ヘリウムは、記号 He および原子番号 2 の化学元素です。これは希少な大気ガスであり、無色、無味、無毒、不燃性で、水にわずかに溶けます。大気中のヘリウム濃度は体積百分率で5.24×10-4です。どの元素よりも沸点と融点が最も低く、極度の低温条件下を除いて気体としてのみ存在します。

ヘリウムは主に気体または液体ヘリウムとして輸送され、原子炉、半導体、レーザー、電球、超電導、計測器、半導体および光ファイバー、極低温、MRI、研究開発の実験室研究で使用されます。

低温冷源

ヘリウムは、磁気共鳴画像法 (MRI)、核磁気共鳴 (NMR) 分光法、超伝導量子粒子加速器、大型ハドロン衝突型加速器、干渉計 (SQUID)、電子スピン共鳴 (ESR) などの極低温冷却源の極低温冷却剤として使用されます。超電導磁気エネルギー貯蔵装置（SMES）、MHD超電導発電機、超電導センサー、送電、リニアモーターカー輸送、質量分析計、超電導磁石、強磁場分離器、核融合炉用の環状場超電導磁石、およびその他の極低温研究。ヘリウムは極低温超電導材料と磁石を絶対零度近くまで冷却し、その時点で超電導体の抵抗は突然ゼロに低下します。超伝導体の抵抗が非常に低いため、より強力な磁場が生成されます。病院で使用される MRI 装置の場合、磁場が強いほど、放射線画像の詳細がより鮮明になります。

ヘリウムは、融点と沸点が最も低く、大気圧および 0 K では凝固せず、化学的に不活性であり、他の物質と反応することがほとんど不可能であるため、過冷却剤として使用されます。さらに、ヘリウムは 2.2 ケルビン以下で超流動になります。これまで、ユニークなウルトラモビリティはいかなる産業用途にも活用されていませんでした。 17 ケルビン未満の温度では、極低温源の冷媒としてヘリウムに代わるものはありません。

航空宇宙学

ヘリウムは気球や飛行船にも使われています。ヘリウムは空気より軽いため、飛行船や気球にはヘリウムが充填されています。ヘリウムは不燃性であるという利点がありますが、水素はより浮力があり、膜からの脱出率が低くなります。もう 1 つの二次用途はロケット技術であり、ヘリウムは貯蔵タンク内の燃料と酸化剤を置き換え、水素と酸素を凝縮してロケット燃料を作るための損失媒体として使用されます。また、打ち上げ前に地上支援機器から燃料と酸化剤を除去するのにも使用でき、宇宙船内の液体水素を予冷することもできる。アポロ計画で使用されたサターン V ロケットでは、打ち上げに約 370,000 立方メートル (1,300 万立方フィート) のヘリウムが必要でした。

パイプラインの漏れ検出と検出分析

ヘリウムのもう 1 つの産業用途は、漏れ検出です。リーク検出は、液体と気体を含むシステムのリークを検出するために使用されます。ヘリウムは空気よりも 3 倍の速さで固体中を拡散するため、高真空装置 (極低温タンクなど) や高圧容器の漏れを検出するためのトレーサー ガスとして使用されます。物体はチャンバー内に置かれ、チャンバーは真空にされてヘリウムで満たされます。 10-9 mbar・L/s (10-10 Pa・m3 / s) という低い漏れ率でも、漏れから漏れるヘリウムは高感度の装置 (ヘリウム質量分析計) で検出できます。測定手順は通常自動化されており、ヘリウム結合テストと呼ばれます。もう 1 つのより簡単な方法は、問題の物体をヘリウムで満たし、携帯用デバイスを使用して手動で漏れを探すことです。

ヘリウムは最小の分子で単原子分子であるため、漏洩しやすいため、漏洩検出に使用されます。漏れ検出時には対象物にヘリウムガスが充填され、漏れが発生した場合にはヘリウム質量分析計で漏れ箇所を検出できます。ヘリウムは、ロケット、燃料タンク、熱交換器、ガスライン、電子機器、テレビ管、その他の製造部品の漏れを検出するために使用できます。ヘリウムを使用した漏れ検出は、マンハッタン計画中にウラン濃縮プラントの漏れを検出するために初めて使用されました。漏れ検出ヘリウムは、水素、窒素、または水素と窒素の混合物に置き換えることができます。

溶接および金属加工

ヘリウムガスは他の原子よりもイオン化ポテンシャルエネルギーが高いため、アーク溶接やプラズマアーク溶接の保護ガスとして使用されます。溶接周囲のヘリウムガスは、溶融状態での金属の酸化を防ぎます。ヘリウムの高いイオン化ポテンシャルエネルギーにより、チタン、ジルコニウム、マグネシウム、アルミニウム合金など、建設、造船、航空宇宙で使用される異種金属のプラズマアーク溶接が可能になります。シールド ガス内のヘリウムはアルゴンまたは水素で置き換えることができますが、一部の材料 (チタン ヘリウムなど) はプラズマ アーク溶接では置き換えることができません。ヘリウムは高温でも安全な唯一の気体だからです。

最も活発な開発分野の 1 つはステンレス鋼の溶接です。ヘリウムは不活性ガスです。つまり、他の物質にさらされても化学反応が起こりません。この特性は、溶接保護ガスにおいて特に重要です。

ヘリウムは熱もよく伝えます。このため、溶接部の濡れ性を改善するためにより高い入熱が必要な溶接部で一般的に使用されます。ヘリウムはスピード違反にも役立ちます。

両方のガスの優れた特性を最大限に活用するために、通常、ヘリウムは保護ガス混合物中でさまざまな量でアルゴンと混合されます。たとえば、ヘリウムは保護ガスとして機能し、溶接中により広く浅い溶け込みモードを提供します。しかし、ヘリウムにはアルゴンのような浄化効果はありません。

その結果、金属メーカーは作業プロセスの一環としてアルゴンとヘリウムの混合を検討することがよくあります。ガスシールド金属アーク溶接の場合、ヘリウムは、ヘリウム/アルゴン混合物中のガス混合物の 25% ～ 75% を構成する場合があります。保護ガス混合物の組成を調整することにより、溶接機は溶接部の熱分布に影響を与えることができ、それが溶接金属の断面形状と溶接速度に影響を与えます。

電子半導体産業

ヘリウムは不活性ガスとして非常に安定しているため、他の元素とほとんど反応しません。この特性により、アーク溶接のシールド（空気中の酸素の汚染を防ぐため）として使用されます。ヘリウムには、半導体や光ファイバーの製造など、他の重要な用途もあります。さらに、深い潜水時に窒素を置換して血流中の窒素気泡の形成を防ぎ、潜水酔いを防ぐことができます。

世界のヘリウム販売量 (2016-2027)

世界のヘリウム市場は2020年に18億2,537万米ドルに達し、2027年には2億7億4,204万米ドルに達し、年間平均成長率（CAGR）は5.65%（2021年から2027年）になると予想されています。業界は今後数年間に大きな不確実性を抱えています。このペーパーの 2021 年から 2027 年の予測データは、過去数年間の歴史的発展、業界専門家の意見、およびこのペーパーのアナリストの意見に基づいています。

ヘリウム産業は天然資源を原料として高度に集中しており、世界的な製造業者は主に米国、ロシア、カタール、アルジェリアに限られています。世界では、消費者部門は米国、中国、欧州などに集中しています。米国には長い歴史があり、業界において揺るぎない地位を築いています。

多くの企業は複数の工場を持っていますが、通常はターゲットとする消費者市場の近くにありません。したがって、この製品は輸送コストが高くなります。

最初の 5 年間以来、生産量は非常にゆっくりと増加しました。ヘリウムは再生不可能なエネルギー源であり、ヘリウムの継続使用を確保するための政策が生産国で実施されています。将来ヘリウムが枯渇すると予測する人もいます。

この業界は輸出入の比率が高い。ほとんどすべての国がヘリウムを使用していますが、ヘリウムを埋蔵している国はわずかです。

ヘリウムには幅広い用途があり、今後ますます多くの分野で利用されるようになります。天然資源の不足を考慮すると、ヘリウムの需要は将来的に増加する可能性があり、適切な代替品が必要となります。ヘリウム価格は、2021 年から 2026 年にかけて、13.53 ドル / m3 (2020 年) から 19.09 ドル / m3 (2027 年) まで上昇し続けると予想されます。

業界は経済や政策の影響を受けます。世界経済が回復するにつれて、環境基準の改善を懸念する人が増えており、特に人口が多く経済成長が著しい後進地域ではヘリウムの需要が増加すると考えられます。

現在、世界の主要メーカーには、Rasgas、Linde Group、Air Chemical、ExxonMobil、Air Liquide (Dz)、Gazprom (Ru) などが含まれます。2020 年には、トップ 6 メーカーの売上シェアは 74% を超えると予想されます。今後数年間で業界の競争はさらに激化すると予想されます。

HL極低温装置

液体ヘリウム資源の不足と価格の高騰により、液体ヘリウムの使用および輸送過程における損失を減らし、回収することが重要です。

1992年に設立されたHL Cryogenic Equipmentは、HL Cryogenic Equipment Company Cryogenic Equipment Co.,Ltd.の関連ブランドです。 HL Cryogenic Equipment は、お客様のさまざまなニーズを満たすために、高真空断熱極低温配管システムおよび関連サポート機器の設計および製造に取り組んでいます。真空断熱パイプとフレキシブルホースは、高真空および多層マルチスクリーン特殊断熱材で構築されており、液体酸素、液体窒素の移送に使用される一連の非常に厳しい技術処理と高真空処理を経ています。 、液体アルゴン、液体水素、液体ヘリウム、液化エチレンガスLEG、液化天然ガスLNG。

一連の極めて厳しい技術的処理を経たHL Cryogenic Equipment Companyの真空ジャケットパイプ、真空ジャケットホース、真空ジャケットバルブ、フェーズセパレータの製品シリーズは、液体酸素、液体窒素、液体アルゴン、液体水素、液体ヘリウム、LEG、LNG があり、これらの製品は、空気分離、ガス、航空、エレクトロニクス、超電導体、チップ、自動組立、食品および業界の極低温装置 (極低温タンク、デュワー、コールドボックスなど) にサービスされています。飲料、薬局、病院、バイオバンク、ゴム、新素材製造化学工学、鉄鋼、科学研究など

HL Cryogenic Equipment Company は、Linde、Air Liquide、Air Products (AP)、Praxair、Messer、BOC、Iwatani、杭州酸素工場グループ (杭陽) などの認定サプライヤー/ベンダーとなっています。