JP2000111185A - Cryogenic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、スターリング冷凍
機、GM冷凍機等の各種極低温冷凍機や、クライオスタ
ット等の極低温容器等の極低温装置に関するものであ
り、特に、この種の極低温装置の真空断熱槽の高真空度
を維持するための構造に係るものである。The present invention relates to a cryogenic refrigerator such as a Stirling refrigerator and a GM refrigerator, and a cryogenic device such as a cryogenic container such as a cryostat. The present invention relates to a structure for maintaining a high degree of vacuum in a vacuum heat insulating tank of the apparatus.
【0002】[0002]
【従来の技術】内部に極低温冷凍機や液体窒素溜等の極
低温物体が配置され、その極低温状態を維持するために
内部を高真空状態として真空断熱する真空断熱槽を持つ
極低温装置においては、真空断熱槽内部の部材並びに真
空断熱槽の内表面から発生する各種のアウトガスによっ
て、真空度が低下する減少が観測される。この真空度が
10−4Pa程度まで低下すると、真空断熱の効果が薄
れ、極低温装置内部の極低温物体への熱侵入量が増大す
るという問題が発生する。2. Description of the Related Art A cryogenic apparatus in which a cryogenic object such as a cryogenic refrigerator or a liquid nitrogen reservoir is disposed, and in which a high vacuum state is provided to maintain the cryogenic state, and a vacuum insulation tank is provided. In, a decrease in the degree of vacuum is observed due to various outgases generated from the members inside the vacuum heat insulating tank and the inner surface of the vacuum heat insulating tank. When the degree of vacuum is reduced to about 10 −4 Pa, the effect of vacuum insulation is weakened, and a problem arises in that the amount of heat entering a cryogenic object inside the cryogenic device increases.
【0003】通常、極低温冷凍機の場合は、自ら生成す
る低温によってアウトガスの大部分を低温部表面に吸着
するが、水素ガスの吸着には20K以下の極低温が必要
であり、冷凍機が20K以下の低温を生成できない場合
や、長期間の運転の場合には、吸着しきれなっくなった
水素ガスがしばしば重大な真空劣化を引き起こし、上述
のように冷凍能力の低下に結びつく。[0003] Usually, in the case of a cryogenic refrigerator, most of the outgas is adsorbed on the surface of the low temperature portion by the low temperature generated by itself, but the adsorption of hydrogen gas requires a cryogenic temperature of 20K or less. In the case where a low temperature of 20 K or less cannot be generated, or in the case of long-term operation, the hydrogen gas that has not been completely adsorbed often causes serious vacuum deterioration, which leads to a decrease in refrigeration capacity as described above.
【0004】このような水素ガスによる真空劣化は、液
体窒素溜のように本来20K以下の低温を全く持たない
場合には避けようが無く、熱侵入量増大の大きな要因に
なる。これらの装置においては、高真空を維持するため
に、ターボ分子ポンプを接続して適宜真空排気を行った
り、真空チャンバにスパッタ・イオン・ポンプやチタン
ゲッタポンプ、非蒸発ゲッタポンプ等を取り付けて真空
排気を行う必要がある。[0004] Such vacuum deterioration due to hydrogen gas is unavoidable when a low temperature of 20 K or less is not inherently required, such as in a liquid nitrogen reservoir, and is a major factor in an increase in heat penetration. In these devices, in order to maintain a high vacuum, a turbo molecular pump is connected to perform vacuum evacuation as appropriate, or a vacuum chamber is equipped with a sputter ion pump, a titanium getter pump, a non-evaporable getter pump, etc., to perform vacuum evacuation. Need to do.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の真空ポンプはコストが高いばかりでなく、全てのポン
プに電源装置を必要とし、電源供給が無ければ使用でき
ないため、利便性に欠けるという問題がある。さらに、
ターボ分子ポンプは高真空領域において使用オイルの逆
拡散による真空汚染が懸念されるという問題がある。他
のポンプはいずれも真空汚染の心配はないが、ポンプ自
身が非常な高温になり、取り扱いに注意を要するという
問題がある。However, these vacuum pumps are not only expensive, but also require a power supply for all pumps, and cannot be used without power supply. . further,
The turbo-molecular pump has a problem that in a high vacuum region, there is a concern that vacuum contamination due to reverse diffusion of oil used may occur. All other pumps have no concern about vacuum contamination, but have a problem that the pump itself becomes extremely hot and requires careful handling.
【0006】故に、本発明は、上記実情に鑑みてなされ
たものであり、極低温装置において、真空断熱槽内で発
生する水素を除去する際に、電源の供給が無くても作動
するよな利便性を有し、かつ真空汚染もなく簡単に水素
を除去することを技術的課題とするものである。[0006] Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and in a cryogenic device, when removing hydrogen generated in a vacuum adiabatic tank, it is possible to operate without supplying power. An object of the present invention is to provide a convenient and easy removal of hydrogen without vacuum contamination.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るためになされた請求項1の発明は、内部に極低温物体
が配置され且つ高真空状態が維持された真空断熱槽と、
前記高真空状態下において前記真空断熱槽の内部で発生
する水素を吸蔵する水素吸蔵合金とを具備する極低温装
置とすることである。Means for Solving the Problems To solve the above technical problems, the invention of claim 1 comprises a vacuum heat insulating tank in which a cryogenic object is arranged and a high vacuum state is maintained,
A cryogenic device comprising: a hydrogen storage alloy that stores hydrogen generated inside the vacuum adiabatic tank under the high vacuum state.
【0008】上記請求項1の発明によれば、極低温装置
は、内部に極低温物体が配置され且つ高真空状態が維持
された真空断熱槽と、高真空状態下において真空断熱槽
の内部で発生する水素を吸蔵する水素吸蔵合金とを具備
する構成であるので、真空断熱槽内の部材や真空断熱槽
内表面で発生したアウトガスとしての水素ガスは、水素
吸蔵合金により吸蔵され、効率的に除去される。According to the first aspect of the present invention, the cryogenic apparatus includes a vacuum insulation tank in which a cryogenic object is disposed and a high vacuum state is maintained, and a vacuum insulation tank in a high vacuum state. And a hydrogen storage alloy that stores generated hydrogen, so that hydrogen gas as an outgas generated on the members in the vacuum heat insulating tank and on the inner surface of the vacuum heat insulating tank is occluded by the hydrogen storage alloy, and efficiently. Removed.
【0009】このように、請求項1の発明によれば、水
素ガスは水素吸蔵合金によって吸蔵され、効率的に除去
されるので、水素ガスの発生により真空断熱槽内の真空
度が低下して真空断熱の効果が薄れ、熱侵入量が増加す
るということもなく、真空断熱槽の高真空を長時間にわ
たって維持させることができるものである。As described above, according to the first aspect of the present invention, the hydrogen gas is occluded by the hydrogen occlusion alloy and is efficiently removed, so that the degree of vacuum in the vacuum adiabatic tank is reduced by the generation of the hydrogen gas. The high vacuum of the vacuum heat insulating tank can be maintained for a long time without reducing the effect of the vacuum heat insulating and increasing the heat penetration amount.
【0010】また、真空ポンプ等を用いずとも、水素ガ
スを除去できる構成であるので、オイル等による真空汚
染の心配もない。また、水素吸蔵合金は水素を吸蔵する
際にそれほど発熱もなく、取り扱いが容易であるので、
簡単に水素を除去することができるものである。In addition, since hydrogen gas can be removed without using a vacuum pump or the like, there is no risk of vacuum contamination by oil or the like. In addition, the hydrogen storage alloy does not generate much heat when storing hydrogen, and is easy to handle.
It can easily remove hydrogen.
【0011】また、上記技術的課題を解決するにあた
り、請求項2の発明のように、前記水素吸蔵合金は、常
温下において水素吸蔵が可能な水素吸蔵合金であること
が好ましい。In order to solve the above technical problems, it is preferable that the hydrogen storage alloy is a hydrogen storage alloy capable of storing hydrogen at normal temperature.
【0012】請求項2の発明によれば、水素吸蔵合金
は、常温下においても水素の吸蔵が可能なものとされ
る。一般的に、極低温装置において真空断熱槽内では、
極低温物体自体は極低温状態であるが、その周囲空間は
高真空であるので、極低温物体の持つ極低温は周囲空間
には伝達されず、ほぼ常温状態となっている。従って、
本発明のように水素吸蔵合金が常温下でも水素吸蔵を行
うものを使用することにより、電源の供給がなくても水
素ガスを除去でき、利便性に富むものである。According to the second aspect of the present invention, the hydrogen storage alloy is capable of storing hydrogen even at room temperature. In general, in a cryogenic device, in a vacuum insulated tank,
The cryogenic object itself is in a cryogenic state, but since the surrounding space is in a high vacuum, the cryogenic temperature of the cryogenic object is not transmitted to the surrounding space and is in a substantially normal temperature state. Therefore,
By using a hydrogen storage alloy that stores hydrogen even at room temperature as in the present invention, hydrogen gas can be removed without supply of power, and the invention is highly convenient.
【0013】この場合、より好ましくは、請求項3の発
明のように、前記水素吸蔵合金は、Zr−V−Mn系水
素吸蔵合金であることが好ましい。In this case, more preferably, the hydrogen storage alloy is a Zr-V-Mn-based hydrogen storage alloy.
【0014】上記請求項3の発明によれば、水素吸蔵合
金として、Zr−V−Mn系の組成を持つ水素吸蔵合金
を使用する。このような組成を持つ水素吸蔵合金は、高
真空且つ常温状態下においても水素を効率良く吸蔵す
る。したがって、極めて真空度の高い高真空状態をより
長時間にわたって維持することが可能となるものであ
る。According to the third aspect of the present invention, a hydrogen storage alloy having a Zr-V-Mn composition is used as the hydrogen storage alloy. The hydrogen storage alloy having such a composition efficiently stores hydrogen even under a high vacuum and normal temperature condition. Therefore, it is possible to maintain a high vacuum state with an extremely high degree of vacuum for a longer time.
【0015】また、請求項4の発明は、前記水素吸蔵合
金は容器中に封入されるとともに、該容器は前記真空断
熱槽の気密状態を維持したまま着脱可能となるように前
記真空断熱槽に連通されていることを特徴とする極低温
装置とすることである。Further, the invention according to claim 4 is characterized in that the hydrogen storage alloy is sealed in a container, and the container is detachably attached to the vacuum heat insulating tank so that the container can be attached and detached while maintaining the airtight state of the vacuum heat insulating tank. A cryogenic device is characterized by being in communication.
【0016】上記請求項4の発明によれば、水素吸蔵合
金は容器中に封入されているとともに、この水素吸蔵合
金が封入された容器は、真空断熱槽の気密状態を維持し
たまま該真空断熱槽に着脱可能とされて真空断熱槽に連
通されているので、水素吸蔵合金へ吸蔵される水素ガス
が飽和した際に、真空断熱槽の気密状態を維持したまま
での容器の取り外し、及び、新たに水素吸蔵合金を封入
した容器の取り付けを行うことができる。このため、水
素吸蔵合金を取り替える際に真空断熱槽の気密状態を維
持することができ、より長時間にわたって真空断熱槽の
高真空を維持することができるものである。According to the fourth aspect of the present invention, the hydrogen-absorbing alloy is sealed in the container, and the container in which the hydrogen-absorbing alloy is sealed is vacuum-insulated while maintaining the air-tight state of the vacuum heat-insulating tank. Since it is detachable from the tank and communicates with the vacuum insulation tank, when the hydrogen gas stored in the hydrogen storage alloy is saturated, removal of the container while maintaining the airtight state of the vacuum insulation tank, and A container in which a hydrogen storage alloy is newly enclosed can be attached. Therefore, when the hydrogen storage alloy is replaced, the airtight state of the vacuum heat insulating tank can be maintained, and the high vacuum of the vacuum heat insulating tank can be maintained for a longer time.
【0017】また、請求項5の発明のように、前記容器
は第1開閉弁を介して第1通路で接合継手に連通してな
り、前記真空断熱槽は第2開閉弁を介して第2通路で前
記接合継手に連通してなり、前記第1開閉弁と前記接合
継手との間の前記第1通路または前記第2開閉弁と前記
接合継手との間の前記第2通路の途中には第3通路が分
岐されているとともに、該第3通路の途中には第3開閉
弁が介装されている構成とすることが好ましい。According to a fifth aspect of the present invention, the container communicates with the joint through a first passage via a first opening / closing valve, and the vacuum insulation tank is connected to a second joint via a second opening / closing valve. A first passage between the first on-off valve and the joint, or a middle of the second passage between the second on-off valve and the joint; It is preferable that the third passage is branched and a third on-off valve is interposed in the middle of the third passage.
【0018】上記請求項5の発明によれば、水素吸蔵合
金が封入された容器は第1開閉弁を介して第1通路で接
合継手に連通し、真空断熱槽は第2開閉弁を介して第2
通路で接合継手に連通し、第1開閉弁と接合継手との間
または第2開閉弁と接合継手との間には第3通路が分岐
されて連通しているとともに、該第3通路の途中には第
3開閉弁が介装されている構成であるので、水素吸蔵合
金が封入された容器を取り替える際には、第1開閉弁と
第2開閉弁を共に閉じ、接合継手から容器及び第1通路
ごと取り外す。そして、新たな水素吸蔵合金が封入され
た容器を取り付ける際には、この容器及び第1通路と接
合継手とを連結し、第3通路に介装された第3開閉弁を
開き、第3通路の端部に真空ポンプ等を取り付けて、真
空引きする。一定の真空度に達したら、第3開閉弁を閉
じて真空引きを終了し、第1通路の途中に介装された第
1開閉弁を開く。最後に第2開閉弁を開く。これによ
り、容器と真空断熱槽が連通される。このとき、既に通
路内は真空引きされているので、新たな水素吸蔵合金が
封入された容器と真空断熱槽とを接続する際に、真空断
熱槽内の真空度が低下することはない。According to the fifth aspect of the invention, the container in which the hydrogen storage alloy is sealed communicates with the joint through the first passage through the first opening / closing valve, and the vacuum heat insulating tank communicates through the second opening / closing valve. Second
A third passage is branched and communicates with the joint at the passage, between the first on-off valve and the joint, or between the second on-off valve and the joint, and in the middle of the third passage. Is provided with a third on-off valve, so when replacing the container in which the hydrogen storage alloy is sealed, both the first on-off valve and the second on-off valve are closed, and the container and the second Remove the entire passage. Then, when attaching a container in which a new hydrogen storage alloy is sealed, the container and the first passage are connected to the joint, the third on-off valve interposed in the third passage is opened, and the third passage is opened. Attach a vacuum pump or the like to the end of, and draw a vacuum. When a certain degree of vacuum is reached, the third on-off valve is closed to end the evacuation, and the first on-off valve interposed in the first passage is opened. Finally, the second on-off valve is opened. Thereby, the container and the vacuum insulation tank are communicated. At this time, since the inside of the passage is already evacuated, the degree of vacuum in the vacuum heat insulating tank does not decrease when the new hydrogen storage alloy-sealed container is connected to the vacuum heat insulating tank.
【0019】このように、上記請求項5の発明によれ
ば、容器を真空断熱槽から脱着させて水素吸蔵合金を取
り替える際等に、簡単な構成で、真空断熱槽の気密状態
を維持したまま取り替えることができ、長時間にわたっ
て真空断熱槽の高真空を維持することができるものであ
る。As described above, according to the fifth aspect of the present invention, when the container is detached from the vacuum heat insulating tank and the hydrogen storage alloy is replaced, the airtight state of the vacuum heat insulating tank is maintained with a simple configuration. It can be replaced and can maintain a high vacuum in the vacuum insulation tank for a long time.
【0020】[0020]
【実施の形態】(第1実施形態例)以下、本発明の好適
な第1実施形態例について、図1を用いて説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) Hereinafter, a preferred first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【0021】図1は、本例における極低温装置101で
ある。図に示すように、極低温装置101は、真空断熱
槽1と、極低温冷凍機2と、水素除去装置3とを主な構
成とする。FIG. 1 shows a cryogenic apparatus 101 according to this embodiment. As shown in the figure, the cryogenic device 101 mainly includes a vacuum heat insulating tank 1, a cryogenic refrigerator 2, and a hydrogen removing device 3.
【0022】真空断熱槽1は、アルミ製のチャンバー等
で構成され、予め真空ポンプ等で内部の圧力が約10
−3Pa以下の高真空状態とされている。The vacuum insulated tank 1 is composed of an aluminum chamber or the like, and the internal pressure is previously reduced to about 10 by a vacuum pump or the like.
It is in a high vacuum state of −3 Pa or less.
【0023】極低温冷凍機2は、例えばスターリング冷
凍機であり、該冷凍機を駆動する駆動部21と、冷凍を
発生する冷凍部22とよりなる。そして、冷凍部22は
真空断熱槽1の内部空間に挿入されており、その先端に
取り付けられたコールドヘッド221が極低温物体とし
て真空断熱槽1の内部に配置された構成となっている。The cryogenic refrigerator 2 is, for example, a Stirling refrigerator, and includes a drive unit 21 for driving the refrigerator and a refrigerator 22 for generating refrigeration. The refrigeration unit 22 is inserted into the internal space of the vacuum heat insulating tank 1, and has a configuration in which a cold head 221 attached to the tip thereof is disposed inside the vacuum heat insulating tank 1 as a cryogenic object.
【0024】真空断熱槽1には水素除去装置3が取り付
けられている。この水素除去装置3は、Zr−V−Mn
系の組成を持つ粉末状の水素吸蔵合金31が内部に封入
された容器32を備える。容器32の一端面32aは第
1通路33の一端と接続されて連通している。第1通路
33はその途中に第1開閉弁34が介装され、その他端
は接合継手35の一面側に接続されている。接合継手3
5の他面側には第2通路36の一端が接続されている。
第2通路36はその途中に第2開閉弁37が介装され、
その他端は真空断熱槽2に接続されて該真空断熱槽2の
内部空間に連通されている。また、第2開閉弁37と接
合継手35との間の第2通路36の途中には第3通路3
8が分岐して接続されている。この第3通路38の途中
には第3開閉弁39が介装されている。The vacuum heat insulating tank 1 is provided with a hydrogen removing device 3. This hydrogen removing device 3 is made of Zr-V-Mn.
It has a container 32 in which a powdery hydrogen storage alloy 31 having a system composition is enclosed. One end surface 32 a of the container 32 is connected to and communicates with one end of the first passage 33. The first passage 33 is provided with a first on-off valve 34 in the middle thereof, and the other end is connected to one surface side of the joint 35. Joint 3
One end of the second passage 36 is connected to the other surface of the fifth surface 5.
The second passage 36 is provided with a second on-off valve 37 in the middle thereof.
The other end is connected to the vacuum insulation tank 2 and communicates with the internal space of the vacuum insulation tank 2. In the middle of the second passage 36 between the second on-off valve 37 and the joint 35, a third passage 3 is provided.
8 are branched and connected. A third on-off valve 39 is interposed in the third passage 38.
【0025】上記構成の極低温装置101において、真
空断熱槽1の内部は高真空状態とされているとともに、
極低温冷凍機2が作動してコールドヘッド221におい
て極低温を発生している。このコールドヘッド221に
非冷却体を接触させることで、非冷却体に寒冷を付与す
るとともに、この冷凍状態を維持するものである。In the cryogenic device 101 having the above-described structure, the inside of the vacuum heat insulating tank 1 is in a high vacuum state,
The cryogenic refrigerator 2 operates to generate a cryogenic temperature in the cold head 221. By bringing the non-cooled body into contact with the cold head 221, the non-cooled body is cooled, and the frozen state is maintained.
【0026】また、水素除去装置3において、第1開閉
弁34及び第2開閉弁は開いている。従って、真空断熱
槽1と容器32とは第1通路33及び第2通路36を介
して連通しており、容器32内の空間も高真空状態とな
っている。ただし、真空断熱槽1内のコールドヘッド2
21からかなり離れた所に位置することに加え、高真空
状態であるので、容器32までコールドヘッド221の
極低温は伝達されず、容器32は常温状態に保たれてい
る。また、真空断熱槽1と容器32とは連通状態である
ので、容器32内に封入された水素吸蔵合金は、真空断
熱槽1内で発生する水素ガスを吸蔵することが可能な状
態とされている。また、第3開閉弁39は閉じており、
真空断熱槽1の内空間及びそれに連通する第2通路3
6、第1通路33及び容器32の内空間は外部空間とは
遮断された閉じた空間とされている。In the hydrogen removing device 3, the first on-off valve 34 and the second on-off valve are open. Therefore, the vacuum heat insulating tank 1 and the container 32 communicate with each other through the first passage 33 and the second passage 36, and the space in the container 32 is also in a high vacuum state. However, the cold head 2 in the vacuum insulation tank 1
In addition to being located at a considerable distance from 21 and being in a high vacuum state, the cryogenic temperature of the cold head 221 is not transmitted to the container 32, and the container 32 is kept at room temperature. Further, since the vacuum heat insulating tank 1 and the container 32 are in communication with each other, the hydrogen storage alloy sealed in the container 32 is in a state capable of storing hydrogen gas generated in the vacuum heat insulating tank 1. I have. The third on-off valve 39 is closed,
Inner space of vacuum insulation tank 1 and second passage 3 communicating therewith
6. The inner space of the first passage 33 and the container 32 is a closed space that is isolated from the outer space.
【0027】極低温冷凍機2の運転中、真空断熱槽1内
でアウトガスとして各種のガスが発生するが、水素ガス
を除く大部分のガスは、コールドヘッド221やその付
近の低温部分にコールドトラップされ吸着されていく。
しかし、水素ガスはこれらの低温部分にトラップされに
くく、真空断熱槽1中に浮遊する。この場合、真空断熱
槽1には第2通路36、第1通路33を経て容器32内
部が連通しており、且つこの容器32の内部には水素吸
蔵合金31が封入されているので、浮遊した水素ガスは
水素吸蔵合金31に吸蔵される。このようにして水素ガ
スが除去されるものである。During operation of the cryogenic refrigerator 2, various gases are generated as outgas in the vacuum adiabatic tank 1, but most of the gases except for the hydrogen gas are transferred to the cold head 221 and the cold trap near the cold head 221. It is adsorbed.
However, hydrogen gas is hardly trapped in these low-temperature portions and floats in the vacuum heat insulating tank 1. In this case, the inside of the container 32 communicates with the vacuum heat-insulating tank 1 via the second passage 36 and the first passage 33, and since the hydrogen storage alloy 31 is sealed in the inside of the container 32, it floats. Hydrogen gas is stored in the hydrogen storage alloy 31. Thus, the hydrogen gas is removed.
【0028】水素吸蔵合金31による水素ガスの吸蔵量
は有限であり、吸蔵した水素ガスが飽和量に近づくと、
吸蔵能力が低下する。このため、水素吸蔵合金を再生し
た容器か新たな水素吸蔵合金が入った容器に交換しなけ
れば、真空断熱槽1内の真空度を維持することができな
い。この場合の交換手順を以下に説明する。The amount of hydrogen gas absorbed by the hydrogen storage alloy 31 is finite, and when the absorbed hydrogen gas approaches the saturation amount,
The storage capacity is reduced. For this reason, the degree of vacuum in the vacuum heat insulating tank 1 cannot be maintained unless the container in which the hydrogen storage alloy is regenerated or the container in which the new hydrogen storage alloy is stored is replaced. The replacement procedure in this case will be described below.
【0029】水素吸蔵合金31の入った容器32を取り
替えるには、まず、第2開閉弁37と第1開閉弁34の
両方を閉じて、真空断熱槽1と容器32との連通を遮断
する。次に、接合継手35の一端面と第1通路33の他
端との接続を解除して、容器32を第1通路33及び第
1開閉弁34ごと取り外す。次に、新たな水素吸蔵合金
31が封入された容器32を取り付けるには、接合継手
35の一端面に第1通路33の他端を接続して、取り外
した部分を再び取り付ける。次いで、第3通路38に介
装された第3開閉弁39を開き、第3通路38の端部に
真空ポンプ等を取り付けて、真空引きする。次に、第1
通路33の途中に介装された第1開閉弁34を開く。
尚、このとき第2開閉弁37は閉じているので、真空断
熱槽1と第3通路38とは連通しておらず、真空引きさ
れる部分は、第3通路38、第2通路36の第2開閉弁
37と接合継手35との間の部分、第1通路33、及び
容器32の内空間のみである。真空引きによって一定の
真空度に達したら、第3開閉弁39を閉じて真空引きを
終了し、最後に第2開閉弁37を開く。これにより、容
器32と真空断熱槽1が連通される。このとき、既に第
2通路36、第1通路33、及び容器32の内空間は真
空引きされているので、新たな水素吸蔵合金31が封入
された容器32と真空断熱槽1とを接続する際に、真空
断熱槽1内の真空度が低下することはない。In order to replace the container 32 containing the hydrogen storage alloy 31, first, both the second on-off valve 37 and the first on-off valve 34 are closed to cut off the communication between the vacuum insulation tank 1 and the container 32. Next, the connection between the one end surface of the joint 35 and the other end of the first passage 33 is released, and the container 32 is removed together with the first passage 33 and the first on-off valve 34. Next, in order to mount the container 32 in which the new hydrogen storage alloy 31 is sealed, the other end of the first passage 33 is connected to one end surface of the joint 35, and the removed portion is mounted again. Next, the third opening / closing valve 39 interposed in the third passage 38 is opened, and a vacuum pump or the like is attached to the end of the third passage 38 to evacuate. Next, the first
The first on-off valve 34 interposed in the passage 33 is opened.
At this time, since the second on-off valve 37 is closed, the vacuum heat insulating tank 1 and the third passage 38 are not in communication with each other, and the portion to be evacuated is the third passage 38 and the second passage 36. Only the portion between the two on-off valve 37 and the joint 35, the first passage 33, and the inner space of the container 32 are provided. When a certain degree of vacuum is reached by evacuation, the third on-off valve 39 is closed to end the evacuation, and finally the second on-off valve 37 is opened. Thereby, the container 32 and the vacuum heat insulating tank 1 are communicated. At this time, since the inner space of the second passage 36, the first passage 33, and the inner space of the container 32 have already been evacuated, when the container 32 in which the new hydrogen storage alloy 31 is sealed and the vacuum heat insulating tank 1 are connected. In addition, the degree of vacuum in the vacuum insulation tank 1 does not decrease.
【0030】このように、容器を真空断熱槽から脱着さ
せて水素吸蔵合金を取り替える際に、簡単な構成で、真
空断熱槽の気密状態を維持したまま取り替えることがで
き、長時間にわたって真空断熱槽の高真空を維持するこ
とができるものである。As described above, when the container is detached from the vacuum insulation tank and the hydrogen storage alloy is replaced, the container can be replaced with a simple configuration while maintaining the airtight state of the vacuum insulation tank. High vacuum can be maintained.
【0031】(第2実施形態例)次に、本発明の第2実
施形態例について、図2を用いて説明するが、第1実施
形態例と同一部分については同一符号で示し、その詳細
な説明を省略する。(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the detailed description thereof will be omitted. Description is omitted.
【0032】図2は、本例における極低温装置102で
ある。図に示すように、極低温装置102は、真空断熱
槽1と、液体窒素貯槽4と、水素除去装置3とを主な構
成とする。FIG. 2 shows the cryogenic device 102 in this embodiment. As shown in the figure, the cryogenic device 102 mainly includes a vacuum heat insulating tank 1, a liquid nitrogen storage tank 4, and a hydrogen removing device 3.
【0033】液体窒素貯槽4は、真空断熱槽1内に収納
されている。この液体窒素貯槽4内には、極低温物体と
しての液体窒素41が充填されて真空断熱槽1内に配置
されている。液体窒素41は、例えば非冷却体としての
シールド板の冷却に使用される。The liquid nitrogen storage tank 4 is housed in the vacuum heat insulating tank 1. The liquid nitrogen storage tank 4 is filled with liquid nitrogen 41 as a cryogenic object and disposed in the vacuum heat insulating tank 1. The liquid nitrogen 41 is used for cooling a shield plate as a non-cooling body, for example.
【0034】その他の断熱真空槽1、水素除去装置3の
詳細構成は、上記第1実施形態例と同一であるので、そ
の詳細な説明を省略する。The other detailed configurations of the adiabatic vacuum tank 1 and the hydrogen removing device 3 are the same as those of the first embodiment, and therefore, detailed description thereof will be omitted.
【0035】上記構成の極低温装置102において、真
空断熱槽1の内部は高真空状態で、外部とは真空断熱し
ているので、外部からの熱の伝達が極小に抑えられ、液
体窒素41の蒸発が最小限に抑えられている状態を維持
している。In the cryogenic device 102 having the above-described structure, the inside of the vacuum heat insulating tank 1 is in a high vacuum state and is insulated by vacuum from the outside. Evaporation is kept to a minimum.
【0036】また、水素除去装置3において、第1開閉
弁34及び第2開閉弁37は開いている。従って、真空
断熱槽1と容器32とは第1通路33及び第2通路36
を介して連通しており、容器32内の空間も高真空かつ
常温状態となっている。また、真空断熱槽1と容器32
とは連通状態であるので、容器32内に封入された水素
吸蔵合金は、真空断熱槽1内で発生する水素ガスを吸蔵
することが可能な状態とされている。また、第3開閉弁
39は閉じており、真空断熱槽1の内空間及びそれに連
通する第2通路36、第1通路33及び容器32の内空
間は外部空間とは遮断された閉じた空間とされている。In the hydrogen removing device 3, the first on-off valve 34 and the second on-off valve 37 are open. Therefore, the vacuum heat insulating tank 1 and the container 32 are connected by the first passage 33 and the second passage 36.
The space inside the container 32 is also in a high vacuum and normal temperature state. In addition, the vacuum insulation tank 1 and the container 32
Are in communication with each other, so that the hydrogen storage alloy sealed in the container 32 can store hydrogen gas generated in the vacuum heat insulating tank 1. Further, the third opening / closing valve 39 is closed, and the inner space of the vacuum insulated tank 1 and the inner space of the second passage 36, the first passage 33 and the container 32 communicating therewith are the closed space which is cut off from the outer space. Have been.
【0037】上記において、真空断熱槽1内でアウトガ
スとして各種のガスが発生するが、水素ガスを除く大部
分のガスは、液体窒素41やその付近の低温部分にコー
ルドトラップされ吸着されていく。しかし、水素ガスは
これらの低温部分にトラップされにくく、真空断熱槽1
中に浮遊する。この場合、真空断熱槽1には第2通路3
6、第1通路33を経て容器32内部が連通しており、
かつこの容器32の内部には水素吸蔵合金31が封入さ
れているので、浮遊した水素ガスは水素吸蔵合金31に
吸着される。このようにして水素ガスが除去されるもの
である。In the above description, various gases are generated as outgas in the vacuum heat insulating tank 1. Most of the gases except for the hydrogen gas are cold trapped and adsorbed on the liquid nitrogen 41 and a low-temperature portion near the liquid nitrogen 41. However, hydrogen gas is hardly trapped in these low-temperature parts, and the
Floating inside. In this case, the second heat path 3
6. The inside of the container 32 communicates via the first passage 33,
Further, since the hydrogen storage alloy 31 is sealed inside the container 32, the floating hydrogen gas is adsorbed by the hydrogen storage alloy 31. Thus, the hydrogen gas is removed.
【0038】尚、本例における、水素吸蔵合金の取り替
え手順については、上記第1実施形態例で説明した手順
と同一であるので、その説明を省略する。The procedure for replacing the hydrogen storage alloy in the present embodiment is the same as the procedure described in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
【0039】図3は、水素吸蔵合金の組成をパラメータ
とした、常温での水素吸蔵合金の水素吸蔵量と平衡圧力
との関係を示したグラフである。尚、グラフAがZr−
Mn−Al系の、グラフBがZr−Ni系の、グラフC
がZr−V−Mn系の組成を持つ水素吸蔵合金を使用し
た場合の水素吸蔵量と平衡圧力との関係を示している。
このグラフにおいて、例えば10−4torrの高真空
状態の場合、グラフAに示す特性を持つZr−Mn−A
l系の水素吸蔵合金ではほとんど水素ガスは吸蔵され
ず、グラフBに示す特性を持つZr−Ni系の水素吸蔵
合金では1g当たり20cc程度の水素ガスしか吸蔵し
ない。これに対し、グラフCに示す特性を持つZr−V
−Mn系の水素吸蔵合金では、1g当たり200cc以
上の水素ガスを吸蔵することがわかる。従って、上記第
1実施形態例及び第2実施形態例で示した極低温装置に
水素吸蔵合金を使用する際に、高真空状態において、Z
r−V−Mn系の水素吸蔵合金を使用することにより、
より多くの水素ガスを吸蔵でき、確実に真空断熱槽1内
の高真空を維持することができるものである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the hydrogen storage amount of the hydrogen storage alloy at room temperature and the equilibrium pressure using the composition of the hydrogen storage alloy as a parameter. In addition, the graph A is Zr−
Graph B of Mn-Al system, graph C of Zr-Ni system
Shows the relationship between the hydrogen storage amount and the equilibrium pressure when a hydrogen storage alloy having a Zr-V-Mn-based composition is used.
In this graph, for example, in a high vacuum state of 10 −4 torr, Zr—Mn—A having the characteristics shown in graph A
The l-type hydrogen storage alloy hardly stores hydrogen gas, and the Zr-Ni-type hydrogen storage alloy having the characteristics shown in Graph B stores only about 20 cc of hydrogen gas per gram. On the other hand, Zr-V having the characteristics shown in graph C
It can be seen that -Mn-based hydrogen storage alloys absorb 200 cc or more of hydrogen gas per gram. Therefore, when using the hydrogen storage alloy in the cryogenic device shown in the first embodiment and the second embodiment, Z
By using an r-V-Mn-based hydrogen storage alloy,
A larger amount of hydrogen gas can be stored, and a high vacuum in the vacuum insulation tank 1 can be reliably maintained.
【0040】以上のように、上記第1実施形態例及び第
2実施形態例によれば、極低温装置101または102
は、内部に極低温物体としてのコールドヘッド221や
液体窒素41が配置され且つ高真空状態が維持された真
空断熱槽1と、高真空状態下において真空断熱槽1の内
部で発生する水素ガスを吸蔵する水素吸蔵合金31とを
具備するものであるので、真空断熱槽1内の部材や真空
断熱槽1内表面で発生したアウトガスとしての水素ガス
は、水素吸蔵合金により吸蔵され、効率的に除去され
る。このため、水素ガスの発生により真空断熱槽内の真
空度が低下して真空断熱の効果が薄れ、熱侵入量が増加
するということもなく、真空断熱槽の高真空を長時間に
わたって維持させることができるものである。As described above, according to the first and second embodiments, the cryogenic device 101 or 102 is used.
Is a vacuum insulated tank 1 in which a cold head 221 or liquid nitrogen 41 as a cryogenic object is disposed and a high vacuum state is maintained, and a hydrogen gas generated inside the vacuum insulated tank 1 under a high vacuum state. Since it has the hydrogen storage alloy 31 to be stored, the hydrogen gas as an outgas generated in the members in the vacuum heat insulating tank 1 and the inner surface of the vacuum heat insulating tank 1 is occluded by the hydrogen storage alloy, and is efficiently removed. Is done. For this reason, the degree of vacuum in the vacuum insulation tank is reduced by the generation of hydrogen gas, the effect of vacuum insulation is reduced, and the high vacuum of the vacuum insulation tank is maintained for a long time without increasing the heat penetration amount. Can be done.
【0041】また、真空ポンプ等を用いずとも、水素ガ
スを除去できる構成であるので、オイル等による真空汚
染の心配もない。また、水素吸蔵合金は水素を吸蔵する
際にそれほど発熱もなく、取り扱いが容易であるので、
簡単に水素を除去することができるものである。Since hydrogen gas can be removed without using a vacuum pump or the like, there is no risk of vacuum contamination by oil or the like. In addition, the hydrogen storage alloy does not generate much heat when storing hydrogen, and is easy to handle.
It can easily remove hydrogen.
【0042】また、水素吸蔵合金は、常温下において水
素吸蔵が可能な水素吸蔵合金を使用するので、ゲッタポ
ンプのように高温状態にするための電源の供給を必要と
せず、高真空・常温状態下でより効率的に水素の吸蔵を
行うことができ、利便性に富むものである。Since the hydrogen storage alloy is a hydrogen storage alloy capable of storing hydrogen at room temperature, it does not require a power supply for raising the temperature as in a getter pump and requires a high vacuum and room temperature condition. Thus, hydrogen can be absorbed more efficiently, which is convenient.
【0043】また、水素吸蔵合金は、常温状態で且つ1
0−4torrの高真空度下で1g当たり200ccも
の水素ガスを吸蔵するZr−V−Mn系水素吸蔵合金を
使用するので、極めて真空度の高い高真空状態をより長
時間にわたって維持することが可能となるものである。Further, the hydrogen storage alloy is used at room temperature and for 1 hour.
Because it uses 0 -4 torr Zr-V-Mn based hydrogen absorbing alloy capable of absorbing a 1g per 200cc stuff hydrogen gas at a high degree of vacuum of, maintaining a very high vacuum high vacuum more for a long time It is possible.
【0044】また、容器32は第1開閉弁34を介して
第1通路33で接合継手35に接続してなり、真空断熱
槽1は第2開閉弁37を介して第2通路36で接合継手
35に接続してなり、第2開閉弁37と接合継手35と
の間の第2通路36の途中には第3通路38が分岐され
ているとともに、該第3通路38の途中には第3開閉弁
39が介装されている構成であるので、第2開閉弁37
を閉じてから接合継手35の部分で容器32を真空断熱
槽1から分離させることで、真空断熱槽1の気密状態を
維持したまま水素吸蔵合金31を取り替えることができ
る。また、各通路及び各開閉弁という簡単な構成で、真
空断熱槽の気密状態を維持したまま取り替えることがで
き、長時間にわたって真空断熱槽の高真空を維持するこ
とができるものである。The container 32 is connected to the joint 35 via a first passage 33 via a first opening / closing valve 34, and the vacuum insulated tank 1 is joined via a second passage 36 via a second opening / closing valve 37. 35, a third passage 38 is branched in the middle of the second passage 36 between the second on-off valve 37 and the joint joint 35, and a third passage 38 is provided in the middle of the third passage 38. Since the on-off valve 39 is interposed, the second on-off valve 37
Is closed, and then the container 32 is separated from the vacuum heat insulating tank 1 at the joint joint 35, whereby the hydrogen storage alloy 31 can be replaced while the airtight state of the vacuum heat insulating tank 1 is maintained. Also, with a simple configuration of each passage and each on-off valve, the vacuum insulation tank can be replaced while maintaining the airtight state, and the high vacuum of the vacuum insulation tank can be maintained for a long time.
【0045】[0045]
【発明の効果】本発明によれば、真空断熱槽内で発生す
る水素を除去する際に、電源の供給が無くても作動する
ような利便性を有し、かつ真空汚染もなく簡単に水素を
除去することが可能な極低温装置とすることができる。According to the present invention, when removing hydrogen generated in a vacuum adiabatic tank, hydrogen is easily operated without power supply, and hydrogen is easily removed without vacuum contamination. Can be a cryogenic device capable of eliminating the cryogenic temperature.
【図1】本発明の第1実施形態例における、極低温装置
の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a cryogenic device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2実施形態例における、極低温装置
の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a cryogenic device according to a second embodiment of the present invention.
【図3】各種水素吸蔵合金の水素吸蔵量と平衡圧力との
関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the hydrogen storage amounts of various hydrogen storage alloys and the equilibrium pressure.
1・・・真空断熱槽 2・・・極低温冷凍機 21・・・駆動部、 22・・・冷凍発生部 221・・・コールドヘッド(極低温物体) 3・・・水素除去装置 31・・・水素吸蔵合金、 32・・・容器、 33・
・・第1通路、 34・・・第1開閉弁、 35・・・
接合継手、 36・・・第2通路、 37・・・第2開
閉弁、 38・・・第3通路、 39・・・第3開閉弁 4・・・液体窒素貯槽 41・・・液体窒素(極低温物体) 101、102・・・極低温装置DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum insulation tank 2 ... Cryogenic refrigerator 21 ... Driving part 22 ... Refrigeration generation part 221 ... Cold head (cryogenic object) 3 ... Hydrogen removal device 31 ...・ Hydrogen storage alloy, 32 ・ ・ ・ Container, 33 ・
..First passages, 34 ... first on-off valves, 35 ...
Joining joint, 36 ... second passage, 37 ... second on-off valve, 38 ... third passage, 39 ... third on-off valve 4 ... liquid nitrogen storage tank 41 ... liquid nitrogen ( Cryogenic object) 101, 102 ... Cryogenic device
Claims (5)
状態が維持された真空断熱槽と、前記高真空状態下にお
いて前記真空断熱槽の内部で発生する水素ガスを吸蔵す
る水素吸蔵合金とを具備する極低温装置。A vacuum insulation tank in which a cryogenic object is disposed and a high vacuum state is maintained; and a hydrogen storage alloy for storing hydrogen gas generated inside the vacuum insulation tank under the high vacuum state. A cryogenic device comprising:
は、常温下において水素ガスの吸蔵が可能な水素吸蔵合
金であることを特徴とする極低温装置。2. The cryogenic device according to claim 1, wherein the hydrogen storage alloy is a hydrogen storage alloy capable of storing hydrogen gas at normal temperature.
は、Zr−V−Mn系水素吸蔵合金であることを特徴と
する極低温装置。3. The cryogenic device according to claim 2, wherein the hydrogen storage alloy is a Zr—V—Mn-based hydrogen storage alloy.
前記水素吸蔵合金は容器中に封入されるとともに、該容
器は前記真空断熱槽の気密状態を維持したまま着脱可能
となるように前記真空断熱槽に連通されていることを特
徴とする極低温装置。4. The method according to claim 1, wherein
The cryogenic device, wherein the hydrogen storage alloy is sealed in a container, and the container is connected to the vacuum heat insulating tank so as to be detachable while maintaining the airtight state of the vacuum heat insulating tank. .
通してなり、前記真空断熱槽は第2開閉弁を介して第2
通路で前記接合継手に連通してなり、前記第1開閉弁と
前記接合継手との間の前記第1通路または前記第2開閉
弁と前記接合継手との間の前記第2通路の途中には第3
通路が分岐されているとともに、該第3通路の途中には
第3開閉弁が介装されていることを特徴とする極低温装
置。5. The container according to claim 4, wherein the container communicates with the joint through a first passage through a first opening / closing valve, and the vacuum insulation tank is connected to the second joint via a second opening / closing valve.
A first passage between the first on-off valve and the joint, or a middle of the second passage between the second on-off valve and the joint; Third
A cryogenic device, wherein a passage is branched and a third on-off valve is interposed in the middle of the third passage.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10278392A JP2000111185A (en) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | Cryogenic apparatus |
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JP (1) | JP2000111185A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016070721A (en) * | 2014-09-29 | 2016-05-09 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | Cryostat and outgas estimation device for superconducting magnet constituent material, and out gas estimation method |
-
1998
- 1998-09-30 JP JP10278392A patent/JP2000111185A/en active Pending
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