグネットの超電導線材のIc(臨界電流値)を向上
させ、より高磁場を発生することができる。また、極低
温を得るには一般に液体ヘリウムが用いられるが、近年
では、超電導マグネットの冷却に用いるものとして、通
常の液体ヘリウム、つまり4.2K程度の常流動ヘリウム
を、ある圧力条件下でλ点(2.17K) 以下の温度まで冷却
してなる超流動ヘリウムが注目されている。この超流動
ヘリウムは、非常に高い熱伝導性を有し、極低温におい
て達成される温度範囲およびその熱伝達特性のいずれに
おいても有利な特性を発揮する。
2. Description of the Related Art When using a superconducting magnet in a superconducting state, it is necessary to set the operating temperature as low as possible.
It is possible to improve the Ic (critical current value) of the superconducting wire of the magnet and generate a higher magnetic field. Liquid helium is generally used to obtain extremely low temperatures, but in recent years, as liquid coolant used for cooling superconducting magnets, normal liquid helium, that is, normal-flow helium at 4.2 K or so, is used at a λ point under certain pressure conditions. Superfluid helium, which is cooled to a temperature below (2.17K), is attracting attention. This superfluid helium has a very high thermal conductivity and exhibits advantageous properties both in the temperature range achieved at cryogenic temperatures and in its heat transfer properties.

【0003】ここで、このような超流動ヘリウムを発生
・保持して超電導マグネットを冷却する装置が、超流動
ヘリウム冷却型のクライオスタットである。そして、従
前では、常流動ヘリウムを、38torr以下の減圧下でλ点
以下の温度まで冷却することで、飽和超流動ヘリウムを
発生させて保持する超流動ヘリウム発生装置が検討され
てきたが、飽和超流動ヘリウムにより超電導マグネット
を冷却する場合、マグネット温度の低下による超電導線
材のIcの向上は期待できるが、減圧雰囲気下での放電
電圧低下や熱流束の低下を伴う等、いくつかの技術的問
題が派生し、これらに対処するための付加設備が必要に
なることより実際の応用範囲がかなり制約されていた。
そこで、それらの点に検討が加えられ、例えば、特公昭
60−4121号、特公昭62−1275号、米国特許 5,220,800等
に開示されているように、常流動ヘリウムを、大気圧よ
りも高い圧力下でλ点以下の温度まで冷却することで、
加圧超流動ヘリウム(非飽和超流動ヘリウム)を発生さ
せて保持する装置が開発されている。これら装置により
発生された加圧超流動ヘリウム中において超電導マグネ
ット運転すると、放電電圧の低下防止や加圧超流動ヘリ
ウム中の熱流束を最大化でき、かつ超電導マグネットへ
の電流供給用のリード線に特殊な絶縁/放電防止を施す
ことなく、該超電導マグネットの発熱除去も効率的に行
うことができる。
An apparatus for generating and holding such superfluid helium to cool the superconducting magnet is a superfluid helium cooling type cryostat. And, in the past, superfluid helium generator that generates and retains saturated superfluid helium by cooling normal fluid helium to a temperature of λ point or less under reduced pressure of 38 torr or less has been studied. When the superconducting magnet is cooled by superfluid helium, it is expected that the Ic of the superconducting wire will be improved by lowering the magnet temperature, but there are some technical problems such as a decrease in discharge voltage and a decrease in heat flux under a reduced pressure atmosphere. However, the actual application range was considerably restricted by the need for additional equipment to deal with these.
Therefore, consideration was added to those points.
As disclosed in 60-4121, JP-B-62-1275, U.S. Pat. No. 5,220,800 and the like, by cooling the normal-flowing helium to a temperature of λ point or less under a pressure higher than atmospheric pressure,
Devices have been developed to generate and hold pressurized superfluid helium (unsaturated superfluid helium). When the superconducting magnet is operated in the pressurized superfluid helium generated by these devices, the discharge voltage can be prevented from lowering and the heat flux in the pressurized superfluid helium can be maximized, and the lead wire for supplying current to the superconducting magnet can be used. The heat generation of the superconducting magnet can be efficiently removed without applying special insulation / discharge prevention.

【0004】これら従来技術によるクライオスタットの
基本的な構成を〔図3〕を用いて説明する。〔図3〕に
示す加圧超流動ヘリウム冷却型のクライオスタット(以
下、加圧超流動クライオスタットと呼ぶ)では、真空断
熱容器(21)内に、液体ヘリウムを収容する飽和ヘリウム
槽(22)と加圧超流動槽(23)とを上下に配置すると共に、
バルブ方式の供給弁(24a) を介装した連通管路(24)(ま
たは、キャピラリ)を介して上方の飽和ヘリウム槽(22)
と下方の加圧超流動槽(23)とを連通させ、これにより加
圧超流動槽(23)内の液体ヘリウムを大気圧以上の圧力に
保持する。また、加圧超流動槽(23)の上部(外側部ない
しは内部)には、飽和ヘリウム槽(22)内の液体ヘリウム
を気化しその気化熱によって加圧超流動槽(23)内の液体
ヘリウムを冷却する熱交換器(25)を配しており、この構
成のもとで、加圧超流動槽(23)内に加圧超流動ヘリウム
を発生させて保持し、該加圧超流動槽(23)の内底部に配
置した超電導マグネット(26)を冷却するものとされてい
る。なお、同図において、(24b) は放出弁、 (25a)はジ
ュールトムソン弁、(27)は排気ポンプ、(28)は液体窒素
槽、(29)はインサートデュワーである。
The basic configuration of these conventional cryostats will be described with reference to FIG. In a cryostat of a pressurized superfluid helium cooling type shown in FIG. 3 (hereinafter referred to as a pressurized superfluid cryostat), a saturated helium tank (22) accommodating liquid helium is added to a vacuum heat insulation container (21). The pressure superfluid tank (23) is arranged vertically, and
Saturated helium tank (22) above via a conduit (24) (or capillary) with a valve-type supply valve (24a)
And the lower pressurized superfluid tank (23) are communicated with each other, whereby liquid helium in the pressurized superfluid tank (23) is maintained at a pressure equal to or higher than atmospheric pressure. In addition, liquid helium in the saturated helium tank (22) is vaporized in the upper part (outer side or inside) of the pressurized superfluid tank (23), and the heat of vaporization causes the liquid helium in the pressurized superfluid tank (23) to be evaporated. A heat exchanger (25) for cooling the above is arranged, and under this configuration, pressurized superfluid helium is generated and held in the pressurized superfluid tank (23), It is supposed that the superconducting magnet (26) arranged at the inner bottom of (23) is cooled. In the figure, (24b) is a discharge valve, (25a) is a Joule-Thomson valve, (27) is an exhaust pump, (28) is a liquid nitrogen tank, and (29) is an insert dewar.

【0005】〔図3〕に例示したように、従来の加圧超
流動クライオスタットにおいては、加圧超流動槽(23)へ
の液体ヘリウムの供給は、上記供給弁(24a) を解放する
か、常時連通するキャピラリ等によって行われるため、
加圧超流動槽(23)内の圧力は、上部の飽和ヘリウム槽(2
2)の液面以下の液柱によるヘッド圧と大気圧との合計値
となっており、これにより加圧超流動槽(23)内の液体ヘ
リウムを大気圧以上の圧力に保持して、加圧超流動ヘリ
ウムを発生させる。なお、連通管路(24)の放出弁(24b)
は、超電導マグネット(26)のクエンチによる突発的な発
熱により加圧超流動槽(23)内の超流動ヘリウムがガス化
したときに圧力放出する目的で配置される逆止弁であ
る。
As illustrated in FIG. 3, in the conventional pressurized superfluid cryostat, the liquid helium is supplied to the pressurized superfluid tank (23) by releasing the supply valve (24a). Because it is performed by a capillary that is in constant communication,
The pressure in the pressurized superfluid tank (23) is the saturated helium tank (2
It is the sum of the head pressure and the atmospheric pressure due to the liquid column below the liquid level in 2), and this maintains the liquid helium in the pressurized superfluid tank (23) at a pressure above atmospheric pressure and Generates superfluid helium. The discharge valve (24b) of the communication line (24)
Is a check valve arranged for the purpose of releasing pressure when superfluid helium in the pressurized superfluid tank (23) is gasified by sudden heat generation due to quenching of the superconducting magnet (26).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の加
圧超流動クライオスタットにおいては、加圧超流動槽内
の圧力は飽和ヘリウム槽の液柱ヘッドでもって大気圧以
上に保持するため、飽和ヘリウム槽は加圧超流動槽より
も上方に配置する必然性がある。しかし、このような構
成を採る場合、該クライオスタットの全高は非常に高く
なり、設置場所の天井高さ下限をも制約する。また、ク
ライオスタット軸心部に磁場環境を利用した測定等を行
うインサートデュワーを配設した場合、該インサートデ
ュワー内への測定サンプル等の挿入深さが深くなり、そ
のハンドリングや治具に特殊なものが要求される。更に
また、〔図3〕に例示するように、当該加圧超流動クラ
イオスタットの深冷部への輻射入熱を遮断するために、
飽和ヘリウム槽(22)および液体窒素槽(28)それぞれの上
下部に円蓋状の液体ヘリウム温度シールド(22a) および
液体窒素温度シールド(28a) を設ける場合、それらシー
ルド(22a),(28a) は、下方の加圧超流動槽(23)を覆うよ
うに軸方向下方に延長しなければならず、その部材や組
立工数の増加に伴うコストアップの不利益を被ることに
なる。
As described above, in the conventional pressurized superfluid cryostat, the pressure in the pressurized superfluid tank is kept above the atmospheric pressure by the liquid column head of the saturated helium tank. The helium tank must be located above the pressurized superfluid tank. However, when such a configuration is adopted, the total height of the cryostat becomes extremely high, and the ceiling height lower limit of the installation place is also restricted. Further, when an insert dewar for performing measurement using a magnetic field environment is provided at the center of the cryostat, the depth of insertion of the measurement sample or the like into the insert dewar becomes deep, and special handling or jigs are required. Is required. Furthermore, as illustrated in [FIG. 3], in order to block the radiant heat input to the deep-cooled portion of the pressurized superfluid cryostat,
If a circular liquid helium temperature shield (22a) and a liquid nitrogen temperature shield (28a) are installed on the upper and lower parts of the saturated helium tank (22) and liquid nitrogen tank (28), respectively, those shields (22a), (28a) Must be extended axially downward so as to cover the pressurized superfluid tank (23) below, which incurs the disadvantage of increased cost due to an increase in the number of members and assembly steps.

【0007】本発明は、上記従来技術の問題点を解消す
るためになされたもので、加圧超流動ヘリウムを発生さ
せて超電導マグネットを臨界温度以下に冷却する本来機
能を失することなく、装置全高を大幅に低くすることが
でき、よって装置全体をコンパクト化して設備コストの
低減が図れると共に、設置場所の制約も緩和できる加圧
超流動クライオスタットを提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art. The apparatus does not lose its original function of generating pressurized superfluid helium to cool the superconducting magnet to a critical temperature or lower, and It is an object of the present invention to provide a pressurized superfluid cryostat capable of significantly reducing the overall height, thus making the entire apparatus compact and reducing the equipment cost, and relaxing the restrictions on the installation location.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下の構成とされている。すなわち、本発
明に係る加圧超流動クライオスタットは、真空断熱容器
内に、断熱管路を通して外部の供給源から送給される液
体ヘリウムを収容する飽和ヘリウム槽と、内下部に超電
導マグネットを配すると共に、供給弁を介装した連通管
路を介して前記飽和ヘリウム槽の下底部に連通され、大
気圧以上の圧力とされた液体ヘリウムを収容する加圧超
流動槽と、前記飽和ヘリウム槽内の液体ヘリウムを減圧
しその気化熱により前記加圧超流動槽内の液体ヘリウム
を冷却して超流動ヘリウムにする熱交換器とを配設して
なる加圧超流動クライオスタットにおいて、前記飽和ヘ
リウム槽が、中空円環筒状に形成されると共に、前記加
圧超流動槽を同心円状に囲繞して配置され、かつ、前記
断熱管路が、飽和ヘリウム槽内の液体ヘリウム液面に大
気圧以上の圧力を付加する加圧ヘリウムガス供給手段に
分岐接続される一方、前記連通管路の供給弁が、大気圧
以上の設定作動圧で前記加圧超流動槽方向に開に作動す
る逆止弁とされていることを特徴とする。
To achieve the above object, the present invention has the following arrangement. That is, the pressurized superfluid cryostat according to the present invention has, in a vacuum heat insulating container, a saturated helium tank containing liquid helium fed from an external supply source through a heat insulating conduit, and a superconducting magnet in the lower part. In addition, a pressurized superfluid tank which stores liquid helium at a pressure equal to or higher than atmospheric pressure, which is communicated with the lower bottom portion of the saturated helium tank through a communication conduit having a supply valve, and the saturated helium tank In the pressurized superfluid cryostat, which is provided with a heat exchanger for decompressing the liquid helium and cooling the liquid helium in the pressurized superfluid tank into superfluid helium by its heat of vaporization, the saturated helium tank Is formed in a hollow annular cylinder shape and is arranged so as to concentrically surround the pressurized superfluid tank, and the adiabatic pipeline is the atmosphere on the liquid helium liquid surface in the saturated helium tank. While being branched and connected to the pressurized helium gas supply means for applying the above pressure, the supply valve of the communication conduit is operated to open in the pressurized superfluid tank direction at a set operating pressure of atmospheric pressure or higher. It is characterized as being a valve.

【0009】また、前記飽和ヘリウム槽の下底部と加圧
超流動槽とが圧力放出弁を介装した連通管路を介して連
通され、かつその圧力放出弁が、大気圧以上の設定作動
圧で前記飽和ヘリウム槽方向に開に作動する逆止弁とさ
れて良い。
Further, the lower bottom portion of the saturated helium tank and the pressurized superfluid tank are communicated with each other through a communication pipe line provided with a pressure release valve, and the pressure release valve has a working pressure equal to or higher than atmospheric pressure. Thus, the check valve may be operated so as to open toward the saturated helium tank.

【0010】また、前記供給弁と圧力放出弁が、前記飽
和ヘリウム槽の下底部と加圧超流動槽とを連通する共通
の連通管路に分岐並列して介装されていても良い。
Further, the supply valve and the pressure release valve may be branched and installed in parallel in a common communication line that connects the lower bottom portion of the saturated helium tank and the pressurized superfluid tank.

【0011】また、前記真空断熱容器内に、中空円環筒
状に形成され、その内部に液体窒素を収容する液体窒素
槽が、前記飽和ヘリウム槽を同心円状に囲繞して配置さ
れていても良い。
Further, a liquid nitrogen tank, which is formed in the shape of a hollow annular cylinder and contains liquid nitrogen therein, is arranged in the vacuum heat insulating container so as to concentrically surround the saturated helium tank. good.

【0012】また、前記飽和ヘリウム槽の上部および下
部に、内側の加圧超流動槽を覆う円蓋状の液体ヘリウム
温度シールドが設けられると共に、前記液体窒素槽の上
部および下部に、内側の飽和ヘリウム槽を覆う円蓋状の
液体窒素温度シールドが設けられていても良い。
Further, liquid helium temperature shields in the shape of a fork covering the inner pressurized superfluid tank are provided on the upper and lower parts of the saturated helium tank, and an inner saturated helium temperature shield is provided on the upper and lower parts of the liquid nitrogen tank. A dome-shaped liquid nitrogen temperature shield that covers the helium tank may be provided.

【0013】また、前記加圧超流動槽が中空円環筒状に
形成されると共に、この加圧超流動槽の内側軸心部に、
液体ヘリウムを内部に収容した円筒状のインサートデュ
ワーが配置されていても良い。
Further, the pressurized superfluid tank is formed in the shape of a hollow circular cylinder, and the inner axial center portion of the pressurized superfluid tank is
A cylindrical insert dewar containing liquid helium may be arranged.

【0014】本発明の加圧超流動クライオスタットで
は、前記従来技術のように飽和ヘリウム槽を加圧超流動
槽の上方に位置させて配置するのではなく、飽和ヘリウ
ム槽を中空円環筒状に形成すると共に、加圧超流動槽を
同心円状に囲繞して配置するので、両槽が同じ高さとな
るように配して、当該クライオスタットの全高を大幅に
低くすることができる。また、外部の供給源からの液体
ヘリウムを断熱管路を通して送給し、飽和ヘリウム槽お
よび加圧超流動槽に充填すると共に、その断熱管路に分
岐接続した加圧ヘリウムガス供給手段により飽和ヘリウ
ム槽の液体ヘリウム液面に大気圧以上の圧力を付加する
ことで、加圧超流動槽内の液体ヘリウムを大気圧以上と
し、かつ熱交換器によりλ点以下の温度まで冷却するこ
とで、この加圧超流動槽内に加圧超流動ヘリウムを発生
させて、該加圧超流動槽の内底部に配置した超電導マグ
ネットを冷却することができる。
In the pressurized superfluid cryostat of the present invention, the saturated helium tank is not disposed above the pressurized superfluid tank as in the prior art, but the saturated helium tank is formed into a hollow annular cylindrical shape. Since the pressurized superfluid tanks are concentrically surrounded and arranged while being formed, both tanks can be arranged so as to have the same height, and the total height of the cryostat can be significantly reduced. Further, liquid helium from an external supply source is fed through an adiabatic pipeline to fill the saturated helium tank and pressurized superfluid tank, and saturated helium is supplied by a pressurized helium gas supply means branched and connected to the adiabatic pipeline. By applying a pressure above atmospheric pressure to the liquid helium surface of the tank, the liquid helium in the pressurized superfluid tank is heated above atmospheric pressure and cooled by a heat exchanger to a temperature below the λ point. By generating pressurized superfluid helium in the pressurized superfluid tank, the superconducting magnet arranged at the inner bottom of the pressurized superfluid tank can be cooled.

【0015】ここで、飽和ヘリウム槽から加圧超流動槽
への液体ヘリウムの充填は、連通管路の供給弁を通して
行われる。そして、飽和ヘリウム槽と加圧超流動槽とが
同高さに配されていることから、初期充填時において
は、加圧超流動槽の液体ヘリウム液面が飽和ヘリウム槽
の液体ヘリウム液面と同レベルになるレベルまでしか充
填できないが、熱交換器にて冷却される段階で加圧超流
動槽内が若干の負圧になることで、液体ヘリウム液面が
加圧超流動槽内の頂部に達する全体に充填される。一
方、飽和ヘリウム槽の液面に大気圧以上の圧力が付加さ
れ、かつ連通管路の供給弁が大気圧以上の設定作動圧で
加圧超流動槽方向に開に作動する逆止弁とされているの
で、加圧超流動槽内の液体ヘリウムは大気圧以上の圧力
で充填・保持される。すなわち、飽和ヘリウム槽と加圧
超流動槽を連通する連通管路の供給弁を逆止弁とするこ
とで、液体ヘリウムの初期充填時において、飽和ヘリウ
ム槽の液体ヘリウム液面に大気圧以上の圧力を付加する
だけで、加圧超流動槽に液体ヘリウムを大気圧以上の圧
力で充填・保持でき、よって飽和ヘリウム槽と加圧超流
動槽とを同心円状に、かつ両槽が同じ高さとなるよう配
置した構成のもとで、その加圧超流動槽内に加圧超流動
ヘリウムを発生させることができる。
Here, the filling of liquid helium from the saturated helium tank to the pressurized superfluid tank is carried out through the supply valve of the communication conduit. And, since the saturated helium tank and the pressurized superfluid tank are arranged at the same height, at the time of initial filling, the liquid helium liquid level of the pressurized superfluid tank is the same as the liquid helium liquid level of the saturated helium tank. Although it can be filled only to the same level, the liquid helium liquid level becomes the top of the pressurized superfluid tank due to a slight negative pressure in the pressurized superfluid tank when it is cooled by the heat exchanger. Reaching the whole is filled. On the other hand, a pressure above atmospheric pressure is applied to the liquid surface of the saturated helium tank, and the supply valve in the communication line is a check valve that opens to the pressurized superfluid tank at a set operating pressure above atmospheric pressure. Therefore, the liquid helium in the pressurized superfluid tank is filled and held at a pressure higher than atmospheric pressure. That is, by making the supply valve of the communication line connecting the saturated helium tank and the pressurized superfluid tank a check valve, at the time of the initial filling of liquid helium, the liquid helium liquid level in the saturated helium tank is kept at an atmospheric pressure or higher. By simply applying pressure, the pressurized superfluid tank can be filled and held with liquid helium at a pressure higher than atmospheric pressure, so that the saturated helium tank and the pressurized superfluid tank are concentric and both tanks have the same height. With the configuration arranged as described above, pressurized superfluid helium can be generated in the pressurized superfluid tank.

【0016】また、前記飽和ヘリウム槽の下底部と加圧
超流動槽とを圧力放出弁を介装した連通管路を介して連
通させ、かつその圧力放出弁を、大気圧以上の設定作動
圧で飽和ヘリウム槽方向に開に作動する逆止弁とするこ
とで、加圧超流動槽内の液体ヘリウムを常に大気圧以上
の設定作動圧にすることができ、かつ超電導マグネット
のクエンチによる突発的な発熱により該加圧超流動槽内
の超流動ヘリウムがガス化したときに、その圧力を飽和
ヘリウム槽に向けて放出することができる。
Further, the lower bottom portion of the saturated helium tank and the pressurized superfluid tank are communicated with each other via a communication pipe line provided with a pressure release valve, and the pressure release valve is set to an operating pressure higher than atmospheric pressure. By using a check valve that opens in the direction of the saturated helium tank, the liquid helium in the pressurized superfluid tank can always be set to an operating pressure above atmospheric pressure, and suddenly due to quenching of the superconducting magnet. When the superfluid helium in the pressurized superfluid tank is gasified due to the heat generation, the pressure can be released toward the saturated helium tank.

【0017】また、前記供給弁と圧力放出弁を、飽和ヘ
リウム槽の下底部と加圧超流動槽とを連通する共通の連
通管路に分岐並列させて介装することで、これら供給弁
および圧力放出弁を介装する連通管路を介する加圧超流
動槽への熱侵入を低く抑えることができる。
Further, by interposing the supply valve and the pressure release valve in a branched and parallel manner in a common communication line for connecting the lower bottom portion of the saturated helium tank and the pressurized superfluid tank, the supply valve and the pressure release valve are provided. It is possible to suppress heat intrusion into the pressurized superfluid tank via the communication pipe line in which the pressure release valve is interposed.

【0018】また、前記真空断熱容器内に、中空円環筒
状に形成し、その内部に液体窒素を収容する液体窒素槽
を、飽和ヘリウム槽を同心円状に囲繞して配置すること
で、その内方の飽和ヘリウム槽への熱侵入を遮断するこ
とができ、しかも、飽和ヘリウム槽は深冷部となる加圧
超流動槽を同心円状に囲繞しているので、その内方の深
冷部への熱侵入を効果的に遮断することができる。
Further, by arranging a liquid nitrogen tank, which is formed in the shape of a hollow annular cylinder and stores liquid nitrogen therein, in a concentric circle of a saturated helium, the vacuum heat insulation container is It is possible to block heat intrusion into the inner saturated helium tank, and moreover, the saturated helium tank concentrically surrounds the pressurized superfluid tank, which is the deep cooling section, so the inner deep cooling section It is possible to effectively block heat invasion into the.

【0019】また、前記飽和ヘリウム槽の上下部に、内
側の加圧超流動槽を覆う円蓋状の液体ヘリウム温度シー
ルドを、液体窒素槽の上下部に、内側の飽和ヘリウム槽
を覆う円蓋状の液体窒素温度シールドをそれぞれ設ける
ことで、その内方の深冷部への輻射入熱をより効果的に
遮断することができる。一方、飽和ヘリウム槽および液
体窒素槽は、加圧超流動槽と同心円状に、かつ同じ高さ
となるように配しているので、それら液体ヘリウム温度
シールドおよび液体窒素温度シールドは、前記従来技術
の場合のように軸方向下方に大きく延長する必要がな
く、比較的高さの低い円蓋状もので良く、その製造およ
び組立施工が容易なものとなる。
Further, a circular lid-shaped liquid helium temperature shield covering the inner pressurized superfluid tank is provided above and below the saturated helium tank, and a circular lid covering the inner saturated helium tank is provided above and below the liquid nitrogen tank. By providing each of the liquid nitrogen temperature shields, it is possible to more effectively block the radiant heat input to the inner deep cooling portion. On the other hand, since the saturated helium tank and the liquid nitrogen tank are arranged concentrically with the pressurized superfluid tank and at the same height, the liquid helium temperature shield and the liquid nitrogen temperature shield are As in the case, it is not necessary to extend it to the lower side in the axial direction, and a circular lid having a relatively low height may be used, which facilitates its manufacture and assembly work.

【0020】また、前記加圧超流動槽を中空円環筒状に
形成すると共に、その内側軸心部に液体ヘリウムを収容
した円筒状のインサートデュワーを配置することで、こ
のインサートデュワーを介して、軸心部の磁場環境を利
用した測定等を行うことができる。しかも、前述のよう
に装置全高を低くしていることから、必然的に該インサ
ートデュワー自体の高さも低くて済むので、前記従来技
術のように特殊なハンドリングや治具を必要することな
く、測定サンプル等の挿入も容易となる。
Further, the pressurizing superfluid tank is formed in a hollow annular cylinder shape, and a cylindrical insert dewar containing liquid helium is arranged at the inner axial center portion thereof, so that the insert dewar is inserted. It is possible to perform measurement using the magnetic field environment of the shaft center. Moreover, since the overall height of the device is made low as described above, the height of the insert dewar itself is inevitably low, so that the special handling or jig unlike the prior art is not required for the measurement. Insertion of samples etc. becomes easy.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。〔図1〕は、本発明に係る
加圧超流動クライオスタットの1実施例の概要構成を示
す断面模式図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. [FIG. 1] is a schematic sectional view showing a schematic configuration of one embodiment of a pressurized superfluid cryostat according to the present invention.

【0022】〔図1〕に示す本実施例のクライオスタッ
トでは、下蓋(1a)を有する真空断熱容器(1) 内に、それ
ぞれが中空円環筒状に形成された加圧超流動槽(2) 、飽
和ヘリウム槽(3) および液体窒素槽(4) を、内側から順
次に所定間隔をおいて、該真空断熱容器(1) の軸心に対
して同心円状に、かつ互いの上端が同高さレベルなるよ
うに配置している。
In the cryostat of the present embodiment shown in FIG. 1, a vacuum superheated vessel (2) each formed in a hollow annular cylinder shape is provided in a vacuum heat insulating container (1) having a lower lid (1a). ), The saturated helium tank (3) and the liquid nitrogen tank (4) are sequentially arranged at predetermined intervals from the inside, concentrically with respect to the axis of the vacuum heat insulating container (1), and the upper ends of the two are the same. It is arranged so that it is at the height level.

【0023】また、加圧超流動槽(2) を囲繞する飽和ヘ
リウム槽(3) は、その頂部を断熱管路(10)を介して外部
の液体ヘリウム供給源(11)に接続させており、この液体
ヘリウム供給源(11)から送給された液化ヘリウムを内部
に導入して収容する。更に、この飽和ヘリウム槽(3) に
接続された断熱管路(10)は、開閉弁(12a) を介装した分
岐管路(12)を介して、ヘリウムガスボンベ(13)に分岐接
続されており、このヘリウムガスボンベ(13)から所定圧
力のヘリウムガスを随時に導入することで、該飽和ヘリ
ウム槽(3) 内の液化ヘリウム液面に大気圧以上の圧力を
付加できるようにされている。
The saturated helium tank (3) surrounding the pressurized superfluid tank (2) has its top connected to an external liquid helium supply source (11) via a heat insulating pipe (10). The liquefied helium fed from the liquid helium supply source (11) is introduced into the inside and accommodated therein. Furthermore, the heat insulating pipeline (10) connected to the saturated helium tank (3) is branched and connected to the helium gas cylinder (13) via a branch pipeline (12) provided with an opening / closing valve (12a). By introducing helium gas having a predetermined pressure from the helium gas cylinder (13) at any time, a pressure above atmospheric pressure can be applied to the liquid surface of the liquefied helium in the saturated helium tank (3).

【0024】また、この飽和ヘリウム槽(3) は、他の2
槽より高さ方向の寸法が若干短いものとされると共に、
その下底部を、供給弁(5a)と圧力放出弁(5b)とを分岐並
列して介装した連通管路(5) を介して、加圧超流動槽
(2) の下部に連通させている。ここで、連通管路(5) の
供給弁(5a)は、大気圧以上の設定作動圧で加圧超流動槽
(2) 方向に開に作動する逆止弁とされる一方、圧力放出
弁(5b)は、大気圧以上の設定作動圧で飽和ヘリウム槽
(3) 方向に開に作動する逆止弁とされており、飽和ヘリ
ウム槽(3) の液化ヘリウムは、この連通管路(5) の供給
弁(5a)を通して加圧超流動槽(2) に充填される。
This saturated helium tank (3) is
The dimension in the height direction is slightly shorter than the tank,
The lower bottom of the pressurized superfluid tank is connected via a communication conduit (5) in which a supply valve (5a) and a pressure release valve (5b) are installed in parallel.
It connects to the bottom of (2). Here, the supply valve (5a) of the communication line (5) is a superfluid tank pressurized at a set operating pressure of atmospheric pressure or higher.
(2) is a check valve that opens in the direction, while the pressure release valve (5b) is a saturated helium tank at a set operating pressure above atmospheric pressure.
It is a check valve that operates to open in the direction (3), and liquefied helium in the saturated helium tank (3) passes through the supply valve (5a) in this communication line (5) to the pressurized superfluid tank (2). To be filled.

【0025】一方、加圧超流動槽(2) は、内底部に超電
導マグネット(6) を配すると共に、その下部外周には熱
交換器(7) を配設している。ここで、この熱交換器(7)
は、ジュールトムソン弁(8a)を介装した連通管(8)を介
して、飽和ヘリウム槽(3) の下底部に連通されると共
に、排出管(14)を介して外部の排気ポンプ(15)に接続さ
れており、飽和ヘリウム槽(3) 内の液体ヘリウムをジュ
ールトムソン弁(8a)で減圧しその気化熱によって加圧超
流動槽(2) 内の液体ヘリウムをλ点以下の温度まで冷却
するものとされている。
On the other hand, in the pressurized superfluid tank (2), a superconducting magnet (6) is arranged on the inner bottom portion, and a heat exchanger (7) is arranged on the lower outer periphery thereof. Where this heat exchanger (7)
Is connected to the lower bottom of the saturated helium tank (3) via a communication pipe (8) equipped with a Joule-Thomson valve (8a) and an external exhaust pump (15) via a discharge pipe (14). ), The liquid helium in the saturated helium tank (3) is decompressed by the Joule-Thomson valve (8a), and the heat of vaporization pressurizes the liquid helium in the superfluid tank (2) to a temperature below the λ point. It is supposed to cool.

【0026】また、この加圧超流動槽(2) は、ここでは
図示を省略したが、開閉可能な下蓋を有してなり、その
下蓋を解放して内底部の超電導マグネット(6) の保守を
行えるものとされている。更に、この加圧超流動槽(2)
の内側軸心部には、内部に液体ヘリウムを収容した円筒
状のインサートデュワー(9) が、上開口を真空断熱容器
(1) の上壁中央部に設けられた上蓋(1b)に閉塞されて配
置されている。
Although not shown here, the pressurized superfluid tank (2) has a lower lid that can be opened and closed, and the lower lid is opened to open the superconducting magnet (6) at the inner bottom. It is said that the maintenance of Furthermore, this pressurized superfluid tank (2)
A cylindrical insert dewar (9) containing liquid helium inside has a vacuum insulation container with an upper opening at the inner axial center of the
(1) It is arranged so as to be closed by an upper lid (1b) provided at the center of the upper wall.

【0027】上記構成の本実施例のクライオスタットに
おいては、外部の液体ヘリウム供給源(11)から送給され
る液化ヘリウムを、断熱管路(10)を介して、飽和ヘリウ
ム槽(3) 内に導入すると共に、連通管路(5) の供給弁(5
a)を通して加圧超流動槽(2)に充填する。次いで、断熱
管路(10)に分岐接続したヘリウムガスボンベ(13)からの
ヘリウムガスを飽和ヘリウム槽(3) に導入して、該飽和
ヘリウム槽(3) の液体ヘリウム液面に大気圧以上の圧力
を付加することで、加圧超流動槽(2) 内の液体ヘリウム
を大気圧以上とし、かつ熱交換器(7) にてλ点以下の温
度まで冷却することで、該加圧超流動槽(2) 内に加圧超
流動ヘリウムを発生させて、その内底部に配置した超電
導マグネット(6) を臨界温度以下に冷却することができ
る。
In the cryostat of this embodiment having the above-mentioned structure, the liquefied helium fed from the external liquid helium supply source (11) is introduced into the saturated helium tank (3) through the heat insulating pipe (10). Introduce the supply valve (5
Fill the pressurized superfluid tank (2) through a). Then, the helium gas from the helium gas cylinder (13) branched and connected to the heat insulation pipe (10) was introduced into the saturated helium tank (3), and the liquid helium liquid level in the saturated helium tank (3) was at atmospheric pressure or higher. By applying pressure, the liquid helium in the pressurized superfluid tank (2) is heated to atmospheric pressure or higher, and the heat exchanger (7) cools the liquid helium to a temperature of λ point or lower. It is possible to generate pressurized superfluid helium in the tank (2) and cool the superconducting magnet (6) arranged at the inner bottom of the tank to below the critical temperature.

【0028】ここで、加圧超流動槽(2) と飽和ヘリウム
槽(3) は、互いの上端を同高さレベルにして配している
ことから、液体ヘリウムの初期充填時においては、加圧
超流動槽(2) の液体ヘリウム液面が飽和ヘリウム槽(3)
の液体ヘリウム液面と同レベルになるレベルまでしか充
填できないが、熱交換器(7) によって冷却されることで
該加圧超流動槽(2) 内が若干の陰圧になるため、液体ヘ
リウム液面が加圧超流動槽(2) 内の頂部に達する全体に
充填される。一方、飽和ヘリウム槽(3) の液面に大気圧
以上のガス圧力が付加され、その圧力で連通管路(5) の
供給弁(5a)が開に作動し、かつ逆方向の流れを閉塞する
ので、この圧超流動槽(2) 内の液体ヘリウムは大気圧以
上の圧力で充填・保持される。
Here, since the pressurized superfluid tank (2) and the saturated helium tank (3) are arranged with their upper ends at the same height level, when the liquid helium is initially charged, it is added. Liquid helium in pressurized superfluid tank (2) Saturated helium tank (3)
Liquid helium can be filled only to the same level as that of liquid helium, but as it is cooled by the heat exchanger (7), the inside of the pressurized superfluid tank (2) becomes a slight negative pressure, so liquid helium The entire liquid surface reaches the top of the pressurized superfluid tank (2) and is filled. On the other hand, a gas pressure above atmospheric pressure is applied to the liquid level of the saturated helium tank (3), and the supply valve (5a) of the communication conduit (5) is opened by that pressure and the flow in the opposite direction is blocked. Therefore, the liquid helium in the superfluid pressure tank (2) is filled and held at a pressure higher than atmospheric pressure.

【0029】一方、初期充填時において飽和ヘリウム槽
(3) の液面に付加する圧力は、該飽和ヘリウム槽(3) 内
のヘリウム液面と圧超流動槽(2) の頂部との高低差によ
って生じる差圧(すなわち初期充填液面と圧超流動槽頂
部までのヘッド差分;例えば、ヘッド差=200mm とすれ
ば、ΔP=2.45×10-2Paとなり、ほぼ大気圧に相当する
差圧)以上の圧力であれば良い。また、この差圧よりも
少し大きい圧力を連通管路(5) の供給弁(5a)と圧力放出
弁(5b)の設定作動圧とする。そして、このような条件下
で、飽和ヘリウム槽(3) の液面に圧力を付加することに
より、該飽和ヘリウム槽(3) から加圧超流動槽(2) 内へ
若干量の液体ヘリウムが供給されて、加圧超流動槽(2)
内は大気圧以上となり、またその圧力が高まり過ぎると
圧力放出弁(5b)が開に作動するため、加圧超流動槽(2)
内の液体ヘリウムは大気圧以上の設定圧力(上記弁の設
定動圧と同じ圧力)となり、その後に飽和ヘリウム槽
(3) への加圧を解除しても逆方向に作動する供給弁(5a)
により、その圧力が保持される。
On the other hand, a saturated helium tank at the time of initial filling
The pressure applied to the liquid surface of (3) is the differential pressure generated by the difference in height between the helium liquid surface in the saturated helium tank (3) and the top of the pressure superfluid tank (2) (that is, the initial filling liquid surface and pressure). Head difference to the top of the superfluid tank; for example, if the head difference = 200 mm, then ΔP = 2.45 × 10 −2 Pa, which is a pressure equal to or higher than the atmospheric pressure). A pressure slightly higher than this differential pressure is used as the set operating pressure of the supply valve (5a) and the pressure release valve (5b) of the communication conduit (5). Then, under such conditions, by applying pressure to the liquid surface of the saturated helium tank (3), a small amount of liquid helium is introduced from the saturated helium tank (3) into the pressurized superfluid tank (2). Supplied and pressurized superfluid tank (2)
If the inside pressure is higher than atmospheric pressure and the pressure rises too much, the pressure release valve (5b) will open, so the pressurized superfluid tank (2)
The liquid helium inside has a set pressure above atmospheric pressure (the same as the set dynamic pressure of the above valve), and then the saturated helium tank
Supply valve (5a) that operates in the opposite direction even when pressure is applied to (3)
Holds that pressure.

【0030】すなわち、本実施例のクライオスタットで
は、飽和ヘリウム槽(3) と加圧超流動槽(2) を連通する
連通管路(5) の供給弁(5a)と圧力放出弁(5b)を大気圧以
上の設定作動圧で互いに逆方向に作動する逆止弁として
いるので、液体ヘリウムの初期充填時において、飽和ヘ
リウム槽(3) の液体ヘリウム液面に大気圧以上の圧力を
付加するだけで、加圧超流動槽(2) 内に液体ヘリウムを
大気圧以上の設定圧力で充填・保持することができ、こ
れを熱交換器(7) により冷却することで、この加圧超流
動槽(2) 内に加圧超流動ヘリウムを発生させることがで
きる。しかも、前記従来技術のように飽和ヘリウム槽と
加圧超流動槽を上下に配置するのではなく、加圧超流動
槽(2) と飽和ヘリウム槽(3) 、更には液体窒素槽(4)を
同心円状に、かつ同じ高さレベルに真空断熱容器(1) 内
の配置するので、装置全高を従来技術のものよりも大幅
に低くすることができ、よって装置構成をコンパクト化
して設備コストの低減が図れると共に、設置場所の制約
も緩和できる。
That is, in the cryostat of the present embodiment, the supply valve (5a) and the pressure release valve (5b) of the communication conduit (5) that connects the saturated helium tank (3) and the pressurized superfluid tank (2) are connected to each other. Since the check valves are operated in opposite directions at a set operating pressure above atmospheric pressure, it is only necessary to apply a pressure above atmospheric pressure to the liquid level of liquid helium in the saturated helium tank (3) during the initial filling of liquid helium. With this, liquid helium can be filled and held in the pressurized superfluid tank (2) at a set pressure above atmospheric pressure, and by cooling this with a heat exchanger (7), this pressurized superfluid tank (2) Pressurized superfluid helium can be generated inside. Moreover, unlike the above-mentioned prior art, the saturated helium tank and the pressurized superfluid tank are not arranged vertically, but the pressurized superfluid tank (2) and the saturated helium tank (3), and further the liquid nitrogen tank (4). Since they are arranged concentrically and at the same height level in the vacuum insulation container (1), the overall height of the device can be made significantly lower than that of the conventional technology, thus making the device configuration compact and reducing the equipment cost. In addition to being able to reduce the number, it is possible to ease restrictions on the installation location.

【0031】また、供給弁(5a)と圧力放出弁(5b)は、深
冷部に近い装置下部に配される限り、別々の連通管路に
介装されても良いが、本実施例では、これら供給弁(5a)
と圧力放出弁(5b)は共通の連通管路(5) に分岐並列して
設けるので、該連通管路(5)を介する加圧超流動槽(2)
への熱侵入を低く抑えることができる。また、超電導マ
グネット(5) のクエンチによる突発的な発熱により該加
圧超流動槽(2) 内の超流動ヘリウムがガス化したときに
は、その圧力を圧力放出弁(5b)を通して飽和ヘリウム槽
(3) に向けて放出することができる。
Further, the supply valve (5a) and the pressure release valve (5b) may be provided in separate communication pipes as long as they are arranged in the lower portion of the apparatus near the deep cooling section, but in this embodiment, , These supply valves (5a)
Since the pressure release valve (5b) and the pressure release valve (5b) are provided in parallel in the common communication line (5), the pressurized superfluid tank (2) via the communication line (5)
It is possible to suppress heat invasion into the air. Further, when the superfluid helium in the pressurized superfluid tank (2) is gasified by the sudden heat generation due to the quench of the superconducting magnet (5), the pressure is passed through the pressure release valve (5b) to the saturated helium tank.
It can be released towards (3).

【0032】また、飽和ヘリウム槽(3) を同心円状に囲
繞して、液体窒素槽(4) を配置しているので、この液体
窒素槽(4) 内に液体窒素を導入することで、その内方の
飽和ヘリウム槽(3) への熱侵入を遮断することができ、
しかも、飽和ヘリウム槽(3)は深冷部となる加圧超流動
槽(3) を同心円状に囲繞しているので、その内方の深冷
部への熱侵入を効果的に遮断することができる。
Since the liquid nitrogen tank (4) is concentrically surrounded by the saturated helium tank (3), liquid nitrogen is introduced into the liquid nitrogen tank (4) to It is possible to block heat ingress to the inner saturated helium tank (3),
Moreover, since the saturated helium tank (3) concentrically surrounds the pressurized superfluid tank (3), which is the deep-cooled section, it is possible to effectively block heat invasion into the deep-chilled section inside. You can

【0033】また、加圧超流動槽(2) の内側軸心部に
は、液体ヘリウムを収容したインサートデュワー(9) を
配置しているので、このインサートデュワー(9) を介し
て、軸心部の磁場環境を利用した測定等を行うことがで
きる。しかも、前述のように装置全高を低くしているこ
とから、必然的に該インサートデュワー(9) 自体の高さ
も低くて済むので、前記従来技術のように特殊なハンド
リングや治具を必要することなく、測定サンプル等の挿
入も容易となる。
Further, since the insert dewar (9) containing liquid helium is arranged at the inner axial center of the pressurized superfluid tank (2), the axial center is inserted through the insert dewar (9). It is possible to perform measurement using the magnetic field environment of the part. Moreover, since the overall height of the device is low as described above, the height of the insert dewar (9) itself is inevitably low, so that special handling and jigs are required as in the prior art. In addition, insertion of a measurement sample or the like becomes easy.

【0034】なお、上記実施例では、加圧超流動槽内の
液体ヘリウムを冷却する熱交換器は、加圧超流動槽の下
部外周に配設したが、この熱交換器は、スペース上の制
約がなければ、加圧超流動槽の頂部外面や下部外周、な
いしは該加圧超流動槽内の液体ヘリウム中に浸漬配置さ
れて良いことは言うまでもない。また、飽和ヘリウム槽
の液体ヘリウム液面に圧力を付加するための加圧ヘリウ
ムガス供給手段として、ヘリウムガスボンベを用いた
が、これは1例であって、大気圧以上のヘリウムガスを
送給できるものであれば、例えば、ヘリウムガス圧縮機
等の他の手段が用いられて良いことは言うまでもない。
また、加圧超流動槽を中空円環筒状に形成し、その内側
軸心部に各種測定用のインサートデュワーを配置した
が、このインサートデュワーは、該当装置の規模および
用途によっては省略される。また、その場合には、加圧
超流動槽は中空円環筒状ではなく、単なる円筒状のもの
とされても良い。
In the above embodiment, the heat exchanger for cooling the liquid helium in the pressurized superfluid tank is arranged on the outer periphery of the lower part of the pressurized superfluid tank. If there is no restriction, it goes without saying that it may be placed by immersion in the outer surface of the top or the lower periphery of the pressurized superfluid tank, or in liquid helium in the pressurized superfluid tank. Also, a helium gas cylinder was used as a pressurized helium gas supply means for applying pressure to the liquid helium liquid surface of the saturated helium tank, but this is an example, and helium gas at atmospheric pressure or higher can be supplied. It goes without saying that other means such as a helium gas compressor may be used as long as they are used.
In addition, the pressurized superfluid tank was formed in a hollow annular cylinder shape, and the insert dewar for various measurements was arranged in the inner axial center part, but this insert dewar is omitted depending on the scale and application of the relevant device. . Further, in that case, the pressurized superfluid tank may not be a hollow annular cylindrical shape but may be a simple cylindrical shape.

【0035】〔図2〕は、本発明に係る加圧超流動クラ
イオスタットの別の実施例の概要構成を示す断面模式図
である。なお、本例のクライオスタットは、温度シール
ドを設けた点を除いて、〔図1〕に示した前記例のもの
と同じであるので、ここでは、細部の図示を省略すると
共に、〔図1〕と等価な各部に同符号を付してその説明
を省略し、差異点のみを要約して説明するものとする。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing the schematic constitution of another embodiment of the pressurized superfluid cryostat according to the present invention. The cryostat of this example is the same as that of the example shown in [FIG. 1] except that a temperature shield is provided, and therefore, detailed illustration is omitted here and [FIG. 1] The same reference numerals are given to the respective parts equivalent to the above, the description thereof will be omitted, and only the differences will be summarized and described.

【0036】〔図2〕に示す本実施例のクライオスタッ
トでは、飽和ヘリウム槽(3) の上下部に、内側の加圧超
流動槽(2) の上下を覆う円蓋状の液体ヘリウム温度シー
ルド(16)を設け、更に、液体窒素槽(4) の上下部に、内
側の飽和ヘリウム槽(3) の上下を覆う円蓋状の液体窒素
温度シールド(17)を設けている。
In the cryostat of this embodiment shown in FIG. 2, a liquid helium temperature shield in the form of a circular lid covering the upper and lower sides of the inner pressurized superfluid tank (2) is provided above and below the saturated helium tank (3). 16) is provided, and furthermore, a liquid nitrogen temperature shield (17) in the shape of a fork that covers the upper and lower sides of the inner saturated helium tank (3) is provided above and below the liquid nitrogen tank (4).

【0037】上記構成の本実施例のクライオスタットで
は、二重に配設されたシールド(16),(17) によって、そ
の内方の深冷部、つまり加圧超流動槽への輻射入熱をよ
り効果的に遮断することができる。一方、飽和ヘリウム
槽(3) および液体窒素槽(4)は、加圧超流動槽(2) と同
心円状に、かつ同じ高さとなるように配しているので、
それらシールド(16),(17) は、前記従来技術の場合のよ
うに軸方向下方に大きく延長する必要がなく、比較的高
さの低い円蓋状もので良く、その製造および組立施工が
容易なものとなる。
In the cryostat of the present embodiment having the above-mentioned structure, the radiant heat input to the deep cooling section inside the cryostat, that is, the pressurized superfluid tank, is provided by the double-arranged shields (16) and (17). It can be blocked more effectively. On the other hand, the saturated helium tank (3) and the liquid nitrogen tank (4) are arranged concentrically and at the same height as the pressurized superfluid tank (2).
The shields (16) and (17) do not need to extend largely downward in the axial direction as in the case of the above-mentioned conventional technique, and may be circular lids having a relatively low height, and their manufacture and assembly work are easy. It will be

【0038】[0038]

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の加圧超流
動クライオスタットは、加圧超流動ヘリウムを発生させ
て超電導マグネットを臨界温度以下に冷却する本来機能
を失することなく、その全高を大幅に低くすることがで
き、よって装置全体をコンパクト化して設備コストの低
減が図れると共に、設置場所の制約も緩和することがで
きる。
As described above, the pressurized superfluid cryostat according to the present invention has a total height of the pressurized superfluid helium without losing its original function of cooling the superconducting magnet to below the critical temperature by generating pressurized superfluid helium. Can be significantly reduced, and thus the entire apparatus can be made compact to reduce the equipment cost, and the restrictions on the installation place can be eased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る加圧超流動クライオスタットの1
実施例の概要構成を示す断面模式図である。
FIG. 1 is a pressurized superfluid cryostat 1 according to the present invention.
It is a cross-sectional schematic diagram which shows the schematic structure of an Example.

【図2】本発明に係る加圧超流動クライオスタットの別
の実施例の概要構成を示す断面模式図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing the schematic constitution of another embodiment of the pressurized superfluid cryostat according to the present invention.

【図3】従来技術による加圧超流動クライオスタットの
基本的な構成を説明するための断面模式図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the basic configuration of a pressurized superfluid cryostat according to a conventional technique.

【図4】従来技術による加圧超流動クライオスタットの
別の構成を説明するための断面模式図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining another configuration of the pressurized superfluid cryostat according to the conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(1) --真空断熱容器 (1a)--下蓋 (1b)--上蓋 (2) --加圧超流動槽 (3) --飽和ヘリウム槽 (4) --液体窒素槽 (5) --連通管路 (5a)--供給弁 (5b)--圧力放出弁 (6) --超電導マグネット (7) --熱交換器 (8) --連通管 (8a)--ジュールトムソン弁 (9) --インサートデュワー (10)--断熱管路 (11)--液体ヘリウム供給源 (12)--分岐管路 (12a) --開閉弁 (13)--ヘリウムガスボンベ (14)--排出管 (15)--排気ポンプ (16)--液体ヘリウム温度シールド (17)--液体窒素温度シールド (1) --Vacuum insulation container (1a) --Lower lid (1b) --Upper lid (2) --Pressurized superfluid tank (3) --Saturated helium tank (4) --Liquid nitrogen tank (5) --Communication line (5a)-Supply valve (5b)-Pressure release valve (6) --Superconducting magnet (7) --Heat exchanger (8) --Communication pipe (8a)-Joule Thomson valve (9) --Insert Dewar (10)-Adiabatic pipeline (11)-Liquid helium supply source (12)-Branching pipeline (12a) --Open / close valve (13)-Helium gas cylinder (14)- -Exhaust pipe (15)-Exhaust pump (16)-Liquid helium temperature shield (17)-Liquid nitrogen temperature shield

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空断熱容器内に、断熱管路を通して外
部の供給源から送給される液体ヘリウムを収容する飽和
ヘリウム槽と、内下部に超電導マグネットを配すると共
に、供給弁を介装した連通管路を介して前記飽和ヘリウ
ム槽の下底部に連通され、大気圧以上の圧力とされた液
体ヘリウムを収容する加圧超流動槽と、前記飽和ヘリウ
ム槽内の液体ヘリウムを減圧しその気化熱により前記加
圧超流動槽内の液体ヘリウムを冷却して超流動ヘリウム
にする熱交換器とを配設してなる加圧超流動クライオス
タットにおいて、前記飽和ヘリウム槽が、中空円環筒状
に形成されると共に、前記加圧超流動槽を同心円状に囲
繞して配置され、かつ、前記断熱管路が、飽和ヘリウム
槽内の液体ヘリウム液面に大気圧以上の圧力を付加する
加圧ヘリウムガス供給手段に分岐接続される一方、前記
連通管路の供給弁が、大気圧以上の設定作動圧で前記加
圧超流動槽方向に開に作動する逆止弁とされていること
を特徴とする加圧超流動クライオスタット。
1. A vacuum helium vessel is provided with a saturated helium tank containing liquid helium fed from an external source through an adiabatic conduit, a superconducting magnet in the inner lower portion, and a feed valve interposed. A pressurized superfluid tank which communicates with the lower bottom portion of the saturated helium tank through a communication pipe and stores liquid helium at a pressure higher than atmospheric pressure, and liquid helium in the saturated helium tank is decompressed and vaporized. In a pressurized superfluid cryostat provided with a heat exchanger that cools liquid helium in the pressurized superfluid tank into superfluid helium by heat, the saturated helium tank has a hollow annular tubular shape. Pressurized helium that is formed and is arranged so as to concentrically surround the pressurized superfluid tank, and the adiabatic pipeline applies a pressure equal to or higher than atmospheric pressure to the liquid surface of liquid helium in the saturated helium tank. Gas supply While being connected to the supply means in a branched manner, the supply valve of the communication pipe is a check valve that operates to open toward the pressurized superfluid tank at a set operating pressure of atmospheric pressure or higher. Pressurized superfluid cryostat.
【請求項2】 前記飽和ヘリウム槽の下底部と加圧超流
動槽とが圧力放出弁を介装した連通管路を介して連通さ
れ、かつその圧力放出弁が、大気圧以上の設定作動圧で
前記飽和ヘリウム槽方向に開に作動する逆止弁とされて
いる請求項1記載の加圧超流動クライオスタット。
2. The lower bottom portion of the saturated helium tank and the pressurized superfluid tank are communicated with each other through a communication conduit having a pressure release valve, and the pressure release valve has a working pressure equal to or higher than atmospheric pressure. 2. The pressurized superfluid cryostat according to claim 1, wherein the check valve is a check valve that operates to open toward the saturated helium tank.
【請求項3】 前記供給弁と圧力放出弁が、前記飽和ヘ
リウム槽の下底部と加圧超流動槽とを連通する共通の連
通管路に分岐並列して介装されている請求項2記載の加
圧超流動クライオスタット。
3. The supply valve and the pressure release valve are branched and installed in parallel in a common communication line that connects the lower bottom portion of the saturated helium tank and the pressurized superfluid tank. Pressurized superfluid cryostat.
【請求項4】 前記真空断熱容器内に、中空円環筒状に
形成され、その内部に液体窒素を収容する液体窒素槽
が、前記飽和ヘリウム槽を同心円状に囲繞して配置され
ている請求項1、2または3記載の加圧超流動クライオ
スタット。
4. A liquid nitrogen tank, which is formed in the shape of a hollow toroidal cylinder and stores liquid nitrogen therein, is arranged in the vacuum heat insulating container so as to concentrically surround the saturated helium tank. Item 4. A pressurized superfluid cryostat according to item 1, 2 or 3.
【請求項5】 前記飽和ヘリウム槽の上部および下部
に、内側の加圧超流動槽を覆う円蓋状の液体ヘリウム温
度シールドが設けられると共に、前記液体窒素槽の上部
および下部に、内側の飽和ヘリウム槽を覆う円蓋状の液
体窒素温度シールドが設けられている請求項4記載の加
圧超流動クライオスタット。
5. A liquid helium temperature shield in the shape of a fork that covers the inner pressurized superfluid tank is provided on the upper and lower portions of the saturated helium tank, and an inner saturated helium tank is provided on the upper and lower portions of the liquid nitrogen tank. The pressurized superfluid cryostat according to claim 4, further comprising a circular lid-shaped liquid nitrogen temperature shield that covers the helium bath.
【請求項6】 前記加圧超流動槽が中空円環筒状に形成
されると共に、この加圧超流動槽の内側軸心部に、液体
ヘリウムを内部に収容した円筒状のインサートデュワー
が配置されている請求項1、2、3、4または5記載の
加圧超流動クライオスタット。
6. The pressurized superfluid tank is formed in a hollow annular tubular shape, and a cylindrical insert dewar containing liquid helium inside is arranged at the inner axial center of the pressurized superfluid tank. The pressurized superfluid cryostat according to claim 1, 2, 3, 4 or 5.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003173476A (en) * 2001-12-06 2003-06-20 Yokogawa Electric Corp Security equipment
JP2004030106A (en) * 2002-06-25 2004-01-29 Yokogawa Electric Corp Security equipment
KR102204608B1 (en) * 2019-12-02 2021-01-19 한국기초과학지원연구원 Cryostat for maintaining cooling of superconducting magnets and method for designing the same

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