(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構成で寒剤の蒸発量と液化量のバランスを図ることができる極低温冷却装置を提供する。【解決手段】被冷却物６０を冷却する液体窒素５０（寒剤）と、液体窒素５０が収納された冷却タンク２０と、この冷却タンク２０に配設され窒素ガスを冷却する冷凍機３０と、冷却タンク２０に配設されており高温側端部４２が冷却タンク２０の外部に延出すると共に低温側端部４４が冷却タンク２０の内部に延出した構成とされており冷却タンク２０の外部の熱を冷却タンク２０の内部に導く導熱部材４０Ａとを設ける。また、低温側端部４４を、液体窒素５０の蒸発量と窒素ガスの液化量とがバランスした通常状態において、液体窒素５０の液面５２より高く冷凍機３０の冷却ステージ３２よりも低い位置に設定する。【選択図】図１
2014173755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却物を冷却する寒剤と、
該寒剤が収納されたタンクと、
該タンクに配設され前記寒剤を冷却する冷凍機と、
前記タンクに配設されており、一端部が前記タンクの外部に延出すると共に他端部が前記タンクの内部で寒剤の液面に向けて延出し、前記タンクの外部の熱を前記タンクの内部に導く導熱部材と、
を有することを特徴とする極低温冷却装置。
【請求項２】
前記他端部は、
前記寒剤の蒸発量と気化した前記寒剤の冷却による液化量とがバランスした通常状態における前記寒剤の液面と、前記冷凍機のステージとの間に位置することを特徴とする請求項１記載の極低温冷却装置。
【請求項３】
前記導熱部材は、
開口を有する断熱部材で被覆されていることを特徴とする請求項１又は２記載の極低温冷却装置。
【請求項４】
前記開口は、前記導熱部材の他端近傍に設けられることを特徴とする請求項３に記載の極低温冷却装置。
【請求項５】
前記導熱部材と前記寒剤の液面との距離を調整する調整機構を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の極低温冷却装置。
【請求項６】
前記導熱部材の前記タンクから外部に延出した位置に、熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の極低温冷却装置。
【請求項７】
前記導熱部材は、銅又はアルミニウムにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の極低温冷却装置。
【請求項８】
被冷却物を冷却する寒剤を収納するタンクに用いる液面調整機構であって、
前記寒剤を冷却する冷凍機と、
前記タンクに配設されており、一端部が前記タンクの外部に延出すると共に他端部が前記タンクの内部で寒剤の液面に向けて延出し、前記タンクの外部の熱を前記タンクの内部に導く導熱部材と、
を有することを特徴とする液面調整機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンク内に充填された寒剤を冷却する極低温冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、被冷却物を冷却する装置として、タンクに収納された寒剤（例えば、液体窒素）内に被冷却物を浸漬することにより被冷却物を冷却する極低温冷却装置が知られている。タンク内の寒剤は、被冷却物から熱を受けることにより蒸発する。このためタンクには冷凍機が設けられており、蒸発した寒剤を冷凍機で冷却することにより再凝縮させるよう構成されている。また、液化した寒剤を加熱するヒータと、寒剤の液面検知を行うセンサーと、ヒータ制御装置とを設けた極低温冷却装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−００６３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、液化した寒冷内にヒータ及び液面センサーを設ける構成では、極低温冷却装置の構成が複雑化すると共に、その制御が面倒であるという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で寒剤の蒸発量と液化量のバランスを図ることができる極低温冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、
被冷却物を冷却する寒剤と、
該寒剤が収納されたタンクと、
該タンクに配設され前記寒剤を冷却する冷凍機と、
一端部は前記タンクの外部に位置すると共に他端部は前記タンクの内部に位置し、前記タンクの外部の熱を前記タンクの内部に導く導熱部材と、
を有することを特徴とする極低温冷却装置である。
【発明の効果】
【０００７】
開示の極低温冷却装置は、導熱部材によりタンク外部の熱をタンク内部に導き寒剤を加熱するため、簡単な構成で寒剤の蒸発量と液化量のバランスを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は本発明のある実施形態である極低温冷凍機の概略構成図であり、（Ａ）は寒剤の液面が導熱部材の低温側端部から離間した状態を示す図であり、（Ｂ）は寒剤の液面が導熱部材の低温側端部に接した状態を示す図である。
【図２】図２は本発明の他の実施形態である極低温冷凍機の概略構成図であり、（Ａ）は寒剤の液面が導熱部材の低温側端部から離間した状態を示す図であり、（Ｂ）は寒剤の液面が導熱部材の低温側端部に接した状態を示す図である。
【図３】図３は本発明の更に他の実施形態である極低温冷凍機の概略構成図であり、（Ａ）は寒剤の液面が導熱部材の低温側端部から離間した状態を示す図であり、（Ｂ）は寒剤の液面が導熱部材の低温側端部に接した状態を示す図である。
【図４】図４は本発明の更に他の実施形態である極低温冷凍機の概略構成図であり、（Ａ）は寒剤の液面が導熱部材の低温側端部から離間した状態を示す図であり、（Ｂ）は寒剤の液面が導熱部材の低温側端部に接した状態を示す図である。
【図５】図５は、液面高さとタンク内圧及び飽和蒸気温度との関係を示す図である。
【図６】図６は、冷凍機のステージに寒剤が氷結する過程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００１０】
図１は、本発明のある実施形態である極低温冷却装置１０Ａを示す概略構成図である。極低温冷却装置１０Ａは、冷却タンク２０、冷凍機３０、導熱部材４０Ａ、及び寒剤５０等を有している。
【００１１】
冷却タンク２０は、気密な金属製の容器である。この冷却タンク２０は被冷却物６０を冷却処理するものであり、その内部に寒剤５０が収納されている。本実施形態では、寒剤５０として液体窒素を用いている（以下、寒剤を液体窒素５０という）。
【００１２】
冷却タンク２０は液体窒素５０で満たされているのではなく、被冷却物６０を浸漬するのに足る量の液体窒素５０が収納されている。このため冷却タンク２０の内部は、タンク下部に液体窒素５０が溜まった液相部分と、液体窒素５０が蒸発してガス化した窒素ガスが溜まったガス相部分とが存在する。冷却タンク２０内の液体窒素５０上部には空間部２２が形成されるが、この空間部２２がガス相部分となる。
【００１３】
なお、本実施形態では寒剤として液体窒素５０を用いているが、寒剤の種類はこれに限定されるものではなく、被冷却物６０の冷却温度に対応して適宜選定することが可能である。液体窒素よりもより低温に冷却を行いたい場合には、寒剤としてヘリウム等を用いることも可能である。
【００１４】
また本実施形態では設けていないが、冷却タンク２０を真空容器（真空デュワ）内に収納する構成としてもよい。この構成とすることにより、輻射熱が冷却タンク２０に侵入することを防止でき，被冷却物６０の冷却効率を高めることができる。
【００１５】
冷凍機３０は、冷却タンク２０に配設されている。冷凍機３０は、冷却タンク２０内で蒸発した窒素ガスを冷却することにより再凝縮して再び液体窒素５０とするものである。この冷凍機３０は窒素ガスを再凝縮する温度（約６０Ｋ程度）まで冷却できれば、特にその種類を特定されるものではない。
【００１６】
よって冷凍機３０として、ギホード・マクマホン型冷凍機（ＧＭ冷凍機）、ジュールトムソン冷凍機、パルス管冷凍機、スターリング冷凍機等の種々の冷凍機を適用することができる。なお本実施形態では、冷凍機３０としてＧＭ冷凍機を用いた例を示している。
【００１７】
冷凍機３０は、シリンダがタンク上部から液体窒素５０の液面５２に向けて延出するよう冷却タンク２０に取り付けられる。シリンダの先端部には、冷凍機３０で発生する寒冷により冷却される冷却ステージ３２が設けられている。
【００１８】
冷却タンク２０の空間部２２内に存在する蒸発した窒素ガスは、冷却ステージ３２に触れることにより冷却される。そして、凝固点以下まで冷却されることにより再凝縮された液体窒素５０は、冷却タンク２０の下部に溜まっている液体窒素５０に向け落下する。
【００１９】
次に、導熱部材４０Ａについて説明する。
【００２０】
導熱部材４０Ａはロッド状の部材であり、熱伝導性が高い銅或いはアルミニウム等により形成されている。この導熱部材４０Ａは、冷却タンク２０の上部に溶接等を用いて配設（固定）されている。また導熱部材４０Ａは、その上端部（図中矢印Ｚ１方向端部）が高温側端部４２（一端部とも呼ぶことがある）とされ、下端部（図中矢印Ｚ２方向端部）が低温側端部４４（他端部とも呼ぶことがある）とされている。
【００２１】
配設状態において、高温側端部４２は冷却タンク２０から外側（Ｚ１方向側）に向け延出している。また低温側端部４４は、冷却タンク２０の内部に延出している。
【００２２】
高温側端部４２の直径は、導熱部材４０Ａの冷却タンク２０内における直径よりも大きく設定されている。よって高温側端部４２の表面積は、導熱部材４０Ａの他の部位に比べて広くなっており、外部の熱を効率よく吸熱することができる。
【００２３】
導熱部材４０Ａは、この高温側端部４２で吸熱されたタンク外部の熱を冷却タンク２０の内部に導く機能を奏する。よって低温側端部４４は、冷却タンク２０の外部の熱により液体窒素５０を蒸発しうる温度以上に昇温される。
【００２４】
また、低温側端部４４の鉛直方向に対する高さ位置（Ｚ１，Ｚ２方向に対する高さ位置）は、後述する通常状態における液体窒素５０の液面５２の高さ位置（以下、この高さ位置を通常状態高さＮＬという）よりも高い位置で、かつ冷凍機３０の冷却ステージ３２の下端部よりも低い位置となるよう設定されている。
【００２５】
ここで図６を用いて、液体窒素５０に発生する液面５２の高さ変動について説明する。
【００２６】
図６は、導熱部材４０Ａを設けていない極低温冷却装置１００Ａを示している。なお図６において、被冷却物６０の図示は省略している。
【００２７】
冷却タンク２０内の液体窒素５０は、被冷却物６０との間で熱交換が行われることにより昇温し、蒸発して窒素ガスとなる。この窒素ガスは、冷凍機３０の冷却ステージ３２において冷却されることにより再凝縮し、液化して冷却タンク２０の底部に溜まった液体窒素５０に戻る。
【００２８】
図６（Ａ）は、この液体窒素５０の蒸発量と、気化した窒素ガスの冷却による液化量がバランスした状態を示している（本明細書では、この蒸発量と液化量がバランスした状態を通常状態という）。
【００２９】
いま、仮に通常状態に対し、冷凍機３０の冷凍能力が被冷却物６０の熱量に対して相対的に大きくなった場合を想定する。この現象は、被冷却物６０の発熱量が、想定していた値よりも低下した場合に発生する。
【００３０】
このように冷凍機３０の冷凍能力が被冷却物６０の熱量に対して大きくなると、冷凍機３０により多量の窒素ガスが液化されることになる。よって、図６（Ｂ）に示すように、液体窒素５０の液面５２は上昇する。
【００３１】
図５は、冷却タンク２０内における液体窒素５０の液面高さとタンク内圧との関係、及び液面高さと飽和蒸気温度との関係を示す図である。図中、横軸は液体窒素５０の液面高さを示し、左縦軸はタンク内圧を示し、右縦軸は飽和蒸気温度を示している。
【００３２】
同図に示されるように、液体窒素５０の液面５２が上昇すると、冷却タンク２０内のタンク内圧が低下し、これに伴い冷却タンク２０内の飽和蒸気温度が低下する。飽和蒸気温度が低下することにより、冷凍機３０の冷凍能力も低下し、窒素ガスの液化量は低減する。しかしながら、被冷却物６０の発熱量よりも冷凍機３０の冷凍能力が高い状態が維持されたとすると、液面５２の上昇は維持される。
【００３３】
飽和蒸気温度が６３Ｋ（凝固点）程度まで低下すると、液体窒素５０が氷結する現象が発生する。この氷結現象は、窒素ガスが冷却ステージ３２で冷却され液化した後、これが凝固することにより発生する。
【００３４】
また、冷却タンク２０内に溜められた液体窒素５０の液面上昇に伴い、液体窒素５０が直接冷却ステージ３２に接触することによっても窒素の氷結が発生する。図６（Ｃ）は、冷却ステージ３２に窒素が氷結した状態を示している。なお、図６において氷結窒素を符号５６で示している。
【００３５】
冷却ステージ３２を覆うように窒素が氷結した場合、氷結窒素５６が一種の保温効果を奏し、冷却ステージ３２による窒素ガスの液化が阻害される。このように冷却ステージ３２に氷結窒素５６が発生すると、実質的に冷凍機３０の冷凍能力が低下するため、被冷却物６０の発熱量が冷凍機３０の実質的な冷凍能力を上回る。よって液体窒素５０は蒸発し、図６（Ｄ）に示されるように液体窒素５０の液面５２は低下する。
【００３６】
このように液体窒素５０の液面５２が低下しても、上記のように冷却ステージ３２の周囲に氷結窒素５６が付着した状態が維持されるため、冷却タンク２０内の窒素ガスが冷凍機３０により液化される液化量は少ない状態が維持される（この状態を図６（Ｅ）に示す）。この状態が長く維持された場合、液面５２は通常状態高さＮＬよりも低下することも考えられ、被冷却物６０の冷却を良好に行えないおそれがある。
【００３７】
これを回避するには、
(1)冷却タンク２０内の液体窒素５０の液面５２が通常状態高さＮＬより高くなり、かつ液面５２が冷却ステージ３２に接触する直前の高さ位置（図６（Ｃ）に示す位置よりも低い位置において、
又は、
(2)冷却タンク２０内の液体窒素５０の液面５２が通常状態高さＮＬより高くなり、かつ飽和蒸気温度が液体窒素５０の氷結が開始される温度に対応する液体窒素５０の液面高さ（図５に矢印Ｈで示す）よりも低い位置において、
冷却タンク２０内の液体窒素５０を蒸発させること、換言すると加熱することが有効である。
【００３８】
ここで、再び図１に戻り説明を続ける。本実施形態では、導熱部材４０Ａの低温側端部４４の高さが、通常状態高さＮＬと氷結前高さＦＬとの間に位置するよう設定した。具体的には、本実施形態では低温側端部４４が、氷結前高さＦＬよりも若干低い位置に位置するよう設定した。
【００３９】
図１（Ｂ）は、本実施形態の極低温冷却装置１０Ａにおいて、液体窒素５０の蒸発量と窒素ガスの液化量とのバランスが崩れ、液体窒素５０の液面５２が上昇した状態を示している。導熱部材４０Ａの低温側端部４４は、氷結前高さＦＬよりも若干低い位置に位置するように設けられているため、液面５２が冷却ステージ３２に接触する前に、導熱部材４０Ａの低温側端部４４と接触する。
【００４０】
前記のように導熱部材４０Ａは熱伝導性が良好な材料により形成されており、低温側端部４４と反対側の端部である高温側端部４２は、冷却タンク２０の外部に延出した構成とされている。よって、冷却タンク２０の外部の熱は、高温側端部４２を介して導熱部材４０Ａに熱伝導し、やがて低温側端部４４に導かれる。
【００４１】
従って、液面５２の上昇に伴い液体窒素５０が低温側端部４４に接触すると、高温側端部４２から熱伝導された熱により液体窒素５０の単位時間当たりの蒸発量は増加する。そして、この蒸発量の増加に伴い液体窒素５０の液面５２は低下する。
【００４２】
このように極低温冷却装置１０Ａでは、液面５２の高さが氷結前高さＦＬ（冷却ステージ３２に氷結窒素５６が発生する高さ）に達する前において、液体窒素５０は導熱部材４０Ａに自動的に接触して蒸発する。
【００４３】
よって、本実施形態に係る極低温冷却装置１０Ａによれば、液体窒素５０の液面５２が氷結前高さＦＬを超えることが抑制される。また、冷却ステージ３２に窒素の氷結が発生することにより、液面５２が通常状態高さＮＬ以下に低下することも抑制される。
【００４４】
これにより、被冷却物６０を安定して冷却することが可能となる。また、導熱部材４０Ａはロッド状の部材であり、その構成は極めて簡単である。よって、簡単な構成で液体窒素５０の蒸発量と液化量のバランスを図ることが可能となる。
【００４５】
なお、上記した実施形態では導熱部材４０Ａの低温側端部４４の高さを、通常状態高さＮＬと氷結前高さＦＬとの間に設定した例を示した。しかしながら、低温側端部４４の高さはこれに限定されるものではなく、通常状態高さＮＬよりも高く、かつ飽和蒸気温度が液体窒素５０の氷結が開始される温度に対応する液体窒素５０の液面高さ（図５に矢印Ｈで示す）よりも低く設定する構成としてもよい。この構成とすることによっても、上記した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
次に、図２乃至図４を用いて他の実施形態について説明する。
【００４７】
なお、図２乃至図４において、図１に示した実施形態に係る極低温冷却装置１０Ａと対応する構成については同一符号を付し、その説明を省略する。また、各図において（Ａ）は液体窒素５０の液面５２が通常状態高さＮＬとなっている状態を示し、（Ｂ）は液体窒素５０が低温側端部４４に接触した状態を示している。
【００４８】
図２に示す極低温冷却装置１０Ｂは、導熱部材４０Ａに断熱部材７０を被覆している。この断熱部材７０としては、熱伝導率の小さい材料を用いている。具体的には、本実施形態では断熱部材７０としてＦＲＰ（繊維強化プラスチック）を用いている。しかしながら、断熱部材７０はこれに限定されるものではなく、非熱伝導性を有し低温に耐え得る材料であれば、他の材料を用いることも可能である。
【００４９】
この断熱部材７０は、導熱部材４０Ａの冷却タンク２０の内部に位置する部分に配設されている。しかしながら、導熱部材４０Ａの温側端部４４については断熱部材７０は設けられていない。
【００５０】
具体的には、断熱部材７０の液面上昇を停止させたい高さ位置、例えば低温側端部４４の近傍には開口部７０ａが設けられており、この開口部７０ａを介して低温側端部４４は露出した構成となっている。よって、上記のように蒸発量と液化量のバランスが崩れ液体窒素５０の液面５２が上昇した場合、低温側端部４４は開口部７０ａを介して液体窒素５０と接触する。
【００５１】
本実施形態のように液面上昇を停止させたい高さ位置を除き導熱部材４０Ａを断熱部材７０で被覆することにより、液体窒素５０が低温側端部４４に接した際の窒素ガスの発生効率を高めることができる。以下、この理由に対説明する。
【００５２】
液体窒素５０が蒸発することにより生成された窒素ガスは、空間部２２内において自然対流を行う。この自然対流する窒素ガスは、導熱部材４０Ａの冷却タンク２０内に延出した部分に接触する。
【００５３】
導熱部材４０Ａは、タンク外部の熱が高温側端部４２から低温側端部４４に向け伝導している。この導熱部材４０Ａの温度は窒素ガスの温度よりも低いため、自然対流する窒素ガスが導熱部材４０Ａに触れることにより導熱部材４０Ａの温度が低下し、これに伴い低温側端部４４の温度も低下する。このため、液体窒素５０が低温側端部４４に接触した場合、低温側端部４４で発生する窒素ガス量が低減するおそれがある。
【００５４】
しかしながら、本実施形態のように導熱部材４０Ａを断熱部材７０で被覆することにより、自然対流する窒素ガスによる導熱部材４０Ａの温度低下が防止され、よって液体窒素５０が低温側端部４４に接した際の窒素ガスの発生効率を高めることができる。
【００５５】
次に、図３に示す他の実施形態について説明する。
【００５６】
図３に示す極低温冷却装置１０Ｃは、導熱部材４０Ｂに熱交換部４８を設けたものである。この熱交換部４８は、導熱部材４０Ｂの高温側端部４２に設けられている。
【００５７】
熱交換部４８はフィン構造を有しており、銅或いはアルミニウム等の熱伝導性の良好な材料により形成されている。前記のように、高温側端部４２の表面積は広く吸熱効率を高める構成とされているが、この高温側端部４２に熱交換部４８を設けることにより、熱交換部４８を含む高温側端部４２における外部の熱の吸熱効率を更に高めることができる。
【００５８】
これにより、低温側端部４４が液体窒素５０に接触した際、液体窒素５０の蒸発を円滑に行うことができる。
【００５９】
なお図示されるように、熱交換部４８に向けて外気を送るファン８０を更に設けた構成としてもよい。この構成により、冷却タンク２０の外部の熱と熱交換部４８との熱交換を更に効率よく行うことが可能になる。
【００６０】
また、熱交換部４８に図示しないヒータを設ける構成とすることも可能である。この構成では、熱交換部４８を強制的に加熱するため、低温側端部４４の昇温をより確実に行うことができる。
【００６１】
次に、図４に示す他の実施形態について説明する。
【００６２】
図３に示す極低温冷却装置１０Ｄは、冷却タンク２０に対して導熱部材４０Ａの高さ調整を行うことを可能にした高さ調整機構９０を設けた構成としている。
【００６３】
前記のように、被冷却物６０に対して良好な冷却を行うためには、低温側端部４４の高さを通常状態高さＮＬと氷結前高さＦＬとの間に設定する必要がある。この際、被冷却物６０の発熱量、冷凍機３０の冷凍能力の変動量、冷却タンク２０内への液体窒素５０の収納量等により、低温側端部４４の高さを調整する必要が生じる場合がある。
【００６４】
高さ調整機構９０は、この高さ調整を可能にしたものである。この高さ調整機構９０は、導熱部材４０Ａと冷却タンク２０間における気密状態を維持するシール機構と、導熱部材４０Ａを冷却タンク２０に対して鉛直上下方向（矢印Ｚ１，Ｚ２方向）に移動調整する移動調整機構とを有している。
【００６５】
このように低温側端部４４の高さ調整を可能とする高さ調整機構９０を設けることにより、被冷却物６０の発熱量等に応じ、液体窒素５０を蒸発させるのに最適なタイミングで液体窒素５０の液面５２を低温側端部４４に接触させることができる。
【００６６】
なお、高さ調整機構９０はシール機構及び移動調整機構を設けたものに限定されるものではない。例えば、導熱部材４０Ａと冷却タンク２０との間に蛇腹を設け、この蛇腹により導熱部材４０Ａと冷却タンク２０との間を気密にシールすると共に、冷却タンク２０に対して導熱部材４０Ａを移動調整する構成としてもよい。
【００６７】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。
【００６８】
例えば、上記した各実施形態では導熱部材４０Ａ，４０Ｂを銅又はアルミニウム等の金属材からなるロッドにより構成したが、導熱部材をヒータにより構成することも可能である。この際、ヒータの低温側端部（液体窒素５０の液面５２と対向する側の端部）の高さを通常状態高さＮＬと氷結前高さＦＬとの間に設定することにより、上記した各実施形態と同様の効果を実現することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０Ａ〜１０Ｄ  極低温冷却装置
２０  冷却タンク
２２  空間部
３０  冷凍機
３２  冷却ステージ
４０Ａ，４０Ｂ  導熱部材
４２  高温側端部
４４  低温側端部
４８  熱交換部
５０  寒剤
５２  液面
６０  被冷却物
７０  断熱部材
８０  ファン
９０  高さ調整機構
【図１】
2014173755.tif 000003
【図２】
2014173755.tif 000004
【図３】
2014173755.tif 000005
【図４】
2014173755.tif 000006
【図５】
2014173755.tif 000007
【図６】
2014173755.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成26年4月15日(2014.4.15)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、タンク内に充填された寒剤を冷却する極低温冷却装置及び液面調整機構に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
一般に、被冷却物を冷却する装置として、冷却タンクに収納された寒剤（例えば、液体窒素）内に被冷却物を浸漬することにより被冷却物を冷却する極低温冷却装置が知られている。冷却タンク内の寒剤は、被冷却物から熱を受けることにより蒸発する。このため冷却タンクには冷凍機が設けられており、蒸発した寒剤を冷凍機で冷却することにより再凝縮させるよう構成されている。また、液化した寒剤を加熱するヒータと、寒剤の液面検知を行うセンサーと、ヒータ制御装置とを設けた極低温冷却装置が提案されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
しかしながら、液化した寒剤内にヒータ及び液面センサーを設ける構成では、極低温冷却装置の構成が複雑化すると共に、その制御が面倒であるという問題点があった。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で寒剤の蒸発量と液化量のバランスを図ることができる極低温冷却装置及び液面調整機構を提供することを目的とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
【図１】図１は本発明のある実施形態である極低温冷却装置の概略構成図であり、（Ａ）は寒剤の液面が導熱部材の低温側端部から離間した状態を示す図であり、（Ｂ）は寒剤の液面が導熱部材の低温側端部に接した状態を示す図である。
【図２】図２は本発明の他の実施形態である極低温冷却装置の概略構成図であり、（Ａ）は寒剤の液面が導熱部材の低温側端部から離間した状態を示す図であり、（Ｂ）は寒剤の液面が導熱部材の低温側端部に接した状態を示す図である。
【図３】図３は本発明の更に他の実施形態である極低温冷却装置の概略構成図であり、（Ａ）は寒剤の液面が導熱部材の低温側端部から離間した状態を示す図であり、（Ｂ）は寒剤の液面が導熱部材の低温側端部に接した状態を示す図である。
【図４】図４は本発明の更に他の実施形態である極低温冷却装置の概略構成図であり、（Ａ）は寒剤の液面が導熱部材の低温側端部から離間した状態を示す図であり、（Ｂ）は寒剤の液面が導熱部材の低温側端部に接した状態を示す図である。
【図５】図５は、液面高さとタンク内圧及び飽和蒸気温度との関係を示す図である。
【図６】図６は、極低温冷却装置の冷却ステージに寒剤が氷結する過程を説明するための図である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
これを回避するには、
(1)冷却タンク２０内の液体窒素５０の液面５２が通常状態高さＮＬより高くなり、かつ液面５２が冷却ステージ３２に接触する直前の高さ位置（図６（Ｃ）に示す位置）よりも低い位置において、
又は、
(2)冷却タンク２０内の液体窒素５０の液面５２が通常状態高さＮＬより高くなり、かつ飽和蒸気温度が液体窒素５０の氷結が開始される温度に対応する液体窒素５０の液面高さ（図５に矢印Ｈで示す）よりも低い位置において、
冷却タンク２０内の液体窒素５０を蒸発させること、換言すると加熱することが有効である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
この断熱部材７０は、導熱部材４０Ａの冷却タンク２０の内部に位置する部分に配設されている。しかしながら、導熱部材４０Ａの低温側端部４４については断熱部材７０は設けられていない。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
本実施形態のように液面上昇を停止させたい高さ位置を除き導熱部材４０Ａを断熱部材７０で被覆することにより、液体窒素５０が低温側端部４４に接した際の窒素ガスの発生効率を高めることができる。以下、この理由について対説明する。