KR20190006558A - 가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 방법 및 제거 장치 - Google Patents

가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 방법 및 제거 장치 Download PDF

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알렉산더 알렉세예프
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Abstract

본 발명은 가압 용기(100)로부터 헬륨을 제거하기 위한 방법에 관한 것으로, 초임계 헬륨(111)이 가압 용기로부터 제거되고, 제거된 초임계 헬륨(112)이 냉각 장치(210)에 의해 능동적으로 냉각되고 그리고/또는 주울-톰슨 팽창부(220)에 의해 수동적으로 냉각되며, 이에 의해 적어도 부분적으로 액체 헬륨(113)을 형성한다.

Description

가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 방법 및 제거 장치
본 발명은 가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 방법뿐만 아니라 초임계 헬륨(supercritical helium)을 가압 용기로부터 제거하는 제거 장치에 관한 것이다.
액체 헬륨은 가압 용기들에서 고압으로 저장 및 운송될 수 있다. 용기에 저장하는 동안, 헬륨의 응집 상태(aggregate state)가 변할 수 있고, 기체(gaseous) 헬륨 및/또는 초임계 헬륨이 형성될 수 있다.
액체 헬륨이 초임계 헬륨으로 가압 용기로부터 제거되는 경우, 보통, 용기 내의 압력이 예를 들어 210 mbarg 내지 350 mbarg, 또는 3 psig 내지 5 psig의 값에 도달할 때까지, 가장 먼저 압력이 용기로부터 해제될 필요가 있다. 이러한 압력 해제는 기체 헬륨 또는 초임계 헬륨이 가압 용기로부터 제거된다는 점에서 달성될 수 있다. 용기 내의 압력을 1 psi만큼 낮추기 위해서는, 80 ㎥ 내지 120 ㎥의 기체/초임계 헬륨이 제거되어야 한다.
압력이 적절한 정도로 낮아진 경우, 가압 용기에는 액상 및 기상의 2개의 상들의 헬륨이 형성된다. 그 후에야 비로소, 통상적으로 액체 헬륨의 제거가 시작된다. 용기 내의 압력이 높을수록, 더 많은 기체/초임계 헬륨이 제거되어야 하고, 더 적은 양의 액체 헬륨이 제거될 수 있다. 용기의 적재(loading) 후의 원래의 압력에 따라, 그리고 용기 내의 헬륨의 저장 시간에 따라, 액체 헬륨의 수율은 이에 따라 변할 수 있다.
본 발명의 목적은, 가압 용기로부터 제거하는 동안 액체 헬륨의 수율을 증가시키는 것이다.
본 발명에 따르면, 독립항의 특징들을 갖는 가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 방법 및 제거 장치가 제공된다. 유리한 설계들은 종속항들 및 그 후속 설명의 청구 대상이다. 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 제거 장치의 장점들 및 바람직한 설계들은, 하기 설명으로부터 유사하게 얻어진다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 방법이 제공되며, 초임계 헬륨이 가압 용기로부터 제거되고, 이 방법은, 제거된 초임계 헬륨이 냉각 장치에 의해 능동적으로 냉각되고 그리고/또는 주울-톰슨(Joule-Thomson) 팽창부(220)에 의해 수동적으로 냉각되며; 그리고 이에 의해 적어도 부분적으로 액체 헬륨을 형성하는 것을 포함한다.
환언하면, 이 방법은, 가압 용기로부터 초임계 헬륨을 제거하는 단계; 제거된 초임계 헬륨을, 냉각 장치에서 능동적으로 냉각시킴으로써 그리고/또는 주울-톰슨 팽창부에 의해 수동적으로 냉각시킴으로써 냉각시켜서, 적어도 액체 헬륨을 생성하는 단계를 포함한다.
가압 용기 내의 헬륨은 유리하게는 고압이다. 특히, 가압 용기 내의 압력이 헬륨의 임계점을 넘어서, 가압 용기 내의 헬륨은 초임계 상태에 있고, 따라서 단지 초임계 상으로만 존재한다. 이러한 맥락에서 고압은 특히, 2.28 bara 또는 33 psia 초과의 압력(이 압력의 초과에서는, 헬륨이 초임계 상태로만 존재함)을 의미하는 것으로 이해된다.
이 방법의 맥락에서, 초임계, 특히 극저온, 헬륨이 가장 먼저 가압 용기로부터 제거된다. 이러한 목적을 위해, 제거 장치는, 가압 용기의 제거 연결부 또는 제거 밸브, 특히 유체 제거 연결부 또는 유체 제거 밸브에 연결되도록 배열된 연결부를 포함한다. 제거된 초임계 헬륨, 특히 여전히 고압인 초임계 헬륨은 본 발명의 맥락에서 능동적으로 그리고/또는 수동적으로 냉각된다.
능동 냉각(active cooling)은 능동 냉각 장치에 의해 수행될 수 있다. 이러한 맥락에서, 능동 냉각은, 특히, 제거된 초임계 헬륨으로부터 에너지를 끌어내고 초임계 헬륨을 냉각시키기 위해 능동 에너지가 사용되는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 유리하게는, 능동 냉각 과정 중에, 열역학적 사이클이 구현된다. 이러한 목적을 위해, 제거 장치는 연결부의 하류에 능동 냉각 장치를 포함한다.
수동 냉각(passive cooling)은 주울-톰슨 팽창부에 의해 수행될 수 있다. 이러한 수동 냉각의 맥락에서, 헬륨의 냉각을 위해, 특히, 어떠한 에너지도 능동적으로 사용될 필요는 없다. 주울-톰슨 팽창의 맥락에서, 제거된 가압 헬륨은 바람직하게는 스로틀(throttle) 밸브에 공급됨으로써 팽창된다. 주울-톰슨 효과에 따라, 팽창하는 헬륨은 그 공정에서 냉각을 수행한다. 이러한 목적을 위해, 제거 장치는, 유리하게는, 능동 냉각 장치의 하류에 연결되는 연결부의 하류에 주울-톰슨 냉각기를 포함한다.
능동 및/또는 수동 냉각으로 인해, 제거된 초임계 헬륨의 적어도 일부는 액화된다.
통상적인 헬륨 제거 방법들이 공지되어 있으며, 이 과정 동안, 압력 제거를 위해 제거된 초임계 헬륨은 일반적으로 증발기를 통해 압축기로 공급되고, 가압 가스 충전을 위해 사용된다.
그에 반해, 본 발명에서, 제거된 초임계 헬륨은 적어도 부분적으로 액화되고, 그 결과 가압 용기로부터 제거된 액체 헬륨의 양이 증가될 수 있다. 특히 유리하게는, 제거된 헬륨은 능동적으로 그리고 또한 수동적으로 양자 모두로 냉각되며, 그 결과 액체 헬륨의 수율은 더욱 증가될 수 있다.
이 방법은 바람직하게는, 가압 용기로부터 액체 헬륨을 제거하는 공정의 초기에, 헬륨이 가압 용기에서 바람직하게는 오로지 초임계 상태로만 있을 때 수행된다. 특히, 이 방법은 초임계 헬륨을 미리 정해진 값으로 제거함으로써 용기 내의 압력이 낮아진 후에 수행될 수 있다. 이 방법은 압력이 2.28 bara 또는 33 psia로 낮아졌을 때(즉, 이 값에서 헬륨이 가압 용기 내에서 액체 및 기체 상으로 존재함) 수행될 수 있고, 이는 액체 헬륨의 직접적인 제거를 시작할 수 있음을 의미한다.
대안적으로 또는 추가적으로, 이 방법은 가압 용기로부터 액체 헬륨을 제거하는 공정의 마지막에서 수행될 수 있다. 특히, 공정이 끝나면, 액체 헬륨의 나머지가 가압 용기의 바닥에 여전히 위치될 수 있다. 나머지 양은 일반적으로 가압 용기 내에서 통상적인 라인들에 의해 제거될 수 없는데, 왜냐하면 이들 라인들이 정상적으로 바닥에 직접적으로 도달하지 않기 때문이다. 이 경우, 가압 용기 내의 압력은, 액체 헬륨의 나머지가 초임계 상으로 전이될 때까지, 다시 증가될 수 있다. 이러한 방식으로 생성된 초임계 헬륨이 제거되고, 능동적으로 그리고/또는 수동적으로 냉각되며, 이에 의해 적어도 부분적으로 액화될 수 있다.
특히 유리한 설계에 따르면, 가압 용기로부터 제거된 초임계 헬륨은 냉각 장치로서의 열 교환기에 의해 능동적으로 냉각될 수 있다. 이러한 열 교환기에 의해, 열 에너지는 특히 제거된 헬륨으로부터 매체(medium) 또는 냉각 유체로 전달된다. 열 교환기는 제거된 헬륨을 능동적으로 냉각하기 위해 쉽고 비용 효율적인 가능성을 나타내고, 제거 장치에 간단하게 통합될 수 있으며 복잡하지 않은 방식으로 작동될 수 있다.
예를 들어, 제거된 초임계 헬륨은 제거 장치를 라인을 통해 연결함으로써 유도될 수 있다. 예를 들어, 헬륨을 냉각시키기 위해 이 라인 주위로 냉각 유체를 유도할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 대응하는 냉각 유체 라인이 제거 장치의 라인 주위에 배열될 수 있다. 열 교환기는 제거 장치의 라인에서 이러한 방식으로 유리하게 통합될 수 있다. 또한, 열 교환기를 라인의 단부에 연결하고 이에 따라 라인의 후단과 하류에 상기 열 교환기를 연결하는 것도 가능하다.
대안적으로 또는 추가적으로, 가압 용기로부터 제거된 초임계 헬륨은 냉각 기계에 의해 유리하게 냉각될 수 있다. 냉각 기계들은 보통, 헬륨의 반복되는 압축 및 팽창을 위한 압축기 및 냉각의 자체적인 생성이 발생되는 냉각부(종종, 냉각 헤드로 지칭됨)를 포함한다. 바람직하게는, 냉각 기계는, 스털링(Stirling) 냉동기; 지포드-맥마혼(Gifford-McMahon) 냉동기; 및 맥동관(pulse tube) 냉동기 중 하나로서 바람직하게 설계된다. 단일 유형의 냉각 기계가 고려되었지만, 당업자는 용어 "냉각 기계"가 상기 열거된 냉동기들의 유형들중 2개 또는 그 초과의 유형들의 조합들을 포함하는 것으로 해석될 수 있음을 알 것이다. 이러한 냉각 기계들은 열 교환기보다 비용이 더 많이 들지만, 제거된 헬륨이 더욱 효과적으로 냉각될 수 있으며, 특히, 액체 헬륨의 수율이 더 증가될 수 있다.
스털링 냉동기는 특히 스털링 사이클을 구현하는 데 사용된다. 예를 들어, 이러한 스털링 냉동기는 압축 실린더에 피스톤을 포함할 수 있으며, 그 하류에는 제1 열 교환기, 재생기 및 추가의 열 교환기를 포함한다(이들에는 차례로 하류에 추가의 피스톤을 갖는 팽창 실린더가 뒤따름). 피스톤들의 움직임에 의해, 헬륨은 선택적으로 팽창 및 압축되고, 헬륨은 열 교환기들 및 재생기로 구성된 시스템을 통해 안내된다.
스털링 냉동기에서는, 대체로 압축기가 작업 체적에 직접 연결될 수 있다(소위 통합형 설계). 그러나, 2개의 유닛들(압축기 및 냉각 헤드)이 튜브를 통해 연결되는 소위 분할(split) 설계(소위 분할 스털링 냉각 기계)도 있다.
다른 한편으로, 지포드-맥마혼 냉동기들의 경우에는, 분할 설계를 독점적으로 사용하는 것이 통상적이다. 따라서, 냉각 헤드 및 압축기는 지포드-맥마혼 냉동기에서는 2개의 라인들을 통해 연결된 별도의 유닛들로서 형성된다. 이러한 지포드-맥마혼 냉동기에서, 재생기 및 변위기(displacer)는 분배기 밸브를 통해 압축기의 고압 측과 저압 측에 번갈아(alternately) 연결되는 냉각 헤드에 배열된다.
스털링 냉동기 및 지포드-맥마혼 냉동기와 달리, 맥동관 냉동기(이는 또한 스털링 유형의 맥동관 냉동기로 지칭될 수 있음)에서는, 냉각 헤드 또는 저온 열-교환 지점의 영역에서 이동할 수 있는 구성요소들은 사용되지 않는다. 맥동관 냉동기는 특히 압축기 및 제1 열 교환기(이의 하류에 재생기와 추가의 열 교환기가 뒤따름)를 포함한다. 제2 열 교환기에는 소위 맥동관이 뒤따르고, 맥동관에 제3 열 교환기가 연결된다. 열 교환기들, 재생기 및 맥동관은, 특히 공통 실린더 내에 배열된다. 상기 실린더에는 하류에 유동 저항기, 예를 들어 개구부(aperture)뿐만 아니라 완충 체적(buffer volume)이 뒤따를 수 있다.
(상술한 바와 같은) 이러한 스털링 유형의 맥동관 냉동기 이외에도, 재생기를 분배기 밸브를 통해 압축기의 고압 측과 저압 측에 번갈아 연결하는 것도 고려할 수 있으며, 이는 지포드-맥마혼 유형의 맥동관 냉동기로 지칭된다.
유리하게는, 제거된 헬륨의 주울-톰슨 팽창부는, 또한 액화된 헬륨 이외에 저온 기체 헬륨(소위, 플래쉬(flash) 가스)을 생성한다. 이러한 생성된 저온 기체 헬륨은 제거되는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위해, 제거 장치는 바람직하게는 가스 배출부를 포함한다. 따라서, 특히, 주울-톰슨 냉각기의 고압 측과 저압 측 사이의 압력 비가 조절될 수 있고, 그 결과, 주울-톰슨 팽창부가 효율적으로 계속 수행될 수 있음이 보장된다. 저온 기체 헬륨은, 특히, 이의 생성 직후 주울-톰슨 냉각기의 저압 측 상에서 제거된다.
유리하게는, 저온 기체 헬륨은 여기서 주울-톰슨 냉각기의 고압 측을 따라 안내될 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 제거된 저온 기체 헬륨은 주울-톰슨 팽창부 이전에 고압 측 상에서, 가압 용기로부터 제거된 초임계 헬륨을 냉각시키거나 예비-냉각시키기 위해 사용된다.
대안적으로 또는 추가적으로, 저온 기체 헬륨은, 바람직하게는, 상기 제거된 초임계 헬륨에 대해 역류로(in counter-current) 열 교환기를 통해 안내되며, 이에 의해 상기 초임계 헬륨을 냉각시킬 수 있다.
이 방법은, 바람직하게는, 예를 들어, 극저온 헬륨의 장기간 저장의 경우에 가압 용기에서의 과도한 압력 상승을 방지하기 위해 가압 용기로부터 추가의 제2 가압 용기(용기 대 용기)로의 액체 헬륨의 이송에 적합하다.
이 방법은 또한, 액체 헬륨을 가압 용기로부터 듀어(Dewar) 용기(용기 대 듀어)로 이송하는 데 적합하다. 유리하게는, 생성된 액화 헬륨은 추가의 가압 용기 또는 듀어 용기에 공급될 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 제거 장치를 제공하며, 제거 장치는, 가압 용기로부터 초임계 헬륨을 제거하기 위해 가압 용기의 제거 연결부에 연결되도록 배열된 제1 연결부를 포함하고, 제거 장치는, 연결부의 하류에 있는 능동 냉각 장치 및/또는 연결부의 하류에 있는 주울-톰슨 냉각기를 포함한다.
냉각 장치는 열 교환기; 스털링 냉동기; 지포드-맥마혼 냉동기; 또는 맥동관 냉동기 중 하나일 수 있다.
제거 장치는 주울-톰슨 냉각기의 저압 측으로부터 저온 기체 헬륨을 제거하기 위한 가스 배출부를 더 포함할 수 있다.
제거 장치는 추가의 냉각 목적들 및/또는 다른 용도 예컨대 헬륨 회수 또는 기체 헬륨 충전을 위해 저온 기체 헬륨이 운반되도록 추가로 구성될 수 있다.
제1 연결부는 라인에 연결될 수 있다. 능동 냉각 장치는 라인에 통합될 수 있고 그리고/또는 라인의 단부에서 상기 라인에 연결될 수 있다.
제거 장치는, 냉각 장치 및/또는 주울-톰슨 냉각기의 하류에 제2 연결부를 더 포함할 수 있다. 제2 장치는 제2 가압 용기 및/또는 공급 라인에 연결되도록 구성될 수 있다.
추가의 가압 용기 또는 듀어 용기에 공급하기 위해, 제거 장치는 바람직하게는 제2 용기, 바람직하게는 제2 가압 용기 또는 듀어 용기에 연결되도록 배열된 제2 연결부를 포함한다. 생성된 액화 헬륨은 저온유지장치 및/또는 저온유지장치 내의 장치들을 냉각시키기 위해 사용될 수 있다.
바람직하게는, 제거 장치의 연결부는 라인에 연결된다. 능동 냉각 장치는 바람직하게는 라인에 통합된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 능동 냉각 장치는 또한 라인의 단부에서 상기 라인에 연결될 수 있다. 특히, 제거 장치는, 특히, 그의 두 개의 연결부들에 의해 가압 용기 및 이에 따라 제2 용기에 연결된 구조 유닛으로서 구현될 수 있다.
본 발명의 추가적인 장점들 및 설계들은 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 얻어진다.
상술한 특징들 및 이하에 설명되는 특징들은 본 발명의 범주를 벗어나지 않고, 각각의 지시된 조합뿐만 아니라 다른 조합들 또는 개별적으로 사용될 수 있음이 이해된다.
본 발명은 도면의 예시적인 실시예들을 참조하여 도식적으로 나타내고 도면을 참조하여 이하에서 상세하게 기술된다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예를 수행하기 위해 배열된 본 발명에 따른 제거 장치의 바람직한 설계를 도식적으로 도시한다.
도 1에서, 헬륨 충전 스테이션(100)을 도식적으로 나타낸다. 헬륨은 예를 들어, 트럭에 의해 가압 용기(110)에 공급된다. 헬륨은 처리된 가압 용기(110)로부터 공급된 다음 제2 저장 용기 또는 베슬(140)로 예를 들어 하나 또는 그 초과의 듀어 용기들(140)로 공급된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 헬륨은 저온유지장치 및/또는 저온유지장치 내의 장치들을 냉각시키기 위해 사용된다.
헬륨은, 예를 들어, 3.1 barg 또는 45 psig의 고압으로 가압 용기(110)에 저장된다. 따라서, 가압 용기(110) 내에는, 단지 초임계 헬륨(111)만이 존재한다.
가압 용기(110)로부터 헬륨을 제거하기 위해, 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예를 수행하기 위해 배열된 본 발명에 따른 제거 장치(200)의 바람직한 설계가 제공된다.
제거 장치(200)는 가압 용기(110)의 제거 연결부에 연결되도록 배열된 제1 연결부(201)를 포함한다. 제거 연결부(120 또는 130)에 각각 연결되는 여러 개의 제거 라인들(121, 131)이 가압 용기(110) 내에 이어질 수 있다. 나타낸 예에서, 제거 장치(200)의 제1 연결부(201)는 제거 연결부(130)에 연결된다.
제거 장치(200)의 제1 연결부(201)는 라인(202)에 연결된다. 라인(202)은 예를 들어, 이중 벽으로 그리고 진공 초-절연되도록 설계된다. 또한, 제거 장치(200)는 능동 냉각 장치(210)를 포함한다. 이러한 냉각 장치는 바람직하게는 스털링 냉동기, 지포드-맥마혼 냉동기 또는 맥동관 냉동기로서 설계될 수 있다. 이러한 예에서, 본 발명의 특히 바람직한 설계에 따르면, 냉각 장치(210)는 압축기(211)를 갖는 열 교환기로서 형성된다. 예를 들어, 열 교환기(210)에 의해, 라인(202)을 통해 유동하는 매체를 냉각시키기 위해, 냉각 유체가 라인(202) 주위로 유동할 수 있다. 또한, 능동 냉각 장치(210)의 하류에서, 제거 장치(200)는 주울-톰슨 냉각기(220)를 포함한다. 제2 연결부(203)를 통해, 제거 장치는 듀어 용기(140)에 연결될 수 있다.
제거 장치(200)가 가압 용기(110)의 제거 연결부(130)에 연결될 때, 본 발명의 맥락에서, 초임계 및 극저온 헬륨(111)은 가압 용기(110)로부터 제거된다.
이러한 제거된 초임계 헬륨(112)은, 라인(202)을 통해 그리고 열 교환기(210)를 통해(각각의 경우에, 초임계 헬륨은 여전히 가압된 상태임) 주울-톰슨 냉각기(220)로 유동한다.
열교환기(210)에 의해, 제거된 헬륨(112)으로부터 열이 제거되고, 헬륨이 냉각된다. 주울-톰슨 냉각기(220)에서, 제거된 헬륨(112)은 주울-톰슨 팽창된다. 이러한 능동 및 수동 냉각의 결과로서, 제거된 헬륨은 주울-톰슨 냉각기(220)의 저압 측(221) 상에서 적어도 부분적으로 액화된다. 제거된 헬륨의 액화 부분은 듀어 용기(140) 내에서 액체 헬륨(113)으로서 저장된다.
제거된 헬륨(112)의 전체 양이 주울-톰슨 냉각기(220)에 의해 액화되지 않기 때문에, 저온 기체 헬륨(114)이 또한 생성된다.
이러한 저온 기체 헬륨(114)은 주울-톰슨 냉각기(220)의 저압 측(221)으로부터 가스 배출부를 통해 제거된다. 이러한 공정에서, 상기 제거된 저온 기체 헬륨(114)은, 주울-톰슨 팽창되기 전에, 주울-톰슨 냉각기(220)의 고압 측(222)을 따라 안내되어, 그 내부에 위치한 제거된 헬륨(112)을 추가로 냉각시킨다.
제거된 저온 기체 헬륨(114)은 유리하게는, 저장 장치(140)로 이송되고 그리고/또는 추가 사용(301)을 위해 공급 라인(224)을 통해 공급되는 것 양자 모두가 가능할 수 있다. 완전성을 위해, 이러한 옵션들 양자 모두가 도 1에 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 제거된 저온 기체 헬륨이 단지 저장용 용기에만 공급되는 실시예들; 및 제거된 저온 기체 헬륨이 단지 추가 사용을 위해서만 공급되는 실시예들을 포함한다.
예를 들어, 제거된 저온 기체 헬륨(114)이 열 교환기에 공급된 다음 헬륨 가스 충전 설비(301)의 압축기 및/또는 헬륨 가스 저장 탱크(140)에 공급될 수 있다. 대안적으로, 추가 사용(301)은 저온유지장치를 냉각시키고 그리고/또는 저온유지장치 내의 구성요소 장치들을 냉각시키기 위해 저온유지장치에 공급하는 것을 포함할 수 있다
초임계/극저온 헬륨(111)의 제거로 인해, 가압 용기(110) 내의 압력은 떨어진다. 예를 들어, 이러한 압력이 2.29 bara의 값에 도달하자마자, 액체 헬륨은 용기(110)로부터 직접적으로 제거될 수 있다.
100 : 헬륨 충전 스테이션
110 : 가압 용기
111 : 초임계 헬륨
112 : 제거된 초임계 헬륨
113 : 액체 헬륨
114 : 저온 기체 헬륨
120 : 제거 연결부
121 : 제거 라인
130 : 제거 연결부
131 : 제거 라인
140 : 듀어 용기
200 : 제거 장치
201 : 제거 장치의 제1 연결부
202 : 라인
203 : 제거 장치의 제2 연결부
210 : 열 교환기
211 : 열 교환기의 압축기
220 : 주울-톰슨 냉각기
221 : 주울-톰슨 냉각기의 저압 측
222 : 주울-톰슨 냉각기의 고압 측
223 : 가스 배출부
224 : 공급 라인
301 : 추가 사용을 위해 제거된 저온 기체 헬륨의 공급부, 예를 들어, 헬륨 가스 충전 설비의 열 교환기 및 압축기

Claims (15)

  1. 가압 용기(110)로부터 헬륨을 제거하기 위한 방법으로서,
    상기 가압 용기(110)로부터 초임계 헬륨(supercritical helium)(111)이 제거되고,
    제거된 초임계 헬륨(112)이 냉각 장치(210)에 의해 능동적으로 냉각되고 그리고/또는 주울-톰슨(Joule-Thomson) 팽창부(220)에 의해 수동적으로 냉각되며, 이에 의해 적어도 부분적으로 액체 헬륨(113)을 형성하는,
    가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가압 용기로부터 제거된 초임계 헬륨(112)이, 냉각 장치로서의 열 교환기(210)에 의해 능동적으로 냉각되는,
    가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 방법.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 가압 용기로부터 제거된 상기 초임계 헬륨(112)은, 냉각 장치(210)로서 스털링(Stirling) 냉동기; 지포드-맥마혼(Gifford-McMahon) 냉동기; 및 맥동관(pulse tube) 냉동기 중 하나에 의해 능동적으로 냉각되는,
    가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 방법.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제거된 초임계 헬륨(112)의 주울-톰슨 팽창부(220)에 의해, 상기 액화 헬륨(113) 이외에도 저온 기체 헬륨(114)이 또한 생성되고,
    상기 생성된 저온 기체 헬륨(114)은 제거되는(223),
    가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제거된 저온 기체 헬륨(114)은, 상기 주울-톰슨 팽창부(220)의 고압 상류 측(222)에서 상기 가압 용기(110)로부터 제거된 상기 초임계 헬륨(112)을 냉각시키는 데 사용되는,
    가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 방법.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 부분적으로 액화된 헬륨(113)은 제2 가압 용기 또는 듀어(Dewar) 용기(140)에 공급되는,
    가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 방법.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 부분적으로 액화된 헬륨(113)은 저온유지장치(cryostat) 및/또는 저온유지장치 내의 장치들을 냉각시키는 데 사용되는,
    가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 방법.
  8. 가압 용기(110)로부터 헬륨을 제거하기 위한 제거 장치(200)로서,
    상기 가압 용기(110)로부터 초임계 헬륨(111)을 제거하기 위해 상기 가압 용기(110)의 제거 연결부(130)에 연결되도록 배열된 연결부(201)를 포함하고,
    상기 제거 장치(200)는,
    상기 연결부(201)의 하류에 있는 능동 냉각 장치(210) 및/또는
    상기 연결부(201)의 하류에 있는 주울-톰슨 냉각기(220)를 포함하는,
    가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 제거 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 냉각 장치(210)는, 열 교환기; 스털링 냉동기; 지포드-맥마혼 냉동기; 또는 맥동관 냉동기 중 하나인,
    가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 제거 장치.
  10. 제8 항 또는 제9 항에 있어서,
    상기 주울-톰슨 냉각기(220)의 저압 측(221)으로부터 저온 기체 헬륨(114)을 제거하기 위한 가스 배출부(223)를 더 포함하는,
    가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 제거 장치.
  11. 제8 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 저온 기체 헬륨(114)이 추가의 냉각 목적들 및/또는 다른 용도로 사용되도록 운반되게 추가로 구성된,
    가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 제거 장치.
  12. 제8 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연결부(201)는 라인(202)에 연결되고,
    상기 능동 냉각 장치(210)는 상기 라인(202)에 통합되고 그리고/또는 상기 라인(202)의 단부에서 상기 라인에 연결된,
    가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 제거 장치.
  13. 제8 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 장치(210) 및/또는 상기 주울-톰슨 냉각기(220)의 하류에 제2 연결부(203)를 더 포함하고,
    상기 제2 장치가 제2 가압 용기(140) 및/또는 공급 라인(224)에 연결되도록 구성된,
    가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 제거 장치.
  14. 제8 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 연결부(203)는 제2 가압 용기(140)에 연결된,
    가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 제거 장치.
  15. 제8 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 연결부(203)는, 추가 사용을 위해 상기 저온 기체 헬륨을 운반하도록 구성된 공급 라인(224)에 연결된,
    가압 용기로부터 헬륨을 제거하기 위한 제거 장치.
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