JP2000274852A - ヘリウム液化装置の制御方法及び装置 - Google Patents
ヘリウム液化装置の制御方法及び装置Info
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- JP2000274852A JP2000274852A JP11083006A JP8300699A JP2000274852A JP 2000274852 A JP2000274852 A JP 2000274852A JP 11083006 A JP11083006 A JP 11083006A JP 8300699 A JP8300699 A JP 8300699A JP 2000274852 A JP2000274852 A JP 2000274852A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 バッファタンクの容量を大きくしたり、圧力
を高くすることなく、バッファタンク圧力低下によるコ
ンプレッサの停止を防止する。 【解決手段】 バッファタンク４０の圧力が低下した時
に、予冷弁３８をバイパスしてクライオスタット３０内
のヘリウムガスを、リターン弁３６及び冷凍機２２を介
することなく、コンプレッサ１２に直接戻すためのバイ
パス弁６２を設ける。
を高くすることなく、バッファタンク圧力低下によるコ
ンプレッサの停止を防止する。 【解決手段】 バッファタンク４０の圧力が低下した時
に、予冷弁３８をバイパスしてクライオスタット３０内
のヘリウムガスを、リターン弁３６及び冷凍機２２を介
することなく、コンプレッサ１２に直接戻すためのバイ
パス弁６２を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヘリウム液化装置
の制御方法及び装置に係り、特に、冷凍機を用いたヘリ
ウム液化装置全般に用いるのに好適な、ヘリウム液化装
置を用いた極低温機器の安全を確保することが可能な、
ヘリウム液化装置の制御方法及び装置に関する。
の制御方法及び装置に係り、特に、冷凍機を用いたヘリ
ウム液化装置全般に用いるのに好適な、ヘリウム液化装
置を用いた極低温機器の安全を確保することが可能な、
ヘリウム液化装置の制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ヘリウムの液化温度である４．２Ｋ以下
の温度を必要とする低温システムには、再凝縮タイプ
と、ヘリウム液化サイクルを保持するタイプとがある。
の温度を必要とする低温システムには、再凝縮タイプ
と、ヘリウム液化サイクルを保持するタイプとがある。
【０００３】前者は、業者等から購入した液体ヘリウム
を機器に挿入して冷却し、蒸発していく液体ヘリウム
を、内蔵した小型冷凍機で再凝縮して、機器に対する液
体ヘリウムのレベルを維持するものであり、ＭＲＩ等の
医療診断機器等の小型システムに用いられている。
を機器に挿入して冷却し、蒸発していく液体ヘリウム
を、内蔵した小型冷凍機で再凝縮して、機器に対する液
体ヘリウムのレベルを維持するものであり、ＭＲＩ等の
医療診断機器等の小型システムに用いられている。
【０００４】一方後者は、小、中、大型のプラントタイ
プであり、自ら液体ヘリウムを作り出す液化装置を備え
ている。この液化装置においては、ヘリウムが相変化を
して、容積が変化するという問題を有する。即ち、シス
テムを構成する配管は、全て金属製であり、全内容積
は、いかなる場合においても、ほぼ一定である。又、シ
ステム構成上、圧力も一定である。一方ヘリウムは、ガ
スの状態ではボイル・シャルルの法則に従って、圧力、
温度、体積が変化するため、温度変化に応じて、その体
積を変えていく。更に、気相から液相に変化する時、そ
の体積は１／７００に小さくなる。一方、システムは圧
力を維持しなければならないため、システム外部からヘ
リウムガスを絶えず供給していかなければならない。こ
れらの作業には、人手が必要となり、自動化できない
と、昼夜突貫の作業を強いられることが多い。
プであり、自ら液体ヘリウムを作り出す液化装置を備え
ている。この液化装置においては、ヘリウムが相変化を
して、容積が変化するという問題を有する。即ち、シス
テムを構成する配管は、全て金属製であり、全内容積
は、いかなる場合においても、ほぼ一定である。又、シ
ステム構成上、圧力も一定である。一方ヘリウムは、ガ
スの状態ではボイル・シャルルの法則に従って、圧力、
温度、体積が変化するため、温度変化に応じて、その体
積を変えていく。更に、気相から液相に変化する時、そ
の体積は１／７００に小さくなる。一方、システムは圧
力を維持しなければならないため、システム外部からヘ
リウムガスを絶えず供給していかなければならない。こ
れらの作業には、人手が必要となり、自動化できない
と、昼夜突貫の作業を強いられることが多い。
【０００５】図１に、従来のヘリウム液化装置の一例の
全体構成を示す。このヘリウム液化装置には、低圧ライ
ン１０を介して供給される低圧のヘリウムガスを加圧す
るためのコンプレッサ１２と、該コンプレッサ１２によ
り加圧され、高圧ライン２０を介して供給される高圧の
ヘリウムガスを、液体ヘリウム温度まで冷却するための
冷凍機２２と、該冷凍機２２により冷却されたヘリウム
をミスト化して、被冷却物（例えば図３に示す超伝導磁
石３５）が内蔵されたクライオスタット３０の下部に注
液管３２から供給するジュール・トムソン弁（ＪＴ弁と
称する）２８と、前記クライオスタット３０の貯液部３
４に貯液され、被冷却物との熱交換によって暖められた
ヘリウムガスを、再び前記冷凍機２２に戻すためのリタ
ーン弁（ＲＴ弁と称する）３６と、予冷時に該ＲＴ弁３
６及び冷凍機２２をバイパスして、ヘリウムガスを低圧
ライン１０により前記コンプレッサ１２に直接戻すため
の、予冷終了後は閉じられる予冷弁３８と、バルブスタ
ンド４４に接続された中圧ライン４２を介して、該バル
ブスタンド４４の作用により、液化により減少したヘリ
ウムガスを補給し、過剰となったヘリウムガスを回収す
るためのバッファタンク（中圧タンクとも称する）４０
と、前記コンプレッサ１２出側の高圧ライン２０やヘリ
ウムガスボンベ５０から供給されるヘリウムガスを精製
して、前記バッファタンク４０に供給するためのヘリウ
ムガス精製器５２とを主に備えている。
全体構成を示す。このヘリウム液化装置には、低圧ライ
ン１０を介して供給される低圧のヘリウムガスを加圧す
るためのコンプレッサ１２と、該コンプレッサ１２によ
り加圧され、高圧ライン２０を介して供給される高圧の
ヘリウムガスを、液体ヘリウム温度まで冷却するための
冷凍機２２と、該冷凍機２２により冷却されたヘリウム
をミスト化して、被冷却物（例えば図３に示す超伝導磁
石３５）が内蔵されたクライオスタット３０の下部に注
液管３２から供給するジュール・トムソン弁（ＪＴ弁と
称する）２８と、前記クライオスタット３０の貯液部３
４に貯液され、被冷却物との熱交換によって暖められた
ヘリウムガスを、再び前記冷凍機２２に戻すためのリタ
ーン弁（ＲＴ弁と称する）３６と、予冷時に該ＲＴ弁３
６及び冷凍機２２をバイパスして、ヘリウムガスを低圧
ライン１０により前記コンプレッサ１２に直接戻すため
の、予冷終了後は閉じられる予冷弁３８と、バルブスタ
ンド４４に接続された中圧ライン４２を介して、該バル
ブスタンド４４の作用により、液化により減少したヘリ
ウムガスを補給し、過剰となったヘリウムガスを回収す
るためのバッファタンク（中圧タンクとも称する）４０
と、前記コンプレッサ１２出側の高圧ライン２０やヘリ
ウムガスボンベ５０から供給されるヘリウムガスを精製
して、前記バッファタンク４０に供給するためのヘリウ
ムガス精製器５２とを主に備えている。
【０００６】前記冷凍機２２は、例えば図２に詳細に示
す如く、カスケード接続された、互いに温度が異なる複
数（図では３台）の熱交換器２４ａ、２４ｂ、２４ｃ
と、それらの間に設けられたタービン２６ａ、２６ｂか
ら主に構成されている。
す如く、カスケード接続された、互いに温度が異なる複
数（図では３台）の熱交換器２４ａ、２４ｂ、２４ｃ
と、それらの間に設けられたタービン２６ａ、２６ｂか
ら主に構成されている。
【０００７】前記クライオスタット３０の入口には、図
３に詳細に示す如く、低温ガスを熱交換なくクライオス
タット３０に導くためのトランスファチューブ３１や、
該トランスファチューブ３１をクライオスタット３０か
ら引き抜いた時に外気から仕切るための仕切弁３３が設
けられている。
３に詳細に示す如く、低温ガスを熱交換なくクライオス
タット３０に導くためのトランスファチューブ３１や、
該トランスファチューブ３１をクライオスタット３０か
ら引き抜いた時に外気から仕切るための仕切弁３３が設
けられている。
【０００８】前記予冷弁３４は、例えば、互いに並列接
続された、手動の仕切弁、及び、圧力が所定値、例えば
０．３ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇを超えた時に開かれる背圧調整
弁により構成されている。
続された、手動の仕切弁、及び、圧力が所定値、例えば
０．３ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇを超えた時に開かれる背圧調整
弁により構成されている。
【０００９】又、前記バルブスタンド４４は、低圧ライ
ン１０の圧力が所定値、例えば０．１ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ
になるように調整するための圧力調整弁と、ヘリウムガ
スの液化により低圧ライン１０の圧力が低下した時に、
バッファタンク４０から中圧ライン４２を介して供給さ
れるヘリウムガスを低圧ライン１０に補給するための開
閉弁と、逆に負荷によりクライオスタット３０内の液体
ヘリウムが過剰に蒸発して低圧ライン１０の圧力が上昇
した時に、過剰なガスを中圧ライン４２を介してバッフ
ァタンク４０に戻すための開閉弁とを含んで構成されて
いる。
ン１０の圧力が所定値、例えば０．１ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇ
になるように調整するための圧力調整弁と、ヘリウムガ
スの液化により低圧ライン１０の圧力が低下した時に、
バッファタンク４０から中圧ライン４２を介して供給さ
れるヘリウムガスを低圧ライン１０に補給するための開
閉弁と、逆に負荷によりクライオスタット３０内の液体
ヘリウムが過剰に蒸発して低圧ライン１０の圧力が上昇
した時に、過剰なガスを中圧ライン４２を介してバッフ
ァタンク４０に戻すための開閉弁とを含んで構成されて
いる。
【００１０】更に、図示は省略したが、前記コンプレッ
サ１２の出側には、ヘリウムガスを圧縮する時に用いる
油を除去するための油分離器（ＯＲＳと称する）も設け
られている。
サ１２の出側には、ヘリウムガスを圧縮する時に用いる
油を除去するための油分離器（ＯＲＳと称する）も設け
られている。
【００１１】このようなヘリウム液化装置をメンテナン
ス作業等により長期間停止した場合、超伝導磁石３５の
温度は室温近くまで上昇するので、まず、約１５Ｋ程度
まで予備冷却（予冷と称する）する。この予冷過程で
は、超伝導磁石を構成する様々な有機物からの放出ガス
で冷凍機２２が汚れ、液体ヘリウムをクライオスタット
３０へ貯液するだけの冷凍能力は得られない。従って液
体ヘリウムを被冷却物が収容されたクライオスタット３
０の貯液部３４に貯液して、被冷却物を冷やす際には、
まず、高圧ライン２０にあるコンプレッサ１２により低
圧ライン１０内のヘリウムガスを圧縮し、例えば８．２
ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇまで加圧する。加圧されたヘリウムガ
スは、図２に示したような冷凍機２２内を通過しなが
ら、多段式の熱交換器２６ａ〜２６ｃによる熱交換過程
を経て、徐々に冷却されていく。最後に、ＪＴ弁２８を
通過することで、霧吹きのように温度４．４Ｋの極低温
の液体ヘリウムが生成される。ＪＴ弁２８から放出され
たミスト状の液体ヘリウムは、トランスファチューブ３
１及び注液管３２を通して、被冷却物（超伝導磁石３
５）が収められたクライオスタット３０に導かれる。注
液管３２によりクライオスタット３０の下部まで導かれ
て放出された液体ヘリウムは、被冷却物と熱交換しなが
ら、被冷却物を徐々に冷却していく。具体的には、例え
ば超伝導磁石３５の下コイルを冷却し、クライオスタッ
トの連結部３０Ｃを通って、超伝導磁石３５の上コイル
を冷却していく。このとき、被冷却物との熱交換によっ
て暖められたヘリウムガスは、予冷弁３８を通して、再
び低圧ライン１０に戻り、コンプレッサ１２により再び
圧縮され、冷凍機２２に導かれる。この状態では、コン
プレッサ１２から負荷側へ送り出されるヘリウム流量の
例えば８０％が予冷弁３８を流れ、残り２０％がＲＴ弁
３６を流れるようにされる。
ス作業等により長期間停止した場合、超伝導磁石３５の
温度は室温近くまで上昇するので、まず、約１５Ｋ程度
まで予備冷却（予冷と称する）する。この予冷過程で
は、超伝導磁石を構成する様々な有機物からの放出ガス
で冷凍機２２が汚れ、液体ヘリウムをクライオスタット
３０へ貯液するだけの冷凍能力は得られない。従って液
体ヘリウムを被冷却物が収容されたクライオスタット３
０の貯液部３４に貯液して、被冷却物を冷やす際には、
まず、高圧ライン２０にあるコンプレッサ１２により低
圧ライン１０内のヘリウムガスを圧縮し、例えば８．２
ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇまで加圧する。加圧されたヘリウムガ
スは、図２に示したような冷凍機２２内を通過しなが
ら、多段式の熱交換器２６ａ〜２６ｃによる熱交換過程
を経て、徐々に冷却されていく。最後に、ＪＴ弁２８を
通過することで、霧吹きのように温度４．４Ｋの極低温
の液体ヘリウムが生成される。ＪＴ弁２８から放出され
たミスト状の液体ヘリウムは、トランスファチューブ３
１及び注液管３２を通して、被冷却物（超伝導磁石３
５）が収められたクライオスタット３０に導かれる。注
液管３２によりクライオスタット３０の下部まで導かれ
て放出された液体ヘリウムは、被冷却物と熱交換しなが
ら、被冷却物を徐々に冷却していく。具体的には、例え
ば超伝導磁石３５の下コイルを冷却し、クライオスタッ
トの連結部３０Ｃを通って、超伝導磁石３５の上コイル
を冷却していく。このとき、被冷却物との熱交換によっ
て暖められたヘリウムガスは、予冷弁３８を通して、再
び低圧ライン１０に戻り、コンプレッサ１２により再び
圧縮され、冷凍機２２に導かれる。この状態では、コン
プレッサ１２から負荷側へ送り出されるヘリウム流量の
例えば８０％が予冷弁３８を流れ、残り２０％がＲＴ弁
３６を流れるようにされる。
【００１２】このような過程を長時間（例えば１０日
位）繰返して、系全体が液体ヘリウム温度近くになる
と、超伝導磁石３５と熱交換器２４ｃの温度差が小さく
なる。従って、予冷弁３８を閉じ、ＲＴ弁３６を最大に
開いても、熱交換器２４ｃの温度が上昇することはな
く、被冷却物への貯液が可能になる（貯液できる状態ま
での冷却を予冷と称する）。
位）繰返して、系全体が液体ヘリウム温度近くになる
と、超伝導磁石３５と熱交換器２４ｃの温度差が小さく
なる。従って、予冷弁３８を閉じ、ＲＴ弁３６を最大に
開いても、熱交換器２４ｃの温度が上昇することはな
く、被冷却物への貯液が可能になる（貯液できる状態ま
での冷却を予冷と称する）。
【００１３】予冷が終了し、系全体が液体ヘリウム温度
近くになって、被冷却物への貯液が可能になると、予冷
弁３８を手動により徐々に閉じて、ＲＴ弁３６への戻り
流量を増やしていくと、ＲＴ弁３６を介して供給される
低温のヘリウムによって冷凍機２２が冷却され、ＪＴ弁
２８へ供給される高圧のヘリウムガスが更に冷却される
ため、ＪＴ弁２８を出る直前でのガスの温度の冷却効率
が一気に上昇して、ＪＴ弁よりミスト状の液体ヘリウム
が発生し、液体ヘリウムをクライオスタット３０へ貯め
ていくことになる。この状態では、例えば数％が液とし
て溜まり、残り９０％以上がＲＴ弁３６を通って冷凍機
２２に戻る。
近くになって、被冷却物への貯液が可能になると、予冷
弁３８を手動により徐々に閉じて、ＲＴ弁３６への戻り
流量を増やしていくと、ＲＴ弁３６を介して供給される
低温のヘリウムによって冷凍機２２が冷却され、ＪＴ弁
２８へ供給される高圧のヘリウムガスが更に冷却される
ため、ＪＴ弁２８を出る直前でのガスの温度の冷却効率
が一気に上昇して、ＪＴ弁よりミスト状の液体ヘリウム
が発生し、液体ヘリウムをクライオスタット３０へ貯め
ていくことになる。この状態では、例えば数％が液とし
て溜まり、残り９０％以上がＲＴ弁３６を通って冷凍機
２２に戻る。
【００１４】予冷時及び液化時の予冷弁３８及びＲＴ弁
３６の開閉状態を図４に示す。
３６の開閉状態を図４に示す。
【００１５】液化が始まると、０℃一気圧のヘリウムガ
スの体積は、４．２Ｋ一気圧の液体ヘリウムの体積の約
７００倍あるため、バッファタンク４０のガスが中圧ラ
イン４２を介して低圧ライン１０に供給されていき、バ
ッファタンク４０の圧力が減少していく。
スの体積は、４．２Ｋ一気圧の液体ヘリウムの体積の約
７００倍あるため、バッファタンク４０のガスが中圧ラ
イン４２を介して低圧ライン１０に供給されていき、バ
ッファタンク４０の圧力が減少していく。
【００１６】通常、バッファタンク４０の圧力が一気圧
以下になると、バッファタンクから送り出すガスが無い
ため、コンプレッサ１２を構成するモータ等が破損し易
くなるので、コンプレッサの安全確保のため、コンプレ
ッサ１２を停止させるインターロックが働く。
以下になると、バッファタンクから送り出すガスが無い
ため、コンプレッサ１２を構成するモータ等が破損し易
くなるので、コンプレッサの安全確保のため、コンプレ
ッサ１２を停止させるインターロックが働く。
【００１７】冷凍機２２は、温度の異なる熱交換器２４
ａ〜２４ｃにより構成されているため、一度冷凍機２２
が停止した後、再起動すると、各熱交換器へ付着してい
た不純ガスが、一段下の熱交換器へと付着し、液化効率
を低下させる。従って、再度定常状態に立ち上げるため
には、システムの昇温及びガスのクリーニングといった
労力と時間を要することになる。
ａ〜２４ｃにより構成されているため、一度冷凍機２２
が停止した後、再起動すると、各熱交換器へ付着してい
た不純ガスが、一段下の熱交換器へと付着し、液化効率
を低下させる。従って、再度定常状態に立ち上げるため
には、システムの昇温及びガスのクリーニングといった
労力と時間を要することになる。
【００１８】装置運転時の被冷却物（例えば超電導磁石
３５の上コイル）の温度変化状態の一例を図５に示す。
最初の５時間は、別の作業のため、温度が上昇してい
る。再冷却時（５〜２８時間）は、ＲＴ弁３６及び予冷
弁３８にヘリウム戻りガスが流れている。この状態で
は、コイルの温度が飽和して、温度が１２度Ｋ以下には
下がらない。２８時間以降、予冷弁３８を閉めることに
よって、冷凍機２２の効率が上昇して、温度が４．２度
Ｋ付近まで低下している。
３５の上コイル）の温度変化状態の一例を図５に示す。
最初の５時間は、別の作業のため、温度が上昇してい
る。再冷却時（５〜２８時間）は、ＲＴ弁３６及び予冷
弁３８にヘリウム戻りガスが流れている。この状態で
は、コイルの温度が飽和して、温度が１２度Ｋ以下には
下がらない。２８時間以降、予冷弁３８を閉めることに
よって、冷凍機２２の効率が上昇して、温度が４．２度
Ｋ付近まで低下している。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】このように、システム
が一旦液体ヘリウムを供給できない状態になると、液化
作業が終了するまで冷凍機２２を停止することができな
い。従って、この間、人間が休みなく監視し、バッファ
タンク４０へのガス補給作業をしなければならないとい
う問題点を有していた。
が一旦液体ヘリウムを供給できない状態になると、液化
作業が終了するまで冷凍機２２を停止することができな
い。従って、この間、人間が休みなく監視し、バッファ
タンク４０へのガス補給作業をしなければならないとい
う問題点を有していた。
【００２０】このような問題点を改善するべく、バッフ
ァタンク４０の容量を大きくすることが考えられるが、
システムの見栄えや設置スペースの問題がある。一方、
バッファタンク４０の圧力を高めることも考えられる
が、１ＭＰａを超えると、高圧ガスの法規制を受け、管
理が面倒である等の問題点を有していた。
ァタンク４０の容量を大きくすることが考えられるが、
システムの見栄えや設置スペースの問題がある。一方、
バッファタンク４０の圧力を高めることも考えられる
が、１ＭＰａを超えると、高圧ガスの法規制を受け、管
理が面倒である等の問題点を有していた。
【００２１】又、操作ミスや、メンテナンス後の作業に
バルブや配管の継ぎ目等の締め忘れがあると、ガスが微
量ずつ外部に抜けていくため、知らない間にコンプレッ
サ１２の停止といったことが発生し得る。通常は、バッ
ファタンク４０の圧力が、ある設定値を下回った場合に
警報を出したり、自動ガス供給システム等で、トラブル
を補うようにしている。この方法は、比較的大きなシス
テムには有効であるが、小、中規模のシステムでは、コ
ストがかさむという問題点を有していた。
バルブや配管の継ぎ目等の締め忘れがあると、ガスが微
量ずつ外部に抜けていくため、知らない間にコンプレッ
サ１２の停止といったことが発生し得る。通常は、バッ
ファタンク４０の圧力が、ある設定値を下回った場合に
警報を出したり、自動ガス供給システム等で、トラブル
を補うようにしている。この方法は、比較的大きなシス
テムには有効であるが、小、中規模のシステムでは、コ
ストがかさむという問題点を有していた。
【００２２】本発明は、前記従来の問題点を改善するべ
くなされたもので、バッファタンクの容量を大きくした
り、圧力を高めることなく、且つ、システムの安全を損
なうことなく、コンプレッサの停止による効率低下を防
止することを課題とする。
くなされたもので、バッファタンクの容量を大きくした
り、圧力を高めることなく、且つ、システムの安全を損
なうことなく、コンプレッサの停止による効率低下を防
止することを課題とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明は、低圧のヘリウ
ムガスを加圧するためのコンプレッサと、該コンプレッ
サにより加圧されたヘリウムガスを液体ヘリウム温度ま
で冷却するための冷凍機と、該冷凍機により軽客された
ヘリウムガスをミスト化して、被冷却物を冷却するため
のクライオスタットに供給するジュール・トムソン弁
と、前記クライオスタットに貯液され、被冷却物との熱
交換によって暖められたヘリウムガスを再び前記冷凍機
に戻すためのリターン弁と、予冷時に該リターン弁及び
冷凍機をバスパスして、ヘリウムガスを前記コンプレッ
サに戻すための、予冷終了後は閉じられる予冷弁と、液
化により減少したヘリウムガスを補給し、過剰となった
ヘリウムガスを回収するためのバッファタンクとを備え
たヘリウム液化装置において、該バッファタンクの圧力
が低下した時は、前記クライオスタット内のヘリウムガ
スの一部を、前記リターン弁及び冷凍機を介することな
く、前記コンプレッサに直接戻すようにして、前記課題
を解決したものである。
ムガスを加圧するためのコンプレッサと、該コンプレッ
サにより加圧されたヘリウムガスを液体ヘリウム温度ま
で冷却するための冷凍機と、該冷凍機により軽客された
ヘリウムガスをミスト化して、被冷却物を冷却するため
のクライオスタットに供給するジュール・トムソン弁
と、前記クライオスタットに貯液され、被冷却物との熱
交換によって暖められたヘリウムガスを再び前記冷凍機
に戻すためのリターン弁と、予冷時に該リターン弁及び
冷凍機をバスパスして、ヘリウムガスを前記コンプレッ
サに戻すための、予冷終了後は閉じられる予冷弁と、液
化により減少したヘリウムガスを補給し、過剰となった
ヘリウムガスを回収するためのバッファタンクとを備え
たヘリウム液化装置において、該バッファタンクの圧力
が低下した時は、前記クライオスタット内のヘリウムガ
スの一部を、前記リターン弁及び冷凍機を介することな
く、前記コンプレッサに直接戻すようにして、前記課題
を解決したものである。
【００２４】又、同様のヘリウム液化装置において、前
記バッファタンクの圧力が低下した時に、前記予冷弁を
バイパスして前記クライオスタット内のヘリウムガスを
前記コンプレッサに戻すためのバイパス弁を設けること
により、同じく前記課題を解決したものである。
記バッファタンクの圧力が低下した時に、前記予冷弁を
バイパスして前記クライオスタット内のヘリウムガスを
前記コンプレッサに戻すためのバイパス弁を設けること
により、同じく前記課題を解決したものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。
施形態を詳細に説明する。
【００２６】本実施形態は、図１に示した従来と同様の
ヘリウム液化装置において、図６に示す如く、バッファ
タンク４０内の圧力を検出する圧力計６０と、該圧力計
６０により検出されるバッファタンク４０内の圧力が低
下した時に、予冷弁３８をバイパスして、クライオスタ
ット３０内のヘリウムガスを、ＲＴ弁３６及び冷凍機２
２を介することなく、コンプレッサ１２に直接戻すため
のバイパス弁６２を設けたものである。
ヘリウム液化装置において、図６に示す如く、バッファ
タンク４０内の圧力を検出する圧力計６０と、該圧力計
６０により検出されるバッファタンク４０内の圧力が低
下した時に、予冷弁３８をバイパスして、クライオスタ
ット３０内のヘリウムガスを、ＲＴ弁３６及び冷凍機２
２を介することなく、コンプレッサ１２に直接戻すため
のバイパス弁６２を設けたものである。
【００２７】以下、本実施形態の作用を説明する。
【００２８】ヘリウムガスが液化されて戻りガスの量が
減り、圧力計６０によって検出されるバッファタンク４
０の圧力が、ある許容値、例えば１．８ｋｇｆ／ｃｍ2
Ｇ以下になると、バイパス弁６２が開かれ、予冷状態に
なる。従って、ＪＴ弁２８から放出されるガス（液）の
量が同じであるとすると、バイパス弁６２側へのガス流
量が増えるため、冷凍機２２への戻りガスが減り、冷凍
機２２があまり冷却されなくなるため、その液化効率が
低下する。すると、クライオスタット３０に溜まりかけ
たヘリウムが蒸発して、バッファタンク４０に回収され
る。これにより、バッファタンク４０の圧力が許容値以
上になると、再びバイパス弁６２が閉じて、液化が始ま
るといった平衡状態が維持できる。
減り、圧力計６０によって検出されるバッファタンク４
０の圧力が、ある許容値、例えば１．８ｋｇｆ／ｃｍ2
Ｇ以下になると、バイパス弁６２が開かれ、予冷状態に
なる。従って、ＪＴ弁２８から放出されるガス（液）の
量が同じであるとすると、バイパス弁６２側へのガス流
量が増えるため、冷凍機２２への戻りガスが減り、冷凍
機２２があまり冷却されなくなるため、その液化効率が
低下する。すると、クライオスタット３０に溜まりかけ
たヘリウムが蒸発して、バッファタンク４０に回収され
る。これにより、バッファタンク４０の圧力が許容値以
上になると、再びバイパス弁６２が閉じて、液化が始ま
るといった平衡状態が維持できる。
【００２９】従って、バッファタンク４０の圧力が減ら
ないので、コンプレッサ１２自体のインターロック（例
えば停電）が発生しない限り、コンプレッサ１２の停止
や、これに伴う冷凍機システムの再立ち上げといった手
間を防ぐことができる。
ないので、コンプレッサ１２自体のインターロック（例
えば停電）が発生しない限り、コンプレッサ１２の停止
や、これに伴う冷凍機システムの再立ち上げといった手
間を防ぐことができる。
【００３０】本実施形態における、予冷時、液化時のバ
ッファタンク圧正常時及び低下時の、予冷弁３８、ＲＴ
弁３６及びバイパス弁６２の開閉状態を図７に示す。
ッファタンク圧正常時及び低下時の、予冷弁３８、ＲＴ
弁３６及びバイパス弁６２の開閉状態を図７に示す。
【００３１】このようにして、何らかの要因によるバッ
ファタンク４０の圧力低下により、コンプレッサ１２が
停止してしまうことを防ぐことができ、且つ、その瞬間
（例えば夜中）にその場に居合わせず、事象発見後で
も、十分対処が可能となる。
ファタンク４０の圧力低下により、コンプレッサ１２が
停止してしまうことを防ぐことができ、且つ、その瞬間
（例えば夜中）にその場に居合わせず、事象発見後で
も、十分対処が可能となる。
【００３２】本実施形態においては、予冷弁３８と並列
にバイパス弁６２を設けているので、本発明による制御
が簡略である。なお、バイパス弁６２を設けることな
く、予冷弁３８自体を自動制御弁に変え、前記圧力計６
０の出力により該予冷弁３８自体を電気的に開閉制御す
るように構成することも可能である。この場合には、別
体のバイパス弁を設ける必要がないので、構成が簡略で
ある。
にバイパス弁６２を設けているので、本発明による制御
が簡略である。なお、バイパス弁６２を設けることな
く、予冷弁３８自体を自動制御弁に変え、前記圧力計６
０の出力により該予冷弁３８自体を電気的に開閉制御す
るように構成することも可能である。この場合には、別
体のバイパス弁を設ける必要がないので、構成が簡略で
ある。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、バッファタンクの圧力
が低下すると、冷凍機の能力が低下し、低圧ラインの圧
力が上昇するため、バッファタンクの圧力が元に戻る。
従って、バッファタンクの圧力低下によるコンプレッサ
の停止を防ぐことができ、安全性を確保しつつ、コンプ
レッサの突然の停止による面倒な復旧作業や、コンプレ
ッサの突然の停止を防ぐためのバッファタンク圧力の監
視が不要となる。
が低下すると、冷凍機の能力が低下し、低圧ラインの圧
力が上昇するため、バッファタンクの圧力が元に戻る。
従って、バッファタンクの圧力低下によるコンプレッサ
の停止を防ぐことができ、安全性を確保しつつ、コンプ
レッサの突然の停止による面倒な復旧作業や、コンプレ
ッサの突然の停止を防ぐためのバッファタンク圧力の監
視が不要となる。
【図１】従来のヘリウム液化装置の全体構成を示す管路
図
図
【図２】前記ヘリウム液化装置の冷凍機の構成を示す管
路図
路図
【図３】同じくクライオスタットの構成を示す断面図
【図４】同じく予冷弁及びリターン弁の開閉状態を示す
図表
図表
【図５】同じく液化時の被冷却物温度の変化状態の例を
示す線図
示す線図
【図６】本発明に係るヘリウム液化装置の実施形態の構
成を示す管路図
成を示す管路図
【図７】同じく予冷弁、リターン弁及びバイパス弁の開
閉状態を示す図表
閉状態を示す図表
１０…低圧ライン １２…コンプレッサ ２０…高圧ライン ２２…冷凍機 ２８…ジュール・トムソン弁（ＪＴ弁） ３０…クライオスタット ３４…貯液部 ３６…リターン弁（ＲＴ弁） ３８…予冷弁 ４０…バッファタンク（中圧タンク） ４２…中圧ライン ４４…バルブスタンド ６０…圧力計 ６２…バイパス弁
Claims (2)
- 【請求項１】低圧のヘリウムガスを加圧するためのコン
プレッサと、 該コンプレッサにより加圧されたヘリウムガスを液体ヘ
リウム温度まで冷却するための冷凍機と、 該冷凍機により冷却されたヘリウムガスをミスト化し
て、被冷却物を冷却するためのクライオスタットに供給
するジュール・トムソン弁と、 前記クライオスタットに貯液され、被冷却物との熱交換
によって暖められたヘリウムガスを再び前記冷凍機に戻
すためのリターン弁と、 予冷時に該リターン弁及び冷凍機をバスパスして、ヘリ
ウムガスを前記コンプレッサに戻すための、予冷終了後
は閉じられる予冷弁と、 液化により減少したヘリウムガスを補給し、過剰となっ
たヘリウムガスを回収するためのバッファタンクとを備
えたヘリウム液化装置において、 該バッファタンクの圧力が低下した時は、前記クライオ
スタット内のヘリウムガスの一部を、前記リターン弁及
び冷凍機を介することなく、前記コンプレッサに直接戻
すことを特徴とするヘリウム液化装置の制御方法。 - 【請求項２】低圧のヘリウムガスを加圧するためのコン
プレッサと、 該コンプレッサにより加圧されたヘリウムガスを液体ヘ
リウム温度まで冷却するための冷凍機と、 該冷凍機により冷却されたヘリウムガスをミスト化し
て、被冷却物を冷却するためのクライオスタットに供給
するジュール・トムソン弁と、 前記クライオスタットに貯液され、被冷却物との熱交換
によって暖められたヘリウムガスを再び前記冷凍機に戻
すためのリターン弁と、 予冷時に該リターン弁及び冷凍機をバスパスして、ヘリ
ウムガスを前記コンプレッサに戻すための、予冷終了後
は閉じられる予冷弁と、 液化により減少したヘリウムガスを補給し、過剰となっ
たヘリウムガスを回収するためのバッファタンクとを備
えたヘリウム液化装置において、 該バッファタンクの圧力が低下した時に、前記予冷弁を
バイパスして前記クライオスタット内のヘリウムガスを
前記コンプレッサに戻すためのバイパス弁を設けたこと
を特徴とするヘリウム液化装置の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08300699A JP3375906B2 (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | ヘリウム液化装置の制御方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08300699A JP3375906B2 (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | ヘリウム液化装置の制御方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000274852A true JP2000274852A (ja) | 2000-10-06 |
| JP3375906B2 JP3375906B2 (ja) | 2003-02-10 |
Family
ID=13790176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08300699A Expired - Fee Related JP3375906B2 (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | ヘリウム液化装置の制御方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3375906B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004036604A1 (en) * | 2002-10-16 | 2004-04-29 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Cooling device for mr apparatus |
| WO2007040033A1 (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-12 | Sharp Kabushiki Kaisha | 冷却システム、その運転方法およびその冷却システムが用いられたプラズマ処理システム |
| JP2013024554A (ja) * | 2011-07-21 | 2013-02-04 | Coldedge Technologies Inc | 電子常磁性共鳴スペクトロメータに対する寒剤を使用しない冷却システム |
| CN105810544A (zh) * | 2016-04-07 | 2016-07-27 | 上海华力微电子有限公司 | 离子注入设备的冷却单元 |
| CN110749115A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-02-04 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种多功能低温涡旋盘管预冷换热器 |
| CN113324345A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-08-31 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种免液氦低温系统的1.5k超低温实现系统及方法 |
-
1999
- 1999-03-26 JP JP08300699A patent/JP3375906B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004036604A1 (en) * | 2002-10-16 | 2004-04-29 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Cooling device for mr apparatus |
| US7263839B2 (en) | 2002-10-16 | 2007-09-04 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Cooling device for MR apparatus |
| WO2007040033A1 (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-12 | Sharp Kabushiki Kaisha | 冷却システム、その運転方法およびその冷却システムが用いられたプラズマ処理システム |
| JPWO2007040033A1 (ja) * | 2005-09-30 | 2009-04-16 | シャープ株式会社 | 冷却システム、その運転方法およびその冷却システムが用いられたプラズマ処理システム |
| JP2013024554A (ja) * | 2011-07-21 | 2013-02-04 | Coldedge Technologies Inc | 電子常磁性共鳴スペクトロメータに対する寒剤を使用しない冷却システム |
| CN105810544A (zh) * | 2016-04-07 | 2016-07-27 | 上海华力微电子有限公司 | 离子注入设备的冷却单元 |
| CN110749115A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-02-04 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种多功能低温涡旋盘管预冷换热器 |
| CN110749115B (zh) * | 2019-11-11 | 2023-12-26 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种多功能低温涡旋盘管预冷换热器 |
| CN113324345A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-08-31 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种免液氦低温系统的1.5k超低温实现系统及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3375906B2 (ja) | 2003-02-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |