(57)【要約】【課題】液化ヘリウムをデュワー容器に充填する際に、高価なヘリウムが大気中に無駄に放出されることがないようにする。【解決手段】デュワー容器の開口部に液化ヘリウム充填ユニット１０１を取り付け、この液化ヘリウム充填ユニットのフローパイプ１０３に供給ユニット１４のスカート１５ａを差し込み、供給ユニット１４の供給パイプ１７から液化ヘリウムを供給する。デュワー容器の内容器２内での液化ヘリウムの気化に伴う内圧の上昇が抑えられ、内容器２内のヘリウムガスを外部に放出しなくとも充填が可能になる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化ヘリウムをデュワー容器に充填するための液化ヘリウム充填ユニットであって、
フランジと、このフランジに形成された貫通孔に接続されてフランジの一方の側に延びるフローパイプから構成され、前記フランジは、デュワー容器の開口部に着脱可能に取り付けられ、前記フローパイプは、液化ヘリウム供給源からの液化ヘリウムをデュワー容器内に流し込むものである液化ヘリウム充填ユニット。
【請求項２】
液化ヘリウムをデュワー容器に充填するための液化ヘリウム充填ユニットであって、
フランジと、このフランジに形成された貫通孔に接続されてフランジの一方の側に延びるアッパーフローパイプと、前記貫通孔に接続されてフランジの他方の側に設けられたロアーフローパイプから構成され、前記フランジは、デュワー容器の開口部に着脱可能に取り付けられ、前記アッパーフローパイプおよびロアーフローパイプは、液化ヘリウム供給源からの液化ヘリウムをデュワー容器内に流し込むものであり、ロアーフローパイプの長さがアッパーフローパイプよりも短くなっている液化ヘリウム充填ユニット。
【請求項３】
請求項１または２記載の液化ヘリウム充填ユニットをデュワー容器の開口部に取り付けて、液化ヘリウムをデュワー容器に充填することを特徴とする液化ヘリウムの充填方法。
【請求項４】
請求項１または２記載の液化ヘリウム充填ユニットをデュワー容器の開口部に取り付けて、液化ヘリウムをデュワー容器に充填したのち、前記液化ヘリウム充填ユニットを前記開口部から取り外し、この開口部に液化ヘリウムアクセスユニットを取り付ける方法であって、
この液化ヘリウムアクセスユニットが、前記デュワー容器の開口部に着脱自在に取り付けられるフランジと、このフランジを貫通する１本以上のガイドチューブと、このガイドチューブの一端を開閉可能に閉じるプラグを備え、前記ガイドチューブの他端がデュワー容器内に挿入されるものであることを特徴とする液化ヘリウムの充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液化ヘリウムのデュワー容器への充填の際に用いられる液化ヘリウム充填ユニットおよびこの充填ユニットを用いた液化ヘリウムの充填方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液化ヘリウムの輸送には、充填業者においてデュワー容器に１０〜１０００リットルの液化ヘリウムを充填し、このデュワー容器を使用先に輸送する方法がとられることがある。そして、使用先から空のデュワー容器を回収して再度液化ヘリウムを充填することが行われている。
【０００３】
図３は、上述のデュワー容器の例を模式的に示すもので、このデュワー容器１は、ステンレス鋼製の内容器２とこの内容器２を包囲するようにして設けられたステンレス鋼製の外容器３とから概略構成されており、内容器２と外容器３との間の間隙は真空となっている。
内容器２は、長い首部４を有しており、この首部４の下方の胴部５に液化ヘリウムが貯えられるようになっている。
【０００４】
首部４の上部は外容器３の頭部を貫通して外部に突出しており、その突出部分がマニホールド６とされている。このマニホールド６の頂部は開口して開口部７となっている。
マニホールド６には、個々の作動圧力が異なる複数の安全弁６１、６２、６３が設けられており、内容器２内のヘリウムガスの圧力が異常に上昇した場合にこれらの安全弁６１、６２、６３が作動して内部のヘリウムガスを放出するようになっている。
さらに、内容器２内のヘリウムガスを大気に逃がす開放弁６４が設けられている。
【０００５】
マニホールド６の開口部７には、液化ヘリウムアクセスユニット８が着脱自在に取り付けられている。この液化ヘリウムアクセスユニット８は液化ヘリウムを充填するときおよび内部の液化ヘリウムを外部に取り出すときに用いられるものである。
図４は、この液化ヘリウムアクセスユニット８の構造を示すものである。この液化ヘリウムアクセスユニット８は、前記開口部７を閉じる略円板状のフランジ９とこのフランジ９を貫通するガイドチューブ１０とから概略構成されている。
【０００６】
フランジ９の下面の外周にはＯ−リング１１が着脱可能に取り付けられており、これによりフランジ９が前記開口部７の受けフランジ７１に液密に取り付けられることになる。
前記ガイドチューブ１０のフランジ９の上面側の部分は、ステンレス鋼や真鍮などからなり、ナット１２、１２がネジ止めされ、その上端開口部には、この上端開口部を閉じるプラグ１３がネジ止めされて設けられ、必要に応じてプラグ１３を取り外して上端開口部を開くことができるようになっている。このプラグ１３は液化ヘリウム充填時および取り出し時には取り外される。
【０００７】
ガイドチューブ１０のフランジ９の下面側の大部分は比較的長い合成樹脂製パイプ１０ａからなり、このパイプ１０ａ（ガイドチューブ１０）の下端部は、図３に示すように、前記内容器２の首部４の下端部付近まで届くようになっている。
なお、この液化ヘリウムアクセスユニット８では、ガイドチューブ１０が２本設けられているものがあるが、その構造は同様である。また、このような液化ヘリウムアクセスユニット８のナット１２とトランスファーチューブ１６とのシール方法はウィルソンシールと呼ばれれている。
【０００８】
デュワー容器１に液化ヘリウムを充填する際には、前記液化ヘリウムアクセスユニット８のガイドチューブ１０の上端部のプラグ１３を取り外し、このガイドチューブ１０内部に供給ユニット１４のトランスファーパイプを挿入する。
図５は、この供給ユニット１４の構造を示すものである。この例の供給ユニット１４は、ヘッド１５とトランスファーパイプ１６と液化ヘリウム供給パイプ１７とヘリウムガス回収パイプ１８とから概略構成されている。
【０００９】
ヘッド１５は、図６に示すように、ステンレス鋼などからなる部材であって、一端が閉じられ他端が開口した略有底円筒状となっており、その下部の開口部にはゴムなどの可撓性部材からなるスカート１５ａが一体に取り付けられている。
また、ヘッド１５の内部の空間はガス流路１５ｂとなっている。このガス流路１５ｂは、ヘッド１５の側部において、前記ヘリウムガス回収パイプ１８に連通されている。このへリウムガス回収パイプ１８は、図示しないヘリウムガス回収バックに接続されている。
【００１０】
前記液化ヘリウム供給パイプ１７は、真空断熱二重管構造のパイプであり、一端が図示しない液化ヘリウム供給源に接続されて、他端がヘッド１５内部においてトランスファーパイプ１６に接続されており、液化ヘリウムをトランスファーパイプ１６に流すものである。この液化ヘリウム供給パイプ１７には、開閉弁１７ａが設けられ、液化ヘリウムの供給を制御するように構成されている。
前記トランスファーパイプ１６は、ステンレス鋼などからなる細径の比較的長い真空断熱構造のパイプであって、前記ガス流路１８内に間隔を置いて配され、その一端は図６に示すように、ヘッド１５の内部において前記液化ヘリウム供給パイプ１６に連通し、他端は長く延びている。
【００１１】
図７は、この供給ユニット１４を前記液化ヘリウムアクセスユニット８に取り付けた状態を示すものである。
液化ヘリウムアクセスユニット８のガイドチューブ１０の上端部のプラグ１３が取り外され、ガイドチューブ１０の開口部が露出し、この開口部に供給ユニット１４のヘッド１５のスカート１５ａが挿入され、液化ヘリウムアクセスユニット８のガイドチューブ１０の合成樹脂製パイプ１０ａ内に供給ユニット１４のトランスファーパイプ１６が挿通された状態となっている。
【００１２】
この取付状態では、図示のように、トランスファーパイプ１６と合成樹脂製パイプ１０ａとの間に空隙３０が形成され、この空隙３０は供給ユニット１４のヘッド１５内のガス流路１５ｂ連通し、さらにはヘリウムガス回収パイプ１８に連通することになる。
なお、図７では、外容器３、安全弁６１、６２、６３は省略しており、また理解を助けるために、各部位の寸法等は実際のものとは異なっている。
【００１３】
液化ヘリウムの充填作業は、例えば以下のようにして行われる。初めに内容器２内に液化窒素を注入し、内容器２を予冷しておき、ついで図７に示す液化ヘリウムアクセスユニット８に供給ユニット１４を取り付けた状態とする。
ついで、液化ヘリウム供給源からの液化ヘリウムを液化ヘリウム供給パイプ１７、トランスファーパイプ１６を通して内容器２内に流し込む。液化ヘリウムの充填は、液化ヘリウム供給源と内容器２との圧力差によって行われる。
【００１４】
初めに流入した液化ヘリウムは、その大部分が内容器２やトランスファーパイプ１６などを冷却して気化する。このヘリウムガスは、前記空隙３０を上昇し、ヘッド１５内のガス流路１５ｂを通り、ヘリウムガス回収パイプ１８からヘリウムガス回収バッファタンクに流れ、ここに貯えられる。
液化ヘリウムの充填を続けると、内容器２の胴部５を冷却しながら、その液面が上昇し、これに伴って気化したヘリウムガスが同様の経路を辿ってヘリウムガス回収バッファタンクに流れる。
【００１５】
液化ヘリウムの液面が上昇し、液面が前記合成樹脂製パイプ１０ａの下端に接すると、液化ヘリウムの液面によって前記空隙３０が封じられることになる。
この状態では、ヘリウムガスの逃げ道がなくなるので、内容器２の内圧が上昇する。液化ヘリウムの充填は、上述のように、液化ヘリウム供給源と内容器２とのわずかな圧力差によって行われるので、内容器２の内圧が上昇すると液化ヘリウムの流入が困難になる。
【００１６】
液化ヘリウムの充填完了時の液面を前記合成樹脂製パイプ１０ａの下端よりも高くする必要がある場合には内圧を下げる必要があり、この場合にはマニホールド６に設けられた開放弁６４を開としてマニホールド６内部のヘリウムガスを大気に放出する。この放出により内圧は低下するが、この圧力低下によって液化ヘリウムが気化し、充填液量が少なくなってしまい、増し充填を行って規定量を充填する必要があるが、この増し充填の際にも同様にヘリウムガスを外部に放出することになる。
【００１７】
例えば、規定充填量が５００リットルのデュワー容器に液化ヘリウムを充填する作業において無駄に放出されることになる液化ヘリウムは約２０リットルにもなり、高価なヘリウムが大量に無駄になっている。
【特許文献１】特表２００８−５１８１８１号公報
【特許文献２】特開平５−３３２４９８号公報
【特許文献３】特開平５−３２２０９８号公報
【特許文献４】特開２００７−３２１８７５号公報
【特許文献５】特開２００２−１３０５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
よって、本発明における課題は、液化ヘリウムをデュワー容器に充填する際に、高価なヘリウムが大気中に無駄に放出されることがないようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、液化ヘリウムをデュワー容器に充填するための液化ヘリウム充填ユニットであって、
フランジと、このフランジに形成された貫通孔に接続されてフランジの一方の側に延びるフローパイプから構成され、前記フランジは、デュワー容器の開口部に着脱可能に取り付けられ、前記フローパイプは、液化ヘリウム供給源からの液化ヘリウムをデュワー容器内に流し込むものである液化ヘリウム充填ユニットである。
【００２０】
請求項２にかかる発明は、液化ヘリウムをデュワー容器に充填するための液化ヘリウム充填ユニットであって、
フランジと、このフランジに形成された貫通孔に接続されてフランジの一方の側に延びるアッパーフローパイプと、前記貫通孔に接続されてフランジの他方の側に設けられたロアーフローパイプから構成され、前記フランジは、デュワー容器の開口部に着脱可能に取り付けられ、前記アッパーフローパイプおよびロアーフローパイプは、液化ヘリウム供給源からの液化ヘリウムをデュワー容器内に流し込むものであり、ロアーフローパイプの長さがアッパーフローパイプよりも短くなっている液化ヘリウム充填ユニットである。
【００２１】
請求項３にかかる発明は、請求項１または２記載の液化ヘリウム充填ユニットをデュワー容器の開口部に取り付けて、液化ヘリウムをデュワー容器に充填することを特徴とする液化ヘリウムの充填方法である。
請求項４にかかる発明は、請求項１または２記載の液化ヘリウム充填ユニットをデュワー容器の開口部に取り付けて、液化ヘリウムをデュワー容器に充填したのち、前記液化ヘリウム充填ユニットを前記開口部から取り外し、この開口部に液化ヘリウムアクセスユニットを取り付ける方法であって、
この液化ヘリウムアクセスユニットが、前記デュワー容器の開口部に着脱自在に取り付けられるフランジと、このフランジを貫通する１本以上のガイドチューブと、このガイドチューブの一端を開閉可能に閉じるプラグを備え、前記ガイドチューブの他端がデュワー容器内に挿入されるものであることを特徴とする液化ヘリウムの充填方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、デュワー容器の開口部に液化ヘリウム充填ユニットを取り付け、この液化ヘリウム充填ユニットに供給ユニットを取り付けた際に、供給ユニットのトランスファーパイプの外方には、従前のようなガイドチューブ（合成樹脂製パイプ）が存在することがなく、内容器の首部とトランスファーパイプとの間には広い空間が形成され、この空間が供給ユニットのヘリウムガス回収パイプに連通することになる。
【００２３】
このため、液化ヘリウムを充填中においては、ヘリウムガスが逃げる広い空間が充填終了時まで確保できる。したがって、この広い空間を経てヘリウムガスが容易にヘリウムガス回収パイプに流れるので、充填時に内容器の内圧が上がることがなく、敢えてマニホールドの開放弁を開けてヘリウムガスを放出する必要がなくなり、高価なヘリウムを無駄にすることがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の液化ヘリウム充填ユニットの例を示すもので、図１（ａ）は第１の例を、図１（ｂ）は第２の例を示す。
本発明の液化ヘリウム充填ユニットは、液化ヘリウムの充填時にのみ用いられ、それ以外の時に取り外され、従来の液化ヘリウムアクセスユニットが取り付けられ、充填後のデュワー容器の輸送やデュワー容器の回収の際には、液化ヘリウムアクセスユニットが取り付けられた状態となっている。
【００２５】
第１の例の液化ヘリウム充填ユニット１０１は、略円板状のフランジ１０２と、このフランジ１０２の一方の表面の中心に立設されたフローパイプ１０３とから構成され、フランジ１０２に形成された貫通孔とフローパイプ１０３の内部空間とが連通した構造となったもので、全体がステンレス鋼、真鍮などから作られている。
フランジ１０２の他方の表面にはＯ−リング１０４が設けられている。
【００２６】
液化ヘリウム充填ユニット１０１のフランジ１０２は、デュワー容器１のマニホールド６の受けフランジ７１に着脱自在に取り付けられるものである。また、フローパイプ１０３の開口部には、前記供給ユニット１４のスカート１５ａが差し込まれ、その内部に供給ユニット１４のトランスファーパイプ１６が挿入されるものである。
【００２７】
図２は、第１の例の液化ヘリウム充填ユニット１０１をデュワー容器１のマニホールド６の開口部に取り付け、さらにこの液化ヘリウム充填ユニット１０１のフローパイプ１０３に供給ユニット１４のスカート１５ａを差し込んで取り付け、トランスファーパイプ１６をフローパイプ１０３内に挿通した状態を示し、この図２は従来のものを示した図７に対応するものである。
【００２８】
この状態で、液化ヘリウム供給源からの液化ヘリウムを液化ヘリウム供給パイプ１７、トランスファーパイプ１６を通して内容器２内に流し込んで液化ヘリウムの充填を行う。
この場合、図２にからも明らかなように、従来の合成樹脂製パイプ１０ａに相当するものが存在しないので、首部４内のトランスファーパイプ１６の周囲には広い空間３１が形成されることになる。
【００２９】
この空間３１は、液化ヘリウム充填ユニット１０１のフローパイプ１０３の内部空間に連通しており、さらに供給ユニット１４のヘッド１５内のガス流路１５ｂを経てヘリウムガス回収パイプ１８に連通している。
このような状態では、内容器２に規定量よりも少し余分に液化ヘリウムを充填しても、前記空間３１は十分な体積を残すことになって、気化したヘリウムガスはこの空間３１からスムースにフローパイプ１０３、ガス流路１５ｂに流れ、ヘリウムガス回収パイプ１８からヘリウムガス回収バッファタンクに送られる。
このため、液化ヘリウムの気化に伴う内容器２の内圧の上昇は全く起こらず、開閉弁６４からヘリウムガスを放出する必要がなく、高価なヘリウムが無駄になることがない。
【００３０】
図１（ｂ）に示す第２の例の液化ヘリウム充填ユニット１０１は、フランジ１０２の一方の面にアッパーフローパイプ１０５が、他方の面にロアーフローパイプ１０６が取り付けられ、これらパイプ１０５，１０６が連通しているものである。
ロアーフローパイプ１０６は、その長さがアッパーフローパイプ１０５よりも短くなっており、ほぼ２〜５ｃｍ程度となっている。
この第２の例の液化ヘリウム充填ユニット１０１でも、第１の例の液化ヘリウム充填ユニット１０１と同様に用いられ、同様の作用効果を発揮する。
【００３１】
本発明の液化ヘリウム充填方法の第１の形態は、この液化ヘリウム充填ユニット１０１を用いて充填するものであり、その具体的な方法は、先に述べた通りである。
また、第２の形態は、液化ヘリウム充填ユニット１０１を用いて充填したのち、これをデュワー容器１から取り外し、ついで従来の液化ヘリウムアクセスユニット８を取り付けるものであって、この状態でデュワー容器を使用先に輸送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の液化ヘリウム充填ユニットの例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の液化ヘリウム充填ユニットの使用状態を示す概略構成図である。
【図３】本発明におけるデュワー容器を示す概略構成図である。
【図４】従来の液化ヘリウムアクセスユニットを示す概略構成図である。
【図５】本発明における液化ヘリウム充填に用いられる供給ユニットをしめす概略構成図である。
【図６】供給ユニットのヘッドの内部を示す概略断面図である。
【図７】従来の液化ヘリウムアクセスユニットの使用状態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０１・・液化ヘリウム充填ユニット、１０２・・フランジ、１０３・・フローパイプ、１０５・・アッパーフローパイプ、１０６・・ロアーフローパイプ、１・・デュワー容器、２・・内容器、１４・・供給ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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