(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大容量液体ヘリウム容器から小容量ヘリウム容器への液体ヘリウムのトランスファー方法において、
液体窒素温度より低い温度のヘリウムガスを用いて、小容量ヘリウム容器を液体窒素液化温度より低い温度まで冷却する予冷工程と、
冷却された小容量ヘリウム容器に大容量液体ヘリウム容器からの液体ヘリウムを供給して充填する充填工程と、
を含み、
前記予冷工程または前記充填工程において、小容量ヘリウム容器をヘリウムガスまたは液体ヘリウムを供給するヘリウム供給ラインに接続する場合に、
流通経路の他に流通用経路内にヘリウムガスを供給する別のヘリウムガス供給経路を有する弁体を用い、
弁体の流通経路の一端からヘリウムガスを吐出しながら、弁体の一端に同じくヘリウムガスを吐出している小容量ヘリウム容器を接続する、
液体ヘリウムのトランスファー方法。
【請求項２】
大容量液体ヘリウム容器から小容量ヘリウム容器への液体ヘリウムのトランスファー方法において、
液体窒素温度より低い温度のヘリウムガスを用いて、小容量ヘリウム容器を液体窒素液化温度より低い温度まで冷却する予冷工程と、
冷却された小容量ヘリウム容器に大容量液体ヘリウム容器からの液体ヘリウムを供給して充填する充填工程と、
を含み、
前記予冷工程または前記充填工程において、小容量ヘリウム容器をヘリウムガスまたは液体ヘリウムを供給するヘリウム供給ラインに接続する場合に、小容量ヘリウム容器とヘリウム供給ラインに遮断弁を取り付けておき、その中間に流通経路内からの排気または流通系へのヘリウムガスの供給を行う管路を有する中間部材を挿入し、
中間部材内の空気を排気しヘリウムガスで置換した後、
遮断弁を開放することで、流通経路を形成する、
液体ヘリウムのトランスファー方法。
【請求項３】
大容量液体ヘリウム容器から小容量ヘリウム容器への液体ヘリウムのトランスファー方法において、
液体窒素温度より低い温度のヘリウムガスを用いて、小容量ヘリウム容器を液体窒素液化温度より低い温度まで冷却する予冷工程と、
冷却された小容量ヘリウム容器に大容量液体ヘリウム容器からの液体ヘリウムを供給して充填する充填工程と、
を含み、
前記充填工程において発生したヘリウムガスを用いて小容量ヘリウム容器の予冷を行う、
液体ヘリウムのトランスファー方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の液体ヘリウムのトランスファー方法において、
前記予冷工程において、ヘリウムガスを冷凍機によって冷却したヘリウムガスを用いて小容量ヘリウム容器の予冷を行う、
液体ヘリウムのトランスファー方法。
【請求項５】
大容量液体ヘリウム容器から小容量ヘリウム容器への液体ヘリウムのトランスファー方法において、
液体窒素温度より低い温度のヘリウムガスを用いて、小容量ヘリウム容器を液体窒素液化温度より低い温度まで冷却する予冷工程と、
冷却された小容量ヘリウム容器に大容量液体ヘリウム容器からの液体ヘリウムを供給して充填する充填工程と、
を含み、
前記予冷工程において、
前記充填工程において発生したヘリウムガスを用いて小容量ヘリウム容器の第１の予冷を行い、
その後、前記充填工程において発生したヘリウムガスを冷凍機によって冷却したヘリウムガスを用いて小容量ヘリウム容器の第２の予冷を行う、
液体ヘリウムのトランスファー方法。
【請求項６】
請求項５に記載の液体ヘリウムのトランスファー方法において、
前記予冷工程における第１の予冷でのヘリウムガスの小容量ヘリウム容器への供給、前記予冷工程における前記第２の予冷でのヘリウムガスの小容量ヘリウム容器への供給、および前記充填工程での液体ヘリウムの小容量ヘリウム容器への供給を、バルブを用いて切り換える液体ヘリウムのトランスファー方法。
【請求項７】
請求項６に記載の液体ヘリウムのトランスファー方法において、
前記バルブを真空ボックス内に設置する、
液体ヘリウムのトランスファー方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の液体ヘリウムのトランスファー方法を実施する、
液体ヘリウムのトランスファーシステム。
【請求項９】
請求項８に記載の液体ヘリウムのトランスファーシステムにおいて、
小容量ヘリウム容器へヘリウムをトランスファーする場合に、一端側が小容量ヘリウム容器に挿入されるトランスファーチューブを使用し、このトランスファーチューブは、ヘリウムを流通するパイプとそれを取り囲む支持管の２重管であり、支持管の方が小容量ヘリウム容器内で奥まで伸びている、
液体ヘリウムのトランスファーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体ヘリウムのトランスファー方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本では、主として米国またはカタールから約３．６万リットル／年の液体ヘリウム容器で輸入している。これを国内のガス販売業者のガスステーションで１０００、５００、２５０、１００、６０、３０Ｌ等の小容量ヘリウム容器にトランスファーした後、エンドユーザに販売されている。
【０００３】
この際、液体ヘリウムのトランスファー効率を上げるために、小容量ヘリウム容器を液体窒素で約７７Ｋに冷却（予冷）し、液体窒素を窒素ガスおよびヘリウムガスでパージした後、液体ヘリウムがトランスファーされている。液体ヘリウムは、液体窒素の約１／７０程度の極めて小さな蒸発潜熱しか持っていないため、小容量ヘリウム容器を７７Ｋから液体ヘリウム温度４．２Ｋにするまでに大量のヘリウムガスが蒸発する。このような液体ヘリウムの小容量容器へのトランスファーの際に、液体ヘリウムはトランスファー量の約２０％が蒸発する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２１８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特に、初期に蒸発するガスは、小容量ヘリウム容器を予冷するために用いられた液体窒素の残留物が混入しているので、純度の低いヘリウムとなっている。この低純度ヘリウムの量は標準的なガスステーションではトランスファーする量の約８％程度である。蒸発初期のコンタミ含有量の多いガスは、大気中に放散され、比較的純度がよくなったガス（純度９８−９９％程度）は回収して風船用等に販売されている。残りの１２％程度は高純度のヘリウムガスであり、高圧ボンベに充填してヘリウムガスとして販売されている。
【０００６】
ヘリウムは、地球上で人工的に生産できず、埋蔵量も限定されている貴重なレアガスでありヘリウムの価格は急上昇しており、ヘリウムガスを無駄遣いしない方法の開発要請が年々高まっている。
【０００７】
そこで、液体ヘリウムの小容量容器へのトランスファーの際の損失量を減少したいという要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、大容量液体ヘリウム容器から小容量ヘリウム容器への液体ヘリウムのトランスファー方法において、液体窒素を用いることなく、液体窒素温度より低い温度のヘリウムガスを用いて、小容量ヘリウム容器を液体窒素液化温度より低い温度まで冷却する予冷工程と、冷却された小容量ヘリウム容器に大容量液体ヘリウム容器からの液体ヘリウムを供給して充填する充填工程と、を含む。
【０００９】
また、前記予冷工程または前記充填工程において、小容量ヘリウム容器をヘリウムガスまたは液体ヘリウムを供給するヘリウム供給ラインに接続する場合に、流通経路の他に流通用経路内にヘリウムガスを供給する別のヘリウムガス供給経路を有する弁体を用い、弁体の流通経路の一端からヘリウムガスを吐出しながら、弁体の一端に同じくヘリウムガスを吐出している小容量ヘリウム容器を接続することが好適である。
【００１０】
また、前記予冷工程または前記充填工程において、小容量ヘリウム容器をヘリウムガスまたは液体ヘリウムを供給するヘリウム供給ラインに接続する場合に、小容量ヘリウム容器とヘリウム供給ラインに遮断弁を取り付けておき、その中間に流通経路内からの排気または流通系へのヘリウムガスの供給を行う管路を有する中間部材を挿入し、中間部材内の空気を排気しヘリウムガスで置換した後、遮断弁を開放することで、流通経路を形成することが好適である。
【００１１】
また、前記充填工程において発生したヘリウムガスを用いて小容量ヘリウム容器の予冷を行うことが好適である。
【００１２】
また、前記予冷工程において、ヘリウムガスを冷凍機によって冷却したヘリウムガスを用いて小容量ヘリウム容器の予冷を行うことが好適である。
【００１３】
また、前記予冷工程において、前記充填工程において発生したヘリウムガスを用いて小容量ヘリウム容器の第１の予冷を行い、その後、前記充填工程において発生したヘリウムガスを冷凍機によって冷却したヘリウムガスを用いて小容量ヘリウム容器の第２の予冷を行うことが好適である。
【００１４】
また、前記予冷工程における第１の予冷でのヘリウムガスの小容量ヘリウム容器への供給、前記予冷工程における前記第２の予冷でのヘリウムガスの小容量ヘリウム容器への供給、および前記充填工程での液体ヘリウムの小容量ヘリウム容器への供給を、バルブを用いて切り換えることが好適である。
【００１５】
また、前記バルブを真空ボックス内に設置することが好適である。
【００１６】
また、本発明は、大容量液体ヘリウム容器から小容量ヘリウム容器への液体ヘリウムのトランスファー方法において、液体窒素を用いて、小容量ヘリウム容器を液体窒素温度まで冷却する第１予冷工程と、液体窒素温度より低い温度のヘリウムガスを用いて、小容量ヘリウム容器をより低い温度まで冷却する第２予冷工程と、冷却された小容量ヘリウム容器に大容量液体ヘリウム容器からの液体ヘリウムを供給して充填する充填工程と、を含む。
【００１７】
また、本発明は、上述した液体ヘリウムのトランスファー方法を実施する液体ヘリウムのトランスファーシステムである。
【００１８】
また、小容量ヘリウム容器へヘリウムをトランスファーにする場合に、一端側が小容量ヘリウム容器に挿入されるトランスファーチューブを使用し、このトランスファーチューブは、ヘリウムを流通するパイプとそれを取り囲む支持管の２重管であり、支持管の方が小容量ヘリウム容器内で奥まで伸びていることが好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態の全体構成を示す図である。
【図２】小容量ヘリウム容器への液体ヘリウム充填の手順を説明する図である。
【図３】小容量ヘリウム容器の接続の構成を示す図である。
【図４】三方弁を説明する図である。
【図５】小容量ヘリウム容器の接続時の手順を説明する図である。
【図６】ゲート弁を説明する図である。
【図７】トランスファーチューブの構成を説明する図である。
【図８】小容量ヘリウム容器の直列接続を説明する図である。
【図９】バルブを用いた切り換えの構成を示す図である。
【図１０】真空ボックスの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
＜全体構成＞
図１は、実施形態に係る液体ヘリウムのトランスファー方法の全体構成を示す。液体ヘリウムは、外国から船で運んでくるため、大容量（例えば、３６，０００Ｌ）のヘリウムコンテナ（大容量液体ヘリウム容器）１０に収容されている。そして、この大容量液体ヘリウム容器がトラックなどでガスステーションに運ばれてくる。
【００２２】
ガスステーションでは、液体ヘリウムを小容量ヘリウム容器１２に充填してエンドユーザに供給する。エンドユーザにおいて液体ヘリウムが使用された使用済みの小容量ヘリウム容器１２は、回収されてガスステーションに搬入される。搬入小容量ヘリウム容器１２は、真空引きおよびヘリウムガスへの置換→蒸発ガスによる予冷→冷凍機による予冷→液体ヘリウムのトランスファーという手順によって液体ヘリウムが充填される。以下、これについて説明する。なお、液体ヘリウムを充填しているものを小容量ヘリウム容器１２−０、蒸発ヘリウムガスにより予冷しているものを小容量ヘリウム容器１２−１、冷凍機により予冷しているものを小容量ヘリウム容器１２−２とし、これらを小容量ヘリウム容器１２と総称する。
【００２３】
ガスステーションでは、ヘリウムコンテナ１０を載置し、ここから小容量ヘリウム容器１２−０に液体ヘリウムがトランスファーされる。本実施形態においては、この小容量ヘリウム容器１２−０は予冷されたものである。
【００２４】
小容量ヘリウム容器１２−０は、充填台の上に置かれ、この小容量ヘリウム容器１２−０とヘリウムコンテナ１０がトランスファーチューブＴＴ１によって接続される。この状態で、ヘリウムコンテナ１０内の液体ヘリウムがトランスファーチューブＴＴ１を介し、小容量ヘリウム容器１２−０にトランスファーされる。
【００２５】
＜蒸発ガスによる予冷＞
ここで、小容量ヘリウム容器１２−０には、排気管ＰＰ１が接続されており、小容量ヘリウム容器１２−０内において蒸発したヘリウムガスがここから排出される。排気管ＰＰ１には、切替弁Ｖ１を介し、給気配管ＰＰ２が接続されており、この給気配管ＰＰ２には、複数のトランスファーチューブＴＴ２が接続される。複数のトランスファーチューブＴＴ２は、その先端が対応する小容量ヘリウム容器１２−１にそれぞれ挿入されている。従って、切替弁Ｖ１によって給気配管ＰＰ２が選択されている場合には、排気管ＰＰ１から供給される蒸発ヘリウムガスが小容量ヘリウム容器１２−１内に供給され、小容量ヘリウム容器１２−０からの蒸発ヘリウムガスによって、小容量ヘリウム容器１２−１が冷却される。
【００２６】
複数の小容量ヘリウム容器１２−１には、排気管ＰＰ３が接続されており、この排気管ＰＰ３は、複数の小容量ヘリウム容器１２−１からの排ガスをまとめて昇温器Ｈ１に供給する。すなわち、小容量ヘリウム容器１２−１を冷却することで温度が上昇されたヘリウムガスが昇温器Ｈ１に導入される。
【００２７】
切替弁Ｖ１には、昇温器Ｈ１も接続されており、給気配管ＰＰ２を選択することが好ましくない場合には、切替弁Ｖ１を切り換え、排気管ＰＰ１からのヘリウムガスを直接昇温器Ｈ１に供給する。昇温器Ｈ１は供給される低温のヘリウムガスを昇温し、ポンプなどで輸送できる温度とする。昇温器Ｈ１からの昇温されたヘリウムガスは、クッションタンクＴＫ１、ポンプＰ１を介し、ヘリウムガスタンクＴＫ２に収容される。ヘリウムガスタンクＴＫ２内のヘリウムガスは、ガスのままボンベに詰めて販売するなどされる。
【００２８】
このようにして、液体ヘリウムを充填する小容量ヘリウム容器１２−０からの蒸発ヘリウムガスを小容量ヘリウム容器１２−１に供給することで、小容量ヘリウム容器１２−１を冷却することができ、窒素ガスを用いないため、不純物の混入を防止することができる。
【００２９】
なお、液体ヘリウムを充填する小容量ヘリウム容器１２−０は、１つでなく、複数でよく、並列して複数の液体ヘリウムをトランスファーしてもよいし、直列に並べてもよい。
【００３０】
＜冷凍機を用いた予冷＞
蒸発ヘリウムガスによる冷却では、液体ヘリウム温度に近い低温まで確実に冷却することは難しい。そこで、冷凍機を内蔵するコールドチャンバＣＣ１を用いてさらに冷却することが好ましい。
【００３１】
図１の右下には、冷凍機を用いる予冷の構成を示してある。蒸発ヘリウムガスによる予冷を終了した段階で接続の切り換えを行い、この構成とすることが好ましい。なお、冷凍機を用いた予冷を行わなくてもよく、また蒸発ヘリウムガスによる予冷を行わず冷凍機を用いる予冷のみを行ってもよい。
【００３２】
複数の小容量ヘリウム容器１２−２からの排気管ＰＰ５は、１つにまとめられて、昇温器Ｈ２に供給され、ここで昇温された後ポンプＰ２によってコールドチャンバＣＣ１に供給される。コールドチャンバＣＣ１は、ＧＭ冷凍機などで形成され、液体ヘリウム温度に近い温度まで冷却されて、給気配管ＰＰ４に供給される。給気配管ＰＰ４には、先端が小容量ヘリウム容器１２−２に挿入された複数のトランスファーチューブＴＴ３が接続されている。従って、コールドチャンバＣＣ１からの冷却ヘリウムガスが各小容量ヘリウム容器１２−２に供給され、ここからの排ガスが、昇温器Ｈ２を介しコールドチャンバＣＣ１に循環されるため、コールドチャンバＣＣ１を利用して各小容量ヘリウム容器１２−２を所望の温度（例えば、２０Ｋ）まで冷却することができる。この冷凍機を用いる予冷もヘリウムガスの循環によって行うため、コンタミの混入がない。
【００３３】
このような、冷凍機による予冷によって、液体ヘリウム温度近くまで冷却された小容量ヘリウム容器１２−２を、液体ヘリウムをトランスファーする小容量ヘリウム容器１２−０として利用することで、液体ヘリウムトランスファー時における蒸発ヘリウムガスの量を低減して、効率的な液体ヘリウムのトランスファーを行うことができる。
【００３４】
＜全体フロー＞
図２には、液体ヘリウムのトランスファーの全体フローが示してある。回収されてきた空の小容量ヘリウム容器１２については、真空引き、ヘリウムガスによる置換などの処理がなされる。
【００３５】
そして、これらの小容量ヘリウム容器１２については、まず蒸発ガスによる冷却を行う（Ｓ２１）。蒸発ガスによる予冷によって液体窒素温度程度までの予冷が終わった場合には、次に冷凍機による予冷を行う（Ｓ２２）。冷凍機による予冷によって、液体ヘリウム温度に近い温度となった場合に、液体ヘリウムを充填する（Ｓ２３）。
【００３６】
Ｓ２３における液体ヘリウムの充填が行われている小容量ヘリウム容器１２−０の蒸発ヘリウムガスがＳ２１における予冷用の蒸発ヘリウムガスとなる。
【００３７】
なお、上述したように、予冷は、蒸発ガスによる予冷だけでもよいし、冷凍機による予冷だけでもよい。
【００３８】
＜小容量ヘリウム容器１２の着脱＞
図３には、小容量ヘリウム容器１２を液体ヘリウムやヘリウムガスの供給ラインと、排気ラインと接続する構成が示してある。
【００３９】
供給ラインからの配管２０には、接続器具２２を介しトランスファーチューブＴＴが接続される。トランスファーチューブＴＴの先端は小容量ヘリウム容器１２内に挿入されている。
【００４０】
また、小容量ヘリウム容器１２には、接続器具２４を介し、排気管２６が接続されている。従って、供給ラインからの液体ヘリウムやヘリウムガスは、配管２０、トランスファーチューブＴＴを介し、小容量ヘリウム容器１２内に供給され、小容量ヘリウム容器１２からのヘリウムガスは、排気管２６を通って排気ラインに排出される。
【００４１】
ここで、配管２０には、三方弁（弁体）Ｖ１０が設けられ、排気管２６には、三方弁（弁体）Ｖ１２が設けられている。この三方弁は、例えば図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように３つの流路を有し、その中の２つを選択して接続する。本例では、側方の流路には、ヘリウムガスボンベが接続されており、図４（ａ）の状態では、ヘリウムガスボンベからのヘリウムガスが、下方に向けて流される。この状態が配管２０に小容量ヘリウム容器１２を接続する場合に用いられる。また、図４（ｂ）の状態では、側方の流路は遮断され、供給ラインからのヘリウムがそのまま小容量ヘリウム容器１２に向け流れる。
【００４２】
なお、小容量ヘリウム容器１２には、温度計１４が設けられており、温度計測によって、各工程の終了などの判断ができる。
【００４３】
＜接続手順＞
接続手順について、図５に基づいて説明する。
【００４４】
まず、小容量ヘリウム容器１２の真空引きをして、内部の空気などを排除し、ここにヘリウムガスを充填する。この場合、数ｋＰａ程度の加圧状態にする（Ｓ１１）。また、Ｌ字型のトランスファーチューブＴＴを接続してあり、配管２０、排気管２６は、接続器具２２，２４から切り離されており、出口は栓によって閉じられている。
【００４５】
三方弁Ｖ１２により、図４（ａ）の状態として、排気管２６の先端の栓を外し、先端からヘリウムガスを流出させる。これによって、排気管２６をヘリウムガスでパージするとともに先端からヘリウムガスが流出した状態になる（Ｓ１２）。
【００４６】
小容量ヘリウム容器１２の接続器具２４側の先端を開放し、この状態で接続器具２４で排気管２６と小容量ヘリウム容器１２の排気側を接続する（Ｓ１３）。小容量へリウム容器１２は上述したように内部にはヘリウムガスが加圧状態で収容されているため、小容量ヘリウム容器１２からもヘリウムガスが流出しており、ヘリウムガスを流出している配管同士を接続する。従って、不純物の混入が防止される。
【００４７】
三方弁Ｖ１０を図４（ａ）の状態として、ヘリウムガスボンベからのヘリウムガスを配管２０に供給する。配管２０の先端の栓を外し、先端からヘリウムガスを流出させる。これによって、配管２０内をヘリウムガスでパージするとともに先端からヘリウムガスが流出した状態にする。
【００４８】
Ｌ字型のトランスファーチューブＴＴの配管２０との接続側の先端を開放し、この状態で接続器具２２で配管２０とトランスファーチューブＴＴを接続する（Ｓ１４）。小容量へリウム容器１２は加圧状態であるため、Ｌ字型のトランスファーチューブＴＴからヘリウムガスが流出しており、ヘリウムガスを流出している配管同士を接続する。従って、不純物の混入が防止される。このようにして、小容量ヘリウム容器１２に、配管２０と排気管２６を接続する。
【００４９】
三方弁Ｖ１０，Ｖ１２によって小容量ヘリウム容器１２と供給ライン、排気ラインを接続する（Ｓ１５）。
【００５０】
このように、本実施形態では、小容量ヘリウム容器１２を接続する際に、接続しようとする両側の出口からヘリウムを吐出する状態とする。従って、外部からのコンタミの混入を防止することができる。また、切り離す場合にも、切り離した配管等の両側の出口からヘリウムガスが吐出している状態でメクラ弁を取り付けることによって、コンタミの混入を防止することができる。
【００５１】
＜ゲート弁＞
上述の例としては、配管２０または排気管２６の途中に三方弁Ｖ１０，Ｖ１２を設けた。しかし、これに代えて遮断弁を用いることができる。この遮断弁には、図６に示すようなゲート弁８０，８２を用いることもでき、またボール弁なども用いることができる。
【００５２】
この構成では、一対のゲート弁８０，８２と、中間パイプ８４とで、弁体が構成される。中間パイプ８４には、外部接続管８６が接続されている。外部接続管８６は真空ポンプまたはパージ用ヘリウムガスを供給するヘリウムガスボンベに接続される。
【００５３】
この構成においては、ゲート弁８０，８２を着脱する配管出口に取り付けておく。そして切り離す場合には、ゲート弁８０，８２を閉じておく。
【００５４】
そして、両者を接続する場合には、ゲート弁８０，８２を閉じた状態で、中間パイプ８４を取付け、外部接続管８６によって、排気、ヘリウムへの置換を行った後、ゲート弁８０，８２を開放する。また、切り離す場合にはゲート弁８０，８２を閉じてから行う。
【００５５】
これによって、コンタミが混入する可能性があるのは中間パイプ８４内に限定することができる。
【００５６】
＜トランスファーチューブの構成＞
図７にトランスファーチューブＴＴの構成について示す。小容量ヘリウム容器１２には、トランスファーチューブＴＴを挿入する。本例では、トランスファーチューブＴＴについて、実際にヘリウムを流通するパイプだけでなく、これを取り囲む支持管９０についても、小容量ヘリウム容器１２内に差し込む。そして、支持管９０について小容量ヘリウム容器１２内の液体ヘリウムを導入するのに適した位置まで伸ばし、トランスファーチューブＴＴは、支持管９０内の比較的上部で終端させる。
【００５７】
支持管９０は比較的太いステンレス管などを用いることで、トランスファーチューブＴＴについて、保護ガイド機能を達成することができる。
【００５８】
＜接続方式＞
図１では、蒸発ヘリウムガスによる予冷、冷凍機による予冷を行う場合に、複数の小容量ヘリウム容器１２を供給ラインおよび排気ラインに並列して接続した。
【００５９】
しかしながら、図８には、直列接続の例を示してある。このような直列接続とすることでも、複数の小容量ヘリウム容器１２を予冷することができ、配管などを簡略化することができる。
【００６０】
＜実施例の効果＞
本実施形態では、小容量ヘリウム容器１２の予冷温度を液体窒素温度７７Ｋよりも低く、ヘリウム液化温度近くにすることにより、蒸発する液体ヘリウムの量を少なくして、現在２０％程度蒸発している液体ヘリウムの量を１６％程度までに減少させることができる。
【００６１】
また、液体窒素で冷却することをやめてヘリウムガスだけにより予冷し、かつ配管等の接続方式を改良することで、コンタミの混入を防ぐことができ、従って蒸発ガスも全て高純度ヘリウムとして回収できる。これによりヘリウムガスを大気放散する必要がなくなる。
【００６２】
また、容器を十分に冷やしていくことにより、液体ヘリウムのトランスファー後のヘリウムガスの小容量ヘリウム容器からの散逸を防ぎ、全体的なヘリウムの減耗を従来の方法に比べ、１０％程度も少なくできることになる。
【００６３】
更に、大容量ヘリウム容器から小容量ヘリウム容器への移送中に生じる大量の蒸発ヘリウムガスを有効利用して、小容量ヘリウム容器の冷却を行うことにより、直接冷凍機で冷やしたヘリウムガスで冷却する場合に比べて格段に使用する電力を削減しかつ冷却速度を高めて、冷媒の利用効率を高めることができる。
【００６４】
また、バルブ３０，３２について、極低温電動バルブを用いて供給系、回収系を自動的に切り替えることにより、人手を削減した作業が可能になる。
【００６５】
＜切り換えによる構成＞
図９には、バルブ切り換えによる経路切り換えのための構成が示されている。このように供給ラインと配管２０の間に複数の供給側のバルブ３０を配置し、これによって配管２０への供給流体を切り換える。また、排気ラインと排気管２６の間に複数の排気側のバルブ３２を配置し、これによって排気管２６からの排気経路を切り換える。これによって、液体ヘリウムの供給、蒸発ガスによる予冷、冷凍機による予冷をバルブ切り換えによって行うことができる。すなわち、バルブ切り換えによって、小容量ヘリウム容器１２を液体ヘリウムが供給される小容量ヘリウム容器１２−０、蒸発ヘリウムガスが供給される小容量ヘリウム容器１２−１、冷凍機からのヘリウムガスが供給される小容量ヘリウム容器１２−２として利用することができる。なお、図示では、配管２０、排気管２６を１つのみ示したが、必要数だけ設ける。
【００６６】
＜自動制御＞
このように、バルブ３０，３２を切り換えて、予冷、充填を行う。そこで、これら工程は、自動的に制御することが好適である。そこで、バルブ３０，３２について、極低温で動作可能な電気的制御可能なバルブ（極低温電動バルブ）を用いることが好適である。モータ駆動のバルブも使用することが可能である。
【００６７】
小容量ヘリウム容器１２には、温度計１４が取り付けられており、２段階の予冷についても温度で切り換えが行える。そして、液体ヘリウムの充填の完了については、液面計の計測値または重量計の計測値で決定するとよい。
【００６８】
＜真空ボックス＞
図１０（ａ），（ｂ）に、真空ボックス６０の構成例を示す。この例において、真空ボックス６０は、全体として円筒である。そして、ヘリウム流路となる配管が図における上下方向に配置される。真空ボックス６０の内部に挿入する部分は、上部および下部ともに、シール材６０ｃによって気密にシールされている。そして、真空ボックス６０の内部には、バルブ３０，３２が配置される（図においては、バルブ３０と記載してある）。バルブ３０，３２は、極低温電動バルブであることが好適である。
【００６９】
真空ボックス６０は、上部、下部、端部が本体６０ｂとして構成され、前部および背部が蓋６０ａで構成される。蓋６０ａは、本体６０ｂに気密に取り付けることが可能である。また、図における左側の蓋６０ａには、配管６０ｄが設けられており、この配管を利用して、真空ボックス６０の内部空間の排気が行える。真空ボックス６０を円筒型とすることで、強度を十分なものとすることが容易となる。また、上述したように、バルブ３０，３２を真空ボックス６０内に収容することで、露結などの問題を解決できる。
【００７０】
＜液体窒素による予冷＞
ここで、上述の実施形態では、窒素ガスを用いる予冷を排除した。しかし、上述したように、液体窒素はその蒸発潜熱を用いて冷却を非常に効率的に行える。そこで、７７Ｋまでは、この液体窒素の予冷を用い、その後ヘリウムガスによる予冷を行ってもよい。
【００７１】
この７７Ｋから２０Ｋ程度までの予冷に、ヘリウムガスを利用することが好ましい。ヘリウムガスは蒸発ヘリウムガスを用いてもよいし、冷凍機冷却ヘリウムガスを用いてもよいし、両者用いてもよい。これによっても小容量ヘリウム容器１２を液体窒素温度より更に冷却することにより、蒸発液体ヘリウムの量を減らすことも出来る。
【００７２】
低温ヘリウムガスの代わりに液体水素を用いて冷却することもできる。
【符号の説明】
【００７３】
１０  ヘリウムコンテナ、１２  小容量ヘリウム容器、１４  温度計、２０  配管、２２，２４  接続器具、２６  排気管、３０，３２  バルブ、８０，８２  ゲート弁、８４  中間パイプ、８６  外部接続管、９０  支持管、６０  真空ボックス、６０ａ  蓋、６０ｂ  本体、６０ｃ  シール材、６０ｄ  配管、ＣＣ１  コールドチャンバ、Ｈ１，Ｈ２  昇温器、Ｐ１，Ｐ２  ポンプ、ＰＰ１，ＰＰ３，ＰＰ５  排気管、ＰＰ２，ＰＰ４  給気配管、ＴＫ１  クッションタンク、ＴＫ２  ヘリウムガスタンク、ＴＴ，ＴＴ１，ＴＴ２，ＴＴ３  トランスファーチューブ、Ｖ１  切替弁、Ｖ１０，Ｖ１２  三方弁。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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