JP2003097859A - 寒冷発生方法及び装置 - Google Patents
寒冷発生方法及び装置Info
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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- F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 液体窒素の蒸発によって寒冷流を発生する従
来のプロセスよりもエネルギー効率および装置面で優れ
た寒冷発生方法及び装置を提供する。 【解決手段】 準大気圧で液体窒素を蒸発させ、蒸発窒
素を加温及び圧縮して寒冷流を発生する方法と装置。液
体窒素の膨張又は絞りを行う膨張弁（２）と、膨張窒素
を受け入れて寒冷流を負荷へ供給する容器（３）と、蒸
発窒素の加温を行う熱交換器（５’）と、蒸発窒素の圧
縮を行う圧縮機（６’）とを有する。蒸発窒素を先に圧
縮し、その後に加温する。蒸発窒素の圧縮は好ましくは
単数又は複数のいわゆるコールド圧縮機を利用して行
う。
来のプロセスよりもエネルギー効率および装置面で優れ
た寒冷発生方法及び装置を提供する。 【解決手段】 準大気圧で液体窒素を蒸発させ、蒸発窒
素を加温及び圧縮して寒冷流を発生する方法と装置。液
体窒素の膨張又は絞りを行う膨張弁（２）と、膨張窒素
を受け入れて寒冷流を負荷へ供給する容器（３）と、蒸
発窒素の加温を行う熱交換器（５’）と、蒸発窒素の圧
縮を行う圧縮機（６’）とを有する。蒸発窒素を先に圧
縮し、その後に加温する。蒸発窒素の圧縮は好ましくは
単数又は複数のいわゆるコールド圧縮機を利用して行
う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、準大気圧で液体窒
素を蒸発させ、この蒸発窒素を加温及び圧縮することに
よって寒冷流を発生する方法に関する。
素を蒸発させ、この蒸発窒素を加温及び圧縮することに
よって寒冷流を発生する方法に関する。
【０００２】本発明は更に、準大気圧で液体窒素を蒸発
させ、この蒸発窒素を加温及び圧縮することによって寒
冷流を発生する装置であって、液体窒素の膨張又は絞り
を行う膨張又は絞り手段と、この膨張窒素を受け入れて
少なくとも１つの負荷（寒冷負荷）へ寒冷流を供給する
容器と、前記蒸発窒素の加温を行う熱交換器と、前記蒸
発窒素の圧縮を行う圧縮機とを備えた寒冷発生装置にも
関する。
させ、この蒸発窒素を加温及び圧縮することによって寒
冷流を発生する装置であって、液体窒素の膨張又は絞り
を行う膨張又は絞り手段と、この膨張窒素を受け入れて
少なくとも１つの負荷（寒冷負荷）へ寒冷流を供給する
容器と、前記蒸発窒素の加温を行う熱交換器と、前記蒸
発窒素の圧縮を行う圧縮機とを備えた寒冷発生装置にも
関する。
【０００３】このような寒冷発生方法又は装置は、例え
ば高温超伝導コンポーネントを冷却する開放及び閉鎖冷
却系に使用される。冷却対象のコンポーネントは、前記
容器に直接接続されるか、或いは二次冷却系を介して前
記容器からの寒冷流の作用を受ける。
ば高温超伝導コンポーネントを冷却する開放及び閉鎖冷
却系に使用される。冷却対象のコンポーネントは、前記
容器に直接接続されるか、或いは二次冷却系を介して前
記容器からの寒冷流の作用を受ける。
【０００４】
【従来の技術】窒素の沸点以下の低温を実現する方法は
基本的に２つある。第１の方法は窒素よりも低い沸点の
冷媒を使用することである。この場合、冷媒としては例
えばネオン又はヘリウムが利用される。
基本的に２つある。第１の方法は窒素よりも低い沸点の
冷媒を使用することである。この場合、冷媒としては例
えばネオン又はヘリウムが利用される。
【０００５】第２の方法は、準大気圧で窒素を蒸発さ
せ、蒸発窒素をほぼ周囲温度に加温してから大気圧又は
超大気圧に圧縮する方法である。
せ、蒸発窒素をほぼ周囲温度に加温してから大気圧又は
超大気圧に圧縮する方法である。
【０００６】図３は、従来技術による上記第２の方法の
プロセスを示す概略図である。
プロセスを示す概略図である。
【０００７】液化窒素は管路１を介して好ましくは膨張
弁２である膨張又は絞り手段により膨張されて容器３内
に供給される。容器３に供給された液体窒素は、容器内
から負荷への冷却用寒冷流出力の放出によって蒸発する
ので、この容器内には気相ａと液相ｂが生じる。蒸発窒
素は管路４を介して容器３から導出され、熱交換器５内
で周囲温度に加温された後、圧縮機６によって大気圧又
はそれ以上に圧縮されて図示しない負荷へ送られる。熱
交換器５内における蒸発窒素の加温は、好ましくは周囲
空気や水等との熱交換又は電気ヒータによる加熱で行わ
れる。
弁２である膨張又は絞り手段により膨張されて容器３内
に供給される。容器３に供給された液体窒素は、容器内
から負荷への冷却用寒冷流出力の放出によって蒸発する
ので、この容器内には気相ａと液相ｂが生じる。蒸発窒
素は管路４を介して容器３から導出され、熱交換器５内
で周囲温度に加温された後、圧縮機６によって大気圧又
はそれ以上に圧縮されて図示しない負荷へ送られる。熱
交換器５内における蒸発窒素の加温は、好ましくは周囲
空気や水等との熱交換又は電気ヒータによる加熱で行わ
れる。
【０００８】この操作方法では、圧縮機として市販の真
空ポンプ又はコンプレッサが使用される。
空ポンプ又はコンプレッサが使用される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、液体
窒素の蒸発によって寒冷流を発生する従来のプロセスに
比べて、エネルギー効率および装置面で優れた寒冷発生
方法及び装置を提供することである。
窒素の蒸発によって寒冷流を発生する従来のプロセスに
比べて、エネルギー効率および装置面で優れた寒冷発生
方法及び装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の寒冷発生方法に
よれば、準大気圧で液体窒素を蒸発させ、この蒸発窒素
を加温及び圧縮することによって寒冷流を発生するに際
し、前記蒸発窒素を加温よりも先に圧縮することによっ
て前記課題を解決するものである。
よれば、準大気圧で液体窒素を蒸発させ、この蒸発窒素
を加温及び圧縮することによって寒冷流を発生するに際
し、前記蒸発窒素を加温よりも先に圧縮することによっ
て前記課題を解決するものである。
【００１１】また本発明による寒冷発生装置は、準大気
圧で液体窒素を蒸発させ、この蒸発窒素を加温及び圧縮
することによって寒冷流を発生する装置であって、前記
液体窒素の膨張又は絞りを行う膨張又は絞り手段と、こ
の膨張窒素を受け入れると共に内部で蒸発した窒素を寒
冷流として少なくとも１つの負荷へ供給する容器と、前
記蒸発窒素を加温する熱交換器と、前記蒸発窒素を圧縮
する圧縮機とを備え、特に前記課題を解決するために、
前記蒸発窒素を前記熱交換器よりも先に前記圧縮機に導
入する流路手段を備えたことを特徴とする。
圧で液体窒素を蒸発させ、この蒸発窒素を加温及び圧縮
することによって寒冷流を発生する装置であって、前記
液体窒素の膨張又は絞りを行う膨張又は絞り手段と、こ
の膨張窒素を受け入れると共に内部で蒸発した窒素を寒
冷流として少なくとも１つの負荷へ供給する容器と、前
記蒸発窒素を加温する熱交換器と、前記蒸発窒素を圧縮
する圧縮機とを備え、特に前記課題を解決するために、
前記蒸発窒素を前記熱交換器よりも先に前記圧縮機に導
入する流路手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】本発明においては、圧縮が低温で行われる
ので圧縮機の軸動力を低減することができ、しかも開放
プロセスでは熱交換器を小型にすることができ、或いは
全く省くことさえ可能である。また準大気圧下の窒素を
圧縮するのに必要な圧縮機は低い吸込温度、従って高密
度流を圧縮するので、一層小型の圧縮機とすることがで
きる。更に、準大気圧で作動させる必要のある装置機器
が少なくなり、従って漏れによるプロセスガスの汚染確
率も減少する。
ので圧縮機の軸動力を低減することができ、しかも開放
プロセスでは熱交換器を小型にすることができ、或いは
全く省くことさえ可能である。また準大気圧下の窒素を
圧縮するのに必要な圧縮機は低い吸込温度、従って高密
度流を圧縮するので、一層小型の圧縮機とすることがで
きる。更に、準大気圧で作動させる必要のある装置機器
が少なくなり、従って漏れによるプロセスガスの汚染確
率も減少する。
【００１３】
【発明の実施の形態】液体窒素の蒸発によって寒冷流を
発生する本発明に係る方法及び装置とその関連構成を、
図１及び図２に示す実施例と共に詳述すれば以下の通り
である。
発生する本発明に係る方法及び装置とその関連構成を、
図１及び図２に示す実施例と共に詳述すれば以下の通り
である。
【００１４】図１において、液化窒素は管路１を介して
好ましくは膨張弁２である膨張又は絞り手段により膨張
されて容器３内に供給される。容器３に供給された液体
窒素は、容器内から負荷への冷却用寒冷流出力の放出に
よって蒸発するので、この容器内には気相ａと液相ｂが
生じる。蒸発窒素は管路４を介して容器３から導出され
るが、先に圧縮機６’によって大気圧又はそれ以上の圧
力に圧縮された後、熱交換器５’内で周囲温度に加温さ
れて図示しない負荷へ送られる。熱交換器５’内におけ
る蒸発窒素の加温は、好ましくは周囲空気や水等との熱
交換又は電気ヒータによる加熱で行われる。
好ましくは膨張弁２である膨張又は絞り手段により膨張
されて容器３内に供給される。容器３に供給された液体
窒素は、容器内から負荷への冷却用寒冷流出力の放出に
よって蒸発するので、この容器内には気相ａと液相ｂが
生じる。蒸発窒素は管路４を介して容器３から導出され
るが、先に圧縮機６’によって大気圧又はそれ以上の圧
力に圧縮された後、熱交換器５’内で周囲温度に加温さ
れて図示しない負荷へ送られる。熱交換器５’内におけ
る蒸発窒素の加温は、好ましくは周囲空気や水等との熱
交換又は電気ヒータによる加熱で行われる。
【００１５】本発明においては、図３に示した従来技術
のプロセスとは異なり、容器３から取り出される蒸発窒
素は先に（周囲温度に）加温されるのでなく、今や図１
に示すように先に圧縮されてから熱交換器５’内で（周
囲温度に）加温される。
のプロセスとは異なり、容器３から取り出される蒸発窒
素は先に（周囲温度に）加温されるのでなく、今や図１
に示すように先に圧縮されてから熱交換器５’内で（周
囲温度に）加温される。
【００１６】この場合、圧縮機６’としては好ましくは
単数又は複数のいわゆるコールド圧縮機が使用される。
従って、本発明においては、圧縮は周囲温度においてで
はなく、窒素の沸点において直接に行われる。
単数又は複数のいわゆるコールド圧縮機が使用される。
従って、本発明においては、圧縮は周囲温度においてで
はなく、窒素の沸点において直接に行われる。
【００１７】例えば、極低温での使用に適合するラジア
ルタイプのターボ圧縮機がコールド圧縮機として用いら
れる。
ルタイプのターボ圧縮機がコールド圧縮機として用いら
れる。
【００１８】図２に示す実施例では、図１の構成と相違
する点として、補助熱交換器７がコールド圧縮機６’の
前段に設けられている。この補助熱交換器７は、容器３
から取り出される蒸発窒素によって管路１内の液体窒素
を過冷し、これにより蒸発窒素は僅かに加温されるが、
この加温は熱交換器５’による加温に比べて取るに足ら
ないものである。
する点として、補助熱交換器７がコールド圧縮機６’の
前段に設けられている。この補助熱交換器７は、容器３
から取り出される蒸発窒素によって管路１内の液体窒素
を過冷し、これにより蒸発窒素は僅かに加温されるが、
この加温は熱交換器５’による加温に比べて取るに足ら
ないものである。
【００１９】このように補助熱交換器７によって過冷さ
れた窒素は、次に管路１’を介して膨張弁２に供給され
る。
れた窒素は、次に管路１’を介して膨張弁２に供給され
る。
【００２０】本発明においては、圧縮が低温で行われる
ので圧縮機６’の軸動力の低減をもたらす。しかも開放
冷却系では熱交換器５’を小型にすることができ、場合
によっては省くことさえ可能である。
ので圧縮機６’の軸動力の低減をもたらす。しかも開放
冷却系では熱交換器５’を小型にすることができ、場合
によっては省くことさえ可能である。
【００２１】また、準大気圧下の窒素を圧縮するのに必
要な圧縮機６’はその吸込温度が低く、従って高密度の
蒸発窒素を圧縮するので、一層小型の圧縮機とすること
ができる。
要な圧縮機６’はその吸込温度が低く、従って高密度の
蒸発窒素を圧縮するので、一層小型の圧縮機とすること
ができる。
【００２２】更に、熱交換器５’を圧縮機６’の後段に
配置したので、その分だけ準大気圧で作動させなければ
ならない装置機器を少なくすることができ、系内の漏れ
によるプロセスガスの汚染の確率も減少する。このこと
は特に閉鎖冷却系の場合に重要である。
配置したので、その分だけ準大気圧で作動させなければ
ならない装置機器を少なくすることができ、系内の漏れ
によるプロセスガスの汚染の確率も減少する。このこと
は特に閉鎖冷却系の場合に重要である。
【００２３】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明による寒冷
発生方法及び装置によれば、プロセスの簡素化、設備及
び保守コストの低減、プロセス効率の向上、操業の安全
性と稼働率の向上をもたらすことができるものである。
発生方法及び装置によれば、プロセスの簡素化、設備及
び保守コストの低減、プロセス効率の向上、操業の安全
性と稼働率の向上をもたらすことができるものである。
【図１】本発明の一実施例に係る寒冷発生装置の概略構
成を示す系統図である。
成を示す系統図である。
【図２】本発明の別の実施例に係る寒冷発生装置の概略
構成を示す系統図である。
構成を示す系統図である。
【図３】従来技術による寒冷発生装置の概略構成を示す
系統図である。
系統図である。
フロントページの続き
(72)発明者 ロベルト セバスチャンヌットー
スイス国 8603 シュベルツェンバッハ、
ゾーネンベルクシュトラーセ ３
(72)発明者 ユルゲン クラウゼン
ドイツ連邦共和国 78462 コンスタンツ、
ブラーレルシュトラーセ 32
Ｆターム(参考） 3L044 BA01 BA06 CA16 DA02 DB03
DD06
4M114 AA24 AA25 CC18 DA35
Claims (6)
- 【請求項１】 準大気圧で液体窒素を蒸発させ、この蒸
発窒素を加温及び圧縮することによって寒冷流を発生す
る方法において、前記蒸発窒素を加温よりも先に圧縮す
ることを特徴とする寒冷発生方法。 - 【請求項２】 前記蒸発窒素をその圧縮前に前記液体窒
素の過冷に利用することを特徴とする請求項１に記載の
寒冷発生方法。 - 【請求項３】 前記蒸発窒素の圧縮を単数又は複数のコ
ールド圧縮機により行うことを特徴とする請求項１又は
２に記載の寒冷発生方法。 - 【請求項４】 準大気圧で液体窒素を蒸発させ、この蒸
発窒素を加温及び圧縮することによって寒冷流を発生す
る装置であって、前記液体窒素の膨張又は絞りを行う膨
張又は絞り手段（２）と、この膨張窒素を受け入れると
共に内部で蒸発した窒素を寒冷流として少なくとも１つ
の負荷へ供給する容器（３）と、前記蒸発窒素を加温す
る熱交換器（５’）と、前記蒸発窒素を圧縮する圧縮機
（６）とを備えたものにおいて、前記蒸発窒素を前記熱
交換器（５’）よりも先に前記圧縮機（６’）に導入す
る流路手段を備えたことを特徴とする寒冷発生装置。 - 【請求項５】 前記液体窒素と前記蒸発窒素との熱交換
を行う別の熱交換器（７）が前記圧縮機（６’）の前段
に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の寒
冷発生装置。 - 【請求項６】 前記圧縮機（６’）がコールド圧縮機と
して構成されていることを特徴とする請求項４又は５に
記載の寒冷発生装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10129780.7 | 2001-06-20 | ||
| DE10129780A DE10129780A1 (de) | 2001-06-20 | 2001-06-20 | Verfahren und Vorrichtung zur Kältebereitstellung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003097859A true JP2003097859A (ja) | 2003-04-03 |
Family
ID=7688861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002178358A Pending JP2003097859A (ja) | 2001-06-20 | 2002-06-19 | 寒冷発生方法及び装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6619047B2 (ja) |
| EP (1) | EP1271075B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003097859A (ja) |
| AT (1) | ATE390608T1 (ja) |
| DE (2) | DE10129780A1 (ja) |
Families Citing this family (6)
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|---|---|---|---|---|
| FR2904054B1 (fr) * | 2006-07-21 | 2013-04-19 | Guy Joseph Jules Negre | Moteur cryogenique a energie thermique ambiante et pression constante et ses cycles thermodynamiques |
| US7621148B1 (en) | 2007-08-07 | 2009-11-24 | Dain John F | Ultra-low temperature bio-sample storage system |
| US7823394B2 (en) * | 2007-11-02 | 2010-11-02 | Reflect Scientific, Inc. | Thermal insulation technique for ultra low temperature cryogenic processor |
| DE102011010121B4 (de) * | 2011-02-02 | 2016-09-01 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Begehbare Kühlanlage, insbesondere zur Kryokonservierung biologischer Proben, und Verfahren zu deren Betrieb |
| DE102011018345B4 (de) * | 2011-04-20 | 2013-04-25 | Messer Group Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zum Regeln der Temperatur eines fluiden Mediums |
| CN107830651B (zh) * | 2017-10-20 | 2020-04-10 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种低温制冷系统 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| NO133287C (ja) * | 1972-12-18 | 1976-04-07 | Linde Ag | |
| US3933003A (en) * | 1974-04-25 | 1976-01-20 | General Dynamics Corporation | Cryostat control |
| US4249387A (en) * | 1979-06-27 | 1981-02-10 | Phillips Petroleum Company | Refrigeration of liquefied petroleum gas storage with retention of light ends |
| US4548053A (en) * | 1984-06-05 | 1985-10-22 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Combined cold compressor/ejector helium refrigerator |
| FR2588947B1 (fr) * | 1985-10-21 | 1989-02-10 | Distrigaz Sa | Procede pour maintenir la composition du produit stocke constante dans un stockage de gaz liquefie a basse temperature |
| US4727723A (en) * | 1987-06-24 | 1988-03-01 | The M. W. Kellogg Company | Method for sub-cooling a normally gaseous hydrocarbon mixture |
| FR2619203B1 (fr) * | 1987-08-04 | 1989-11-17 | Anhydride Carbonique Ind | Procede et installation de refroidissement cryogenique utilisant du dioxyde de carbone liquide en tant qu'agent frigorigene |
| US5176002A (en) * | 1991-04-10 | 1993-01-05 | Process Systems International, Inc. | Method of controlling vapor loss from containers of volatile chemicals |
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| FR2760074B1 (fr) * | 1997-02-24 | 1999-04-23 | Air Liquide | Procede de compression d'un gaz a basse temperature et a basse pression, ligne de compression et installation de refrigeration correspondantes |
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