JP3043009B1 - 液体ヘリウムの回収・再凝縮補給装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 液体ヘリウムを収容したクライオスタットか
ら気化したヘリウムガスを回収して再凝縮させ、クライ
オスタットへ戻すようにした液体ヘリウム回収・再凝縮
補給装置において、クライオスタットの形状や構造に応
じて、再凝縮装置の経済性、効率を重視した運転状態
と、クライオスタットでの液体ヘリウムの蒸発量の低減
を重視した運転状態とに切替えられるようにする。 【解決手段】 クライオスタット内の液体ヘリウムの液
面で気化したヘリウムガスを再凝縮装置へ導くためのガ
ス回収管路として、液面上空間の上端から常温（もしく
は常温に近い温度）のヘリウムガスを導出する第１のガ
ス回収管路と、液面上空間の下部（液面に近い位置）か
ら低温のヘリウムガスを導出する第２のガス回収管路と
を設けて、状況に応じていずれのガス回収管路からのヘ
リウムガスを再凝縮装置へ導出するかを選択するための
選択手段を設けることとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、極低温の液体ヘ
リウム中において各種実験や測定を行なうためのクライ
オスタット内に液体ヘリウムを補給するための装置に関
し、特に実験・測定中にクライオスタット内で気化した
ヘリウムガスを回収して再凝縮させ、得られた液体ヘリ
ウムをクライオスタットに補給する装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】最近では、低温工学の発展に伴なって、
各種材料や半導体などについて低温で実験や測定などを
行なう必要性がますます高まっている。このような場
合、一般には真空断熱を施したクライオスタットと称さ
れる容器中に低温の液化ガスを収容し、そのクライオス
タット内の液化ガス中に対象物、対象装置を浸漬させる
か、あるいはクライオスタット内の液化ガスに間接的に
対象物、対象装置を接触させて実験や測定を行なうのが
通常であり、特に極低温域での実験・測定の場合は液化
ガスとして液体ヘリウムをクライオスタット内に収容し
ておくのが一般的である。

【０００３】このような液体ヘリウムを用いたクライオ
スタットによる実験や測定にあたっては、その実験・測
定の開始前にクライオスタット内に予め液体ヘリウムを
注入しておかなければならないことはもちろんである
が、実験や測定を行なっている最中にもクライオスタッ
ト内の液体ヘリウムは外部からの侵入熱により次第に蒸
発して減少するから、長時間にわたって実験・測定を行
なうためには、その実験や測定を行なっている期間中に
おいても液体ヘリウムをクライオスタット内へ補給する
ことが望まれる。したがってクライオスタットによる実
験・測定中においてクライオスタット内へ簡便に液体ヘ
リウムを補給することのできる装置が強く望まれてい
る。

【０００４】そこで本願発明者等は、上述の要請に応え
る装置として、クライオスタット内で気化したヘリウム
ガスを回収して再凝縮させ、得られた液体ヘリウムをク
ライオスタットへ戻すようにした液体ヘリウム装置とし
て、特開平６−６４５６７号に示す装置を提案してい
る。

【０００５】上記提案の装置は、既存のクライオスタッ
トに容易に適用でき、しかも設備的にも簡単かつ安価な
液体ヘリウム補給装置としたものであり、基本的には、
クライオスタット内で蒸発したヘリウムガスを外部へ導
くためのガス回収管路の一端側を、クライオスタットの
上部に着脱可能に取付け、そのガス回収管路の他端側
を、ヘリウムガスを冷却して再凝縮させるための再凝縮
装置に導く構成とし、さらにその再凝縮装置を、冷凍機
と熱交換器とを備えたものとして、その冷凍機内の冷媒
と前記ガス回収管路からのヘリウムガスとを熱交換する
ことによりそのヘリウムガスを冷却および再凝縮させる
ように構成し、また再凝縮装置内に、再凝縮されて得ら
れた液体ヘリウムを受ける液溜め部を設け、その液溜め
部の底部に補給管路の一端を連結し、その補給管路の他
端側を前記クライオスタット内に挿抜可能に挿入し、ま
た前記液溜め部を、その底部が前記クライオスタット内
の液体ヘリウムの液面よりも上方に位置するように配設
し、さらに前記補給管路を、その最も高い位置の部分で
も前記液溜め部の底部よりも下方に位置するように設定
したことを特徴とするものである。

【０００６】上記提案による液体ヘリウム補給装置をさ
らに具体化した例を図５に示し、以下にその詳細を説明
する。

【０００７】図５において、クライオスタット３は、従
来の一般的なものと同様に、上部に開口部８を設けた容
器本体１０の周囲および底部の壁を２重構造として、そ
の壁部内の空間を真空断熱層１２とし、容器本体１０の
開口部８に蓋体１４を着脱可能に取付けた構成とされて
いる。前記蓋体１４には、ガス回収管路２０の一端２０
Ａが着脱可能に取付けられており、このガス回収管路２
０は、開閉弁２２を介して、次に述べる再凝縮装置２６
の第１熱交換器３２に導かれている。なおガス回収管路
２０における開閉弁２２よりもクライオスタット３側の
位置には、安全弁２８が接続されている。

【０００８】前記再凝縮装置２６は、ヘリウムガス温度
降下用の第１熱交換器３２および第２熱交換器３４と、
これらの第１熱交換器３２、第２熱交換器３４に冷媒を
供給する補助冷凍機３６と、ヘリウムガスを再凝縮して
液体ヘリウムとするための再凝縮用熱交換器３８と、こ
の再凝縮用熱交換器３８に冷媒を供給する再凝縮用冷凍
機４０と、前記再凝縮用熱交換器３８において再凝縮・
液化された液体ヘリウムを一旦貯溜する液溜め部４２と
を有する構成とされている。なお液溜め部４２は、図示
の例では再凝縮用熱交換器３８の全体を取囲む容器とし
て構成されている。また前述の第１熱交換器３２と、第
２熱交換器３４と、再凝縮用熱交換器３８を囲む液溜め
部４２とは、その全体が真空断熱層４４によって断熱さ
れている。

【０００９】前記液溜め部４２の底部には補給管路４６
の一端４６Ａが結合されており、この補給管路４６の他
端側は再凝縮装置２６の外部へ延出されて、クライオイ
スタット３内に蓋体１４を経て挿抜可能に挿入され、そ
の先端４６Ｂがクライオスタット３内の液体ヘリウム４
中に浸漬されている。ここで、再凝縮装置２６は、液溜
め部４２がクライオスタット３内の液体ヘリウム４の液
面４Ａよりも上方に位置するように配置されていれば良
いが、実際上は図に示すように液溜め部４２がクライオ
スタット３の上端よりも上方に位置するように位置決め
するのが通常である。また補給管路４６は、要はその最
も高い位置にある部分でも液溜め部４２よりも下方にあ
るように位置決めされれば良いが、実際上は図に示すよ
うに液溜め部４２に連結された基端側からクライオスタ
ット内に挿入された先端側まで上方へ立ち上がる部分が
ないように配置するのが通常である。なおまた、補給管
路４６における再凝縮装置２６の外側へ延出した部分
は、真空断熱層４８によって断熱されており、この真空
断熱層４８はクライオスタット３内に挿入される部分ま
で連続している。

【００１０】さらに図５において、ガス回収管路２０に
おける開閉弁２２よりも再凝縮装置２６に近い位置に
は、ヘリウムガスボンベ等のヘリウムガス源５０からの
ヘリウムガス導入管路５２が開閉弁５４を介して接続さ
れている。また再凝縮装置２６内の液溜め部４２の上部
には、外部の液体ヘリウム供給源からの液体ヘリウムを
導入するための液体ヘリウム導入管路５６が接続されて
おり、この液体ヘリウム導入管路５６には適宜図示しな
い液体ヘリウム源を接続するためのポート５８が設けら
れている。

【００１１】以上のような図５に示される例において
は、クライオスタット３内の液体ヘリウム４が蒸発すれ
ば、発生したヘリウムガスが後述する負圧によってガス
回収管路２０に吸い込まれ、開閉弁２２を経て再凝縮装
置２６に導入される。そしてこのヘリウムガスは、第１
熱交換器３２および第２熱交換器３４にその順に導かれ
て、補助冷凍機３６からの冷媒と熱交換され、第１熱交
換器３２では８０Ｋ程度の温度に冷却され、続いて第２
熱交換器３４で２０Ｋ程度の温度に冷却される。さらに
その２０Ｋ程度まで冷却されたヘリウムガスは再凝縮用
熱交換器３８へ導かれて、再凝縮用冷凍機４０からの冷
媒と熱交換され、ヘリウム液化温度（４．２Ｋ）以下に
冷却されて再凝縮され、液体ヘリウムとなる。このよう
にして再凝縮用熱交換器３８において液化されて得られ
た液体ヘリウムは、再凝縮用熱交換器３８から液溜め部
４２の底部に滴下し、その液溜め部４２に一旦溜まる。
その液溜め部４２に溜った液体ヘリウムは、その液溜め
部４２の液面とクライオスタット３内の液体ヘリウム４
の液面４Ａとの水頭差に基いて自重により補給管路４６
を流れ、クライオスタット３の液体ヘリウム４中へ補給
されることになる。またここで、液溜め部４２内で回収
ヘリウムガスが再凝縮用熱交換器３８により再凝縮され
ることにより、その液溜め部４２内における回収ヘリウ
ムガス側の圧力が下がり、そのためガス回収管路２０内
においても再凝縮装置２６の側の圧力が下がることにな
るため、負圧によってクライオスタット３内の蒸発した
ヘリウムガスがガス回収管路２０に吸い込まれることに
なる。

【００１２】なお、ヘリウムガス導入管路５２の開閉弁
５４を開けば、クライオスタット３からの回収ヘリウム
ガスとともに別のヘリウムガス供給源５０からのヘリウ
ムガスを再凝縮装置２６に導入して液化させ、これをク
ライオスタット３に導くことができる。

【００１３】またポート５８に図示しない液体ヘリウム
源を接続して、別途液体ヘリウムを液溜め部４２に導入
することもでき、この場合も外部から導入された液体ヘ
リウムを、液溜め部４２から補給管路４６を経て自重に
よりクライオスタット３内へ導くことができる。

【００１４】図５に示されるような前記提案の液体ヘリ
ウム補給装置によれば、クライオスタットでの実験や測
定を行なっている間に、連続してクライオスタット内の
蒸発ガスを回収しかつそれを再凝縮させてクライオスタ
ット内へ補給することができ、そのため液体ヘリウム注
入のために実験や測定を停止させることなく、長時間安
定して実験や測定を継続させることができる。そしてま
た図５に示される装置は、クライオスタット自体に対し
てはガス回収管路と補給管路を取付けるだけで済むた
め、既存のクライオスタットに簡単に適用することがで
き、また設備コストも安価であり、しかもポンプ等の輸
送手段を用いることなく、自然循環によってクライオス
タットからのヘリウムガスの回収、再凝縮、クライオス
タットへの補給が連続的になされ、したがってその点か
らも著しく低コスト化されるなど、種々の効果を奏する
ことができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】前述の提案の液体ヘリ
ウム補給装置においては、ガス回収管路２０におけるク
ライオスタット３側の端部２０Ａを、蓋体１４の位置に
取付けて、クライオスタット３内において気化されたヘ
リウムガスを、液体ヘリウムの液面上の空間における上
端部から導出するように構成している。これは、気化し
たヘリウムガスの冷熱を利用して、蓋体１４の側からの
侵入熱を防いで、液体ヘリウムの蒸発量を少なくするた
めである。

【００１６】すなわち、クライオスタット３における容
器本体１０の外周壁部分及び底部は一般に真空断熱され
ており、したがって外周側及び底部側からはほとんど侵
入熱がないが、容器本体１０の上端開口部８には蓋体１
４が着脱可能に取付けられているため、その蓋体１４と
容器本体１０の開口部８との重合部分や蓋体１４自体を
通じて外部から熱が侵入する。そしてこのような外部か
らの侵入熱が多ければ、クライオスタット内の液体ヘリ
ウムの蒸発量が多くなってランニングコストが嵩むこと
になる。そこで前述の提案の液体ヘリウム補給装置で
は、クライオスタット３内における液体ヘリウムの液面
４Ａで蒸発した低温のヘリウムガスをクライオスタット
の上端（液面上空間の上端）まで導くようにして、液面
４Ａから上端までの間に低温のヘリウムガスが外部から
の侵入熱を奪って、その侵入熱が液面４Ａまで可及的に
及ばないようにし、液面４Ａでの液体ヘリウムの蒸発を
少なくしているのである。そしてこの場合、液面４Ａで
気化したヘリウムガスは、液面上空間を上方へ導かれる
間に、外部からの侵入熱によって暖められるため、ガス
回収管路２０には、常温あるいは常温に近い温度となっ
たヘリウムガスが導入されて、その常温もしくは常温に
近い温度のヘリウムガスが再凝縮装置２６により再凝縮
されることになる。

【００１７】ところで常温のヘリウムガスを再凝縮装置
によって液化する場合、常温から４．２Ｋまでのエンタ
ルピー差（熱容量差）に液化潜熱を加えた熱を冷凍機に
よって吸収しなければならない。この値は、大気圧下に
おいて１５６３．７２Ｊ／ｇとなる。

【００１８】一方、蒸発した直後の低温（例えば４．２
Ｋ）のヘリウムガスを再凝縮装置によって液化する場合
は、冷凍機は液化潜熱の２０．７２Ｊ／ｇのみを吸収す
れば良い。したがって蒸発した直後の低温のヘリウムガ
スを直ちに再凝縮装置に導入して液化すれば、前記提案
の液体ヘリウム補給装置のように常温もしくは常温に近
い温度のヘリウムガスを再凝縮装置に導入して液化する
場合と比較して、格段に効率良く迅速かつ大量に液化す
ることができ、経済性も良好となると考えられる。

【００１９】しかるに前記提案の装置では、既に述べた
ようにクライオスタット内での液体ヘリウムの蒸発量を
少なくすることを目的として、クライオスタット内の液
面で気化したヘリウムガスを外部からの侵入熱対策に用
いている都合上、再凝縮装置へ導入されるヘリウムガス
は常温（もしくはそれに近い温度）のものとならざるを
得ず、したがって再凝縮装置の経済性を犠牲にせざるを
得なかったのである。ところでクライオスタットの構
造、形状、用途などによっては、クライオスタットにお
ける外部からの侵入熱対策のためにクライオスタット内
で気化した低温のヘリウムガスを液面上空間の上端まで
導かなくても良い場合がある。例えば図６に示すように
容器本体１０に細くて長いネック部１１が形成されてい
て、その細くて長いネック部１１が充分に断熱されてい
る場合には、ネック部１１の長さ方向に充分な温度勾配
を与えることができるため、液面上空間における液面に
近い位置から、蒸発した直後の未だ低温のヘリウムガス
を外部へ導き出して再凝縮装置へ送るようにしても、ク
ライオスタット内での液体ヘリウムの蒸発量を比較的小
さく抑えることが可能である。またネック部１１の周囲
を液体窒素によって保冷することもあり、このような場
合も同様である。そしてこれらの場合には、既に述べた
ところから明らかなように、再凝縮装置の効率、経済性
を高めることが可能となる。

【００２０】この発明は以上の事情を背景としてなされ
たもので、クライオスタットの形状や構造、あるいは用
途などに応じて、再凝縮装置での経済性を重視した運転
状態と、クライオスタット内での液体ヘリウムの蒸発量
の低減を重視した運転状態とに択一的に切替運転できる
ようにした液体ヘリウムの回収・再凝縮補給装置を提供
することを目的とするものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この発明は、基本的に
は、クライオスタット内の液体ヘリウムの液面で気化し
たヘリウムガスを再凝縮装置へ導くためのガス回収管路
として、液面上空間の上端から常温（もしくは常温に近
い温度）のヘリウムガスを導出する第１のガス回収管路
と、液面上空間の下部（液面に近い位置）から低温のヘ
リウムガスを導出する第２のガス回収管路とを設けて、
状況に応じていずれのガス回収管路からのヘリウムガス
を再凝縮装置へ導出するかを選択するための選択手段を
設けることとした。さらにこの発明では、前記第２のガ
ス回収管路について、再凝縮装置から再凝縮後の液体ヘ
リウムをクライオスタットへ導くための補給管路に沿わ
せて、クライオスタットから第２のガス回収管路により
導出される低温のヘリウムガスを、補給管路内を流れる
液体ヘリウムの保冷に利用することとした。

【００２２】具体的には、請求項１の発明は、液体ヘリ
ウムを収容したクライオスタット内から、気化したヘリ
ウムガスを回収して再凝縮させ、得られた液体ヘリウム
をクライオスタットへ補給するための液体ヘリウム回収
・再凝縮補給装置において、ヘリウムガスを冷却して凝
縮させるための凝縮装置と、クライオスタット内で気化
したヘリウムガスをクライオスタットから前記凝縮装置
へ導くための第１のガス回収管路および第２のガス回収
管路と、前記凝縮装置で凝縮された液体ヘリウムをクラ
イオスタットへ導くための補給管路とを有し、前記第１
のガス回収管路は、クライオスタット内の液体ヘリウム
液面上の空間の上端からヘリウムガスを導出するように
構成され、また第２のガス回収管路はクライオスタット
内の液体ヘリウム液面上の空間の下部からヘリウムガス
を導出するように構成され、しかもこれらの第１のガス
回収管路および第２のガス回収管路には、いずれの管路
からヘリウムガスを前記凝縮装置へ導入するかを選択す
るための選択手段が設けられていることを特徴とするも
のである。

【００２３】また請求項２の発明は、請求項１に記載の
液体ヘリウムの回収・再凝縮補給装置において、前記再
凝縮装置は、冷凍機と熱交換器とを備えており、その冷
凍機内の冷媒と前記第１のガス回収管路もしくは第２の
ガス回収管路からのヘリウムガスとを熱交換することに
よりそのヘリウムガスを冷却および凝縮させるように構
成され、さらに凝縮装置内には、凝縮されて得られた液
体ヘリウムを受ける液溜め部が設けられており、その液
溜め部の底部に補給管路の一端が連結され、その補給管
路の他端側は前記クライオスタット内に挿入され、また
前記液溜め部は、その底部が前記クライオスタット内の
液体ヘリウムの液面よりも上方に位置するように配設さ
れ、さらに前記補給管路は、その最も高い位置の部分で
も前記液溜め部の底部よりも下方に位置するように設定
されていることを特徴とするものである。

【００２４】さらに請求項３の発明は、請求項１に記載
の液体ヘリウムの回収・再凝縮補給装置において、前記
第２のガス回収管路が、前記補給管路の外周上を取囲む
ように設けられていることを特徴とするものである。

【００２５】そしてまた請求項４の発明は、請求項１に
記載の液体ヘリウムの回収・再凝縮補給装置において、
前記第２のガス回収管路が、前記補給管路に平行に沿わ
されていることを特徴とするものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１にこの発明の第１の実施例の
全体構成を示す。なお図１において、図５に示される装
置の要素と同一の要素については同一の符号を付し、そ
の詳細な説明は省略する。

【００２７】図１において、第１のガス回収管路２１
は、図５に示される装置におけるガス回収管路２０に相
当するものである。この第１のガス回収管路２１におけ
るクライオスタット３側の一方の端部２１Ａは、クライ
オスタット３内の液体ヘリウム４の液面４Ａの上方の空
間１５の上端からヘリウムガスを導出するべく、蓋体１
４に着脱可能に取付けられている。そしてこの第１のガ
ス回収管路２１は、開閉弁２２を介して再凝縮装置２６
内の第１熱交換器３２に導かれている。

【００２８】一方、第２のガス回収管路２３は、再凝縮
装置２６の液溜め部４２から液体ヘリウムをクライオス
タット３内へ導くための補給管路４６に沿わされてお
り、その第２のガス回収管路２３のクライオスタット３
側の端部２３Ａは、液体ヘリウム４の液面４Ａに近い位
置、すなわち液面上空間１５の下部において開口してお
り、またその第２のガス回収管路２３の他端側は再凝縮
装置２６内において開閉弁２５を介して再凝縮用熱交換
器３８に導かれている。なお第２のガス回収管路２３お
よび補給管路４６は、真空断熱層４８によって断熱され
ている。

【００２９】ここで、第１のガス回収管路２１における
開閉弁２２と、第２のガス回収管路２３における開閉弁
２５は、第１のガス回収管路２１と第２のガス回収管路
２３のうち、いずれの管路からヘリウムガスを再凝縮装
置２６へ導くかを選択するための選択手段を構成してい
る。

【００３０】図２には第２のガス回収管路２３と補給管
路４６とが沿わされた部分の一例の拡大斜視断面図を示
し、また図３には同様な部分の他の例の拡大斜視断面図
を示す。

【００３１】図２の例では、外管７１の内側に２本の内
管７３，７５が平行に収容されており、外管７１と内管
７３，７５との間が真空断熱層４８とされている。そし
て内管７３内が補給管路４６とされ、また内管７５内が
第２のガス回収管路２３とされている。したがってこの
例では、第２のガス回収管路２３が補給管路４６に平行
に沿わされていることになる。

【００３２】一方図３の例では、外管７１の内側に大径
内管７７と小径内管７９とが同軸状に２重に設けられて
おり、外管７１と大径内管７７との間が真空断熱層４８
とされ、大径内管７７と小径内管７９との間が第２のガ
ス回収管路２３とされ、さらに小径内管７９の内側が補
給管路４６とされている。したがってこの例では第２の
ガス回収管路２３が補給管路４６の外周上を取囲むよう
に設けられていることになる。

【００３３】以上の実施例において、クライオスタット
３内で気化したヘリウムガスの冷熱を侵入熱対策に利用
しようとする場合には、第１のガス回収管路２１におけ
る開閉弁２２を開放する一方、第２のガス回収管路２３
における開閉弁２５を閉じた運転状態とする。この状態
では、クライオスタット３内の液面４Ａで気化したヘリ
ウムガスは、液面上空間１５の上端まで導かれ、その位
置から再凝縮装置２６の側の負圧により第１のガス回収
管路２１を介して再凝縮装置２６に導かれる。この場合
は、液面４Ａで気化した低温のヘリウムガスは、液面上
空間１５の上端まで導かれる間に、蓋体１４の側からの
外部からの侵入熱を奪うことに寄与し、その間にヘリウ
ムガスは常温もしくは常温に近い温度まで温度上昇す
る。したがって第１のガス回収管路２１を経て再凝縮装
置２６に導入されるヘリウムガスも、常温もしくは常温
に近い温度となっているから、そのヘリウムガスを再凝
縮させて液体ヘリウムとするためには、かなりの冷熱エ
ネルギを必要とする。なおこの場合における再凝縮装置
２６の動作は、既に述べた図５に示される装置の場合と
同様である。そして液化した液体ヘリウムは液溜め部４
２から補給管路４６を経てクライオスタット３内に戻さ
れる。

【００３４】一方、クライオスタット３内で気化したヘ
リウムガスの冷熱をクライオスタットの侵入熱対策に積
極的に利用する必要がない場合には、第１のガス回収管
路２１の開閉弁２２を閉じ、第２のガス回収管路２３の
開閉弁２５を開放した運転状態とする。この状態では、
クライオスタット３内の液面４Ａで気化した低温のヘリ
ウムガスは、直ちに液面近くの位置から第２のガス回収
管路２３を介して再凝縮装置２６に導かれる。この場合
は、ヘリウムガスは暖められることなく低温のまま再凝
縮装置２６の側の負圧によって再凝縮装置２６に導入さ
れるから、少ない冷熱エネルギで効率良く再凝縮させる
ことができ、したがって第１熱交換器３２や第２熱交換
器３４を経ずに、直接再凝縮用熱交換器３８に導入し
て、補助冷凍機３６は動作させずに再凝縮用冷凍機４０
のみを動作させることにより容易に再凝縮させることが
できる。なお再凝縮用熱交換器３８によって再凝縮され
た液体ヘリウムは、図５の装置の場合と同様に液溜め部
４２に溜まり、さらに補給管路４６を介してクライオス
タット３内へ戻される。

【００３５】なお、第２のガス回収管路２３は、補給管
路４６に沿って設けられているため、その第２のガス回
収管路を流れる低温のヘリウムガスによって、補給管路
４６を流れる液体ヘリウムの温度上昇を防止し、液体ヘ
リウム蒸発量を少なくすることができる。

【００３６】なおまた、図１では第１のガス回収管路２
１からヘリウムガスを回収する運転状態と、第２のガス
回収管路２３からヘリウムガスを回収する運転状態との
いずれの場合も、同じクライオスタット３を用いている
ように示しているが、実際には前述の如くクライオスタ
ットの形状や構造等に応じて運転状態を選択することは
もちろんである。

【００３７】図４にはこの発明の第２の実施例を示す。
この第２の実施例は、図１に示される第１の実施例の構
成を簡略化したものであり、ヘリウムガスの再凝縮能力
は第１の実施例の場合よりも低いが、小型のクライオス
タットには充分に適用可能である。なお図４の実施例に
おいて、図１に示される第１の実施例あるいは図５に示
される従来例と同一の要素については同一の符号を付
し、その説明は省略する。

【００３８】図４において、再凝縮装置２６は、第１熱
交換器３２、第２熱交換器３４、再凝縮用熱交換３８の
すべてが一基の冷凍機６０によって駆動されるようにな
っている。すなわち冷凍機６０からの各温度段階の冷媒
がそれぞれ第１熱交換器３２、第２熱交換器３４、再凝
縮用熱交換器３８に与えられるようになっている。そし
て第２のガス回収管路２３の開閉弁２５を閉じた状態で
第１のガス回収管路２１の開閉弁２２を開放して、常温
もしくは常温に近い温度のヘリウムガスを再凝縮装置２
６に導入した場合、そのヘリウムガスは先ず第１熱交換
器３２に与えられ、次いで第２熱交換器３４を経て再凝
縮用熱交換器３８において最終的に凝縮・液化される。
一方第１のガス回収管路２１の開閉弁２２を閉じるとと
もに第２のガス回収管路２３の開閉弁２５を開放して、
低温のヘリウムガスを再凝縮装置２６に導入した場合に
は、その低温のヘリウムガスは再凝縮用熱交換器３８に
直接与えられ、その再凝縮用熱交換器３８において凝縮
・液化される。

【００３９】なお図４に示される第２の実施例の場合
も、第２のガス回収管路２３を補給管路４６に沿わせた
部分の構造としては、図２に示される平行配列構造、図
３に示される同軸状配列構造のいずれを適用しても良い
ことはもちろんである。

【００４０】

【発明の効果】この発明の液体ヘリウムの回収・再凝縮
補給装置によれば、クライオスタット内で気化したヘリ
ウムガスを再凝縮装置へ導いて再凝縮させ、液体ヘリウ
ムとしてクライオスタット内へ補給するにあたり、使用
するクライオスタットの形状や構造、用途などに応じ
て、クライオスタット内の液面上空間の上端からヘリウ
ムガスを導出する運転状態と、液面上空間の下部からヘ
リウムガスを導出する運転状態とに切替えることがで
き、そのためトータル的に経済性や効率を高めることが
できる。すなわち、クライオスタット内で気化したヘリ
ウムガスの冷熱によりクライオスタット外部からの侵入
熱を奪って、クライオスタット内の液体ヘリウムの蒸発
量を少なくしようとする場合には、液面上空間の上端か
らヘリウムガスを導出する運転状態とし、一方外部侵入
熱に対してクライオスタット内で気化したヘリウムガス
の冷熱を利用する必要がない場合においては、液面上空
間の下部から蒸発したばかりの低温のヘリウムガスを導
出する運転状態として、再凝縮装置における再凝縮・液
化効率を高めて、再凝縮装置の経済性を高めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例の液体ヘリウム回収・
再凝縮補給装置をクライオスタットとともに示す略解図
である。

【図２】図１の装置における第２のガス回収管路および
補給管路の部分の一例を拡大して示す斜視断面図であ
る。

【図３】図１の装置における第２のガス回収管路および
補給管路の部分の他の例を拡大して示す斜視断面図であ
る。

【図４】この発明の第２の実施例の液体ヘリウム回収・
再凝縮補給装置をクライオスタットとともに示す略解図
である。

【図５】従来の液体ヘリウム補給装置の一例をクライオ
スタットとともに示す略解図である。

【図６】クライオスタットの他の例を示す略解図であ
る。

【符号の説明】

３ クライオスタット ４ 液体ヘリウム ４Ａ 液面 １５ 液面上空間 ２１ 第１のガス回収管路 ２３ 第２のガス回収管路 ２６ 再凝縮装置 ３８ 再凝縮用熱交換器 ４０ 再凝縮用冷凍機 ４６ 補給管路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−327171（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−243712（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−140275（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 9/00 F25D 3/10

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体ヘリウムを収容したクライオスタッ
   ト内から、気化したヘリウムガスを回収して再凝縮さ
   せ、得られた液体ヘリウムをクライオスタットへ補給す
   るための液体ヘリウム回収・再凝縮補給装置において、 ヘリウムガスを冷却して凝縮させるための凝縮装置と、
   クライオスタット内で気化したヘリウムガスをクライオ
   スタットから前記凝縮装置へ導くための第１のガス回収
   管路および第２のガス回収管路と、前記凝縮装置で凝縮
   された液体ヘリウムをクライオスタットへ導くための補
   給管路とを有し、 前記第１のガス回収管路は、クライオスタット内の液体
   ヘリウム液面上の空間の上端からヘリウムガスを導出す
   るように構成され、また第２のガス回収管路はクライオ
   スタット内の液体ヘリウム液面上の空間の下部からヘリ
   ウムガスを導出するように構成され、しかもこれらの第
   １のガス回収管路および第２のガス回収管路には、いず
   れの管路からヘリウムガスを前記凝縮装置へ導入するか
   を選択するための選択手段が設けられていることを特徴
   とする、液体ヘリウムの回収・再凝縮補給装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の液体ヘリウムの回収・
   再凝縮補給装置において、 前記再凝縮装置は、冷凍機と熱交換器とを備えており、
   その冷凍機内の冷媒と前記第１のガス回収管路もしくは
   第２のガス回収管路からのヘリウムガスとを熱交換する
   ことによりそのヘリウムガスを冷却および凝縮させるよ
   うに構成され、さらに凝縮装置内には、凝縮されて得ら
   れた液体ヘリウムを受ける液溜め部が設けられており、
   その液溜め部の底部に補給管路の一端が連結され、その
   補給管路の他端側は前記クライオスタット内に挿入さ
   れ、また前記液溜め部は、その底部が前記クライオスタ
   ット内の液体ヘリウムの液面よりも上方に位置するよう
   に配設され、さらに前記補給管路は、その最も高い位置
   の部分でも前記液溜め部の底部よりも下方に位置するよ
   うに設定されていることを特徴とする、液体ヘリウムの
   回収・再凝縮補給装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の液体ヘリウムの回収・
   再凝縮補給装置において、 前記第２のガス回収管路が、前記補給管路の外周上を取
   囲むように設けられていることを特徴とする、液体ヘリ
   ウムの回収・再凝縮補給装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の液体ヘリウムの回収・
   再凝縮補給装置において、 前記第２のガス回収管路が、前記補給管路に平行に沿わ
   されていることを特徴とする、液体ヘリウムの回収・再
   凝縮補給装置。