JP2016180479A - 液体ヘリウムのトランスファー方法およびシステム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施形態に係る液体ヘリウムのトランスファー方法の全体構成を示す。液体ヘリウムは、外国から船で運んでくるため、大容量(例えば、36,000L)のヘリウムコンテナ(大容量液体ヘリウム容器)10に収容されている。そして、この大容量液体ヘリウム容器がトラックなどでガスステーションに運ばれてくる。
ここで、小容量ヘリウム容器12−0には、排気管PP1が接続されており、小容量ヘリウム容器12−0内において蒸発したヘリウムガスがここから排出される。排気管PP1には、切替弁V1を介し、給気配管PP2が接続されており、この給気配管PP2には、複数のトランスファーチューブTT2が接続される。複数のトランスファーチューブTT2は、その先端が対応する小容量ヘリウム容器12−1にそれぞれ挿入されている。従って、切替弁V1によって給気配管PP2が選択されている場合には、排気管PP1から供給される蒸発ヘリウムガスが小容量ヘリウム容器12−1内に供給され、小容量ヘリウム容器12−0からの蒸発ヘリウムガスによって、小容量ヘリウム容器12−1が冷却される。
蒸発ヘリウムガスによる冷却では、液体ヘリウム温度に近い低温まで確実に冷却することは難しい。そこで、冷凍機を内蔵するコールドチャンバCC1を用いてさらに冷却することが好ましい。
図2には、液体ヘリウムのトランスファーの全体フローが示してある。回収されてきた空の小容量ヘリウム容器12については、真空引き、ヘリウムガスによる置換などの処理がなされる。
図3には、小容量ヘリウム容器12を液体ヘリウムやヘリウムガスの供給ラインと、排気ラインと接続する構成が示してある。
接続手順について、図5に基づいて説明する。
上述の例としては、配管20または排気管26の途中に三方弁V10,V12を設けた。しかし、これに代えて遮断弁を用いることができる。この遮断弁には、図6に示すようなゲート弁80,82を用いることもでき、またボール弁なども用いることができる。
図7にトランスファーチューブTTの構成について示す。小容量ヘリウム容器12には、トランスファーチューブTTを挿入する。本例では、トランスファーチューブTTについて、実際にヘリウムを流通するパイプだけでなく、これを取り囲む支持管90についても、小容量ヘリウム容器12内に差し込む。そして、支持管90について小容量ヘリウム容器12内の液体ヘリウムを導入するのに適した位置まで伸ばし、トランスファーチューブTTは、支持管90内の比較的上部で終端させる。
図1では、蒸発ヘリウムガスによる予冷、冷凍機による予冷を行う場合に、複数の小容量ヘリウム容器12を供給ラインおよび排気ラインに並列して接続した。
本実施形態では、小容量ヘリウム容器12の予冷温度を液体窒素温度77Kよりも低く、ヘリウム液化温度近くにすることにより、蒸発する液体ヘリウムの量を少なくして、現在20%程度蒸発している液体ヘリウムの量を16%程度までに減少させることができる。
図9には、バルブ切り換えによる経路切り換えのための構成が示されている。このように供給ラインと配管20の間に複数の供給側のバルブ30を配置し、これによって配管20への供給流体を切り換える。また、排気ラインと排気管26の間に複数の排気側のバルブ32を配置し、これによって排気管26からの排気経路を切り換える。これによって、液体ヘリウムの供給、蒸発ガスによる予冷、冷凍機による予冷をバルブ切り換えによって行うことができる。すなわち、バルブ切り換えによって、小容量ヘリウム容器12を液体ヘリウムが供給される小容量ヘリウム容器12−0、蒸発ヘリウムガスが供給される小容量ヘリウム容器12−1、冷凍機からのヘリウムガスが供給される小容量ヘリウム容器12−2として利用することができる。なお、図示では、配管20、排気管26を1つのみ示したが、必要数だけ設ける。
このように、バルブ30,32を切り換えて、予冷、充填を行う。そこで、これら工程は、自動的に制御することが好適である。そこで、バルブ30,32について、極低温で動作可能な電気的制御可能なバルブ(極低温電動バルブ)を用いることが好適である。モータ駆動のバルブも使用することが可能である。
図10(a),(b)に、真空ボックス60の構成例を示す。この例において、真空ボックス60は、全体として円筒である。そして、ヘリウム流路となる配管が図における上下方向に配置される。真空ボックス60の内部に挿入する部分は、上部および下部ともに、シール材60cによって気密にシールされている。そして、真空ボックス60の内部には、バルブ30,32が配置される(図においては、バルブ30と記載してある)。バルブ30,32は、極低温電動バルブであることが好適である。
ここで、上述の実施形態では、窒素ガスを用いる予冷を排除した。しかし、上述したように、液体窒素はその蒸発潜熱を用いて冷却を非常に効率的に行える。そこで、77Kまでは、この液体窒素の予冷を用い、その後ヘリウムガスによる予冷を行ってもよい。
Claims (11)
- 大容量液体ヘリウム容器から小容量ヘリウム容器への液体ヘリウムのトランスファー方法において、
液体窒素を用いることなく、液体窒素温度より低い温度のヘリウムガスを用いて、小容量ヘリウム容器を液体窒素液化温度より低い温度まで冷却する予冷工程と、
冷却された小容量ヘリウム容器に大容量液体ヘリウム容器からの液体ヘリウムを供給して充填する充填工程と、
を含む、
液体ヘリウムのトランスファー方法。 - 請求項1に記載の液体ヘリウムのトランスファー方法において、
前記予冷工程または前記充填工程において、小容量ヘリウム容器をヘリウムガスまたは液体ヘリウムを供給するヘリウム供給ラインに接続する場合に、
流通経路の他に流通用経路内にヘリウムガスを供給する別のヘリウムガス供給経路を有する弁体を用い、
弁体の流通経路の一端からヘリウムガスを吐出しながら、弁体の一端に同じくヘリウムガスを吐出している小容量ヘリウム容器を接続する、
液体ヘリウムのトランスファー方法。 - 請求項1に記載の液体ヘリウムのトランスファー方法において、
前記予冷工程または前記充填工程において、小容量ヘリウム容器をヘリウムガスまたは液体ヘリウムを供給するヘリウム供給ラインに接続する場合に、小容量ヘリウム容器とヘリウム供給ラインに遮断弁を取り付けておき、その中間に流通経路内からの排気または流通系へのヘリウムガスの供給を行う管路を有する中間部材を挿入し、
中間部材内の空気を排気しヘリウムガスで置換した後、
遮断弁を開放することで、流通経路を形成する、
液体ヘリウムのトランスファー方法。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載の液体ヘリウムのトランスファー方法において、
前記充填工程において発生したヘリウムガスを用いて小容量ヘリウム容器の予冷を行う、
液体ヘリウムのトランスファー方法。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載の液体ヘリウムのトランスファー方法において、
前記予冷工程において、ヘリウムガスを冷凍機によって冷却したヘリウムガスを用いて小容量ヘリウム容器の予冷を行う、
液体ヘリウムのトランスファー方法。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載の液体ヘリウムのトランスファー方法において、
前記予冷工程において、
前記充填工程において発生したヘリウムガスを用いて小容量ヘリウム容器の第1の予冷を行い、
その後、前記充填工程において発生したヘリウムガスを冷凍機によって冷却したヘリウムガスを用いて小容量ヘリウム容器の第2の予冷を行う、
液体ヘリウムのトランスファー方法。 - 請求項6に記載の液体ヘリウムのトランスファー方法において、
前記予冷工程における第1の予冷でのヘリウムガスの小容量ヘリウム容器への供給、前記予冷工程における前記第2の予冷でのヘリウムガスの小容量ヘリウム容器への供給、および前記充填工程での液体ヘリウムの小容量ヘリウム容器への供給を、バルブを用いて切り換える液体ヘリウムのトランスファー方法。 - 請求項7に記載の液体ヘリウムのトランスファー方法において、
前記バルブを真空ボックス内に設置する、
液体ヘリウムのトランスファー方法。 - 大容量液体ヘリウム容器から小容量ヘリウム容器への液体ヘリウムのトランスファー方法において、
液体窒素を用いて、小容量ヘリウム容器を液体窒素温度まで冷却する第1予冷工程と、
液体窒素温度より低い温度のヘリウムガスを用いて、小容量ヘリウム容器をより低い温度まで冷却する第2予冷工程と、
冷却された小容量ヘリウム容器に大容量液体ヘリウム容器からの液体ヘリウムを供給して充填する充填工程と、
を含む、
液体ヘリウムのトランスファー方法。 - 請求項1〜9のいずれか1つに記載の液体ヘリウムのトランスファー方法を実施する、
液体ヘリウムのトランスファーシステム。 - 請求項10に記載の液体ヘリウムのトランスファーシステムにおいて、
小容量ヘリウム容器へヘリウムをトランスファーにする場合に、一端側が小容量ヘリウム容器に挿入されるトランスファーチューブを使用し、このトランスファーチューブは、ヘリウムを流通するパイプとそれを取り囲む支持管の2重管であり、支持管の方が小容量ヘリウム容器内で奥まで伸びている、
液体ヘリウムのトランスファーシステム。
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