JP2019173865A - 液体ヘリウムの充填方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
冷凍機で予冷する場合、その分だけ設備や動力にコストがかかる。
液体ヘリウムで予冷すると、ヘリウムがボイルオフガスとなって液体ヘリウムが目減りする。ボイルオフガスは回収して利用に供される。しかしながら、ボイルオフガスでは低温用途に使えないし、輸送コストが跳ねあがる。
[要約]
[課題]ヘリウムコンテナから小容量ヘリウム容器への液体ヘリウムの充填の際に失われるヘリウムの量を低減する。
[解決手段]ヘリウムコンテナ10から小容量ヘリウム容器12−0へ液体ヘリウムをトランスファーする。トランスファー中に蒸発するヘリウムガスを用いて小容量ヘリウム容器12−1を予冷する。その後、小容量ヘリウム容器12−2を冷凍機で冷却されたヘリウムガスでさらに冷却し、液体窒素液化温度より低い温度まで予冷する。このようにして予冷された小容量ヘリウム容器12−0にヘリウムコンテナ10からの液体ヘリウムを供給して充填する。
[0022]
ガスステーションでは、液体ヘリウムを小容量ヘリウム容器12に充填してエンドユーザに供給する。エンドユーザにおいて液体ヘリウムが使用された使用済みの小容量ヘリウム容器12は、回収されてガスステーションに搬入される。搬入小容量ヘリウム容器12は、真空引きおよびヘリウムガスへの置換→蒸発ガスによる予冷→冷凍機による予冷→液体ヘリウムのトランスファーという手順によって液体ヘリウムが充填される。以下、これについて説明する。なお、液体ヘリウムを充填しているものを小容量ヘリウム容器12−0、蒸発ヘリウムガスにより予冷しているものを小容量ヘリウム容器12−1、冷凍機により予冷しているものを小容量ヘリウム容器12−2とし、これらを小容量ヘリウム容器12と総称する。
このように、特許文献1の技術では、予冷に冷凍機(コールドチャンバCC1)を使用する。その冷凍機を使用するため、さらに昇温器H2やポンプP2が付設されている。したがって、これらの機器を使用する分だけ、その設備と動力にかかるコストが避けられない。
本発明は上記課題を解決するものであり、つぎの目的でなされたものである。
液体ヘリウムの純度を下げることなく低コストで液体ヘリウムを容器に充填できる液体ヘリウムの充填方法および装置を提供する。
液体ヘリウム供給源から第1容器に液体ヘリウムを供給して上記第1容器に液体ヘリウムを充填するあいだ、上記第1容器から出てくるボイルオフガスを第2容器に供給して上記第2容器を第1予冷する第1予冷工程と、
上記第1予冷工程による上記第2容器の上記第1予冷が終了したのちに、上記液体ヘリウム供給源から上記第2容器に液体ヘリウムを供給して上記第2容器を液体ヘリウムにより第2予冷する第2予冷工程と、
上記第2予冷工程による上記第2容器の上記第2予冷が終了したのちに、上記液体ヘリウム供給源から上記第2容器に液体ヘリウムを供給して上記第2容器に液体ヘリウムを充填する充填工程とを行う。
上記第1予冷工程において、上記第2容器から出てくるボイルオフガスを回収する。
上記第1予冷工程において、上記第2容器から出てくるボイルオフガスを第3容器に供給して第3容器を予冷する。
上記第2予冷工程において、上記第2容器から出てくるボイルオフガスを回収する。
上記第2予冷工程において、上記第2容器から出てくるボイルオフガスを第3容器に供給して第3容器を予冷する。
上記第1予冷工程を行うまえに、
上記第2容器を減圧する減圧工程と
上記液体ヘリウム供給源から上記第1容器に液体ヘリウムを供給して上記第1容器に液体ヘリウムを充填するあいだ、上記第1容器から出てくるボイルオフガスを上記第2容器に供給して上記第2容器を復圧する復圧工程とを行う。
上記第2容器を減圧する減圧工程において、
上記液体ヘリウム供給源から上記第1容器に液体ヘリウムを供給して上記第1容器に液体ヘリウムを充填するあいだ、上記第1容器から出てくるボイルオフガスを回収する。
液体ヘリウム供給源から第1容器に液体ヘリウムを供給して上記第1容器に液体ヘリウムを充填するあいだ、上記第1容器から出てくるボイルオフガスを第2容器に供給して上記第2容器を第1予冷する第1予冷手段と、
上記第1予冷手段による上記第2容器の上記第1予冷が終了したのちに、上記液体ヘリウム供給源から上記第2容器に液体ヘリウムを供給して上記第2容器を液体ヘリウムにより第2予冷する第2予冷手段と、
上記第2予冷手段による上記第2容器の上記第2予冷が終了したのちに、上記液体ヘリウム供給源から上記第2容器に液体ヘリウムを供給して上記第2容器に液体ヘリウムを充填する充填手段とを備えた。
上記第1予冷工程は、上記液体ヘリウム供給源から上記第1容器に液体ヘリウムを供給して上記第1容器に液体ヘリウムを充填するあいだ、上記第1容器から出てくるボイルオフガスを上記第2容器に供給して上記第2容器を第1予冷する。
上記第2予冷工程は、上記第1予冷工程による上記第2容器の上記第1予冷が終了したのちに、上記液体ヘリウム供給源から上記第2容器に液体ヘリウムを供給して上記第2容器を液体ヘリウムにより第2予冷する。
上記充填工程は、上記第2予冷工程による上記第2容器の上記第2予冷が終了したのちに、上記液体ヘリウム供給源から上記第2容器に液体ヘリウムを供給して上記第2容器に液体ヘリウムを充填する。
上記第1予冷工程等で発生するボイルオフガスを回収して利用できる。
上記第1予冷工程等で発生するボイルオフガスの冷熱を有効に活用できる。
上記第2予冷工程等で発生するボイルオフガスを回収して利用できる。
上記第2予冷工程において、上記第2容器から出てくるボイルオフガスを第3容器に供給して第3容器を予冷する。
上記第2予冷工程等で発生するボイルオフガスの冷熱を有効に活用できる。
上記減圧工程は、上記第2容器を減圧する。
上記復圧工程は、上記液体ヘリウム供給源から上記第1容器に液体ヘリウムを供給して上記第1容器に液体ヘリウムを充填するあいだ、上記第1容器から出てくるボイルオフガスを上記第2容器に供給して上記第2容器を復圧する。
上記第1予冷工程のまえに上記第2容器を一旦減圧し、上記第1容器からのボイルオフガスで復圧させる。このため、上記第2容器の第1予冷のまえに、不純分を除去するとともにヘリウム以外の成分を混入させず、上記第2容器に充填する液体ヘリウムの純度低下を防止できる。
上記第1容器に液体ヘリウムを充填するあいだ等に発生するボイルオフガスを回収して利用できる。
上記第1予冷手段は、上記液体ヘリウム供給源から上記第1容器に液体ヘリウムを供給して上記第1容器に液体ヘリウムを充填するあいだ、上記第1容器から出てくるボイルオフガスを上記第2容器に供給して上記第2容器を第1予冷する。
上記第2予冷手段は、上記第1予冷手段による上記第2容器の上記第1予冷が終了したのちに、上記液体ヘリウム供給源から上記第2容器に液体ヘリウムを供給して上記第2容器を液体ヘリウムにより第2予冷する。
上記充填手段は、上記第2予冷手段による上記第2容器の上記第2予冷が終了したのちに、上記液体ヘリウム供給源から上記第2容器に液体ヘリウムを供給して上記第2容器に液体ヘリウムを充填する。
〔装置〕
図1は、本発明が適用された第1実施形態の液体ヘリウムの充填装置を説明する図である。
上記第1導入路11は、上記コンテナ1から取り出した液体ヘリウムを第1容器10に導入する。上記第2導入路21は、上記コンテナ1から取り出した液体ヘリウムを第2容器20に導入する。
上記第2容器20には、第2排出路22が接続されている。上記第2排出路22には開閉バルブ22Aが設けられている。上記第2排出路22は、上記第2容器20内のボイルオフガスを排出する。
これにより、上記第1容器10から出てくるボイルオフガスは、第1排出路12および回収路41を通って回収タンク40に回収される。
また、上記第2容器20から出てくるボイルオフガスは、第2排出路22および回収路41を通って回収タンク40に回収される。
これにより、上記減圧路51および上記真空ポンプ50により、上記第1容器10内を減圧しうるようになっている。
これにより、上記第1容器10から出てくるボイルオフガスが、上記第1排出路12,上記第1中継路13,第2バイパス路24および第2導入路21を通って、上記第2容器20に導入されるようになっている。
すなわち、上記第1予冷手段は、具体的には上述した、液体取出路1A,第1導入路11,第1排出路12,第1中継路13,第2バイパス路24,第2導入路21,各開閉バルブ等を含んで構成される。
すなわち、上記第2予冷手段は、具体的には上述した、液体取出路1A,第2導入路21,各開閉バルブ等を含んで構成される。
すなわち、上記充填手段は、具体的には上述した、液体取出路1A,第2導入路21,各開閉バルブ等を含んで構成される。
図2は、本発明が適用される第1実施形態の液体ヘリウムの充填方法を説明する図である。この方法は上述した液体ヘリウムの充填装置により実現することができる。
図2(A)は、待機状態を示す。
図2(B)は、減圧工程を示す。
図2(C)は、復圧工程を示す。
図2(D)は、第1予冷工程を示す。
図2(E)は、第2予冷工程を示す。
図2(F)は、充填工程を示す。
図2(A)〜(F)において、液やガスが流れる流路のうち太線で示したところは、液やガスが流れていることを示している。つまり、開閉バルブは開いている。細線で示したところは、液やガスが流れていないことを示している。つまり、開閉バルブは閉じている。
本実施形態の方法は、第1容器10と第2容器20を使用する。上記第1容器10および第2容器20は、上記コンテナ1から液体ヘリウムが充填される先である。
本実施形態の方法は、第1容器10には、すでに予冷が完了して液体ヘリウムの受け入れが可能になったものを使用する。この第1容器10に液体ヘリウムを充填するあいだ、第2容器20を予冷することが行われる。
上記第2容器では、第1予冷工程と第2予冷工程を行い、その後に充填工程を行う。また、上記第1予冷工程を行うまえに、減圧工程と復圧工程を行う。以下に各工程を説明する。
図2(A)は、待機状態を示す。
第1容器10は、上述したように、すでに予冷が完了して液体ヘリウムの受け入れが可能になったものである。
第2容器20は、これから予冷を始める常温のものである。
図2(B)は、第1容器10で充填を開始するとともに、第2容器20を減圧する減圧工程を行う状態を示す。
図2(C)は、第1容器10で充填を継続するとともに、第2容器20で復圧工程を行う状態を示す。
上記復圧工程は、上記コンテナ1から上記第1容器10に液体ヘリウムを供給して上記第1容器10に液体ヘリウムを充填するあいだ、上記第1容器10から出てくるボイルオフガスを上記第2容器20に供給して上記第2容器20を復圧する。
図2(D)は、第1容器10で充填を継続するとともに、第2容器20で第1予冷工程を行う状態を示す。
第1予冷工程は、コンテナ1から第1容器10に液体ヘリウムを供給して上記第1容器10に液体ヘリウムを充填するあいだ、上記第1容器10から出てくるボイルオフガスを第2容器20に供給して上記第2容器20を第1予冷する。
図2(E)は、第1容器10で充填を完了し、第2容器20で第2予冷工程を行う状態を示す。
図2(F)は、充填工程を示す。
上記充填工程は、上記第2予冷工程による上記第2容器20の上記第2予冷が終了したのちに、上記コンテナ1から上記第2容器20に液体ヘリウムを供給して上記第2容器20に液体ヘリウムを充填する。
第1実施形態は、つぎの作用効果を奏する。
第1実施形態は、第1予冷工程と、第2予冷工程と、充填工程とを行う。
上記第1予冷工程は、上記コンテナ1から上記第1容器10に液体ヘリウムを供給して上記第1容器10に液体ヘリウムを充填するあいだ、上記第1容器10から出てくるボイルオフガスを上記第2容器20に供給して上記第2容器20を第1予冷する。
上記第2予冷工程は、上記第1予冷工程による上記第2容器20の上記第1予冷が終了したのちに、上記コンテナ1から上記第2容器20に液体ヘリウムを供給して上記第2容器20を液体ヘリウムにより第2予冷する。
上記充填工程は、上記第2予冷工程による上記第2容器20の上記第2予冷が終了したのちに、上記コンテナ1から上記第2容器20に液体ヘリウムを供給して上記第2容器20に液体ヘリウムを充填する。
上記第1予冷工程等で発生するボイルオフガスを回収して利用できる。
上記第2予冷工程等で発生するボイルオフガスを回収して利用できる。
上記減圧工程は、上記第2容器20を減圧する。
上記復圧工程は、上記コンテナ1から上記第1容器10に液体ヘリウムを供給して上記第1容器10に液体ヘリウムを充填するあいだ、上記第1容器10から出てくるボイルオフガスを上記第2容器20に供給して上記第2容器20を復圧する。
上記第1予冷工程のまえに上記第2容器20を一旦減圧し、上記第1容器10からのボイルオフガスで復圧させる。このため、上記第2容器20の第1予冷のまえに、不純分を除去するとともにヘリウム以外の成分を混入させず、上記第2容器20に充填する液体ヘリウムの純度低下を防止できる。
上記第1容器10に液体ヘリウムを充填するあいだ等に発生するボイルオフガスを回収して利用できる。
〔装置〕
図3は、本発明が適用される第2実施形態の液体ヘリウムの充填装置を説明する図である。
この例は、第1容器10と第2容器20で、充填と予冷を交互に行いうるようにしたものである。基本的な構成は、上記第1実施形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付しており、説明を省略する場合がある。
上記第2容器20に接続された第2排出路22は、上記第2容器20内のボイルオフガスを排出する。このボイルオフガスは、第2排出路22および回収路41を通って回収タンク40に回収される。
また、上記第1中継路13の途中には、第1中継路13から分岐して上記第2導入路21に合流する第2バイパス路24が接続されている。この例では、上記第2バイパス路24に開閉バルブ24Aが設けられていない。
図4および図5は、本発明が適用される第2実施形態の液体ヘリウムの充填方法を説明する図である。この方法は上述した液体ヘリウムの充填装置により実現することができる。
図4(A)は、待機状態を示す。
図4(B)は、第1容器の充填工程と第2容器の減圧工程を示す。
図4(C)は、第1容器の充填工程と第2容器の復圧工程を示す。
図4(D)は、第1容器の充填工程と第2容器の第1予冷工程を示す。
図4(E)は、第1容器の充填完了と第2容器の第2予冷工程を示す。
図5(F)は、第1容器の減圧工程と第2容器の充填工程を示す。
図5(G)は、第1容器の復圧工程と第2容器の充填工程を示す。
図5(H)は、第1容器の第1予冷工程と第2容器の充填工程を示す。
図5(I)は、第1容器の第2予冷工程と第2容器の充填工程を示す。
図4(A)は、待機状態を示す。
第1容器10は、上述したように、すでに予冷が完了して液体ヘリウムの受け入れが可能になったものである。
第2容器20は、これから予冷を始める常温のものである。
図4(B)は、第1容器10で充填工程を行い、第2容器20で減圧工程を行う状態を示す。
第2容器20では、第2導入路21の一部,第2バイパス路24,第1中継路13の一部,減圧路51を介して真空ポンプ50によって第2容器20内を減圧する。
図4(C)は、第1容器10で充填工程を継続し、第2容器20で復圧工程を行う状態を示す。
上記復圧工程は、上記第1容器10から出てくるボイルオフガスを上記第2容器20に供給して上記第2容器20を復圧する。
このとき、第1排出路12,第1中継路13,第2バイパス路24および第2導入路21を介してボイルオフガスが第2容器20に供給される。
図4(D)は、第1容器10で充填工程を継続し、第2容器20で第1予冷工程を行う状態を示す。
第1予冷工程は、上記第1容器10から出てくるボイルオフガスを第2容器20に供給して上記第2容器20を第1予冷する。
このとき、第1排出路12,第1中継路13,第2バイパス路24および第2導入路21を介してボイルオフガスが第2容器20に供給される。
また、上記第1予冷工程において、上記第2容器20から出てくるボイルオフガスを回収する。上記第1予冷に供した後に上記第2容器20から出てくるボイルオフガスは、第2排出路22および回収路41を介して回収タンク40に回収される。
図4(E)は、第1容器10で充填を完了し、第2容器20で第2予冷工程を行う状態を示す。
第2予冷工程は、上記コンテナ1から上記第2導入路21を介して上記第2容器20に液体ヘリウムを供給して上記第2容器20を液体ヘリウムにより第2予冷する。
このとき上記第2容器20から出てくるボイルオフガスは、第2排出路22および回収路41を介して回収タンク40に回収される。
図5(F)は、充填を完了した第1容器10を空の第1容器10と交換したのち減圧工程を行い、第2予冷を終えた第2容器20で充填工程が開始され状態を示す。交換された空の第1容器10は予冷前の常温である。
第1容器10では、第1導入路11の一部,第1バイパス路14,第1分岐路15,減圧路51を介して真空ポンプ50によって第1容器10内を減圧する。
第2容器20では、コンテナ1から取り出した液体ヘリウムを第2導入路21を介して第2容器20に充填する。このとき第2容器20から出てくるボイルオフガスは、第2排出路22および回収路41を介して回収タンク40に回収される。
図5(G)は、第2容器20で充填工程を継続し、第1容器10で復圧工程を行う状態を示す。
上記復圧工程は、上記第2容器20から出てくるボイルオフガスを上記第1容器10に供給して上記第1容器10を復圧する。
このとき、第2排出路22,第2分岐路16,第1バイパス路14および第1導入路11を介してボイルオフガスが第1容器10に供給される。
図5(H)は、第2容器20で充填工程を継続し、第1容器10で第1予冷工程を行う状態を示す。
第1予冷工程は、上記第2容器20から出てくるボイルオフガスを第1容器10に供給して上記第1容器10を第1予冷する。
このとき、第2排出路22,第2分岐路16,第1バイパス路14および第1導入路11を介してボイルオフガスが第1容器10に供給される。
また、上記第1予冷に供した後に上記第1容器10から出てくるボイルオフガスは、第1排出路12および回収路41を介して回収タンク40に回収される。
図5(I)は、第2容器20で充填を完了し、第1容器10で第2予冷工程を行う状態を示す。
第2予冷工程は、上記コンテナ1から上記第1導入路11を介して上記第1容器10に液体ヘリウムを供給して上記第1容器10を液体ヘリウムにより第2予冷する。
このとき上記第1容器10から出てくるボイルオフガスは、第1排出路12および回収路41を介して回収タンク40に回収される。
第2実施形態では、第1容器10と第2容器20で、充填と予冷を交互に行うため、効率がよい。それ以外は上記第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
〔装置〕
図6は、本発明が適用される第3実施形態の液体ヘリウムの充填装置を説明する図である。
この例は、第1容器10と第2容器20に加え、第3容器30を使用する。それ以外の基本的な構成は、上記第1実施形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。
上記第3導入路31は、上記コンテナ1から取り出した液体ヘリウムを第3容器30に導入する。
図7は、本発明が適用される第3実施形態の液体ヘリウムの充填方法を説明する図である。
本実施形態では、上記第1予冷工程において、上記第2容器20から出てくるボイルオフガスを第3容器30に供給して第3容器30を予冷する。
本実施形態では、上記第2予冷工程において、上記第2容器20から出てくるボイルオフガスを第3容器30に供給して第3容器30を予冷する。
そして、上記第1予冷工程において、上記第3容器30から出てくるボイルオフガスを回収する。つまり、上記第3容器30の予冷に供した後に上記第3容器30から出てくるボイルオフガスを回収する。このボイルオフガスは、第3排出路22および回収路41を介して回収タンク40に回収される。
第3実施形態の液体ヘリウムの充填方法は、つぎの作用効果を奏する。
上記第1予冷工程等で発生するボイルオフガスの冷熱を有効に活用できる。
上記第2予冷工程において、上記第2容器20から出てくるボイルオフガスを第3容器30に供給して第3容器30を予冷する。
上記第2予冷工程等で発生するボイルオフガスの冷熱を有効に活用できる。
以上は本発明の特に好ましい実施形態について説明したが、本発明は図示した実施形態に限定する趣旨ではなく、各種の態様に変形して実施することができ、本発明は各種の変形例を包含する趣旨である。
1A:液体取出路
2:荷重検出器
3:荷重検出器
10:第1容器
11:第1導入路
11A:開閉バルブ
12:第1排出路
12A:開閉バルブ
13:第1中継路
13A:開閉バルブ
13B:開閉バルブ
14:第1バイパス路
15:第1分岐路
15A:開閉バルブ
16:第2分岐路
16A:開閉バルブ
20:第2容器
21:第2導入路
21A:開閉バルブ
22:第2排出路
22A:開閉バルブ
23:第2中継路
23A:開閉バルブ
24:第2バイパス路
24A:開閉バルブ
30:第3容器
31:第3導入路
31A:開閉バルブ
32:第3排出路
32A:開閉バルブ
40:回収タンク
41:回収路
50:真空ポンプ
51:減圧路
51A:開閉バルブ
Claims (8)
- 液体ヘリウム供給源から第1容器に液体ヘリウムを供給して上記第1容器に液体ヘリウムを充填するあいだ、上記第1容器から出てくるボイルオフガスを第2容器に供給して上記第2容器を第1予冷する第1予冷工程と、
上記第1予冷工程による上記第2容器の上記第1予冷が終了したのちに、上記液体ヘリウム供給源から上記第2容器に液体ヘリウムを供給して上記第2容器を液体ヘリウムにより第2予冷する第2予冷工程と、
上記第2予冷工程による上記第2容器の上記第2予冷が終了したのちに、上記液体ヘリウム供給源から上記第2容器に液体ヘリウムを供給して上記第2容器に液体ヘリウムを充填する充填工程とを行う
ことを特徴とする液体ヘリウムの充填方法。 - 上記第1予冷工程において、上記第2容器から出てくるボイルオフガスを回収する
請求項1記載の液体ヘリウムの充填方法。 - 上記第1予冷工程において、上記第2容器から出てくるボイルオフガスを第3容器に供給して第3容器を予冷する
請求項1記載の液体ヘリウムの充填方法。 - 上記第2予冷工程において、上記第2容器から出てくるボイルオフガスを回収する
請求項1〜3のいずれか一項に記載の液体ヘリウムの充填方法。 - 上記第2予冷工程において、上記第2容器から出てくるボイルオフガスを第3容器に供給して第3容器を予冷する
請求項1〜3のいずれか一項に記載の液体ヘリウムの充填方法。 - 上記第1予冷工程を行うまえに、
上記第2容器を減圧する減圧工程と
上記液体ヘリウム供給源から上記第1容器に液体ヘリウムを供給して上記第1容器に液体ヘリウムを充填するあいだ、上記第1容器から出てくるボイルオフガスを上記第2容器に供給して上記第2容器を復圧する復圧工程とを行う
請求項1〜5のいずれか一項に記載の液体ヘリウムの充填方法。 - 上記第2容器を減圧する減圧工程において、
上記液体ヘリウム供給源から上記第1容器に液体ヘリウムを供給して上記第1容器に液体ヘリウムを充填するあいだ、上記第1容器から出てくるボイルオフガスを回収する
請求項6記載の液体ヘリウムの充填方法。 - 液体ヘリウム供給源から第1容器に液体ヘリウムを供給して上記第1容器に液体ヘリウムを充填するあいだ、上記第1容器から出てくるボイルオフガスを第2容器に供給して上記第2容器を第1予冷する第1予冷手段と、
上記第1予冷手段による上記第2容器の上記第1予冷が終了したのちに、上記液体ヘリウム供給源から上記第2容器に液体ヘリウムを供給して上記第2容器を液体ヘリウムにより第2予冷する第2予冷手段と、
上記第2予冷手段による上記第2容器の上記第2予冷が終了したのちに、上記液体ヘリウム供給源から上記第2容器に液体ヘリウムを供給して上記第2容器に液体ヘリウムを充填する充填手段とを備えた
ことを特徴とする液体ヘリウムの充填装置。
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