JP2017507300A - 極低温流体移送ライン - Google Patents

Abstract

少なくとも２本の内部流体移送管（３）と、内部管（３）の周囲に配置された断熱壁を形成するヒートスクリーン（４）とを収容するチューブ状の外側ジャケット（２）を含む、極低温流体移送ラインであって、外側ジャケット（２）は、外側ジャケット（２）に真空を引き寄せることを意図した排気部材（６）に接続された側面排気口（５）を含む、極低温流体移送ラインにおいて、ヒートスクリーン（４）が、排気口（５）および光学カバー（７）に隣接した位置にオリフィス（１４）を含み、光学カバー（７）は、オリフィス（１４）に対面しかつヒートスクリーン（４）の壁の平面とは異なる平面に位置決めされて、外側ジャケット（２）から内部管（３）の方へ向かう直接的な熱放射を防止または制限することを特徴とする、極低温流体移送ライン。【選択図】図２

Description

本発明は、極低温流体移送ラインに関する。

本発明は、より詳細には、少なくとも２本の内側流体移送管と、内側管の周囲に位置決めされた断熱壁を形成するヒートスクリーンとを収容するチューブ状の外側ジャケットを含み、外側ジャケットは、外側ジャケット内に真空を形成することを意図した排気部材に接続された側面排気口を含む、極低温流体移送ラインに関する。

極低温流体移送ラインは、一般的に、排気される内部空洞（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｖｏｌｕｍｅ）内に、極低温（例えば４Ｋ〜８０Ｋ）の流体を送る１本以上の管（パイプ）と、断熱システムとを収容する外側ジャケットを含む。

文献ＦＲ第２８０３８９８Ａ１号明細書およびＥＰ第１０２０６７８Ａ１号明細書には、極低温流体移送ラインの詳細な例が示されている。

そのようなラインを熱的に絶縁するためのシステムは、一般的に、１本または複数本の管の周りに配置された導体壁（アルミニウムなどで作製されている）を含みかつ例えば冷たい管（例えば８０Ｋの）と接触することによって冷却される（「熱運動化される」）ヒートスクリーン（「コールドスクリーン」と呼ばれることもある）を含む。

断熱システムはまた、一般的に、ヒートスクリーンと外側ジャケットとの間に配置される多層の断熱材を含む。

ヒートスクリーンは、その全長に沿って一定の間隔で配置されるセパレータ部材によって、外側ジャケット内で中心に置かれ、かつその長さ部分に沿って分布された複数の点を介したその熱運動化のために使用される管のうちの１本の管の上に保持される。同様に、１本または複数本の流体移送管は、外側ジャケット内に横方向に配置される固定点および摺動点によって適所に保持される。

外側ジャケット２内に真空を生じるために、外側ジャケットは、一般的に、排気部材６に接続された側面排気口５を含む。

それゆえ、排気によって：
− 多層の断熱材と外側ジャケットとの間に含まれる空間から、
− 多層の断熱材を通して、
− ヒートスクリーンにある間隙の間（これら間隙は、ヒートスクリーンの構造が、端と端を接続して組み立てられた部分で作られていることによるものである）で、気体を引き抜く。

それゆえ、コールドスクリーン（ここでは、流体を運ぶ管が見出される）の内部空洞からの排気は、圧力低下、および断熱層内のおよびヒートスクリーンの接合部間のコンダクタンスによって、著しくゆっくりにされ、かつ制限される。これは、所望の最小圧力レベルが必ずしも一定の点に到達せず、およびこのことは、使用される排気能力がどんなものであっても真であるため、移送ラインの最終的な熱的性能に強い影響を与え得る。

本発明の目的は、従来技術の上述の欠点の全てまたはいくつかを軽減することである。

この目的のために、本発明による移送ラインは、上述の前置きで与えられた包括的な定義による他の点において、本質的に、ヒートスクリーンが、排気口に隣接した位置にオリフィスと、光学カバーとを含み、光学カバーは、オリフィスに対面しかつヒートスクリーンの壁の平面とは異なる平面に位置決めされて、外側ジャケットから内側管の方へ向かう直接的な熱放射を防止または制限することを特徴とする。

それゆえ、このオリフィスは、ヒートスクリーンにわたるコンダクタンスを高めることを可能にし、それゆえ排気の効果、それゆえ、極低温ラインの真空および最終的な熱的性能の効果を改善することを可能にする、排気される気体のための、好ましい経路を形成する。

さらに、本発明のいくつかの実施形態は、以下の特徴の１つ以上を有し得る：
− 光学カバーは、外側ジャケットから始まりオリフィスを通って内側管の方へ向かって直線に進む光線の全てを遮るような寸法にされ、かつそのようにするためにオリフィスに対して位置決めされる、すなわち、視野角がどんなものであっても、外側ジャケットは、オリフィスを通して内側管側から直接見ることができない、
− 光学カバーは、断熱材の層、特に多層構造（ＭＬＩ）を含む、
− 光学カバーは、特に金属、銅またはアルミニウムの熱伝導材料のシートを含み、および前記シートは、熱運動化される、すなわち、ヒートスクリーンを熱運動化させるために使用される移送ラインの冷たい部分との接触および伝導によって冷却される、
− ヒートスクリーンは、熱運動化される、すなわち、内側管のうちの１本の管との接触および熱伝導によって冷却される、
− 光学カバーは、ヒートスクリーンによって熱運動化される、すなわちヒートスクリーンとの接触および伝導によって冷却される、熱伝導材料のシートを含む、
− ラインに対して横方向に、光学カバーは、ヒートスクリーンと内側管との間に位置する、
− ラインに対して横方向に、光学カバーは、ヒートスクリーンと外側ジャケットとの間に位置する、
− オリフィスのボアセクションの表面積は、側面排気口のボアセクションの表面積の０．８倍〜５倍である、
− 光学カバーとヒートスクリーンとの間に位置する空間は、オリフィスのボアセクションの１倍〜５倍とし得る、
− ラインに対して横方向に、ヒートスクリーンのオリフィスは、外側ジャケットの排気口に対面して、または前記排気口に対面した位置にあるヒートスクリーンの部分に隣接したゾーンに、位置する、
− 光学カバーは、熱伝導材料、特に：銅、アルミニウムから選択された少なくとも一方で作製された少なくとも１つの接続紐を介したヒートスクリーンとの接触および伝導によって冷却される、
− 光学カバーは、少なくとも１つの接続棒を介してヒートスクリーンに剛結合される、
− ヒートスクリーンは、５０Ｋ〜１００Ｋ、好ましくは７０Ｋ〜９０Ｋの温度で熱運動化される、
− 光学カバーは、５０Ｋ〜１００Ｋ、好ましくは７０Ｋ〜９０Ｋの温度で熱運動化される、
− ヒートスクリーンは、チューブ状部分、またはスペーサ部材によって外側ジャケットに装着されかつ保持されたチューブ状の半部分で形成されたシリンダー状壁を含む、
− ラインは、少なくとも１本の内側管を保持する部材を含み、保持部材は、外側ジャケット内に横方向に配置され、および少なくとも１本の内側管に対しそれぞれ通路を含む、
− ラインは、縦方向に延在する、
− ラインに対して横方向に、光学カバーは、断熱材の少なくとも１つの層とは異なる平面に位置し、および特に、ラインの縦方向に対して平行な平面に位置する、
− ラインの縦方向に対して横方向に、光学カバーは、断熱材の少なくとも１つの層と少なくとも１本の管との間、または外側ジャケットと断熱材の少なくとも１つの層との間に位置する、
− 断熱材の層は、特にスクリーンおよび中間層のいくつかの層を含む、多層構造を含む、
− 本発明はまた、上述のまたは下記で挙げる特徴の任意の組み合わせを含む、任意の代替的な方法または装置に関し得る。

さらなる詳細および利点は、図面を参照することを前提として、以下の説明を読むことから明らかとなる。

本発明による極低温流体移送ラインの一部分の構造および動作の一例を示す縦断面の、部分的な概略図を示す。 ヒートスクリーンカバーを備えるオリフィスの第１の実施形態による、図１のラインの詳細を示す断面の、部分的な概略図を示す。 ヒートスクリーンカバーを備えるオリフィスの第２の実施形態による、図１のラインの詳細を示す断面の、部分的な概略図を示す。

図１は、極低温流体移送ラインの断面の一例を示している。

従来の方法のこの装置は、この例では、それぞれ極低温流体を運ぶことを目的とするいくつもの内側管３を収容しているチューブ状の外側ジャケット２を含む。非限定的な例によって示すラインのこの部分は、固定または摺動保持部材１２（例えば、横方向に装着されかつ管３を受け入れるような通路を含むシート）によって平行に保たれる３本の内側管３を含む。用語「横方向」は、ラインおよび管の縦軸に平行である「縦」方向（流体が流れる方向）に対して垂直な方向を指す。

外側ジャケット２はまた、内側管３の周りに断熱壁を形成するヒートスクリーン４を収容している。ヒートスクリーン４は、３００Ｋの外部放射から管３を保護した状態に保つ。ヒートスクリーン４は、例えば、シリンダー状部分、または管の周りにシリンダー状シースを形成するように端と端を接続して組み立てた半部分で構成されている。ヒートスクリーン４は、例えば、スペーサ部材１０によって中心に置かれ、これらスペーサ部材は、外側ジャケット２を支持し、かつ固定点および摺動点を介してヒートスクリーン４を熱運動化させる（つまり冷却する）ために使用される管３のうちの１本の上に保持される。

ヒートスクリーン４は、好ましくは、アルミニウム、銅または任意の他の好適な材料で作製されており、かつ好ましくは、冷熱源、特に移送管３のうちの１本との接触および伝導によって、熱運動化される、すなわち冷却されるかまたは決められた温度に保たれる。例えば、ヒートスクリーンは、８０Ｋ程度の温度に保たれる。

断熱材１３がまた、内側ジャケット２の内部、特にヒートスクリーン４と外側ジャケット２との間に設けられる。図面では破線で示されるこの断熱材１３は、アルミニウム箔（スクリーン）と、紙またはサブミクロンのガラス繊維、ポリエステルなどの中間層との、いくつかの交互の層を含む、それ自体が知られている多層構造（「多層の断熱材」を表す「ＭＬＩ」）を含み得る。

スクリーン層は、それ自体が知られているタイプ、特に：アルミニウム、Ｍｙｌａｒ（登録商標）（ポリエステル）両面軟質アルミメッキシート、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）とし得る。

中間層は、特に：ポリエステルネッティング、Ｌｙｄａｌｌ（登録商標）、Ｄｅｘｔａｒ（登録商標）、Ｂｏｌｌｏｒｅ（登録商標）を含むタイプとし得る。

他の好適な断熱システムを設けてもよい。

従来の方法では、外側ジャケット２は、排気部材６、例えば真空ポンプに接続された側面排気口５を含む。

排気部材６は、外側ジャケット２の内部空洞に真空を生じることを目的としている。

１つの好都合な特定の特徴によれば、ヒートスクリーン４は、排気口５に隣接した位置にオリフィス１４を含み、排気、および外側ジャケット２の内部空洞内での相対真排気される生成を容易にする。

オリフィス１４は、好ましくは、排気口５および排気ポートと一致して（対面して）形成される。当然ながら、オリフィス１４は、縦方向または横方向に排気口５からわずかにオフセットされ得るが、好ましくは、排気口５の可能な限り近くに位置する。そのことにより、排気時間、排気されるジャケットの全体的な圧力レベル、それゆえ極低温ラインの全体的な熱的性能を改善することが可能になる。

このオリフィス１４を経由した、特に外側ジャケット２（これは、例えば、３００Ｋの温度にある）から内側管３の方への放射を介した熱の侵入を回避または制限するために、ライン１は、好ましくは、「光学カバー」と称するカバー７を含む。

図２に示すように、光学カバー７は、オリフィス１４に対面して、および好ましくは、ヒートスクリーン４の壁の平面とは異なる平面に位置決めされる。光学カバー７は障壁を形成して、外側ジャケット２から内側管３の方へ向かう直接的な熱放射を防止または制限する。

図２の例では、光学カバーは、ヒートスクリーン４と外側ジャケット２との間に位置する。

好ましくは、光学カバー７は、外側ジャケット２から始まってオリフィス１４を通って内側管３の方へ向かって直線に進む光線８の全てを遮るような寸法にされ、かつそのようにするようにオリフィス１４に対して位置決めされる。これが意味することは、視野角がどんなものでも、外側ジャケット２は、好ましくは、オリフィス１４を通して内側管３側から直接見えるものではないということである。

例えば、オリフィス１４のボアセクションの表面積は、排気口５のボアセクションの表面積の０．８倍〜５倍であり、特に、排気口５のボアセクションの表面積の１倍〜４倍である。

同様に、光学カバー７とヒートスクリーン４との間に位置する環状空間は、オリフィス５のボアセクションの１倍〜５倍とし得る。これが意味することは、気体がオリフィス１４に到達できるようにする、光学カバー７の外周とヒートスクリーン４との間に位置するボアセクション面積は、好ましくは、排気口５のボアセクションの表面積の１倍〜５倍であるということである。光学カバー７とスクリーン４との間のこのボアセクションの面積は：光学カバー７とヒートスクリーン４との間の距離に、光学カバー７の周長を乗じることによって与えられる。

光学カバー７は、少なくともおよび好ましくは２つの接続棒９、好ましくはいくつかの棒９、特にねじ棒９によってヒートスクリーン４に剛結合され得る。

光学カバー７は、特に金属、銅またはアルミニウムで作製された熱伝導材料のシートを含んでもよく、およびこのシートは、好ましくは熱運動化される、すなわち移送ラインの冷たい部分、特にヒートスクリーン４と接触および伝導することによって冷却される。

接続棒９に加えて、光学カバー７は、熱伝導材料、特に：銅、アルミニウムから選択された少なくとも一方で作製された１本以上の接続紐１１を介したヒートスクリーン４との接触および伝導によって、冷却され得る。

同様に、光学カバー７は、例えばヒートスクリーン４と外側ジャケット２との間に位置する断熱層の断熱材１３と同じ種類の断熱材の少なくとも１つの厚さを有し得る。

この配置構成によって、効果的な排気を可能にする（排気される気体の出口は、図２に矢印で示されるが、同時に、排気される断熱ライン１への熱の侵入を制限する）。

図１は、複数の矢印を使用して、極低温ライン１のセグメントにおいて排気される気体の流れの様々な通路を示す。

図３の例は、光学カバー７がヒートスクリーン４と内側管３との間に位置しているという点だけが、図２の例とは異なる。これが意味することは、光学カバー７は、ヒートスクリーン４の空洞内に位置しているということである。簡潔にするために、以前説明したものと同一の要素は、同じ参照符号が付されており、再度説明はしない。これらの２つの代替例は、特に、光学カバー７の位置を、ライン１において利用可能な空間に好適なように適合させることを可能にする。

それゆえ、単純かつ安価な構造であるが、本発明は、従来技術の問題を好都合にも解決することが可能であることが容易に認識される。

Claims (15)

1. 少なくとも２本の内側流体移送管（３）と、前記内側管（３）の周りに位置決めされた断熱壁を形成するヒートスクリーン（４）とを収容するチューブ状の外側ジャケット（２）を含む、極低温流体移送ラインであって、前記外側ジャケット（２）は、前記外側ジャケット（２）に真空を形成することを意図した排気部材（６）に接続されることを意図した側面排気口（５）を含み、前記ヒートスクリーン（４）は、前記排気口（５）に隣接した位置にオリフィス（１４）を含み、前記ラインはまた、前記外側ジャケット（２）内に位置する断熱材の少なくとも１つの層（１３）を含む、極低温流体移送ラインにおいて、前記ラインは、さらに、断熱材の前記少なくとも１つの層（１３）とは異なりおよび前記オリフィス（１４）に対面しかつ前記ヒートスクリーン（４）の前記壁の平面とは異なる平面に位置決めされた光学カバー（７）を含み、前記外側ジャケット（２）から前記内側管（３）の方へ向かう直接的な熱放射を防止または制限することを特徴とする、極低温流体移送ライン。
2. 前記ラインに対して横方向に、前記光学カバー（７）が、断熱材の前記少なくとも１つの層（１３）とは異なる平面に位置しかつ特に前記ラインの縦方向に対して平行な平面に位置することを特徴とする、請求項１に記載のライン。
3. 前記ラインの前記縦方向に対して横方向に、前記光学カバー（７）は、断熱材の前記少なくとも１つの層（１３）と前記少なくとも１本の管との間、または前記外側ジャケット（２）と断熱材の前記少なくとも１つの層（１３）との間に位置することを特徴とする、請求項２に記載のライン。
4. 断熱材の前記層（１３）が、多層構造を含み、特に、スクリーンおよび中間層のいくつかの層を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のライン。
5. 前記光学カバー（７）が、前記外側ジャケット（２）から始まり前記オリフィス（１４）を通って前記内側管（３）の方へ向かって直線に進む光線（８）を全て遮るような寸法にされ、かつそのようにするために前記オリフィス（１４）に対して位置決めされる、すなわち、前記視野角がどんなものであっても、前記外側ジャケット（２）は、前記オリフィス（１４）を通して前記内側管（３）側から直接見ることはできないことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のライン。
6. 前記光学カバー（７）が、断熱材の１つの層、特に、断熱材の前記層（１３）とは異なる、すなわち断熱材の前記層（１３）とは別個の多層構造（ＭＬＩ）を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のライン。
7. 前記光学カバー（７）が、特に金属、銅またはアルミニウムで作製された熱伝導材料のシートを含み、および前記シートは、熱運動化される、すなわち、前記ヒートスクリーン（４）を熱運動化させるために使用される前記移送ラインの冷たい部分との接触および伝導によって冷却されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のライン。
8. 前記ヒートスクリーン（４）が熱運動化される、すなわち、前記内側管（３）のうちの１本との接触および熱伝導によって冷却されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のライン。
9. 前記光学カバー（７）が、前記ヒートスクリーン（４）によって熱運動化される、すなわち、前記ヒートスクリーン（４）との接触および伝導によって冷却される熱伝導材料のシートを含むことを特徴とする、請求項７または８に記載のライン。
10. 前記ラインに対して横方向に、前記光学カバー（７）が、前記ヒートスクリーン（４）と前記内側管（３）との間、または前記ヒートスクリーン（４）と前記外側ジャケット（２）との間に位置することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のライン。
11. 前記オリフィス（１４）のボアセクションの表面積が、前記側面排気口（５）のボアセクションの表面積の０．８倍〜５倍であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のライン。
12. 前記光学カバー（７）と前記ヒートスクリーン（４）との間に位置する空間が、前記オリフィス５の前記ボアセクションの１倍〜５倍とし得ることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のライン。
13. 前記ラインに対して横方向に、前記ヒートスクリーン（４）の前記オリフィス（１４）が、前記外側ジャケットの前記排気口（５）に対面して、または前記排気口（５）に対面した位置にある前記ヒートスクリーン（４）の部分に隣接したゾーンに位置することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のライン。
14. 前記光学カバー（７）が、熱伝導材料、特に：銅、アルミニウムから選択された少なくとも一方で作製された少なくとも１つの接続紐（１１）を介した前記ヒートスクリーン（４）との接触および伝導によって冷却されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のライン。
15. 前記光学カバー（７）が、少なくとも１つの接続棒（９）を介して前記ヒートスクリーン（４）に剛結合されることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のライン。

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