JP3530040B2 - 多重循環式液体ヘリウム再凝縮装置および方法 - Google Patents
多重循環式液体ヘリウム再凝縮装置および方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多重循環式液体ヘ
リウム再凝縮装置および方法に関するものであり、具体
的には、脳磁気計測システム内で使用する脳磁計を極低
温に維持するための液体ヘリウム貯留槽において、同槽
から気化したヘリウムガスを再び液体ヘリウム貯留槽に
循環利用できる多重循環式液体ヘリウム再凝縮装置およ
び方法に関するものである。また、この多重循環式液体
ヘリウム再凝縮装置および方法は前記脳磁気計測システ
ム以外にも心磁図やＭＲＩを測定する装置等に利用可能
である。
リウム再凝縮装置および方法に関するものであり、具体
的には、脳磁気計測システム内で使用する脳磁計を極低
温に維持するための液体ヘリウム貯留槽において、同槽
から気化したヘリウムガスを再び液体ヘリウム貯留槽に
循環利用できる多重循環式液体ヘリウム再凝縮装置およ
び方法に関するものである。また、この多重循環式液体
ヘリウム再凝縮装置および方法は前記脳磁気計測システ
ム以外にも心磁図やＭＲＩを測定する装置等に利用可能
である。
【０００２】
【従来の技術】人間の脳から発生する磁界を検出する脳
磁気計測システムの開発が進められている。このシステ
ムでは脳の活動を高時空間分解能で非侵襲的に計測でき
るＳＱＵＩＤ（超電導量子干渉素子）が利用されてお
り、このＳＱＵＩＤは断熱された槽内に貯留されている
液体ヘリウムに侵漬され、冷却された状態で用いられ
る。
磁気計測システムの開発が進められている。このシステ
ムでは脳の活動を高時空間分解能で非侵襲的に計測でき
るＳＱＵＩＤ（超電導量子干渉素子）が利用されてお
り、このＳＱＵＩＤは断熱された槽内に貯留されている
液体ヘリウムに侵漬され、冷却された状態で用いられ
る。
【０００３】上記システムに使用している従来からの液
体ヘリウム貯留槽では、同槽から蒸発したヘリウムガス
はほとんどの場合大気に開放している。しかしこの方式
では１リットル当たり１２００円以上する高価なヘリウ
ムを多量に無駄に消費するため経済的に極めて不利であ
る。また小さなシステムではガスバッグ等に回収し再液
化を行ったりしているがこのための作業が面倒でありさ
らに高価な液体ヘリウムを完全に回収することが不可能
である。いずれの方式でも液体ヘリウム貯留槽で減少し
た分の液体ヘリウムを液体ヘリウムボンベから補う必要
があるが、液体ヘリウムを補充するための作業は極めて
煩雑で業者に依頼する場合にはコストも嵩む等の問題が
ある。
体ヘリウム貯留槽では、同槽から蒸発したヘリウムガス
はほとんどの場合大気に開放している。しかしこの方式
では１リットル当たり１２００円以上する高価なヘリウ
ムを多量に無駄に消費するため経済的に極めて不利であ
る。また小さなシステムではガスバッグ等に回収し再液
化を行ったりしているがこのための作業が面倒でありさ
らに高価な液体ヘリウムを完全に回収することが不可能
である。いずれの方式でも液体ヘリウム貯留槽で減少し
た分の液体ヘリウムを液体ヘリウムボンベから補う必要
があるが、液体ヘリウムを補充するための作業は極めて
煩雑で業者に依頼する場合にはコストも嵩む等の問題が
ある。
【０００４】上記背景から最近では、液体ヘリウム貯留
槽で気化したヘリウムガスを全量回収し再凝縮して液化
し、再び液体ヘリウム貯留槽内に戻す液体ヘリウム再循
環システムの開発が進められている。こうした液体ヘリ
ウム再循環システムの一例の概略構成を図２を参照して
簡単に説明すると、図中１０１は脳磁計を収容している
液体ヘリウム貯留槽、１０２は貯留槽１０１内で気化し
たヘリウムガスを回収するドライポンプ、１０３はヘリ
ウムガス内に混入している水分を除去する乾燥器、１０
４は流量調整弁、１０５は精製器、１０６は補助冷凍
機、１０７は同補助冷凍機１０６の第１熱交換器、１０
８は再凝縮冷凍機、１０９は再凝縮冷凍機１０８の再凝
縮熱交換器であり、液体ヘリウム貯留槽１０１で気化し
昇温した約３００Ｋのヘリウムガスはドライポンプ１０
２で吸引され、乾燥器１０３、精製器１０５を経て補助
冷凍機１０６で約４０Ｋの極低温ヘリウムガスに冷却さ
れ、さらに再凝縮冷凍機１０８の再凝縮熱交換器１０９
で４Ｋの液体ヘリウムに液化され、ここからトランスフ
ァーライン１１０を経由して液体ヘリウム貯留槽に供給
される構成となっている。
槽で気化したヘリウムガスを全量回収し再凝縮して液化
し、再び液体ヘリウム貯留槽内に戻す液体ヘリウム再循
環システムの開発が進められている。こうした液体ヘリ
ウム再循環システムの一例の概略構成を図２を参照して
簡単に説明すると、図中１０１は脳磁計を収容している
液体ヘリウム貯留槽、１０２は貯留槽１０１内で気化し
たヘリウムガスを回収するドライポンプ、１０３はヘリ
ウムガス内に混入している水分を除去する乾燥器、１０
４は流量調整弁、１０５は精製器、１０６は補助冷凍
機、１０７は同補助冷凍機１０６の第１熱交換器、１０
８は再凝縮冷凍機、１０９は再凝縮冷凍機１０８の再凝
縮熱交換器であり、液体ヘリウム貯留槽１０１で気化し
昇温した約３００Ｋのヘリウムガスはドライポンプ１０
２で吸引され、乾燥器１０３、精製器１０５を経て補助
冷凍機１０６で約４０Ｋの極低温ヘリウムガスに冷却さ
れ、さらに再凝縮冷凍機１０８の再凝縮熱交換器１０９
で４Ｋの液体ヘリウムに液化され、ここからトランスフ
ァーライン１１０を経由して液体ヘリウム貯留槽に供給
される構成となっている。
【０００５】この液体ヘリウム再循環システムは基本的
に、液体ヘリウム貯留槽内で蒸発したヘリウムガスを全
量回収し再利用する方式であるため、従来のように大気
開放したり、あるいはガスバッグ等に回収して再液化を
行う方法に比較して、ヘリウムの使用量が非常に少な
く、極めて経済的、かつ、効率的であり、最近では積極
的にその実用化が進められている。また、不足分の液体
ヘリウムを充填する作業もほとんど必要ないため装置の
維持管理の面で取扱いが容易である。
に、液体ヘリウム貯留槽内で蒸発したヘリウムガスを全
量回収し再利用する方式であるため、従来のように大気
開放したり、あるいはガスバッグ等に回収して再液化を
行う方法に比較して、ヘリウムの使用量が非常に少な
く、極めて経済的、かつ、効率的であり、最近では積極
的にその実用化が進められている。また、不足分の液体
ヘリウムを充填する作業もほとんど必要ないため装置の
維持管理の面で取扱いが容易である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
再循環システムでは次のような改善すべき問題点があ
る。即ち、液体ヘリウムはＳＱＵＩＤなどを冷却するた
めには不可欠であるが、ヘリウムガスを液体ヘリウムに
するためには、冷凍機を作動するための非常に大きな電
気エネルギーが必要となる、また、冷凍機用の圧縮ポン
プを冷却するために大量の水が必要となる、冷凍機で液
化した液体ヘリウムをトランスファーラインを経由して
液体ヘリウム貯留槽に循環する際に、液体ヘリウムを高
温部と完全に隔離することが難しく液体ヘリウムが、移
送途中で気化する割合が高くなり移送効率が悪くなる、
など全体として装置の維持管理に莫大な運転コストが必
要となり、結果的に大気開放と同程度のコストがかかっ
ている。このためさらに経済効率に優れた新しい形態の
液体ヘリウム再循環システムの開発が必要とされてい
る。
再循環システムでは次のような改善すべき問題点があ
る。即ち、液体ヘリウムはＳＱＵＩＤなどを冷却するた
めには不可欠であるが、ヘリウムガスを液体ヘリウムに
するためには、冷凍機を作動するための非常に大きな電
気エネルギーが必要となる、また、冷凍機用の圧縮ポン
プを冷却するために大量の水が必要となる、冷凍機で液
化した液体ヘリウムをトランスファーラインを経由して
液体ヘリウム貯留槽に循環する際に、液体ヘリウムを高
温部と完全に隔離することが難しく液体ヘリウムが、移
送途中で気化する割合が高くなり移送効率が悪くなる、
など全体として装置の維持管理に莫大な運転コストが必
要となり、結果的に大気開放と同程度のコストがかかっ
ている。このためさらに経済効率に優れた新しい形態の
液体ヘリウム再循環システムの開発が必要とされてい
る。
【０００７】上記のような背景のもと、本発明者らは、
液体ヘリウム貯留槽内における液体ヘリウムの冷却効果
について研究してきた結果、液体ヘリウムは４Ｋの液化
状態から約４Ｋのガス状態に状態変化する際に必要とす
る熱量（気化熱）よりも、約４Ｋのガスから約３００Ｋ
のガスに昇温するまでに必要とする熱量（顕熱）の方が
遙かに大きいことを見いだした。同時に高温ヘリウムガ
スを低温ヘリウムガスに冷却するのは、それほどエネル
ギーを必要としないが、低温ヘリウムガスを液体ヘリウ
ムに液化する際には大きなエネルギーを必要とすること
を確認した。即ち、従来の再循環システムでは、蒸発し
た液体ヘリウムを全量、液体ヘリウムにして機器を低温
に保持していたため、冷却効率、エネルギー効率が悪い
ということを見いだした。
液体ヘリウム貯留槽内における液体ヘリウムの冷却効果
について研究してきた結果、液体ヘリウムは４Ｋの液化
状態から約４Ｋのガス状態に状態変化する際に必要とす
る熱量（気化熱）よりも、約４Ｋのガスから約３００Ｋ
のガスに昇温するまでに必要とする熱量（顕熱）の方が
遙かに大きいことを見いだした。同時に高温ヘリウムガ
スを低温ヘリウムガスに冷却するのは、それほどエネル
ギーを必要としないが、低温ヘリウムガスを液体ヘリウ
ムに液化する際には大きなエネルギーを必要とすること
を確認した。即ち、従来の再循環システムでは、蒸発し
た液体ヘリウムを全量、液体ヘリウムにして機器を低温
に保持していたため、冷却効率、エネルギー効率が悪い
ということを見いだした。
【０００８】本発明は上記知見に基づいてなされたもの
であり、ヘリウムを循環する際に、回収した大部分のヘ
リウムガスを約４０Ｋまで冷却して液体ヘリウム貯留槽
に還流するとともに、残りのヘリウムガスを槽内で蒸発
し減量した液体ヘリウムを補うために４Ｋの液体ヘリウ
ムにして液体ヘリウム貯留槽に還流することによって、
ヘリウムの補充が不要であり、かつ、ヘリウムガスを冷
却するエネルギを大幅に低減し従来装置と遜色のない冷
却効率を維持可能な新しい液体ヘリウム再循環システム
を提供し、上記従来の再循環システムのもつ問題点を解
決することを目的とする。
であり、ヘリウムを循環する際に、回収した大部分のヘ
リウムガスを約４０Ｋまで冷却して液体ヘリウム貯留槽
に還流するとともに、残りのヘリウムガスを槽内で蒸発
し減量した液体ヘリウムを補うために４Ｋの液体ヘリウ
ムにして液体ヘリウム貯留槽に還流することによって、
ヘリウムの補充が不要であり、かつ、ヘリウムガスを冷
却するエネルギを大幅に低減し従来装置と遜色のない冷
却効率を維持可能な新しい液体ヘリウム再循環システム
を提供し、上記従来の再循環システムのもつ問題点を解
決することを目的とする。
【０００９】この方法は、液体ヘリウム貯留槽で約３０
０Ｋにまで昇温したヘリウムガスを回収し、回収ヘリウ
ムガスの大部分を冷凍機の第１段目の冷凍サイクルを利
用して約４０Ｋにまで冷却して、液体ヘリウム貯留槽に
還流する。そして、残りの少量のヘリウムガスを冷凍機
の第２段目の冷凍サイクルを利用して液体ヘリウムと
し、液体ヘリウム貯留槽に還流し、同槽内で蒸発して減
量した液体ヘリウムを補充できるようにする。この場
合、液体ヘリウム貯留槽内では冷却ヘリウムガスの顕熱
によって大量の熱を奪うことが可能なため、蒸発する液
体ヘリウムは極めて少量に押さえることが可能である。
０Ｋにまで昇温したヘリウムガスを回収し、回収ヘリウ
ムガスの大部分を冷凍機の第１段目の冷凍サイクルを利
用して約４０Ｋにまで冷却して、液体ヘリウム貯留槽に
還流する。そして、残りの少量のヘリウムガスを冷凍機
の第２段目の冷凍サイクルを利用して液体ヘリウムと
し、液体ヘリウム貯留槽に還流し、同槽内で蒸発して減
量した液体ヘリウムを補充できるようにする。この場
合、液体ヘリウム貯留槽内では冷却ヘリウムガスの顕熱
によって大量の熱を奪うことが可能なため、蒸発する液
体ヘリウムは極めて少量に押さえることが可能である。
【００１０】この方法によれば、約４０Ｋのヘリウムガ
スが約３００Ｋにまで昇温する間に必要とする大量の熱
量を液体ヘリウム貯留槽を冷却するために有効利用でき
るため、液体ヘリウム貯留槽を従来の装置と遜色なく効
率的に冷却することができる。さらに約３００Ｋのヘリ
ウムガスから約４０Ｋのヘリウムガスにまで冷却するエ
ネルギーは、約４０Ｋのヘリウムガスから４Ｋの液体ヘ
リウムとするまでに必要とするエネルギーに比較して格
段に少なくてすむため、従来のように回収したヘリウム
ガスを全量液化する従来の方法に比較してヘリウムガス
を液化するための冷凍機運転等に必要なエネルギーを従
来の１／１０程度にまで押さえることができ、極めて経
済的である。また、液体ヘリウム貯留槽で蒸発によって
減少する液体ヘリウムは少量であるため、冷凍機の第２
段目の冷凍サイクルで液化して補充する液体ヘリウムは
ごく少量とすることができる。さらに冷凍機で液化され
た液体ヘリウムは、前記冷凍機で冷却されたヘリウムガ
スによって高温部と接触することを無くした状態で移送
されるようにすると、移送中に液体ヘリウムが気化する
ことを防止できる。
スが約３００Ｋにまで昇温する間に必要とする大量の熱
量を液体ヘリウム貯留槽を冷却するために有効利用でき
るため、液体ヘリウム貯留槽を従来の装置と遜色なく効
率的に冷却することができる。さらに約３００Ｋのヘリ
ウムガスから約４０Ｋのヘリウムガスにまで冷却するエ
ネルギーは、約４０Ｋのヘリウムガスから４Ｋの液体ヘ
リウムとするまでに必要とするエネルギーに比較して格
段に少なくてすむため、従来のように回収したヘリウム
ガスを全量液化する従来の方法に比較してヘリウムガス
を液化するための冷凍機運転等に必要なエネルギーを従
来の１／１０程度にまで押さえることができ、極めて経
済的である。また、液体ヘリウム貯留槽で蒸発によって
減少する液体ヘリウムは少量であるため、冷凍機の第２
段目の冷凍サイクルで液化して補充する液体ヘリウムは
ごく少量とすることができる。さらに冷凍機で液化され
た液体ヘリウムは、前記冷凍機で冷却されたヘリウムガ
スによって高温部と接触することを無くした状態で移送
されるようにすると、移送中に液体ヘリウムが気化する
ことを防止できる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】このため、本発明が採用
した課題解決手段は、液体ヘリウム貯留槽と、該貯留槽
で気化した高温ヘリウムガスを回収するラインと、同ラ
インから供給された高温ヘリウムガスを極低温のヘリウ
ムガスにまで冷却する第１段目の冷凍サイクルと、同ラ
インから供給された高温ヘリウムガスを液化する第２段
目の冷凍サイクルとを備え、前記第２段目の冷凍サイク
ルによって液化された液体ヘリウムを、前記第１段目で
極低温まで冷却されたヘリウムガスにより、高温部と接
触することの無いようにして、液化ヘリウム状態で液体
ヘリウム貯留槽に移送するようにしたことを特徴とする
多重循環式液体ヘリウム再凝縮装置である。また、前記
第２段目の冷凍サイクルで液化された液体ヘリウムは、
液体ヘリウム貯留槽内に配置した気液分離器に供給さ
れ、該気液分離器によって分離された液体ヘリウムが液
体ヘリウム貯留槽内に貯留されるようにし、貯留槽内の
熱バランスが安定化するようにしたことを特徴とする多
重循環式液体ヘリウム再凝縮装置である。また、液体ヘ
リウム貯留槽で気化した高温ヘリウムガスを回収し、回
収した高温ヘリウムガスの大部分を第１段目の冷凍サイ
クルによって極低温まで冷却されたヘリウムガスとして
前記液体ヘリウム貯留槽に供給するとともに、残りの高
温ヘリウムガスを第２段目の冷凍サイクルによって液化
し、この液体ヘリウムを流すパイプの周囲に前記冷却さ
れたヘリウムガスを流すことによって高温部に直接触れ
ないようにして前記液体ヘリウムを前記液体ヘリウム貯
留槽に供給するようにした多重循環式液体ヘリウム再凝
縮方法である。
した課題解決手段は、液体ヘリウム貯留槽と、該貯留槽
で気化した高温ヘリウムガスを回収するラインと、同ラ
インから供給された高温ヘリウムガスを極低温のヘリウ
ムガスにまで冷却する第１段目の冷凍サイクルと、同ラ
インから供給された高温ヘリウムガスを液化する第２段
目の冷凍サイクルとを備え、前記第２段目の冷凍サイク
ルによって液化された液体ヘリウムを、前記第１段目で
極低温まで冷却されたヘリウムガスにより、高温部と接
触することの無いようにして、液化ヘリウム状態で液体
ヘリウム貯留槽に移送するようにしたことを特徴とする
多重循環式液体ヘリウム再凝縮装置である。また、前記
第２段目の冷凍サイクルで液化された液体ヘリウムは、
液体ヘリウム貯留槽内に配置した気液分離器に供給さ
れ、該気液分離器によって分離された液体ヘリウムが液
体ヘリウム貯留槽内に貯留されるようにし、貯留槽内の
熱バランスが安定化するようにしたことを特徴とする多
重循環式液体ヘリウム再凝縮装置である。また、液体ヘ
リウム貯留槽で気化した高温ヘリウムガスを回収し、回
収した高温ヘリウムガスの大部分を第１段目の冷凍サイ
クルによって極低温まで冷却されたヘリウムガスとして
前記液体ヘリウム貯留槽に供給するとともに、残りの高
温ヘリウムガスを第２段目の冷凍サイクルによって液化
し、この液体ヘリウムを流すパイプの周囲に前記冷却さ
れたヘリウムガスを流すことによって高温部に直接触れ
ないようにして前記液体ヘリウムを前記液体ヘリウム貯
留槽に供給するようにした多重循環式液体ヘリウム再凝
縮方法である。
【００１２】削除
【００１３】削除
【００１４】削除
【００１５】以下図面を参照して本発明に係わる多重循
環式液体ヘリウム再凝縮装置を説明すると図１は同装置
の概略構成図である。図１において、１は磁気シールド
ルーム内に配置されＳＱＵＩＤを収容するための液体ヘ
リウム貯留槽、１ａは同槽内に配置した気液分離器、１
ｂは槽内の液体ヘリウムの液面を測定する液面計、１ｃ
は貯留槽１内からヘリウムガスを回収するための管、２
は気化したヘリウムガスを回収しヘリウムガス内の水分
を除去するためのドライポンプ、３はヘリウムガスを一
次的に溜めておくバッファーの機能を果たす中圧タン
ク、５は最近進歩の著しい４ＫＧＭ冷凍機、６は同冷凍
機の第１熱交換器、７は第２熱交換器、８はヘリウムコ
ンプレッサー、９は前記冷凍機からヘリウムガスまたは
液体ヘリウムを液体ヘリウム貯留槽１に供給するトラン
スファーライン、１０は緊急時にヘリウムガス不足を補
うことができるヘリウム補給用ボンベであり、各機器
は、図示のように矢印で流れ方向を示している流路で連
通されており、またトランスファーライン９の出口側端
部は液体ヘリウム貯留槽１への挿入管１１を介して気液
分離器１ａに接続されている。トランスファーラインは
液体ヘリウムを流すパイプの周囲を冷却されたヘリウム
ガスがながれ、このヘリウムガスによって液体ヘリウム
が高温部に触れず蒸発しにくいように構成されており、
また、前記装置内の流路中には、圧力計Ｐ、流量調整弁
４が図のように配置されている。
環式液体ヘリウム再凝縮装置を説明すると図１は同装置
の概略構成図である。図１において、１は磁気シールド
ルーム内に配置されＳＱＵＩＤを収容するための液体ヘ
リウム貯留槽、１ａは同槽内に配置した気液分離器、１
ｂは槽内の液体ヘリウムの液面を測定する液面計、１ｃ
は貯留槽１内からヘリウムガスを回収するための管、２
は気化したヘリウムガスを回収しヘリウムガス内の水分
を除去するためのドライポンプ、３はヘリウムガスを一
次的に溜めておくバッファーの機能を果たす中圧タン
ク、５は最近進歩の著しい４ＫＧＭ冷凍機、６は同冷凍
機の第１熱交換器、７は第２熱交換器、８はヘリウムコ
ンプレッサー、９は前記冷凍機からヘリウムガスまたは
液体ヘリウムを液体ヘリウム貯留槽１に供給するトラン
スファーライン、１０は緊急時にヘリウムガス不足を補
うことができるヘリウム補給用ボンベであり、各機器
は、図示のように矢印で流れ方向を示している流路で連
通されており、またトランスファーライン９の出口側端
部は液体ヘリウム貯留槽１への挿入管１１を介して気液
分離器１ａに接続されている。トランスファーラインは
液体ヘリウムを流すパイプの周囲を冷却されたヘリウム
ガスがながれ、このヘリウムガスによって液体ヘリウム
が高温部に触れず蒸発しにくいように構成されており、
また、前記装置内の流路中には、圧力計Ｐ、流量調整弁
４が図のように配置されている。
【００１６】以上のように構成された多重循環式液体ヘ
リウム再凝縮装置の作動を説明する。液体ヘリウム貯留
槽内に貯留された液体ヘリウムは同槽内で、約４Ｋの液
体からガス化され、さらに、約３００Ｋの常温状態にな
るまで昇温しながら顕熱により同槽の冷却作用を行う。
リウム再凝縮装置の作動を説明する。液体ヘリウム貯留
槽内に貯留された液体ヘリウムは同槽内で、約４Ｋの液
体からガス化され、さらに、約３００Ｋの常温状態にな
るまで昇温しながら顕熱により同槽の冷却作用を行う。
【００１７】昇温したヘリウムガスは、ヘリウムガス回
収管１ｃを介してドライポンプ２で吸引され、さらに中
圧タンク３を経由して小型冷凍機の第１熱交換器に送ら
れる。この時、流量調整弁の開度を調整しながらヘリウ
ムガスの大部分を第１熱交換器によって約４０Ｋまで冷
却し、冷却したヘリウムガスをトランスファーライン内
の流路を通して液体ヘリウム貯留槽内に供給する。な
お、何らかの非常事態により装置内のヘリウムガスが不
足した場合には、必要に応じてヘリウムガスを補給用ボ
ンベ１０から補給することができる。
収管１ｃを介してドライポンプ２で吸引され、さらに中
圧タンク３を経由して小型冷凍機の第１熱交換器に送ら
れる。この時、流量調整弁の開度を調整しながらヘリウ
ムガスの大部分を第１熱交換器によって約４０Ｋまで冷
却し、冷却したヘリウムガスをトランスファーライン内
の流路を通して液体ヘリウム貯留槽内に供給する。な
お、何らかの非常事態により装置内のヘリウムガスが不
足した場合には、必要に応じてヘリウムガスを補給用ボ
ンベ１０から補給することができる。
【００１８】また、残りのヘリウムガスは小型冷凍機の
第１熱交換器６、第２熱交換器７を経て液化され、液体
ヘリウムはトランスファーライン内の流路を通って液体
ヘリウム貯留槽１内の気液分離器１ａを介して液体ヘリ
ウム貯留槽１に供給される。こうして同槽内で蒸発によ
って減少した分の液体ヘリウムは冷凍機で液化された液
体ヘリウムによって常時補われる。また、トランスファ
ーライン内では液体ヘリウムが同ライン内を通る冷却ヘ
リウムガスで高温部から保護されながら移送されるた
め、液体ヘリウムの気化を極力押さえることができる。
液体ヘリウム貯留槽に送られた約４０Ｋの冷却ヘリウム
ガスは同槽内で約３００Ｋに昇温する間、顕熱により効
率的に液体ヘリウム貯留槽を冷却する。また、貯留槽の
下部は液体ヘリウムの気化により常に約４Ｋに保持さ
れ、液体ヘリウム蒸発量が押さえられる。
第１熱交換器６、第２熱交換器７を経て液化され、液体
ヘリウムはトランスファーライン内の流路を通って液体
ヘリウム貯留槽１内の気液分離器１ａを介して液体ヘリ
ウム貯留槽１に供給される。こうして同槽内で蒸発によ
って減少した分の液体ヘリウムは冷凍機で液化された液
体ヘリウムによって常時補われる。また、トランスファ
ーライン内では液体ヘリウムが同ライン内を通る冷却ヘ
リウムガスで高温部から保護されながら移送されるた
め、液体ヘリウムの気化を極力押さえることができる。
液体ヘリウム貯留槽に送られた約４０Ｋの冷却ヘリウム
ガスは同槽内で約３００Ｋに昇温する間、顕熱により効
率的に液体ヘリウム貯留槽を冷却する。また、貯留槽の
下部は液体ヘリウムの気化により常に約４Ｋに保持さ
れ、液体ヘリウム蒸発量が押さえられる。
【００１９】以上のように、上記多重循環式液体ヘリウ
ム再凝縮装置では、液体ヘリウム貯留槽で約３００Ｋに
まで昇温したヘリウムガスを回収し、回収ヘリウムガス
の大部分を冷凍機の第１段目の冷凍サイクルを利用して
約４０Ｋにまで冷却して液体ヘリウム貯留槽に還流し、
残りの少量のヘリウムガスを冷凍機の第２段目の冷凍サ
イクルを利用して液体ヘリウムにし液体ヘリウム貯留槽
に還流する構成を採用しているため、約４０Ｋのヘリウ
ムガスが約３００Ｋにまで昇温して行く間に奪う大量の
熱量を液体ヘリウム貯留槽の冷却用として有効に活用で
き、貯留槽下部は液体ヘリウムによって約４Ｋに保たれ
るため冷却効果としては従来の装置と遜色のない装置と
することができる。
ム再凝縮装置では、液体ヘリウム貯留槽で約３００Ｋに
まで昇温したヘリウムガスを回収し、回収ヘリウムガス
の大部分を冷凍機の第１段目の冷凍サイクルを利用して
約４０Ｋにまで冷却して液体ヘリウム貯留槽に還流し、
残りの少量のヘリウムガスを冷凍機の第２段目の冷凍サ
イクルを利用して液体ヘリウムにし液体ヘリウム貯留槽
に還流する構成を採用しているため、約４０Ｋのヘリウ
ムガスが約３００Ｋにまで昇温して行く間に奪う大量の
熱量を液体ヘリウム貯留槽の冷却用として有効に活用で
き、貯留槽下部は液体ヘリウムによって約４Ｋに保たれ
るため冷却効果としては従来の装置と遜色のない装置と
することができる。
【００２０】また本発明では、液体ヘリウム貯留槽で蒸
発によって減少した液体ヘリウムは冷凍機の第２段目の
冷凍サイクルで液化したヘリウムを還流して使用するた
め、液体ヘリウムボンベから液体ヘリウムを補充する作
業が不要となる。さらに冷凍機で液化された液体ヘリウ
ムは、前記冷凍機で冷却されたヘリウムガスによって高
温部と接触することを無くした状態で移送されるため、
移送中に液体ヘリウムが気化する量を大幅に低減でき
る。 また、約４０Ｋのヘリウムガスを４Ｋの液体ヘリ
ウムに凝縮するまでに必要とするエネルギーは莫大であ
るが、液体ヘリウムの生成量が少ないため、液化するた
めのエネルギーを少なく押さえることができ、小型の冷
凍機を使用することができる。
発によって減少した液体ヘリウムは冷凍機の第２段目の
冷凍サイクルで液化したヘリウムを還流して使用するた
め、液体ヘリウムボンベから液体ヘリウムを補充する作
業が不要となる。さらに冷凍機で液化された液体ヘリウ
ムは、前記冷凍機で冷却されたヘリウムガスによって高
温部と接触することを無くした状態で移送されるため、
移送中に液体ヘリウムが気化する量を大幅に低減でき
る。 また、約４０Ｋのヘリウムガスを４Ｋの液体ヘリ
ウムに凝縮するまでに必要とするエネルギーは莫大であ
るが、液体ヘリウムの生成量が少ないため、液化するた
めのエネルギーを少なく押さえることができ、小型の冷
凍機を使用することができる。
【００２１】なお、上記実施形態中で説明した小型冷凍
器に代えて他の冷凍機を使用することができることは当
然であり、また、本システムで液体ヘリウムを補うため
の流量調整弁等の制御は液体ヘリウム貯留槽内に配置し
た液面計等のセンサからの情報により図示せぬ制御機器
によって制御することができる。また、装置内に使用す
る機器の材質等は適宜最適なものを選択して使用するこ
とができる。さらに、トランスファーラインは液体ヘリ
ウムを流すパイプの周囲に冷却されたヘリウムガスが流
れ、液体ヘリウムが高温部と触れぬようにして気化を極
力防止できる構成のものであればどの様な形態のもので
も使用することができる。上記例では液体ヘリウム、冷
却ヘリウムガスを生成するために一台の小型冷凍器を使
用しているが、パワーの小さい冷凍機を機能別に複数使
用することも可能である。さらに、上記実施形態では冷
凍機において冷却するヘリウムガスの温度は約４０Ｋと
しているが、この温度に限ることはなく目的に応じて種
々の温度のヘリウムガスを使用することができる。本発
明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく、
他のいかなる形でも実施できる。そのため、前述の実施
形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず限定的に解釈し
てはならない。
器に代えて他の冷凍機を使用することができることは当
然であり、また、本システムで液体ヘリウムを補うため
の流量調整弁等の制御は液体ヘリウム貯留槽内に配置し
た液面計等のセンサからの情報により図示せぬ制御機器
によって制御することができる。また、装置内に使用す
る機器の材質等は適宜最適なものを選択して使用するこ
とができる。さらに、トランスファーラインは液体ヘリ
ウムを流すパイプの周囲に冷却されたヘリウムガスが流
れ、液体ヘリウムが高温部と触れぬようにして気化を極
力防止できる構成のものであればどの様な形態のもので
も使用することができる。上記例では液体ヘリウム、冷
却ヘリウムガスを生成するために一台の小型冷凍器を使
用しているが、パワーの小さい冷凍機を機能別に複数使
用することも可能である。さらに、上記実施形態では冷
凍機において冷却するヘリウムガスの温度は約４０Ｋと
しているが、この温度に限ることはなく目的に応じて種
々の温度のヘリウムガスを使用することができる。本発
明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく、
他のいかなる形でも実施できる。そのため、前述の実施
形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず限定的に解釈し
てはならない。
【００２２】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、約４０Ｋのヘリウムガスが約３００Ｋにまで昇温す
る間に必要とする大量の顕熱を液体ヘリウム貯留槽を冷
却するために有効利用できるため、従来装置のようにヘ
リウムガスを全量液体ヘリウムにする必要がなくなり、
従来システムに比較して多大なエネルギー、費用を節約
できる。液体ヘリウム貯留槽内で蒸発し減少する液体ヘ
リウムは少量であり、装置内の小型冷凍機によって液化
した液体ヘリウムで充分に補うことができ、液化するた
めのエネルギーが極めて少ない。また、ヘリウムを完全
回収して再利用できるため、煩雑なヘリウムガスの補充
作業を不要にできるとともに液体ヘリウムに掛かる費用
を大幅に低減できる。冷凍機で液化された液体ヘリウム
は、前記冷凍機で冷却されたヘリウムガスによって高温
部と接触することを無くした状態で移送されるようにし
てあるため移送中に液体ヘリウムが気化することを防止
でき、安定した状態で液体ヘリウムを槽内に還流するこ
とができる。等の優れた効果を奏することができる。
ば、約４０Ｋのヘリウムガスが約３００Ｋにまで昇温す
る間に必要とする大量の顕熱を液体ヘリウム貯留槽を冷
却するために有効利用できるため、従来装置のようにヘ
リウムガスを全量液体ヘリウムにする必要がなくなり、
従来システムに比較して多大なエネルギー、費用を節約
できる。液体ヘリウム貯留槽内で蒸発し減少する液体ヘ
リウムは少量であり、装置内の小型冷凍機によって液化
した液体ヘリウムで充分に補うことができ、液化するた
めのエネルギーが極めて少ない。また、ヘリウムを完全
回収して再利用できるため、煩雑なヘリウムガスの補充
作業を不要にできるとともに液体ヘリウムに掛かる費用
を大幅に低減できる。冷凍機で液化された液体ヘリウム
は、前記冷凍機で冷却されたヘリウムガスによって高温
部と接触することを無くした状態で移送されるようにし
てあるため移送中に液体ヘリウムが気化することを防止
でき、安定した状態で液体ヘリウムを槽内に還流するこ
とができる。等の優れた効果を奏することができる。
【図１】本発明に係わる多重循環式液体ヘリウム再凝縮
装置の概略構成図である。
装置の概略構成図である。
【図２】従来の環式液体ヘリウム再凝縮装置の概略構成
図である。
図である。
１ 液体ヘリウム貯留槽
１ａ 気液分離器
１ｂ 液面計
１ｃ ヘリウムガス回収用の管
２ ドライポンプ
３ 中圧タンク
４ 流量調整弁
５ ４ＫＧＭ冷凍機
６ 冷凍機５の第１熱交換器
７ 同第２熱交換器
８ ヘリウムコンプレッサー
９ トランスファーライン
１０ ヘリウムガスボンベ
１１ 挿入管
Claims (3)
- 【請求項１】液体ヘリウム貯留槽と、該貯留槽で気化し
た高温ヘリウムガスを回収するラインと、同ラインから
供給された高温ヘリウムガスを極低温のヘリウムガスに
まで冷却する第１段目の冷凍サイクルと、同ラインから
供給された高温ヘリウムガスを液化する第２段目の冷凍
サイクルとを備え、前記第２段目の冷凍サイクルによっ
て液化された液体ヘリウムを、前記第１段目で極低温ま
で冷却されたヘリウムガスにより、高温部と接触するこ
との無いようにして、液化ヘリウム状態で液体ヘリウム
貯留槽に移送するようにしたことを特徴とする多重循環
式液体ヘリウム再凝縮装置。 - 【請求項２】前記第２段目の冷凍サイクルで液化された
液体ヘリウムは、液体ヘリウム貯留槽内に配置した気液
分離器に供給され、該気液分離器によって分離された液
体ヘリウムが液体ヘリウム貯留槽内に貯留されるように
し、貯留槽内の熱バランスが安定化するようにしたこと
を特徴とする請求項１に記載の多重循環式液体ヘリウム
再凝縮装置。 - 【請求項３】液体ヘリウム貯留槽で気化した高温ヘリウ
ムガスを回収し、回収した高温ヘリウムガスの大部分を
第１段目の冷凍サイクルによって極低温まで冷却された
ヘリウムガスとして前記液体ヘリウム貯留槽に供給する
とともに、残りの高温ヘリウムガスを第２段目の冷凍サ
イクルによって液化し、この液体ヘリウムを流すパイプ
の周囲に前記冷却されたヘリウムガスを流すことによっ
て高温部に直接触れないようにして前記液体ヘリウムを
前記液体ヘリウム貯留槽に供給するようにした多重循環
式液体ヘリウム再凝縮方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27529198A JP3530040B2 (ja) | 1998-09-29 | 1998-09-29 | 多重循環式液体ヘリウム再凝縮装置および方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27529198A JP3530040B2 (ja) | 1998-09-29 | 1998-09-29 | 多重循環式液体ヘリウム再凝縮装置および方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000105072A JP2000105072A (ja) | 2000-04-11 |
| JP3530040B2 true JP3530040B2 (ja) | 2004-05-24 |
Family
ID=17553393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27529198A Expired - Lifetime JP3530040B2 (ja) | 1998-09-29 | 1998-09-29 | 多重循環式液体ヘリウム再凝縮装置および方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3530040B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6438969B1 (en) * | 2001-07-12 | 2002-08-27 | General Electric Company | Cryogenic cooling refrigeration system for rotor having a high temperature super-conducting field winding and method |
| JP4145673B2 (ja) | 2003-02-03 | 2008-09-03 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 汚染物質排出機能を備えた循環式液体ヘリウム再液化装置、その装置からの汚染物質排出方法、その装置に使用する精製器およびトランスファーチューブ |
| DE10340352B4 (de) * | 2003-09-02 | 2005-10-20 | Bruker Biospin Ag Faellanden | Kryokopf mit mehreren Wärmetauschern für die Kühlung der HF-Spulen oder Resonatoren |
| WO2016035153A1 (ja) | 2014-09-03 | 2016-03-10 | 三菱電機株式会社 | 超電導マグネット |
| CN115682629B (zh) * | 2022-09-27 | 2024-04-19 | 华中科技大学 | 一种外挂式的小型氦液化器 |
-
1998
- 1998-09-29 JP JP27529198A patent/JP3530040B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000105072A (ja) | 2000-04-11 |
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