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JPH09178093A - 低温液体のレベル制御装置および低温液体を移送するための装置 - Google Patents

低温液体のレベル制御装置および低温液体を移送するための装置

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Publication number
JPH09178093A
JPH09178093A JP8328916A JP32891696A JPH09178093A JP H09178093 A JPH09178093 A JP H09178093A JP 8328916 A JP8328916 A JP 8328916A JP 32891696 A JP32891696 A JP 32891696A JP H09178093 A JPH09178093 A JP H09178093A
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pressure
container
liquid
tank
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JP8328916A
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ジョエル マッコークル イー
Herman Vogel
フォーゲル ハーマン
Marcel Margulies
マーガライズ マルセル
Richard T Ferranti
ティー フェランティ リチャード
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Original Assignee
Perkin Elmer Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 容器内の低温液体のレベルを高精度に維持す
る新規な装置を提供する。 【解決手段】 容器１２内の低温液体１４のレベルを制
御する装置１０は、圧力供給タンク２０への移送導管５
０を備える。圧力パルスは、レベルが容器１２内の主検
知器より下にあるときに、ある速度でタンク２０に加え
られ、またレベルが検知器より上にあるときに、より低
い速度で加えられて、レベルの固有の減少を補償する。
始動時に一定の圧力が、レベルが下部検知器に達するま
でタンク２０へ加えられ、またタンク上の圧抜き弁２６
は、レベルが上部検知器を超えると開かれる。容器１２
内の乱れは、容器１２への液体入口にある一対の同軸の
そらし板により、かつ検知器を囲むチューブ上の伸長部
を有するハウジングにより減少される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低温液体のレベル
制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】多くの機器および計器は、貯蔵容器にお
いて液体窒素または他の液化ガスを利用している。低温
液体との熱伝達を通して試料を冷却する精密示差走査熱
量計などの場合、試料を正確な温度に保つために液体レ
ベルを正確に維持する必要がある。従来の方法、例えば
弁へ接続されるフロートを使用する方法は、レベルを必
ずしも十分な精度で維持しない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、容器
内の低温液体のレベルを高精度に維持する新規な装置を
提供することである。本発明の別の課題は、妥当な時間
内に、維持されるレベルまで容器を最初に充填する自動
始動手順を有するような装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、固有の減少をする、容器内で液体
レベルを有する低温液体を入れた容器と、低温液体の供
給量を保留する圧力タンクと、タンク内の圧力により液
体をタンクから容器へ移送するように接続された移送導
管と、移送を実施するようにタンク内に圧力を選択的に
生じさせる圧力手段と、選択された作動レベルの上また
は下にある液体レベルを検知するように配設された主検
知器と、およびタンクへの制御圧力を生じるように圧力
手段を制御するために、主検知器と圧力手段との間に機
能的に接続される制御器とが設けられており、制御圧力
は、液体レベルが作動レベルに達するまでタンク内の圧
力が増大するように、液体レベルが作動レベルより低い
ときに生じる第１の一連の圧力パルスから成り、これに
より固有の減少を補償して、液体レベルが作動レベルに
ほぼ維持されるようにした。
【０００５】また、低温液体を入れた容器と、低温液体
の供給量を保留しかつ封止されたカバーを有する圧力タ
ンクと、タンク内の圧力により液体をタンクから容器へ
移送するために接続された移送導管とが設けられてお
り、移送導管が、タンクから液体を移送するように接続
された移送ラインと、カバーに封入された容器入口セク
ションと、移送ラインと入口セクションとの間に接続さ
れた導管セクションとから成り、導管セクションは、中
に排気チャネルを有する導管ハウジングと、該ハウジン
グを通って延びた液体注入チューブとから成っており、
注入チューブが移送ラインから液体を通すように接続さ
れており、導管ハウジングが、移送ラインに近接した排
気接続口と、および排気接続口に対向して入口セクショ
ンへの開口部とを有しており、入口セクションが、導管
セクションから作動レベルのかなり下にある容器中へ下
方に延びが円筒形外部そらし板と、外部そらし板との間
で環状の空間を形成するように外部そらし板内に同軸的
に取り付けられが円筒形内部そらし板と、および内部そ
らし板に部分的に延びた、注入チューブの注入端部とか
ら成っており、注入チューブが、公称最小作動レベルの
下にある出口端部を有しており、外部そらし板が、導管
ハウジングを通して容器内の液体レベルの上から排気接
続口までガスを排気するように公称最大液体レベルの上
の容器内に設けられた１つ以上の排気口を有しており、
また内部そらし板が、排気口の下に設けられた上端部
と、外部そらし板の排気口の上に設けられた下端部とを
有しているので、タンクからの加圧液体が、最小限の物
理的および温度的乱れで容器に注入されるようにした。
【０００６】
【発明の効果】有利な実施例では、装置は、低レベルの
上または下にある液体レベルを検知する、容器内の作動
レベルよりも低いレベルに配設される下部検知器からさ
らに構成されている。制御圧力は、圧力パルスサイクリ
ングの前の始動シーケンスから成っており、始動シーケ
ンスが、始動中に圧力パルスのときよりも急速に容器へ
液体を移送するように、液体レベルが低レベルよりも低
いときにタンクへ送られる一定の初期圧力からさらに成
る。
【０００７】別の実施例では、装置は、高レベルよりも
高い液体レベルを検知するために、容器内の作動レベル
よりも高いレベルに配設される上部検知器から成る。始
動シーケンスは、制御圧力の印加の終了と、および液体
レベルが低レベルに達するときに初期圧力の印加中に開
始する、遅延のための圧抜き弁の同時開放とからさらに
成る。遅延は、通常液体レベルが作動レベルに接近した
初期レベルへ達するように選択され、また始動シーケン
スは、遅延後に圧力パルスサイクリングを開始すること
からさらに成る。
【０００８】別の態様において装置は、容器内に取り付
けられる検知器組立体から構成され、その組立体は、各
検知器と、ベースセクションを備えるハウジングと、お
よびベースセクションへ取り付けられる回路基板とから
成る。各検知器は、検知器がベースセクションから容器
中へ下方へ延びて、その対応するレベルへ達するように
回路基板へ接続されるサポートリード線を有する電子式
温度検知器から成る。ハウジングは、容器内で下方へ延
びる各検知器用のチューブ状伸長部をさらに備える。各
伸長部は、その検知器およびサポートリード線を開放取
り囲み、かつその検知器の増分的に下の箇所まで延び
る。各伸長部は、底開口部と、および公称最大液体レベ
ルの上に排気穴を有している。これにより液体レベル
は、各チューブ状伸長部内を、最小限の物理的および温
度的乱れで上昇できる。
【０００９】前記課題は、低温液体を入れた容器と、低
温液体の供給量を保留しかつ封止されたカバーを有する
圧力タンクと、タンク内の圧力により液体をタンクから
容器へ移送するように接続される移送導管とから構成さ
れる低温液体移送装置によっても達成される。移送導管
は、タンクから液体を移送するように接続される移送ラ
インと、カバーに封入される容器入口セクションと、お
よび移送ラインと入口セクションとの間に接続される導
管セクションとから成る。導管セクションは、中に排気
チャネルを有する導管ハウジングと、およびそのハウジ
ングを通して延びる液体注入チューブとから成る。注入
チューブは移送ラインから液体を通すように接続され、
導管ハウジングは、移送ラインに近接する排気接続口
と、および排気接続口に対向した入口セクションへの開
口部とを有する。入口セクションは、導管セクションか
ら作動レベルのかなり下にある容器中へ下方に延びる円
筒形外部そらし板と、外部そらし板との間で環状の空間
を形成するように外部そらし板内に同軸で取り付けられ
る円筒形内部そらし板と、および内部そらし板に部分的
に延びる、注入チューブの注入端部とから成る。注入チ
ューブは公称最小作動レベルの下にある出口端部を有す
る。外部そらし板は、導管ハウジングを通して容器内の
液体レベルの上から排気接続口までガスを排気するよう
に公称最大液体レベルの上の容器内に設けられる１つ以
上の排気口を有する。内部そらし板は、排気口の下に設
けられる上端部と、および外部そらし板の排気口の上に
設けられる下端部とを有する。それによって、タンクか
らの加圧液体は、物理的および温度的乱れが最小になる
ように容器に注入される。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の装置は、液体の一定レベ
ルを維持する必要がある場合に、低温液化ガスのレベル
を制御する。ここで使用される用語「液化ガス」とは、
低温液体の窒素、酸素、水素およびヘリウムなどの大気
温度と大気圧力でガス状である低温液化相の物質を意味
する。有利な実施例は、例えば、一対の試料の熱特性を
比較するためのＰｅｒｋｉｎ−ＥｌｍｅｒモデルＤＳＣ
−７示差走査熱量計（「ＤＳＣ」）のような、試料の低
温冷却用液化ガスを組み込んだ熱量計である。本発明は
熱量計に関して特に有利であるが、レベルを維持する必
要がある低温液化ガスの容器に有用であることは言うま
でもない。断熱しているにもかかわらず、そのような液
体は、周囲環境からのなんらかの熱放散により蒸発する
傾向がある。また冷却されている計器構成部材は、例え
ば熱量計において、液体の熱蒸発を増加することがあ
る。本発明は、熱蒸発による、および／もしくは表面冷
却などを目的とする液体またはその低温蒸発剤の通常の
蒸発による液体の固有損失を補充することを指向する。
【００１１】装置１０の基本構成部材は、計器構成部材
１５を冷却する液体窒素１４（または他の液化ガス）用
の断熱された容器１２を有している。容器は、側壁１６
と、および実質的にこの側壁へ封止されたカバー１８と
から形成されている。液体窒素供給量２１の圧力タンク
２０は、容器の充填、およびそれへの液体の補充に使用
される。導管組立体２２は、タンク内の圧力により液体
をタンクから容器へ移送するために、タンクから容器へ
接続されている。タンクへのガス圧は、ガスの加圧源か
ら通じる少なくとも１個の圧力調節器と、弁類から成る
圧力計量システムを有する圧力手段２４により供給され
る。圧力ガスは、液体と同一の組成を有すると有利であ
る。液体レベルの上から通じる排気ライン２８内の圧抜
き弁２６も、タンク内の圧力を抜くために設ける必要が
ある。
【００１２】圧力手段および供給タンク２０への圧力手
段の関連接続部材は、汎用の非低温構成部材ら形成され
る。例えばガス接続ブロック３０は、Ｍａｒｍｏｎクラ
ンプなどで保持される迅速脱着式フランジ（図示せず）
を使用してタンクの上端へ取り付けられている。ブロッ
クは、導入した３本の管を有する。１本の管３２は、導
管組立体２２からタンクの底部近くまで導かれる。別の
管は、電磁弁２６を設けた、上端部からの排気ライン２
８である。３本目の管は、タンクの上端部への加圧管３
４である。この管は、それぞれ電磁弁４０、４２を有す
る２本の分岐管３６、３８を有しており、各分岐管は、
共通管４４を通してガス源４８の主調節器４６へ接続さ
れていると有利である。１本の分岐管３８は、高圧、例
えば約０．５６×１０５パスカル（Ｎ／ｍ２）ゲージ圧
（８ｐｓｉｇ）を供給し、また他方の分岐管３６は、低
圧、例えば公称０．１１×１０５〜０．１８×１０５パ
スカルゲージ圧（１．５〜２．５ｐｓｉｇ）を供給す
る。これらは、ＤＳＣにとり適切な圧力である；他の圧
力レベルを他の用途用に選択してもよい。これらの弁
は、電磁弁のような以下に述べる圧力パルス発生ができ
るオンオフ形式のものである。適切な大型弁は、コネチ
カット州ニューブリテンにあるＰｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｄ
ｙｎａｍｉｃｓ Ｉｎｃ．社製のモデルＢ２０１７−Ｓ
５８であり、また適切な小型弁は、オハイオ州シンシナ
チにあるＣｌｉｆｆｏｒｄ社製のモデルＥＴ−３０Ｍ−
２４ＶＤＣである。
【００１３】圧力は、弁のオリフィスサイズにより決め
られる。高圧分岐管にある弁４２は、比較的大きい弁オ
リフィスを有しており、調節器４６からの圧力に近い高
い圧力、または公称的にその圧力より低い（例えば２０
％）圧力を供給する。他の弁４０は、小さい弁オリフィ
スを有しており、著しい圧力低下を生ぜしめてタンク中
に低圧力をもたらす。択一的に、低圧用の別個の調節器
を低圧分岐管に設置するか、または別個の調節器を両方
の分岐管に設置することができ、両方の弁は圧力低下が
最小になるように十分に大きい。また通常は不要である
が、圧力計（図示せず）をタンクへ接続してもよい。
【００１４】導管組立体２２は、以下の３つの直列セク
ションから基本的に形成されている。移送ライン５０
は、タンクから低温液体２１を移送するように接続され
る。容器入口セクション５２は、容器のカバー１８に封
入され、また液体１４中にまで下に延びている。導管セ
クション５４は、移送ライン５０と入口セクションとの
間に接続されている。タンクからの移送ラインは、フレ
キシブルな真空断熱管のような汎用の低温形式のもので
ある。セクション間の接続部５６は、供給タンクの容易
な分解および交換ができるように迅速脱着式接続具を利
用すると有利であるが、接続具の形式は本発明にとり重
要ではない。適切な形式の接続具は、はめ輪で円周方向
に圧縮されたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＥ）
の管中にきつく滑動されるステンレス鋼管から成ってい
る。
【００１５】容器１２には、容器の液体レベル６０の検
知器または検知器の組立体５８は、カバー１８に取り付
けられていて、選択された作動液体表面レベル６２を越
えて下へ延びている。（一般に実際の液体レベル６０
は、選択されたレベル６２と正確に同一ではない）検知
器に関連した信号は、有利にはコンピュータである制御
器６６へ信号ライン６４を介して送信され、そのコンピ
ュータは、検知器の組立体５８と圧力手段２４との間に
作動接続されており、適切な命令を制御ライン６８を通
して圧力手段へ送る。コンピュータは、処理装置を有し
ており、この処理装置は、本適用に専用であってもよ
く、または例えばケーブル６９を介して関連計器用に使
用されるものと同一であってもよい。一般にコンピュー
タは、入力および出力用に必要なアナログ／ディジタル
（Ａ／Ｄ）およびディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換
器７０（適切な増幅器回路を有する）、中央処理装置７
２（ＣＰＵ）、およびソフトウエアまたはファームウエ
アであるシステム制御プログラム７４を有する必要があ
る。モニタ７６もしくは別の表示装置またはプリンタ、
およびキーボードまたはキーパッド７８は、特に関連計
器用に利用できる。しかしながら本装置は、操作者の制
御が、単に液体の充填の始動および停止、ならびにおよ
び保守操作だけであるように実質的に自動化される必要
がある。また記憶装置８０（ＲＡＭおよびディスク）
は、計器用に設けることができ、またこの場合に使用で
きるが、この機能は、本装置の場合にプログラムに容易
に含めることができる。通常の技量を有する者は、ここ
に説明された圧力シーケンスを適用するために、条件ス
テートメントおよびクロックステートメントでコンピュ
ータプログラムを容易に組立てることができる。
【００１６】１個だけの検知器を、一定液体レベルの単
純な制御に使用できるが、検知器の組立体５８、好まし
くは３つの検知器１４０、１４６、１５３（図２）の組
立体が設けられると有利である。この組立体は、容器カ
バー１８内の開口部８６を覆うようにカバー上に取り付
けられるたベースセクション８４を備えたハウジング８
２を有している。ベースセクションは好都合には方形で
ある。検知器用の配線接続部９０の回路基板８８は、底
部のガスケット９２と、および所定位置にネジ込まれる
ハウジングカバー９６により保持される上端部の圧縮パ
ッド９４との間でベースセクションに取り付けられてお
り、ガスケットおよびパッドは、例えば軟質のシリコン
ゴムである。パッドは、ハウジングの上部、特に配線出
口穴を封止し、また回路基板用に、ある程度の浮き上が
りを提供する。
【００１７】各検知器は好ましくは、従来の低温サーミ
スターのような電子式温度検知器であり、回路基板に接
続されたサポートリード線としても機能するリード線を
有するので、各検知器はベースセクションから対応する
選択されたレベルまで容器中を下に延びている。検知器
は、液体レベルが検知器よりも上にあるかまたは下にあ
るかだけを判断する。実際の温度は、測定される必要は
ない。
【００１８】組立ハウジング８２は、ハウジングベース
から容器中に下に延びた３つの管状伸長部９８をさらに
備えており、この管状伸張部は、検知器とそのリード線
の回りに若干の空間が存在するように、関連した検知器
およびそのサポートリード線１００を取り囲んでいる。
各伸長部は、ガスケットにより提供される封止部を有す
るハウジングベース８４中に開いていることができ、ま
た例えば約６ｍｍの内径と底部開口を有する。各伸長部
は、その関連検知器の増分的に下の位置、例えば約６〜
９ｍｍ下の箇所にまで下に延びている。各伸長部は、公
称最大液体レベル１０４の上に設けられる１つ以上（例
えば２つの対向する）排気穴１０２を有するので、液体
が検知器の回りに容易に上昇および降下できる。（ここ
で使用される用語「公称最大液体レベル」および「公称
最小液体レベル」はそれぞれ、始動前の低レベルを除
き、通常の作動中に通常予想される液体の最大および最
小レベルを意味する） 導管組立体２２の導管セクション５４（図３）は、蒸発
した液体を容器から排気するために中に排気チャネル１
０８を有する導管ハウジング１０６から形成されてい
る。このハウジングは、円筒形または方形（または正方
形）の断面を有していてもよく、好都合にはカバー１８
上の縁部へ載置される。排気チャネルは、入口セクショ
ン５２における１つのフランジ付き取付け具１１０と反
対側の取付け具１１１との間を通して外部排気管１１２
中に延びている。排気管取付け具は、移送ライン５０に
近接する端部近くの導管の側壁１１６に設けられた開口
部１１４においてチャネル１０８へ接続しており、また
導管から都合のよい距離の個所で大気への開口部１１５
（図１）を有している。液体注入チューブ１１８、例え
ば内径１．６ｍｍのフレキシブルなＰＴＦＥ管は、移送
ラインから導管を通して容器中に延びている。容器から
チャネル１０８を通して排気する低温ガスは、このライ
ン中の低温液体を低温に保つのに役立つ。
【００１９】導管組立体２２の入口セクション５２は、
有利には円筒状の外部そらし板１２０を有しており、こ
の外部そらし板１２０は、カバー接続口内のフランジ付
き取付け具１１０から、液体の通常作動レベル６２のか
なり下の箇所１２１まで容器中へ下に延びている。外部
そらし板は、液体レベル６０の上部から導管ハウジング
中にガスを排気するように、公称最大液体レベル１０４
よりも上に位置する、周囲に分配された少なくとも１つ
の、有利には複数の排気穴１２２を有している。
【００２０】内部そらし板１２４は、外部そらし板との
間に例えば２〜４ｍｍ幅の環状空間１２６を形成するよ
うに外部そらし板内に同軸的に取り付けられている。内
部そらし板は、外部そらし板へ、例えばこれらの構成部
材を通してプレス嵌めされた横方向ピン１２８によって
取り付けられている。内部そらし板は、排気穴１２２の
すぐ下に設けられていて、かつ液体の選択された作動レ
ベル６２にほぼ近接した上端部１３０を有する。内部そ
らし板の下端部１３２は、外部そらし板の底部１２１よ
り上に公称的に位置している。注入チューブ１１８の注
入端部１３４は、チューブ中のベンドから内部そらし板
中に部分的に下に延びており、また注入チューブは、公
称最小液体作動レベル１３８の下に出口オリフィス１３
６を有している。そらし板および注入チューブのこのよ
うな配置により、液体は圧力下で、最小限の物理的およ
び温度的乱れでタンクから容器に注入させられる。内部
と外部とのそらし板を取り囲む逃散ガスは、注入チュー
ブから流入する液体が予定より早く昇温および蒸発する
のを阻止する。入口セクション５２は、計器構成部材に
関して実際的な程度まで容器内でセンタリングされてい
る必要がある。レベル制御における残留する乱れの影響
は、入口セクション５２と、計器構成部材１５と、容器
壁１６（図１）との間に検知器組立体５８をほぼ等しく
間隔を置いて位置決めすることによりさらに最小限にさ
れる。
【００２１】検知器組立体（図２）は、主検知器１４０
を少なくとも有しており、この主検知器は、選択された
作動レベル６２の上または下にある液体レベルを検知す
るように配設されている。制御器は、主検知器と圧力手
段２４との間に作動接続されており、タンクへの制御圧
力を生じるように圧力手段を制御するために働く。液体
レベルの維持中、制御圧力は、第１の（小型）弁４０
（図１）を開閉することにより、一連の圧力パルスとし
て供給タンクへ加えられる。第１の一連の圧力パルス１
４２（図４）は、液体レベル６０が選択された作動レベ
ル６２の下にあると検知されたときに、この弁により生
ぜしめられる。これらの圧力パルスは、液体レベルが作
動レベルに達するまで、固有損失を超えて容器への液体
流入を維持するためにタンク内の圧力が増大されるよう
な制御圧力パルス高さとパルス周期において供給され
る。パルス高さ、パルス幅およびパルス周期は、特定の
容器条件について選択される。ＤＳＣの場合、圧力パル
ス高さが０．１４×１０５パスカル（２ｐｓｉ）、幅が
４秒、周期が７秒が適切であることが判明した。
【００２２】レベル６０が、選択された作動レベル６２
へ達するのが検知されると、第１の一連の圧力パルス１
４２は終了される。タンクからの連続流出により圧力が
低下するまで、タンク内の残留圧力により、容器へ液体
が過大に供給され、また液体レベルが上昇し続ける。１
つの態様においては、容器内の液体の固有損失によりレ
ベルが選択された作動レベルまで低下するまで圧力の印
加を単に一時停止すればよく、その選択された作動レベ
ルは再び検知されてパルスを再起動する。このシーケン
スは反復されて、固有の減少を補償して、実際の液体レ
ベルを作動レベルにほぼ維持する。
【００２３】固有損失が急速過ぎて、レベルの余分な降
下を生じることがあるので、有利には制御圧力は、さら
に第２の一連の圧力パルス１４４から成っており、この
第２の一連の圧力パルス波、液体レベルが作動レベルの
上であるのが検知されるときに第１の弁で生ぜしめられ
る。これらのパルスは、第１の一連の圧力パルスと同一
の弁から供給されるが、パルス時間が少なく、例えば幅
が３秒、周期が２１秒である。これらのパラメータは、
有利には第１の一連の圧力パルスが送られる時間とほぼ
同じ長さの時間で、容器内の液体レベルが選択された作
動レベルに達するまで、タンク内圧力が減分されるよう
に選択される。ついで第１の一連の圧力パルスが再起動
される。このように。第１の一連の圧力パルス１４２お
よび第２の一連の圧力パルス１４４（図４）は、圧力パ
ルスサイクリングとして交互に加えられて、液体レベル
が作動レベルにほぼ維持される。パルスは有利には弁に
よりオン−オフされるが、低速弁を使用する正弦曲線生
成手段などによる圧力パルスの印加も役立つ。
【００２４】代表的な始動状態において、容器内の初期
液体レベルは、作動レベルのかなり下にあると思われる
か、または容器が空のことさえもある。したがって、始
動シーケンスを選択することが望ましい。このために下
部検知器１４６（図４）は、容器内の作動レベルよりも
低い（例えば約２ｍｍ下の）レベルに配設されて、低レ
ベルの上または下にある液体レベルを検知する。制御器
は、さらに下部検知器と圧力手段２４との間に作動接続
されていて、圧力パルスサイクリングに先行する幾つか
の始動圧力シーケンス（図５）の１つにおいて制御圧力
をさらに生じるように圧力手段を制御する。始動圧力シ
ーケンスにより、一定の始動圧力が、液体圧力が低レベ
ルよりも低いときにタンクへ加えられるので、圧力パル
スによる場合よりも急速な容器への液体の移送１４８が
始動中に生じる。この一定圧力印加は、レベルが下部検
知器レベル１５０に達すると終了される。また制御器
は、タンク２０上の排気弁２６へライン１５２（図１）
により作動接続されていて、圧力印加が終了すると排気
弁を開けて高い圧力を急速に逃がし、過大な圧力上昇を
減少する。
【００２５】初期圧力は、圧力パルス用弁と同一の弁４
０から加えることができるので、パルス高さに等しい。
そのような場合、他の弁４２は必要とされない。しかし
ながら初期充填が低速し過ぎることがある。したがっ
て、初期圧力は、高い圧力を生じるように第２の（大
型）弁４２を使用して、制御圧力パルス高さよりも大き
いと有利である。
【００２６】始動時の高い初期圧力により、作動レベル
を大幅に超えるレベル上昇が生じることがある。これを
減じるために上部検知器１５３が、作動レベルよりも高
い（例えば５ｍｍ高い）レベルで容器内に配設されて、
高レベルよりも高い液体レベルが検知されるようになっ
ている。制御器は、上部検知器と圧力手段２４との間に
さらに作動接続されていて、特に始動シーケンスにおい
て制御圧力をさらに生じるように圧力手段を制御する。
始動圧力シーケンスは、さらに液体レベルが下部検知器
へ達すると開始される時間遅延Ｔ１の間（初期圧力の印
加中）、タンクへの圧力印加を終了する（レベルが下部
検知器へ達すると）ことから成る。時間遅延は、液体レ
ベルが作動レベル６２に近い事前レベル（正確なレベル
ではない）に達するように選択される。時間遅延は、別
の検知で終了するが、実験により、おおよその時間遅延
を選択すれば十分である。このケースでは、７５秒とい
う適切な遅延が定められた。排気弁２６は、時間遅延の
最後に閉じられる。この遅延後に始動圧力シーケンス
は、圧力パルスサイクリングを開始する。
【００２７】通常のサイクリングは上記の作動の直後に
開始できるが、時間遅延後で、かつ通常のサイクリング
に入る前に（図５）、圧力の中間段階の印加により、そ
れ以上の過大な圧力上昇を減少できる。第１の中間段階
１５４（ケースＡ）は、事前レベルが低レベルよりも低
いならば利用され、または第２の中間段階１５６は、事
前レベルが高レベルよりも高いならば利用される（ケー
スＤおよびＥ）。事前レベルが低レベルと高レベルとの
間に既にあるならば、圧力パルスサイクリングの中間開
始段階１５８が利用される（ケースＢおよびＣ）。
【００２８】第１の中間段階は、液体レベルが下部レベ
ルへ達するまで大型弁４２からタンクへ加えられる一定
の高圧力から成る。この時点で、通常のパルスサイクリ
ングが、小型弁４０を使用して１５８で開始される。
【００２９】第２の中間段階は、液体レベルが固有の減
少により上部レベルに達するまで、両方の弁がタンク内
の絶えず減少する圧力で閉じられることから成る。この
時点で、通常のパルスサイクリングが、小型弁４０を使
用して１５８で開始される。
【００３０】別の機能は、第２の中間段階で余分の過大
充填または遅延される過大充填の場合に望ましい（ケー
スＥ）。制御器は、液体レベルが上部レベルへ達して開
始する別の事前設定期間Ｔ２（例えば３０秒）の終了時
に、液体レベルが上部検知器レベル１６０から上にある
ままならば、圧抜き弁２６を開くように機能的に接続さ
れる。その後に制御器は、固有の減少により液体レベル
がその後に上部レベルへ達すると、圧抜き弁を閉じる。
ついで通常のパルスサイクリングが開始される。
【００３１】液体を作動レベルに正確に維持すること
は、容器および付属構成部材の有効な断熱によりさらに
改善される。かくして容器側壁１６（図１）は断熱する
ことが望ましく、またカバー１８は断熱材料から実質的
に形成することが望ましい。この絶縁は、気泡ブロック
および／またはポリマーシートで分離される断熱停滞ガ
ス空間（例えば３つのそのような空間）などの従来の手
段または他の好ましい手段により実施できる。組立ハウ
ジング８２（図２）も、断熱材料、好都合にはゼネラル
エレクトリック製ＵｌｔｅｍＴＭプラスチックのような
断熱ポリマーから実質的に形成される必要がある。外壁
および有利には内壁層は、放射熱の入射を最小にするよ
うに、アルミニウム塗料、テープまたは箔などで銀色仕
上げする必要がある。
【００３２】液体レベルは、前記システムにより、約
０．５ｍｍの誤差で作動レベルに維持できることが判明
した。始動時間は、１２１におけるはじめから空の容器
の場合に約３０分である。システムは、容器を始動時に
自動的に充填し、また良好な断熱により、５０１におけ
るタンクからの通常の供給から約２４時間の間、レベル
を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う装置の部分的に縦断面図で示した
概略図である。
【図２】図１の装置の検知器組立体の縦断面図である。
【図３】図１の装置の液体移送構成部材の縦断面図であ
る。
【図４】図１の装置で利用される圧力パルスのグラフで
ある。
【図５】種々の始動条件での図１の装置内の液体レベル
を図示する一連の図形曲線である。
【符号の説明】
１０ 装置、 １２ 容器、 １４ 液体窒素、 １５
計器構成部材、 １６ 側壁、 １８ カバー、 ２
０ 圧力タンク、 ２１ 液体窒素供給量、２２ 導管
組立体、 ２４ 圧力手段、 ２６ 圧抜き弁、 ２８
排気ライン、 ３０ ガス接続ブロック、 ３２
管、 ３４ 加圧管、 ３６，３８ 分岐管、 ４０，
４０ 電磁弁、 ４４ 共通管、 ４６ 調節器、 ４
８ ガス源、 ５０ 移送ライン、 ５２ 入口セクシ
ョン、 ５４ 導管セクション、５６ 接続部、 ５８
組立体、 ６０ 液体レベル、 ６２ レベル、 ６
４ 信号ライン、 ６６ 制御器、 ６８ 制御ライ
ン、 ６９ ケーブル、７０ 変換器、 ７２ 中央処
理装置、 ７４ システム制御プログラム、 ７６ モ
ニタ、 ７８ キーパッド、 ８０ 記憶装置、 ８２
組立ハウジング、 ８４ ベースセクション、 ８６
開口部、 ８８ 回路基板、 ９０ 配線接続部、
９２ ガスケット、 ９４ 圧縮パッド、 ９６ ハウ
ジングカバー、 ９８ 管状伸張部、 １００ サポー
トリード線、 １０２ 排気穴、１０４ 最大液体レベ
ル、 １０６ 導管ハウジング、 １０８ 排気チャネ
ル、 １１０ 取付け具、 １１１ 取付け具、 １１
２ 外部排気管、 １１４開口部、 １１６ 側壁、
１１８ 液体注入チューブ、 １２１ 個所、１２２
排気穴、 １２４ 内部そらし板、 １２６ 管状空
間、 １２８ 横方向ピン、 １３０ 上端部、 １３
４ 注入端部、 １３６ 出口オリフィス、 １３８
最少液体作動レベル、 １４０ 主検知器、 １４２，
１４４ 圧力パルス、 １４６下部検知器、 １４８
移送、 １５０ 下部検知器レベル、 １５２ ライン
１５３ 上部検知器、 １５４，１５６ 中間段階、
１５８ 中間開始段階、 １６０ 上部検知器レベル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルセル マーガライズ アメリカ合衆国 ニュー ヨーク スカー スデイル ファラガト ロード 27 (72)発明者 リチャード ティー フェランティ アメリカ合衆国 コネチカット ハンティ ントン ティモシー レイン ３

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 低温液体のレベル制御装置であって、固
    有の減少をする、容器内で液体レベルを有する低温液体
    を入れた容器と、低温液体の供給量を保留する圧力タン
    クと、タンク内の圧力により液体をタンクから容器へ移
    送するように接続された移送導管と、移送を実施するよ
    うにタンク内に圧力を選択的に生じさせる圧力手段と、
    選択された作動レベルの上または下にある液体レベルを
    検知するように配設された主検知器と、およびタンクへ
    の制御圧力を生じるように圧力手段を制御するために、
    主検知器と圧力手段との間に機能的に接続される制御器
    とが設けられており、制御圧力は、液体レベルが作動レ
    ベルに達するまでタンク内の圧力が増大するように、液
    体レベルが作動レベルより低いときに生じる第１の一連
    の圧力パルスから成り、これにより固有の減少を補償し
    て、液体レベルが作動レベルにほぼ維持されるようにな
    っていることを特徴とする、低温液体のレベル制御装
    置。
  2. 【請求項２】 制御圧力が、さらに、液体レベルが作動
    レベルに達するまでタンク内の圧力が減少するように、
    液体レベルが作動レベルより高いときに生じる第２の一
    連の圧力パルスから成っており、第１の一連の圧力パル
    スと第２の一連の圧力パルスとが、圧力パルスサイクリ
    ングとして交互に加えられるようになっている、請求項
    １の装置。
  3. 【請求項３】 低レベルの上または下にある液体レベル
    を検知するために、容器内の作動レベルよりも低いレベ
    ルに配設された下部検知器が設けられており、制御器
    は、制御圧力を生じるように圧力手段を制御するため
    に、下部検知器と圧力手段との間にさらに作動接続され
    ており、制御圧力が、圧力パルスサイクリングに先行す
    る始動シーケンスから成っており、始動シーケンスが、
    始動中に圧力パルスのときよりも急速に容器へ液体を移
    送するように、液体レベルが低レベルよりも低いときに
    タンクへ送られる一定の初期圧力から成る、請求項２記
    載の装置。
  4. 【請求項４】 圧力パルスが制御圧力パルス高さを有し
    ており、また初期圧力が制御圧力パルス高さにほぼ等し
    い、請求項３の装置。
  5. 【請求項５】 圧力パルスが制御圧力パルス高さを有し
    ており、また初期圧力が制御圧力パルス高さよりも大き
    い、請求項３の装置。
  6. 【請求項６】 圧力手段が、加圧ガスを受容する圧力調
    節器と、初期圧力を選択的に生ぜしめるために調節器と
    タンクとの間に接続された第１のオンオフ弁と、および
    調節器とタンクとの間に接続された第２のオンオフ弁と
    から成っており、第２の弁が制御圧力パルス高さを生じ
    るために、内部に圧力低下絞り部を有している、請求項
    ５の装置。
  7. 【請求項７】 高レベルよりも高い液体レベルを検知す
    るために、容器内の作動レベルよりも高いレベルに配設
    された上部検知器と、およびタンク内の液体より上のタ
    ンク内に配設される常時閉式圧抜き弁とが設けられてお
    り、制御器は、制御圧力を生じるように圧力手段を制御
    するために、上部検知器と圧力手段との間にさらに作動
    接続されており、かつ始動シーケンスにおいて圧抜き弁
    を選択的に開くように作動接続されており、始動シーケ
    ンスが、制御圧力の印加の終了と、および液体レベルが
    低レベルに達するときに初期圧力の印加中に開始する、
    遅延のための圧抜き弁の同時開放とから成っており、遅
    延が、通常液体レベルが作動レベルに接近した初期レベ
    ルへ達するように選択されており、また始動シーケンス
    が、さらに遅延後に圧力パルスサイクリングを開始する
    ことから成る、請求項５記載の装置。
  8. 【請求項８】 遅延後でかつ圧力パルスサイクリングの
    前に、始動シーケンスが、初期レベルが低レベルよりも
    低い場合の第１の中間段階、または初期レベルが高レベ
    ルよりも高い場合の第２の中間段階、または初期レベル
    が低レベルと高レベルとの間にある場合の圧力パルスサ
    イクリングの即時開始段階からさらに成っており、第１
    の中間段階が、液体レベルが低レベルに達するまでタン
    クへ加えられる初期圧力よりも低い一定圧力から成って
    おり、また第２の中間段階が、液体レベルが固有の減少
    により高レベルに達するまでタンクへの圧力印加を終了
    することから成っている、請求項７記載の装置。
  9. 【請求項９】 第２の中間段階に関して、液体レベルの
    高レベルへの到達で開始する事前設定時間の完了時に液
    体レベルが高レベルよりも高い場合に圧抜き弁を開き、
    またその後に液体レベルが固有の減少により高レベルに
    達するときに圧抜き弁を閉じるように、制御器が作動接
    続されている、請求項８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 容器内に取り付けられが検知器組立体
    が設けられており、該検知器組立体が、各検知器と、ベ
    ースセクションを備えたハウジングと、およびベースセ
    クションへ取り付けられた回路基板とから成っており、
    各検知器が、検知器がベースセクションから容器中へ下
    方へ延びて、各レベルへ達するように回路基板へ接続さ
    れるサポートリード線を有する電子式温度検知器から成
    っており、ハウジングが、さらに、容器内で下方へ延び
    る各検知器用のチューブ状伸長部を備え、各伸長部が、
    その検知器およびサポートリード線を開放的に取り囲ん
    でおり、かつその検知器の増分的に下の箇所まで延びて
    おり、また伸長部が、底部開口を有しておりかつ公称最
    大液体レベルの上に排気穴を有しているので、液体レベ
    ルが、各チューブ状伸長部内を、最小限の物理的および
    温度的乱れで上昇できるようになっている、請求項７記
    載の装置。
  11. 【請求項１１】 容器がさらにカバーを有しており、該
    カバーに検知器組立体のベースセクションが取り付けら
    れている、請求項１０記載の装置。
  12. 【請求項１２】 容器内に取り付けられが検知器組立体
    がもうけられており、該検知器組立体が、検知器と、ベ
    ースセクションを備えたハウジングと、ベースセクショ
    ンへ取り付けられた回路基板とを有しており、各検知器
    が、検知器がベースセクションから容器中へ下方へ延び
    て、各レベルへ達するように回路基板へ接続されたサポ
    ートリード線を有する電子式温度検知器から成ってお
    り、ハウジングが、さらに容器内で下方へ延びた３つの
    チューブ状伸長部を備えており、各伸長部が、その関連
    検知器およびサポートリード線を開放的に取り囲んでお
    り、かつその関連検知器の増分的に下の箇所まで延びて
    おり、また各伸長部が、底部開口を有しておりかつ公称
    最大液体レベルの上に排気穴を有しているので、液体レ
    ベルが、各チューブ状伸長部内を、最小限の物理的およ
    び温度的乱れで上昇できるようになっている、請求項１
    記載の装置。
  13. 【請求項１３】 容器がさらにカバーを有しており、該
    カバーに検知器組立体のベースセクションが取り付けら
    れている、請求項１２記載の装置。
  14. 【請求項１４】 容器が、封止されたカバーを有してお
    り、移送導管が、タンクから液体を移送するように接続
    された移送ラインと、カバーに封入された容器入口セク
    ションと、移送ラインと容器入口セクションとの間に接
    続された導管セクションとから成っており、導管セクシ
    ョンが、中に排気チャネルを有する導管ハウジングと、
    該ハウジングを通って延びた液体注入チューブとを有し
    ており、注入チューブが移送ラインから液体を通すよう
    に接続されており、導管ハウジングが、移送ラインに近
    接した排気接続口と、該排気接続口に対向して入口セク
    ションへの開口部とを有しており、入口セクションが、
    導管セクションから作動レベルのかなり下にある容器中
    へ下方に延びた円筒形外部そらし板と、外部そらし板と
    の間で環状の空間を形成するように外部そらし板内に同
    軸で取り付けられる円筒形内部そらし板と、および内部
    そらし板に部分的に延びた、注入チューブの注入端部と
    を有しており、注入チューブが、公称最小作動レベルの
    下にある出口端部を有しており、外部そらし板が、導管
    ハウジングを通して容器内の液体レベルの上から出口接
    続口までガスを排気するように、公称最大液体レベルの
    上の容器内に設けられた１つ以上の排気口を有してお
    り、また内部そらし板が、排気口の下に設けられた上端
    部と、外部そらし板の排気口の上に設けられた下端部と
    を有しているので、タンクからの加圧液体が、最小限の
    物理的および温度的乱れで容器に注入されるようになっ
    ている、請求項１記載の装置。
  15. 【請求項１５】 容器が、カバーに封止された側壁を有
    しており、入口セクションと導管セクションとがデッキ
    内の接続口へ接続されており、さらに、入口セクション
    と側壁との間に設けられたデッキへ取り付けられた検知
    器組立体が設けられており、該検知器組立体が、ベース
    セクションから容器中の各レベルまで下方へ延びた各検
    知器を有している、請求項１４記載の装置。
  16. 【請求項１６】 検知器組立体が、さらにベースセクシ
    ョンを備えるハウジングと、ベースセクションへ取り付
    けられた回路基板とを有しており、各検知器が、各検知
    器がベースセクションから容器中へ下方へ延びていて、
    各レベルへ達するように回路基板へ接続されたサポート
    リード線を有する電子式温度検知器から成っており、ハ
    ウジングが、さらに容器内で下方へ延びた３つのチュー
    ブ状伸長部を有しており、各伸長部が、関連検知器およ
    びサポートリード線を開放的に取り囲んでおり、かつ関
    連検知器の増分的に下の箇所まで延びており、また各伸
    長部が、液体レベルの上に排気穴を有しているので、液
    体レベルが、各チューブ状伸長部内を、最小限の物理的
    および温度的乱れで上昇できるようになっている、請求
    項１５記載の装置。
  17. 【請求項１７】 容器側壁が断熱されていて、カバーお
    よびハウジングが実質的に断熱材料から形成されてい
    る、請求項１６記載の装置。
  18. 【請求項１８】 低温液体を移送するための装置であっ
    て、低温液体を入れた容器と、低温液体の供給量を保留
    しかつ封止されたカバーを有する圧力タンクと、タンク
    内の圧力により液体をタンクから容器へ移送するために
    接続された移送導管とが設けられており、移送導管が、
    タンクから液体を移送するように接続された移送ライン
    と、カバーに封入された容器入口セクションと、移送ラ
    インと入口セクションとの間に接続された導管セクショ
    ンとから成り、導管セクションは、中に排気チャネルを
    有する導管ハウジングと、該ハウジングを通って延びた
    液体注入チューブとから成っており、注入チューブが移
    送ラインから液体を通すように接続されており、導管ハ
    ウジングが、移送ラインに近接した排気接続口と、およ
    び排気接続口に対向して入口セクションへの開口部とを
    有しており、入口セクションが、導管セクションから作
    動レベルのかなり下にある容器中へ下方に延びが円筒形
    外部そらし板と、外部そらし板との間で環状の空間を形
    成するように外部そらし板内に同軸的に取り付けられが
    円筒形内部そらし板と、および内部そらし板に部分的に
    延びた、注入チューブの注入端部とから成っており、注
    入チューブが、公称最小作動レベルの下にある出口端部
    を有しており、外部そらし板が、導管ハウジングを通し
    て容器内の液体レベルの上から排気接続口までガスを排
    気するように公称最大液体レベルの上の容器内に設けら
    れた１つ以上の排気口を有しており、また内部そらし板
    が、排気口の下に設けられた上端部と、外部そらし板の
    排気口の上に設けられた下端部とを有しているので、タ
    ンクからの加圧液体が、最小限の物理的および温度的乱
    れで容器に注入されるようになっていることを特徴とす
    る、低温液体を移送するための装置。
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