JPH0642830A - 超流動ヘリウムを製造する方法及び装置 - Google Patents
超流動ヘリウムを製造する方法及び装置Info
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- JPH0642830A JPH0642830A JP29553892A JP29553892A JPH0642830A JP H0642830 A JPH0642830 A JP H0642830A JP 29553892 A JP29553892 A JP 29553892A JP 29553892 A JP29553892 A JP 29553892A JP H0642830 A JPH0642830 A JP H0642830A
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
- F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
- F25J1/0275—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines adapted for special use of the liquefaction unit, e.g. portable or transportable devices
- F25J1/0276—Laboratory or other miniature devices
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 大型の真空ポンプを本質的に必要とせず、真
空ポンプの潤滑油による汚染を回避でき、かつ加圧超流
動ヘリウムを製造することができる方法及び装置を提供
する。 【構成】 ヘリウムの同位体である 3Ｈｅからなるヘリ
ウムガスを圧縮する 3Ｈｅ圧縮機２１と、 3Ｈｅガスを
4Ｈｅからなる液体ヘリウムにより間接冷却する 4Ｈｅ
冷却器２２と、 3Ｈｅガスを膨張させる 3Ｈｅ膨張弁２
３と、 3Ｈｅにより 4Ｈｅからなる液体ヘリウムを間接
冷却するＨｅII生成冷却器２４とを備え、 3Ｈｅからな
るヘリウムガスを圧縮し、これを 4Ｈｅからなる液体ヘ
リウムにより間接冷却し、これを膨張させて２．１８Ｋ
以下まで冷却し、２．１８Ｋ以下の 3Ｈｅにより 4Ｈｅ
からなる液体ヘリウムを間接冷却して超流動ヘリウムに
変換させる。
空ポンプの潤滑油による汚染を回避でき、かつ加圧超流
動ヘリウムを製造することができる方法及び装置を提供
する。 【構成】 ヘリウムの同位体である 3Ｈｅからなるヘリ
ウムガスを圧縮する 3Ｈｅ圧縮機２１と、 3Ｈｅガスを
4Ｈｅからなる液体ヘリウムにより間接冷却する 4Ｈｅ
冷却器２２と、 3Ｈｅガスを膨張させる 3Ｈｅ膨張弁２
３と、 3Ｈｅにより 4Ｈｅからなる液体ヘリウムを間接
冷却するＨｅII生成冷却器２４とを備え、 3Ｈｅからな
るヘリウムガスを圧縮し、これを 4Ｈｅからなる液体ヘ
リウムにより間接冷却し、これを膨張させて２．１８Ｋ
以下まで冷却し、２．１８Ｋ以下の 3Ｈｅにより 4Ｈｅ
からなる液体ヘリウムを間接冷却して超流動ヘリウムに
変換させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超流動ヘリウムを製造す
る方法及び装置に関し、更に詳しくは、液体ヘリウム（
4Ｈｅ）を更に冷却して超流動ヘリウム（ＨｅII）に変
換させる方法及び装置に関する。
る方法及び装置に関し、更に詳しくは、液体ヘリウム（
4Ｈｅ）を更に冷却して超流動ヘリウム（ＨｅII）に変
換させる方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】液体ヘリウムは実在気体のうちで最も低
い沸点を有するが、更に温度を下げると２．１８Ｋ（ラ
ムダ点）以下で全く性質の異なる超流動ヘリウム（Ｈｅ
II）に変わる。この超流動ヘリウムは超流動現象など非
常に特異な性質を有している。また超流動ヘリウムの温
度では熱伝導度が非常に大きいため電気抵抗が零となる
超電導現象の安定化に格段の効果があることが知られて
おり、大型加速器や核融合試験設備に用いる超電導磁石
の冷却への利用が図られている。
い沸点を有するが、更に温度を下げると２．１８Ｋ（ラ
ムダ点）以下で全く性質の異なる超流動ヘリウム（Ｈｅ
II）に変わる。この超流動ヘリウムは超流動現象など非
常に特異な性質を有している。また超流動ヘリウムの温
度では熱伝導度が非常に大きいため電気抵抗が零となる
超電導現象の安定化に格段の効果があることが知られて
おり、大型加速器や核融合試験設備に用いる超電導磁石
の冷却への利用が図られている。
【０００３】従来、かかる超流動ヘリウムの製造は、周
知のクロードサイクル冷凍機によりヘリウムガスを液化
して常圧・４．２Ｋの液体ヘリウムを製造し、次いでこ
れを約０．０１５ａｔｍ以下まで断熱膨張させてジュー
ル・トムソン効果により冷却し、その一部をヘリウムII
に変換させていた。しかし、かかる方法では０．０１５
ａｔｍ以下の極低温ガスを常圧まで圧縮する（圧縮比約
６７）のに大型の真空ポンプを数台配置する必要があっ
た。
知のクロードサイクル冷凍機によりヘリウムガスを液化
して常圧・４．２Ｋの液体ヘリウムを製造し、次いでこ
れを約０．０１５ａｔｍ以下まで断熱膨張させてジュー
ル・トムソン効果により冷却し、その一部をヘリウムII
に変換させていた。しかし、かかる方法では０．０１５
ａｔｍ以下の極低温ガスを常圧まで圧縮する（圧縮比約
６７）のに大型の真空ポンプを数台配置する必要があっ
た。
【０００４】かかる従来の方法を改善するために、フラ
ンスのトールスプラ（ＴＯＲＥ ＳＵＰＲＡ）では、図
７に示す冷凍装置が計画されている。この装置では、ヘ
リウムガスを圧縮機１により１ａｔｍから約１５ａｔｍ
まで加圧し、これを別のクロードサイクル冷凍機（図示
せず）で得られた７７Ｋ、１３Ｋ、４．２Ｋの極低温ヘ
リウムで熱交換器２，３，４を用いて冷却し、更に、Ｊ
Ｔ弁５で約０．０１２ａｔｍまで膨張させて１．７Ｋま
で冷却し、その一部を超流動ヘリウムに変換させ、次い
で液化しない極低温のヘリウムガスを低温遠心式真空ポ
ンプ６により約０．０５ａｔｍまで圧縮し、更に常温で
大型のレシプロ真空ポンプ７により１ａｔｍまで圧縮し
て圧縮機１に戻している。
ンスのトールスプラ（ＴＯＲＥ ＳＵＰＲＡ）では、図
７に示す冷凍装置が計画されている。この装置では、ヘ
リウムガスを圧縮機１により１ａｔｍから約１５ａｔｍ
まで加圧し、これを別のクロードサイクル冷凍機（図示
せず）で得られた７７Ｋ、１３Ｋ、４．２Ｋの極低温ヘ
リウムで熱交換器２，３，４を用いて冷却し、更に、Ｊ
Ｔ弁５で約０．０１２ａｔｍまで膨張させて１．７Ｋま
で冷却し、その一部を超流動ヘリウムに変換させ、次い
で液化しない極低温のヘリウムガスを低温遠心式真空ポ
ンプ６により約０．０５ａｔｍまで圧縮し、更に常温で
大型のレシプロ真空ポンプ７により１ａｔｍまで圧縮し
て圧縮機１に戻している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の方法及び装置では、ヘリウムガス自体の断熱膨張によ
り２．１８Ｋ（ラムダ点）以下、好ましくは１．８Ｋ以
下の温度まで冷却するために、ヘリウムガスを約０．０
１５ａｔｍ以下の真空状態まで減圧する必要があった。
このため、大型の真空ポンプの使用が避けられなかっ
た。
の方法及び装置では、ヘリウムガス自体の断熱膨張によ
り２．１８Ｋ（ラムダ点）以下、好ましくは１．８Ｋ以
下の温度まで冷却するために、ヘリウムガスを約０．０
１５ａｔｍ以下の真空状態まで減圧する必要があった。
このため、大型の真空ポンプの使用が避けられなかっ
た。
【０００６】また、レシプロ真空ポンプ７は、圧力比が
高く（約２０）、ヘリウムが漏れ易いため潤滑油でシー
ルしている。このため、ヘリウムが真空ポンプの潤滑油
で汚染されることが避けられず、ヘリウムの高純度を維
持するためには大型の精製装置を更に備える必要があっ
た。
高く（約２０）、ヘリウムが漏れ易いため潤滑油でシー
ルしている。このため、ヘリウムが真空ポンプの潤滑油
で汚染されることが避けられず、ヘリウムの高純度を維
持するためには大型の精製装置を更に備える必要があっ
た。
【０００７】更に、従来の方法及び装置では、得られる
超流動ヘリウムの圧力が真空に近い（０．０１５ａｔｍ
以下）ため、常圧又は常圧に近い圧力の超流動ヘリウム
（以下、沸点圧力に対して加圧されているため、加圧超
流動ヘリウムという）を得るには熱交換器を介して加圧
超流動ヘリウムを冷却する必要があった。すなわち、超
流動ヘリウムの沸点に近い低圧では、熱負荷が大きいと
直ぐに気化し十分な冷却能力が発揮ができないので、図
７に示すように、真空状態の超流動ヘリウムにより、常
圧又は常圧に近い圧力に密封された超流動ヘリウム（加
圧超流動ヘリウム）を間接冷却し、この加圧超流動ヘリ
ウムの非常に高い超伝導特性を利用して加圧超流動ヘリ
ウムを循環させることなく離れた位置にある超電導磁石
８を冷却している。しかし、真空状態のヘリウムガスは
熱伝達が悪いため、熱交換器が大型化し、かつ加圧超流
動ヘリウムによる熱伝導にも限界があるため冷却能力が
制限される問題があった。
超流動ヘリウムの圧力が真空に近い（０．０１５ａｔｍ
以下）ため、常圧又は常圧に近い圧力の超流動ヘリウム
（以下、沸点圧力に対して加圧されているため、加圧超
流動ヘリウムという）を得るには熱交換器を介して加圧
超流動ヘリウムを冷却する必要があった。すなわち、超
流動ヘリウムの沸点に近い低圧では、熱負荷が大きいと
直ぐに気化し十分な冷却能力が発揮ができないので、図
７に示すように、真空状態の超流動ヘリウムにより、常
圧又は常圧に近い圧力に密封された超流動ヘリウム（加
圧超流動ヘリウム）を間接冷却し、この加圧超流動ヘリ
ウムの非常に高い超伝導特性を利用して加圧超流動ヘリ
ウムを循環させることなく離れた位置にある超電導磁石
８を冷却している。しかし、真空状態のヘリウムガスは
熱伝達が悪いため、熱交換器が大型化し、かつ加圧超流
動ヘリウムによる熱伝導にも限界があるため冷却能力が
制限される問題があった。
【０００８】本発明は、上述した種々の問題点を解決す
るために創案されたものである。すなわち、本発明は、
大型の真空ポンプを本質的に必要とせず、かつヘリウム
ガスが真空ポンプの潤滑油で汚染されることを本質的に
回避することができ、大型の精製装置を必要としない、
超流動ヘリウムを製造する方法及び装置を提供すること
にある。
るために創案されたものである。すなわち、本発明は、
大型の真空ポンプを本質的に必要とせず、かつヘリウム
ガスが真空ポンプの潤滑油で汚染されることを本質的に
回避することができ、大型の精製装置を必要としない、
超流動ヘリウムを製造する方法及び装置を提供すること
にある。
【０００９】更に、本発明は、常圧又は常圧に近い圧力
で直接接触させて或いは循環させて、超電導磁石を冷却
することができる加圧超流動ヘリウムを製造する方法及
び装置を提供することにある。
で直接接触させて或いは循環させて、超電導磁石を冷却
することができる加圧超流動ヘリウムを製造する方法及
び装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ヘリウ
ムの同位体である 3Ｈｅからなるヘリウムガスを圧縮
し、圧縮された 3Ｈｅガスを 4Ｈｅからなる液体ヘリウ
ムにより間接冷却し、前記冷却された 3Ｈｅガスを膨張
させて２．１８Ｋ以下まで冷却し、前記２．１８Ｋ以下
の 3Ｈｅにより 4Ｈｅからなる液体ヘリウムを間接冷却
する、ことを特徴とする超流動ヘリウム（ＨｅII）を製
造する方法が提供される。
ムの同位体である 3Ｈｅからなるヘリウムガスを圧縮
し、圧縮された 3Ｈｅガスを 4Ｈｅからなる液体ヘリウ
ムにより間接冷却し、前記冷却された 3Ｈｅガスを膨張
させて２．１８Ｋ以下まで冷却し、前記２．１８Ｋ以下
の 3Ｈｅにより 4Ｈｅからなる液体ヘリウムを間接冷却
する、ことを特徴とする超流動ヘリウム（ＨｅII）を製
造する方法が提供される。
【００１１】本発明の好ましい実施例によれば、前記膨
張した 3Ｈｅガスの圧力は、少なくとも２００Ｔｏｒｒ
以下である。更に、前記冷却された 3Ｈｅガスを前記液
化しＨｅII生成後に気化した低圧の 3Ｈｅガスにより間
接冷却する、ことが好ましい。更に、 4Ｈｅからなるヘ
リウムガスをクロードサイクルにより液化して、 4Ｈｅ
からなる液体ヘリウムを得る、ことが好ましい。更に、
前記 4Ｈｅからなる超流動ヘリウムを常圧又は常圧に近
い圧力に保持する、ことが好ましい。
張した 3Ｈｅガスの圧力は、少なくとも２００Ｔｏｒｒ
以下である。更に、前記冷却された 3Ｈｅガスを前記液
化しＨｅII生成後に気化した低圧の 3Ｈｅガスにより間
接冷却する、ことが好ましい。更に、 4Ｈｅからなるヘ
リウムガスをクロードサイクルにより液化して、 4Ｈｅ
からなる液体ヘリウムを得る、ことが好ましい。更に、
前記 4Ｈｅからなる超流動ヘリウムを常圧又は常圧に近
い圧力に保持する、ことが好ましい。
【００１２】更に、本発明によれば、ヘリウムの同位体
である 3Ｈｅからなるヘリウムガスを圧縮する 3Ｈｅ圧
縮機と、圧縮された 3Ｈｅガスを 4Ｈｅからなる液体ヘ
リウムにより間接冷却する 4Ｈｅ冷却器と、前記冷却さ
れた 3Ｈｅガスを膨張させて２．１８Ｋ以下まで冷却す
るための 3Ｈｅ膨張弁と、前記２．１８Ｋ以下の 3Ｈｅ
により 4Ｈｅからなる液体ヘリウムを間接冷却するＨｅ
II生成冷却器と、からなることを特徴とする超流動ヘリ
ウム（ＨｅII）を製造する装置が提供される。
である 3Ｈｅからなるヘリウムガスを圧縮する 3Ｈｅ圧
縮機と、圧縮された 3Ｈｅガスを 4Ｈｅからなる液体ヘ
リウムにより間接冷却する 4Ｈｅ冷却器と、前記冷却さ
れた 3Ｈｅガスを膨張させて２．１８Ｋ以下まで冷却す
るための 3Ｈｅ膨張弁と、前記２．１８Ｋ以下の 3Ｈｅ
により 4Ｈｅからなる液体ヘリウムを間接冷却するＨｅ
II生成冷却器と、からなることを特徴とする超流動ヘリ
ウム（ＨｅII）を製造する装置が提供される。
【００１３】本発明の好ましい実施例によれば、前記 3
Ｈｅ圧縮機は、ガス軸受又は磁気軸受を用いた遠心圧縮
機である。更に、前記膨張前の 3Ｈｅガスを前記膨張後
の 3Ｈｅガスにより間接冷却する 3Ｈｅ熱交換器を備え
る。また、 4Ｈｅからなるヘリウムガスをクロードサイ
クルにより液化して、 4Ｈｅからなる液体ヘリウムを得
る冷凍装置を備える、ことが好ましい。更に、 4Ｈｅか
らなる液体ヘリウム用の容器と、 4Ｈｅからなる超流動
ヘリウム用の容器とを備え、前記液体ヘリウム用の容器
と超流動ヘリウム用の容器とは互いに連通されており、
かつ少なくとも一方が常圧又は常圧に近い圧力に保持さ
れている、ことが好ましい。
Ｈｅ圧縮機は、ガス軸受又は磁気軸受を用いた遠心圧縮
機である。更に、前記膨張前の 3Ｈｅガスを前記膨張後
の 3Ｈｅガスにより間接冷却する 3Ｈｅ熱交換器を備え
る。また、 4Ｈｅからなるヘリウムガスをクロードサイ
クルにより液化して、 4Ｈｅからなる液体ヘリウムを得
る冷凍装置を備える、ことが好ましい。更に、 4Ｈｅか
らなる液体ヘリウム用の容器と、 4Ｈｅからなる超流動
ヘリウム用の容器とを備え、前記液体ヘリウム用の容器
と超流動ヘリウム用の容器とは互いに連通されており、
かつ少なくとも一方が常圧又は常圧に近い圧力に保持さ
れている、ことが好ましい。
【００１４】更に、本発明の好ましい実施例によれば、
前記 4Ｈｅからなる液体ヘリウム用の容器は、ほぼ常圧
の第１容器と常圧より圧力の低い第２容器とからなり、
更に第１容器内の液体ヘリウムを膨張させて第２容器に
導入する 4Ｈｅ膨張弁と、第２容器内のヘリウムガスを
圧縮して第１容器に供給する 4Ｈｅ圧縮機とを備える。
前記第２容器内の圧力は約０．４ａｔｍ以下である、こ
とが好ましい。更に、前記第２容器内の圧力より圧力の
低い第３容器と、第２容器内の液体ヘリウムを膨張させ
て第３容器に導入する 4Ｈｅ膨張弁と、第３容器内のヘ
リウムガスを圧縮して第１容器又は第２容器に供給する
4Ｈｅ圧縮機とを備え、かつ前記 4Ｈｅ冷却器は、第２
容器内の第１冷却器と第３容器内の第２冷却器とからな
る、ことが好ましい。
前記 4Ｈｅからなる液体ヘリウム用の容器は、ほぼ常圧
の第１容器と常圧より圧力の低い第２容器とからなり、
更に第１容器内の液体ヘリウムを膨張させて第２容器に
導入する 4Ｈｅ膨張弁と、第２容器内のヘリウムガスを
圧縮して第１容器に供給する 4Ｈｅ圧縮機とを備える。
前記第２容器内の圧力は約０．４ａｔｍ以下である、こ
とが好ましい。更に、前記第２容器内の圧力より圧力の
低い第３容器と、第２容器内の液体ヘリウムを膨張させ
て第３容器に導入する 4Ｈｅ膨張弁と、第３容器内のヘ
リウムガスを圧縮して第１容器又は第２容器に供給する
4Ｈｅ圧縮機とを備え、かつ前記 4Ｈｅ冷却器は、第２
容器内の第１冷却器と第３容器内の第２冷却器とからな
る、ことが好ましい。
【００１５】
【作用】液体ヘリウムは実在気体のうちで最も低い沸点
を有するものであるが、通常のヘリウム（ 4Ｈｅ）の他
に、同位体としての 3Ｈｅが存在する。通常のヘリウム
（ 4Ｈｅ）を２．１８Ｋ（ラムダ点）以下の温度、例え
ば１．８Ｋ以下に冷却するには約０．０１５ａｔｍ以下
まで減圧する必要があるが、同位体 3Ｈｅでは約０．１
１ａｔｍで同じ温度を得ることができる。本発明はかか
る同位体 3Ｈｅの特性に着目しその相違を利用して、従
来の方法及び装置における種々の問題を一挙に解決する
ものである。
を有するものであるが、通常のヘリウム（ 4Ｈｅ）の他
に、同位体としての 3Ｈｅが存在する。通常のヘリウム
（ 4Ｈｅ）を２．１８Ｋ（ラムダ点）以下の温度、例え
ば１．８Ｋ以下に冷却するには約０．０１５ａｔｍ以下
まで減圧する必要があるが、同位体 3Ｈｅでは約０．１
１ａｔｍで同じ温度を得ることができる。本発明はかか
る同位体 3Ｈｅの特性に着目しその相違を利用して、従
来の方法及び装置における種々の問題を一挙に解決する
ものである。
【００１６】すなわち、上記本発明の構成によれば、ヘ
リウムの同位体である 3Ｈｅからなるヘリウムガスを約
０．１１ａｔｍから１．５〜２．０ａｔｍまで圧縮し、
圧縮された 3Ｈｅガスを 4Ｈｅからなる液体ヘリウムに
より間接冷却し、前記冷却された 3Ｈｅガスを約０．１
１ａｔｍまで断熱膨張させて１．８Ｋ以下まで冷却し、
前記１．８Ｋ以下の 3Ｈｅにより 4Ｈｅからなる液体ヘ
リウムを間接冷却し、熱交換により温度が上昇した 3Ｈ
ｅガスを約０．１１ａｔｍの圧力のまま圧縮機に戻す。
リウムの同位体である 3Ｈｅからなるヘリウムガスを約
０．１１ａｔｍから１．５〜２．０ａｔｍまで圧縮し、
圧縮された 3Ｈｅガスを 4Ｈｅからなる液体ヘリウムに
より間接冷却し、前記冷却された 3Ｈｅガスを約０．１
１ａｔｍまで断熱膨張させて１．８Ｋ以下まで冷却し、
前記１．８Ｋ以下の 3Ｈｅにより 4Ｈｅからなる液体ヘ
リウムを間接冷却し、熱交換により温度が上昇した 3Ｈ
ｅガスを約０．１１ａｔｍの圧力のまま圧縮機に戻す。
【００１７】かかる本発明の方法及び装置により容易に
液体ヘリウム（ 4Ｈｅ）を冷却して超流動ヘリウム（Ｈ
ｅII）を製造することができる。また、本発明では、 4
Ｈｅは常圧又は常圧に近い圧力以上で扱われ、 3Ｈｅの
約０．１１ａｔｍからの圧縮はガス軸受又は磁気軸受を
用いた低温圧縮機で行われるため、シール用の潤滑油を
使用した大型の真空ポンプを本質的に必要としない。従
って、ヘリウムガスが真空ポンプの潤滑油で汚染される
ことを本質的に回避することができ、大型の精製装置を
必要としない。
液体ヘリウム（ 4Ｈｅ）を冷却して超流動ヘリウム（Ｈ
ｅII）を製造することができる。また、本発明では、 4
Ｈｅは常圧又は常圧に近い圧力以上で扱われ、 3Ｈｅの
約０．１１ａｔｍからの圧縮はガス軸受又は磁気軸受を
用いた低温圧縮機で行われるため、シール用の潤滑油を
使用した大型の真空ポンプを本質的に必要としない。従
って、ヘリウムガスが真空ポンプの潤滑油で汚染される
ことを本質的に回避することができ、大型の精製装置を
必要としない。
【００１８】更に、本発明の方法及び装置によれば、常
圧又は常圧に近い圧力の液体ヘリウムを１．８Ｋ以下の
3Ｈｅにより間接冷却して超流動ヘリウムを製造するの
で、超流動ヘリウム自体を常圧又は常圧に近い圧力に保
持することができ、これにより、常圧又は常圧に近い圧
力の超流動ヘリウム、すなわち加圧超流動ヘリウムを容
易に製造することができる。
圧又は常圧に近い圧力の液体ヘリウムを１．８Ｋ以下の
3Ｈｅにより間接冷却して超流動ヘリウムを製造するの
で、超流動ヘリウム自体を常圧又は常圧に近い圧力に保
持することができ、これにより、常圧又は常圧に近い圧
力の超流動ヘリウム、すなわち加圧超流動ヘリウムを容
易に製造することができる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。なお、各図において共通する構成要素に
は同一の符号を付して使用する。図１は本発明により超
流動ヘリウムを製造する装置の全体構成図であり、図２
及び図３はその一部の別の構成図である。
して説明する。なお、各図において共通する構成要素に
は同一の符号を付して使用する。図１は本発明により超
流動ヘリウムを製造する装置の全体構成図であり、図２
及び図３はその一部の別の構成図である。
【００２０】図１において、本発明による装置は、 4Ｈ
ｅからなるヘリウムガス（以下、単に 4Ｈｅガスとい
う）をクロードサイクルにより液化して、 4Ｈｅからな
る液体ヘリウム（以下、単に液体 4Ｈｅという）を得る
冷凍装置１０を備えている。この冷凍装置１０は圧縮機
１１、膨張機１２、膨張弁１３、熱交換機１４、１５、
１６、及び液体ヘリウム容器１７からなる。この冷凍装
置１０では、ほぼ常圧常温（１ａｔｍ、３００Ｋ）の 4
Ｈｅガスを圧縮機１１により１０〜２０ａｔｍまで加圧
し、加圧された 4Ｈｅガスの一部を膨張機１２で膨張さ
せて極低温ガスを作り、この極低温ガスと液体ヘリウム
容器１７から戻る極低温ガスとにより、熱交換機１４、
１５、１６によって更に極低温（例えば６Ｋ以下）の 4
Ｈｅガスを作り、この極低温 4Ｈｅガスを膨張弁１３に
より断熱膨張させて、その一部を常圧，４．２Ｋの液体
ヘリウムに変換することができる。なお、必要により膨
張機を複数備えてもよく、また熱交換器を更に備えても
よい。
ｅからなるヘリウムガス（以下、単に 4Ｈｅガスとい
う）をクロードサイクルにより液化して、 4Ｈｅからな
る液体ヘリウム（以下、単に液体 4Ｈｅという）を得る
冷凍装置１０を備えている。この冷凍装置１０は圧縮機
１１、膨張機１２、膨張弁１３、熱交換機１４、１５、
１６、及び液体ヘリウム容器１７からなる。この冷凍装
置１０では、ほぼ常圧常温（１ａｔｍ、３００Ｋ）の 4
Ｈｅガスを圧縮機１１により１０〜２０ａｔｍまで加圧
し、加圧された 4Ｈｅガスの一部を膨張機１２で膨張さ
せて極低温ガスを作り、この極低温ガスと液体ヘリウム
容器１７から戻る極低温ガスとにより、熱交換機１４、
１５、１６によって更に極低温（例えば６Ｋ以下）の 4
Ｈｅガスを作り、この極低温 4Ｈｅガスを膨張弁１３に
より断熱膨張させて、その一部を常圧，４．２Ｋの液体
ヘリウムに変換することができる。なお、必要により膨
張機を複数備えてもよく、また熱交換器を更に備えても
よい。
【００２１】本装置は、更に、ヘリウムの同位体である
3Ｈｅからなるヘリウムガス（以下、単に 3Ｈｅガスと
いう）を圧縮する 3Ｈｅ圧縮機２１と、圧縮された 3Ｈ
ｅガスを 4Ｈｅからなる液体ヘリウムにより間接冷却す
る 4Ｈｅ冷却器２２と、前記冷却された 3Ｈｅガスを断
熱膨張させて２．１８Ｋ以下まで冷却するための 3Ｈｅ
膨張弁と、前記２．１８Ｋ以下の 3Ｈｅにより液体 4Ｈ
ｅを間接冷却するＨｅII生成冷却器２４と、からなる 3
Ｈｅ冷凍装置２０を備えている。
3Ｈｅからなるヘリウムガス（以下、単に 3Ｈｅガスと
いう）を圧縮する 3Ｈｅ圧縮機２１と、圧縮された 3Ｈ
ｅガスを 4Ｈｅからなる液体ヘリウムにより間接冷却す
る 4Ｈｅ冷却器２２と、前記冷却された 3Ｈｅガスを断
熱膨張させて２．１８Ｋ以下まで冷却するための 3Ｈｅ
膨張弁と、前記２．１８Ｋ以下の 3Ｈｅにより液体 4Ｈ
ｅを間接冷却するＨｅII生成冷却器２４と、からなる 3
Ｈｅ冷凍装置２０を備えている。
【００２２】3Ｈｅ圧縮機２１は、動圧ガス軸受を用い
た遠心圧縮機であり、潤滑油等の混入を本質的に回避す
るため潤滑油を全く使用しない形式である。なお、ガス
軸受の代りに磁気軸受を使用してもよい。これにより、
3Ｈｅ圧縮機２１を完全なオイルフリー（潤滑油なし）
とすることができる。なお、図２に示すように２台の 3
Ｈｅ圧縮機２１ａ、２１ｂと２台の 4Ｈｅ冷却器２２
ａ、２２ｂを備え、 3Ｈｅ圧縮機２１ａを出た 3Ｈｅガ
スを 4Ｈｅ冷却器２２ａで冷却し、次いで 3Ｈｅ圧縮機
２１ｂに導くようにしても良い。これにより圧縮機の圧
縮比を高め、サイクル効率を良くし、冷却能力を高める
ことができる。
た遠心圧縮機であり、潤滑油等の混入を本質的に回避す
るため潤滑油を全く使用しない形式である。なお、ガス
軸受の代りに磁気軸受を使用してもよい。これにより、
3Ｈｅ圧縮機２１を完全なオイルフリー（潤滑油なし）
とすることができる。なお、図２に示すように２台の 3
Ｈｅ圧縮機２１ａ、２１ｂと２台の 4Ｈｅ冷却器２２
ａ、２２ｂを備え、 3Ｈｅ圧縮機２１ａを出た 3Ｈｅガ
スを 4Ｈｅ冷却器２２ａで冷却し、次いで 3Ｈｅ圧縮機
２１ｂに導くようにしても良い。これにより圧縮機の圧
縮比を高め、サイクル効率を良くし、冷却能力を高める
ことができる。
【００２３】3Ｈｅ膨張弁２３は、 3Ｈｅガスを断熱膨
張させ、ジュール・トムソン効果によりガス自体の温度
を冷却させるいわゆるＪＴ弁である。また、この 3Ｈｅ
膨張弁２３により膨張した 3Ｈｅガスの圧力は、少なく
とも２００Ｔｏｒｒ以下、好ましくは１００Ｔｏｒｒ以
下であるのが良い。これにより、 3Ｈｅを冷却媒体とす
る冷凍サイクルを構成することができ、少なくともラム
ダ点以下、好ましくは１．８Ｋ以下の極低温を得ること
ができる。
張させ、ジュール・トムソン効果によりガス自体の温度
を冷却させるいわゆるＪＴ弁である。また、この 3Ｈｅ
膨張弁２３により膨張した 3Ｈｅガスの圧力は、少なく
とも２００Ｔｏｒｒ以下、好ましくは１００Ｔｏｒｒ以
下であるのが良い。これにより、 3Ｈｅを冷却媒体とす
る冷凍サイクルを構成することができ、少なくともラム
ダ点以下、好ましくは１．８Ｋ以下の極低温を得ること
ができる。
【００２４】本装置は、更に、膨張前の 3Ｈｅガスを膨
張後の 3Ｈｅガスにより間接冷却する 3Ｈｅ熱交換器２
５を備えている。これにより、上記冷凍サイクルの効率
を更に高めることができる。
張後の 3Ｈｅガスにより間接冷却する 3Ｈｅ熱交換器２
５を備えている。これにより、上記冷凍サイクルの効率
を更に高めることができる。
【００２５】本装置は、更に、 4Ｈｅの超流動ヘリウム
用容器２６を備え、前述した液体ヘリウム用の容器１７
と超流動ヘリウム用の容器２６とは導圧管２７により互
いに連通されている。また容器１７と２６の少なくとも
一方は常圧（例えば１ａｔｍ）に保持されている。液体
ヘリウム用の容器１７は４．２Ｋ，１ａｔｍの液体ヘリ
ウムを内部に保有し、超流動ヘリウム用の容器２６は冷
凍装置２０の運転開始時には容器１７と同じ液体ヘリウ
ムを内部に保有するが、この液体ヘリウムは上述の２．
１８Ｋ以下の 3Ｈｅにより冷却されて１．８Ｋ，１ａｔ
ｍの超流動ヘリウムに変換される。
用容器２６を備え、前述した液体ヘリウム用の容器１７
と超流動ヘリウム用の容器２６とは導圧管２７により互
いに連通されている。また容器１７と２６の少なくとも
一方は常圧（例えば１ａｔｍ）に保持されている。液体
ヘリウム用の容器１７は４．２Ｋ，１ａｔｍの液体ヘリ
ウムを内部に保有し、超流動ヘリウム用の容器２６は冷
凍装置２０の運転開始時には容器１７と同じ液体ヘリウ
ムを内部に保有するが、この液体ヘリウムは上述の２．
１８Ｋ以下の 3Ｈｅにより冷却されて１．８Ｋ，１ａｔ
ｍの超流動ヘリウムに変換される。
【００２６】超電導磁石８を冷却するには、図１及び図
２のように超電導磁石８を超流動ヘリウム用の容器２６
内に収納すれば、超電導磁石８を直接冷却することがで
き、或いは、図３に示すように循環ポンプ２８を用いて
超流動ヘリウムを循環させて超電導磁石８を強制冷却す
ることもできる。
２のように超電導磁石８を超流動ヘリウム用の容器２６
内に収納すれば、超電導磁石８を直接冷却することがで
き、或いは、図３に示すように循環ポンプ２８を用いて
超流動ヘリウムを循環させて超電導磁石８を強制冷却す
ることもできる。
【００２７】上記構成の装置において、冷凍装置１０で
は、ほぼ常圧常温（１ａｔｍ、３００Ｋ）の 4Ｈｅガス
を圧縮機１１により１０〜２０ａｔｍまで加圧し、加圧
された 4Ｈｅガスの一部を膨張機１２で膨張させて極低
温 4Ｈｅガスを作り、この低温 4Ｈｅガスと液体ヘリウ
ム用容器１７から戻る極低温 4Ｈｅガスとにより、熱交
換機１４、１５、１６によって更に極低温の 4Ｈｅガス
（例えば６Ｋ）を作り、この極低温 4Ｈｅガスを膨張弁
１３により断熱膨張させて、その一部を常圧、４．２Ｋ
の液体ヘリウムに変換させることができる。
は、ほぼ常圧常温（１ａｔｍ、３００Ｋ）の 4Ｈｅガス
を圧縮機１１により１０〜２０ａｔｍまで加圧し、加圧
された 4Ｈｅガスの一部を膨張機１２で膨張させて極低
温 4Ｈｅガスを作り、この低温 4Ｈｅガスと液体ヘリウ
ム用容器１７から戻る極低温 4Ｈｅガスとにより、熱交
換機１４、１５、１６によって更に極低温の 4Ｈｅガス
（例えば６Ｋ）を作り、この極低温 4Ｈｅガスを膨張弁
１３により断熱膨張させて、その一部を常圧、４．２Ｋ
の液体ヘリウムに変換させることができる。
【００２８】更に、冷凍サイクル２０では、 3Ｈｅ圧縮
機２１によりヘリウムの同位体である 3Ｈｅからなるヘ
リウムガスを圧縮し、 4Ｈｅ冷却器２２により圧縮され
た 3Ｈｅガスを容器１７内の 4Ｈｅからなる液体ヘリウ
ムにより間接冷却し、冷却された 3Ｈｅガスを断熱膨張
させて２．１８Ｋ以下まで冷却し、前記２．１８Ｋ以下
の 3Ｈｅにより 4Ｈｅからなる液体ヘリウムを間接冷却
する、ことにより液体ヘリウムを超流動ヘリウムに変換
することができる。すなわち、 3Ｈｅ圧縮機２１の入口
で４Ｋ，０．１１ａｔｍの 3Ｈｅガスは、出口では１．
５〜２ａｔｍとなり、ここで発生した熱は液体ヘリウム
の容器１７の中で冷却され、熱交換機２５で更に温度が
下がり、ＪＴ弁、すなわち 3Ｈｅ膨張弁２３を通って断
熱膨張をして１．７Ｋまで温度が下がる。これを超流動
ヘリウムの容器２６内の液体ヘリウムと熱交換させて、
１．８Ｋ，１ａｔｍの加圧超流動ヘリウムを作ることが
できる。
機２１によりヘリウムの同位体である 3Ｈｅからなるヘ
リウムガスを圧縮し、 4Ｈｅ冷却器２２により圧縮され
た 3Ｈｅガスを容器１７内の 4Ｈｅからなる液体ヘリウ
ムにより間接冷却し、冷却された 3Ｈｅガスを断熱膨張
させて２．１８Ｋ以下まで冷却し、前記２．１８Ｋ以下
の 3Ｈｅにより 4Ｈｅからなる液体ヘリウムを間接冷却
する、ことにより液体ヘリウムを超流動ヘリウムに変換
することができる。すなわち、 3Ｈｅ圧縮機２１の入口
で４Ｋ，０．１１ａｔｍの 3Ｈｅガスは、出口では１．
５〜２ａｔｍとなり、ここで発生した熱は液体ヘリウム
の容器１７の中で冷却され、熱交換機２５で更に温度が
下がり、ＪＴ弁、すなわち 3Ｈｅ膨張弁２３を通って断
熱膨張をして１．７Ｋまで温度が下がる。これを超流動
ヘリウムの容器２６内の液体ヘリウムと熱交換させて、
１．８Ｋ，１ａｔｍの加圧超流動ヘリウムを作ることが
できる。
【００２９】図４〜図６は、本発明による超流動ヘリウ
ムを製造する装置の別の部分構成図である。これらの図
において、図１〜図３と共通する部分には同一の符号を
付している。図４において、図１における 4Ｈｅからな
る液体ヘリウム用の容器１７は、ほぼ常圧の第１容器１
７ａと常圧より圧力の低い第２容器１７ｂとからなる。
また、第１容器１７ａ内の液体ヘリウムを膨張させて第
２容器１７ｂに導入する 4Ｈｅ膨張弁１３ｂと、第２容
器１７ｂ内のヘリウムガスを圧縮して第１容器１７ａに
供給する 4Ｈｅ圧縮機３０とを備える。第２容器１７ｂ
内の圧力は約０．４ａｔｍ以下である、ことが好まし
い。なお、２台の 3Ｈｅ圧縮機２１ａ、２１ｂと２台の
4Ｈｅ冷却器２２ａ、２２ｂを備える点は、図２に示し
たものと同様である。また、図中の右部分に示すバルブ
とボンベ（符号なし）は、 3Ｈｅガスの供給ラインであ
る。
ムを製造する装置の別の部分構成図である。これらの図
において、図１〜図３と共通する部分には同一の符号を
付している。図４において、図１における 4Ｈｅからな
る液体ヘリウム用の容器１７は、ほぼ常圧の第１容器１
７ａと常圧より圧力の低い第２容器１７ｂとからなる。
また、第１容器１７ａ内の液体ヘリウムを膨張させて第
２容器１７ｂに導入する 4Ｈｅ膨張弁１３ｂと、第２容
器１７ｂ内のヘリウムガスを圧縮して第１容器１７ａに
供給する 4Ｈｅ圧縮機３０とを備える。第２容器１７ｂ
内の圧力は約０．４ａｔｍ以下である、ことが好まし
い。なお、２台の 3Ｈｅ圧縮機２１ａ、２１ｂと２台の
4Ｈｅ冷却器２２ａ、２２ｂを備える点は、図２に示し
たものと同様である。また、図中の右部分に示すバルブ
とボンベ（符号なし）は、 3Ｈｅガスの供給ラインであ
る。
【００３０】かかる構成により、第２容器１７ｂ内の液
体ヘリウムの温度を約３．４Ｋまで下げることができ、
3Ｈｅ圧縮機２１ｂの出口圧力を約１．４ａｔｍ程度に
することができ、２台の 3Ｈｅ圧縮機２１ａ、２１ｂに
よる圧縮比を低く（この例では約１３）することができ
る。また、 3Ｈｅ圧縮機２１ｂの出口圧力が低くなるこ
とから、高価な 3Ｈｅガスの必要量を同一の能力のまま
で、半分以下にすることができる。
体ヘリウムの温度を約３．４Ｋまで下げることができ、
3Ｈｅ圧縮機２１ｂの出口圧力を約１．４ａｔｍ程度に
することができ、２台の 3Ｈｅ圧縮機２１ａ、２１ｂに
よる圧縮比を低く（この例では約１３）することができ
る。また、 3Ｈｅ圧縮機２１ｂの出口圧力が低くなるこ
とから、高価な 3Ｈｅガスの必要量を同一の能力のまま
で、半分以下にすることができる。
【００３１】図５は図４の変形であり、 4Ｈｅ圧縮機が
３０ａと３０ｂの２段である点が相違する。なお、 3Ｈ
ｅ圧縮機２１と 4Ｈｅ冷却器２２は、図１と同様であ
る。かかる構成により、第２容器１７ｂ内の圧力を約
０．１ａｔｍまで下げ、第２容器１７ｂ内の液体ヘリウ
ムの温度を約２．５Ｋまで下げることができる。これに
より、 3Ｈｅ圧縮機２１の出口圧力を約０．５ａｔｍ程
度にすることができ、 3Ｈｅ圧縮機２１による圧縮比を
更に低く（この例では約４．５）することができる。ま
た、高価な 3Ｈｅガスの必要量を同一の能力のままで、
更に少なくすることができる。
３０ａと３０ｂの２段である点が相違する。なお、 3Ｈ
ｅ圧縮機２１と 4Ｈｅ冷却器２２は、図１と同様であ
る。かかる構成により、第２容器１７ｂ内の圧力を約
０．１ａｔｍまで下げ、第２容器１７ｂ内の液体ヘリウ
ムの温度を約２．５Ｋまで下げることができる。これに
より、 3Ｈｅ圧縮機２１の出口圧力を約０．５ａｔｍ程
度にすることができ、 3Ｈｅ圧縮機２１による圧縮比を
更に低く（この例では約４．５）することができる。ま
た、高価な 3Ｈｅガスの必要量を同一の能力のままで、
更に少なくすることができる。
【００３２】図６は図５の更に変形である。この図にお
いて、第２容器１７ｂ内の圧力より圧力の低い第３容器
１７ｃと、第２容器１７ｂ内の液体ヘリウムを膨張させ
て第３容器１７ｃに導入する 4Ｈｅ膨張弁１３ｃと、第
３容器１７ｃ内のヘリウムガスを圧縮して第１容器１７
ａ又は第２容器１７ｂに供給する 4Ｈｅ圧縮機３０ａ、
３０ｂとを備え、かつ 4Ｈｅ冷却器は、第２容器１７ｂ
内の第１冷却器２２ａと第３容器１７ｃ内の第２冷却器
２２ｂとからなる。かかる構成により 3Ｈｅのサイクル
効率を高めることができる。
いて、第２容器１７ｂ内の圧力より圧力の低い第３容器
１７ｃと、第２容器１７ｂ内の液体ヘリウムを膨張させ
て第３容器１７ｃに導入する 4Ｈｅ膨張弁１３ｃと、第
３容器１７ｃ内のヘリウムガスを圧縮して第１容器１７
ａ又は第２容器１７ｂに供給する 4Ｈｅ圧縮機３０ａ、
３０ｂとを備え、かつ 4Ｈｅ冷却器は、第２容器１７ｂ
内の第１冷却器２２ａと第３容器１７ｃ内の第２冷却器
２２ｂとからなる。かかる構成により 3Ｈｅのサイクル
効率を高めることができる。
【００３３】なお、図１から図６の実施例において、 3
Ｈｅガスは、 4Ｈｅガスを含む混合ガスであるのがよ
い。かかる混合ガスを用いることにより、 3Ｈｅガス中
の 4Ｈｅガスが 3Ｈｅ熱交換器２４中で液化して超流動
ヘリウム（ＨｅII）となり、 3Ｈｅ熱交換器における伝
熱促進を高めることができる。
Ｈｅガスは、 4Ｈｅガスを含む混合ガスであるのがよ
い。かかる混合ガスを用いることにより、 3Ｈｅガス中
の 4Ｈｅガスが 3Ｈｅ熱交換器２４中で液化して超流動
ヘリウム（ＨｅII）となり、 3Ｈｅ熱交換器における伝
熱促進を高めることができる。
【００３４】
【発明の効果】上記本発明によれば、ヘリウムの同位体
である 3Ｈｅの特性の相違を利用して、従来の方法及び
装置における種々の問題を一挙に解決することができ
る。すなわち、上述した本発明では、 4Ｈｅは常圧又は
常圧に近い圧力以上で扱われ、 3Ｈｅの約０．１１ａｔ
ｍからの圧縮はガス軸受又は磁気軸受を用いた圧縮機で
行われるため、大型の真空ポンプを本質的に必要としな
い。従って、ヘリウムガスが真空ポンプの潤滑油で汚染
されることを本質的に回避することができ、大型の精製
装置を必要としない。
である 3Ｈｅの特性の相違を利用して、従来の方法及び
装置における種々の問題を一挙に解決することができ
る。すなわち、上述した本発明では、 4Ｈｅは常圧又は
常圧に近い圧力以上で扱われ、 3Ｈｅの約０．１１ａｔ
ｍからの圧縮はガス軸受又は磁気軸受を用いた圧縮機で
行われるため、大型の真空ポンプを本質的に必要としな
い。従って、ヘリウムガスが真空ポンプの潤滑油で汚染
されることを本質的に回避することができ、大型の精製
装置を必要としない。
【００３５】更に、本発明の方法及び装置によれば、常
圧又は常圧に近い圧力の液体ヘリウムを１．８Ｋ以下の
3Ｈｅにより間接冷却して超流動ヘリウムを製造するの
で、超流動ヘリウム自体を容易に常圧又は常圧に近い圧
力に保持することができ、これにより、常圧又は常圧に
近い圧力の超流動ヘリウム、すなわち加圧超流動ヘリウ
ムを容易に製造することができる。
圧又は常圧に近い圧力の液体ヘリウムを１．８Ｋ以下の
3Ｈｅにより間接冷却して超流動ヘリウムを製造するの
で、超流動ヘリウム自体を容易に常圧又は常圧に近い圧
力に保持することができ、これにより、常圧又は常圧に
近い圧力の超流動ヘリウム、すなわち加圧超流動ヘリウ
ムを容易に製造することができる。
【００３６】従って、本発明によれば、大型の真空ポン
プを本質的に必要とせず、高価な 3Ｈｅガスを装置に充
填する量は極めて少なくてよい。また、ヘリウムガスが
真空ポンプの潤滑油で汚染されることを本質的に回避す
ることができ、大型の精製装置を必要としない、超流動
ヘリウムを製造することができる。更に、本発明によれ
ば、常圧又は常圧に近い圧力で直接接触させて或いは循
環させて、超電導磁石を冷却することができる加圧超流
動ヘリウムを製造することができる。
プを本質的に必要とせず、高価な 3Ｈｅガスを装置に充
填する量は極めて少なくてよい。また、ヘリウムガスが
真空ポンプの潤滑油で汚染されることを本質的に回避す
ることができ、大型の精製装置を必要としない、超流動
ヘリウムを製造することができる。更に、本発明によれ
ば、常圧又は常圧に近い圧力で直接接触させて或いは循
環させて、超電導磁石を冷却することができる加圧超流
動ヘリウムを製造することができる。
【図１】本発明による装置の全体構成図である。
【図２】本発明による装置の別の部分構成図である。
【図３】本発明による装置の更に別の部分構成図であ
る。
る。
【図４】本発明による装置の更に別の部分構成図であ
る。
る。
【図５】本発明による装置の更に別の部分構成図であ
る。
る。
【図６】本発明による装置の更に別の部分構成図であ
る。
る。
【図７】従来の装置の全体構成図である。
１ 圧縮機 ２、３、４ 熱交換器 ５ 膨張弁 ６ 低温真空ポンプ ７ 常温真空ポンプ ８ 超電導磁石 １０ 冷凍装置 １１ 圧縮機 １２ 膨張機 １３ 膨張弁 １４、１５、１６ 熱交換機 １７ 液体ヘリウム容器 ２０ 3Ｈｅ冷却装置 ２１ 3Ｈｅ圧縮器 ２２ 4Ｈｅ冷却器 ２３ 3Ｈｅ膨張弁 ２４ 3Ｈｅ熱交換器 ２５ ＨｅII生成冷却器 ２６ 超流動ヘリウムの容器 ２７ 導圧管 ２８ 循環ポンプ ３０ 4Ｈｅ圧縮機
フロントページの続き (72)発明者 長井 俊二 東京都江東区豊洲３丁目２番16号 石川島 播磨重工業株式会社豊洲総合事務所内
Claims (14)
- 【請求項１】 ヘリウムの同位体である 3Ｈｅからなる
ヘリウムガスを圧縮し、 圧縮された 3Ｈｅガスを 4Ｈｅからなる液体ヘリウムに
より間接冷却し、 前記冷却された 3Ｈｅガスを膨張させて２．１８Ｋ以下
まで冷却し、 前記２．１８Ｋ以下の 3Ｈｅにより 4Ｈｅからなる液体
ヘリウムを間接冷却する、ことを特徴とする超流動ヘリ
ウム（ＨｅII）を製造する方法。 - 【請求項２】 前記膨張した 3Ｈｅガスの圧力は、少な
くとも２００Ｔｏｒｒ以下である、ことを特徴とする請
求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 更に、前記冷却された 3Ｈｅガスを前記
液化しＨｅII生成後に気化した低圧の 3Ｈｅガスにより
間接冷却する、ことを特徴とする請求項１に記載の方
法。 - 【請求項４】 更に、 4Ｈｅからなるヘリウムガスをク
ロードサイクルにより液化して、 4Ｈｅからなる液体ヘ
リウムを得る、ことを特徴とする請求項１に記載の方
法。 - 【請求項５】 更に、前記 4Ｈｅからなる超流動ヘリウ
ムを常圧又は常圧に近い圧力に保持する、ことを特徴と
する請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 ヘリウムの同位体である 3Ｈｅからなる
ヘリウムガスを圧縮する 3Ｈｅ圧縮機と、 圧縮された 3Ｈｅガスを 4Ｈｅからなる液体ヘリウムに
より間接冷却する 4Ｈｅ冷却器と、 前記冷却された 3Ｈｅガスを膨張させて２．１８Ｋ以下
まで冷却するための 3Ｈｅ膨張弁と、 前記２．１８Ｋ以下の 3Ｈｅにより 4Ｈｅからなる液体
ヘリウムを間接冷却するＨｅII生成冷却器と、からなる
ことを特徴とする超流動ヘリウム（ＨｅII）を製造する
装置。 - 【請求項７】 前記 3Ｈｅ圧縮機は、ガス軸受を用いた
遠心圧縮機である、ことを特徴とする請求項６に記載の
装置。 - 【請求項８】 前記 3Ｈｅ圧縮機は、磁気軸受を用いた
遠心圧縮機である、ことを特徴とする請求項６に記載の
装置。 - 【請求項９】 更に、前記膨張前の 3Ｈｅガスを前記膨
張後の 3Ｈｅガスにより間接冷却する 3Ｈｅ熱交換器を
備える、ことを特徴とする請求項６に記載の装置。 - 【請求項１０】 更に、 4Ｈｅからなるヘリウムガスを
クロードサイクルにより液化して、 4Ｈｅからなる液体
ヘリウムを得る冷凍装置を備える、ことを特徴とする請
求項６に記載の装置。 - 【請求項１１】 更に、 4Ｈｅからなる液体ヘリウム用
の容器と、 4Ｈｅからなる超流動ヘリウム用の容器とを
備え、前記液体ヘリウム用の容器と超流動ヘリウム用の
容器とは互いに連通されており、かつ少なくとも一方が
常圧又は常圧に近い圧力に保持されている、ことを特徴
とする請求項６に記載の装置。 - 【請求項１２】 前記 4Ｈｅからなる液体ヘリウム用の
容器は、ほぼ常圧の第１容器と常圧より圧力の低い第２
容器とからなり、更に第１容器内の液体ヘリウムを膨張
させて第２容器に導入する 4Ｈｅ膨張弁と、第２容器内
のヘリウムガスを圧縮して第１容器に供給する 4Ｈｅ圧
縮機とを備える、ことを特徴とする請求項１１に記載の
装置。 - 【請求項１３】 前記第２容器内の圧力は約０．４ａｔ
ｍ以下である、ことを特徴とする請求項１２に記載の装
置。 - 【請求項１４】 更に、前記第２容器内の圧力より圧力
の低い第３容器と、第２容器内の液体ヘリウムを膨張さ
せて第３容器に導入する 4Ｈｅ膨張弁と、第３容器内の
ヘリウムガスを圧縮して第１容器又は第２容器に供給す
る 4Ｈｅ圧縮機とを備え、かつ前記 4Ｈｅ冷却器は、第
２容器内の第１冷却器と第３容器内の第２冷却器とから
なる、ことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4295538A JP2666664B2 (ja) | 1992-05-29 | 1992-11-05 | 超流動ヘリウムを製造する方法及び装置 |
| US08/141,742 US5347819A (en) | 1992-11-05 | 1993-10-27 | Method and apparatus for manufacturing superfluidity helium |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13736092 | 1992-05-29 | ||
| JP4-137360 | 1992-05-29 | ||
| JP4295538A JP2666664B2 (ja) | 1992-05-29 | 1992-11-05 | 超流動ヘリウムを製造する方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0642830A true JPH0642830A (ja) | 1994-02-18 |
| JP2666664B2 JP2666664B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=26470694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4295538A Expired - Fee Related JP2666664B2 (ja) | 1992-05-29 | 1992-11-05 | 超流動ヘリウムを製造する方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2666664B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008128613A (ja) * | 2006-11-24 | 2008-06-05 | Taiyo Nippon Sanso Corp | 希釈冷凍機 |
| JP2008261616A (ja) * | 2007-03-16 | 2008-10-30 | Kochi Univ | 極低温冷凍機 |
| CN101856630A (zh) * | 2010-06-10 | 2010-10-13 | 上海交通大学 | 超流氦恒温浴装置 |
| JP5665963B2 (ja) * | 2011-02-25 | 2015-02-04 | 株式会社前川製作所 | 超電導ケーブル冷却システム |
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1992
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