JP4145673B2 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は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および汚染物質排出方法に関するものであり、さらに具体的には、脳磁計等を液体ヘリウムを用いて極低温に維持するための装置において、装置内に配置した精製器に蓄積した汚染物質を気化しながら効率よく取り除くことができる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および同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に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
極めて多くの低温物性研究や超伝導素子を用いた計測器等の冷却に、液体ヘリウムは不可欠である。こうした機器において、現在ほとんどの場合、冷却のための液体ヘリウムは蒸発した後、大気に放出する形で利用されている。ところが液体ヘリウムは希少な資源であり、高価なため、蒸発したヘリウムガスを回収し再度液化して再利用したいという要求は極めて強いものがある。
このため、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、システム内でヘリウムガス内の汚染物質を除去した後、再凝縮して液化する再循環システムが研究されている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１０５０７２
【０００４】
ところで、前記従来型の循環システムでは、システム内の種々のシール箇所から、極微量の酸素や窒素等の汚染物質が少しずつヘリウムガス内に混入することを防ぐことができず、このためヘリウムガスを冷却する過程において、ガス内に混入している極微量の酸素や窒素等の汚染物質が装置内の種々の箇所で凍りつき、循環システムを閉塞しシステムが正常に運転できないという問題がでてきた。こうした問題を解決するために、本発明者等は、すでにヘリウムガス精製器を開発し、上記汚染物質を凝固して取り除くことに成功している。このヘリウムガス精製器は、システム運転中に汚染物質を精製器内で凝固し、精製器内に汚染物質が所定量蓄積されると、精製器に付設したヒータによって凝固した汚染物質を液化し、液化した汚染物質を適宜手段により精製器から系外に排出できる仕組みとなっている（特許文献２）。
【０００５】
【特許文献２】
特願２００２−１６４３０〔特許請求の範囲〕
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、システム内の配管系に侵入する汚染物質は、システムの密封性をいくら高めても極くわずかづつシステム内に侵入し、その凝固物は予測不能な部分で成長するため、単純に容積の大きなヘリウムガス精製器を作っても意外に早く閉塞が発生し、長期間の使用に耐えられないという問題が明らかとなってきた。 また汚染物質を液化して系外に排出するということは、精製器内で汚染物質を気化させることなく液化状態に維持しておく必要があるため、精製器に付設のヒータの温度管理が必要となり、その管理が面倒であり、さらに液化した汚染物質を精製器からわざわざ取り出すための作業が必要となってくる。
【０００７】
このような背景から、本発明者らは精製器のさらなる研究を進めた結果、精製器中で固化（凝固）した汚染物質を気化して系外に排出する新技術の開発に成功した。
本発明は、上記知見にもとづいてなされたものであり、液体ヘリウム貯留槽から気化したヘリウムガスを循環ポンプで汲み上げて精製器で精製し、再び液化した後、液体ヘリウム貯留槽に循環利用できる液体ヘリウム再液化システムにおいて、前記精製器にヒータを取り付け、汚染物質が所定量以上蓄積されると、ヒータによって精製器を加熱し、蓄積された汚染物質を気化し、気化した汚染物質を装置内のポンプを利用して大気に放出する長期間連続運転が可能な、循環式液体ヘリウム再液化装置およびその装置からの汚染物質排出方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また他の目的として、ヘリウムガス中に含まれる汚染物質を除去し、さらに汚染物質を気化して容易にシステム外部に排出することができる循環式液体ヘリウム再液化装置に使用する高熱勾配ヘリウムガス精製器を提供することにある。
さらに、また、他の目的として、ヘリウムガスを循環している際に、外部からの熱侵入が少なく、エネルギーロスを大幅に改善できる循環式液体ヘリウム再液化装置に使用するトランスファーチューブを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため本発明が採用した技術解決手段は、
液体ヘリウム貯留槽から気化したヘリウムガスを循環ポンプで汲み上げて精製器で精製し、再び液化した後、液体ヘリウム貯留槽に循環利用できる、コールドボックス内にヘリウムガスを液化する冷凍装置と精製器を収納してなる循環式液体ヘリウム再液化装置において、前記精製器は熱伝導性のよいハウジング６１と、このハウジングに設けた汚染物質固化部７３と、このハウジング内にヘリウムガスを導入するための導入手段６４と、前記固化部に付着した汚染物質を気化する加熱手段とを備え、さらに前記精製器にヘリウムガスを導入する流路に排気手段を設け、前記加熱手段によって精製器を加熱した際に発生する気化した汚染物質を前記排気手段により大気に放出するように構成したことを特徴とする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である。
また、前記排気手段は、排気専用ポンプを備え、気化した汚染物質を前記排気専用ポンプで汲み上げ大気に放出するべく構成したことを特徴とする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である。
また、前記排気手段は、精製器の流入側回路と前記循環ポンプの流入弁とを連通する回路内に排気用の電磁弁を設け、さらに前記循環ポンプの下流側に大気放出用の電磁弁を配置して構成したことを特徴とする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である。
また、前記精製器にヘリウムガスを導入するための前記導入手段６４には精製器に流入するヘリウムガスの流量を調整するマスフローコントローラを設けたことを特徴とする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である。
また、前記精製器にヘリウムガスを導入するための前記導入手段６４には複数の弁を設け、これらの弁を組み合わせることにより精製器に流入するヘリウムガスの流量を調整できるようにしたことを特徴とする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である。
また、前記精製器から精製されたヘリウムを略４Ｋ付近の温度のガスまたは液体で貯留する凝縮ポットを設け、前記凝縮ポットにはヒータを付設したことを特徴とする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である。
また、前記液体ヘリウム貯留槽には、液体ヘリウム貯留槽内の圧力制御を行うための電磁弁が配置されていることを特徴とする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である。
また、循環式液体ヘリウム再液化装置を用い、液体ヘリウム貯留槽から気化したヘリウムガスを循環ポンプで汲み上げて精製器で精製し、再び液化した後、液体ヘリウム貯留槽に循環利用できる循環式液体ヘリウム再液化方法において、前記液化した液体ヘリウムを凝縮ポットに貯留し、凝縮ポットから液体ヘリウムを液体ヘリウム貯留槽に循環利用できるようにするとともに、少なくとも前記凝縮ポットまたは前記精製器のいずれか一方を加熱することにより、前記精製器に蓄積された汚染物質を気化し、気化した汚染物質を排気手段により大気に放出することを特徴とする循環式液体ヘリウム再液化装置からの汚染物質排出方法である。
また、前記気化した汚染物質を排気専用ポンプで吸引し大気に放出することを特徴とする循環式液体ヘリウム再液化装置からの汚染物質排出方法である。
また、前記気化した汚染物質を循環ポンプで吸引し大気に放出することを特徴とする循環式液体ヘリウム再液化装置からの汚染物質排出方法である。
また、前記凝縮ポットまたは前記精製器の加熱は、精製器内の圧力が一定値以上と成った時に加熱を開始し、圧力が一定値以下になった時に加熱を停止することを特徴とする循環式液体ヘリウム再液化装置からの汚染物質排出方法である。
また、前記凝縮ポットまたは前記精製器の加熱は、精製器内の流速が一定値以下と成った時に加熱を開始し、流速が一定値以上になった時に加熱を停止することを特徴とする循環式液体ヘリウム再液化装置からの汚染物質排出方法である。
また、前記精製器の加熱冷却は、精製器を加熱することにより精製器内に固化堆積した汚染物質を全て気化するとともに前記気化したガスを排気手段により導入手段を逆流して排出する加熱・逆流モ−ド、精製器の加熱が停止され冷凍機の運転を再開する冷却モード、前記冷却モードが終了した後再びヘリウムガスの精製が始まる循環回復モード、液体ヘリウム貯留槽の液面を所定の液面に回復させるための液面回復モードの順に行うことを特徴とする循環式液体ヘリウム再液化装置からの汚染物質排出方法である。
また、液体ヘリウム貯留槽から気化したヘリウムガスを循環ポンプで汲み上げて精製器で精製し、再び液化した後、液体ヘリウム貯留槽に循環利用できる循環式液体ヘリウム再液化装置に使用する精製器であって、前記精製器は熱伝導性のよいハウジングと、このハウジングに連続して設けた汚染物質固化部と、このハウジング内にヘリウムガスを導入するための導入手段と、前記固化部に付着した汚染物質を気化する加熱手段とを備え、精製器内で気化した汚染物質を前記導入手段を介して大気に放出できるようにしたことを特徴とする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に使用する精製器である。また、前記汚染物質固化部は熱伝導性のよいフィンにより構成したジグザクの流路であることを特徴とする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に使用する精製器である。
また、液体ヘリウム貯留槽から気化したヘリウムガスを循環ポンプで汲み上げて精製器で精製し、再び液化した後、液体ヘリウム貯留槽に循環利用できる循環式液体ヘリウム再液化装置に使用するトランスファーチューブであって、前記トランスファーチューブは、中心部に略４Ｋの液体ヘリウムが流れる管が配置され、その外側に同軸状に略４Ｋの液体ヘリウムガスが流れる管が配置され、さらに、その外側に同軸状に略４０Ｋの液体ヘリウムガスが流れる管が配置され、各管の間、および最外側の管の外側には真空断熱層が形成されており、さらに前記略４Ｋの液体ヘリウムが流れる管とその外側に同軸状に配置した略４Ｋの液体ヘリウムガスが流れる管との間の真空断熱層の先端、および最外側の略４０Ｋの液体ヘリウムガスが流れる周囲に形成した真空断熱層の先端にはヒータが配置されていることを特徴とする循環式液体ヘリウム再液化装置に使用するトランスファーチューブである。
【００１０】
【発明の実施形態】
以下、図面を参照して本発明に係る循環式液体ヘリウム再液化装置の説明をすると、図１は本発明の第１実施形態に係る循環式液体ヘリウム再液化装置の構成図、図２は同装置内で使用する精製器の構成図、図３はトランスファーチューブの半断面図、図４は精製器に設けたヒータの制御ブロック図、図５はヒータの加熱および気化した汚染物質を排気（パージ）する状態の説明図である。
【００１１】
図１において、１はヘリウムガスボンベ、２はデュワー（液体ヘリウム貯留槽）、３はコールドボックス、４はヒータ付の凝縮ポット（ヒータは図示せず）、５は最近進歩の著しい冷却能力の大きな冷凍機でありヘリウムガスを略４０Ｋ程度にまで冷却する第１冷凍ステージ５Ａと、略４０Ｋにまで冷却されたヘリウムガスを略４Ｋ程度にまで冷却する第２冷凍ステージ５Ｂからなる２台の冷凍機、６Ａは略４Ｋライン内のヒータ付第１精製器、６Ｂは略４０Ｋライン内のヒータ付第２精製器、７は循環ポンプ、８は排気ポンプ、ＰＳ１、ＰＳ２、Ｐ０、Ｐ３〜Ｐ６は圧力計、Ｖ１２は循環ポンプの流出弁、Ｖ１３は循環ポンプの流入弁、Ｖ２、Ｖ１４は切替弁、ＣＶ１〜ＣＶ８はチャッキ弁、ＭＦＣ１は略４Ｋライン内の流量調整用の一定流量制御弁、ＭＦＣ２は略４０Ｋライン内の流量調整の一定流量制御弁、ＭＦ３〜ＭＦ５はマスフローメータ、ＥＶ１はノーマルオープの電磁弁、ＥＶ２〜ＥＶ７はノーマルクローズの電磁弁、Ｆ１、Ｆ２はフィルター、ＳＶ１は安全弁である。前記凝縮ポット４に設けられるヒータは、少なくとも２段階での温度制御が可能な能力をもっており、精製器６Ａ、６Ｂ内の汚染物質を後述する態様で気化する際にはヒータを最大能力（たとえば１ＫＷ程度）とし、通常運転の時はヒータを最低能力（たとえば２Ｗ程度）で制御しながら使用する。なお、このヒータは別々のヒータを設けても良いし、一つのヒータを使用し、温度制御しながら使用することも可能である。また、前記冷凍機５は必要に応じて数を増減することができる。また、本実施形態では２段の冷凍機を２台使用したが、多段の冷凍機に代えたり、１台にすることも可能である。
【００１２】
また、コールドボックス３内の凝縮ポット４、冷凍機５とデュワー２とを接続する流路（回路）には、後述する複数の流路を一体に構成したトランスファーチューブＴを使用し、第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂおよび凝縮ポット４にはヒータ（後述する）が付設され、汚染物質を除去する時等に各ヒータを作動させることができるようになっている。
【００１３】
また、本例では、前記第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂへの流入側回路には、それぞれチャッキ弁ＣＶ３、ＣＶ４、電磁弁ＥＶ２、電磁弁ＥＶ３を介してマスフローメータＭＦ５が接続され、さらにこのマスフローメータ５には排気ポンプ８が接続されている。なお、チャッキ弁ＣＶ３、ＣＶ４の上流側を合流して一つの回路とし、チャッキ弁ＣＶ３、ＣＶ４および電磁弁ＥＶ２、ＥＶ３をそれぞれ一つの弁とすることが可能であり、さらに合流箇所をチャッキ弁ＣＶ３、ＣＶ４の下流側にすることも可能であり、それらの選択は設計時に自由に選定することができる。
さらに略４Ｋライン内の一定流量制御弁ＭＦＣ１の流入側とデュワー２とは図示のように、チャッキ弁ＣＶ７、ノーマルクローズの電磁弁ＥＶ４と切替弁Ｖ１４とを備えた回路で接続されている。
【００１４】
また、デュワー２のネックチューブ部からの高温ヘリウムガスを取り出すための回路（デュワー２とマスフローメータＭＦ３を接続する回路）の途中にはノーマルクローズの電磁弁ＥＶ６が配置され、その下流側にはチャッキ弁ＣＶ８が設けられている。
前記各部品は、図示のように配管で接続され基本部分では従来の循環式液体ヘリウム再液化装置と同様の回路構成となっている。
なお電磁弁、弁等は必要に応じて全てを電磁弁、あるいは手動弁を使用することが可能であり、また装置内の弁は適宜省略、増設することが可能である。また、第１、第２精製器６Ａ、６Ｂの詳細構成は後述する。
【００１５】
上記循環式液体ヘリウム再液化装置の作動態様の一例を説明する。
〔通常運転〕
公知のようにデュワー２で蒸発したヘリウムガスはデュワー２のネックチューブ部からマスフローメータＭＦ３→ノーマルオープンの電磁弁ＥＶ１→流入弁１３→循環ポンプ７→流出弁１２→フィルタＦ１を経た後、二つに分岐される。
分岐後の一方側は略４０Ｋライン内の一定流量制御弁ＭＦＣ２→チャッキ弁ＣＶ２を通って第２精製器６Ｂに入り、精製された後、冷凍機５に送られる。また、分岐後の他方側は、チヤッキ弁ＣＶ６→フィルターＦ２→略４Ｋライン内の一定流量制御弁ＭＦＣ１→チャッキ弁ＣＶ１を通って第１精製器６Ａに入り、精製された後、冷凍機５に送られる。第１精製器６Ａで精製されたヘリウムガスは冷凍機５の第１冷凍ステージ５Ａにおいて略４０Ｋ程度にまで冷却され図１に示すようにデュワー２のネック部に略４０Ｋの冷却用ヘリウムガスとして供給される。また、第２精製器６Ｂで精製された略４Ｋライン内のヘリウムガスは図１に示すように冷凍機５の第１冷凍ステージ５Ａで略４０Ｋにまで冷却された後、第２ステージ５Ｂで冷却される凝縮ポット４に供給される。凝縮ポット４内は、第２ステージ５Ｂからの冷熱により略４Ｋまで冷却されており、凝縮ポット４内に供給されたヘリウムガスは液化され、デュワー２に供給される。デュワー２からはガス化した略４Ｋガスの一部が凝縮ポット４に戻り、再び液化される。
【００１６】
〔通常運転中、ヘリウムガス不足が生じた場合〕
上記装置において、運転中に装置全体が過冷却状態になると、必要以上にヘリウムガスの液化が進みデュワー２内の圧力が低下する。このような圧力低下を検知すると、凝縮ポット内の最低能力のヒータ（２Ｗ程度のヒータ）を作動させ、温度を昇温させてデュワー２内の圧力低下を防止する。また、デュワー２内で液体ヘリウムが不足した場合には必要に応じてノーマルクローズの電磁弁ＥＶ５を開きマスフローメータＭＦ４を介して不足分のヘリウムガスを略４Ｋライン内の一定流量制御弁ＭＦＣ１を介して第１精製器６Ａに供給し、精製されたヘリウムガスを冷凍機で冷却してデュワー２に供給できるようにする。このとき、ヘリウムガスの供給が充分になると、デュワー２内の圧力が所定値以上に昇圧するため、ノーマルクローズの電磁弁ＥＶ５を閉じ、ヘリウムガスボンベ１からのヘリウムガスの供給を止めデュワー２内を適正値に維持する。なお、ヘリウムガスボンベ１からのヘリウムガスの供給は、ノーマルクローズの電磁弁ＥＶ５だけでなく、必要に応じてノーマルクローズの電磁弁ＥＶ７、あるいは両方からも供給することが可能である。
【００１７】
〔精製器内の汚染物質の除去〕
循環式液体ヘリウム再液化装置が作動中に第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂ（各精製器の構成は後述する）に汚染物質が所定以上に溜まる（固着する）と、ヘリウム液化作動を一旦停止し、第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂ内のヒータ、凝縮ポット４に付設の最大能力のヒータ（１ＫＷ）を作動する（なお、このヒータの作動は精製器のヒータのみ、凝縮器のヒータのみ、あるいは両ヒータをともに作動することができる）。この結果、第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂ内が加熱されフィン（フィンの構成については後述する）等に固着している固化汚染物質が気化される。この時、電磁弁ＥＶ２、ＥＶ３を開き、排気ポンプ８を作動すると排気ポンプ８の働きにより気化した汚染物質は排気ポンプ８から系外に排出される。凝縮ポット４に設けた高能力ヒータ（略１ＫＷ）が作動している場合には、熱伝導によって精製器６Ａ、６Ｂが暖められると同時に凝縮ポット４内のヘリウムガスが暖められ、第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂに温まったヘリウムガスを逆流させることができる。こうして、第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂ内の汚染物質を気化することにより除去でき、再び、ヘリウムガス精製が可能な状態に復帰する。なお、ヒータのさらに詳しい制御については後述する。
【００１８】
〔装置の通常運転ヘ復帰〕
循環式液体ヘリウム再液化装置を再び作動させる際には、第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂ内のヒータ、凝縮ポット４に付設のヒータの作動を停止し、ノーマルクローズの電磁弁ＥＶ２、ＥＶ３を閉じ排気ポンプ８を停止する。そして、冷凍機５を運転して装置を徐々に冷却したのち、精製器６Ａ、６Ｂが動作温度にまで冷却されると循環ポンプ７を作動する。この作動により、デュワー２中のヘリウムガスが吸引され液化作業が開始される。
【００１９】
図４を参照して上記第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂ（以下精製器６とする）、凝縮ポット４に付設したヒータの作動状態、循環ポンプ７、排気ポンプ８の作動状態、さらには各弁の開閉を制御する制御ブロックの一例について、また図５を参照してヒータ制御の一例を説明する。
第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂのヒータ加熱、凝縮ポットのヒータ加熱は基本的には何れかの精製器のセンサが汚染物質を検知した場合に同時に行うことになるが、各ヒータはそれぞれ別々に作動させることも可能である。
【００２０】
図４に示すように精製器６には、ヒータ８４、温度センサ８５、汚染物質検知センサ８６が設けられており、凝縮ポット４にはヒータ８７、温度センサ８８が設けられている。ヒータ８４はリレースイッチ８２Ａを介して電源８３に接続されており、またヒータ８７はリレースイッチ８２Ｂを介して電源８３に接続されている。リレースイッチ８２Ａ、８２Ｂは制御器８１からの指令によりスイッチがＯＮとなる常開型スイッチとして構成されている。制御器８１には冷凍機５、循環ポンプ７、排気ポンプ８、電磁弁ＥＶ１〜ＥＶ７、精製器６に設けた図示せぬ汚染物質検知センサ８６（圧力センサあるいは流速センサあるいは精製器内に蓄積した汚染物質の厚さ等を検知するセンサ）および前記ヒータ８４、８７の温度を検出する温度センサ８５、８８が接続されている。
【００２１】
上記制御ブロックによるヒータ制御の一例を図５を参照して説明する。
なお、凝縮ポットに付設のヒータ８７は精製器６のヒータ８４と同じパターンで制御されることがのぞましいが、別の態様（それぞれのヒータが独立して制御されるようにすること）も可能である。
【００２２】
〔加熱・逆流モード〕
精製器６に設けた汚染物質検知センサ８６が汚染物質が所定量蓄積したことを検知すると、制御器８１からの指令により、冷凍機５の運転を停止し、リレースイッチ８２Ａ、８２ＢをＯＮとし、ヒータ８４、８７の加熱を開始する加熱・逆流モードに入る（図５参照）。同時にノーマルクローズの電磁弁ＥＶ２、ＥＶ３を開き、排気ポンプ８を作動する。排気ポンプ８の作動により、精製器６内で気化した汚染物質は大気に放出される。そしてヒータ８４、８７への通電は、図５に示すようにヒータ８４、８７の温度が予め設定した温度Ｔ３になるまで急激に加熱され、その後、ヒータをオン・オフしながら温度Ｔ３を維持し、温度Ｔ３が所定時間（精製器内に固化堆積した汚染物質が全て気化するまでの時間、たとえば約６０分程度）維持される。
【００２３】
〔冷却モード〕
精製器に固着した汚染物質が全て気化し、外部放出されるとヒータの加熱が停止され、冷凍機の運転を再開する。このモードによりヒータによって暖められた循環式液体ヘリウム再液化装置全体を冷却する。このため冷却モードはできるだけ早くシステム全体を冷却する必要があることから、冷凍機の運転を再開すると略同時にノーマルクローズの電磁弁ＥＶ２、ＥＶ３を閉じ、排気ポンプ８の作動を停止する。そして冷凍機５の運転より装置を徐々に冷却したのち、循環ポンプ７の運転を開始する。冷凍機５、循環ポンプ７の運転によりヘリウムガスが循環しはじめ装置内の温度が図５に示すように急激に低下するが、この温度低下により装置内のヘリウムガス体積が収縮し、装置内が負圧になり外部から装置内に汚染物質が侵入してくる可能性がでてくる。このため、このような事態を回避するために、冷却モードでは、装置内が負圧にならないように、適宜電磁弁ＥＶ５、ＥＶ７を開いて綺麗なヘリウムガスをヘリウムガスボンベ１から少しずつ装置内に供給する。そして、装置内の温度がＴ２（略４０Ｋ）にまで低下すると循環回復モードに入る。この時、デュワー２内の圧力が第１所定値以内（例えばデュワー圧が４〜５Ｐａの間）にあるように、デュワー２内の過圧防止、負圧防止のために電磁弁ＥＶ４、ＥＶ５、ＥＶ６、ＥＶ７を制御しながら圧力制御を行う。
【００２４】
〔循環回復モード〕
所定時間経過し冷却モードが終了すると、精製器６Ａ、６Ｂの温度が略４０Ｋ程度にまで低下するため、再びヘリウムガスの精製が始まる。このモード中、デュワー２内の圧力が第２所定値（例えばデュワー圧が９００〜１２００Ｐａの間）となるように略４Ｋライン内の一定流量制御弁ＭＦＣ１、略４０Ｋライン内の一定流量制御弁ＭＦＣ２を制御しながらヘリウムガスを循環する（略４Ｋラインの流量を徐々に増して循環させる）。また、デュワー２内の圧力制御は電磁弁ＥＶ４、電磁弁ＥＶ６を開閉しながら行うとともに、必要に応じてヘリウムガスをガスボンベ１からデュワー２に供給することも可能である。
【００２５】
〔液面回復モード〕
循環回復モードが終了後は、デュワー２内の液体ヘリウムの液面が低下しているため、所定の液面となるように、電磁弁ＥＶ５を開き、きれいなヘリウムガスをヘリウムガスボンベ１から略４Ｋラインに供給する。この制御により、ヘリウムガスボンベ１から供給されたヘリウムガスが冷凍機５で大量に液化され、略４Ｋラインの液体ヘリウム供給量を増大し、デュワー内の液面が回復する。
【００２６】
〔順流モード〕
液面回復モードの後は、通常運転モードに復帰する。
なお、図５はあくまでも上記各モードの制御の一例であり、当然のことながら、装置の大小により各モードのパターンが変化したり、あるいは各弁、ヒータの作動制御態様、ヘリウムガス供給のタイミングは変化してくる。これらへの対応は装置の設計時に制御プログラムを変更するなど任意に設定できることである。また装置内の弁全てを電磁弁に代えて、制御器からの指令で全ての弁を開閉できるようにしてもよい。また全ての弁を手動にすることも可能である。
【００２７】
続いて上記装置内で使用する精製器の一例を説明すると、図２は精製器の断面図である。
図１に示すようにコールドボックス３には２個の精製器（第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂ）が配置されているが、２個の精製器６Ａ、６Ｂは同じ構成をしており、ここでは一方側の第１精製器６Ａ（以下精製器６とする）の構成を説明する。
精製器６は図２に示すように熱伝導性の良い銅材等で作られた円筒型をしたハウジング６１を有しており、このハウジング６１の外周にはヒータを取り付けるためのスペース６２が形成され、そのスペース内に不図示のヒータが配置される。ハウジング６１の下端は連結部材６３を介して図１に示す冷凍機５の第１冷凍ステージ５Ａに連結されている。このためハウジング６１は略４０Ｋに冷却された温度となっている。
【００２８】
ハウジング６１にはデュワー２からの蒸発ヘリウムガスをハウジング６１内に導入するステンレス製の導入パイプ６４が挿入され、導入パイプ６４は断熱材６５を介して固定されている。またハウジング６１および導入パイプ６４は、図１に示すコールドボックス３を構成する断熱壁に適宜の断熱性支持部材を介して固定されている。ハウジング６１内において、この導入パイプ６４の周囲にはステンレス製の蛇腹部材６６の一端側が溶接６７等により固定されている。また、蛇腹部材６６の他端側はハウジング６１に溶接６８等により固定されている。ハウジング６１の上方には熱伝導性の良い材料からなる上部管６９が、熱伝導性のよい材料からなる連結部材７０によって取りつけられている。さらに、この上部管６９の上方には流出用の管７１が、熱伝導性の良い材料からなる支持部材７２によって固定されている。また上部管６９の内壁には、熱伝導性のより材料からなるフィン（汚染物質固化部）７３が互い違いに流路がジクザクになるように適宜数設けられている。
【００２９】
フィン７３はフィン７３を固定する固定棒７５によって固定され、また固定棒７５はその下端がハウジング６１内に配置した保持体７４によって保持されている。そして、前述したように、ハウジング６１、上部管６９、連結部材７０、管７１、支持部材７２、フィン７３、保持体７４、固定棒７５はいずれも熱伝導性のよい銅材等によって構成され、フィン７３が冷凍機５と同じ略４０Ｋに冷却される構成となっている。なお、フィン７３がヘリウムガス中の汚染物質を固化できる温度（略４０Ｋ）に冷却される構成であれば、フィンの支持構造は先述した構成に限定されない。
【００３０】
一方、前記導入パイプ６４にはデュワー２で蒸発した高温のヘリウムガス（略３００Ｋ）が流れるため、導入パイプは少なくとも略３００Ｋに近い温度となっている。またハウジングは前述したように略４０Ｋであるため、できるだけその間の熱勾配を小さくするために両者は上記したようにステンレス製の蛇腹部材６６で接続されている。この蛇腹部材６６は導入パイプ６４の出口周囲に所定のスペースを確保しながら、出口周囲を囲むように配置されている。この結果、導入パイプ６４の出口付近の周囲に大きなスペースを備えることになり、出口付近がハウジング６１からの熱伝導によって略４０Ｋにまで冷却されることを防止し、出口部に汚染物質が蓄積することを防止している。
【００３１】
この精製器６では略３００Ｋの温度でハウジング内に流入した蒸発ヘリウムガスは、略４０Ｋに冷却されているフィン７３で構成されたジクザグの流路を通過する間に略４０Ｋにまで冷却される。この冷却過程でガス内に混入している汚染物質（酸素や窒素等）がフィン７３に凍りついて固化し除去され、ヘリウムガスが精製される。精製後、略４０Ｋに冷却されたヘリウムガスは管７１を介して図１に示す冷凍機５の第１冷凍ステージ５Ａに供給されて略４０Ｋ程度にまで冷却され、デュワー２あるいは第２冷凍ステージ５Ｂで、さらに略４Ｋまで冷却されて凝縮ポット４に供給される。
【００３２】
この精製器６において、フィン７３に汚染物質が蓄積した場合には、その状態を後述するセンサで検知し、後述する制御器を介してハウジング６１に取り付けたヒータ（図示せず）に通電し、汚染物質が気化する温度にまでハウジング６１を加熱する。この結果、ハウジング６１と熱伝導性のよい銅材で接続されているフィン７３も加熱され、フィン７３に蓄積した汚染物質が気化する。気化した汚染物質は、制御器からの指令によって流路を開いた図１に示すノーマルクローズの電磁弁ＥＶ２、ＥＶ３を介して排気ポンプ８から系外に排出される。
【００３３】
また、精製器のヒータ加熱時には、凝縮ポット４に設けたヒータも作動させ、凝縮ポット４内の略４Ｋガスを暖めて、第１精製器６Ａに温まったヘリウムガスを逆流させる。こうして、第１精製器６Ａ（第２精製器６Ｂ）内の汚染物質の気化が促進され、短時間で汚染物質を除去でき、再び、ヘリウムガス精製状態へと短時間で戻すことができる。
【００３４】
次に凝縮ポット４とデュワー２とを接続するトランスファーチューブＴの説明をする。
脳磁計等の装置に流入する熱は、デュワー２のネックチューブ部において略４０Ｋに熱アンカーされている。このためこのネックチューブの熱を効率良く回収してやれば、補充すべき液体ヘリウム量は劇的に減少し、結果的に液体ヘリウム生成費用を大幅に低下させることができる。そのため最近進歩の著しい略４ＫＧＭ冷凍機を用いる。回収したヘリウムガスの大半を図１に示す第２精製器６Ｂを介して冷凍機５の第１冷凍ステージ５Ａに供給し、冷却能力の大きい第１冷凍ステージを利用して液体にすることなく、略４０Ｋ程度の低温ガスにし、デュワー２のネックチューブ部に供給し、再度高温ガスとして回収することによって冷却能力を発揮させる。また、デュワーから回収したヘリウムガスの一部は、図１に示す第１精製器６Ａを介して冷凍機５の第１冷凍ステージ５Ａを経て第２冷凍ステージ５Ｂに取り付けた凝縮ポット４に供給し、凝縮ポット４内で４．２Ｋの液体ヘリウムにする。凝縮ポット４の液体ヘリウムはトランスファーチューブ内の略４Ｋ液体供給ラインからデュワー２に注入される。この際、長いトランスファーチューブを介してデュワーに液体ヘリウムを充填する必要がある。
従来の、トランスファーチューブでは、熱侵入が大きいため、８リットル（液体）／日程度の少ない液体ヘリウムを移送しようとすると、大半の液体ヘリウムが気化してしまうため、より多くの液体ヘリウムを生成する必要が生じ、大きな無駄となる問題があった。
【００３５】
このため、本例では液体ヘリウムが気化して所期の性能を達成することが困難になることを避けるために、中心部に略４Ｋの液体ヘリウムガス（略４ＫＬ）を、その外側に略４Ｋのヘリウムガス（略４ＫＧ）を、さらにその外側に略４０Ｋガス（略４０ＫＧ）を通すことができる、同軸状のトランスファーチューブを構成する。また各管を従来型の真空断熱層Ｖｃｃで分離した構成としている。さらに、略４０Ｋガスラインはデュワー２内のネックチューブ部に熱アンカーされて、外部からの熱が内部に侵入しにくくしている。
【００３６】
以下トランスファーチューブの構成をさらに詳細に説明すると、図３はトランスファーチューブＴの半断面図である。
中心部に略４Ｋの液体ヘリウム（略４ＫＬ）が流れる管が配置され、その外側に同軸状に略４Ｋの液体ヘリウムガス（略４ＫＧ）が流れる管が配置され、さらに、その外側に同軸状に略４０Ｋの液体ヘリウムガスが流れる管が配置される。このトランスファーチューブは図１に示すようにデュワー２のネックチューブ部に配置される略４０ＫＧのラインと、デュワー２内に液面近傍に配置される略４ＫＬラインと略４ＫＧラインとが図示のように開口部の位置を代えて構成されている。そして各管の間、および最外側の管の外側には真空断熱層Ｖｃｃが形成されている。液体ヘリウム（略４ＫＬ）の管とその外側に同軸状に配置した略４Ｋの液体ヘリウムガス（略４ＫＧ）との間の真空断熱層Ｖｃｃの先端、および最外側の略４０Ｋの液体ヘリウムガスの管の周囲に形成した真空断熱層Ｖｃｃの先端にはヒータＨが配置される。ヒータＨにはコードＣが接続され、適宜ヒータを加熱することができる構成となっている。この構成により、トランスファーチューブＴの先端部に汚染物質が固化堆積した場合にはヒータにより固化した汚染物質を適宜気化又は液化して流路の閉塞を解除できるようになっている。このヒータは前述した精製器ヒータの作動に連動して加熱したり、それとは独立して加熱することができ、この運転は制御器あるいは手動により自由に設定できる。
【００３７】
上記構成からなる循環式液体ヘリウム再液化装置によるヘリウムガスの精製過程を説明する。
液体ヘリウム貯留槽（デュワー）２で気化したヘリウムガスは、略３００Ｋの状態で図２に示す精製器６の導入パイプ６４に導入され、ハウジング６１内→上部管６９内のフィン７３の間を迂回しながらて徐々に略４０Ｋに冷却され、管７１から排出される。この時、ヘリウムガス内に、窒素或いは酸素等の汚染物質が混入していれば、窒素或いは酸素等の汚染物質は、温度約略４０Ｋに冷却されている上部管６９のフィン７３を蛇行する間に、フィン７３上で固化（氷結）され除去される。
【００３８】
また、精製中に汚染物質がフィン７３部で固化堆積し、流路が閉塞されるとその状態を前記汚染物質検知センサ８６が検知し、制御器８１を介してヒ−タ８４あるいはヒータ８７を加熱し、ヒ−タ８４により上部管６９、フィン７３を加熱する。またヒータ８７によって加熱されたヘリウムガスが精製器内に逆流する。この加熱・逆流によりフィン７３部で固化した窒素や酸素等の汚染物質は気化される。これと略同時に、ノーマルクローズの電磁弁ＥＶ２、ＥＶ３を開き、排気ポンプ８を作動し、気化した汚染物質を系外に排出する。こうして固化によるフィン７３部分や管７１等の詰まり状態を解消する。汚染物質が除去されるとヒータの作動を停止し、前述した態様により循環式液体ヘリウム再液化装置の運転を再開する。なおヒータの通電は、上述したように精製器の詰まりを検知する汚染物質検知センサからの情報によって制御する方法とは別に、液化装置の運転時間によって精製器に蓄積する汚染物質の量が予め推定できる場合には、定期的に所定のサイクルでヒータを加熱する方法を採用することもできる。
【００３９】
また、汚染物質によってフィン７３、管７１等の流路が詰まった場合の、状態検知は、たとえば精製器内の圧力、流速、温度、さらには汚染物質の堆積厚さ等種々の情報を利用できる。また、精製器のヒ−タ８４、凝縮ポットのヒータ８７のＯＮ、ＯＦＦ作動は、自動、手動のどちらで行なうことができるようにしてもよい。さらに、ヒータの作動は、ヘリウムガス通路の閉塞による管内の圧力が所定値となった時のみ、管内の温度が所定値となった時のみ、あるいは、ヘリウムガス通路内のガス流速のみ、さらにはそれらの情報を適宜組み合わせて検知し、作動するようにしてもよい。
【００４０】
つづいて、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態中、略４Ｋライン内の一定流量制御弁ＭＦＣ１、略４０Ｋライン内の一定流量制御弁ＭＦＣ１に代えて、異なる流量を持つ複数の弁を組み合わせて、所定の流量を得ることができる構成とした点に特徴があり、ここではその特徴部を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ部材には同じ符号を使用しており、図中ＥＶ（ＮＯ）はノーマルオープンの電磁弁、ＥＶ（ＮＣ）はノーマルクローズの電磁弁、Ｖは切替弁であり、ＥＶ、Ｖの後の数字は、電磁弁の位置を示している。他の符号も同様である。
図６において、略４Ｋライン内の一定流量制御弁ＭＦＣ１の代わりに、ノーマルクローズの電磁弁ＥＶ７、ＥＶ９、ノーマルオープンの電磁弁ＥＶ８を並列に設け、さらに流路内に切替弁Ｖ１２、Ｖ６、調整弁ＮＶ１を設けている。調整弁ＮＶ１は、この例では０．８リットル／ｍのものを使用している。
【００４１】
また、略４０Ｋライン内の一定流量制御弁ＭＦＣ２の代わりにノーマルオープンの電磁弁ＥＶ１０を設け、さらにこの電磁弁ＥＶ１０と並列に流路内に調整弁ＮＶ２を設けている。調整弁ＮＶ２はこの例では１リットル／ｍのものを使用している。また、ヘリウムボンベからは直接ヘリウムガスを切替弁Ｖ２０を介して循環ポンプ７に供給できる構成としている。第２実施形態では一定流量制御弁ＭＦＣの代わりに複数の切替弁等を使用することにより、装置全体を第１実施形態と比較して安価に製造することができる。また、この回路の作動（通常運転、精製器内に蓄積した汚染物質の除去運転等）は基本的に第１実施形態と同じであるため説明は省略する。
【００４２】
つづいて、本発明の第３実施形態について図７を参照して説明する。第１、第２実施形態では、精製器から気化した汚染物質を排気するために専用の排気ポンプ８を使用していたが、第３実施形態は、装置内に存在する循環ポンプ７を排気ポンプとして利用した点、およびデュワー２内の圧力制御を行わず配管を省略し、装置の簡略化を図った点に特徴がある。ここでは第３実施形態の特徴点を中心に説明し、作動等の説明は省略する。なお、第１実施形態と同じ部材には同じ符号を使用しており、図中ＥＶは電磁弁、Ｖは切替弁であり、ＥＶ、Ｖの後の数字は、電磁弁の位置を示している。他の符号も同様である。
【００４３】
図７において、第１実施形態中の略４Ｋライン内の一定流量制御弁ＭＦＣ１の代わりに略４Ｋライン内には調整弁ＮＶ１０、マスフローメータ４ＫＭＦ、フローメータＦＭ１を設けている。また略４０Ｋライン内には一定流量制御弁ＭＦＣ２の代わりに調整弁ＮＶ１１、マスフローメータ４０ＫＭＦ、フローメータＦＭ２を設けている。また、ヘリウムボンベ１からは切替弁３４を開き直接ヘリウムガスを切替弁Ｖ３１、Ｖ３２を介して循環ポンプ７または回路内に供給できる構成としている。さらに、前記第１、第２精製器６Ａ、６Ｂへの流入側回路には、それぞれチャッキバルブＣＶ、ノーマルクローズの排気用電磁弁ＥＶ３１、ＥＶ３２を介してマスフローメータＭＦが接続され、このマスフローメータＭＦは循環ポンプ７の流入弁Ｖ１３に接続されている。また、循環ポンプの流出弁Ｖ１２の下流に設けた切替弁Ｖ１１とノーマルオープンの電磁弁ＥＶ３４との間の回路にはノーマルクローズの大気開放用電磁弁ＥＶ３５を有する大気開放用回路が接続されている。
この循環式液体ヘリウム再液化装置では、公知のようにデュワー２で蒸発したヘリウムガスは切替弁３３→ノーマルオープンの電磁弁ＥＶ３３→流入弁１３→循環ポンプ７→流出弁１２→ノーマルオープンの電磁弁ＥＶ３４を経てその下流側で分岐され、一方は略４Ｋライン内の調整弁ＮＶ１０を経て第１精製器６Ａに入り、他方は略４０Ｋライン内の調整弁ＮＶ１１を経て第２精製器６Ｂに入り、第１、第２冷凍機で冷却されデュワー２に供給される。この作動は第１実施形態と同様である。
【００４４】
精製器内に蓄積した汚染物質を除去するには、精製器内のヒータを加熱し、流入弁Ｖ１３、電磁弁ＥＶ３３、電磁弁ＥＶ３４を閉じ、電磁弁ＥＶ３１、ＥＶ３２、ＥＶ３５を開いて循環ポンプ７を作動すると、精製器６内のガスは、電磁弁ＥＶ３１、ＥＶ３２、マスフローメータＭＦを介して流入弁Ｖ１３から循環ポンプ７で吸引され、流出弁Ｖ１２、電磁弁ＥＶ３５から大気に開放される。このような作動により、精製器６に汚染物質が蓄積した場合には、精製器６のヒータを作動して精製器を加熱し、精製器６内で汚染物質を気化させ、さらに、前記のように電磁弁ＥＶ３１、ＥＶ３２、ＥＶ３５を開いて循環ポンプ７を作動すると精製器６内のガスを簡単に大気に放出することができ、精製器内に蓄積した汚染物質を容易に系外に排出することができる。なお、この時、デュワーからの蒸発ヘリウムガスも混入し吸引されることになる。
【００４５】
以上、本発明について三つの実施形態について説明したが、本発明に係る精製器は断面円筒状に限定することなく、種々の三角、四角等の形状を採用することができ、また上部管の形状、フィンの形状も上記と同様な機能を達成できるものであれば種々の形態を採用できる。さらにフィンは表面積を大きくするために表面に凹凸を形成することも可能である。また流路の閉塞状態は温度や圧力ではなく、流速等によっても検知することが可能であり、さらにヒータの作動温度、作動時間等も手動、自動によって任意に変更することも可能である。自動設定の場合にはパソコン等を使用することで容易に実現することができる。また蛇腹部材は、導入パイプからハウジングまでの熱伝導経路を長くとることができる形状であれば、種々の形態を採用することができる。また、ヒータ作動に係わる各制御モードも、設計時において自由に設定することが可能である。また、回路内の弁の種類、弁の配置、弁の個数等も上記作動を行うことが可能であれば、種々の弁、種々の配置を採用することができる。
さらに、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。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、精製器を加熱することにより精製器に蓄積された汚染物質を気化し、気化した汚染物質を装置内の循環ポンプを利用して大気に放出することにより、循環式液体ヘリウム再液化装置の長期間の連続運転を可能としている。また、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、再凝縮して液化する、再循環システムに好適な効率のよい精製器を提供することができる、また、一定流量制御弁ＭＦＣの代わりに複数の切替弁等を使用することにより、装置全体を安価に製造することができる。また、循環ポンプを排気ポンプとして利用した場合には、装置のさらなる簡略化を図ることが可能である、等の優れた効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る循環式液体ヘリウム再液化装置の構成図である。
【図２】同装置内で使用する精製器の構成図である。
【図３】同装置内で使用するトランスファーチューブの断面図である。
【図４】精製器に設けたヒータの制御ブロック図である。
【図５】ヒータの加熱およびパージの状態を説明する図である。
【図６】本発明に係る第２実施形態の循環式液体ヘリウム再液化装置の構成図である。
【図７】本発明に係る第３実施形態の循環式液体ヘリウム再液化装置の構成図である。
【符号の説明】
１ ヘリウムガスボンベ
２ 液体ヘリウム貯留槽（デュワー）
３ コールドボックス
４ 凝縮ポット
５ 冷凍機
５Ａ 第１冷凍ステージ
５Ｂ 第２冷凍ステージ
６Ａ 第１精製器
６Ｂ 第２精製器
７ 循環ポンプ
８ 排気ポンプ
ＰＳ１、ＰＳ２、Ｐ０、Ｐ３〜Ｐ６ 圧力計
Ｖ１２ 循環ポンプの流出弁
Ｖ１３ 循環ポンプの流入弁
Ｖ２、Ｖ１４ 切替弁
ＣＶ１〜ＣＶ８ チャッキ弁
ＭＦＣ１ 略４Ｋライン内の一定流量制御弁
ＭＦＣ２ 略４０Ｋライン内の一定流量制御弁
ＭＦ３〜ＭＦ５ マスフローメータ
ＥＶ（ＮＯ） ノーマルオープンの電磁弁
ＥＶ（ＮＣ） ノーマルクローズの電磁弁
Ｆ１、Ｆ２ フィルター
ＳＶ１〜ＳＶ３ 安全弁
６１ ハウジング
６２ スペース
６３ 連結部材
６４ 導入パイプ
６５ 断熱材
６６ 蛇腹部材
６７、６８ 溶接
６９ 上部管
７０ 連結部材
７１ 流出用管
７２ 支持部材
７３ フィン
７４ 保持体
７５ 固定棒
８１ 制御器
８２Ａ、８２Ｂ リレースイッチ
８３ 電源
８４ ヒータ
８５ 温度センサ
８６ 汚染物質検知センサ
８７ 凝縮ポット用のヒータ
８８ 温度センサ

Claims (16)

  1. 液体ヘリウム貯留槽から気化したヘリウムガスを循環ポンプで汲み上げて精製器で精製し、再び液化した後、液体ヘリウム貯留槽に循環利用できる、コールドボックス内にヘリウムガスを液化する冷凍装置と精製器を収納してなる循環式液体ヘリウム再液化装置において、前記精製器は熱伝導性のよいハウジング６１と、このハウジングに設けた汚染物質固化部７３と、このハウジング内にヘリウムガスを導入するための導入手段６４と、前記固化部に付着した汚染物質を気化する加熱手段とを備え、さらに前記精製器にヘリウムガスを導入する流路に排気手段を設け、前記加熱手段によって精製器を加熱した際に発生する気化した汚染物質を前記排気手段により大気に放出するように構成したことを特徴とする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。
  2. 前記排気手段は、排気専用ポンプを備え、気化した汚染物質を前記排気専用ポンプで汲み上げ大気に放出するべく構成したことを特徴とする請求項１に記載の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。
  3. 前記排気手段は、精製器の流入側回路と前記循環ポンプの流入弁とを連通する回路内に排気用の電磁弁を設け、さらに前記循環ポンプの下流側に大気放出用の電磁弁を配置して構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の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。
  4. 前記精製器にヘリウムガスを導入するための前記導入手段６４には精製器に流入するヘリウムガスの流量を調整するマスフローコントローラを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の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。
  5. 前記精製器にヘリウムガスを導入するための前記導入手段６４には複数の弁を設け、これらの弁を組み合わせることにより精製器に流入するヘリウムガスの流量を調整できるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の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。
  6. 前記精製器から精製されたヘリウムを略４Ｋ付近の温度のガスまたは液体で貯留する凝縮ポットを設け、前記凝縮ポットにはヒータを付設したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の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。
  7. 前記液体ヘリウム貯留槽には、液体ヘリウム貯留槽内の圧力制御を行うための電磁弁が配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れかに記載の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。
  8. 請求項１に記載の循環式液体ヘリウム再液化装置を用い、液体ヘリウム貯留槽から気化したヘリウムガスを循環ポンプで汲み上げて精製器で精製し、再び液化した後、液体ヘリウム貯留槽に循環利用できる循環式液体ヘリウム再液化方法において、前記液化した液体ヘリウムを凝縮ポットに貯留し、凝縮ポットから液体ヘリウムを液体ヘリウム貯留槽に循環利用できるようにするとともに、少なくとも前記凝縮ポットまたは前記精製器のいずれか一方を加熱することにより、前記精製器に蓄積された汚染物質を気化し、気化した汚染物質を排気手段により大気に放出することを特徴とする循環式液体ヘリウム再液化装置からの汚染物質排出方法。
  9. 前記気化した汚染物質を排気専用ポンプで吸引し大気に放出することを特徴とする請求項８に記載の循環式液体ヘリウム再液化装置からの汚染物質排出方法。
  10. 前記気化した汚染物質を循環ポンプで吸引し大気に放出することを特徴とする請求項８に記載の循環式液体ヘリウム再液化装置からの汚染物質排出方法。
  11. 前記凝縮ポットまたは前記精製器の加熱は、精製器内の圧力が一定値以上と成った時に加熱を開始し、圧力が一定値以下になった時に加熱を停止することを特徴とする請求項８〜請求項１０のいずれかに記載の循環式液体ヘリウム再液化装置からの汚染物質排出方法。
  12. 前記凝縮ポットまたは前記精製器の加熱は、精製器内の流速が一定値以下と成った時に加熱を開始し、流速が一定値以上になった時に加熱を停止することを特徴とする請求項８〜請求項１１のいずれかに記載の循環式液体ヘリウム再液化装置からの汚染物質排出方法。
  13. 前記精製器の加熱冷却は、精製器を加熱することにより精製器内に固化堆積した汚染物質を全て気化するとともに前記気化したガスを排気手段により導入手段を逆流して排出する加熱・逆流モ−ド、精製器の加熱が停止され冷凍機の運転を再開する冷却モード、前記冷却モードが終了した後再びヘリウムガスの精製が始まる循環回復モード、液体ヘリウム貯留槽の液面を所定の液面に回復させるための液面回復モードの順に行うことを特徴とする請求項８〜請求項１２のいずれかに記載の循環式液体ヘリウム再液化装置からの汚染物質排出方法。
  14. 液体ヘリウム貯留槽から気化したヘリウムガスを循環ポンプで汲み上げて精製器で精製し、再び液化した後、液体ヘリウム貯留槽に循環利用できる循環式液体ヘリウム再液化装置に使用する精製器であって、前記精製器は熱伝導性のよいハウジングと、このハウジングに連続して設けた汚染物質固化部と、このハウジング内にヘリウムガスを導入するための導入手段と、前記固化部に付着した汚染物質を気化する加熱手段とを備え、精製器内で気化した汚染物質を前記導入手段を介して大気に放出できるようにしたことを特徴とする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に使用する精製器。
  15. 前記汚染物質固化部は熱伝導性のよいフィンにより構成したジグザクの流路であることを特徴とする請求項１４に記載の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に使用する精製器。
  16. 液体ヘリウム貯留槽から気化したヘリウムガスを循環ポンプで汲み上げて精製器で精製し、再び液化した後、液体ヘリウム貯留槽に循環利用できる請求項１に記載の循環式液体ヘリウム再液化装置に使用するトランスファーチューブであって、前記トランスファーチューブは、中心部に略４Ｋの液体ヘリウムが流れる管が配置され、その外側に同軸状に略４Ｋの液体ヘリウムガスが流れる管が配置され、さらに、その外側に同軸状に略４０Ｋの液体ヘリウムガスが流れる管が配置され、各管の間、および最外側の管の外側には真空断熱層が形成されており、さらに前記略４Ｋの液体ヘリウムが流れる管とその外側に同軸状に配置した略４Ｋの液体ヘリウムガスが流れる管との間の真空断熱層の先端、および最外側の略４０Ｋの液体ヘリウムガスが流れる周囲に形成した真空断熱層の先端にはヒータが配置されていることを特徴とする循環式液体ヘリウム再液化装置に使用するトランスファーチューブ。
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