(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気温度に比較して低温の液化ガスを含有するための内側チャンバを有する容器を含む断熱システムであって、
容器が、ほぼ平行に配置された複数の壁を有し、隣接する各対の壁は相互の間に空間を形成する間隔を有しており、これらの壁には、内側壁、外側壁及び内側壁と外側壁との間に配置された少なくとも２個の仕切り壁が含まれ、内側壁は内側チャンバを形成し、外側壁は環境大気に露出せしめられており、壁の端縁に配置されて、各空間内に大気圧でガスを閉じ込める閉鎖手段が設けられており、
容器のためのカバーが設けられており、
該カバーが、ほぼ平行に配置された複数の壁を含んでおり、カバーの隣接する壁の対がそれぞれ相互の間に空間を形成する間隔を有しており、前記カバーの壁が、内側カバー壁と、外側カバー壁と、内側カバー壁と外側カバー壁との間に配置された少なくとも２個の別の仕切り壁とを含んでおり、
前記内側カバー壁が、少なくとも部分的に内側チャンバに露出せしめられており、
前記外側カバー壁が、大気に露出せしめられており、
カバーの壁の端縁に配置されて、カバーの各空間内に大気圧でガスを閉じ込める閉鎖手段が設けられており、該閉鎖手段が重なり合うフランジリップを有していることを特徴とする、断熱システム。
【請求項２】
内側壁と、外側壁と、仕切り壁との合計が４〜６である、請求項１記載の断熱システム。
【請求項３】
内側壁と、外側壁と、仕切り壁との合計が４である、請求項２記載の断熱システム。
【請求項４】
少なくとも１個の壁が輻射熱を反射する表面を有している、請求項１記載の断熱システム。
【請求項５】
仕切り壁のそれぞれが輻射熱を反射する表面を有している、請求項４記載の断熱システム。
【請求項６】
壁の少なくとも１個が熱絶縁壁である、請求項１記載の断熱システム。
【請求項７】
仕切り壁のそれぞれが熱絶縁壁である、請求項６記載の断熱システム。
【請求項８】
仕切り壁のそれぞれが輻射熱を反射する表面を有している、請求項７記載の断熱システム。
【請求項９】
内側カバー壁と、外側カバー壁と、別の仕切り壁との合計が４〜６である、請求項１記載の断熱システム。
【請求項１０】
内側カバー壁と、外側カバー壁と、別の仕切り壁との合計が４である、請求項９記載の断熱システム。
【請求項１１】
少なくとも１個の壁が輻射熱を反射する表面を有している、請求項１記載の断熱システム。
【請求項１２】
仕切り壁のそれぞれが輻射熱を反射する表面を有している、請求項１１記載の断熱システム。
【請求項１３】
カバーの仕切り壁が自己支持性ポリマーシートから形成されている、請求項１記載の断熱システム。
【請求項１４】
カバーの仕切り壁のそれぞれが輻射熱を反射する表面を有している、請求項１３記載の断熱システム。
【請求項１５】
外側壁への大気蒸気の凝結を更に最小限にするために外側壁を加熱する加熱手段を有し、外側壁は加熱手段の外側に、外側に面した表面を有し、この外側に面した表面が少なくとも０.６の輻射率を有している、請求項１記載の断熱システム。
【請求項１６】
外側カバー壁への大気蒸気の凝結を更に最小限にするために外側カバー壁を加熱する加熱手段を有し、外側カバー壁は加熱手段の外側に、外側に面した表面を有し、この外側に面した表面が少なくとも０.６の輻射率を有している、請求項１記載の断熱システム。
【請求項１７】
外側カバー壁及び別の仕切り壁が、カバーの着脱可能部分を形成し、内側カバー壁が容器に固定されている、請求項１記載の断熱システム。
【請求項１８】
液化ガスと接触するために内側チャンバーの中に延びるように容器に支承されている熱伝導性ブロックが設けられており、熱量計で試験するための試料を支持するための熱伝導性ブロックに支承されている試料支持体が設けられており、前記熱伝導性ブロックが、試料支持体を収容する、上方に開口した中央キャビティを有しており、該中央キャビティを閉じ込めるための熱伝導性ブロックの上に配置されたキャップが設けられており、前記カバーが更に、キャップの上に位置決めされた着脱可能なトップカバーを有し、これによりトップカバーとキャップとの間に、ガスを環境圧力で閉じ込める少なくとも１個のキャップ空間が形成されており、更に、カバーと、トップカバーと、熱伝導性ブロックとの間を密閉するための密閉手段が設けられており、それによって熱伝導性ブロック及びキャップの上方の断熱を行うようになっている、請求項１記載の断熱システム。
【請求項１９】
熱伝導性ブロックが、上方に面した円周リムを有しており、内側カバー壁が容器に固定されており、外側カバー壁と別の仕切り壁とがカバーの着脱可能部分を形成しておりかつ、カバーに中央開口を形成するように内側閉鎖部において結合されており、トップカバーが周囲の底面を有しており、
前記密閉手段が、円周リムの上に配置された絶縁密閉リングと、内側閉鎖部からの内向き延長部と、トップ密閉リングとを含み、
前記内向き延長部が、下向きの突起を有していて、該突起が、カバーの着脱可能部分が閉鎖位置にあるときには絶縁密閉リングに対して押し付けられ、カバーの着脱可能部分が開放位置にあるときには絶縁密閉リングから持ち上げられるようになっており、
前記トップ密閉リングが、内側閉鎖部の近くにおいて外側カバー壁に配置されており、トップカバーが閉鎖位置にある場合にはトップカバーの底面がトップ密閉リングに対して押し付けられ、トップカバーが開放位置にある場合には前記底面がカバーから持ち上げられるようになっており、それによってトップカバーが単独で着脱可能であり、
カバー及びトップカバーがそれぞれ閉鎖位置にある場合に、内側カバー壁とその隣接仕切り壁との間の空間、及びキャップの上のトップカバー内の空間の閉鎖が行われるようになっている、請求項１８記載の断熱システム。
【請求項２０】
絶縁密閉リングが逆Ｕ字形断面を有するポリマーリングである、請求項１９記載の断熱システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，液体窒素のような液化ガスの断熱容器の断熱システムに関し，更にこのような断熱システムを組み入れた熱量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
絶縁容器が，液体窒素，液体酸素，液体水素及び液体ヘリウムのような液化ガスの取り扱い，貯蔵及び使用の際に使用されている。非常に低い温度，例えば窒素については−１９６℃（７７Ｋ），では，熱の流入並びにそれによる液化ガスの蒸発及び損失を防ぐために，有効な絶縁バリヤーが必要である。他の共通の問題点は，容器の外表面が充分に冷たくなり，表面における大気蒸気の凝結又は霜付きを生じることである。濡れた表面又は霜が付いた表面は不愉快であるのみならず，表面の腐食又は水分に接触する物品の損傷のようなもっと厳しい問題になるおそれがある。
【０００３】
種々の絶縁技術及び装置が現在知られている。このような装置の１つに，内壁と外壁との間の空間が排気されている真空容器がある。これは円筒形でなくてはならず，特に大型容器にの場合に比較的高価である。ガラス真空システムは壊れやすく，ステンレススチールシステムはもっと高価である。真空容器技術の変形は多層絶縁技術と呼ばれ，この場合２個又は３個以上のポリマーフィルムを，ボタン形状部材を密接して配置することによって分離して設け，その間に真空層を形成させる。これは可撓性が望ましい場合，例えば，特定の形状に成形された表面のためには適しているが，堅い機能表面のためには望ましくなく，またかなり高価である。
【０００４】
絶縁はまた一般にガラス又は鉱物の繊維のパック及びポリスチレンフォーム［例えば，スチロフォーム（Styrofoam：商品名）］のような独立孔ポリマーのブロックによって行われる。この繊維又はフォームは絶縁空間内の空気循環を防止するために使用される。それは，このような循環によって，空間を形成している壁の間で空気が熱を運ぶようになるためである。このような絶縁は経済的であり，液化ガス用の容器で使用されるが，これはしばしば充分に有効ではない。例えば，液体窒素を使用するこのような容器は普通外側に凝結又は霜付きが生じる。凝結を減少させるために外側表面に加熱テープが使用されてきたが，これでは不充分なことが多い。
【０００５】
過度に低くない温度の場合，絶縁の他の形態では，乾燥ガスを充てんされた１個又は２個の空間を閉じ込めるための２枚又は３枚のガラスの鏡板を有する，サーモペイン（Thermopane：商品名）として一般に知られている種類の窓が使用されている。これらは可視性及び光の通過のために並びに屋外の暑い又は寒い気温から建物内部を絶縁するために建物の窓用に設計されている。
【０００６】
ある種の熱量計では液体窒素を使用する。このような熱量計は試料の熱特性についての測定値を得るために使用される。このような熱量計は，米国特許第 3,263,484 号明細書に開示されており，これは，試験試料を他の基準試料と比較するために１対の試料の測定値を得る示差走査熱量計（ＤＳＣ）である。試料は絶縁容器内に支持されている。電源により試料のそれぞれに電力が与えられ，温度が測定される。ＤＳＣにおいては，相の変化のような加熱特性を比較するために，試料間の電力差及び温度差が調べられる。加熱して測定温度の範囲を生ぜしめるために，炉又は他の加熱容器が試料領域の上に置かれる。試料支持体の下のリザーバの中に配置された液体窒素が，ＤＳＣ測定をより低い温度範囲にまで拡張するために使用される。このようなシステムでは，寒気に対する絶縁のために厚いスチレンフォームブロックが使用されてきたが，表面凝結は加熱テープを用いても依然として重要な問題点であった。
【０００７】
【発明が解決しょようとする課題】
本発明の課題の１つは，液体窒素のような液化ガスのための改良された断熱システムを提供することである。別の課題は，外側表面への水分の凝結を充分に防止する断熱システムを提供することである。また，熱量計の中にこのような断熱システムを設けるようにする。
【０００８】
【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，大気温度に比較して低温の液化ガスを含有するための内側チャンバを有する容器を含む断熱システムにおいて，容器が，ほぼ並行に配置された複数個の壁を有し，隣接する各対の壁は相互の間に空間を形成する間隔を有しており，これらの壁には，内側壁，外側壁及び内側壁と外側壁との間に配置された少なくとも２個の仕切り壁が含まれ，内側壁は内側チャンバを形成し，外側壁は環境大気に露出せしめられており，壁の端縁に配置されて，各空間内に実質的に大気圧でガスを閉じ込めるよ閉鎖手段が設けられており，各間隔は，大気から内側チャンバへの熱移動を最小限にして外側壁への大気蒸気の凝結を最小限にするように，選定されているようにした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の有利な実施の形態は請求項２以下に記載したとおりである。少なくとも２個の仕切り壁は好ましくは絶縁壁である。好ましくは，各間隔は対応する空間内のガスの対流が実質的に生じない最大の間隔として選定される。
【００１０】
有利にはこの断熱システムは更に容器のためのカバーを有しており，このカバーは容器の壁と同様の間隔を有する複数の壁から成っている。カバーの仕切り壁は好ましくは自己支持性ポリマーシートである。カバーの外側カバー壁及び仕切り壁は好ましくはカバーの着脱可能部分を形成し，内側カバー壁は容器に固定されている。
【００１１】
好ましくは，この断熱システムは熱量計を形成している。この場合，熱伝導性ブロックが容器の上に装着され，内側チャンバーの中に延びて液化ガスと接触しており，試料支持体が熱伝導性ブロックに支承されていて，熱量計で試験を行うための試料を支持する。熱量計システムのカバーは，キャップの上に配置されキャップとの間に，ガスを実質的に環境圧力で閉じ込める少なくとも１つの空間を形成する着脱可能なトップカバーを有している。密閉手段がカバー，トップカバー及びブロックの間を密閉するために設けられていて，カバー及びトップカバーを閉めたとき，ブロック及びキャップの上方の断熱を行う。
【００１２】
【実施例】
図面は，本発明の有利な実施例として，試料の低温冷却用の液化ガスを含有する熱量計を示す。このような熱量計の例は，１対の試料の熱特性を比較するための Perkin-Elmer 社製のモデルＤＳＣ−７の示差走査熱量計（ＤＳＣ）である。類似の計器の慣習で厚いスチレンフォーム絶縁物が取り付けられていたこのモデルのフォームを本明細書に記載した絶縁システムによって置き換えて改造した。本発明は熱量計に適用する場合に特に有利であり，本明細書では熱量計に適用した場合について説明するが，本発明は一般的に貯蔵容器，移動容器又は管類などの輸送装置のような低温液化ガスの容器に適用することができる。本明細書及び特許請求の範囲で使用される用語「液化ガス」は，液体窒素，液体酸素，液体水素又は液体ヘリウムのような，大気温度及び大気圧でガス状である物質の低温液化相を意味する。特に本発明は，湿度８０％，２４℃で表面凝結が生じない絶縁システムを提供する。
【００１３】
熱量計１０は，ヒンジが付けられているか又は持ち上げて外すことができる着脱可能なカバー１６と容器１４とから成るコンテナー１２を有している。この熱量計には更に，例えば，アルミニウムから製作された，上方に開口したキャビティ２２を有する試料部分２０を有する熱伝導性ブロック１８が含まれている。前記の米国特許第 3,263,484 号明細書に開示されている形式で，試験する試料２４のための１個又は２個の支持カップ２５がキャビティ２２内に装着されている。炉２６は，炉電源及びコントローラ（図示せず）による全体温度制御のためにキャビティ２２内の試料支持体（支持カップ２５）を取り囲んでいる。一層直接的な温度調節及び測定は，示差走査用電源に接続された試料支持体中の加熱要素及びセンサを含む通常の加熱システム（図示せず）によって行われる。熱量計の全体的な形状は円筒形又は長方体形又は両者の組合せである。例えば，コンテナーを長方体形にし，試料ブロックを円筒形にすることができる。コンテナー１２の容器１４及びカバー１６は，本発明による熱絶縁空間を相互の間に有している複数の壁によって構成されている。
【００１４】
熱量計の容器１４には，殊に７７Ｋの液体窒素である液化ガス３０を保持するための，一般にアルミニウムのような金属で作られたバケット２８が含まれている。熱伝導性ブロック１８は，好ましくは表面積を増加させるための鉛直羽根（図示せず）を有し，浸漬によって液体窒素と接触するために熱伝導性ブロック１８から下方に延びている冷却部材３２を有しており，この冷却部材３２は，炉２６及び試料支持体の加熱システムによって加熱が行われるとき以外は，試料を冷却する。容器１４は金属シェル５２とデッキ３４とから構成されている。図示の実施例においては，デッキ３４はガラス繊維で補強された樹脂から成る半径方向で外側のリング３５と例えばアルミニウムから成る半径方向で内側のディスク３６とから構成されている。外側リング３５は金属シェル５２のリップ３８の上に載っている外周フランジ３７を有している。バケット２８はリング３５の内周フランジ４１の上に載っているフランジ３９を有している。半径方向で内側のディスク３６はバケット２８のフランジ３９の上に載っており，その上面はガラス繊維で補強されたリング３５の上面と１つの平面を形成している。ディスク３６はバケット２８の上方を半径方向で内側に向かって延びており，冷却部材３２用の中央開口を有している。
【００１５】
試料ブロックは，試料部分２０と冷却部材３２との間にボルト締めされたアルミニウムディスク４０を有しており，このアルミニウムディスク４０は試料ブロックを支持するためにデッキ３４の上に支承されている。試料ブロック及びデッキ３４は保守のために着脱可能である。容器１４の他の構成部分はボルト，リベット，溶接又はセメント（接着剤）のような手段によって固定しておくことができる。
【００１６】
容器１４は更に，絶縁作用を生ぜしめるために相互に間隔を空けた少なくとも３個の，好ましくは４個の（又は後で説明するように５個以上の）複数の壁によって構成されている。これらの壁は互いに接近して平行に配置されている。液体窒素（液化ガス３０）を含有するバケット２８は内側壁を形成している。この内側壁の外側に空間４２を間に設けて第１仕切り４４が存在している。更にその外側には第２空間４６が存在し，次いで第２仕切り４８が存在している。第２仕切り４８の更に外側には第３空間５０を間にして，外側壁を形成する容器１４の金属シェル５２（例えば，アルミニウムシェル）が存在する。この外側壁は温度，圧力及び湿度の環境大気条件に露出せしめられている。これらの条件は通常は室温条件であるが，屋外，高地，水中などのような他の条件であってもよい。
【００１７】
容器１４内の第１及び第２の仕切り４４，４８は任意の適当な仕切り材料から製作することができるが，好ましくはこれらの，仕切り４４，４８は一般的に間隔による絶縁作用に対する付加的な絶縁作用を生ぜしめるために，壁の間隔にほぼ等しい厚さを有するスチロフォームのような絶縁材料のブロックである。絶縁材料より成る仕切り４４，４８は実地においては断熱システム全体の体積制限に適合する厚さ，例えば，壁の間隔とほぼ等しい厚さにとどめるべきであり，ほとんど間隔がなくなるような厚さにする必要はない。４個の壁の群によって，容器１４の側面及び底面がそれぞれ形成されている。仕切り４４，４８を固定するために，フォーム材料から成る結合ブロック５４が，仕切り４４，４８の上縁と，リング３５の下面とに接着されている。
【００１８】
好ましくはカバー１６も本発明によって断熱されている。少なくとも３個，好ましくは４個（又は５個以上）の壁が，互いに接近して平行に配置されている。互いに隣接する壁のそれぞれの対は，それらの間に空間を形成しており，３個（又は４個以上）のこのような空間が存在している。カバー壁には，外側カバー壁５６，例えば薄いアルミニウム板及び外側カバー壁５６の反対側に配置された内側カバー壁が含まれている。この内側カバー壁は，液体窒素を含有する内側チャンバに対して少なくとも部分的に露出しているデッキ３４によって形成されている。このようにしてカバーは実際には，外側カバー壁５６及び２個の仕切りから成る着脱可能な部分と容器１４の上壁（リング３５及びディスク３６）から成る固定部分とから構成されている。有利には自己支持性ポリマーシートから成る２個（又は３個以上）の仕切りが，外側カバー壁５６と内側カバー壁との間に配置されている。このような仕切りは，軽量であり，容易に所望の形状に成形することができるという利点を有している。外側カバー壁５６及び第１仕切り５８は第１空間６０を形成しており，第１仕切り５８及び第２仕切り６２は第２空間６３を形成しており，そして第２仕切り６２及びデッキ３４は第３空間６４を形成している。
【００１９】
更に一般的に，容器１４及びカバー１６の壁は，構造上の必要性及びその他の状況によって任意の堅い材料（金属，セラミック，ポリマー又は組合せ材料）から構成することができ，容器１４内のフォーム材料から成る仕切りは前述のような絶縁厚さを有することができる。閉鎖手段が壁の端縁のところに配置され，実質的に環境圧力でそれぞれの空間内に乾燥空気を閉じ込めるようになっている。空間内では窒素のような不活性ガスを使用することができるけれども，空気が一般的に適しており，できれば乾燥した空気を使用する。外部水分の浸透を防ぐために，閉鎖手段はそれぞれシールされている。少なくとも１個の壁表面及び更に好ましくは少なくとも複数の仕切りに輻射熱を反射する面を設けることによって，熱移動を更に減少させることができる。このことは，例えば，化学蒸着（ＣＶＤ）によるアルミニウム被覆，アルミニウム塗料のスプレー，アルミニウム箔の取り付け又は壁が金属である場合は研磨によって実施することができる。
【００２０】
カバー１６の仕切り５８，６２のためには，成形ポリマーシート，例えば厚さ約１〜１．５ｍｍの透明なポリ塩化ビニルが適している。閉鎖部は，仕切り５８，６２の端縁の互いに重なり合うフランジリップ６８を一緒に接合又はボルト締めすることによって，形成することができる。熱伝導性ブロック１８の試料部分２０を収容するために，カバー１６に中央開口７０が設けられており，この中央開口７０はやはり互いに重なり合うフランジリップ７２によって形成されている。金属から成る外側カバー壁５６は下方に折り曲げられた側縁部７４を有しており，この側縁部７４の端縁から内側に向かって内向きフランジ７６が設けられている。この内向きフランジ７６は仕切り５８のフランジリップ６８に密着して，閉鎖部を形成している。閉鎖部を形成するこのアッセンブリ７８は，容器１４の頂面外周縁に固定されているゴムガスケット７９の上に載っている。表面を加熱して凝結を更に減少させるために，電気コイル又は更に適当なものとして電気加熱テープ８０（例えば，３ワット）のような加熱手段が，カバー１６の外側カバー壁５６の下面に接着されている。この場合，外側カバー壁５６の外側表面８１は，少なくとも０．６の輻射率を有するポレーン（ｐｏｌａｎｅ：商品名）のような水性セラミック塗料（実際には灰色に見える）などを用いて黒色に塗って赤外線を吸収し，電気加熱テープ８０の所要電力を最小限にするために，実現可能な限り部屋からの輻射熱を吸収しなくてはならない。外側カバー壁５６の，電気加熱テープ８０を含む内側に面した表面は，第１仕切り５８への内向き輻射を最小限にするために充分に反射性にしておく。
【００２１】
カバー１６の着脱可能部分を熱伝導性ブロック１８に対して密閉して，熱量計の中へ又は熱量計から外への熱流を最小限にするために，好ましい形状が採用されている。熱伝導性ブロック１８若しくは試料ブロックの上縁の近くに，上方に向いた円周リム８２が，上面から引き込められて配置されている。低い熱伝導率を有する絶縁シールリング８４が円周リム８２の上に配置されている。この絶縁シールリング８４は有利には逆Ｕ字形断面を有する耐熱性ポリマーＵリングである。試料ブロックの材料と同様の材料の着脱可能キャップ８６が，試料ブロックの上に配置され，着脱可能キャップ８６と試料ブロックとの間を密閉するためのＯリング８８によって，試料を受容するキャビティ２２を密閉している。着脱可能キャップ８６は，絶縁シールリング８４の上方で絶縁シールリング８４から間隔をおいて半径方向で外側に向かって延びている円周フランジ９０を有している。
【００２２】
カバー１６は，フランジリップ７２から成る内側閉鎖アッセンブリを有しており，これは，それから内側に延びている平らなポリマーリング９２に固定されている。このポリマーリング９２はまた，外側カバー壁５６の内側方向の延長部として構成してもよいが，より大きい絶縁作用のためにポリマーから形成するのが好ましい。このポリマーリング９２は，一般的に着脱可能キャップ８６の円周フランジ９０の下の空間内で，Ｕ字形の絶縁シールリング８４の「Ｕ」の逆向きの底に対してシールするために，下側に向いている頂点を有する三角形断面の下向きの突起９６を有している。これは，閉鎖位置にあるときカバー１６の移動可能な部分の下側で空間６４を密封する。
【００２３】
トップカバー９８は着脱可能キャップ８６の上に配置されている。これはデルリン（Delrin：商品名）などから成る外側シェル１００と仕切り１０２とによって第１空間１０４を形成しており，仕切り１０２と着脱可能キャップ８６との間には第２空間１０６が形成されている。多ければ多いほど有効であろうが，この領域は液体窒素領域との直接接触から除かれているので，１個の仕切り１０２だけが設けられている。有効性がより小さくてもよい場合には，この仕切り１０２を省略して１個だけの空間を形成してもよい。この空間は最適の絶縁を行うために，カバー１６及び容器１４の場合と同じ形式で形成すべきである。加熱テープ１０８が外側シェル１００の下面に固定されており，カバー１６の外側カバー壁５６と同じように，外側シェル１００は輻射性外側表面１０９を有している。
【００２４】
トップカバー９８の外側シェル１００及び仕切り１０２は，着脱可能キャップ８６の円周フランジ９０の上に載り，トップカバー９８を位置決めしている円周ベース１１１を形成する外側フランジ１１０の閉鎖部で結合されている。円周フランジ９０から外側に向かって，トップ密閉リング１１２，例えば，傾斜した「Ｚ」字形断面を有する軟質シリコンゴムが，この円周ベース１１１とアルミニウムの外側カバー壁５６との間に配置され，内部閉鎖部の付近で，外側カバー壁５６又はトップカバー９８の円周ベース１１１に接着又は他の方法で固定されている。これによってトップカバー９８を取り外すことが可能であり，カバー１６を取り外すことなく試料をキャビティー２２の中に入れるために，着脱可能キャップ８６を取り外すことができる。このようにしてトップカバー９８は単独で着脱可能であり，カバー１６及びトップカバー９８をそれぞれの閉鎖位置にして，内側カバー壁とその隣接仕切り６２との間の空間６４及び着脱可能キャップ６８の上方のトップカバー９８内の空間１０６をシールすることができる。
【００２５】
トップカバー９８は，一般的な又はその他の適当な手段，例えば，カバー１６に固定されている一対の直立した支持体１１６（図１）の間のピン１１４によって所定の場所に保持されている。この支持体１１６はピン１１４のためのスロット１１８を有しており，このスロット１１８は図２の図平面に対して直角の方向で上向きに傾斜しており，トップカバー９８を外すためにピン１１４を上向きに滑らせることが可能である。
【００２６】
熱量計の各部分の壁の間の間隔は実験的に決定することができるが，好ましくは熱移動の計算によって決定される。閉鎖部の末端間隔を含む間隔若しくは厚さはそれぞれ，壁及び間隔の層を通過する熱移動を最小限にするように選択される。これを行うために，各間隔は，対応する空間内のガスが実質的に流れない最大の間隔にしなくてはならない。この場合熱力学的熱流方程式を使用する。
【００２７】
空気（又は他のガス）層の最大熱抵抗は，表面の又は特別の空間内の自由対流による空気移動が非常に小さく，空気が実質的に流れていないときの熱抵抗である。これらの静止条件下では，空気は層になった水平層又は鉛直層を形成し，これらの層は熱と冷気との交換を最小限にし，優れた熱絶縁バリヤーを形成する。最大の熱抵抗を生ぜしめるためには，最適間隔を得るために間隔を減少させて対流が実質的に除かれた後，対流が生ずる直前まで再び間隔をできるだけ大きくすることが必要である。この設計方法は，間隔を繰り返して変化させ，その都度新しい熱抵抗を計算し，本質的に可能な最高抵抗値を得ることである。
【００２８】
前述のように，輻射による熱の移動は好ましくは反射表面によって最小限にされる。輻射は壁の温度に影響を与え，計算には好ましくは，反射表面を含む全ての表面について標準のステファン−ボルツマン（Stefan-Boltzmann）の法則を使用して，この熱流因子を含めるべきである。
【００２９】
下記の例は，断熱システムの一方の側が液体窒素温度（７７Ｋ）であり，他方の側が２２℃（２９５Ｋ）の環境大気温度である場合の３個の間隔についてのものである。大気に接する外側壁の表面温度は，最初は１０.８℃（２８３.８Ｋ）であると推定され，これは加熱テープを使用すると上昇する。壁と大気との境界温度Ｔ及び間隔Ｄを有する空気の３個の層のそれぞれの温度条件を決定するために，熱力学的熱バランスの数学モデルを作った。
【００３０】
壁＃１：Ｔ1＝７７Ｋ
壁＃２：壁＃１からの間隔Ｄ1；Ｔ2 ＝？
壁＃３：壁＃２からの間隔Ｄ2；Ｔ3 ＝？
壁＃４：壁＃３からの間隔Ｄ3；Ｔ4 ＝？（最初は２８３.８Ｋ）
Ｔ5＝２９５Ｋの環境空気
このモデルでの計算を，Ｒ＝１／Ｈ・Ａ（式中，Ｈはフィルム係数であり，Ａは表面積である）を使用して，熱抵抗Ｒについての仮定値で開始する。Ｒ及びＨについての値は，相当する間隔Ｄ（最初は仮定値を有する）に関連しており，計算される温度に対して非直線的に変化し，それで計算に反復が必要である。熱平衡時の壁についての未知温度（Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4）は，Ｒから計算する。これは各部分についての単位面積当たりの熱流量Ｑを等式化し，次の連立方程式を解くことによって行われる：
Ｑ＝（Ｔ2−Ｔ1）／Ｒ1＝（Ｔ3−Ｔ2）／Ｒ2
Ｑ＝（Ｔ3−Ｔ2）／Ｒ2＝（Ｔ4−Ｔ3）／Ｒ3
Ｑ＝（Ｔ4−Ｔ3）／Ｒ3＝（Ｔ5−Ｔ4）／Ｒ4
スチロフォームのような熱絶縁材料仕切りを使用する場合は，その熱伝導率を基準とする標準熱流方程式は，前記の熱流方程式に含まれる。これはこの仕切りのそれぞれの側についての付加的な温度を生ぜしめる。
【００３１】
電気加熱テープを使用する場合，電気加熱テープ電力を，外側壁の付加的な熱因子Ｑhによって熱バランス方程式に入れる。したがって（Ｑ＋Ｑh）＝（Ｔ4−Ｔ3）／Ｒ3となる。
【００３２】
各段階での輻射は，ステファン−ボルツマン法則の形にＲ値を関連させることによって，得られる。すなわち第１段階では：
Ｒ1＝［１／ＲH1＋１／ＲS1］-1
ただし，ＲH1は対流熱移動を表すものであり，ＲS1は輻射熱移動を表すものであって：
ＲH1＝１／Ｈ1・Ａ
ＲS1＝［σ・ｆ・Ａ・（Ｔ22＋Ｔ12）（Ｔ2＋Ｔ1）］-1
（式中，σはステファン−ボルツマン定数であり，ｆは関連表面についての吸収率（１−輻射率）と，この表面における他の表面からの輻射の量を考慮する幾何学的形状因子との組合せである）
となる。
【００３３】
まず，最初に選択した間隔Ｄに基づく係数Ｒを推定し，壁温度を計算する。次いでこの壁温度Ｔを，下記のようにして再計算される連続する係数の値で，繰り返して計算する。それぞれの再計算されたＲは新しい間隔Ｄを生ぜしめる。それぞれの温度差及びその対応する係数が予め定めた許容し得る誤差限界，例えば１％以下である場合には，計算を終了する。この方法を，３個の間隔のそれぞれについて最適値が見出されるまで，修正した間隔（Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3）について繰り返す。これによって得られるＱhは，外側壁について最小値であり，２４℃の温度及び８０％の相対湿度で凝結を生ぜしめない。
【００３４】
コンテナーは，自由対流する環境空気に対して露出せしめられている水平表面及び鉛直表面並びに壁の間の水平空間及び鉛直空間を有している。異なった自由対流熱移動状態がそれぞれの方向の表面及び空間について存在しており，コンテナーの側面，底面及びカバーの頂面の熱抵抗を得るためにこれらの異なった熱移動状態が考慮される。下記のものは鉛直方向及び水平方向における自由対流熱移動の例である。この場合，空気についての温度に応じて変化するパラメータは，粘度μ，熱伝導率κ，密度δ及び比熱Ｃpである。これらのパラメータのそれぞれは空間内の平均温度Ｔfに関連しており，これは標準表から入手できる。第１空間内の平均温度はＴf＝（Ｔ1＋Ｔ2）／２であると仮定され，他の空間についての平均温度も同様に定義される。
【００３５】
下記の例は，壁＃１と壁＃２との間の空間についてのもので，温度Ｔ1（これは７７Ｋである）及び温度Ｔ2（これは最初は仮定され，続いて反復して計算される）におけるものである。熱抵抗Ｒは種々の熱移動状態において熱力学値を使用して決定される。すなわち，プラントル（Prabdtl）数はＰｒ＝Ｃp・μ／κであり，グラスホフ（Grashof）数は（第１空間について）次のとおりである：
Ｇｒ＝９.８０７・δ2・（Ｔ1−Ｔf）／Ｔf・Ｄ3／μ2
熱抵抗ＲはＤ，Ｐｒ及びＧｒの関数である。種々の熱移動状態の例を下記に示す。反復計算及び種々異なる熱移動状態の考慮は，標準的数学プログラムを使用するコンピュータにより容易に行われる。下記の例は暫定段階を示し，各場合においてＤ，Ｈ及びＲについての値が決定され，次いで上記の熱流方程式から温度を反復計算するために使用される。反復計算が完了すると，相応する最終Ｒ値から各間隔Ｄが決定される。
【００３６】
鉛直キャビティ
Ｔ2＝１７０Ｋ，キャビティの高さＬ＝０.１５７ｍ，間隔Ｄ＝０.０４３ｍ，Ｌ／Ｄ＝３.６８３と仮定する。関連数は，Ｐｒ＝０.７６７及びＧｒ＝２.２９１・１０7である。鉛直キャビティについての係数Ｈv（ワット／メートル2−ケルビン［Ｗ／ｍ2Ｋ］）は次のとおりである：
Ｇｒ≦６.０・１０3であるとき，Ｈv＝κ／Ｄ＝０.３０２
６.０・１０3＜Ｇｒ≧１０10であるとき，
Ｈv＝Ｃ・κ／Ｄ・(Ｌ／Ｄ）m・[(Ｐr2・Ｇｒ)／(０.２・Ｐｒ)］n；
１＜Ｌ／Ｄ≦２，Ｃ＝０.１８，ｍ＝０，ｎ＝０.２９の場合；又は
２＜Ｌ／Ｄ＜１０，Ｃ＝０.２２，ｍ＝０.２５，ｎ＝０.２８の場合；
Ｈv＝６.４２２（１＜Ｌ／Ｄ≦２の場合）；又は
Ｈv＝４.８０７（２＜Ｌ／Ｄ＜１０の場合）
である。
【００３７】
Ｌ／Ｄ＞１０の場合には，
Ｈv＝０.０４６・κ／Ｄ・（Ｇｒ・Ｐｒ）0.333＝０.１５３
である。
【００３８】
この例の場合，Ｇｒ＝２.２９１・１０7であるので，Ｈv＝４.８０７であり，新しいＤ＝４８ｍｍである。
【００３９】
水平キャビティ
Ｔ2＝１７０Ｋ，キャビティの長さ及び幅Ｌ＝０.１６４ｍ，間隔Ｄ＝０.０２５ｍ，Ｌ／Ｄ＝６.５７２と仮定する。Ｇｒ＝２.２９１・１０7。水平キャビティについてのフィルム係数Ｈhは次のとおりである：
Ｇｒ＝＜３.１０5の場合，Ｈh＝κ／Ｄ＝０.４５６（層流又は遷移流）である。
【００４０】
Ｇｒ＞３.１０5の場合，Ｈh＝０.０４３・Ｇｒ0.25＝２.１４２（乱流）である。
【００４１】
この例の場合，Ｈh ＝２.１４２であり，Ｄ＝０.０２５ｍである。
【００４２】
鉛直表面
Ｔ4（外側壁）が２８６Ｋであると仮定する。関連数は，Ｐｒ＝０.７０７及びＧｒ＝６.４６４・１０6である。（鉛直からの６０゜までの角度θの偏りがある場合，Ｇｒ式に cosθを掛ける。）鉛直表面についてのフィルム係数Ｈsは次のとおりである：
１０4＜Ｇｒ・Ｐｒ≦１０14の場合，
Ｈsv＝κ／Ｄ・exp［０.３５８５＋０.１１３９・ln（Ｇｒ・Ｐｒ）＋５.２３７・１０-3・ln（Ｇｒ・Ｐｒ）2−３.０９２・１０-5・ln（Ｇｒ・Ｐｒ）3]
である。
【００４３】
この例の場合，Ｇｒ・Ｐｒ＝４.５５７・１０6であり，したがってＨsv＝３.１８６で，新しいＤ＝２０１ｍｍである。
【００４４】
水平表面
Ｔ4（外側壁）が２８６Ｋであると仮定する。関連数は，Ｐｒ＝０.７０７及びＧｒ＝１.６９９・１０6である。水平表面についてのフィルム係数Ｈsは次のとおりである：
１０-5≦Ｇｒ・Ｐｒ≦１０9の場合，
Ｈsh＝κ／Ｄ・exp［０.０６７２＋０.１１３９・ln（Ｇｒ・Ｐｒ）＋５.７２０・１０-3・ln（Ｇｒ・Ｐｒ）2−５.３６０・１０-5・ln（Ｇｒ・Ｐｒ）3]
である。
【００４５】
この例の場合，Ｇｒ・Ｐｒ＝１.２０１２・１０6であり，したがってＨsh＝２.７５８で，新しいＤ＝１２９ｍｍである。
【００４６】
Ｇｒ及びその他の因子に関連して，それぞれのフィルム係数Ｈについて幾つかのレベルがある場合，反復計算は，間隔Ｄを再選択することによってＨを最低レベルに入れるはずである。しかしながら，間隔Ｄは最低のＨに合わせてできるだけ大きくすべきである。
【００４７】
以下の表は，液体窒素用の本発明による絶縁コンテナーについて決定された間隔の最適の組み合せを示す。コンテナーの全体サイズは，３０ｃｍ×３０ｃｍ×１７ｃｍ高さであり，内側バケットは２１ｃｍ×２１ｃｍ×１２ｃｍ高さであった。間隔は低温の壁に最も近いものをＤ1としてある。容器及びカバーは前述のような形状に構成した。ミルスペック（mil spec）ＭＩＬ−Ｔ−２３３９７Ｂ−II による反射性アルミニウム箔を内側仕切りの外側に接着させた。Copper & Brass Sales Inc. 社製の箔ＡＮＯ−ＦＯＬ（商品名）＃７１５−３８を内側仕切りの内側及び外側仕切りの外側に接着させた。カバーでは，保護透明被覆を有するアルミニウムＣＶＤ被覆を電気加熱テープの内側，外側ポリマーシート仕切りの上側及び内側ポリマー仕切りの下側に設けた。外側表面には，０.８７の輻射率にするために Powder Coat Paint Co. 社製の塗料 No. ４６４−３６０＃４ ＴＥＸを塗布した。Ｄ及びフォーム厚さについての表の中の寸法はｍｍであり，Ｈについてはワット／ｍ２Ｋである。
【００４８】
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このシステムによって，時折の高湿度条件（８５％以上）の場合を除いて，外側表面に水が凝結することなく熱量計を使用することが可能になった。これを，大部分の表面における凝結が日常的に経験される１５ｃｍ（６インチ）厚さ（空気間隔無し）のスチロフォームを有する，より大きなコンテナーの従前のシステムと比較した。高湿度条件における時折の凝結はあっても，表面の水の量は著しく減少した。
【００４９】
かくして，４個の壁の間の３個の空間は，液体窒素に対する熱絶縁のために全く充分であることが確認された。４個又は５個の空間（６個以下の壁）は数値的に良くなるが，改良の程度はわずかであり，増大した厚さは不利であり，計算が更に複雑になり，全体として悪い結果になる。それで，壁の通常好ましい数は４個で，空間の数を３個にすると，驚異的な効果が得られることが判明した。
【００５０】
本発明は図示の実施例に限定されるものではなく，本発明の範囲内で，更に種々の態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の断熱システムを含有している熱量計コンテナーの斜視図である。
【図２】図１の面２−２に沿った熱量計コンテナーの対称半部の断面図である。
【符号の説明】
１０  熱量計，  １２  コンテナー，  １４  容器，  １６  カバー，  １８導熱性ブロック，  ２０  試料部分，  ２２  キャビティー，  ２４  試料，２５  支持カップ，  ２６  炉，  ２８  バケット，  ３０  液化ガス，  ３２  冷却部材，  ３４  デッキ，  ３５  半径方向で外側のリング，  ３６  半径方向で内側のディスク，  ３７  外周フランジ，  ３８  リップ，  ３９  フランジ，  ４０  アルミニウムディスク，  ４１  内周フランジ，  ４２  空間，  ４４  第１仕切り，  ４６  第２空間，  ４８  第２仕切り，  ５０  第３空間，  ５２  金属シェル，  ５４  結合ブロック，  ５６  外側カバー壁，  ５８  第１仕切り，  ６０  第１空間，  ６２  第２仕切り，  ６３  第２空間，  ６４  第３空間，  ６８フランジリップ，  ７０  中央開口，  ７２  フランジリップ，  ７４  側縁部，  ７６  内向きフランジ，  ７８  アッセンブリ，  ７９  ゴムガスケット，  ８０  電気加熱テープ，  ８１  外側表面，  ８２  円周リム，  ８４  絶縁シールリング，  ８６  着脱可能キャップ，  ８８Ｏリング，  ９０  円周フランジ，  ９２  ポリマーリング，  ９６  突起，９８  トップカバー，  １００  外側シェル，  １０２  仕切り，  １０４  第１空間，  １０６  第２空間，  １０８  電気加熱テープ，  １０９  輻射性外側表面，  １１０  外側フランジ，  １１１  円周ベース，  １１２  トップ密閉リング，  １１４  ピン，  １１６  支持体，  １１８  スロット
【図１】
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【図２】
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