(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体ヘリウムを貯留する容器と、
容器内の液体ヘリウムを所望の箇所に移送する管路と、
容器内の気層部分に間欠的に圧力を加え、気柱振動により液体ヘリウムを気化させて容器内の圧力を高める加圧装置とを備えた液体ヘリウム加圧移送装置において、
容器内の気層部分に連通する加圧管路に容器側から順に電磁弁と加圧タンクを設け、
前記加圧管路における前記容器と前記電磁弁間のヘリウムガスを加圧タンクに連続的に供給するポンプと、
前記電磁弁を間欠的に開閉する制御装置とを備えたことを特徴とする液体ヘリウム加圧移送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超伝導研究等の各種の研究において、種々の物体を冷却し、また低温雰囲気を作るために使用する液体ヘリウムを、タンクからその使用施設へ加圧して移送するための液体ヘリウム加圧移送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体ヘリウムは種々の材料の電気的、磁気的或いは光学的性質などが極低温時に特有の特性変化を生じることを利用した研究、核磁気共鳴の実験、生体材料の保存等のために、日夜大量の液体ヘリウムが各種研究施設等で使用され、今後もより広範に使用されることが予想されている。このとき使用される液体ヘリウムは、多数の研究施設をもつ大学や大規模研究所のように大量に液体ヘリウムを使用する場合は、所内にヘリウム液化装置を設置し、大型のヘリウム移送装置を用いて研究設備に供給する一括管理システムを採用することもある。
【０００３】
しかし上記のような大がかりなヘリウム液化装置とその移送装置を設置するまでもない研究所等においては、液体ヘリウムを使用する研究施設に近接して液体ヘリウムを充填したタンク、或いはボンベを設置し、適宜補充を行い、或いはボンベを交換することによりこの液体ヘリウムを使用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなタンクやボンベに充填した高圧の液体ヘリウムを研究施設の使用箇所に移送するに際して、高圧のボンベを使用するときには高圧ガス安全対策のため大型ボンベの使用に対する厳しい規制をクリアしなければならず、高価な機器の使用、安全管理者の配置等、多くの対策が必要となる。
【０００５】
上記のような液体ヘリウムを大量に移送するときには、従来は多くの場合４７Ｌのヘリウムガスボンベによって液体ヘリウム容器を加圧し、その圧力で移送することが行われてきた。そのように大きなボンベが必要としないときに、１０Ｌ等の小型ボンベを使用したとしても、１０Ｌボンベと４７Ｌボンベはほぼ同じ値段であるため、これを代替することはコストの面から現実的でなく、大型のボンベの使用が効率的となる。
【０００６】
それに対して、今後国立大学の組織改革が行われ、通常の事業所としての規制が行われるようになると、従来のまま大型のボンベを用いて研究を行う場合にはこの規制をクリアしなければならなくなり、全国で大きな問題となることが予想される。このようなことは上記国立大学の組織改革に限らず、今後同様の組織において同様の組織改革が行われる可能性が高い。
【０００７】
上記のようなボンベを使用しない従来の方法として、液体ヘリウム容器に接続したゴム風船状の加圧装置を用い、手でこの加圧装置を押して容器内に圧力を加え、次いでそのゴム風状の加圧装置が自然にふくらむのを待ち、元の形状に戻ったら再びこれを押す、という操作を繰り返して加圧することも行われていた。しかしながらこの方法は極めて非効率的であり、円滑な研究の妨げとなる。
【０００８】
これに対し、例えば実公平５−１２２６１号公報に示されているように電動ポンプを利用した加圧装置が既に商品化されている。この装置は図２に示すように、貯留容器２１内の液体ヘリウム２２をクライオスタット２４等の低温実験設備にトランスファーチューブ２３を介して供給するに際して、加圧装置２６のポンプ３０により圧力伝送管２７を介して貯留容器２１のガス層２５に圧力振動を与え、液体ヘリウムが振動することによりその一部が蒸発し、容器内部が圧力上昇することによりクライオスタット２４に液体ヘリウムを供給するものである。なお、この装置においては圧力伝送管２７内の圧力を圧力検出器３２により検出して、所定以下の圧力になったときには電磁弁２９を開きポンプ３０を作動させるようにしている。
【０００９】
上記のような装置は、自動的に液体ヘリウムの移送を行うことができるものの、大型の電動ポンプの作動による圧力変化によりタンク内で機中振動を起こさせるためには圧力伝送管２７を金属管としなければならず、また貯留容器２１側にこのような特定の圧力伝送管２７を接続するための専用接続器具を必要とし、更にはこの圧力伝送管２７を貯留容器２１に接続するために専用治具が必要となる等、高価な部材を使用する必要があるほか、汎用性の点で問題があった。また、ポンプの作動圧力により直接に且つ短時間に容器内部を所定の圧力に加圧する必要があるので、大型のポンプを必要とし、高価なものとならざるを得なかった。
【００１０】
したがって本発明は、容器内の液体ヘリウムを所定の箇所に移送するに際して、液体ヘリウムの容器側に特別高価な装置を取り付けることなく、汎用性のある安価な装置により、また小型で安価なポンプを用いることにより自動的に液体ヘリウムを移送することができるようにした液体ヘリウム移送装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、液体ヘリウムを貯留する容器と、容器内の液体ヘリウムを所望の箇所に移送する管路と、容器内の気層部分に間欠的に圧力を加え、気柱振動により液体ヘリウムを気化させて容器内の圧力を高める加圧装置とを備えた液体ヘリウム加圧移送装置において、容器内の気層部分に連通する加圧管路に容器側から順に電磁弁と加圧タンクを設け、前記加圧管路における前記容器と前記電磁弁間のヘリウムガスを加圧タンクに連続的に供給するポンプと、前記電磁弁を間欠的に開閉する制御装置とを備えたことを特徴とする液体ヘリウム加圧移送装置としたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に沿って説明する。この装置においては、低温実験設備１に対して貯留容器４からトランスファーチューブ等の管路３を通して容器４内の液体ヘリウムを移送するに際して、容器４の上部に存在するガス層８の気化したヘリウムガスを加圧装置１０によって加圧し、その圧力で容器４内の液体ヘリウムを低温実験設備１に移送するように液体ヘリウム移送装置１５を構成している。
【００１３】
加圧装置１０は、加圧管路１１に設けた電磁弁６が解放したとき、後述するように加圧した液体ヘリウムガスが貯留されている加圧タンク７からの圧力が、加圧管路１１を介して容器４のガス層８に達するようにしている。このとき、容器４内のガス層８に圧力振動を与え、液体ヘリウムが振動することによりその一部が蒸発し、容器内部が圧力上昇することにより、低温実験設備１に液体ヘリウムを供給することができるようになっている。
【００１４】
一方、加圧管路１１には電動装置１２によって作動するダイアフラムポンプ等のポンプ５を備え、制御装置１３によりその作動が制御され、加圧管路１１内のヘリウムガスを連続的に加圧タンク７内に供給することができるようにしている。この制御装置１３はタイマ回路を備え、例えば１分間に１〜数秒間電磁弁６を解放する。なお、ポンプ５と加圧タンク７間には開閉弁１４を設け、加圧装置１０の停止時に加圧タンク７内の圧力がポンプの逆止弁等を介して漏れることがないようにしている。この開閉弁１４は手動式でもよく、電磁弁でも良い。
【００１５】
上記のような構成からなる図示実施例の液体ヘリウム移送装置１５において、その作動に際しては、本装置の電源を入れると通常閉である電磁弁６が一時的に開き、前回使用時に加圧タンク７に貯められたヘリウムガスの圧力が、液体ヘリウム容器４のガス層８に達する。電磁弁６はすぐに閉まるが、１分程度の一定間隔で間欠的に開く。また本装置の電源投入と同時にポンプ５が動き始める。最初の送り込まれたヘリウムガスの影響で、液体ヘリウムの蒸発が盛んになり容器４内の圧力は大気圧以上になる。電磁弁６が閉まっている間、蒸発してきたヘリウムガスの一部をポンプ５が吸い込んでタンク７に貯留していくが、その間も容器４内の圧力は大気圧以上に保たれるので、液体ヘリウムはトランスファーチューブ等の管路３を通して連続的に実験設備１に対して送出される。
【００１６】
この間ポンプ５はヘリウムガスに対してＶ・Δｐ分の仕事を行い（Ｖはタンク内容積、Δｐは圧力の変化分）、熱力学第一法則に従ってヘリウムガスの内部エネルギーは同じだけ上昇する。その後例えば１分間等の所定の時間が経過すると電磁弁６が開き、タンク７に貯められた高い内部エネルギーをもつヘリウムガスが容器４に再び送り込まれ、容器４内の圧力は上昇する。実験によると、約１分間で内容積１０Ｌのタンクの圧力が大気圧＋１気圧になる程度の、小型のダイアフラムポンプだけで、２５０Ｌ容量の液体ヘリウム容器を０．１気圧前後まで加圧できた。これは４０Ｌの液体ヘリウムを約３０分で移送し終えることができる能力である。
【００１７】
本発明は、図２に示す従来のもののように、ポンプの作動によって直接容器内を加圧するために短時間に所定の高圧のガスを供給するポンプを設ける必要が無く、ポンプ５を定常的に作動させて加圧タンク７を所定の圧力に維持しておけばよいので、例えば観賞魚用小型水槽にエアを供給するエアポンプ程度の極めて小型のポンプを用いるのみで作動させることができる。そのため、装置全体を安価でかつ小型化することができ、わずかな電力でこの装置を作動させることができる。また、液体ヘリウムの容器側に特別な装置の設置等を必要とせず、従来ボンベや手動加圧用風船を連結していた接続口に、通常使用されているゴム管等を接続するのみでこの装置を使用することができる。
【００１８】
なお、上記実施例において加圧タンク７にヘリウムガスを供給するポンプをダイアフラムポンプとした例を示したが、それ以外に種々のポンプを使用することができ、その際もポンプの加圧能力は低くて良いので、従来は液体ヘリウムの移送に使用することができなかった安価で小型のポンプを選択することができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、従来の装置のように短時間で所定の高圧が得られる大型のポンプ、強固で高価な圧力伝送管、タンクに対する特製の接続器具等を必要とすることなく、極めて安価で小型のポンプを用い、汎用のゴム管等の圧力伝送管及びタンクに対する接続具を使用することができるので、安価で小型の液体ヘリウム加圧移送装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液体ヘリウム移送装置の一実施例の全体システムを示す模式図である。
【図２】従来の液体ヘリウム移送装置の全体システム構成図である。
【符号の説明】
１  液体ヘリウム移送先の実験装置
２  液体ヘリウム
３  管路
４  液体ヘリウム容器
５  ポンプ
６  電磁弁
７  タンク
８  気層部
１０  加圧装置
１１  加圧管路
１２  電動装置
１３  制御装置
１４  開閉弁
【図１】
0003723840.tif 000002
【図２】
0003723840.tif 000003