JP7210149B2 - 液体ヘリウムの充填方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明は、コンテナなどの液体ヘリウム供給源から液体ヘリウムを容器に充填する液体ヘリウムの充填方法および装置に関するものである。
液体ヘリウムは、超伝導や低温学などの絶対零度に近い環境における研究分野で冷媒として用いられるほか、各種の産業分野で利用されている。日本ではその全量を海外からの輸入にたよっている。このとき、専用のコンテナに液体ヘリウムを充填した状態で陸揚げされる。
コンテナに充填された液体ヘリウムは、ユーザーの消費量に応じ、容量の小さい容器に移充填されて供給される。液体ヘリウムは極低温であるため、その移充填にあたって、移充填先の容器を予冷しなければならない。予冷には、液体窒素，冷凍機，液体ヘリウムが用いられる。
液体窒素で予冷すると、容器内に窒素分が残留して液体ヘリウムの純度の低下が起こりやすい。
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。
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。
このような事情から、液体ヘリウムの充填効率を下げないで移充填を行うことが望まれる。
一方、移充填先の容器を液体ヘリウム温度に達するまで十分に予冷したとしても、コンテナと容器の圧力差や温度差により、移充填時に液体ヘリウムの一部がボイルオフガスになることは避けられない。
上記のような液体ヘリウムの充填方法に関する先行技術文献として、出願人はつぎにあげる特許文献１を把握している。
上記特許文献１は、「液体ヘリウムのトランスファー方法およびシステム」に関するものであり、つぎの記載がある。
［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。
［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。
特許文献１の技術は、小容量ヘリウム容器を蒸発ヘリウムガスにより予冷し、その後、冷凍機で冷却されたヘリウムガスでさらに冷却したのち、その小容量ヘリウム容器に対してヘリウムコンテナからの液体ヘリウムを供給して充填する。
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。
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。
〔目的〕
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。
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。
請求項１記載の液体ヘリウムの充填方法は、上記目的を達成するため、つぎの構成を採用した。
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予冷する工程と、上記第２容器の上記第１予冷ののちに、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予冷する工程と、上記第２容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第２容器から出てくるボイルオフガスを回収する工程とを行う第２容器の充填と、
液体ヘリウム供給源から第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あいだ、上記第２容器から出てくるボイルオフガスを第１容器に供給して上記第１容器を第１予冷する工程と、上記第１容器の上記第１予冷ののちに、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容器を液体ヘリウムにより第２予冷する工程と、上記第１容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第１容器から出てくるボイルオフガスを回収する工程とを行う第１容器の充填とを、
上記第２容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第２容器の充填と、上記第１容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第１容器の充填とを交互に行うにあたって、
上記第２容器の充填完了を、上記第２容器が載置された第２の荷重検出器によって上記第２容器の重量を検知して液体ヘリウムの導入を停止するまでとし、上記第１容器の充填完了を、上記第１容器が載置された第１の荷重検出器によって上記第１容器の重量を検知して液体ヘリウムの導入を停止するまでとする。
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予冷する工程と、上記第２容器の上記第１予冷ののちに、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予冷する工程と、上記第２容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第２容器から出てくるボイルオフガスを回収する工程とを行う第２容器の充填と、
液体ヘリウム供給源から第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あいだ、上記第２容器から出てくるボイルオフガスを第１容器に供給して上記第１容器を第１予冷する工程と、上記第１容器の上記第１予冷ののちに、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容器を液体ヘリウムにより第２予冷する工程と、上記第１容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第１容器から出てくるボイルオフガスを回収する工程とを行う第１容器の充填とを、
上記第２容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第２容器の充填と、上記第１容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第１容器の充填とを交互に行うにあたって、
上記第２容器の充填完了を、上記第２容器が載置された第２の荷重検出器によって上記第２容器の重量を検知して液体ヘリウムの導入を停止するまでとし、上記第１容器の充填完了を、上記第１容器が載置された第１の荷重検出器によって上記第１容器の重量を検知して液体ヘリウムの導入を停止するまでとする。
請求項２記載の液体ヘリウムの充填方法は、請求項１記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記第２容器の充填において、上記第１予冷する工程を行うまえに、
上記第２容器を減圧する工程と、
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容器を復圧する工程とを行う。
上記第２容器の充填において、上記第１予冷する工程を行うまえに、
上記第２容器を減圧する工程と、
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容器を復圧する工程とを行う。
請求項３記載の液体ヘリウムの充填方法は、請求項２記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記第２容器を減圧する工程において、
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。
上記第２容器を減圧する工程において、
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４記載の液体ヘリウムの充填方法は、請求項１記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記第１容器の充填において、上記第１予冷する工程を行うまえに、
上記第１容器を減圧する工程と、
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あいだ、上記第２容器から出てくるボイルオフガスを上記第１容器に供給して上記第１容器を復圧する工程とを行う。
上記第１容器の充填において、上記第１予冷する工程を行うまえに、
上記第１容器を減圧する工程と、
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あいだ、上記第２容器から出てくるボイルオフガスを上記第１容器に供給して上記第１容器を復圧する工程とを行う。
請求項５記載の液体ヘリウムの充填方法は、請求項４記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記第２容器を減圧する工程において、
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。
上記第２容器を減圧する工程において、
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装置は、上記目的を達成するため、つぎの構成を採用した。
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予冷する手段と、上記第２容器の上記第１予冷ののちに、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予冷する手段と、上記第２容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第２容器から出てくるボイルオフガスを回収する手段とによって行う第２容器の充填工程と、
液体ヘリウム供給源から第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あいだ、上記第２容器から出てくるボイルオフガスを第１容器に供給して上記第１容器を第１予冷する手段と、上記第１予冷による上記第１容器の上記第１予冷ののちに、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容器を液体ヘリウムにより第２予冷する手段と、上記第１容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第１容器から出てくるボイルオフガスを回収する手段とによって行う第１容器の充填工程とを、
上記第２容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第２容器の充填工程と、上記第１容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第１容器の充填工程とを交互に行うように構成され、
上記第２容器が載置されて上記第２容器の重量により充填完了を検知して液体ヘリウムの導入を停止させる第２の荷重検出器と、上記第１容器が載置されて上記第１容器の重量によりの充填完了を検知して液体ヘリウムの導入を停止させる第１の荷重検出器をさらに備えた。
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予冷する手段と、上記第２容器の上記第１予冷ののちに、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予冷する手段と、上記第２容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第２容器から出てくるボイルオフガスを回収する手段とによって行う第２容器の充填工程と、
液体ヘリウム供給源から第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あいだ、上記第２容器から出てくるボイルオフガスを第１容器に供給して上記第１容器を第１予冷する手段と、上記第１予冷による上記第１容器の上記第１予冷ののちに、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容器を液体ヘリウムにより第２予冷する手段と、上記第１容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第１容器から出てくるボイルオフガスを回収する手段とによって行う第１容器の充填工程とを、
上記第２容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第２容器の充填工程と、上記第１容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第１容器の充填工程とを交互に行うように構成され、
上記第２容器が載置されて上記第２容器の重量により充填完了を検知して液体ヘリウムの導入を停止させる第２の荷重検出器と、上記第１容器が載置されて上記第１容器の重量によりの充填完了を検知して液体ヘリウムの導入を停止させる第１の荷重検出器をさらに備えた。
請求項１記載の液体ヘリウムの充填方法は、液体ヘリウム供給源と、第１容器および第２容器を用いる。上記液体ヘリウム供給源は、たとえば、液体ヘリウムが大量に貯留されたコンテナなどである。上記第１容器および第２容器は、上記液体ヘリウム供給源から液体ヘリウムが充填される先である。
本発明の液体ヘリウムの充填方法は、上記第２容器の充填と、上記第１容器の充填とを行う。
上記第２容器の充填では、第１予冷する工程と、第２予冷する工程と、充填とともに回収する工程とを行う。上記第１予冷する工程は、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予冷する工程は、上記第２容器の上記第１予冷ののちに、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。上記充填とともに回収する工程は、上記第２容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第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容器の充填では、第１予冷する工程と、第２予冷する工程と、充填とともに回収する工程とを行う。上記第１予冷する工程は、液体ヘリウム供給源から第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あいだ、上記第２容器から出てくるボイルオフガスを第１容器に供給して上記第１容器を第１予冷する。上記第２予冷する工程は、上記第１容器の上記第１予冷ののちに、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容器を液体ヘリウムにより第２予冷する。上記充填とともに回収する工程は、上記第１容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第１容器から出てくるボイルオフガスを回収する工程とを行う。
そして、上記第２容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第２容器の充填工程と、上記第１容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第１容器の充填工程とをを交互に行う。これにあたって、上記第２容器の充填完了を、上記第２容器が載置された第２の荷重検出器によって上記第２容器の重量を検知して液体ヘリウムの導入を停止するまでとし、上記第１容器の充填完了を、上記第１容器が載置された第１の荷重検出器によって上記第１容器の重量を検知して液体ヘリウムの導入を停止するまでとする。第１容器と第２容器で、充填完了を荷重検出器によって計量し、充填と予冷を交互に行うため、効率がよい。
上記第２容器の充填では、第１予冷する工程と、第２予冷する工程と、充填とともに回収する工程とを行う。上記第１予冷する工程は、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予冷する工程は、上記第２容器の上記第１予冷ののちに、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。上記充填とともに回収する工程は、上記第２容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第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容器の充填では、第１予冷する工程と、第２予冷する工程と、充填とともに回収する工程とを行う。上記第１予冷する工程は、液体ヘリウム供給源から第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あいだ、上記第２容器から出てくるボイルオフガスを第１容器に供給して上記第１容器を第１予冷する。上記第２予冷する工程は、上記第１容器の上記第１予冷ののちに、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容器を液体ヘリウムにより第２予冷する。上記充填とともに回収する工程は、上記第１容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第１容器から出てくるボイルオフガスを回収する工程とを行う。
そして、上記第２容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第２容器の充填工程と、上記第１容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第１容器の充填工程とをを交互に行う。これにあたって、上記第２容器の充填完了を、上記第２容器が載置された第２の荷重検出器によって上記第２容器の重量を検知して液体ヘリウムの導入を停止するまでとし、上記第１容器の充填完了を、上記第１容器が載置された第１の荷重検出器によって上記第１容器の重量を検知して液体ヘリウムの導入を停止するまでとする。第１容器と第２容器で、充填完了を荷重検出器によって計量し、充填と予冷を交互に行うため、効率がよい。
本発明の液体ヘリウムの充填方法は、第２容器の予冷において、液体ヘリウム以外の液化ガスを使用しないため、第２容器に充填した液体ヘリウムの純度を下げることがない。また、ボイルオフガスの冷熱を有効に利用し、冷凍機やそれに付随する機器を使用しない。このため、そのための設備および動力が不要で、充填コストを節減できる。さらに、上記充填工程において、上記第２容器から出てくるボイルオフガスを回収する。このため、上記充填工程で発生するボイルオフガスを回収して利用できる。
請求項２記載の液体ヘリウムの充填方法は、上記第２容器の充填において、上記第１予冷する工程を行うまえに、上記第２容器を減圧する工程と、復圧する工程とを行う。上記復圧する工程は、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予冷する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予冷する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。
請求項３記載の液体ヘリウムの充填方法は、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。
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。
請求項４記載の液体ヘリウムの充填方法は、上記第１容器の充填において、上記第１予冷する工程を行うまえに、上記第１容器を減圧する工程と、上記第１容器を復圧する工程とを行う。上記復圧する工程は、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あいだ、上記第２容器から出てくるボイルオフガスを上記第１容器に供給する。
上記第１予冷する工程のまえに上記第１容器を一旦減圧し、上記第２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１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１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予冷する工程のまえに上記第１容器を一旦減圧し、上記第２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１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１容器に充填する液体ヘリウムの純度低下を防止できる。
請求項５記載の液体ヘリウムの充填方法は、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回収する。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。
請求項６記載の液体ヘリウムの充填装置は、液体ヘリウム供給源と、第１容器および第２容器を用いる。上記液体ヘリウム供給源は、たとえば、液体ヘリウムが大量に貯留されたコンテナなどである。上記第１容器および第２容器は、上記液体ヘリウム供給源から液体ヘリウムが充填される先である。
本発明の液体ヘリウムの充填装置は、本発明の液体ヘリウムの充填方法は、上記第２容器の充填工程と、上記第１容器の充填工程とを行うように構成されている。
上記第２容器の充填工程は、第１予冷する手段と、第２予冷する手段と、充填とともに回収する手段とによって行うように構成されている。
上記第１予冷する手段は、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予冷する手段は、上記第２容器の上記第１予冷ののちに、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。
上記充填とともに回収する手段は、上記第２容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第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容器の充填工程は、第１予冷する手段と、第２予冷する手段と、充填とともに回収する手段とによって行うように構成されている。上記第１予冷する手段は、液体ヘリウム供給源から第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あいだ、上記第２容器から出てくるボイルオフガスを第１容器に供給して上記第１容器を第１予冷する。上記第２予冷する手段は、上記第１予冷による上記第１容器の上記第１予冷ののちに、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容器を液体ヘリウムにより第２予冷する。上記充填とともに回収する手段は、上記第１容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第１容器から出てくるボイルオフガスを回収する。
そして、上記第２容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第２容器の充填工程と、上記第１容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第１容器の充填工程とを交互に行うように構成されている。そして、上記第２容器が載置されて上記第２容器の重量により充填完了を検知して液体ヘリウムの導入を停止させる第２の荷重検出器と、上記第１容器が載置されて上記第１容器の重量により充填完了を検知して液体ヘリウムの導入を停止させる第１の荷重検出器をさらに備えている。第１容器と第２容器で、充填完了を荷重検出器によって計量し、充填と予冷を交互に行うため、効率がよい。
上記第２容器の充填工程は、第１予冷する手段と、第２予冷する手段と、充填とともに回収する手段とによって行うように構成されている。
上記第１予冷する手段は、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予冷する手段は、上記第２容器の上記第１予冷ののちに、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。
上記充填とともに回収する手段は、上記第２容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第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容器の充填工程は、第１予冷する手段と、第２予冷する手段と、充填とともに回収する手段とによって行うように構成されている。上記第１予冷する手段は、液体ヘリウム供給源から第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あいだ、上記第２容器から出てくるボイルオフガスを第１容器に供給して上記第１容器を第１予冷する。上記第２予冷する手段は、上記第１予冷による上記第１容器の上記第１予冷ののちに、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容器を液体ヘリウムにより第２予冷する。上記充填とともに回収する手段は、上記第１容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第１容器から出てくるボイルオフガスを回収する。
そして、上記第２容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第２容器の充填工程と、上記第１容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第１容器の充填工程とを交互に行うように構成されている。そして、上記第２容器が載置されて上記第２容器の重量により充填完了を検知して液体ヘリウムの導入を停止させる第２の荷重検出器と、上記第１容器が載置されて上記第１容器の重量により充填完了を検知して液体ヘリウムの導入を停止させる第１の荷重検出器をさらに備えている。第１容器と第２容器で、充填完了を荷重検出器によって計量し、充填と予冷を交互に行うため、効率がよい。
本発明の液体ヘリウムの充填装置は、第２容器の予冷において、液体ヘリウム以外の液化ガスを使用しないため、第２容器に充填した液体ヘリウムの純度を下げることがない。また、冷凍機やそれに付随する機器を使用しないため、そのための設備および動力が不要で、充填コストを節減できる。さらに、上記充填手段における充填工程において、上記第２容器から出てくるボイルオフガスを回収する。このため、上記充填工程で発生するボイルオフガスを回収して利用できる。
つぎに、本発明を実施するための形態を説明する。
◆実施形態の前提
〔装置〕
図１は、本発明の実施形態の前提の液体ヘリウムの充填装置を説明する図である。
〔装置〕
図１は、本発明の実施形態の前提の液体ヘリウムの充填装置を説明する図である。
この装置は、液体ヘリウムが大量に貯留された液体ヘリウムの供給源としてのコンテナ１から、小容量の容器に液体ヘリウムを移充填するものである。本形態では、上記小容量の容器として、第１容器１０と第２容器２０を用いる。上記第１容器１０は、荷重検出器２のうえに載置される。
上記コンテナ１には、当該コンテナ１から液体ヘリウムを取り出す液体取出路１Ａが接続されている。上記液体取出路１Ａには、第１導入路１１と第２導入路２１が接続されている。第１導入路１１と第２導入路２１には、それぞれ開閉バルブ１１Ａ，２１Ａが設けられている。
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１容器１０には、第１排出路１２が接続されている。上記第１排出路１２には開閉バルブ１２Ａが設けられている。上記第１排出路１２は、上記第１容器１０内のボイルオフガスを排出する。
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。
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。
上記第１排出路１２および第２排出路２２は、それぞれの下流が回収路４１に接続されている。上記回収路４１は、その下流が回収タンク４０に接続されている。
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。
上記第１排出路１２には、第１中継路１３が分岐するように接続されている。上記第１中継路１３には開閉バルブ１３Ａが設けられている。上記第１中継路１３は、その下流が減圧路５１に接続されている。上記減圧路５１には開閉バルブ５１Ａが設けられている。上記減圧路５１は、その下流が真空ポンプ５０に接続されている。
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。
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。上記第２バイパス路２４には開閉バルブ２４Ａが設けられている。
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。
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。
本形態の装置は、第１予冷手段と第２予冷手段と充填手段とを備えて構成されている。
上記第１予冷手段は、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
〔方法〕
図２は、本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。
図２は、本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。
〔工程の概要〕
本形態の方法は、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。
本形態の方法は、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。
〔待機状態〕
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（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。
〔第１容器：充填／第２容器：減圧工程〕
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（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。
第１容器１０では、コンテナ１から取り出した液体ヘリウムを第１導入路１１を介して第１容器１０に充填する。このとき、コンテナ１と第１容器１０の圧力差や温度差により、液体ヘリウムの一部がボイルオフガスになる。このボイルオフガスは、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。
つまり、上記第２容器２０を減圧する減圧工程において、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回収する。
第２容器２０では、第２導入路２１の一部，第２バイパス路２４，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。つまり真空排気により内部の空気や水分を排出する。所定時間の経過あるいは所定の真空度に達したら、真空排気を停止する。
〔第１容器：充填／第２容器：復圧工程〕
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。
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。
第１容器１０では、上述した充填が引き続き行われる。
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。
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。ボイルオフガスはヘリウムガスであり、上記減圧工程で真空排気された第２容器２０に、復圧工程でヘリウムガスが導入される。つまり、減圧工程と復圧工程を行うことにより、第２容器２０内の空気がヘリウムガスに置換される。
上記第２容器２０における減圧工程と復圧工程は、たとえば３～５回程度、複数回繰り返すのが好ましい。
〔第１容器：充填／第２容器：第１予冷工程〕
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。
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容器１０では、上述した充填が引き続き行われる。
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。
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。
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。ボイルオフガスは十分な冷熱を持っており、ヘリウムガスに置換された第２容器２０を冷却する。
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。つまり、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を回収する。このボイルオフガスは、第２排出路２２および回収路４１を介して回収タンク４０に回収される。
〔第１容器：充填完了／第２容器：第２予冷工程〕
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（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１容器１０での充填完了は、荷重検出器２によって計量する第１容器１０の重量によって検知する。第１導入路１１からの液体ヘリウムの導入を停止して充填を完了する。この第１容器１０の充填完了をもって、上記第１予冷も終了する。
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。
第２予冷工程では、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に供給し、第２容器２０を冷却する。このとき、第２容器２０では、ボイルオフガスが発生する。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回収する。このとき、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。
上記第２予冷工程は、上記第２容器２０の温度が所定値以下に下がったことをもって終了する。上記第２容器２０の温度は、図示しない温度センサによって検出する。
〔充填工程〕
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。
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。
このとき、コンテナ１と第２容器２０の圧力差や温度差により、液体ヘリウムの一部がボイルオフガスになる。このボイルオフガスは、第２排出路２２および回収路４１を介して回収タンク４０に回収される。
〔本形態の効果〕
本形態は、つぎの作用効果を奏する。
本形態は、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。
本形態は、つぎの作用効果を奏する。
本形態は、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。
本形態は、第２容器２０の予冷において、液体ヘリウム以外の液化ガスを使用しないため、第２容器２０に充填した液体ヘリウムの純度を下げることがない。また、ボイルオフガスの冷熱を有効に利用し、冷凍機やそれに付随する機器を使用しない。このため、そのための設備および動力が不要で、充填コストを節減できる。
本形態は、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回収する。
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を回収して利用できる。
本形態は、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回収する。
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予冷工程等で発生するボイルオフガスを回収して利用できる。
本形態は、上記第１予冷工程を行うまえに、減圧工程と復圧工程とを行う。
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。
本形態は、上記第２容器２０を減圧する減圧工程において、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回収する。
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。
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。
◆実施形態
〔装置〕
図３は、本発明が適用される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。
〔装置〕
図３は、本発明が適用される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。
この例では、第１容器１０だけでなく、第２容器２０も荷重検出器３のうえに載置される。
上記コンテナ１から液体ヘリウムを取り出す液体取出路１Ａに接続された第１導入路１１と第２導入路２１はそれぞれ、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と第２容器２０に導入する。
上記第１容器１０に接続された第１排出路１２は、上記第１容器１０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。
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。
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。
上記第１排出路１２から分岐する第１中継路１３は、その下流が減圧路５１に接続され、開閉バルブ１３Ａと開閉バルブ１３Ｂが設けられている。この例では、上記減圧路５１に開閉バルブ５１Ａが設けられていない。
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。
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。
この例では、上記第１導入路１１から分岐するように第１バイパス路１４が接続されている。上記第１バイパス路１４は、さらに第１分岐路１５と第２分岐路１６に分岐している。上記第１分岐路１５は上記減圧路５１に接続されている。上記第２分岐路１６は上記第２排出路２２に接続されている。上記第１分岐路１５には開閉バルブ１５Ａが設けられ、上記第２分岐路１６には開閉バルブ１６Ａが設けられている。
〔方法〕
図４および図５は、本発明が適用される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および図５は、本発明が適用される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。
〔待機状態〕
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（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。
〔第１容器：充填工程／第２容器：減圧工程〕
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。
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１容器１０では、コンテナ１から取り出した液体ヘリウムを第１導入路１１を介して第１容器１０に充填する。このとき第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。
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。
〔第１容器：充填工程／第２容器：復圧工程〕
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。
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。
第１容器１０では、上述した充填が引き続き行われる。
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。
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。
〔第１容器：充填工程／第２容器：第１予冷工程〕
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。
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容器１０では、上述した充填が引き続き行われる。
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。
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。
〔第１容器：充填完了／第２容器：第２予冷工程〕
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。
〔第１容器：減圧工程／第２容器：充填工程〕
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（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。
〔第１容器：復圧工程／第２容器：充填工程〕
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。
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。
第２容器２０では、上述した充填が引き続き行われる。
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。
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。
〔第１容器：第１予冷工程／第２容器：充填工程〕
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。
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２容器２０では、上述した充填が引き続き行われる。
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。
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。
〔第１容器：第２予冷工程／第２容器：充填完了〕
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。
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。
本実施形態では、上述した動作に基づいて機能する配管や開閉バルブは、本発明の第１予冷手段，第２予冷手段および充填手段として機能する。
〔本実施形態の効果〕
本実施形態では、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。それ以外は上記形態と同様の作用効果を奏する。
本実施形態では、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。それ以外は上記形態と同様の作用効果を奏する。
〔変形例〕
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。
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。
１：コンテナ
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
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
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
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 (6)
- 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予冷する工程と、上記第２容器の上記第１予冷ののちに、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予冷する工程と、上記第２容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第２容器から出てくるボイルオフガスを回収する工程とを行う第２容器の充填と、
液体ヘリウム供給源から第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あいだ、上記第２容器から出てくるボイルオフガスを第１容器に供給して上記第１容器を第１予冷する工程と、上記第１容器の上記第１予冷ののちに、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容器を液体ヘリウムにより第２予冷する工程と、上記第１容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第１容器から出てくるボイルオフガスを回収する工程とを行う第１容器の充填とを、
上記第２容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第２容器の充填と、上記第１容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第１容器の充填とを交互に行うにあたって、
上記第２容器の充填完了を、上記第２容器が載置された第２の荷重検出器によって上記第２容器の重量を検知して液体ヘリウムの導入を停止するまでとし、上記第１容器の充填完了を、上記第１容器が載置された第１の荷重検出器によって上記第１容器の重量を検知して液体ヘリウムの導入を停止するまでとする
ことを特徴とする液体ヘリウムの充填方法。 - 上記第２容器の充填において、上記第１予冷する工程を行うまえに、
上記第２容器を減圧する工程と、
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容器を復圧する工程とを行う
請求項１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２記載の液体ヘリウムの充填方法。 - 上記第１容器の充填において、上記第１予冷する工程を行うまえに、
上記第１容器を減圧する工程と、
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あいだ、上記第２容器から出てくるボイルオフガスを上記第１容器に供給して上記第１容器を復圧する工程とを行う
請求項１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４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予冷する手段と、上記第２容器の上記第１予冷ののちに、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予冷する手段と、上記第２容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第２容器から出てくるボイルオフガスを回収する手段とによって行う第２容器の充填工程と、
液体ヘリウム供給源から第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あいだ、上記第２容器から出てくるボイルオフガスを第１容器に供給して上記第１容器を第１予冷する手段と、上記第１予冷による上記第１容器の上記第１予冷ののちに、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容器を液体ヘリウムにより第２予冷する手段と、上記第１容器の上記第２予冷ののちに、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とともに上記第１容器から出てくるボイルオフガスを回収する手段とによって行う第１容器の充填工程とを、
上記第２容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第２容器の充填工程と、上記第１容器に対して上記第１予冷・上記第２予冷ならびに上記充填を完了させる上記第１容器の充填工程とを交互に行うように構成され、
上記第２容器が載置されて上記第２容器の重量により充填完了を検知して液体ヘリウムの導入を停止させる第２の荷重検出器と、上記第１容器が載置されて上記第１容器の重量によりの充填完了を検知して液体ヘリウムの導入を停止させる第１の荷重検出器をさらに備えた
ことを特徴とする液体ヘリウムの充填装置。
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- 2018-03-28 JP JP2018062381A patent/JP7210149B2/ja active Active
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|---|---|---|---|---|
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