(57)【特許請求の範囲】
【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循環式液体ヘリウム再液化装置を制御するための制御装置であって、前記制御装置は、制御内容を記載したスクリプトファイルと、そのスクリプトファイルからの命令を読み込むとともに計測装置からの計測値をもとに前記スクリプトファイル命令を実行する制御器と、前記制御器からの命令により作動する作動機器とを備え、前記作動機器は少なくとも前記精製器に設けた加熱ヒータと、前記精製器内のガスを排気する排気ポンプと、前記循環式液体ヘリウム再液化装置内に配置した弁であり、前記スクリプトファイルの内容の書き換えにより前記加熱ヒータと前記排気ポンプと前記弁の制御態様を自由に変更できるようにしたことを特徴とする循環式液体ヘリウム再液化装置の制御装置。
【請求項２】
前記制御装置は、状態記録ファイルを備えていることを特徴とする請求項１に記載の循環式液体ヘリウム再液化装置の制御装置。
【請求項３】
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の制御装置の制御方法であって、制御内容を記載したスクリプトファイルを制御器で読み込み、さらに制御器では計測装置からの計測値をもとに前記スクリプトファイルの命令を実行することにより、前記精製器に設けた加熱ヒータと、前記精製器内のガスを排気する排気ポンプと、前記循環式液体ヘリウム再液化装置内に配置した弁とを作動することを特徴とする循環式液体ヘリウム再液化装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は循環式液体ヘリウム再液化装置の制御装置および制御方法に関するものであり、さらに具体的には、循環式液体ヘリウム再液化装置内に備えた精製器内部に凝固した不純物を、確実に精製器外部に排出することを保障するためのヒータ、ポンプ、冷凍機、弁など作動機器を制御するために好適な制御装置および制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１０５０７２
【０００４】
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）。
【０００５】
【特許文献２】
特願２００２−１６４３０〔特許請求の範囲〕
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、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。
また汚染物質を液化して系外に排出するということは、精製器内で汚染物質を気化させることなく液化状態に維持しておく必要があるため、精製器に付設のヒータの温度管理が必要となり、その管理が面倒であり、さらに液化した汚染物質を精製器からわざわざ取り出すための作業が必要となってくる。
【０００７】
本発明者らは、従来の装置が有するこうした問題点を解決するために、液体ヘリウム再液化装置内の精製器に付設のヒータの温度管理を容易に行なうことができる制御装置および制御方法の開発に成功した。
本発明は、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液体ヘリウム再液化装置において、装置内に設けたヒータ、ポンプ、冷凍機、弁などの作動機器を効率的に制御しながら精製器内で固化した汚染物質を系外に排出するたするための制御内容を記載したスクリプトファイル（人間に理解可能な手順書）を備え、そのスクリプトファイルからの命令および各種計測装置からの計測値をもとに作動機器を効率的に制御しつつ汚染物質を系外に排出できる制御装置および制御方法を提供せんとするものである。
この制御装置ではスクリプトファイルの内容を書き換えるだけで循環式液体ヘリウム再液化装置の制御態様を自由に変更できることが可能となり、複雑な操作を自動的に実行して最適制御を実現できる。なおスクリプトファイルは人間が容易に理解できる手順書のことであり、この手順書を書き換えるだけで、装置の作動状態を自由に設定することができるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このため、本発明が採用した技術解決手段は、
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を制御するための制御装置であって、前記制御装置は、制御内容を記載したスクリプトファイルと、そのスクリプトファイルからの命令を読み込むとともに計測装置からの計測値をもとに前記スクリプトファイル命令を実行する制御器と、前記制御器からの命令により作動する作動機器とを備え、前記作動機器は少なくとも前記精製器に設けた加熱ヒータと、前記精製器内のガスを排気する排気ポンプと、前記循環式液体ヘリウム再液化装置内に配置した弁であり、前記スクリプトファイルの内容の書き換えにより前記加熱ヒータと前記排気ポンプと前記弁の制御態様を自由に変更できるようにしたことを特徴とする循環式液体ヘリウム再液化装置の制御装置である。
また、前記制御装置は、状態記録ファイルを備え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の制御装置である。
また、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の制御装置の制御方法であって、制御内容を記載したスクリプトファイルを制御器で読み込み、さらに制御器では計測装置からの計測値をもとに前記スクリプトファイルの命令を実行することにより、前記精製器に設けた加熱ヒータと、前記精製器内のガスを排気する排気ポンプと、前記循環式液体ヘリウム再液化装置内に配置した弁とを作動することを特徴とする循環式液体ヘリウム再液化装置の制御方法である。
【０００９】
【発明の実施形態】
以下、図面を参照して本発明に係る循環式液体ヘリウム再液化装置の説明をすると、図１は本発明の実施形態に係る循環式液体ヘリウム再液化装置の構成図、図２は同装置内で使用する精製器の構成図、図３は精製器に設けたヒータの制御ブロック図、図４はヒータの加熱および気化した汚染物質を排気する状態の説明図、図５は本発明に係る循環式液体ヘリウム再液化装置を制御するための制御装置の構成図であり、以下の循環式液体ヘリウム再液化装置は精製器内で固化した汚染物質を気化して系外に排出する例である。
【００１０】
図１において、１はヘリウムガスボンベ、２はデュワー（液体ヘリウム貯留槽）、３はコールドボックス、４はヒータ付の凝縮ポット（ヒータは図示せず）、５は最近進歩の著しい冷却能力の大きな冷凍機でありヘリウムガスを略４０Ｋ程度にまで冷却する第１冷凍ステージ５Ａと、略４０Ｋにまで冷却されたヘリウムガスを略４Ｋ程度にまで冷却する第２冷凍ステージ５Ｂからなる２台の冷凍機、６Ａは略４Ｋライン内のヒータ付第１精製器、６Ｂは略４０Ｋライン内のヒータ付第２精製器、７は循環ポンプ、８は排気ポンプ、ＰＳ１、ＰＳ２、Ｐ０、Ｐ３〜Ｐ６は圧力計、Ｖ１２は循環ポンプ７の流出弁、Ｖ１３は循環ポンプ７の流入弁、Ｖ２、Ｖ１４は切替弁、ＣＶ１〜ＣＶ８はチャッキ弁、ＭＦＣ１は略４Ｋライン内の流量調整用の一定流量制御弁、ＭＦＣ２は略４０Ｋライン内の流量調整の一定流量制御弁、ＭＦ３〜ＭＦ５は質量流量計、ＥＶ１はノーマルオープンの電磁弁、ＥＶ２〜ＥＶ７はノーマルクローズの電磁弁、Ｆ１、Ｆ２はフィルター、ＳＶ１は安全弁である。
【００１１】
前記凝縮ポット４に設けられるヒータは、少なくとも２段階での温度制御が可能な能力をもっており、精製器６Ａ、６Ｂ内の汚染物質を後述する態様で気化する際にはヒータを最大能力（たとえば１ＫＷ程度）とし、通常運転の時はヒータを最低能力（たとえば２Ｗ程度）で制御しながら使用する。なお、このヒータは別々のヒータを設けても良いし、一つのヒータを使用し、温度制御しながら使用することも可能である。また、前記冷凍機５は必要に応じて数を増減することができる。また、本実施形態では２段の冷凍機を２台使用したが、多段の冷凍機に代えたり、１台にすることも可能である。
【００１２】
また、コールドボックス３内の凝縮ポット４、冷凍機５とデュワー２とを接続する流路（回路）には、複数の流路を一体に構成したトランスファーチューブＴを使用し、第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂおよび凝縮ポット４にはヒータ（後述する）が付設され、汚染物質を除去する時等に各ヒータを作動させることができるようになっている。
【００１３】
また、本例では、前記第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂへの流入側回路には、それぞれチャッキ弁ＣＶ３、ＣＶ４、電磁弁ＥＶ２、電磁弁ＥＶ３を介して質量流量計ＭＦ５が接続され、さらにこの質量流量計ＭＦ５には排気ポンプ８が接続されている。なお、チャッキ弁ＣＶ３、ＣＶ４の上流側を合流して一つの回路とし、チャッキ弁ＣＶ３、ＣＶ４および電磁弁ＥＶ２、ＥＶ３をそれぞれ一つの弁とすることが可能であり、さらに合流箇所をチャッキ弁ＣＶ３、ＣＶ４の下流側にすることも可能であり、それらの選択は設計時に自由に選定することができる。
さらに略４Ｋライン内の一定流量制御弁ＭＦＣ１の流入側とデュワー２とは図示のように、チャッキ弁ＣＶ７、ノーマルクローズの電磁弁ＥＶ４と切替弁Ｖ１４とを備えた回路で接続されている。
【００１４】
また、デュワー２のネックチューブ部からの高温ヘリウムガスを取り出すための回路（デュワー２と質量流量計ＭＦ３を接続する回路）の途中にはノーマルクローズの電磁弁ＥＶ６が配置され、その下流側にはチャッキ弁ＣＶ８が設けられている。
前記各部品は、図示のように配管で接続され基本部分では従来の循環式液体ヘリウム再液化装置と同様の回路構成となっている。
また、精製器内のヒータ、循環ポンプ７、排気ポンプ８、複数の電磁弁および切替弁等は図３（詳細は後述する）に示すように装置をコントロールする制御器からの指令により作動する構成となっている。なお、装置内の弁は適宜省略、増設することが可能である。また、第１、第２精製器６Ａ、６Ｂの詳細構成は後述する。
【００１５】
上記循環式液体ヘリウム再液化装置の作動態様の一例を説明する。
〔通常運転〕
公知のようにデュワー２で蒸発したヘリウムガスはデュワー２のネックチューブ部から質量流量計ＭＦ３→ノーマルオープンの電磁弁ＥＶ１→流入弁１３→循環ポンプ７→流出弁１２→フィルタＦ１を経た後、二つに分岐される。
分岐後の一方側は略４０Ｋライン内の一定流量制御弁ＭＦＣ２→チャッキ弁ＣＶ２を通って第２精製器６Ｂに入り、精製された後、冷凍機５に送られる。また、分岐後の他方側は、チヤッキ弁ＣＶ６→フィルターＦ２→略４Ｋライン内の一定流量制御弁ＭＦＣ１→チャッキ弁ＣＶ１を通って第１精製器６Ａに入り、精製された後、冷凍機５に送られる。第１精製器６Ａで精製された略４Ｋライン内のヘリウムガスは図１に示すように冷凍機５の第１冷凍ステージ５Ａで略４０Ｋにまで冷却された後、第２ステージ５Ｂで冷却される凝縮ポット４に供給される。
第２精製器６Ｂで精製されたヘリウムガスは冷凍機５の第１冷凍ステージ５Ａにおいて略４０Ｋ程度にまで冷却され図１に示すようにデュワー２のネック部に略４０Ｋの冷却用ヘリウムガスとして供給される。凝縮ポット４内は、第２ステージ５Ｂからの冷熱により略４Ｋまで冷却されており、凝縮ポット４内に供給されたヘリウムガスは液化され、デュワー２に供給される。デュワー２からはガス化した略４Ｋガスの一部が凝縮ポット４に戻り、再び液化される。
【００１６】
〔通常運転中、ヘリウムガス不足が生じた場合〕
上記装置において、運転中に装置全体が過冷却状態になると、必要以上にヘリウムガスの液化が進みデュワー２内の圧力が低下する。このような圧力低下を検知すると、凝縮ポット内の最低能力のヒータ（２Ｗ程度のヒータ）を作動させ、温度を昇温させてデュワー２内の圧力低下を防止する。また、デュワー２内で液体ヘリウムが不足した場合には必要に応じてノーマルクローズの電磁弁ＥＶ５を開き質量流量計ＭＦ４を介して不足分のヘリウムガスを略４Ｋライン内の一定流量制御弁ＭＦＣ１を介して第１精製器６Ａに供給し、精製されたヘリウムガスを冷凍機で冷却してデュワー２に供給できるようにする。このとき、ヘリウムガスの供給が充分になると、デュワー２内の圧力が所定値以上に昇圧するため、ノーマルクローズの電磁弁ＥＶ５を閉じ、ヘリウムガスボンベ１からのヘリウムガスの供給を止めデュワー２内を適正値に維持する。なお、ヘリウムガスボンベ１からのヘリウムガスの供給は、ノーマルクローズの電磁弁ＥＶ５だけでなく、必要に応じてノーマルクローズの電磁弁ＥＶ７、あるいは両方からも供給することが可能である。
【００１７】
〔精製器内の汚染物質の除去〕
循環式液体ヘリウム再液化装置が作動中に第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂ（各精製器の構成は後述する）に汚染物質が所定以上に溜まる（固着する）と、ヘリウム液化作動を一旦停止し、第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂ内のヒータ、凝縮ポット４に付設の最大能力のヒータ（１ＫＷ）を作動する（なお、このヒータの作動は精製器のヒータのみ、凝縮器のヒータのみ、あるいは両ヒータをともに作動することができる）。この結果、第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂ内が加熱されフィン（フィンの構成については後述する）等に固着している固化汚染物質が気化される。この時、電磁弁ＥＶ２、ＥＶ３を開き、排気ポンプ８を作動すると排気ポンプ８の働きにより気化した汚染物質は排気ポンプ８から系外に排出される。凝縮ポット４に設けた高能力ヒータ（略１ＫＷ）が作動している場合には、熱伝導によって精製器６Ａ、６Ｂが暖められると同時に凝縮ポット４内のヘリウムガスが暖められ、第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂに温まったヘリウムガスを逆流させることができる。こうして、第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂ内の汚染物質を気化することにより除去でき、再び、ヘリウムガス精製が可能な状態に復帰する。なお、ヒータのさらに詳しい制御については後述する。
【００１８】
〔装置の通常運転ヘ復帰〕
循環式液体ヘリウム再液化装置を再び作動させる際には、第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂ内のヒータ、凝縮ポット４に付設のヒータの作動を停止し、ノーマルクローズの電磁弁ＥＶ２、ＥＶ３を閉じ排気ポンプ８を停止する。そして、冷凍機５を運転して装置を徐々に冷却したのち、精製器６Ａ、６Ｂが動作温度にまで冷却されると循環ポンプ７を作動する。この作動により、デュワー２中のヘリウムガスが吸引され液化作業が開始される。
【００１９】
次に、上記装置内で使用する精製器の一例を説明すると、図２は精製器の断面図である。
図１に示すようにコールドボックス３には２個の精製器（第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂ）が配置されているが、２個の精製器６Ａ、６Ｂは同じ構成をしており、ここでは一方側の第１精製器６Ａ（以下精製器６とする）の構成を説明する。
精製器６は図２に示すように熱伝導性の良い銅材等で作られた円筒型をしたハウジング６１を有しており、このハウジング６１の外周にはヒータを取り付けるためのスペース６２が形成され、そのスペース内に不図示のヒータが配置される。ハウジング６１の下端は連結部材６３を介して図１に示す冷凍機５の第１冷凍ステージ５Ａに連結されている。このためハウジング６１は略４０Ｋに冷却された温度となっている。
【００２０】
ハウジング６１にはデュワー２からの蒸発ヘリウムガスをハウジング６１内に導入するステンレス製の導入パイプ６４が挿入され、導入パイプ６４は断熱材６５を介して固定されている。またハウジング６１および導入パイプ６４は、図１に示すコールドボックス３を構成する断熱壁に適宜の断熱性支持部材を介して固定されている。ハウジング６１内において、この導入パイプ６４の周囲にはステンレス製の蛇腹部材６６の一端側が溶接６７等により固定されている。また、蛇腹部材６６の他端側はハウジング６１に溶接６８等により固定されている。ハウジング６１の上方には熱伝導性の良い材料からなる上部管６９が、熱伝導性のよい材料からなる連結部材７０によって取りつけられている。さらに、この上部管６９の上方には流出用の管７１が、熱伝導性の良い材料からなる支持部材７２によって固定されている。また上部管６９の内壁には、熱伝導性の良い材料からなるフィン（汚染物質固化部）７３が互い違いに流路がジクザクになるように適宜数設けられている。
【００２１】
フィン７３はフィン７３を固定する固定棒７５によって固定され、また固定棒７５はその下端がハウジング６１内に配置した保持体７４によって保持されている。そして、前述したように、ハウジング６１、上部管６９、連結部材７０、管７１、支持部材７２、フィン７３、保持体７４、固定棒７５はいずれも熱伝導性のよい銅材等によって構成され、フィン７３が冷凍機５と同じ略４０Ｋに冷却される構成となっている。なお、フィン７３がヘリウムガス中の汚染物質を固化できる温度（略４０Ｋ）に冷却される構成であれば、フィンの支持構造は先述した構成に限定されない。
【００２２】
一方、前記導入パイプ６４にはデュワー２で蒸発した高温のヘリウムガス（略３００Ｋ）が流れるため、導入パイプは少なくとも略３００Ｋに近い温度となっている。またハウジングは前述したように略４０Ｋであるため、できるだけその間の熱勾配を小さくするために両者は上記したようにステンレス製の蛇腹部材６６で接続されている。この蛇腹部材６６は導入パイプ６４の出口周囲に所定のスペースを確保しながら、出口周囲を囲むように配置されている。この結果、導入パイプ６４の出口付近の周囲に大きなスペースを備えることになり、出口付近がハウジング６１からの熱伝導によって略４０Ｋにまで冷却されることを防止し、出口部に汚染物質が蓄積することを防止している。
【００２３】
この精製器６では略３００Ｋの温度でハウジング内に流入した蒸発ヘリウムガスは、略４０Ｋに冷却されているフィン７３で構成されたジクザグの流路を通過する間に略４０Ｋにまで冷却される。この冷却過程でガス内に混入している汚染物質（酸素や窒素等）がフィン７３に凍りついて固化し除去され、ヘリウムガスが精製される。精製後、略４０Ｋに冷却されたヘリウムガスは管７１を介して図１に示す冷凍機５の第１冷凍ステージ５Ａに供給されて略４０Ｋ程度にまで冷却され、デュワー２あるいは第２冷凍ステージ５Ｂで、さらに略４Ｋまで冷却されて凝縮ポット４に供給される。
【００２４】
この精製器６において、フィン７３に汚染物質が蓄積した場合には、その状態を後述するセンサで検知し、後述する制御器を介してハウジング６１に取り付けたヒータ（図示せず）に通電し、汚染物質が気化する温度にまでハウジング６１を加熱する。この結果、ハウジング６１と熱伝導性のよい銅材で接続されているフィン７３も加熱され、フィン７３に蓄積した汚染物質が気化する。気化した汚染物質は、制御器からの指令によって流路を開いた図１に示すノーマルクローズの電磁弁ＥＶ２、ＥＶ３を介して排気ポンプ８から系外に排出される。
【００２５】
また、精製器のヒータ加熱時には、凝縮ポット４に設けたヒータも作動させ、凝縮ポット４内の略４Ｋガスを暖めて、第１精製器６Ａに温まったヘリウムガスを逆流させる。こうして、第１精製器６Ａ（第２精製器６Ｂ）内の汚染物質の気化が促進され、短時間で汚染物質を除去でき、再び、ヘリウムガス精製状態へと短時間で戻すことができる。
【００２６】
図３を参照して上記第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂ（以下精製器６とする）、凝縮ポット４に付設したヒータの作動状態、循環ポンプ７、排気ポンプ８の作動状態、さらには各弁の開閉を制御する制御ブロックの一例について、また図４を参照してヒータ制御の一例を説明する。
第１精製器６Ａ、第２精製器６Ｂのヒータ加熱、凝縮ポットのヒータ加熱は基本的には何れかの精製器のセンサが汚染物質を検知した場合に同時に行うことになるが、各ヒータはそれぞれ別々に作動させることも可能である。
【００２７】
図３に示すように精製器６には、ヒータ８４、温度センサ８５、汚染物質検知センサ８６が設けられており、凝縮ポット４にはヒータ８７、温度センサ８８が設けられている。ヒータ８４はリレースイッチ８２Ａを介して電源８３に接続されており、またヒータ８７はリレースイッチ８２Ｂを介して電源８３に接続されている。リレースイッチ８２Ａ、８２Ｂは制御器８１からの指令によりスイッチがＯＮとなる常開型スイッチとして構成されている。制御器８１には冷凍機５、循環ポンプ７、排気ポンプ８、電磁弁ＥＶ１〜ＥＶ７、精製器６に設けた図示せぬ汚染物質検知センサ８６（圧力センサあるいは流速センサあるいは精製器内に蓄積した汚染物質の厚さ等を検知するセンサ）および前記ヒータ８４、８７の温度を検出する温度センサ８５、８８が接続されている。
【００２８】
上記制御ブロックによるヒータ制御の一例を図４を参照して説明する。
なお、凝縮ポットに付設のヒータ８７は精製器６のヒータ８４と同じパターンで制御されることがのぞましいが、別の態様（それぞれのヒータが独立して制御されるようにすること）も可能である。
【００２９】
〔加熱・逆流モード〕
精製器６に設けた汚染物質検知センサ８６が汚染物質が所定量蓄積したことを検知すると、制御器８１からの指令により、冷凍機５の運転を停止し、リレースイッチ８２Ａ、８２ＢをＯＮとし、ヒータ８４、８７の加熱を開始する加熱・逆流モードに入る（図４参照）。同時にノーマルクローズの電磁弁ＥＶ２、ＥＶ３を開き、排気ポンプ８を作動する。排気ポンプ８の作動により、精製器６内で気化した汚染物質は大気に放出される。そしてヒータ８４、８７への通電は、図４に示すようにヒータ８４、８７の温度が予め設定した温度Ｔ３になるまで急激に加熱され、その後、ヒータをオン・オフしながら温度Ｔ３を維持し、温度Ｔ３が所定時間（精製器内に固化堆積した汚染物質が全て気化するまでの時間、たとえば約６０分程度）維持される。
【００３０】
〔冷却モード〕
精製器に固着した汚染物質が全て気化し、外部放出されるとヒータの加熱が停止され、冷凍機の運転を再開する。このモードによりヒータによって暖められた循環式液体ヘリウム再液化装置全体を冷却する。このため冷却モードはできるだけ早くシステム全体を冷却する必要があることから、冷凍機の運転を再開すると略同時にノーマルクローズの電磁弁ＥＶ２、ＥＶ３を閉じ、排気ポンプ８の作動を停止する。そして冷凍機５の運転より装置を徐々に冷却したのち、循環ポンプ７の運転を開始する。冷凍機５、循環ポンプ７の運転によりヘリウムガスが循環しはじめ装置内の温度が図４に示すように急激に低下するが、この温度低下により装置内のヘリウムガス体積が収縮し、装置内が負圧になり外部から装置内に汚染物質が侵入してくる可能性がでてくる。このため、このような事態を回避するために、冷却モードでは、装置内が負圧にならないように、適宜電磁弁ＥＶ５、ＥＶ７を開いて綺麗なヘリウムガスをヘリウムガスボンベ１から少しずつ装置内に供給する。そして、装置内の温度がＴ２（略４０Ｋ）にまで低下すると循環回復モードに入る。この時、デュワー２内の圧力が第１所定値以内（例えばデュワー圧が４〜５Ｐａの間）にあるように、デュワー２内の過圧防止、負圧防止のために電磁弁ＥＶ４、ＥＶ５、ＥＶ６、ＥＶ７を制御しながら圧力制御を行う。
【００３１】
〔循環回復モード〕
所定時間経過し冷却モードが終了すると、精製器６Ａ、６Ｂの温度が略４０Ｋ程度にまで低下するため、再びヘリウムガスの精製が始まる。このモード中、デュワー２内の圧力が第２所定値（例えばデュワー圧が９００〜１２００Ｐａの間）となるように略４Ｋライン内の一定流量制御弁ＭＦＣ１、略４０Ｋライン内の一定流量制御弁ＭＦＣ２を制御しながらヘリウムガスを循環する（略４Ｋラインの流量を徐々に増して循環させる）。また、デュワー２内の圧力制御は電磁弁ＥＶ４、電磁弁ＥＶ６を開閉しながら行うとともに、必要に応じてヘリウムガスをガスボンベ１からデュワー２に供給することも可能である。
【００３２】
〔液面回復モード〕
循環回復モードが終了後は、デュワー２内の液体ヘリウムの液面が低下しているため、所定の液面となるように、電磁弁ＥＶ５を開き、きれいなヘリウムガスをヘリウムガスボンベ１から略４Ｋラインに供給する。この制御により、ヘリウムガスボンベ１から供給されたヘリウムガスが冷凍機５で大量に液化され、略４Ｋラインの液体ヘリウム供給量を増大し、デュワー内の液面が回復する。
【００３３】
〔順流モード〕
液面回復モードの後は、通常運転モードに復帰する。
なお、図４はあくまでも上記各モードの制御の一例であり、当然のことながら、装置の大小により各モードのパターンが変化したり、あるいは各弁、ヒータの作動制御態様、ヘリウムガス供給のタイミングは変化してくる。これらへの対応は装置の設計時に制御プログラムを変更するなど任意に設定できることである。また装置内の弁全てを電磁弁に代えて、制御器からの指令で全ての弁を開閉できるようにしてもよい。
【００３４】
ところで、以上述べた装置では、〔加熱・逆流モード〕、〔冷却モード〕、〔循環回復モード〕、〔液面回復モード〕、〔順流モード〕は、基本的には予め定めたプログラムに従って作動ているか、または手動による作動を採用している。しかし、予めプログラムを定めておく制御法では、最適制御法を開発するために様々な制御法を試すことが難しい等の問題がある。
このため、本発明では、不純物を気化して外部に排出するために行う、精製器ヒータ、循環ポンプ、排気ポンプ、冷凍機の入切、バルブの開閉等、多数の機器の複雑な制御手順を、スクリプト（人間が理解可能な手順書）に記述することで、自動的に実行する制御装置及び制御方法を提供する。
【００３５】
スクリプトの内容は、装置内の精製器ヒータ、循環ポンプ７、排気ポンプ８、複数の電磁弁および切替弁等を各機器の動作条件等を指定する一連の指令であり、このスクリプトに従って制御器（制御プログラム）から出力される指令により各機器が作動される。なお、装置内の弁は適宜省略、増設することが可能である。
図５において、９０は制御器であり、この制御器には圧力計９１、流量計９２、温度計９３等の計測装置が接続され、また、冷凍機９４、精製器ヒータ９５、循環、排出等のポンプ９６、電磁弁９７、切替弁（不図示）等の作動機器が接続され、さらに必要に応じて状態記録ファイル９８が接続されている。そして制御器には制御器を作動するスクリプトファイル９９が接続され、これらによって循環式液体ヘリウム再液化装置の制御装置が構成されている。
【００３６】
スクリプトファイル９９は人間が理解可能な形で書かれた制御器の制御条件を記した電子ファイル（手順書）であり、その内容は人により自由に書き換えることが可能であり、そのファイル内の命令を読み込むことで、制御器（コンピュータ等の計算機）はその手順にしたがって作動器を自動的に作動させることができるようになっている。
【００３７】
スクリプトの内容は、制御の手順に従った各機器の動作条件等を指定する一連の命令で、制御は命令を順番に処理することで行われる。命令には、設定した条件で１回だけ実行する命令と、条件が取り消されるまでの間、条件を満たした時に何度でも実行する命令がある。２番目の種類の命令は、複数の機器に対して、同時に独立した動作条件を与えることができるため、１つのスクリプトで複数の機器を別々の条件で同時並列に制御することができる。さらに、１つの機器に対して複数の動作条件を設定できるため、複雑な動作条件にも対応できる。スクリプトは制御プログラムとは独立しており、これを書き換えるのみで、容易に、様々な制御法を検討することが可能である。
【００３８】
スクリプトを実行するプログラムは、スクリプトを読み込み、実行する機能と、温度計９３、圧力計９１、流量計９２等の計測装置による計測値および、制御を行う各機器の状態を取得、記録する機能を持つ。計測値および各機器の状態は、１秒以下の非常に短い時間間隔で常に取得されており、取得された値は装置の種類に応じた適当な形式でコンピュータの画面上に表示される。また、スクリプトの実行中は、同じ時間間隔で、制御を行う全ての機器に対して、動作条件の適合、不適合が判断され、全ての機器の制御が同時に行われる。
【００３９】
ここでスクリプトの内容を簡単に説明する。本例は先述した閉塞解除−順流について説明する。
図６において、最上段の行の指令は、命令を示すキーワード（ｏｕｔｐｏｒｔ）と、命令の詳細を示す複数の数字の組み合わせで表されている。この命令では、制御対象への出力命令であるｏｕｔｐｏｒｔに続き、数字の組み合わせにより、出力対象および出力内容を指定しており、内部循環ＯＦＦの指令を表している。また、必要に応じて、行の右側に♯文字に続く形で、注釈を記述することが可能である。以下同様に、全ての指令は命令を示すキーワードと、その詳細を示す複数の数字の行で表現される。
このようにスクリプトファイルは人間が理解可能な形で書かれた制御器の制御条件を記した電子ファイル（手順書）であり、その内容は人により自由に書き換えることが可能であり、そのファイル内の命令を読み込むことで、制御器（コンピュータ等の計算機）はその手順にしたがって作動器を自動的に作動させることができる。
【００４０】
このため、装置を制御するに当たって、作業者はまず〔加熱・逆流モード〕に対応して排気ポンプのオン−オフ、冷凍機のオン−オフ、電磁弁のオン−オフなど必要な動作に対応して、キーワードと複数の数字の組み合わせからなるスクリプトファイルを作成する。このスクリプトファイルは、必要な作動をキーワードと数字の組み合わせからなる命令として記載するだけでだれでも比較的簡単に作成できるため、装置の作動順序を簡単に変更することが可能となる。
上記のようにして循環式液体ヘリウム再液化装置の制御モード〔加熱・逆流モード〕、〔冷却モード〕、〔循環回復モード〕、〔液面回復モード〕、〔順流モード〕を連続して実行するスクリプトファイルを設定し、このスクリプトファイルを制御器に読み込ませる。
【００４１】
制御器ではスクリプトを実行し、冷凍機、精製器ヒータ、循環ポンプ、排気ポンプ、電磁弁、切替弁のオン−オフを実行し、精製器に固化した汚染物質を装置外に排出し、循環式液体ヘリウム再液化装置の再稼働を行う。
さらに、制御に関する情報は、指定した時間間隔で自動的に状態記録ファイル９８に記録される。状態記録ファイル９８ヘの記録は、機器の状態が変化したときも行われる。記録されたファイルは、プログラムの実行中でも外部より参照することができ、制御プログラムを停止させずに、制御状態を知ることができる。
【００４２】
上記制御器内での制御フローを図７を参照して説明する。
プログラムがスタートすると、ステップ１で制御器、計測器の初期化を行う。
ステップ２で、制御器はスクリプトファイル中の第１行を読み込む。ステップ３で読み込み命令の有無を判断し、命令が有る場合にはステップ４で待機命令の有無、ステップ５で命令実行の有無を判断し、ステップ４、５で命令が無い場合にはステップ６で動作条件を設定する。次いでステップ７で計測値（計測データ）を読み込み、ステップ８で動作条件を確認し、実行する。さらにステップ９でログ出力条件成立の有無を判断し、無い時はステップ１０で待機命令の有無を判断し、有りの時はステップ１１で待機終了条件成立の有無を判断する。ステップ１１で件成立が無い時はステップ１２に進み単位時間待機し、その後ステップ７に戻る。また、それぞれの判断の中で前述した説明とは逆の判断の場合には図のフローに従って再び命令を実行する。またステップ３で読み込み命令が無の時にはプログラムが終了する。
【００４３】
以上のように本制御装置によれば、人間がスクリプトファイルを変更するだけで、装置全体の制御を簡単に変更することができ、複雑な操作を自動的に実行して最適制御を実現できる。
【００４４】
以上、本発明に係る実施形態（精製器内に固化した汚染物質を気化して系外に排出する例）について説明したが、本発明は精製器内に固化した汚染物質を液化して系外に排出する場合にも適用できることは当然である。また、液体ヘリウムの回路等は上記実施形態に限定されることなく必要に応じて自由に変更することも可能である。各制御モードも、設計時において自由に設定することが可能である。また、弁の数、冷凍機の数等は上記例に限定されることなく、必要に応じて増減することができる。
さらに、本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいかなる形でも実施できる。そのため、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず限定的に解釈してはならない。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、精製器を加熱することにより精製器に蓄積された汚染物質を気化あるいは液化して系外に放出することにより、循環式液体ヘリウム再液化装置の長期間の連続運転を可能としており、特に、精製器内部に凝固した不純物を気体にして、確実に精製器外部に排出することを保障するためのヒータ、ポンプ、冷凍機、バルブなど、複雑な操作を自動的に実行して最適制御法を得ることができる。またスクリプト（人間に理解可能な手順書）を変えるだけで、様々な制御法を試すことが可能であり、制御動作が適当な時間間隔で記録される。かつその結果が様々な形式で表示可能であり、表示装置上で容易に確認可能となる。
スクリプトの内容は、制御の手順に従った各機器の動作条件等を指定する一連の命令で、制御は命令を順番に処理することで行われる。命令には、設定した条件で１回だけ実行する命令と、条件が取り消されるまでの間、条件を満たした時に何度でも実行する命令がある。２番目の種類の命令は、複数の機器に対して、同時に独立した動作条件を与えることができるため、１つのスクリプトで複数の機器を別々の条件で同時並列に制御することができる。さらに、１つの機器に対して複数の動作条件を設定できるため、複雑な動作条件にも対応できる。スクリプトは制御プログラムとは独立しており、これを書き換えるのみで、容易に、様々な制御法を検討することが可能である。
スクリプトを実行するプログラムは、スクリプトを読み込み、実行する機能と、温度計、圧力計、流量計等の計測装置による計測値および、制御を行う各機器の状態を取得、記録する機能を持つ。計測値および各機器の状態は、1秒以下の非常に短い時間間隔で常に取得されており、取得された値は装置の種類に応じた適当な形式でコンピュータの画面上に表示される。また、スクリプトの実行中は、同じ時間間隔で、制御を行う全ての機器に対して、動作条件の適合、不適合が判断され、全ての機器の制御が同時に行われる。
さらに、制御に関する情報は、指定した時間間隔で自動的にファイルに記録される。
ファイルヘの記録は、機器の状態が変化したときも行われる。記録されたファイルは、プログラムの実行中でも外部より参照することができ、制御プログラムを停止させずに、制御状態を知ることができる。
、等の優れた効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る循環式液体ヘリウム再液化装置の構成図である。
【図２】同装置内で使用する精製器の構成図である。
【図３】精製器に設けたヒータの制御ブロック図である。
【図４】ヒータの加熱およびパージの状態を説明する図である。
【図５】本発明に係る循環式液体ヘリウム再液化装置を制御するための制御装置の構成図である。
【図６】スクリプトファイルの内容を説明する図である。
【図７】制御器内での制御フロー図である。
【符号の説明】
１          ヘリウムガスボンベ
２          液体ヘリウム貯留槽（デュワー）
３          コールドボックス
４          凝縮ポット
５          冷凍機
５Ａ        第１冷凍ステージ
５Ｂ        第２冷凍ステージ
６Ａ        第１精製器
６Ｂ        第２精製器
７          循環ポンプ
８          排気ポンプ
ＰＳ１、ＰＳ２、Ｐ０、Ｐ３〜Ｐ６    圧力計
Ｖ１２                  循環ポンプの流出弁
Ｖ１３                  循環ポンプの流入弁
Ｖ２、Ｖ１４          切替弁
ＣＶ１〜ＣＶ８          チャッキ弁
ＭＦＣ１                略４Ｋライン内の一定流量制御弁
ＭＦＣ２                略４０Ｋライン内の一定流量制御弁
ＭＦ３〜ＭＦ５          質量流量計
ＥＶ（ＮＯ）            ノーマルオープンの電磁弁
ＥＶ（ＮＣ）            ノーマルクローズの電磁弁
Ｆ１、Ｆ２              フィルター
ＳＶ１〜ＳＶ３          安全弁
６１          ハウジング
６２          スペース
６３          連結部材
６４          導入パイプ
６５          断熱材
６６          蛇腹部材
６７、６８    溶接
６９          上部管
７０          連結部材
７１          流出用管
７２          支持部材
７３          フィン
７４          保持体
７５          固定棒
８１          制御器
８２Ａ、８２Ｂ    リレースイッチ
８３          電源
８４          ヒータ
８５          温度センサ
８６          汚染物質検知センサ
８７          凝縮ポット用のヒータ
８８          温度センサ
９０          制御器
９１          圧力計
９２          流量計
９３          温度計
９４          冷凍機
９５          精製器
９６          循環、排出等のポンプ
９７          電磁弁
９８          状態記録ファイル
９９          スクリプトファイル
【図１】
0003708527.tif 000002
【図２】
0003708527.tif 000003
【図３】
0003708527.tif 000004
【図４】
0003708527.tif 000005
【図５】
0003708527.tif 000006
【図６】
0003708527.tif 000007
【図７】
0003708527.tif 000008