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CIRCULATION TYPE LIQUID HELIUM RELIQUEFACTION DEVICE WITH CONTAMINANT DISCHARGE FUNCTION, METHOD FOR DISCHARGING CONTAMINANT, AND PURIFIER AND TRANSFER TUBE achieved

Patent code P110003113
File No. A091P39
Posted date Jun 16, 2011
Application number P2003-025525
Publication number P2004-233020A
Patent number P4145673
Date of filing Feb 3, 2003
Date of publication of application Aug 19, 2004
Date of registration Jun 27, 2008
Inventor
  • (In Japanese)武田 常広
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title CIRCULATION TYPE LIQUID HELIUM RELIQUEFACTION DEVICE WITH CONTAMINANT DISCHARGE FUNCTION, METHOD FOR DISCHARGING CONTAMINANT, AND PURIFIER AND TRANSFER TUBE achieved
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a circulation type liquid helium reliquefaction device with a contaminant discharge function, capable of removing through vaporization a contaminant accumulated on a purifier arranged in a device.
SOLUTION: The circulation type liquid helium reliquefaction device with a contaminant discharge function draws vaporized helium gas from a liquid helium reservoir tank 2 by a circulation pump 7, purifies through the purifier, then liquefies again for use in the liquid helium reservoir tank. A heater is provided on the purifier 6 and an exhausting circuit is provided at an intake side of the purifier, permitting the vaporized contaminant generated in heating the purifier 6 by the heater to be drawn and released in the air, through the circulation pump 7 or a dedicated exhaust pump 8.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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)。



【特許文献1】
特開2000-105072



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)。



【特許文献2】
特願2002-16430〔特許請求の範囲〕

Field of industrial application (In Japanese)


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。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。

【請求項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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2003025525thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) CREST Creating the Brain AREA
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