JPH086842B2 - 高断熱弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体ヘリウムなどの極
低温の流体の流れを制御するための高断熱弁に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】液体ヘリウムなどの極低温の流体を制御
するための高断熱弁においては、流体の流れを制御する
バルブ自体を真空容器に収容し、バルブと真空容器との
間を断熱している。この場合、バルブを真空容器内に入
れることにより対流による熱の伝達をほぼ完全に防止し
ている。そのため、バルブと真空容器との間の伝熱は、
両者間の輻射伝熱、及びバルブ操作部において真空容器
とバルブとを相互に固定するフレーム類や、バルブを開
閉するための操作力を真空容器外からバルブ開閉軸へ伝
達する軸等からの熱伝導の２種類になる。

【０００３】これらの２種類の熱伝導のうち、輻射伝熱
については、その伝熱が行われる材料の表面処理によ
り、ある程度抑制することができる。しかるに、上記フ
レーム類や軸等の機械的連結部分を通して伝わる熱は、
それらの機械的連結部分が存在する以上、避けることが
できないものである。

【０００４】そこで、機械的連結部分の熱伝導をできる
だけ少なくする手段として、熱伝導係数の小さい材料で
伝熱面積を小さくし、かつ伝熱長さを長くする手段が一
般的に用いられ、本発明者も、そのための手段の一つを
先に特願平３−３２１００９号において提案している。
しかしながら、このような手段を採用しても、わずかな
がらでも常時熱の伝達があることは事実であり、一層の
改善が望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、上述した真空断熱を行う高断熱弁において、バルブ
操作部での機械的連結部分を通じた熱伝導を実質的に皆
無ならしめ、それによって断熱性を一層向上させること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の高断熱弁は、極低温の流体の流れを制御する
バルブを真空容器に収容し、バルブと真空容器との間を
断熱するようにした高断熱弁であって、上記バルブに流
体の流れを制御する流路制御手段を設け、上記バルブと
真空容器との間には、バルブの操作時にのみ上記流路制
御手段に接合して、真空容器の外部から流体の流れを制
御するためのバルブ操作力を伝達するバルブ操作手段を
設けることにより構成される。

【０００７】上記バルブ操作手段は、真空容器外からの
バルブ駆動軸の操作時にのみバルブの開閉を行う流路制
御手段を真空容器に支持させる支持手段と、バルブ駆動
軸の開閉操作時にのみバルブ開閉のための弁軸に接合し
て開閉操作力を伝達する操作力伝達手段とにより構成す
ることができる。

【０００８】さらに、上記流路制御手段を真空容器に支
持させる支持手段としては、アクチュエータにより駆動
されるバルブ駆動軸の開閉動作に連動してバルブを押さ
え部材により支持する機構を用い、弁軸に開閉操作力を
伝達する操作力伝達手段として、押さえ部材によるバル
ブの支持の後に、上記アクチュエータによる駆動力を弁
軸に伝達し、その駆動の後に弁軸との接合を解除する機
構を用いることができる。

【０００９】

【作用】アクチュエータによりバルブ駆動軸を駆動する
と、そのバルブ駆動軸の動作に連動して支持手段におけ
る押さえ部材によりバルブの一部がクランプされ、この
クランプによりバルブを真空容器に固定した後に、操作
力伝達手段がバルブの弁軸に接合され、弁部材により弁
座が開放される。また、弁部材を所定の位置に駆動した
後には、上記押さえ部材によるクランプ及び操作力伝達
手段とバルブとの間の接合が解除され、バルブと真空容
器との間の機械的な連結が断たれる。そのため、真空容
器の外部から安定的にバルブにおける流体の流れを制御
することができ、しかも、通常はバルブと真空容器との
間の機械的な連結が完全に断たれるので、両者間におけ
る熱の伝導が皆無になる。

【００１０】

【実施例】図１及び図２は、本発明の高断熱弁の実施例
の構成を示し、特に、流体の流れを制御するバルブ１を
真空容器２（図２）に収容して、そのバルブ１と真空容
器２との間の空間を図示しない真空装置で減圧すること
により真空断熱し、その真空容器２外からのバルブ操作
力により、バルブ１における流路制御手段（弁開閉機
構）に直進運動としてのバルブ開閉力を伝達するように
構成した場合を例示している。

【００１１】上記バルブ１において、弁ボディ３内の流
路における極低温の流体（液体ヘリウム、液体窒素な
ど）の流れを制御する流路制御手段は、弁ボディ３内に
おいて流体の入口４と出口５との間に弁座６を備え、こ
の弁座６に対して弁軸８に取付けた弁部材７を接離可能
に配設することにより構成している。上記弁軸８は、弁
ボディ３にシール材（低温で使用可能なメタルＣリング
など）１０を介して被設したボンネット９を貫通して、
弁ボディ３外に導出し、上記弁部材７とボンネット９に
ベローズ１１の両端を溶接により固定して、弁ボディ３
の流路の気密を保持している。

【００１２】一方、上記バルブ１と真空容器２との間に
は、バルブ１の操作時にのみ上記流路制御手段に接合し
て、真空容器２の外部からのバルブ操作力を弁軸８に伝
達するバルブ操作手段を設けている。このバルブ操作手
段は、シール１４を介して真空容器２を貫通するバルブ
駆動軸１５の開閉操作時にバルブ１の一部を真空容器２
に支持させる支持手段１６と、バルブ駆動軸１５の開閉
操作時に弁軸８に接合してバルブ開閉のための開閉操作
力を伝達する操作力伝達手段１８とにより構成される。

【００１３】弁軸８に開閉操作力を伝達する操作力伝達
手段１８としては、次のような具体的構成を備えてい
る。即ち、前記弁軸８のボンネット９から突出する端部
側には、送りねじ２０を刻設し、この送りねじ２０に
は、中心孔にめねじ２２を刻設したピニオン２１を螺挿
し、このピニオン２１を、弁ボディ３と固定的に連結さ
れたボンネット９及びそれと一体的に連結されている支
持板２３に支持された一対のスラストベアリング２４，
２５により、そのピニオン２１の両面側から支持させて
いる。

【００１４】なお、図示を省略しているが、弁軸８には
その回転を防止するための手段、例えば、弁軸８の表面
にその軸線方向の溝を設け、ボンネット９や支持板２３
等の固定部分に設けた突子をその溝に嵌入して、弁軸８
の軸線方向の移動は許容するが、回転は防止するような
手段を設ける必要がある。

【００１５】従って、バルブ１を開閉するために外部か
らピニオン２１に回転駆動力が作用すると、ピニオン２
１の中心孔のめねじ２２に螺合する弁軸８にその軸線方
向の直進運動が与えられ、弁部材７の開閉に伴う軸推力
は、スラストベアリング２４または２５を介してボンネ
ット９あるいは支持板２３で受けられ、ピニオン２１に
はスラストベアリングによる円滑な回転が与えられる。

【００１６】また、上記ピニオン２１に回転を与えるた
め、真空容器２を貫通する前記バルブ駆動軸１５の外端
には、図示しない直線的駆動のアクチュエータを設け、
該バルブ駆動軸１５の内端には、上記ピニオン２１と噛
合するラック２８を設けている。このラック２８は、バ
ルブ駆動軸１５を真空容器２内に深く押入した押入位置
（図示位置）と、真空容器２から十分に引き出した引出
し位置とにおいては、ピニオン２１に噛合することな
く、それと比接触状態にあり、両位置の間でピニオン２
１に噛合するように歯を設けたものである。このラック
２８は、真空容器２と一体のラックホルダー２９におけ
るガイド溝３０でガイドさせ、それによりラック２８の
安定的な直線的往復運動が得られるものである。

【００１７】一方、上記バルブ駆動軸１５の開閉操作時
にバルブ１の一部を真空容器２に支持させる支持手段１
６としては、前記アクチュエータにより駆動されるバル
ブ駆動軸１５の開閉動作に連動して、バルブ１を真空容
器２にガイドされた押さえ部材３５，３６により支持す
るようにした機構を用いている。

【００１８】即ち、真空容器２内に設けたガイド（図示
省略）には、図２に鎖線で示すように、上記押さえ部材
３５，３６を、前記支持板２３の両側において、バルブ
駆動軸１５の駆動方向には移動できないが、それと直交
して互いに接離する方向には移動できるように支持さ
せ、これらの押さえ部材３５，３６のそれぞれに互いに
平行するストレート溝３７，３８を設けると共に、それ
らのストレート溝３７，３８の両端に、それぞれ両押さ
え部材３５，３６の接合端側に湾曲したスロープ溝３
９，４０を設けている。また、上記押さえ部材３５，３
６には、前記支持板２３を両側から挟持してバルブ１を
真空容器２に対してクランプするクランプ溝４１，４２
を設けている。

【００１９】一方、上記バルブ駆動軸１５には、一対の
摺動子４３，４４を設けて、これをそれぞれの押さえ部
材３５，３６における上記ストレート溝３７，３８ある
いはその両端のスロープ溝３９，４０に嵌入させ、これ
らの摺動子４３，４４がバルブ駆動軸１５の駆動により
ストレート溝３７，３８中にある場合には、それらの摺
動子４３，４４による押圧で押さえ部材３５，３６が支
持板２３のクランプを行い、また摺動子４３，４４がス
ロープ溝３９，４０内にある場合には、押さえ部材３
５，３６が支持板２３のクランプを解放するように設定
している。

【００２０】上記構成を有する高断熱弁は、図示しない
アクチュエータの駆動により、例えば、図２の状態から
バルブ駆動軸１５を真空容器２から引き出す方向に駆動
すると、そのバルブ駆動軸１５に設けた摺動子４３，４
４が一対の押さえ部材３５，３６におけるスロープ溝３
９，４０中からストレート溝３７，３８に移行し、その
結果、摺動子４３，４４による押圧で押さえ部材３５，
３６が相互に接合する方向に移動し、クランプ溝４１，
４２において支持板２３がクランプされる。

【００２１】押さえ部材３５，３６による支持板２３の
クランプによりバルブ１を真空容器２に対して固定した
後には、非噛合位置にあったラック２８がバルブ駆動軸
１５の駆動によりピニオン２１と噛合し、その後のラッ
ク２８の移動によりピニオン２１が回転するので、送り
ねじ２０を刻設した弁軸８が弁部材７により弁座６を開
放する方向に駆動される。また、弁部材７の駆動により
弁座６を全開した後には、ラック２８がピニオン２１か
ら外れ、次いで、摺動子４３，４４が押さえ部材３５，
３６におけるストレート溝３７，３８からスロープ溝３
９，４０中に移行して、押さえ部材３５，３６を押し開
くため、押さえ部材３５，３６による支持板２３のクラ
ンプが解放される。バルブ１の弁座６を閉鎖するとき
は、上記と逆の操作を行えばよい。

【００２２】このようにして、真空容器外からのバルブ
駆動軸１５の操作時にのみ、バルブ１の開閉を行う流路
制御手段を支持手段１６により真空容器２に支持させ、
そのうえで、操作力伝達手段１８をバルブ開閉のための
弁軸８に接合して開閉操作力を伝達するので、真空容器
２の外部から安定的にバルブ１における流体の流れを制
御することができ、しかもバルブ駆動軸１５の操作を完
了した後には、バルブ１と真空容器２との間の機械的な
連結が完全に断たれるので、両者間における熱の伝導を
皆無にすることができる。

【００２３】なお、バルブ１及び真空容器２の対向する
表面を、輻射放熱が少なく、反射により輻射熱を受入れ
難い反射面とすれば、熱の輻射による伝達も効果的に抑
止され、一層効果的に断熱することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上に詳述した本発明によれば、真空断
熱を行う高断熱弁において、バルブを開閉するための操
作力を伝達する機構を、バルブを外部から開閉操作する
場合にのみバルブと接触させ、通常はバルブと接触させ
ないので、バルブ操作部での機械的連結部分を通じた熱
伝導を実質的に皆無ならしめ、断熱性を著しく高めるこ
とができる。また、バルブを外部から操作するに際し、
アクチュエータにより駆動されるバルブ駆動軸の開閉動
作に連動してバルブを押さえ部材により支持し、そのう
えで上記アクチュエータによるバルブ操作のための駆動
力を弁軸に伝達するようにしているので、バルブの開閉
操作を極めて安定的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる高断熱弁の実施例を示す縦断面
図である。

【図２】上記高断熱弁におけるバルブ操作手段及び支持
手段を主体的に示す要部断面図である。

【符号の説明】

１ バルブ、 ２ 真空容器、
８ 弁軸、 １５ バルブ駆動
軸、１６ 支持手段、 １８ 操作
力伝達手段、３５，３６ 押さえ部材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】極低温の流体の流れを制御するバルブを真
   空容器に収容し、バルブと真空容器との間を断熱するよ
   うにした高断熱弁であって、 上記バルブに流体の流れを制御する流路制御手段を設
   け、 上記バルブと真空容器との間には、バルブの操作時にの
   み上記流路制御手段に接合して、真空容器の外部から流
   体の流れを制御するためのバルブ操作力を伝達するバル
   ブ操作手段を設けた、ことを特徴とする高断熱弁。
2. 【請求項２】請求項１に記載のものにおいて、 バルブ操作手段を、真空容器外からのバルブ駆動軸の操
   作時にのみバルブの開閉を行う流路制御手段を真空容器
   に支持させる支持手段と、バルブ駆動軸の開閉操作時に
   のみバルブ開閉のための弁軸に接合して開閉操作力を伝
   達する操作力伝達手段とにより構成した、ことを特徴と
   する高断熱弁。
3. 【請求項３】請求項２に記載のものにおいて、 流路制御手段を真空容器に支持させる支持手段として、
   アクチュエータにより駆動されるバルブ駆動軸の開閉動
   作に連動してバルブを押さえ部材により支持する機構を
   用い、 弁軸に開閉操作力を伝達する操作力伝達手段として、押
   さえ部材によるバルブの支持の後に、上記アクチュエー
   タによる駆動力を弁軸に伝達し、その駆動の後に弁軸と
   の接合を解除する機構を用いた、ことを特徴とする高断
   熱弁。