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自動閉鎖弁付ヘリウムガス精製器 実績あり

国内特許コード P110003102
整理番号 A091P36
掲載日 2011年6月16日
出願番号 特願2003-015582
公開番号 特開2004-226021
登録番号 特許第3645551号
出願日 平成15年1月24日(2003.1.24)
公開日 平成16年8月12日(2004.8.12)
登録日 平成17年2月10日(2005.2.10)
発明者
  • 武田 常広
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 自動閉鎖弁付ヘリウムガス精製器 実績あり
発明の概要 【目的】精製器を暖めた際に、比較的小さな容積内にある気体が膨張し急激な流速上昇がおこった時に、精製器からの出力部を自動的に閉止する閉鎖バルブを備えヘリウムガスが循環する系で2次的な閉塞が起きないようにした高性能ヘリウムガス精製器を提供する。
【構成】液体ヘリウム再液化装置用の精製器であって、前記精製器は高温(約300K)ヘリウムガスを導入し同ガスを徐々に冷却するための精製器本体1と、前記精製器本体に連続して配置される窒素、酸素等の汚染物質を固化(氷結)する固化部14とからなる精製器において、前記固化部からのヘリウムガス流出路17に、流出路を閉鎖する閉鎖弁19を設けたことを特徴とする高性能ヘリウムガス精製器。
【選択図】 図2
従来技術、競合技術の概要


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。また、人間の脳から発する磁界を検出する脳磁気計測システム等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(超電導量子干渉計)が利用されており、このSQUIDの冷却にも液体ヘリウムが利用されている。



しかしながら、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、大気に放出する形となっており、上記システムに使用している従来からの液体へリュウム槽でも、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、この場合1リットル当たり約1200円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かつ資源的に問題があり、このため、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)。



【特許文献1】
特開2000-105072



しかしながら、こうした従来型の循環システムでは、システム内のパイプの接続部や機器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が冷却されていく過程において、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。また、精製器を使用することによりヘリウム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を取り除く場合でも、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。



このため、発明者らは汚染物質が一定以上に大きくなったとき精製器に取り付けたヒータを加熱して、汚染物質が気体にならない温度にまで汚染物質を暖めて液化し、精製器下部に設けた液だまりに貯蔵する精製器を提案し(特願2002-16430)、上記汚染物質を凝固して取り除くことに成功している。
しかし、精製器を暖めると、比較的小さな容積内にある気体が膨張するために、急激な圧力上昇または流速上昇がおこり、液化した不純物が早い気体の流れに巻き上げられ、汚染物質が精製器より先の配管系に達し、そこで再度凝縮することにより閉塞を起こしてしまうことが判明した。

産業上の利用分野


本発明はヘリウムガス精製器に関するものであり、特に液体ヘリウムの再液化装置に好適な自動閉鎖弁付ヘリウムガス精製器に関するものである。さらに具体的には、精製器を暖めた際に、比較的小さな容積内にある気体が膨張し急激な圧力および流速上昇(あるいはそれらのいずれか一方)がおこった時に、精製器からの出力部を自動的に閉止する閉鎖弁とともに気体圧力上昇を速やかに解除する安全弁を組み合わせ、これらによってヘリウムガスが循環する系で2次的な閉塞が起きないようにした自動閉鎖弁付ヘリウムガス精製器に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】液体ヘリウム再液化装置用の精製器であって、前記精製器は高温(約300K)ヘリウムガスを導入し同ガスを徐々に冷却するための精製器本体と、前記精製器本体に連続して配置される窒素、酸素等の汚染物質を固化(氷結)する固化部とからなる精製器において、前記固化部からのヘリウムガス流出路に、流出路を閉鎖する閉鎖弁を設けたことを特徴とする自動閉鎖弁付ヘリウムガス精製器。
【請求項2】前記精製器本体内にヘリウムガスを導入する導入パイプの周囲に、導入パイプの低温化防止壁を形成したことを特徴とする請求項1に記載の自動閉鎖弁付ヘリウムガス精製器。
【請求項3】前記低温化防止壁は、導入パイプを囲むようにステンレス製パイプを多重に配置して構成したことを特徴とする請求項2に記載の自動閉鎖弁付ヘリウムガス精製器。
【請求項4】前記多重に配置した最外周の低温化防止壁は導入パイプの出口よりも高さが高く形成してあることを特徴とする請求項3に記載の自動閉鎖弁付ヘリウムガス精製器。
【請求項5】前記閉鎖弁は、少なくとも精製器内の圧力あるいは精製器本体内の流速のいずれか一方が所定値以上になると閉鎖する弁で構成したことを特徴とする請求項1~請求項4のいずれかに記載の自動閉鎖弁付ヘリウムガス精製器。
【請求項6】前記閉鎖弁は、電磁弁で構成したことを特徴とする請求項1~請求項5のいずれかに記載に自動閉鎖弁付ヘリウムガス精製器。
【請求項7】前記精製器本体内に、ヘリウムガスを精製器本体内に導入する導入パイプを設け、このこの導入パイプに連通する流路に、ヘリウムガス圧を解除する安全弁を設けたことを特徴とする請求項1~請求項6のいずれかに記載の自動閉鎖弁付ヘリウムガス精製器。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2003015582thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 脳を創る 領域
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