(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリウムガスが循環する循環ラインと、
前記循環ラインに設けられ、前記ヘリウムガスを冷却により凝縮させることで、液体ヘリウムを再凝縮させる冷凍部と、
前記冷凍部の前段に位置する前記循環ラインに設けられ、該循環ラインを流れる前記ヘリウムガスの流量値を測定する流量測定部と、
前記冷凍部の前段に位置する前記循環ラインに設けられ、開度が調節可能な自動コントロール弁と、
前記冷凍部の前段に位置する前記循環ラインに設けられ、該循環ライン内の圧力値を測定する圧力測定部と、
前記流量測定部、前記自動コントロール弁、及び圧力測定部と電気的に接続され、前記圧力測定部が測定する圧力値が予め設定された目標圧力値で安定するように、前記自動コントロール弁の開度をＰＩＤ制御するために必要な第１の制御信号を算出するとともに、前記流量測定部が測定する流量値が予め設定された目標流量値で安定するように、前記自動コントロール弁の開度をＰＩＤ制御するために必要な第２の制御信号を算出する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記第１の制御信号による前記自動コントロール弁の第１の開度と、前記第２の制御信号による前記自動コントロール弁の第２の開度と、の大きさを常に比較して、前記第１及び第２の開度のうち、小さい方の開度を選択し、前記第１及び第２の制御信号のうち、選択された該開度に対応する制御信号を用いて、前記自動コントロール弁の開度を制御することを特徴とする循環式ヘリウム再凝縮装置。
【請求項２】
前記流量測定部は、前記循環ラインのうち、前記自動コントロール弁と前記冷凍部との間に位置する部分に配置し、
前記圧力測定部は、前記循環ラインのうち、前記自動コントロール弁の前段に位置する部分に配置することを特徴とする請求項１記載の循環式ヘリウム再凝縮装置。
【請求項３】
ヘリウムガスが循環する循環ラインに設けられた冷凍部と、該冷凍部の前段に位置する前記循環ラインに設けられた流量測定部、自動コントロール弁、圧力測定部と、前記流量測定部、前記自動コントロール弁、及び圧力測定部と電気的に接続された制御部と、を含む循環式ヘリウム再凝縮装置を用いて、前記冷凍部により前記ヘリウムガスを再凝縮させる循環式ヘリウム再凝縮方法であって、
前記圧力測定部が測定する圧力値が予め設定された目標圧力値で安定するように、前記制御部により、前記自動コントロール弁の開度をＰＩＤ制御するために必要な第１の制御信号を算出する第１の制御信号算出工程と、
前記流量測定部が測定する流量値が予め設定された目標流量値で安定するように、前記制御部により、前記自動コントロール弁の開度をＰＩＤ制御するために必要な第２の制御信号を算出する第２の制御信号算出工程と、
前記制御部により、前記第１の制御信号による前記自動コントロール弁の第１の開度と、前記第２の制御信号による前記自動コントロール弁の第２の開度と、の大きさを常に比較して、前記第１及び第２の開度のうち、小さい方の開度を選択し、前記第１及び第２の制御信号のうち、選択された該開度に対応する制御信号を用いて、前記自動コントロール弁の開度を制御する自動コントロール弁制御工程と、
を有し、
前記自動コントロール弁制御工程では、前記循環式ヘリウム再凝縮装置の稼働期間中において、前記第１及び第２の開度のうち、小さい方の開度を選択し、前記第１及び第２の制御信号のうち、選択された該開度に対応する制御信号を用いた前記自動コントロール弁の開度の制御を繰り返し行うことを特徴とする循環式ヘリウム再凝縮方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘリウムガスを液体ヘリウムに再凝縮させる循環式ヘリウム再凝縮装置、及び循環式ヘリウム再凝縮方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体ヘリウムを利用した冷却装置は、医療や研究等の幅広い分野でよく利用されている。しかしながら、液体ヘリウムは、沸点が４．２Ｋと物質の中で最も低く、完全に断熱することが困難であるため、徐々に蒸発してしまう。
また、ヘリウムは、現在１００％外国からの輸入に頼らざるを得ない希少な物質であり、供給制限が頻繁に発生している。
そこで、近年、ヘリウム再凝縮装置を用いて、蒸発したヘリウムガスを再凝縮させて、液体ヘリウムとして再利用することが広まりつつある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一般的に、消費装置や容器等の外に設けられた冷媒を再凝縮させる冷凍部に、配管で蒸発ガスを供給し、再凝縮後、再び消費装置や容器等に配管で液体を戻す方式のヘリウム再凝縮装置（特許文献１に開示されたヘリウム再凝縮装置）を、循環式ヘリウム再凝縮装置という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０１５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示されるようなヘリウム再凝縮装置において、ヘリウムガスを安定して再凝縮させるためには、冷凍部に供給するヘリウムガスの流量に急激な変化等がなく、常に安定していることが好ましい。
冷凍部に供給するヘリウムガスの流量を安定させるための１つの手法として、ヘリウムガスの圧力は、常に逆流を防ぐ為の正圧であり、予め定められた上限圧力値以下にすることが挙げられる。
また、冷凍部に供給するヘリウムガスの流量を安定させるための他の手法として、ヘリウムガスの流量値が、常に、冷凍部の再凝縮の能力上限以下にすることが挙げられる。
【０００６】
一般的に、自動コントロール弁の開度を制御することで、安定してガスを供給する場合、ガスの圧力が最適値で安定するように自動コントロール弁を制御する方法、或いはガスの流量が最適値で安定するように自動コントロール弁を制御する方法が用いられる。
従来のヘリウム再凝縮装置においても、上記のどちらかの制御方法が行われていた。
【０００７】
しかしながら、液体ヘリウムが非常に蒸発しやすい性質であるため、消費装置において冷却等に使用された場合の突発的な蒸発や、配管部等からの入熱による蒸発、ヘリウムガスの再凝縮に伴う配管内の圧力の低下等、圧力変動や流量変動の要因が多く存在していた。
このため、上述した従来の自動コントロール弁を制御する方法では、圧力値と流量値について、制御の基準とする一方の数値は望ましい範囲に制御できても、もう一方の数値を望ましい範囲内に保つことは困難であり、ヘリウムガスを安定して再凝縮させることが困難であった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、ヘリウムガスを安定して再凝縮することの可能な循環式ヘリウム再凝縮装置、及び循環式ヘリウム再凝縮方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明によれば、ヘリウムガスが循環する循環ラインと、前記循環ラインに設けられ、前記ヘリウムガスを冷却により凝縮させることで、液体ヘリウムを再凝縮させる冷凍部と、前記冷凍部の前段に位置する前記循環ラインに設けられ、該循環ラインを流れる前記ヘリウムガスの流量値を測定する流量測定部と、前記冷凍部の前段に位置する前記循環ラインに設けられ、開度が調節可能な自動コントロール弁と、前記冷凍部の前段に位置する前記循環ラインに設けられ、該循環ライン内の圧力値を測定する圧力測定部と、前記流量測定部、前記自動コントロール弁、及び圧力測定部と電気的に接続され、前記圧力測定部が測定する圧力値が予め設定された目標圧力値で安定するように、前記自動コントロール弁の開度をＰＩＤ制御するために必要な第１の制御信号を算出するとともに、前記流量測定部が測定する流量値が予め設定された目標流量値に安定するように、前記自動コントロール弁の開度をＰＩＤ制御するために必要な第２の制御信号を算出する制御部と、を有し、前記制御部は、前記第１の制御信号による前記自動コントロール弁の第１の開度と、前記第２の制御信号による前記自動コントロール弁の第２の開度と、の大きさを常に比較して、前記第１及び第２の開度のうち、小さい方の開度を選択し、前記第１及び第２の制御信号のうち、選択された該開度に対応する制御信号を用いて、前記自動コントロール弁の開度を制御することを特徴とする循環式ヘリウム再凝縮装置が提供される。
【００１０】
また、請求項２に係る発明によれば、前記流量測定部は、前記循環ラインのうち、前記自動コントロール弁と前記冷凍部との間に位置する部分に配置し、前記圧力測定部は、前記循環ラインのうち、前記自動コントロール弁の前段に位置する部分に配置することを特徴とする請求項１記載の循環式ヘリウム再凝縮装置が提供される。
【００１１】
また、請求項３に係る発明によれば、ヘリウムガスが循環する循環ラインに設けられた冷凍部と、該冷凍部の前段に位置する前記循環ラインに設けられた流量測定部、自動コントロール弁、圧力測定部と、前記流量測定部、前記自動コントロール弁、及び圧力測定部と電気的に接続された制御部と、を含む循環式ヘリウム再凝縮装置を用いて、前記冷凍部により前記ヘリウムガスを再凝縮させる循環式ヘリウム再凝縮方法であって、前記圧力測定部が測定する圧力値が予め設定された目標圧力値で安定するように、前記制御部により、前記自動コントロール弁の開度をＰＩＤ制御するために必要な第１の制御信号を算出する第１の制御信号算出工程と、前記流量測定部が測定する流量値が予め設定された目標流量値で安定するように、前記制御部により、前記自動コントロール弁の開度をＰＩＤ制御するために必要な第２の制御信号を算出する第２の制御信号算出工程と、前記制御部により、前記第１の制御信号による前記自動コントロール弁の第１の開度と、前記第２の制御信号による前記自動コントロール弁の第２の開度と、の大きさを常に比較して、前記第１及び第２の開度のうち、小さい方の開度を選択し、前記第１及び第２の制御信号のうち、選択された該開度に対応する制御信号を用いて、前記自動コントロール弁の開度を制御する自動コントロール弁制御工程と、を有し、前記自動コントロール弁制御工程では、前記循環式ヘリウム再凝縮装置の稼働期間中において、前記第１及び第２の開度のうち、小さい方の開度を選択し、前記第１及び第２の制御信号のうち、選択された該開度に対応する制御信号を用いた前記自動コントロール弁の開度の制御を繰り返し行うことを特徴とする循環式ヘリウム再凝縮方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、圧力値と流量値との両方を常時監視しつつ、ヘリウムガスの供給を制御できることから、ヘリウムガスを安定して再凝縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る循環式ヘリウム再凝縮装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施の形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の循環式ヘリウム再凝縮装置の寸法関係とは異なる場合がある。
【００１５】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る循環式ヘリウム再凝縮装置の概略構成を示す図である。なお、図１では、説明の便宜上、本実施の形態の循環式ヘリウム再凝縮装置１０の構成要素以外の構成も図示する。また、図１に示す矢印は、ヘリウムガスまたは液化ヘリウムの移動方向を示している。
【００１６】
初めに、図１を参照して、本実施の形態の循環式ヘリウム再凝縮装置１０の構成要素ではない構成について説明する。
液体ヘリウム用容器１１は、容器本体１１−１と、蓋体１１−２と、を有する。容器本体１１−１内には、その下部に液体ヘリウムが収容されており、該液体ヘリウムにより液相部１３が形成されている。容器本体１１−１内に形成された液相部１３の上方には、ヘリウムガスにより気相部１４が形成されている。
【００１７】
蓋体１１−２は、液体ヘリウム用容器１１の上端（開放端）を塞ぐように、液体ヘリウム用容器１１上に固定されている。
蓋体１１−２には、液体ヘリウム供給ライン１６、並びに循環ライン２１を構成するヘリウムガス供給ライン２１−１及び液体ヘリウム供給ライン２１−２の一部を液体ヘリウム用容器１１内に配置させるための貫通穴（図示せず）が設けられている。
上記容器本体１１−１及び蓋体１１−２の構造は、例えば、真空断熱構造とすることができる。
【００１８】
液体ヘリウム消費装置１５は、液体ヘリウム供給ライン１６の一端、及び消費ヘリウムガス供給ライン１７の一端と接続されている。
液体ヘリウム消費装置１５は、液体ヘリウム供給ライン１６を介して供給される液体ヘリウムを消費し、消費した液体ヘリウムを消費ヘリウムガス（ヘリウムガス）として、消費ヘリウムガス供給ライン１７に導出する装置である。
液体ヘリウム消費装置１５としては、例えば、ＮＭＲ装置や希釈冷凍機等が挙げられる。
【００１９】
液体ヘリウム供給ライン１６の他端は、液相部１３内に配置されている。液体ヘリウム供給ライン１６は、液相部１３を構成する液体ヘリウムを液体ヘリウム消費装置１５に供給する。
消費ヘリウムガス供給ライン１７の他端は、ヘリウムガス供給ライン２１−１のうち、液体ヘリウム用容器１１の外側に位置する部分と接続されている。
消費ヘリウムガス供給ライン１７は、液体ヘリウム消費装置１５内で発生したヘリウムガスをヘリウムガス供給ライン２１−１に供給するためのラインである。
【００２０】
次に、図１を参照して、本実施の形態に係る循環式ヘリウム再凝縮装置１０について説明する。
循環式ヘリウム再凝縮装置１０は、循環ライン２１と、冷凍部２３と、ポンプ２５と、流量測定部２７と、圧力測定部２９と、自動コントロール弁３１と、制御部３３と、を有する。
循環ライン２１は、ヘリウムガス供給ライン２１−１と、液体ヘリウム供給ライン２１−２と、を有する。
【００２１】
ヘリウムガス供給ライン２１−１は、その一端が液体ヘリウム用容器１１内の気相部１４に配置されており、他端が冷凍部２３と接続されている。ヘリウムガス供給ライン２１−１は、液体ヘリウム用容器１１の外部に、気相部１４に含まれるヘリウムガスを導出させるためのラインである。
ヘリウムガス供給ライン２１−１のサイズは、例えば、外径が６．３５〜９．５３ｍｍ、内径が４．３５〜７．５３ｍｍとすることができる。
ヘリウムガス供給ライン２１−１の材質は、特に限定されるものではないが、ライン内が超低温に対する耐性や、気密性が必要なことから、例えば、金属製であることが望ましい。このような材質のヘリウムガス供給ライン２１−１の具体例としては、例えば、ステンレス製の鋼管を例示することができる。
【００２２】
液体ヘリウム供給ライン２１−２は、その一端が冷凍部２３と接続されており、他端が液体ヘリウム用容器１１内の気相部１４に配置されている。液体ヘリウム供給ライン２１−２は、再凝縮によりヘリウムガスを液化させることで生成される液体ヘリウムを、気相部１４を介して、液相部１３に供給する機能を有する。
液体ヘリウム供給ライン２１−２のサイズは、例えば、外径が６．３５〜９．５３ｍｍ、内径が４．３５〜７．５３ｍｍとすることができる。
液体ヘリウム供給ライン２１−２の材質は、特に限定されるものではないが、ライン内が超低温となることや、気密性が求められることから、例えば、金属製であることが望ましい。このような材質の液体ヘリウム供給ライン２１−２の具体例としては、例えば、ステンレス製の鋼管やフレキシブル管等を例示することができる。
【００２３】
冷凍部２３は、ヘリウムガス供給ライン２１−１を介して供給されたヘリウムガスを、冷却により再凝縮させることで、液体ヘリウム（再液化ヘリウム）を生成する。生成された液体ヘリウムは、液体ヘリウム供給ライン２１−２を介して、液体ヘリウム用容器１１内に供給される。
冷凍部２３としては、例えば、ＧＭ冷凍機を用いることが可能であるが、これに限定されない。
【００２４】
ポンプ２５は、ヘリウムガス供給ライン２１−１のうち、消費ヘリウムガス供給ライン１７の接続位置と冷凍部２３との間に位置する部分に設けられている。
ポンプ２５は、液体ヘリウム用容器１１内の気相部１４から抜き出したヘリウムガスを冷凍部２３に輸送する機能を有する。ヘリウムガスの再凝縮中において、ポンプ２５は、例えば、常に定格で動作させることができる。
なお、ポンプ２５の動作は、定格での動作に限定されることなく、ポンプ２５の能力をインバータ制御等によって制御してもよい。
【００２５】
流量測定部２７は、ポンプ２５と冷凍部２３との間に位置するヘリウムガス供給ライン２１−１（つまり、冷凍部２３の前段に位置するヘリウムガス供給ライン２１−１）に設けられている。流量測定部２７は、制御部３３と電気的に接続されている。
流量測定部２７は、ヘリウムガス供給ライン２１−１を流れるヘリウムガスの流量値を測定し、制御部３３に対して、測定した流量値をリアルタイムで送信する。
流量測定部２７としては、例えば、ガス用の流量計を用いることができる。
【００２６】
圧力測定部２９は、ヘリウムガス供給ライン２１−１のうち、消費ヘリウムガス供給ライン１７の接続位置とポンプ２５との間に位置する部分に設けられている。言い換えれば、圧力測定部２９は、ヘリウムガス供給ライン２１−１のうち、自動コントロール弁３１の前段に位置する部分に配置されている。圧力測定部２９は、制御部３３と電気的に接続されている。
圧力測定部２９は、ヘリウムガス供給ライン２１−１内の圧力を測定し、制御部３３に対して、測定した圧力値をリアルタイムで送信する。圧力測定部２９としては、例えば、圧力計を用いることができる。
【００２７】
自動コントロール弁３１は、ポンプ２５と流量測定部２７との間に位置するヘリウムガス供給ライン２１−１に設けられている。自動コントロール弁３１は、冷凍部２３へのヘリウムガスの供給量を制御するための弁である。自動コントロール弁３１は、制御部３３と電気的に接続されている。
自動コントロール弁３１の弁本体部は、ニードル弁となっており、信号線で接続された制御部３３からの信号を受けて、弁の開度を高い精度で調整することができる。
【００２８】
上述したように、ヘリウムガス供給ライン２１−１のうち、自動コントロール弁３１と冷凍部２３との間に位置する部分に流量測定部２７を配置し、ヘリウムガス供給ライン２１−１のうち、自動コントロール弁３１の前段に位置する部分に圧力測定部２９を配置することで、より安定したヘリウムガスの供給を実現できる。
【００２９】
制御部３３は、圧力測定部２９が測定する圧力値が予め設定された目標圧力値（制御部３３の記憶部（図示せず）に格納された値）で安定するように、自動コントロール弁３１の開度をＰＩＤ制御するために必要な第１の制御信号（以下、「第１の制御信号Ｓ１」という）を算出するとともに、流量測定部２７が測定する流量値が予め設定された目標流量値（制御部３３の記憶部（図示せず）に格納された値）で安定するように、自動コントロール弁３１の開度をＰＩＤ制御するために必要な第２の制御信号（以下、「第２の制御信号Ｓ２」という）を算出する。
【００３０】
なお、上記「目標圧力値」とは、冷凍部２３によるヘリウムガスの再凝縮を最も効率良く行うことができるヘリウムガス供給ライン２１−１内の最適な圧力値のことをいう。
また、上記「目標流量値」とは、冷凍部２３によるヘリウムガスの再凝縮を最も効率良く行うことができるヘリウムガスの最適な流量値のことをいう。
【００３１】
また、制御部３３は、第１の制御信号Ｓ１による自動コントロール弁３１の第１の開度と、第２の制御信号Ｓ２による自動コントロール弁３１の第２の開度と、の大きさを常に比較して、第１及び第２の開度のうち、小さい方の開度を選択し、第１及び第２の制御信号Ｓ１，Ｓ２のうち、選択された該開度に対応する制御信号を用いて、自動コントロール弁３１の開度を制御する。
上記「第１の開度」、及び「第２の開度」は、自動コントロール弁３１が全開の時を１００％、自動コントロール弁３１が全閉の時を０％としたときの開度であり、パーセント（％）で示される。
上述した制御部としては、例えば、パーソナルコンピュータを用いることができる。
【００３２】
本実施の形態の循環式ヘリウム再凝縮装置１０によれば、上述した冷凍部２３、ポンプ２５、流量測定部２７、圧力測定部２９、自動コントロール弁３１、及び制御部３３を有することで、制御部３３により、第１の制御信号Ｓ１による自動コントロール弁３１の第１の開度と、第２の制御信号Ｓ２による第２の開度と、の大きさを常に比較して、第１及び第２の開度のうち、小さい方の開度を選択し、第１及び第２の制御信号Ｓ１，Ｓ２のうち、選択された該開度に対応する制御信号を用いて、自動コントロール弁３１の開度を繰り返し制御することで、ヘリウムガス供給ライン２１−１内の圧力値を目標圧力値で安定させ、かつヘリウムガス供給ライン２１−１内を流れるヘリウムガスの流量値を目標流量値で安定させることが可能となる。
これにより、冷凍部２３が安定した性能で、安定稼働するため、ヘリウムガスを安定して再凝縮することができる。
【００３３】
なお、一般的に、循環式ヘリウム再凝縮装置１０において、運転状態に最も影響を及ぼす要因は、液体ヘリウム消費装置１５からのヘリウムガスの増減である。これにより、ヘリウムガス供給ライン２１−１内の圧力、及びヘリウムガス供給ライン２１−１内を流れるヘリウムガスの流量が変動する。
【００３４】
また、本実施の形態では、ヘリウムガス供給ライン２１−１のうち、自動コントロール弁３１と冷凍部２３との間に位置する部分に流量測定部２７を配置し、ヘリウムガス供給ライン２１−１のうち、自動コントロール弁３１の前段に位置する部分に圧力測定部２９を配置した場合を例に挙げて説明したが、ポンプ２５、流量測定部２７、圧力測定部２９、及び自動コントロール弁３１の配設位置は、これに限定されない。
【００３５】
本実施の形態では、１つの制御部３３のみで全ての制御を行った場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。
例えば、圧力測定部２９が測定する圧力値に基づいた第１の制御信号Ｓ１を生成する第１の制御部と、流量測定部２７が測定するヘリウムガスの流量値に基づいた第２の制御信号Ｓ２を生成する第２の制御部と、を設けてもよい。
また、第１及び第２の開度のうち、小さい方の開度を選択する機構を別に設けてもよい。
さらに、自動コントロール弁３１のみを制御する弁制御部（図示せず）を別に設けてもよい。
【００３６】
次に、図１を参照して、図１に示す循環式ヘリウム再凝縮装置１０を用いた本実施の形態の循環式ヘリウム再凝縮方法について説明する。
本実施の形態の循環式ヘリウム再凝縮方法は、第１の制御信号算出工程と、第２の制御信号算出工程と、自動コントロール弁制御工程と、を有する。
【００３７】
第１の制御信号生成工程では、圧力測定部２９が測定する圧力値が予め設定された目標圧力値で安定するように、制御部３３により、自動コントロール弁３１の開度をＰＩＤ制御するために必要な第１の制御信号Ｓ１が算出される。
第２の制御信号生成工程では、流量測定部２７が測定する流量値が予め設定された目標流量値で安定するように、制御部３３により、自動コントロール弁３１の開度をＰＩＤ制御するために必要な第２の制御信号Ｓ２が算出される。
なお、第１の制御信号生成工程と、第２の制御信号生成工程と、を同時に行ってもよい。
【００３８】
その後、自動コントロール弁制御工程では、制御部３３により、第１の制御信号Ｓ１による自動コントロール弁３１の第１の開度と、第２の制御信号Ｓ２による第２の開度と、の大きさを常に比較して、第１及び第２の開度のうち、小さい方の開度を選択し、第１及び第２の制御信号Ｓ１，Ｓ２のうち、選択された該開度に対応する制御信号を用いて、自動コントロール弁３１の開度の制御を繰り返し行う。
【００３９】
次に、具体的な数値の例を挙げながら、一例として、圧力測定部２９が測定する圧力値が目標圧力値で安定するように、自動コントロール弁３１の開度をＰＩＤ制御する場合について説明する。
なお、ここでは、一例として、下記条件の場合を例に挙げて説明する。
循環式ヘリウム再凝縮装置１０の動作に適した（言い換えれば、冷凍部２３の動作に適した）圧力の範囲を０ｋＰａＧ〜１０ｋＰａＧ、目標圧力値を５ｋＰａＧとする。さらに、制御方法については、目標圧力値の状態において、自動コントロール弁３１の開度が５０％となるように予め調整する。
但し、上記圧力の範囲や目標圧力値、及び目標圧力値のときの自動コントロール弁３１の開度は、一例であって、上記数値に限定されることなく、適した圧力値や開度に調整することができる。
【００４０】
ヘリウムガス供給ライン２１−１内の圧力値が５ｋＰａＧ（目標圧力値）よりも低下した場合には、圧力測定部２９が測定する圧力値を５ｋＰａＧに復元するために、制御部３３は、自動コントロール弁３１をより閉める信号である第１の制御信号Ｓ１を算出する。
一方、ヘリウムガス供給ライン２１−１内の圧力値が５ｋＰａＧ（目標圧力値）よりも増加した場合には、圧力測定部２９が測定する圧力値を５ｋＰａＧに復元するために、制御部３３は、自動コントロール弁３１をより開ける信号である第１の制御信号Ｓ１を算出する。
【００４１】
次に、流量測定部２７が測定するヘリウムガスの流量値が目標流量値で安定するように、自動コントロール弁３１の開度をＰＩＤ制御する場合について説明する。
なお、ここでは、一例として、下記条件の場合を例に挙げて説明する。
循環式ヘリウム再凝縮装置１０の動作に適した（言い換えれば、冷凍部２３の動作に適した）ヘリウムガスの流量の範囲を０Ｌ／ｍｉｎ〜１４Ｌ／ｍｉｎ（冷凍部２３の再凝縮の能力上限値）、目標流量値を７Ｌ／ｍｉｎとする。さらに、制御方法については、目標流量値の状態において、自動コントロール弁３１の開度が５５％となるように予め調整する。
但し、上記流量の範囲や上記目標流量値、及び目標流量値ときの自動コントロール弁３１の開度は、一例であって、上記数値に限定されることなく、適した流量値や開度に調整することができる。
【００４２】
ヘリウムガス供給ライン２１−１内のヘリウムガスの流量が７Ｌ／ｍｉｎ（目標流量値）から減少した場合には、流量測定部２７が測定するヘリウムガスの流量を７Ｌ／ｍｉｎに復元するため、制御部３３は、自動コントロール弁３１をより開ける信号である第２の制御信号Ｓ２を算出する。
一方、ヘリウムガス供給ライン２１−１内のヘリウムガスの流量が７Ｌ／ｍｉｎ（目標流量値）から増加した場合には、流量測定部２７が測定するヘリウムガスの流量を７Ｌ／ｍｉｎに復元するため、自動コントロール弁３１をより閉じる信号である第２の制御信号Ｓ２を算出する。
【００４３】
その後、制御部３３は、第１の制御信号Ｓ１による自動コントロール弁３１の第１の開度と、第２の制御信号Ｓ２による第２の開度と、の大きさを比較して、第１及び第２の開度のうち、小さい方の開度を選択し、第１及び第２の制御信号Ｓ１，Ｓ２のうち、選択された該開度に対応する制御信号を用いて、自動コントロール弁３１の開度を制御する。
つまり上記条件では、小さい開度信号を出力している圧力計もしくは流量計の信号により、コントロールされている状態となる。
【００４４】
本実施の形態の循環式ヘリウム再凝縮方法によれば、制御部３３により、第１の制御信号Ｓ１による自動コントロール弁３１の第１の開度と、第２の制御信号Ｓ２による第２の開度と、の大きさを常に比較して、第１及び第２の開度のうち、小さい方の開度を選択し、第１及び第２の制御信号Ｓ１，Ｓ２のうち、選択された該開度に対応する制御信号を用いて、自動コントロールする。このように、第１及び第２の制御信号Ｓ１，Ｓ２のうち、選択された該開度に対応する制御信号を用いた自動コントロール弁３１の開度の制御を繰り返し行うことで、ヘリウムガス供給ライン２１−１内におけるヘリウムガスの流量値及び圧力値の両方を目標流量値及び目標圧力値で安定させることが可能となる。
これにより、冷凍部２３が安定した性能で、安定稼働するため、ヘリウムガスを安定して再凝縮することができる。
【００４５】
次に、図１を参照して、より具体的な循環式ヘリウム再凝縮方法について説明する。
最初に、ヘリウムガス供給ライン２１−１内の圧力、及びヘリウムガス供給ライン２１−１内を流れるヘリウムガスの流量が安定した安定状態について説明する。
安定状態では、圧力測定部２９が測定する圧力値は、目標圧力値の５ｋＰａＧであり、このときの第１の制御信号Ｓ１による自動コントロール弁３１の開度は、５０％となる。
【００４６】
一方、自動コントロール弁３１の開度が５０％の安定状態では、流量測定部２７が測定するヘリウムガスの流量値は、目標流量値である７Ｌ／ｍｉｎよりもやや少ない値となり、自動コントロール弁をより開けようとする。よって、このときの第２の制御信号Ｓ２による自動コントロール弁３１の開度は、９０％となる。
したがって、制御部３３は、第１及び第２の制御信号Ｓ１，Ｓ２による自動コントロール弁３１の開度を比較して、開度の小さい第１の制御信号Ｓ１を、自動コントロール弁３１を制御する制御信号として選択する。
【００４７】
次に、上記安定状態から、液体ヘリウム消費装置１５におけるヘリウムガスの蒸発量が増加した場合について説明する。
この場合、ヘリウムガス供給ライン２１−１内の圧力値及びヘリウムガスの流量値は、ともに上昇する。
そして、ヘリウムガス供給ライン２１−１内の圧力値が上昇すると、目標圧力値である５ｋＰａＧを上回ると、自動コントロール弁３１をより開けようとして、第１の制御信号Ｓ１による自動コントロール弁３１の開度は、５０％→６０％→７０％→８０％と増加する。
【００４８】
一方、ヘリウムガス供給ライン２１−１内を流れるヘリウムガスの流量値も上昇し、該流量値が目標流量値である７Ｌ／ｍｉｎを上回ると、自動コントロール弁３１をより閉じようとして、第２の制御信号による自動コントロール弁３１の開度は、９０％→８５％→８０％→７５％と減少する。
【００４９】
前述したように、第１の制御信号Ｓ１による自動コントロール弁３１の第１の開度と、第２の制御信号Ｓ２による自動コントロール弁３１の第２の開度と、を比較し、開度が小さい方の制御信号を用いて、自動コントロール弁３１の開度を制御する。
したがって、この場合、自動コントロール弁３１の制御開始直後は、第１の制御信号Ｓ１を制御信号として用いて制御が行われる。この段階では、自動コントロール弁３１の開度は、５０％を超えた状態にある。
【００５０】
その後、第２の制御信号Ｓ２による自動コントロール弁３１の開度が、第１の制御信号Ｓ１による自動コントロール弁３１の開度よりも小さくなった瞬間に、第２の制御信号Ｓ２が選択され、制御信号が切り替わる。
さらに時間が経過し、圧力値が減少に転じて、第１の制御信号Ｓ１による自動コントロール弁３１の第１の開度が、第２の制御信号Ｓ２による自動コントロール弁３１の第２の開度よりも小さくなった瞬間に、再び、制御信号が第１の制御信号Ｓ１に切り替わり、徐々に安定状態に近づく。そして、最終的に安定状態となる。
【００５１】
次に、安定状態から、液体ヘリウム消費装置１５におけるヘリウムガスの蒸発量が減少した場合について考える。
この場合、ヘリウムガス供給ライン２１−１内の圧力値及びヘリウムガスの流量値は、ともに減少する。
ヘリウムガス供給ライン２１−１内の圧力値が減少して、目標圧力値である５ｋＰａＧを下回ると、現段階の開度から自動コントロール弁を閉じようとして、第１の制御信号Ｓ１による自動コントロール弁３１の開度は、５０％→４０％→３０％→２０％と減少する。
【００５２】
一方、ヘリウムガス供給ライン２１−１内を流れるヘリウムガスの流量値も減少して、目標流量値である７Ｌ／ｍｉｎをさらに下回ると、第２の制御信号Ｓ２による自動コントロール弁３１の開度は、９０％→１００％→１００％→１００％と増加する。
この場合、第１の制御信号による第１の開度が第２の制御信号Ｓ２による第２の開度よりも小さいことから、制御信号としては、第１の制御信号Ｓ１が選択される。
その後、ヘリウムガス供給ライン２１−１内の圧力値及びヘリウムガスの流量値が増加に転じて、徐々に安定状態に近づく。そして、最終的に安定状態となる。
【００５３】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、ヘリウムガスを液体ヘリウムに再凝縮させる循環式ヘリウム再凝縮装置、及び循環式ヘリウム再凝縮方法に適用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…循環式ヘリウム再凝縮装置、１１…液体ヘリウム用容器、１１−１…容器本体、１１−２…蓋体、１３…液相部、１４…気相部、１５…液体ヘリウム消費装置、１６…液体ヘリウム供給ライン、１７…消費ヘリウムガス供給ライン、２１…循環ライン、２１−１…ヘリウムガス供給ライン、２１−２…液体ヘリウム供給ライン、２３…冷凍機、２５…ポンプ、２７…流量測定部、２９…圧力測定部、３１…自動コントロール弁、３３…制御部
【図１】
0006368973.tif 000002