JP2003042396A - 液体ヘリウム加圧移送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体ヘリウム容器を所望の箇所に移送する際
に、容器内を一時的に加圧し気柱振動を発生させ、内部
の液体ヘリウムに振動を与えて気化させてタンク内の圧
力を上昇させて液体ヘリウムを移送する装置において、
安価で小型の装置により作動させることを可能とする。 【解決手段】 液体ヘリウムを貯留する容器４、容器４
内の液体ヘリウム２を所望の箇所１に移送するゴム管等
の管路３、容器４内の気層部分８に連通する加圧管路１
１に容器４側から順に電磁弁６と加圧タンク７、加圧管
路１１における容器４と電磁弁６間のヘリウムガスを加
圧タンク７に供給する小型のポンプ５、電磁弁６を間欠
的に開閉する制御装置１３等を備え、小型のポンプ５を
連続的に作動して加圧タンク７を所定の圧力に維持して
おき、タイマ等を備えた制御装置１３を間欠的に短時間
解放することにより容器４内に気柱振動を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、超伝導研究等の各
種の研究において、種々の物体を冷却し、また低温雰囲
気を作るために使用する液体ヘリウムを、タンクからそ
の使用施設へ加圧して移送するための液体ヘリウム加圧
移送装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】液体ヘリウムは種々の材料の電気的、磁
気的或いは光学的性質などが極低温時に特有の特性変化
を生じることを利用した研究、核磁気共鳴の実験、生体
材料の保存等のために、日夜大量の液体ヘリウムが各種
研究施設等で使用され、今後もより広範に使用されるこ
とが予想されている。このとき使用される液体ヘリウム
は、多数の研究施設をもつ大学や大規模研究所のように
大量に液体ヘリウムを使用する場合は、所内にヘリウム
液化装置を設置し、大型のヘリウム移送装置を用いて研
究設備に供給する一括管理システムを採用することもあ
る。 【０００３】しかし上記のような大がかりなヘリウム液
化装置とその移送装置を設置するまでもない研究所等に
おいては、液体ヘリウムを使用する研究施設に近接して
液体ヘリウムを充填したタンク、或いはボンベを設置
し、適宜補充を行い、或いはボンベを交換することによ
りこの液体ヘリウムを使用している。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】このようなタンクやボ
ンベに充填した高圧の液体ヘリウムを研究施設の使用箇
所に移送するに際して、高圧のボンベを使用するときに
は高圧ガス安全対策のため大型ボンベの使用に対する厳
しい規制をクリアしなければならず、高価な機器の使
用、安全管理者の配置等、多くの対策が必要となる。 【０００５】上記のような液体ヘリウムを大量に移送す
るときには、従来は多くの場合４７Ｌのヘリウムガスボ
ンベによって液体ヘリウム容器を加圧し、その圧力で移
送することが行われてきた。そのように大きなボンベが
必要としないときに、１０Ｌ等の小型ボンベを使用した
としても、１０Ｌボンベと４７Ｌボンベはほぼ同じ値段
であるため、これを代替することはコストの面から現実
的でなく、大型のボンベの使用が効率的となる。 【０００６】それに対して、今後国立大学の組織改革が
行われ、通常の事業所としての規制が行われるようにな
ると、従来のまま大型のボンベを用いて研究を行う場合
にはこの規制をクリアしなければならなくなり、全国で
大きな問題となることが予想される。このようなことは
上記国立大学の組織改革に限らず、今後同様の組織にお
いて同様の組織改革が行われる可能性が高い。 【０００７】上記のようなボンベを使用しない従来の方
法として、液体ヘリウム容器に接続したゴム風船状の加
圧装置を用い、手でこの加圧装置を押して容器内に圧力
を加え、次いでそのゴム風状の加圧装置が自然にふくら
むのを待ち、元の形状に戻ったら再びこれを押す、とい
う操作を繰り返して加圧することも行われていた。しか
しながらこの方法は極めて非効率的であり、円滑な研究
の妨げとなる。 【０００８】これに対し、例えば実公平５−１２２６１
号公報に示されているように電動ポンプを利用した加圧
装置が既に商品化されている。この装置は図２に示すよ
うに、貯留容器２１内の液体ヘリウム２２をクライオス
タット２４等の低温実験設備にトランスファーチューブ
２３を介して供給するに際して、加圧装置２６のポンプ
３０により圧力伝送管２７を介して貯留容器２１のガス
層２５に圧力振動を与え、液体ヘリウムが振動すること
によりその一部が蒸発し、容器内部が圧力上昇すること
によりクライオスタット２４に液体ヘリウムを供給する
ものである。なお、この装置においては圧力伝送管２７
内の圧力を圧力検出器３２により検出して、所定以下の
圧力になったときには電磁弁２９を開きポンプ３０を作
動させるようにしている。 【０００９】上記のような装置は、自動的に液体ヘリウ
ムの移送を行うことができるものの、大型の電動ポンプ
の作動による圧力変化によりタンク内で機中振動を起こ
させるためには圧力伝送管２７を金属管としなければな
らず、また貯留容器２１側にこのような特定の圧力伝送
管２７を接続するための専用接続器具を必要とし、更に
はこの圧力伝送管２７を貯留容器２１に接続するために
専用治具が必要となる等、高価な部材を使用する必要が
あるほか、汎用性の点で問題があった。また、ポンプの
作動圧力により直接に且つ短時間に容器内部を所定の圧
力に加圧する必要があるので、大型のポンプを必要と
し、高価なものとならざるを得なかった。 【００１０】したがって本発明は、容器内の液体ヘリウ
ムを所定の箇所に移送するに際して、液体ヘリウムの容
器側に特別高価な装置を取り付けることなく、汎用性の
ある安価な装置により、また小型で安価なポンプを用い
ることにより自動的に液体ヘリウムを移送することがで
きるようにした液体ヘリウム移送装置を提供することを
目的とする。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、液体ヘリウムを貯留する容器と、容器内の液
体ヘリウムを所望の箇所に移送する管路と、容器内の気
層部分に間欠的に圧力を加え、気柱振動により液体ヘリ
ウムを気化させて容器内の圧力を高める加圧装置とを備
えた液体ヘリウム加圧移送装置において、容器内の気層
部分に連通する加圧管路に容器側から順に電磁弁と加圧
タンクを設け、前記加圧管路における前記容器と前記電
磁弁間のヘリウムガスを加圧タンクに連続的に供給する
ポンプと、前記電磁弁を間欠的に開閉する制御装置とを
備えたことを特徴とする液体ヘリウム加圧移送装置とし
たものである。 【００１２】 【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に沿って説
明する。この装置においては、低温実験設備１に対して
貯留容器４からトランスファーチューブ等の管路３を通
して容器４内の液体ヘリウムを移送するに際して、容器
４の上部に存在するガス層８の気化したヘリウムガスを
加圧装置１０によって加圧し、その圧力で容器４内の液
体ヘリウムを低温実験設備１に移送するように液体ヘリ
ウム移送装置１５を構成している。 【００１３】加圧装置１０は、加圧管路１１に設けた電
磁弁６が解放したとき、後述するように加圧した液体ヘ
リウムガスが貯留されている加圧タンク７からの圧力
が、加圧管路１１を介して容器４のガス層８に達するよ
うにしている。このとき、容器４内のガス層８に圧力振
動を与え、液体ヘリウムが振動することによりその一部
が蒸発し、容器内部が圧力上昇することにより、低温実
験設備１に液体ヘリウムを供給することができるように
なっている。 【００１４】一方、加圧管路１１には電動装置１２によ
って作動するダイアフラムポンプ等のポンプ５を備え、
制御装置１３によりその作動が制御され、加圧管路１１
内のヘリウムガスを連続的に加圧タンク７内に供給する
ことができるようにしている。この制御装置１３はタイ
マ回路を備え、例えば１分間に１〜数秒間電磁弁６を解
放する。なお、ポンプ５と加圧タンク７間には開閉弁１
４を設け、加圧装置１０の停止時に加圧タンク７内の圧
力がポンプの逆止弁等を介して漏れることがないように
している。この開閉弁１４は手動式でもよく、電磁弁で
も良い。 【００１５】上記のような構成からなる図示実施例の液
体ヘリウム移送装置１５において、その作動に際して
は、本装置の電源を入れると通常閉である電磁弁６が一
時的に開き、前回使用時に加圧タンク７に貯められたヘ
リウムガスの圧力が、液体ヘリウム容器４のガス層８に
達する。電磁弁６はすぐに閉まるが、１分程度の一定間
隔で間欠的に開く。また本装置の電源投入と同時にポン
プ５が動き始める。最初の送り込まれたヘリウムガスの
影響で、液体ヘリウムの蒸発が盛んになり容器４内の圧
力は大気圧以上になる。電磁弁６が閉まっている間、蒸
発してきたヘリウムガスの一部をポンプ５が吸い込んで
タンク７に貯留していくが、その間も容器４内の圧力は
大気圧以上に保たれるので、液体ヘリウムはトランスフ
ァーチューブ等の管路３を通して連続的に実験設備１に
対して送出される。 【００１６】この間ポンプ５はヘリウムガスに対してＶ
・Δｐ分の仕事を行い（Ｖはタンク内容積、Δｐは圧力
の変化分）、熱力学第一法則に従ってヘリウムガスの内
部エネルギーは同じだけ上昇する。その後例えば１分間
等の所定の時間が経過すると電磁弁６が開き、タンク７
に貯められた高い内部エネルギーをもつヘリウムガスが
容器４に再び送り込まれ、容器４内の圧力は上昇する。
実験によると、約１分間で内容積１０Ｌのタンクの圧力
が大気圧＋１気圧になる程度の、小型のダイアフラムポ
ンプだけで、２５０Ｌ容量の液体ヘリウム容器を０．１
気圧前後まで加圧できた。これは４０Ｌの液体ヘリウム
を約３０分で移送し終えることができる能力である。 【００１７】本発明は、図２に示す従来のもののよう
に、ポンプの作動によって直接容器内を加圧するために
短時間に所定の高圧のガスを供給するポンプを設ける必
要が無く、ポンプ５を定常的に作動させて加圧タンク７
を所定の圧力に維持しておけばよいので、例えば観賞魚
用小型水槽にエアを供給するエアポンプ程度の極めて小
型のポンプを用いるのみで作動させることができる。そ
のため、装置全体を安価でかつ小型化することができ、
わずかな電力でこの装置を作動させることができる。ま
た、液体ヘリウムの容器側に特別な装置の設置等を必要
とせず、従来ボンベや手動加圧用風船を連結していた接
続口に、通常使用されているゴム管等を接続するのみで
この装置を使用することができる。 【００１８】なお、上記実施例において加圧タンク７に
ヘリウムガスを供給するポンプをダイアフラムポンプと
した例を示したが、それ以外に種々のポンプを使用する
ことができ、その際もポンプの加圧能力は低くて良いの
で、従来は液体ヘリウムの移送に使用することができな
かった安価で小型のポンプを選択することができる。 【００１９】 【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、従
来の装置のように短時間で所定の高圧が得られる大型の
ポンプ、強固で高価な圧力伝送管、タンクに対する特製
の接続器具等を必要とすることなく、極めて安価で小型
のポンプを用い、汎用のゴム管等の圧力伝送管及びタン
クに対する接続具を使用することができるので、安価で
小型の液体ヘリウム加圧移送装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明による液体ヘリウム移送装置の一実施例
の全体システムを示す模式図である。 【図２】従来の液体ヘリウム移送装置の全体システム構
成図である。 【符号の説明】 １ 液体ヘリウム移送先の実験装置 ２ 液体ヘリウム ３ 管路 ４ 液体ヘリウム容器 ５ ポンプ ６ 電磁弁 ７ タンク ８ 気層部 １０ 加圧装置 １１ 加圧管路 １２ 電動装置 １３ 制御装置 １４ 開閉弁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 液体ヘリウムを貯留する容器と、 容器内の液体ヘリウムを所望の箇所に移送する管路と、 容器内の気層部分に間欠的に圧力を加え、気柱振動によ
   り液体ヘリウムを気化させて容器内の圧力を高める加圧
   装置とを備えた液体ヘリウム加圧移送装置において、 容器内の気層部分に連通する加圧管路に容器側から順に
   電磁弁と加圧タンクを設け、 前記加圧管路における前記容器と前記電磁弁間のヘリウ
   ムガスを加圧タンクに連続的に供給するポンプと、 前記電磁弁を間欠的に開閉する制御装置とを備えたこと
   を特徴とする液体ヘリウム加圧移送装置。