JP2001091079A - 深冷ガス分離装置 - Google Patents
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- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
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- F25J2270/908—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by regenerative chillers, i.e. oscillating or dynamic systems, e.g. Stirling refrigerator, thermoelectric ("Peltier") or magnetic refrigeration
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Abstract
(57)【要約】
【課題】小型，長寿命の切替弁を有する冷凍機を用いる
ことにより、充分な寒冷量を得ることができるようにし
た深冷ガス分離装置を提供する。 【解決手段】軸心を中心として回転する水平断面円形の
回転子と、この回転子を回転自在に内蔵するハウジング
とからなり、上記回転子の外周面に複数のポートを設け
るとともに、ハウジングの内周面に、上記ポートに対応
する複数のポートを設け、上記回転子の回転により、回
転子の所定のポートとこれに対応する上記ハウジングの
ポートとを合致させて両ポートを連通させる状態と、上
記合致を外して両ポートを非連通にする状態とに切り替
えるロータリー弁Ｂを用いた冷凍機１２１を備え、この
冷凍機１２１により得られる冷熱をガス分離の冷熱源と
している。
ことにより、充分な寒冷量を得ることができるようにし
た深冷ガス分離装置を提供する。 【解決手段】軸心を中心として回転する水平断面円形の
回転子と、この回転子を回転自在に内蔵するハウジング
とからなり、上記回転子の外周面に複数のポートを設け
るとともに、ハウジングの内周面に、上記ポートに対応
する複数のポートを設け、上記回転子の回転により、回
転子の所定のポートとこれに対応する上記ハウジングの
ポートとを合致させて両ポートを連通させる状態と、上
記合致を外して両ポートを非連通にする状態とに切り替
えるロータリー弁Ｂを用いた冷凍機１２１を備え、この
冷凍機１２１により得られる冷熱をガス分離の冷熱源と
している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍機により得ら
れる冷熱を利用した深冷ガス分離装置に関するものであ
る。
れる冷熱を利用した深冷ガス分離装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】Ｈｅ冷凍機を利用した深冷方式の空気分
離装置としては、特願平９−４８３９号，特願平９−５
４２９号，特願平９−５４３０号があるが、これらに用
いられているパルスチューブ冷凍機を代表とする小型冷
凍機を駆動させるには、圧力振動源が必要であり、場合
により位相制御装置が必要である。また、これら圧力振
動源，位相制御装置には、作動ガスの流れを制御するた
めに切替弁が設置されている。例えば、図２４に示すよ
うに、アクティブバッファ型パルスチューブ冷凍機にお
いて、圧力振動源としてコンプレッサー９１＋２個の切
替弁９３，９４を用い、位相制御装置として２個のバッ
ファタンク９２ａ，９２ｂ＋２個の切替弁９５，９６を
用いたものがある。図において、９７は蓄冷器で、９８
はパルスチューブである。
離装置としては、特願平９−４８３９号，特願平９−５
４２９号，特願平９−５４３０号があるが、これらに用
いられているパルスチューブ冷凍機を代表とする小型冷
凍機を駆動させるには、圧力振動源が必要であり、場合
により位相制御装置が必要である。また、これら圧力振
動源，位相制御装置には、作動ガスの流れを制御するた
めに切替弁が設置されている。例えば、図２４に示すよ
うに、アクティブバッファ型パルスチューブ冷凍機にお
いて、圧力振動源としてコンプレッサー９１＋２個の切
替弁９３，９４を用い、位相制御装置として２個のバッ
ファタンク９２ａ，９２ｂ＋２個の切替弁９５，９６を
用いたものがある。図において、９７は蓄冷器で、９８
はパルスチューブである。
【０００３】上記各切替弁９３〜９６は、冷凍機を効率
よく駆動させるために、厳密に決められたある一定のサ
イクルで開閉されるが、そのサイクルは通常数〜数十Ｈ
ｚの圧力振動であり、開閉サイクルが比較的早い。この
ため、上記各切替弁９３〜９６としては、通常、電磁弁
や図２５に示す小型の平面シール型ロータリー弁が使用
されている。この平面シール型ロータリー弁は、２つの
ポート１０２，１０３（両ポート１０２，１０３は連通
路１０４で連通している）を設置した回転子１０１と、
３つのポート１０６〜１０８を設置した固定子１０５と
が面接触する構造であり、モータ１０９の回転により回
転子１０１が回転して各ポート１０２，１０３，１０６
〜１０８を切り替える（図２５に示すように、固定子１
０５の両ポート１０７，１０８を連通する状態と、図２
６に示すように、固定子１０５の両ポート１０６，１０
７を連通する状態とに切り替える）構造となっている。
このように、図２５に示す平面シール型ロータリー弁
は、作動ガスを２方向に切り替えることができるため、
圧力振動源および位相制御装置にそれぞれ１つずつ設置
すればよい。図において、１１０は回転子１０１を回転
自在に内蔵するハウジングである。
よく駆動させるために、厳密に決められたある一定のサ
イクルで開閉されるが、そのサイクルは通常数〜数十Ｈ
ｚの圧力振動であり、開閉サイクルが比較的早い。この
ため、上記各切替弁９３〜９６としては、通常、電磁弁
や図２５に示す小型の平面シール型ロータリー弁が使用
されている。この平面シール型ロータリー弁は、２つの
ポート１０２，１０３（両ポート１０２，１０３は連通
路１０４で連通している）を設置した回転子１０１と、
３つのポート１０６〜１０８を設置した固定子１０５と
が面接触する構造であり、モータ１０９の回転により回
転子１０１が回転して各ポート１０２，１０３，１０６
〜１０８を切り替える（図２５に示すように、固定子１
０５の両ポート１０７，１０８を連通する状態と、図２
６に示すように、固定子１０５の両ポート１０６，１０
７を連通する状態とに切り替える）構造となっている。
このように、図２５に示す平面シール型ロータリー弁
は、作動ガスを２方向に切り替えることができるため、
圧力振動源および位相制御装置にそれぞれ１つずつ設置
すればよい。図において、１１０は回転子１０１を回転
自在に内蔵するハウジングである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】冷凍機の大型化，高効
率化を実現するには作動ガスの大容量化，運転周波数の
高速化，複雑な位相制御装置の設置が必要であるが、市
場性を考慮すると、それらを満足し、かつ、そのための
切替弁が小型で、長寿命であることが望ましい。しかし
ながら、切替弁の代表例である電磁弁や図２５に示す平
面シール型ロータリー弁では、上記要望を満足させるこ
とができず、冷凍機の大型化，高効率化を実現できてい
ないのが実情である。
率化を実現するには作動ガスの大容量化，運転周波数の
高速化，複雑な位相制御装置の設置が必要であるが、市
場性を考慮すると、それらを満足し、かつ、そのための
切替弁が小型で、長寿命であることが望ましい。しかし
ながら、切替弁の代表例である電磁弁や図２５に示す平
面シール型ロータリー弁では、上記要望を満足させるこ
とができず、冷凍機の大型化，高効率化を実現できてい
ないのが実情である。
【０００５】すなわち、切替弁として電磁弁を用いる
と、作動ガスの大容量化を行おうとした場合に、弁が複
雑で大きくなり、高速に作動しなくなる。また、高速に
頻繁に作動させた場合には、寿命が著しく低下する。ま
た、位相制御装置を設置する場合に、この位相制御装置
を複雑化するためには、弁数を増やす必要があり、冷凍
機全体が大きくなる。
と、作動ガスの大容量化を行おうとした場合に、弁が複
雑で大きくなり、高速に作動しなくなる。また、高速に
頻繁に作動させた場合には、寿命が著しく低下する。ま
た、位相制御装置を設置する場合に、この位相制御装置
を複雑化するためには、弁数を増やす必要があり、冷凍
機全体が大きくなる。
【０００６】一方、切替弁として上記平面シール型ロー
タリー弁を用いると、作動ガスの大容量化を行うために
ポート径を大きくする場合や、複雑な位相制御装置とす
るためにポート数を増やす場合に、回転子１０１と固定
子１０５の直径を大きくする必要があり、回転子１０１
と固定子１０５の接触面積が大きくなる。また、回転子
１０１と固定子１０５の接触面積が大きくなる分、回転
子１０１に作用する圧力が大きくなるため、トルクの大
きなモータ１０９が必要となり、弁全体が大きくなる。
そこで、現在までは、冷凍能力が数ワットクラスの比較
的小型の冷凍機しか開発できていないのが実情である。
タリー弁を用いると、作動ガスの大容量化を行うために
ポート径を大きくする場合や、複雑な位相制御装置とす
るためにポート数を増やす場合に、回転子１０１と固定
子１０５の直径を大きくする必要があり、回転子１０１
と固定子１０５の接触面積が大きくなる。また、回転子
１０１と固定子１０５の接触面積が大きくなる分、回転
子１０１に作用する圧力が大きくなるため、トルクの大
きなモータ１０９が必要となり、弁全体が大きくなる。
そこで、現在までは、冷凍能力が数ワットクラスの比較
的小型の冷凍機しか開発できていないのが実情である。
【０００７】そのため、従来の小型冷凍機を使用した空
気分離装置では、寒冷量が不足し、他の冷熱源として、
例えば膨脹タービン等を併用しなければならず、コスト
アップとなっていた。
気分離装置では、寒冷量が不足し、他の冷熱源として、
例えば膨脹タービン等を併用しなければならず、コスト
アップとなっていた。
【０００８】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、小型，長寿命の切替弁を有する冷凍機を用いる
ことにより、充分な寒冷量を得ることができるようにし
た深冷ガス分離装置の提供をその目的とする。
もので、小型，長寿命の切替弁を有する冷凍機を用いる
ことにより、充分な寒冷量を得ることができるようにし
た深冷ガス分離装置の提供をその目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、軸心を中心として回転する水平断面円形
の回転子と、この回転子を回転自在に内蔵するハウジン
グとからなり、上記回転子の外周面に複数のポートを設
けるとともに、ハウジングの内周面に、上記ポートに対
応する複数のポートを設け、上記回転子の回転により、
回転子の所定のポートとこれに対応する上記ハウジング
のポートとを合致させて両ポートを連通させる状態と、
上記合致を外して両ポートを非連通にする状態とに切り
替えるロータリー弁を用いた冷凍機を備え、この冷凍機
により得られる冷熱をガス分離の冷熱源とする深冷ガス
分離装置を第１の要旨とし、軸心を中心として回転する
水平断面円形の回転子と、この回転子を回転自在に内蔵
するハウジングとからなり、上記回転子の外周面に凹部
を設けるとともに、ハウジングの内周面に、上記凹部に
対応する複数のポートを設け、上記回転子の回転によ
り、回転子の凹部とこれに対応する上記ハウジングのポ
ートとを合致させて上記凹部とこれに対応するポートを
連通させる状態と、上記合致を外して上記凹部とこれに
対応するポートを非連通にする状態とに切り替えるロー
タリー弁を用いた冷凍機を備え、この冷凍機から得られ
る冷熱をガス分離の冷熱源とする深冷ガス分離装置を第
２の要旨とする。
め、本発明は、軸心を中心として回転する水平断面円形
の回転子と、この回転子を回転自在に内蔵するハウジン
グとからなり、上記回転子の外周面に複数のポートを設
けるとともに、ハウジングの内周面に、上記ポートに対
応する複数のポートを設け、上記回転子の回転により、
回転子の所定のポートとこれに対応する上記ハウジング
のポートとを合致させて両ポートを連通させる状態と、
上記合致を外して両ポートを非連通にする状態とに切り
替えるロータリー弁を用いた冷凍機を備え、この冷凍機
により得られる冷熱をガス分離の冷熱源とする深冷ガス
分離装置を第１の要旨とし、軸心を中心として回転する
水平断面円形の回転子と、この回転子を回転自在に内蔵
するハウジングとからなり、上記回転子の外周面に凹部
を設けるとともに、ハウジングの内周面に、上記凹部に
対応する複数のポートを設け、上記回転子の回転によ
り、回転子の凹部とこれに対応する上記ハウジングのポ
ートとを合致させて上記凹部とこれに対応するポートを
連通させる状態と、上記合致を外して上記凹部とこれに
対応するポートを非連通にする状態とに切り替えるロー
タリー弁を用いた冷凍機を備え、この冷凍機から得られ
る冷熱をガス分離の冷熱源とする深冷ガス分離装置を第
２の要旨とする。
【００１０】すなわち、本発明の第１の深冷ガス分離装
置は、冷凍機により得られる冷熱をガス分離の冷熱源と
する装置であり、上記冷凍機には、（軸心を中心として
回転する水平断面円形の）回転子の外周面および（回転
子を回転自在に内蔵する）ハウジングの内周面にそれぞ
れ複数のポートを設けたロータリー弁が用いられてい
る。このように、上記冷凍機は、複数のポートが軸心方
向に独立したロータリー弁を用いているため、ポート径
の拡大やポート数の増加による回転子の径の拡大は極小
となり、ロータリー弁の小型化，長寿命化が可能とな
る。その結果、上記冷凍機は、従来の電磁弁や平面シー
ル型ロータリー弁に比べて、大口径化，複数ポート化を
容易に行うことができ、大型化，大容量化，高効率化を
実現できるようになる。例えば、上記冷凍機によれば、
数百ワット以上の大型冷凍機を提供することができる。
むろん、従来の数ワットクラスの小型冷凍機にも適用は
可能である。そして、上記冷凍機を大型化，大容量化，
高効率化することにより、他の手段を用いることなく、
本発明の第１の深冷ガス分離装置の運転が可能となり、
コストダウンが図れる。また、本発明の第２の深冷ガス
分離装置も、これに用いる冷凍機が、本発明の第１の深
冷ガス分離装置に用いる冷凍機と同様の作用・効果を奏
する。このため、本発明の第２の深冷ガス分離装置も、
本発明の第１の深冷ガス分離装置と同様に、コストダウ
ンが図れる。このような、本発明の第１および第２の深
冷ガス分離装置に用いる冷凍機としては、パルスチュー
ブ冷凍機，ＧＭ冷凍機，ソルベイ冷凍機が挙げられる
が、これらに限定するものではなく、弁を切り替えるこ
とにより作動ガスを切り替える必要のある冷凍機であれ
ば、その種類を問わない。なお、本発明において、「水
平断面円形の回転子」とは、回転子を垂直に立てた場合
に回転子の水平断面形状が円形をしていることを指して
おり、また、回転子を水平に寝かせた場合には回転子の
垂直断面形状が円形をしていることを指している。
置は、冷凍機により得られる冷熱をガス分離の冷熱源と
する装置であり、上記冷凍機には、（軸心を中心として
回転する水平断面円形の）回転子の外周面および（回転
子を回転自在に内蔵する）ハウジングの内周面にそれぞ
れ複数のポートを設けたロータリー弁が用いられてい
る。このように、上記冷凍機は、複数のポートが軸心方
向に独立したロータリー弁を用いているため、ポート径
の拡大やポート数の増加による回転子の径の拡大は極小
となり、ロータリー弁の小型化，長寿命化が可能とな
る。その結果、上記冷凍機は、従来の電磁弁や平面シー
ル型ロータリー弁に比べて、大口径化，複数ポート化を
容易に行うことができ、大型化，大容量化，高効率化を
実現できるようになる。例えば、上記冷凍機によれば、
数百ワット以上の大型冷凍機を提供することができる。
むろん、従来の数ワットクラスの小型冷凍機にも適用は
可能である。そして、上記冷凍機を大型化，大容量化，
高効率化することにより、他の手段を用いることなく、
本発明の第１の深冷ガス分離装置の運転が可能となり、
コストダウンが図れる。また、本発明の第２の深冷ガス
分離装置も、これに用いる冷凍機が、本発明の第１の深
冷ガス分離装置に用いる冷凍機と同様の作用・効果を奏
する。このため、本発明の第２の深冷ガス分離装置も、
本発明の第１の深冷ガス分離装置と同様に、コストダウ
ンが図れる。このような、本発明の第１および第２の深
冷ガス分離装置に用いる冷凍機としては、パルスチュー
ブ冷凍機，ＧＭ冷凍機，ソルベイ冷凍機が挙げられる
が、これらに限定するものではなく、弁を切り替えるこ
とにより作動ガスを切り替える必要のある冷凍機であれ
ば、その種類を問わない。なお、本発明において、「水
平断面円形の回転子」とは、回転子を垂直に立てた場合
に回転子の水平断面形状が円形をしていることを指して
おり、また、回転子を水平に寝かせた場合には回転子の
垂直断面形状が円形をしていることを指している。
【００１１】本発明の深冷ガス分離装置に用いる冷凍機
のロータリー弁の構造，作用，効果を、図１に示すロー
タリー弁Ａを用いて詳しく説明する。このロータリー弁
Ａは、軸心を中心として回転する円柱形状の回転子１
と、この回転子１を回転自在に内蔵する円筒形状のハウ
ジング２と、上記回転子１を回動自在に軸支する２つの
軸受３，３と、上記回転子１を一方向に回転させるモー
タ４とを備えている。また、上記回転子１の外周面に８
つのポート５〜１２（これら８つのポート５〜１２のう
ち、両ポート５，６、両ポート７，８、両ポート９，１
０および両ポート１１，１２は連通路１３〜１６で連通
している）が形成されているとともに、上記各ポート５
〜１２に対応する上記ハウジング２の部分に６つのポー
ト１７〜２２（これら６つのポート１７〜２２のうち、
ポート１７はポート５に、ポート１８は両ポート６，９
に、ポート１９はポート１０に、ポート２０はポート７
に、ポート２１はポート１１に、ポート２２は両ポート
８，１２にそれぞれ対応している）が穿設されている。
そして、図１に示す状態では、両ポート５，１７、両ポ
ート６，１８、両ポート７，２０および両ポート８，２
２がそれぞれ連通しており、他のポート９〜１２，１
９，２１が非連通状態になっている。また、回転子１が
回転し、図２に示す状態になると、両ポート９，１８、
両ポート１０，１９、両ポート１１，２１および両ポー
ト１２，２２がそれぞれ連通しており、他のポート５〜
８，１７，２０が非連通状態になっている。また、回転
子１が回転し、図３に示す状態になると、各ポート１７
〜２２がすべて非連通状態になっている。
のロータリー弁の構造，作用，効果を、図１に示すロー
タリー弁Ａを用いて詳しく説明する。このロータリー弁
Ａは、軸心を中心として回転する円柱形状の回転子１
と、この回転子１を回転自在に内蔵する円筒形状のハウ
ジング２と、上記回転子１を回動自在に軸支する２つの
軸受３，３と、上記回転子１を一方向に回転させるモー
タ４とを備えている。また、上記回転子１の外周面に８
つのポート５〜１２（これら８つのポート５〜１２のう
ち、両ポート５，６、両ポート７，８、両ポート９，１
０および両ポート１１，１２は連通路１３〜１６で連通
している）が形成されているとともに、上記各ポート５
〜１２に対応する上記ハウジング２の部分に６つのポー
ト１７〜２２（これら６つのポート１７〜２２のうち、
ポート１７はポート５に、ポート１８は両ポート６，９
に、ポート１９はポート１０に、ポート２０はポート７
に、ポート２１はポート１１に、ポート２２は両ポート
８，１２にそれぞれ対応している）が穿設されている。
そして、図１に示す状態では、両ポート５，１７、両ポ
ート６，１８、両ポート７，２０および両ポート８，２
２がそれぞれ連通しており、他のポート９〜１２，１
９，２１が非連通状態になっている。また、回転子１が
回転し、図２に示す状態になると、両ポート９，１８、
両ポート１０，１９、両ポート１１，２１および両ポー
ト１２，２２がそれぞれ連通しており、他のポート５〜
８，１７，２０が非連通状態になっている。また、回転
子１が回転し、図３に示す状態になると、各ポート１７
〜２２がすべて非連通状態になっている。
【００１２】なお、回転子１は円筒形状（すなわち、中
空形状）でも円柱形状（すなわち、中実形状）でもよい
し、回転子１の回転は、モータ４以外の各種手段により
行うことができる。また、ポート５〜１２に代えて、凹
部（図７参照）を形成してもよいし、接続されるポート
５〜１２は隣接している必要はない。また、ハウジング
２に穿設するポート１７〜２２はハウジング２の同一側
面に位置していなくてもよい。また、軸受３を回転子１
の両端に設置しているが、回転子１の一端にだけ設置し
てもよいし、軸受３として、ころがり軸受だけでなく、
滑り軸受等の一般的な軸受を用いることができる。ま
た、モータ４として、反転自在型を用いてもよい。ま
た、モータ４の回転は一様であっても、断続的に変化し
てもよい。
空形状）でも円柱形状（すなわち、中実形状）でもよい
し、回転子１の回転は、モータ４以外の各種手段により
行うことができる。また、ポート５〜１２に代えて、凹
部（図７参照）を形成してもよいし、接続されるポート
５〜１２は隣接している必要はない。また、ハウジング
２に穿設するポート１７〜２２はハウジング２の同一側
面に位置していなくてもよい。また、軸受３を回転子１
の両端に設置しているが、回転子１の一端にだけ設置し
てもよいし、軸受３として、ころがり軸受だけでなく、
滑り軸受等の一般的な軸受を用いることができる。ま
た、モータ４として、反転自在型を用いてもよい。ま
た、モータ４の回転は一様であっても、断続的に変化し
てもよい。
【００１３】図４に示すパルスチューブ冷凍機１２１
は、図２４に示すパルスチューブ冷凍機において、４つ
の切替弁９３〜９６に代えて、１つのロータリー弁Ｂ
（図１に示すロータリー弁Ａと同様構造）を用いたもの
である。ただし、ロータリー弁Ｂは上記各切替弁９３〜
９６と同じ作用をする必要があるため、各ポート５〜１
２，１７〜２２の形状，個数等はロータリー弁Ａと異な
る。
は、図２４に示すパルスチューブ冷凍機において、４つ
の切替弁９３〜９６に代えて、１つのロータリー弁Ｂ
（図１に示すロータリー弁Ａと同様構造）を用いたもの
である。ただし、ロータリー弁Ｂは上記各切替弁９３〜
９６と同じ作用をする必要があるため、各ポート５〜１
２，１７〜２２の形状，個数等はロータリー弁Ａと異な
る。
【００１４】上記ロータリー弁Ａ，Ｂにおいて、回転子
１の径を小型化すると、断面積が小さくなるため、回転
子１に作用する圧力負荷の影響を極小とすることができ
る。また、回転子１の外径の周速度が減少するため、回
転子１とハウジング２の間にシール（図１〜図３では、
図示せず）を設置する場合に、このシールの摩擦による
発生トルクを減少させることができる。そして、圧力負
荷の減少およびシールの摩擦による発生トルクの減少に
より、モータ４の所要動力を減少させることができる。
その結果、小型で高速なモータ４を使用することができ
る。また、回転子１の周速度の減少により、（回転子１
とハウジング２の間に設置した）シールの長寿命化およ
び回転子１の高回転化を実現することができる。
１の径を小型化すると、断面積が小さくなるため、回転
子１に作用する圧力負荷の影響を極小とすることができ
る。また、回転子１の外径の周速度が減少するため、回
転子１とハウジング２の間にシール（図１〜図３では、
図示せず）を設置する場合に、このシールの摩擦による
発生トルクを減少させることができる。そして、圧力負
荷の減少およびシールの摩擦による発生トルクの減少に
より、モータ４の所要動力を減少させることができる。
その結果、小型で高速なモータ４を使用することができ
る。また、回転子１の周速度の減少により、（回転子１
とハウジング２の間に設置した）シールの長寿命化およ
び回転子１の高回転化を実現することができる。
【００１５】また、回転子１に作用する軸方向および半
径方向の荷重は軸受３により支受されるため、さらにモ
ータ４への負荷が減少し、モータ４の所要動力を極小に
することができる。また、回転子１が受ける圧力負荷
は、それを支受する軸受３により、さらに減少する。こ
れらは回転子１およびモータ４の小型化に寄与し、ロー
タリー弁Ａ，Ｂ全体を小さくすることができる。
径方向の荷重は軸受３により支受されるため、さらにモ
ータ４への負荷が減少し、モータ４の所要動力を極小に
することができる。また、回転子１が受ける圧力負荷
は、それを支受する軸受３により、さらに減少する。こ
れらは回転子１およびモータ４の小型化に寄与し、ロー
タリー弁Ａ，Ｂ全体を小さくすることができる。
【００１６】これらの構造的利点により、本発明の深冷
ガス分離装置に用いるロータリー弁は、ポート径の大径
化を容易に行うことができ、これに伴い作動ガスの大容
量化・運転周波数の高速化を容易に行うことができ、こ
れを用いた冷凍機の大型化を実現することができる。ま
た、本発明の深冷ガス分離装置に用いるロータリー弁
は、ポート数を容易に増加させることができるため、複
雑な位相制御装置にすることが容易に行え、これを用い
た冷凍機の高効率化を実現することができる。そして、
冷凍機を大型化することにより、他の手段を用いること
なく、空気分離装置の運転が可能となる。
ガス分離装置に用いるロータリー弁は、ポート径の大径
化を容易に行うことができ、これに伴い作動ガスの大容
量化・運転周波数の高速化を容易に行うことができ、こ
れを用いた冷凍機の大型化を実現することができる。ま
た、本発明の深冷ガス分離装置に用いるロータリー弁
は、ポート数を容易に増加させることができるため、複
雑な位相制御装置にすることが容易に行え、これを用い
た冷凍機の高効率化を実現することができる。そして、
冷凍機を大型化することにより、他の手段を用いること
なく、空気分離装置の運転が可能となる。
【００１７】図５に示す深冷ガス分離装置は、図４に示
すパルスチューブ冷凍機１２１を空気分離装置（単式精
留塔の窒素ガス発生装置）に組み込んだものであり、上
記パルスチューブ冷凍機１２１は原料空気の冷却に用い
られている。すなわち、原料空気圧縮機１２２で所定圧
力まで昇温された原料空気は水冷熱交換器１２３等で常
温近くまで冷却され、Ｈ2 Ｏ・ＣＯ2 除去装置１２４等
で空気中のＨ2 ＯやＣＯ2 を略完全に除去されたのち、
コールドボックス１２５に供給される。このコールドボ
ックス１２５内では、原料空気が主熱交換器１２６を通
りここで液化温度に冷却され、さらにパルスチューブ冷
凍機１２１の冷熱取出部１２７を通りここで原料空気の
液化量を増大させて精留塔１２８の下部に供給される。
上記パルスチューブ冷凍機１２１の冷却能力は、コール
ドボックス１２５が受ける大気からの侵入熱および主熱
交換器１２６の伝熱ロスおよび製品を液体で取り出す場
合は液化エネルギーとなる。
すパルスチューブ冷凍機１２１を空気分離装置（単式精
留塔の窒素ガス発生装置）に組み込んだものであり、上
記パルスチューブ冷凍機１２１は原料空気の冷却に用い
られている。すなわち、原料空気圧縮機１２２で所定圧
力まで昇温された原料空気は水冷熱交換器１２３等で常
温近くまで冷却され、Ｈ2 Ｏ・ＣＯ2 除去装置１２４等
で空気中のＨ2 ＯやＣＯ2 を略完全に除去されたのち、
コールドボックス１２５に供給される。このコールドボ
ックス１２５内では、原料空気が主熱交換器１２６を通
りここで液化温度に冷却され、さらにパルスチューブ冷
凍機１２１の冷熱取出部１２７を通りここで原料空気の
液化量を増大させて精留塔１２８の下部に供給される。
上記パルスチューブ冷凍機１２１の冷却能力は、コール
ドボックス１２５が受ける大気からの侵入熱および主熱
交換器１２６の伝熱ロスおよび製品を液体で取り出す場
合は液化エネルギーとなる。
【００１８】上記精留塔１２８の下部に供給された原料
空気のうち、ガス状の空気は精留塔１２８内を上昇し、
液体空気は精留塔１２８の底部に溜められたのち精留塔
１２８の上方に位置するコンデンサー１２９の冷媒とし
て供給される。このコンデンサー１２９では、精留塔１
２８の上部のＮ2 ガスを液化させ還流液として精留塔１
２８の上部に戻している。この還流液と上昇ガスにより
精留させＮ2 ガスを空気から分離させて精留塔１２８の
上部から取り出し、主熱交換器１２６で冷熱を回収した
のち製品窒素ガスとして取り出すようにしている。図に
おいて、１３０は膨脹弁で、１３１は排ガス取出路であ
る。
空気のうち、ガス状の空気は精留塔１２８内を上昇し、
液体空気は精留塔１２８の底部に溜められたのち精留塔
１２８の上方に位置するコンデンサー１２９の冷媒とし
て供給される。このコンデンサー１２９では、精留塔１
２８の上部のＮ2 ガスを液化させ還流液として精留塔１
２８の上部に戻している。この還流液と上昇ガスにより
精留させＮ2 ガスを空気から分離させて精留塔１２８の
上部から取り出し、主熱交換器１２６で冷熱を回収した
のち製品窒素ガスとして取り出すようにしている。図に
おいて、１３０は膨脹弁で、１３１は排ガス取出路であ
る。
【００１９】この空気分離装置では、図４に示すパルス
チューブ冷凍機１２１を原料空気の冷却に用いている
（主熱交換器１２６を出た原料空気の全量もしくは一部
をパルスチューブ冷凍機１２１で冷却している）が、こ
れに限定するものではなく、製品窒素ガス，排ガス，精
留塔１２８内部のガスや液体空気等を冷却してもよい。
また、主熱交換器１２６入口の原料空気，主熱交換器１
２６出口の製品窒素ガスや排ガスを冷却して液化し、そ
の液化ガスをコールドボックス１２５内の低温部に供給
してもよい。また、パルスチューブ冷凍機１２１の冷熱
量が不足する場合には、装置外部から液体窒素や液体酸
素等を供給し、冷熱不足分を補うようにしてもよい。
チューブ冷凍機１２１を原料空気の冷却に用いている
（主熱交換器１２６を出た原料空気の全量もしくは一部
をパルスチューブ冷凍機１２１で冷却している）が、こ
れに限定するものではなく、製品窒素ガス，排ガス，精
留塔１２８内部のガスや液体空気等を冷却してもよい。
また、主熱交換器１２６入口の原料空気，主熱交換器１
２６出口の製品窒素ガスや排ガスを冷却して液化し、そ
の液化ガスをコールドボックス１２５内の低温部に供給
してもよい。また、パルスチューブ冷凍機１２１の冷熱
量が不足する場合には、装置外部から液体窒素や液体酸
素等を供給し、冷熱不足分を補うようにしてもよい。
【００２０】また、図５に示す深冷ガス分離装置では、
空気分離装置は単式精留塔の窒素ガス発生装置である
が、一般的な複式精留塔の窒素ガス発生装置でもよい。
また、図５に示す深冷ガス分離装置は、図４に示すパル
スチューブ冷凍機１２１を空気分離装置に組み込んだも
のであるが、空気分離以外でも、混合ガスの分離方法が
深冷ガス分離であれば、各種の混合ガスの分離にも利用
できる。
空気分離装置は単式精留塔の窒素ガス発生装置である
が、一般的な複式精留塔の窒素ガス発生装置でもよい。
また、図５に示す深冷ガス分離装置は、図４に示すパル
スチューブ冷凍機１２１を空気分離装置に組み込んだも
のであるが、空気分離以外でも、混合ガスの分離方法が
深冷ガス分離であれば、各種の混合ガスの分離にも利用
できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を図
面にもとづいて詳しく説明する。
面にもとづいて詳しく説明する。
【００２２】図６は本発明の深冷ガス分離装置に用いる
パルスチューブ冷凍機の一実施の形態を示している。こ
の実施の形態では、図２４に示すパルスチューブ冷凍機
において、各切替弁として、ロータリー弁Ｃを用いてい
る。これ以外の部分は図２４に示すパルスチューブ冷凍
機と同様であり、同様の部分は同じ符号を付している。
パルスチューブ冷凍機の一実施の形態を示している。こ
の実施の形態では、図２４に示すパルスチューブ冷凍機
において、各切替弁として、ロータリー弁Ｃを用いてい
る。これ以外の部分は図２４に示すパルスチューブ冷凍
機と同様であり、同様の部分は同じ符号を付している。
【００２３】上記ロータリー弁Ｃは、上記ロータリー弁
Ａにおいて、円柱形状の回転子１の外周面に１つの凹部
２５（図７参照）が形成されているとともに、円筒形状
のハウジング２の一側面（図面では、左側面）に、上記
凹部２５に連通する２つのポート２６，２７（図８参
照）が穿設されている。そして、回転子１が回転し、図
８に示す状態になると、凹部２５と両ポート２６，２７
とが連通し作動ガスが流通するようになる。また、この
状態から回転子１が回転し、図９に示す状態になると、
凹部２５と両ポート２６，２７とが非連通状態となり作
動ガスが流通しなくなる。なお、この実施の形態では、
全ての切替弁にロータリー弁Ｃを用いているが、これに
限定するものではなく、１つの切替弁にだけロータリー
弁Ｃを用いるようにしてもよい。
Ａにおいて、円柱形状の回転子１の外周面に１つの凹部
２５（図７参照）が形成されているとともに、円筒形状
のハウジング２の一側面（図面では、左側面）に、上記
凹部２５に連通する２つのポート２６，２７（図８参
照）が穿設されている。そして、回転子１が回転し、図
８に示す状態になると、凹部２５と両ポート２６，２７
とが連通し作動ガスが流通するようになる。また、この
状態から回転子１が回転し、図９に示す状態になると、
凹部２５と両ポート２６，２７とが非連通状態となり作
動ガスが流通しなくなる。なお、この実施の形態では、
全ての切替弁にロータリー弁Ｃを用いているが、これに
限定するものではなく、１つの切替弁にだけロータリー
弁Ｃを用いるようにしてもよい。
【００２４】上記実施の形態では、ロータリー弁Ｃの凹
部２５の軸心方向長さの拡大や個数の増加による回転子
１の径の拡大は極小となり、ロータリー弁Ｃの小型化，
長寿命化が可能となる。このため、冷凍機の大型化，大
容量化，高効率化が可能となる。
部２５の軸心方向長さの拡大や個数の増加による回転子
１の径の拡大は極小となり、ロータリー弁Ｃの小型化，
長寿命化が可能となる。このため、冷凍機の大型化，大
容量化，高効率化が可能となる。
【００２５】図１０は上記ロータリー弁Ｃに用いる回転
子１の変形例を示している。この例では、回転子１の外
周面のうち、上記ハウジング２の両ポート２６，２７に
対応する部分に２つのポート２８，２９が形成されてお
り、両ポート２８，２９が連通路３０で連通している
（図１１参照）。この例でも、上記実施の形態と同様の
作用，効果を奏する。
子１の変形例を示している。この例では、回転子１の外
周面のうち、上記ハウジング２の両ポート２６，２７に
対応する部分に２つのポート２８，２９が形成されてお
り、両ポート２８，２９が連通路３０で連通している
（図１１参照）。この例でも、上記実施の形態と同様の
作用，効果を奏する。
【００２６】図１２は本発明の深冷ガス分離装置に用い
るパルスチューブ冷凍機の他の実施の形態を示してい
る。この実施の形態では、図２４に示すパルスチューブ
冷凍機において、切替弁９３，９４に代えて、および切
替弁９５，９６に代えて、ロータリー弁Ｄを用いてい
る。これ以外の部分は図２４に示すパルスチューブ冷凍
機と同様であり、同様の部分は同じ符号を付している。
るパルスチューブ冷凍機の他の実施の形態を示してい
る。この実施の形態では、図２４に示すパルスチューブ
冷凍機において、切替弁９３，９４に代えて、および切
替弁９５，９６に代えて、ロータリー弁Ｄを用いてい
る。これ以外の部分は図２４に示すパルスチューブ冷凍
機と同様であり、同様の部分は同じ符号を付している。
【００２７】上記ロータリー弁Ｄは、上記ロータリー弁
Ａにおいて、回転子１の外周面の一側面（図面では、左
側面）に１つの凹部３２が形成されており、他側面（図
面では、右側面）に１つの凹部３３が形成されている
（図１３参照）。また、ハウジング２の一側面（図面で
は、左側面）に、上記凹部３２に連通する２つのポート
３４，３５が穿設されているとともに、上記凹部３３に
連通する２つのポート３５，３６が穿設されている（図
１４参照）。そして、回転子１が回転し、図１４に示す
状態になると、凹部３２と両ポート３４，３５とが連通
し作動ガスが流通するようになる。このとき、凹部３３
と両ポート３５，３６とは非連通状態となり作動ガスが
流通しなくなる。また、この状態から回転子１が回転
し、図１５に示す状態になると、凹部３３と両ポート３
５，３６とが連通し作動ガスが流通するようになる。こ
のとき、凹部３２と両ポート３４，３５とは非連通状態
となり作動ガスが流通しなくなる。なお、この実施の形
態では、２つのロータリー弁Ｄを用いているが、これに
限定するものではなく、切替弁９３，９４に代えてもし
くは切替弁９５，９６に代えて、１つのロータリー弁Ｄ
を用いるようにしてもよい。この実施の形態でも、上記
ロータリー弁Ａと同様の作用，効果を奏する。
Ａにおいて、回転子１の外周面の一側面（図面では、左
側面）に１つの凹部３２が形成されており、他側面（図
面では、右側面）に１つの凹部３３が形成されている
（図１３参照）。また、ハウジング２の一側面（図面で
は、左側面）に、上記凹部３２に連通する２つのポート
３４，３５が穿設されているとともに、上記凹部３３に
連通する２つのポート３５，３６が穿設されている（図
１４参照）。そして、回転子１が回転し、図１４に示す
状態になると、凹部３２と両ポート３４，３５とが連通
し作動ガスが流通するようになる。このとき、凹部３３
と両ポート３５，３６とは非連通状態となり作動ガスが
流通しなくなる。また、この状態から回転子１が回転
し、図１５に示す状態になると、凹部３３と両ポート３
５，３６とが連通し作動ガスが流通するようになる。こ
のとき、凹部３２と両ポート３４，３５とは非連通状態
となり作動ガスが流通しなくなる。なお、この実施の形
態では、２つのロータリー弁Ｄを用いているが、これに
限定するものではなく、切替弁９３，９４に代えてもし
くは切替弁９５，９６に代えて、１つのロータリー弁Ｄ
を用いるようにしてもよい。この実施の形態でも、上記
ロータリー弁Ａと同様の作用，効果を奏する。
【００２８】図１６はロータリー弁Ｅに用いる回転子１
を示している。この回転子１は、その外周面の一側面
（図面では、左側面）に１つの凹部３８が形成されてお
り、他側面（図面では、右側面）に１つの凹部３９が形
成されている。また、上記ロータリー弁Ｅを構成するハ
ウジング２の一側面（図面では、左側面）に、上記凹部
３８に連通する２つのポート４０，４１（図１７参照）
が穿設されているとともに、上記凹部３９に連通する２
つのポート４２，４３（図１８参照）が穿設されてい
る。このロータリー弁Ｅを用いた場合にも、上記ロータ
リー弁Ｄを用いた場合と同様の作用，効果を奏する。
を示している。この回転子１は、その外周面の一側面
（図面では、左側面）に１つの凹部３８が形成されてお
り、他側面（図面では、右側面）に１つの凹部３９が形
成されている。また、上記ロータリー弁Ｅを構成するハ
ウジング２の一側面（図面では、左側面）に、上記凹部
３８に連通する２つのポート４０，４１（図１７参照）
が穿設されているとともに、上記凹部３９に連通する２
つのポート４２，４３（図１８参照）が穿設されてい
る。このロータリー弁Ｅを用いた場合にも、上記ロータ
リー弁Ｄを用いた場合と同様の作用，効果を奏する。
【００２９】図１９は本発明の深冷ガス分離装置に用い
るパルスチューブ冷凍機のさらに他の実施の形態を示し
ている。この実施の形態では、図２４に示すパルスチュ
ーブ冷凍機において、４つの切替弁９３〜９６に代え
て、１つのロータリー弁Ｆを用いている（すなわち、図
４に示すパルスチューブ冷凍機と同様の構造をしてい
る）。図において、５１はコンプレッサーで、５２は蓄
冷器で、５３はパルスチューブで、５４は高圧側バッフ
ァタンクで、５５が低圧側バッファタンクである。ま
た、５６はコンプレッサー５１の低圧側とロータリー弁
Ｆのポート７５とを連通するパイプで、５７はコンプレ
ッサー５１の高圧側とロータリー弁Ｆのポート７７とを
連通するパイプで、５８は高圧側バッファタンク５４と
ロータリー弁Ｆのポート７８とを連通するパイプで、５
９は低圧側バッファタンク５５とロータリー弁Ｆのポー
ト８０とを連通するパイプである。
るパルスチューブ冷凍機のさらに他の実施の形態を示し
ている。この実施の形態では、図２４に示すパルスチュ
ーブ冷凍機において、４つの切替弁９３〜９６に代え
て、１つのロータリー弁Ｆを用いている（すなわち、図
４に示すパルスチューブ冷凍機と同様の構造をしてい
る）。図において、５１はコンプレッサーで、５２は蓄
冷器で、５３はパルスチューブで、５４は高圧側バッフ
ァタンクで、５５が低圧側バッファタンクである。ま
た、５６はコンプレッサー５１の低圧側とロータリー弁
Ｆのポート７５とを連通するパイプで、５７はコンプレ
ッサー５１の高圧側とロータリー弁Ｆのポート７７とを
連通するパイプで、５８は高圧側バッファタンク５４と
ロータリー弁Ｆのポート７８とを連通するパイプで、５
９は低圧側バッファタンク５５とロータリー弁Ｆのポー
ト８０とを連通するパイプである。
【００３０】上記ロータリー弁Ｆは、図２０に示すよう
に、モータ（図示せず）により一方向に回転する回転子
（弁体）６１と、この回転子６１を回転自在に内蔵する
ハウジング６２とを備えている。図において、６１ａは
回転子６１に形成された連結軸部であり、ハウジング６
２の一端面（図面では、右端面）から突出してモータに
連結している。６３は回転子６１を回転自在に支受する
軸受で、６４はＯリングで、６５，６６は蓋部である。
に、モータ（図示せず）により一方向に回転する回転子
（弁体）６１と、この回転子６１を回転自在に内蔵する
ハウジング６２とを備えている。図において、６１ａは
回転子６１に形成された連結軸部であり、ハウジング６
２の一端面（図面では、右端面）から突出してモータに
連結している。６３は回転子６１を回転自在に支受する
軸受で、６４はＯリングで、６５，６６は蓋部である。
【００３１】上記回転子６１には、その外周面に４つの
凹部７１〜７４が形成されている。また、上記ハウジン
グ６２には、その外周面に、上記ハウジング６２の長手
方向に沿って一列に並ぶ６つのポート７５〜８０が穿設
されており、これら各ポート７５〜８０が回転子６１の
各凹部７１〜７４に対応している。すなわち、回転子６
１の凹部７１はハウジング６２の両ポート７６，７７
に、凹部７２は両ポート７５，７６に、凹部７３は両ポ
ート７８，７９に、凹部７４は両ポート７９，８０にそ
れぞれ対応している。また、上記ハウジング６２のポー
ト７６は蓄冷器５２に連通しており、ポート７９はパル
スチューブ５３に連通している。
凹部７１〜７４が形成されている。また、上記ハウジン
グ６２には、その外周面に、上記ハウジング６２の長手
方向に沿って一列に並ぶ６つのポート７５〜８０が穿設
されており、これら各ポート７５〜８０が回転子６１の
各凹部７１〜７４に対応している。すなわち、回転子６
１の凹部７１はハウジング６２の両ポート７６，７７
に、凹部７２は両ポート７５，７６に、凹部７３は両ポ
ート７８，７９に、凹部７４は両ポート７９，８０にそ
れぞれ対応している。また、上記ハウジング６２のポー
ト７６は蓄冷器５２に連通しており、ポート７９はパル
スチューブ５３に連通している。
【００３２】このようなパルスチューブ冷凍機の作動の
概略を説明する。まず、モータの回転により、上記ハウ
ジング６２の各ポート７５〜７７を非連通状態にすると
ともに、両ポート７９，８０を非連通状態にする。この
とき、パルスチューブ５３内はコンプレッサー５１の低
圧側と同一圧力となっている。つぎに、回転子６１の凹
部７３を介して両ポート７８，７９を連通させると（図
２１参照）、高圧側バッファタンク５４内の高圧冷媒ガ
スがパルスチューブ５３の熱端に流れ込み、パルスチュ
ーブ５３内のガス圧は高圧側バッファタンク５４の圧力
近くまで上昇する。
概略を説明する。まず、モータの回転により、上記ハウ
ジング６２の各ポート７５〜７７を非連通状態にすると
ともに、両ポート７９，８０を非連通状態にする。この
とき、パルスチューブ５３内はコンプレッサー５１の低
圧側と同一圧力となっている。つぎに、回転子６１の凹
部７３を介して両ポート７８，７９を連通させると（図
２１参照）、高圧側バッファタンク５４内の高圧冷媒ガ
スがパルスチューブ５３の熱端に流れ込み、パルスチュ
ーブ５３内のガス圧は高圧側バッファタンク５４の圧力
近くまで上昇する。
【００３３】つぎに、回転子６１の凹部７１を介して両
ポート７６，７７を連通させると（図２０参照）、コン
プレッサー５１の高圧側から高圧冷媒ガスが供給されて
パルスチューブ５３の冷端に流入する。このとき、高圧
冷媒ガスの流入圧力（コンプレッサー５１の高圧側の圧
力）が高圧側バッファタンク５４の圧力よりやや高く設
定されており、パルスチューブ５３の熱端に流れ込んだ
高圧冷媒ガスはただちに高圧側バッファタンク５４内に
戻される。
ポート７６，７７を連通させると（図２０参照）、コン
プレッサー５１の高圧側から高圧冷媒ガスが供給されて
パルスチューブ５３の冷端に流入する。このとき、高圧
冷媒ガスの流入圧力（コンプレッサー５１の高圧側の圧
力）が高圧側バッファタンク５４の圧力よりやや高く設
定されており、パルスチューブ５３の熱端に流れ込んだ
高圧冷媒ガスはただちに高圧側バッファタンク５４内に
戻される。
【００３４】つぎに、両ポート７６，７７および両ポー
ト７８，７９を非連通状態にしたのちに、回転子６１の
凹部７４を介して両ポート７９，８０を連通させると
（図２２参照）、パルスチューブ５３の熱端の冷媒ガス
が低圧側バッファタンク５５に流入する（戻る）ため、
パルスチューブ５３内の圧力が低圧側バッファタンク５
５の圧力まで低下する。すなわち、パルスチューブ５３
内の高圧冷媒ガスは低圧側バッファタンク５５の圧力ま
で膨脹し、温度降下してパルスチューブ５３の冷端側を
冷却する。
ト７８，７９を非連通状態にしたのちに、回転子６１の
凹部７４を介して両ポート７９，８０を連通させると
（図２２参照）、パルスチューブ５３の熱端の冷媒ガス
が低圧側バッファタンク５５に流入する（戻る）ため、
パルスチューブ５３内の圧力が低圧側バッファタンク５
５の圧力まで低下する。すなわち、パルスチューブ５３
内の高圧冷媒ガスは低圧側バッファタンク５５の圧力ま
で膨脹し、温度降下してパルスチューブ５３の冷端側を
冷却する。
【００３５】つぎに、回転子６１の凹部７２を介して両
ポート７５，７６を連通させると（図２３参照）、パル
スチューブ５３内で膨脹した冷媒ガスがコンプレッサー
５１の低圧側に排出されるとともに、低圧側バッファタ
ンク５５の低圧冷媒ガスがパルスチューブ５３内に流入
する。
ポート７５，７６を連通させると（図２３参照）、パル
スチューブ５３内で膨脹した冷媒ガスがコンプレッサー
５１の低圧側に排出されるとともに、低圧側バッファタ
ンク５５の低圧冷媒ガスがパルスチューブ５３内に流入
する。
【００３６】こうして１サイクルが終わり、ついで新た
に１サイクルが始まる。このように循環してワークする
ので、高圧冷媒ガスは、不断に膨脹して低圧となる。
に１サイクルが始まる。このように循環してワークする
ので、高圧冷媒ガスは、不断に膨脹して低圧となる。
【００３７】なお、上記各実施の形態に用いるパルスチ
ューブ冷凍機としては、密閉系のものでもよいし、開放
系のものでもよい。また、蓄冷材を持つものでもよい
し、蓄冷材を持たないものでもよい。また、間接冷却方
式のものでもよいし、直接冷却方式のものでもよい。
ューブ冷凍機としては、密閉系のものでもよいし、開放
系のものでもよい。また、蓄冷材を持つものでもよい
し、蓄冷材を持たないものでもよい。また、間接冷却方
式のものでもよいし、直接冷却方式のものでもよい。
【００３８】
【発明の効果】以上のように、本発明の第１の深冷ガス
分離装置は、冷凍機により得られる冷熱をガス分離の冷
熱源とする装置であり、上記冷凍機には、（軸心を中心
として回転する水平断面円形の）回転子の外周面および
（回転子を回転自在に内蔵する）ハウジングの内周面に
それぞれ複数のポートを設けたロータリー弁が用いられ
ている。このように、上記冷凍機は、複数のポートが軸
心方向に独立したロータリー弁を用いているため、ポー
ト径の拡大やポート数の増加による回転子の径の拡大は
極小となり、ロータリー弁の小型化，長寿命化が可能と
なる。その結果、上記冷凍機は、従来の電磁弁や平面シ
ール型ロータリー弁に比べて、大口径化，複数ポート化
を容易に行うことができ、大型化，大容量化，高効率化
を実現できるようになる。例えば、上記冷凍機によれ
ば、数百ワット以上の大型冷凍機を提供することができ
る。むろん、従来の数ワットクラスの小型冷凍機にも適
用は可能である。そして、上記冷凍機を大型化，大容量
化，高効率化することにより、他の手段を用いることな
く、本発明の第１の深冷ガス分離装置の運転が可能とな
り、コストダウンが図れる。また、本発明の第２の深冷
ガス分離装置も、これに用いる冷凍機が、本発明の第１
の深冷ガス分離装置に用いる冷凍機と同様の作用・効果
を奏する。このため、本発明の第２の深冷ガス分離装置
も、本発明の第１の深冷ガス分離装置と同様に、コスト
ダウンが図れる。
分離装置は、冷凍機により得られる冷熱をガス分離の冷
熱源とする装置であり、上記冷凍機には、（軸心を中心
として回転する水平断面円形の）回転子の外周面および
（回転子を回転自在に内蔵する）ハウジングの内周面に
それぞれ複数のポートを設けたロータリー弁が用いられ
ている。このように、上記冷凍機は、複数のポートが軸
心方向に独立したロータリー弁を用いているため、ポー
ト径の拡大やポート数の増加による回転子の径の拡大は
極小となり、ロータリー弁の小型化，長寿命化が可能と
なる。その結果、上記冷凍機は、従来の電磁弁や平面シ
ール型ロータリー弁に比べて、大口径化，複数ポート化
を容易に行うことができ、大型化，大容量化，高効率化
を実現できるようになる。例えば、上記冷凍機によれ
ば、数百ワット以上の大型冷凍機を提供することができ
る。むろん、従来の数ワットクラスの小型冷凍機にも適
用は可能である。そして、上記冷凍機を大型化，大容量
化，高効率化することにより、他の手段を用いることな
く、本発明の第１の深冷ガス分離装置の運転が可能とな
り、コストダウンが図れる。また、本発明の第２の深冷
ガス分離装置も、これに用いる冷凍機が、本発明の第１
の深冷ガス分離装置に用いる冷凍機と同様の作用・効果
を奏する。このため、本発明の第２の深冷ガス分離装置
も、本発明の第１の深冷ガス分離装置と同様に、コスト
ダウンが図れる。
【図１】本発明の深冷ガス分離装置に用いるロータリー
弁の構造説明図である。
弁の構造説明図である。
【図２】上記ロータリー弁の作用の説明図である。
【図３】上記ロータリー弁の作用の説明図である。
【図４】ロータリー弁を用いたパルスチューブ冷凍機の
説明図である。
説明図である。
【図５】上記深冷ガス分離装置の説明図である。
【図６】本発明の深冷ガス分離装置に用いる冷凍機の一
実施の形態を示す説明図である。
実施の形態を示す説明図である。
【図７】ロータリー弁に用いる回転子の斜視図である。
【図８】上記ロータリー弁の作用を示す説明図である。
【図９】上記ロータリー弁の作用を示す説明図である。
【図１０】上記回転子の変形例を示す斜視図である。
【図１１】上記回転子を用いたロータリー弁の構造説明
図である。
図である。
【図１２】本発明の深冷ガス分離装置に用いる冷凍機の
他の実施の形態を示す説明図である。
他の実施の形態を示す説明図である。
【図１３】ロータリー弁に用いる回転子の斜視図であ
る。
る。
【図１４】上記ロータリー弁の作用を示す説明図であ
る。
る。
【図１５】上記ロータリー弁の作用を示す説明図であ
る。
る。
【図１６】上記回転子の変形例を示す斜視図である。
【図１７】上記回転子を用いたロータリー弁の構造説明
図である。
図である。
【図１８】上記回転子を用いたロータリー弁の構造説明
図である。
図である。
【図１９】本発明の深冷ガス分離装置に用いる冷凍機の
さらに他の実施の形態を示す説明図である。
さらに他の実施の形態を示す説明図である。
【図２０】ロータリー弁の断面図である。
【図２１】上記ロータリー弁の作用を示す説明図であ
る。
る。
【図２２】上記ロータリー弁の作用を示す説明図であ
る。
る。
【図２３】上記ロータリー弁の作用を示す説明図であ
る。
る。
【図２４】従来例のパルスチューブ冷凍機を示す説明図
である。
である。
【図２５】平面シール型ロータリー弁を示す説明図であ
る。
る。
【図２６】上記平面シール型ロータリー弁の作用示す説
明図である。
明図である。
１２１ 冷凍機 Ｂ ロータリー弁
Claims (7)
- 【請求項１】 軸心を中心として回転する水平断面円形
の回転子と、この回転子を回転自在に内蔵するハウジン
グとからなり、上記回転子の外周面に複数のポートを設
けるとともに、ハウジングの内周面に、上記ポートに対
応する複数のポートを設け、上記回転子の回転により、
回転子の所定のポートとこれに対応する上記ハウジング
のポートとを合致させて両ポートを連通させる状態と、
上記合致を外して両ポートを非連通にする状態とに切り
替えるロータリー弁を用いた冷凍機を備え、この冷凍機
により得られる冷熱をガス分離の冷熱源とすることを特
徴とする深冷ガス分離装置。 - 【請求項２】 軸心を中心として回転する水平断面円形
の回転子と、この回転子を回転自在に内蔵するハウジン
グとからなり、上記回転子の外周面に凹部を設けるとと
もに、ハウジングの内周面に、上記凹部に対応する複数
のポートを設け、上記回転子の回転により、回転子の凹
部とこれに対応する上記ハウジングのポートとを合致さ
せて上記凹部とこれに対応するポートを連通させる状態
と、上記合致を外して上記凹部とこれに対応するポート
を非連通にする状態とに切り替えるロータリー弁を用い
た冷凍機を備え、この冷凍機から得られる冷熱をガス分
離の冷熱源とすることを特徴とする深冷ガス分離装置。 - 【請求項３】 ガスが空気である請求項１または２記載
の深冷ガス分離装置。 - 【請求項４】 冷凍機がＨｅ冷凍機である請求項１〜３
のいずれか一項に記載の深冷ガス分離装置。 - 【請求項５】 Ｈｅ冷凍機がパルスチューブ冷凍機であ
る請求項４記載の深冷ガス分離装置。 - 【請求項６】 Ｈｅ冷凍機がＧＭ冷凍機である請求項４
記載の深冷ガス分離装置。 - 【請求項７】 Ｈｅ冷凍機がソルベイ冷凍機である請求
項４記載の深冷ガス分離装置。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27024599A JP3584186B2 (ja) | 1999-09-24 | 1999-09-24 | 深冷ガス分離装置 |
| KR1020000055114A KR100647965B1 (ko) | 1999-09-24 | 2000-09-20 | 극저온가스 분리장치 |
| ES00120673T ES2273642T3 (es) | 1999-09-24 | 2000-09-21 | Refrigerador para sistema de separacion de gas criogenico. |
| EP00120673A EP1087195B1 (en) | 1999-09-24 | 2000-09-21 | Refrigerator for cryogenic gas separation system |
| AT00120673T ATE346271T1 (de) | 1999-09-24 | 2000-09-21 | Kühlgerät für tieftemperaturgastrennunganlage |
| TW089119550A TW477891B (en) | 1999-09-24 | 2000-09-21 | Cryogenic gas separation system |
| DE60031931T DE60031931T2 (de) | 1999-09-24 | 2000-09-21 | Kühlgerät für Tieftemperaturgastrennunganlage |
| CNB001288598A CN1158514C (zh) | 1999-09-24 | 2000-09-23 | 低温气体分离装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27024599A JP3584186B2 (ja) | 1999-09-24 | 1999-09-24 | 深冷ガス分離装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001091079A true JP2001091079A (ja) | 2001-04-06 |
| JP3584186B2 JP3584186B2 (ja) | 2004-11-04 |
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ID=17483579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27024599A Expired - Fee Related JP3584186B2 (ja) | 1999-09-24 | 1999-09-24 | 深冷ガス分離装置 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3584186B2 (ja) |
| KR (1) | KR100647965B1 (ja) |
| CN (1) | CN1158514C (ja) |
| AT (1) | ATE346271T1 (ja) |
| DE (1) | DE60031931T2 (ja) |
| ES (1) | ES2273642T3 (ja) |
| TW (1) | TW477891B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003028528A (ja) * | 2001-07-16 | 2003-01-29 | Sanyo Electric Co Ltd | 極低温冷凍装置 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5609925A (en) * | 1995-12-04 | 1997-03-11 | Dow Corning Corporation | Curing hydrogen silsesquioxane resin with an electron beam |
| US6269658B1 (en) * | 2000-06-28 | 2001-08-07 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic rectification system with pulse tube refrigeration |
| GB2383117B (en) * | 2001-12-11 | 2005-06-15 | Oxford Magnet Tech | Pulse tube refrigerator |
| JP6767291B2 (ja) * | 2017-03-13 | 2020-10-14 | 住友重機械工業株式会社 | 極低温冷凍機 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2155925B1 (ja) * | 1971-10-15 | 1974-05-31 | Bertin & Cie | |
| JPS5986871A (ja) * | 1982-11-10 | 1984-05-19 | 株式会社日立製作所 | 冷凍装置用膨脹機 |
| JPH0668422B2 (ja) * | 1986-02-25 | 1994-08-31 | 岩谷産業株式会社 | 冷凍機 |
| JPH08303887A (ja) * | 1995-05-12 | 1996-11-22 | Aisin Seiki Co Ltd | パルス管冷凍機の高低圧切替え機構 |
| JPH0933124A (ja) * | 1995-05-12 | 1997-02-07 | Aisin Seiki Co Ltd | 多段型パルス管冷凍機 |
| US5901737A (en) * | 1996-06-24 | 1999-05-11 | Yaron; Ran | Rotary valve having a fluid bearing |
| FR2751060B1 (fr) * | 1996-07-09 | 1998-09-25 | Air Liquide | Procede et installation de distillation cryogenique d'un melange gazeux |
| JP2877094B2 (ja) * | 1996-09-13 | 1999-03-31 | ダイキン工業株式会社 | 極低温冷凍機及びその制御方法 |
| JP3163024B2 (ja) * | 1997-01-14 | 2001-05-08 | エア・ウォーター株式会社 | 空気分離装置 |
| US6269658B1 (en) * | 2000-06-28 | 2001-08-07 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic rectification system with pulse tube refrigeration |
-
1999
- 1999-09-24 JP JP27024599A patent/JP3584186B2/ja not_active Expired - Fee Related
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2000
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- 2000-09-21 AT AT00120673T patent/ATE346271T1/de not_active IP Right Cessation
- 2000-09-21 ES ES00120673T patent/ES2273642T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2000-09-21 EP EP00120673A patent/EP1087195B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2000-09-21 TW TW089119550A patent/TW477891B/zh not_active IP Right Cessation
- 2000-09-21 DE DE60031931T patent/DE60031931T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-09-23 CN CNB001288598A patent/CN1158514C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003028528A (ja) * | 2001-07-16 | 2003-01-29 | Sanyo Electric Co Ltd | 極低温冷凍装置 |
| JP4601215B2 (ja) * | 2001-07-16 | 2010-12-22 | 三洋電機株式会社 | 極低温冷凍装置 |
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