JPH10122931A - 極低温用液位計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】極低温冷媒への熱侵入量が少なく、安価で信頼
性の高い極低温用液位計を提供する。 【解決手段】取り付けフランジ１１ｂにより真空断熱容
器に固定された測定子と、計測線１０ｂに接続された計
測器９ｂとからなり、測定子は、高熱伝導率、良電導性
の金属製低温側リード２４ａと、この一端および他端に
設置されたＮ型熱電素子２２ａおよびＰ型熱電素子１８
と、これら熱電素子の対面に設置された高熱伝導率、良
電導性の金属製常温側リード２０ａと、これらの２個の
常温側リード２０ａを接続する良電導性の金属製接続リ
ード１９とにより閉ループ構成とし、前記熱電素子の両
端部に設置された常温側温度素子２１および低温側温度
素子２３により検出した温度差を計測器９ｂで液位に換
算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、真空断熱容器内
の液体ヘリウム容器等に注入した液体ヘリウム等の極低
温冷媒の液位を、熱電素子及び温度計を用いて測定する
極低温用液位計に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に超電導コイルは、液体ヘリウム等
の極低温冷媒によって冷却されることにより超電導状態
に保持される。従って、超電導コイルは通常真空断熱容
器内の液体ヘリウム容器に注入された液体ヘリウムに浸
漬され収納される。この超電導コイルを励磁するために
は、真空断熱容器に電流リードを組み込み、外部の電源
と接続して励磁電流を通電する必要がある。このとき、
電流リードは常温部と極低温部とを連結することになる
ので、この電流リードを介して極低温部への熱侵入量が
多いと、高価な液体ヘリウムを多量に消費することにな
る。従って、電流リードで発生するジュール発熱を抑制
するとともに、気化した低温のヘリウムガスを流して侵
入熱を抑える方法が採られている。

【０００３】このように超電導コイルの冷却には、一般
的に液体ヘリウム等の極低温冷媒を使用するが、真空断
熱容器は通常ステンレス鋼等で製作されているため、内
部に注入されている極低温冷媒の液面の位置を外部より
見ることが出来ない。そこで、従来この液位を測定する
方法として、超電導線式、半導体式、静電容量式、浮き
子式、圧力式、音響式、光学式、ゲージ式等が考案され
ている。この中で一般的に使用されている方式として超
電導線式がある。

【０００４】図５は、超電導コイルに接続された電流リ
ードと超電導線式液位計とを含む超電導装置の模式図で
ある。図５において、電流リード３は、一端に電流リー
ド常温端子１を他端に電流リード低温端子４を備え、電
流リード取り付けフランジ２により真空断熱容器５に保
持されている。また、電流リード常温端子１には、図示
されていない外部電源からの接続導体が接続され、電流
リード低温端子４は、真空断熱容器５に内蔵された液体
ヘリウム容器６の内部の液体ヘリウム７に浸漬された超
電導コイル８に接続されている。超電導線式液位計は、
測定子１２および計測器９ａからなり、これらは計測線
１０ａにより接続されている。測定子１２は取り付けフ
ランジ１１ａにより真空断熱容器５または液体ヘリウム
容器６に固定され、その測定部は液体ヘリウム７に浸漬
されている。

【０００５】図６は、従来の超電導線式液位計の基本構
成図である。図６において、測定子１２は超電導線であ
って、液体ヘリウム容器６に注入された液体ヘリウム７
に浸漬されており、計測用電源１４、可変抵抗１５およ
び電流計１６を用いて測定子１２に最適電流を流し、電
圧計１３を用いて４端子法で測定した測定子１２の抵抗
値から、液体ヘリウム７の液位を測定する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この超電導線式液位計
は、連続的に計測ができ、小型で構造が簡単であるが、
液体ヘリウムへの熱侵入量が多いため液体ヘリウムの蒸
発損失が大きく、また磁場印加時には測定誤差も大きく
なる。従って、この発明の目的は、極低温冷媒への熱侵
入量が少なく、安価で信頼性の高い極低温用液位計を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、真空断熱容器内の液体ヘリウム
容器等に注入された液体ヘリウム等の極低温冷媒の液位
を測定する極低温用液位計であって、取り付けフランジ
により真空断熱容器に固定された測定子と、計測線によ
り測定子に接続された計測器とからなり、前記測定子
は、熱伝導率が高く良電導性を有する金属例えば銅から
なるＵ字型の低温側リードと、該低温側リードの一端に
設置されたＮ型熱電素子と、前記低温側リードの他端に
設置されたＰ型熱電素子と、これらの前記熱電素子の対
面に設置された熱伝導率が高く良電導性を有する金属例
えば銅からなる常温側リードと、これらの２個の前記常
温側リードを接続する良電導性金属例えば銅からなる接
続リードとにより閉ループ構成とし、前記熱電素子のど
ちらか一方または両方の熱電素子の両端部に設置された
温度素子等の温度計を有する構成とする。

【０００８】この構成において、液体ヘリウム容器に液
体ヘリウムを注入すると、低温側リードの接液部が冷却
される。伝導により低温側リードが冷却されると、熱電
素子を挟んで常温側リードとの間に温度差が生じる。こ
の温度差は、熱電素子から液体ヘリウムの液面までの距
離に応じて変化し、液体ヘリウムを注入するにつれてこ
の温度差は大きくなる。従って、この温度差を測定する
ことにより液体ヘリウムの液位がわかる。また熱電素子
は、熱伝導率が低く測定による発熱もない。このよう
に、熱電素子両端の温度差を液位に換算することによ
り、安価で信頼性が高く、極低温冷媒への熱侵入量が少
ない液位計を提供することができる。

【０００９】また、２個の常温側リードと接続リードと
を一体化して構造を簡素化することにより、安価で信頼
性が高く、極低温冷媒への熱侵入量が少ない液位計を提
供することができる。また、２個の常温側リードと接続
リードと取り付けフランジとを一体化して構造を簡素化
することにより、さらに安価で信頼性が高く、極低温冷
媒への熱侵入量が少ない液位計を提供することができ
る。

【００１０】また、測定子の外周に、熱伝導率の低い金
属例えばステンレスからなり、通液用及びガス抜き用の
貫通孔をあけた、測定子保護用の保護ケースを設置する
ことにより、取り扱い性を向上するとともに、液体ヘリ
ウムの注入時に生じる擾乱を抑制し、安価で信頼性が高
く、極低温冷媒への熱侵入量が少ない液位計を提供する
ことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。図１は、本発明の第１の実施例である測
定子の縦断面図である。本実施例の極低温用液位計と従
来の液位計との差は、熱電素子からなる測定子にある。
従来例においては、超電導線に通電し４端子法を用いて
抵抗値を測定することにより液位を求めていた。これに
対して本実施例では、熱伝導率が高く良電導性を有する
金属例えば銅からなるＵ字形の低温側リード２４ａと、
その低温側リード２４ａの一端にＮ型熱電素子２２ａを
他端にＰ型熱電素子１８をそれぞれ設置し、これらの熱
電素子の対面に設置した熱伝導率が高く良電導性を有す
る金属例えば銅からなる常温側リード２０ａと、これら
の２個の常温側リード２０ａを接続する良電導性金属例
えば銅の接続リード１９とにより閉ループを構成する。
そしてＮ型熱電素子２２ａまたはＰ型熱電素子１８のど
ちらか一方または両方の熱電素子の常温側に設置した常
温側温度素子２１と、低温側に設置した低温側温度素子
２３を用いて、常温側温度素子２１と低温側温度素子２
３との温度差を計測線１０ｂを介して計測器９ｂに入力
し、計測器９ｂにより液位に換算する。

【００１２】図２は、本発明の第２の実施例である測定
子の縦断面図である。図２においては、極低温用液位計
の測定子を構成している２個の常温側リードおよび接続
リードと、取り付けフランジとを一体化して常温側リー
ド２０ｂとし、構造を簡単化している。図３は、本発明
の第３の実施例である測定子の縦断面図である。図３に
おいては、Ｎ型熱電素子２２ｂとＰ型熱電素子１８と低
温側リード２４ｃとを同心円上に設置することにより、
省スペース化を行っている。また、低温側リード２４ｃ
は通液用およびガス抜き用の貫通孔２５を有している。

【００１３】図４は、本発明の第４の実施例である測定
子の縦断面図である。図４においては、測定子の外周に
熱伝導率の低い金属例えばステンレスからなる、通液用
およびガス抜き用の貫通孔２５のあいた、測定子を保護
するための保護ケース２６を設置している

【００１４】

【発明の効果】本発明は前述のように、測定子の構成要
素の１部である熱電素子の両端部に設置した温度素子等
の温度計を用いて、常温側温度素子と低温側温度素子と
の温度差を測定し、液体ヘリウムの液位に換算している
ので、測定子による発熱がなく、また熱伝導率の低い熱
電素子を使用しているため、外部から極低温冷媒への熱
侵入量も少なくなり、安価で信頼性の高い液位計を提供
することができる。

【００１５】また、測定子を構成している２個の常温側
リードと接続リードとを一体化し構造を簡素化すること
により、安価で信頼性の高い、極低温冷媒への熱侵入量
の少ない液位計を提供することができる。また、測定子
を構成している２個の常温側リードおよび接続リード
と、取り付けフランジとを一体化し構造を簡素化するこ
とにより、さらに安価で信頼性の高い、極低温冷媒への
熱侵入量の少ない液位計を提供することができる。

【００１６】また、測定子の外周に熱伝導率の低い金属
例えばステンレスからなる、通液用およびガス抜き用の
貫通孔のあいた、測定子を保護するための保護ケースを
設置することにより、取り扱い性が向上するとともに、
液体ヘリウムの注入時に生じる擾乱を抑制し、安価で信
頼性の高い、極低温冷媒への熱侵入量の少ない液位計を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示す測定子の縦断面
図。

【図２】この発明の第２の実施例を示す測定子の縦断面
図。

【図３】この発明の第３の実施例を示す測定子の縦断面
図。

【図４】この発明の第４の実施例を示す測定子の縦断面
図。

【図５】一般的な超電導装置の模式図。

【図６】従来の超電導線式液位計の基本構成図。

【符号の説明】

１…電流リード常温端子、２…電流リード取り付けフラ
ンジ、３…電流リード、４…電流リード低温端子、５…
真空断熱容器、６…液体ヘリウム容器、７…液体ヘリウ
ム、８…超電導コイル、９ａ，９ｂ…計測器、１０ａ，
１０ｂ…計測線、１１ａ，１１ｂ…取り付けフランジ、
１２…測定子、１８…Ｐ型熱電素子、１９…接続リー
ド、２０ａ，２０ｂ…常温側リード、２１…常温側温度
素子、２２ａ，２２ｂ…Ｎ型熱電素子、２３…低温側温
度素子、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ…低温側リード、２５
…貫通孔、２６…保護ケース。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空断熱容器内の液体ヘリウム容器等に注
   入された液体ヘリウム等の極低温冷媒の液位を測定する
   極低温用液位計であって、取り付けフランジにより真空
   断熱容器に固定された測定子と、計測線により測定子に
   接続された計測器とからなり、前記測定子は、熱伝導率
   が高く良電導性を有する金属からなるＵ字型の低温側リ
   ードと、前記低温側リードの一端に設置されたＮ型熱電
   素子と、前記低温側リードの他端に設置されたＰ型熱電
   素子と、これらの前記熱電素子の対面に設置された熱伝
   導率が高く良電導性を有する金属からなる常温側リード
   と、これらの２個の前記常温側リードを接続する良電導
   性金属からなる接続リードとにより閉ループ構成とし、
   前記熱電素子のどちらか一方または両方の熱電素子の両
   端部に設置された温度素子等の温度計を有することを特
   徴とする極低温用液位計。
2. 【請求項２】請求項１に記載の極低温用液位計におい
   て、２個の常温側リードと接続リードとを一体化したこ
   とを特徴とする極低温用液位計。
3. 【請求項３】請求項１に記載の極低温用液位計におい
   て、２個の常温側リードと接続リードと取り付けフラン
   ジとを一体化したことを特徴とする極低温用液位計。
4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３に記載の極低温用
   液位計において、測定子の外周に、熱伝導率の低い金属
   からなる、通液用及びガス抜き用の貫通孔のあいた、測
   定子保護用の保護ケースを設置したことを特徴とする極
   低温用液位計。