JP2016180558A - 蒸発ヘリウムガスの回収方法およびシステム - Google Patents

蒸発ヘリウムガスの回収方法およびシステム Download PDF

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Abstract

【課題】備蓄用小型液体ヘリウム容器から放出されるヘリウムガスを回収する。
【解決手段】複数の備蓄用小型液体ヘリウム容器110から放出されるヘリウムガスを回収し、バッファタンク114に貯蔵する。バッファタンク114に貯蔵されたヘリウムガスを冷凍機118で冷却液化し、得られた液体ヘリウムを中間容器120に貯蔵する。また、中間容器120からの液体ヘリウムを小型ヘリウム容器122に移送するとともに、中間容器120および小型ヘリウム容器122からの蒸発ヘリウムガスを回収し、バッファタンク114に供給する。
【選択図】図1

Description

本発明は小型液体ヘリウム容器などから放出される蒸発ヘリウムガスの回収に関する。
日本では、ヘリウムを主として米国またはカタールから約3.6万リットルの大容量液体ヘリウム容器で輸入している。国内のガス販売業者は、そのガスステーションで、大容量液体ヘリウム容器からの液体ヘリウムを1000、500、250、100、60、30L等の小容量液体ヘリウム容器にトランスファー(移送)した後、エンドユーザに販売している。
ここで、エンドユーザには、MRIやNMRなどを使用している機関も多くある。このような機関では、MRIやNMRで使用している超電導磁石のクエンチに対し、早急に対応したいという要求がある。そのため、クエンチ等で冷却用の液体ヘリウムが飛散したときに、緊急に液体ヘリウムを充填するために、ヘリウム販売業者は複数の備蓄用小型液体ヘリウム容器を常時用意している。
特開2007−321875号公報
この備蓄ヘリウムは通常数千リットルであり、その液体ヘリウムが毎日1−2%蒸発しているので、年間大量の液体ヘリウムが蒸発しているが、適切な回収手段が無いため、大気放散されて貴重な資源が大量に損失されている。また、大容量液体ヘリウム容器から小容量液体ヘリウム容器に液体ヘリウムをトランスファーする際にも蒸発するヘリウムガスもある。
本発明は、複数のエンドユーザ用小型液体ヘリウム容器に液体ヘリウムを移送するか、または液体ヘリウムが充填されたエンドユーザ用小型液体ヘリウム容器を保持する施設において、複数のエンドユーザ用への液体ヘリウムの移送中に蒸発するヘリウムガスまたは液体ヘリウムが充填されたエンドユーザ用小型液体ヘリウム容器から蒸発するヘリウムガスを回収して、バッファタンクに貯蔵し、バッファタンクに貯蔵されたヘリウムガスを冷凍機で冷却して液化し、得られた液体ヘリウムをエンドユーザ用小型容器に移送する。
また、冷凍機で得られた液体ヘリウムは、熱侵入が少ないトランスファーチューブを用いて移送することが好適である。
また、冷凍機で得られた液体ヘリウムを一旦中間容器に貯蔵し、中間容器の液体ヘリウムをエンドユーザ用小型容器に移送するとともに、中間容器から蒸発するヘリウムガスを回収することが好適である。
また、中間容器の液体ヘリウムを極低温ポンプを用いてエンドユーザ用小型容器に移送することが好適である。
また、冷凍機またはエンドユーザ用小型容器のいずれか一方または両方を昇降可能とし、冷凍機からの液体ヘリウムのトランスファーチューブをエンドユーザ用小型容器に挿脱することが好適である。
また、冷凍機として、2台以上の2ステージ冷凍機を用い、バッファタンクからのヘリウムガスを、各冷凍機の第1ステージを順次通過させた後、少なくとも1つの冷凍機の第2ステージにおいてさらに冷却し、その後他の少なくとも1つの冷凍機の第2ステージにおいて液化するとともに、1つの冷凍機の第1ステージを通過したヘリウムガスに室温ヘリウムガスを追加して他の冷凍機の第1ステージに導入することが好適である。
また、冷凍機で冷却液化する工程は、バッファタンクにヘリウムガスが存在し、液化が可能な場合に連続して行うことが好適である。本発明は、備蓄用ヘリウムから蒸発したヘリウムの液化回収ばかりでなく、ガスステーション等で蒸発したヘリウムガスを簡便に液化回収する用途にも用いることができる。
また、本発明の別の実施形態は、上述のような蒸発ヘリウムガスの回収方法を実施するシステムである。
本発明によれば、備蓄用小型液体ヘリウム容器から放出されるガスを回収利用することができる。
システムの全体構成を示す図である。 冷凍機の第1の構成例を示す図である。 冷凍機の第2の構成例を示す図である。 昇降機を用いる構成例を示す図である。
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
図1は、ガスステーション(施設)における液体ヘリウム貯蔵システムの概略構成を示す図である。
ガスステーションに運ばれてきた大容量液体ヘリウム容器(例えば36,000L)の液体ヘリウムは、エンドユーザに提供するための小容量ヘリウム容器(1000L、500L、250L、100L、60L、30L等)に移し替えられる。また、備蓄用小型液体ヘリウム容器110にも充填される。すなわち、小容量ヘリウム容器は、エンドユーザに配達するものであるが、備蓄用小型液体ヘリウム容器110は、エンドユーザにおけるMRI、NMRなどの装置がクエンチするなどの理由で緊急に液体ヘリウムが必要になった場合に対処するために液体ヘリウムを備蓄するものである。なお、備蓄用小型液体ヘリウム容器110は、通常1,000Lまたは500Lである。小容量ヘリウム容器および備蓄用小型液体ヘリウム容器110を合わせてエンドユーザ用小容量液体ヘリウム容器という。
ガスステーションにおいては、備蓄用小型液体ヘリウム容器110を複数保存しておき、緊急の要請があった場合にこれを配達する。
ここで、備蓄用小型液体ヘリウム容器110においては、その内部圧力の上昇により、ある程度のヘリウムガスがリーク弁から放出される。その量はそれほど大きくないとして従来は大気中に放出されていた。また、小容量ヘリウム容器への充填時に発生するヘリウムガスについても、大気中に放散されたり、風船などに充填するガスとして販売されていた。
本実施形態では、備蓄用小型液体ヘリウム容器110から放出されるヘリウムガスを回収するとともに、小容量ヘリウム容器への液体ヘリウムの移送、充填時に発生するヘリウムガスも回収する。
図1に示すように、備蓄用小型液体ヘリウム容器110の放出ガスのラインに回収ライン112を接続し、バッファタンク114に導入する。バッファタンク114は、備蓄用小型液体ヘリウム容器110の放出ガスを全て受け入れられるようにしてある。また、小容量ヘリウム容器への液体ヘリウムの移送時において発生する蒸発ヘリウムガスについてもバッファタンク114に供給される。
なお、バッファタンク114に所定量のヘリウムガスを貯留するためには、ある程度加圧することも必要である。そこで、回収したヘリウムガスを一旦昇温し、これをポンプでバッファタンク114に供給することでバッファタンク114内の圧力を20MPaを下回る圧力(例えば、19.6MPa)程度とすることが好適である。これによって、バッファタンク114に貯留できるヘリウムガスの容量を大きくできる。
バッファタンク114には、ポンプ116が接続されており、このポンプ116によって、コールドチャンバ118に供給される。コールドチャンバ118は、冷凍機を有しており、この冷凍機でヘリウムガスを液化する。
コールドチャンバ118内の冷凍機において液化された液体ヘリウムは、中間容器120に供給され、ここに貯留される。ここで、中間容器120には冷凍機から連続して小量の液体ヘリウムが供給されるため通常のトランスファーチューブを用いるとほとんどが蒸発してしまう。そこで、特許第3446883号公報、特許第3523085号公報に開示されているような、特別に熱流入の小さいトランスファーチューブを用いることが好適である。すなわち、コールドチャンバ118から中間容器120に至る流路については他に比べ特別熱侵入の少ないトランスファーチューブを用いることで、小流量の液体ヘリウムであっても、液体のまま移送することができる。なお、中間容器120を省略する場合もコールドチャンバ118からのトランスファーチューブは、特別に熱侵入の少ないものとすることが好適である。この中間容器120は、250L、500Lの容器とすることが好適であるが、必ずしもこの容量とすることはない。
中間容器120に貯蔵された液体ヘリウムは、図示のように別の小型ヘリウム容器122に充填することもできる。また、備蓄用小型ヘリウム容器110を中間容器120から液体ヘリウムを供給される容器としてもよく、備蓄用小型液体ヘリウム容器110の減少分の補填に直接利用することができる。小型ヘリウム容器122とは、例えば30L、60L、100L等の容器であるが、大容量液体ヘリウム容器(大型コンテナ)から直接トランスファーするのが効率的でない。なお、中間容器120から液体ヘリウムをトランスファーする容器をエンドユーザ用小型容器と呼ぶ。
ここで、中間容器120内の液体ヘリウムを小型ヘリウム容器122に充填するのには、通常の移送方法であるヘリウムガスによる押出法が利用できる。すなわち、中間容器120と小型ヘリウム容器122をトランスファーチューブ126で接続し、排気口からヘリウムガスを適切な圧力で注入することによりトランスファーチューブ126を介して中間容器120内の液体ヘリウムを小型ヘリウム容器122にトランスファーする。しかし、その場合には中間容器120内の圧力が上昇し、結果的にコールドチャンバ118内の凝縮器の圧力が上がり、液化が一時的に停止してしまう。これを回避するためには、ポンプ124を用いることができ、ポンプ124としては特開2010−19164号公報に記載される低発熱の極低温ポンプを用いることが好適である。
なお、中間容器120には、液面計128が設けられており、中間容器120の液面が適切な範囲にあるようにポンプ124を制御することが好ましい。
このようなシステムによれば、備蓄用小型液体ヘリウム容器110において放出される、蒸発したヘリウムガスをバッファタンク114に集めた後、コールドチャンバ118内の冷凍機で液化して小型液体ヘリウム容器である中間容器120に溜められる。
特に、この中間容器120に溜めるまでの作業は、基本的にコールドチャンバ118内の冷凍機の能力を最大限に利用できる範囲で行い、連続して行う。すなわち、業務時間などの制約を受けないようにして、24時間連続して行う。これによって、業務時間(例えば8時間)だけ、液化するよりも約3倍の量が液化できる。さらに、週末、祭日にも運転することにより、より多くの液化が可能になる。このように、コールドチャンバ118内の冷凍機は、基本的に連続してヘリウムガスの液化を行う。すなわち、バッファタンク114内に十分なヘリウムガスが存在するようにした上で、連続運転とする。
液化装置としては、2台または3台以上の2段式冷凍機を用いて、液化能力が25L/D以上になるように調整した液化装置を用いることが好適である。
また、中間容器120、小型ヘリウム容器122から発生するヘリウムガスについても回収して、バッファタンク114に供給することが好適である。
このように、本実施形態では、備蓄用小型液体ヘリウム容器110において、液体ヘリウムから蒸発するヘリウムガスを回収液化し、これを貯蔵中に蒸発して減量した小型液体ヘリウム容器の増詰や30,60,100L程度の比較的小さな容量の液体ヘリウム容器の充填に用いる。
ここにおいて、極低温低発熱ポンプ(特開2010−19164号公報参照)を用いて、中間容器120から小型ヘリウム容器122へ液体ヘリウムをトランスファーすることにより、効率的かつ蒸発ヘリウムガスの量を抑制してトランスファーすることができる。
また、本実施形態においては、コールドチャンバ118で液化した液体ヘリウムを中間容器120に一時保管して、トランスファーすることとしたが、コールドチャンバ118からの液体ヘリウムを直接小型ヘリウム容器122に供給してもよい。この場合、コールドチャンバ118または小型ヘリウム容器122の一方または両方に昇降装置を設け、両者を相対的に移動できるようにすることが好適である。
図4に示すように、コールドチャンバ118と、小型ヘリウム容器122を載置する載置台136の下側を昇降機130,132でそれぞれ支持する。昇降機130,132は油圧タイプのものを用いることができる。ただし、昇降機130,132は上方から吊り下げるタイプであっても、側方から支持するタイプであってもよい。昇降機130,132によってコールドチャンバ118、小型ヘリウム容器122を昇降することで、コールドチャンバ118に取り付けたトランスファーチューブ134の挿入管134aを下方に移動し小型ヘリウム容器122に挿入し、液体ヘリウムの充填が完了した後に挿入管を上方に移動して引き抜くことができる。もちろん、昇降機を1つとしていずれか一方を昇降してもよい。
<コールドチャンバ内の冷凍機の構成>
「第1の構成」
<構成>
図2は、コールドチャンバ118の構成例を示す図である。
MRIやNMRから蒸発したヘリウムガスを回収し、回収したヘリウムガスは、貯蔵タンクに貯蔵され、ここからポンプなどによって流入管にほぼ室温(300K程度)で送られてくる。流入管には、リリーフ弁10が配置されており、ここで内部のガス圧が例えば0.2MPaを超えないようにする。
流入管にマスフローコントローラ12が設けられており、流量を計測するとともに、流量をコントロールする。マスフローコントローラ12からの室温のヘリウムガスは、第1冷凍機第1ステージ14aに流入する。ヘリウムガスは、この第1ステージ14aにおいて冷却され、第1冷凍機第2ステージ14bでの4.2Kにおける冷却能力が最大になる温度、例えば72K程度にする。
第1ステージ14aからのヘリウムガスは、第2冷凍機第1ステージ16aに供給されるが、この流路にはマスフローコントローラ18を介し室温ヘリウムガスが追加混合できるようになっている。従って、第1ステージ16aに流入されるヘリウムガスの温度は72Kより高くなっている。マスフローコントローラ18により混合する室温ヘリウムガスの量が制御される。
室温ヘリウムガスが混合されたヘリウムガスは第1ステージ16aにおいて冷却され、例えば45K程度になる。この第1ステージ16aで冷却されたヘリウムガスは第2ステージ16bの凝縮器16cに導入され、ここで第2ステージ16bによって冷却される。温度は7.5K程度になる。なお、凝縮器16cでは、液化は行われず、単に第2ステージ16bによるヘリウムガスの冷却が行われる。
第2冷凍機第2ステージ16bからのヘリウムガスは、第1冷凍機14の第2ステージ14bの凝縮器14cに流入される。ここで、導入されたヘリウムガスは、第2ステージ14bによって冷却されて液化する。
なお、第1冷凍機第1ステージ14a、第2冷凍機第1ステージ16a、第2冷凍機第2ステージ16bには、ヒータH1,H2,H3がそれぞれ設けられており、これらヒータを利用して、対応するステージの冷却能力を調整することができる。
液化された4.2Kの液体ヘリウムは、貯留タンク20に導入され、ここに液体ヘリウムが貯留され、各種の用途に利用される。
なお、第1冷凍機14、第2冷凍機16は、GM冷凍機やパルスチューブ冷凍機と呼ばれるタイプのものが好適である。
<運用>
まず、第1冷凍機第1ステージ14aには、第1冷凍機第2ステージ14bの冷凍能力が最大になる温度付近になるように室温ヘリウムガス量を設定する。この設定は、マスフローコントローラ12によって行う。
次に、第2冷凍機第1ステージ16aに流入するヘリウムガスについては、第1ステージ16aで冷却したヘリウムガスを第2ステージ16bで冷却したときに、ヘリウムガスとしてできるだけ液化温度に近い温度(例えば、7.5K程度)になるような条件とする。本構成において、第2冷凍機16は、第1ステージ16aで冷却したヘリウムガスを第2ステージ16bで冷却する。従って、第1ステージ16aへ流入するヘリウムガスの温度、流量を決定する必要がある。この際、冷凍機の販売業者から提供される第2冷凍機16の平均的な冷却特性表から、第2ステージ16bから流出するヘリウムガスのおおよその温度は予測できる。
しかしながら、個々の冷凍機には、10%以上の冷凍能力のばらつきがある上に、図示しないコールドチャンバの熱シールドおよびトランスファーチューブの熱シールドを冷却するための熱負荷や装置の仕上がり状態、室温などの環境要因でシステムの液化能力は大きく変動する。他方、GM冷凍器などの特性として、第1ステージの負荷が適切なときに第2ステージの冷却能力が最大化する。
そこで、第2ステージ16bから流出するヘリウムガスの温度が10K以下、例えば7.5Kとなるように、混合する第1ステージ16aへ供給するヘリウムガスの量および温度をマスフローコントローラ18を用いて調整する。また、必要な場合には、ヒータH1,H2,H3に電流を流して最適な条件に設定する。マスフローコントローラ12,18における流量と、ヒータH1,H2,H3の加熱量をパラメータとして変動させ、冷却能力を調べることで最適な値を求めることができる。
そして、第2冷凍機第2ステージ16bからの低温のヘリウムガスが第1冷凍機14の第2ステージ14bに供給され、ここで液化される。なお、液体ヘリウムはこれを貯留する容器である凝縮器16c内に溜まった後、貯留タンク20に導入される。
このように、本構成によれば、流入(室温)ヘリウムガスを第1冷凍機第1ステージ14a→第2冷凍機第1ステージ16a→第2冷凍機第2ステージ16b→第1冷凍機第2ステージ14bの順番でヘリウムスを冷却液化し、第2冷凍機の第1ステージ16aに導入されるヘリウムガスに室温ヘリウムガスを混合することおよびヒータH1,H2,H3を適切に設定することで、全体システムとして効率的なヘリウムガスの液化が行える。
「第2の構成」
図3に、第2の構成例を示す。この構成では、3つの2ステージ冷凍機を有する。すなわち、第1ステージ22a、第2ステージ22bを有する第3冷凍機22を有している。また、第3冷凍機第1ステージ22aに導入されるヘリウムガスに室温の流入ガスを混合する経路を有しており、この経路には流量を計測するとともに制御するマスフローコントローラ24が配置されている。
そして、第1冷凍機第1ステージ14a、第2冷凍機第1ステージ16a、第3冷凍機第1ステージ22a、第2冷凍機第2ステージ16bによりヘリウムガスを冷却し、10K以下の低温のヘリウムガスを得る。そして、この低温のヘリウムガスを第1冷凍機第2ステージ14b、第3冷凍機第2ステージ22bで液化し、凝縮器14c,22cにおいて液体ヘリウムを得る。
さらに、第2冷凍機の第1ステージ16aに導入されるヘリウムガス、および第3冷凍機の第1ステージ22aに供給するヘリウムガスについては、マスフローコントローラ18、24によって流量が調整された室温ヘリウムガスを混合することおよびヒータH1〜H5を適切に設定することで、全体システムとして効率的なヘリウムガスの液化を行う。なお、いずれの冷凍機の第2ステージを液化に用いるかは任意に選択することができる。
特に、本構成では、3つの冷凍機の第1ステージを直列に接続しながら、2つの中間部分で室温ヘリウムガスを混合することで、各冷凍機の第1ステージの冷却負荷を個別に調整でき、各冷凍機の第2ステージの冷却能力も設定できる。そして、1つの冷凍機の第2ステージを液体ヘリウム温度に近い低温までの冷却に用い、他の2つの冷凍機の第2ステージを液化に利用することで、3台の冷凍機の能力を十分に利用することができる。なお、冷凍機の数は2台または3台に限る必要はなく、同様な考え方で4台以上を用いても良い。
10 リリーフ弁、12,18,24 マスフローコントローラ、14 第1冷凍機、14a 第1冷凍機第1ステージ、14b 第1冷凍機第2ステージ、14c,16c,22c 凝縮器、16 第2冷凍機、16a 第2冷凍機第1ステージ、16b 第2冷凍機第2ステージ、20 貯留タンク、22 第3冷凍機、22a 第3冷凍機第1ステージ、22b 第3冷凍機第2ステージ、110 備蓄用小型液体ヘリウム容器、112 回収ライン、114 バッファタンク、116 ポンプ、118 コールドチャンバ(冷凍機)、120 中間容器、122 小型ヘリウム容器、H1〜H5 ヒータ。

Claims (8)

  1. 複数のエンドユーザ用小型液体ヘリウム容器に液体ヘリウムを移送するか、または液体ヘリウムが充填されたエンドユーザ用小型液体ヘリウム容器を保持する施設において、
    複数のエンドユーザ用への液体ヘリウムの移送中に蒸発するヘリウムガスまたは液体ヘリウムが充填されたエンドユーザ用小型液体ヘリウム容器から蒸発するヘリウムガスを回収して、バッファタンクに貯蔵し、
    バッファタンクに貯蔵されたヘリウムガスを冷凍機で冷却して液化し、
    得られた液体ヘリウムをエンドユーザ用小型容器に移送する、
    蒸発ヘリウムガスの回収方法。
  2. 請求項1に記載の蒸発ヘリウムガスの回収方法であって、
    冷凍機で得られた液体ヘリウムを一旦中間容器に貯蔵し、中間容器の液体ヘリウムをエンドユーザ用小型容器に移送するとともに、
    中間容器から蒸発するヘリウムガスを回収し、バッファタンクに供給する、
    蒸発ヘリウムガスの回収方法。
  3. 請求項2に記載の蒸発ヘリウムガスの回収方法であって、
    中間容器の液体ヘリウムを極低温ポンプを用いてエンドユーザ用小型容器に移送する、
    蒸発ヘリウムガスの回収方法。
  4. 請求項1に記載の蒸発ヘリウムガスの回収方法であって、
    冷凍機またはエンドユーザ用小型容器のいずれか一方または両方を昇降可能とし、
    冷凍機からの液体ヘリウムのトランスファーチューブをエンドユーザ用小型容器に挿脱する、
    蒸発ヘリウムガスの回収方法。
  5. 請求項1〜4のいずれか1つに記載の蒸発ヘリウムガスの回収方法であって、
    冷凍機で得られた液体ヘリウムは、熱侵入が少ないトランスファーチューブを用いて移送する、
    蒸発ヘリウムガスの回収方法。
  6. 請求項1〜5のいずれか1つに記載の蒸発ヘリウムガスの回収方法であって、
    冷凍機として、2台以上の2ステージ冷凍機を用い、
    バッファタンクからのヘリウムガスを、各冷凍機の第1ステージを順次通過させた後、少なくとも1つの冷凍機の第2ステージにおいてさらに冷却し、その後他の少なくとも1つの冷凍機の第2ステージにおいて液化するとともに、
    1つの冷凍機の第1ステージを通過したヘリウムガスに室温ヘリウムガスを追加して他の冷凍機の第1ステージに導入する、
    蒸発ヘリウムガスの回収方法。
  7. 請求項1〜6のいずれか1つに記載の蒸発ヘリウムガスの回収方法であって、
    冷凍機で冷却液化する工程は、バッファタンクにヘリウムガスが存在し、液化が可能な場合に連続して行う、
    蒸発ヘリウムガスの回収方法。
  8. 請求項1〜7のいずれか1つに記載の蒸発ヘリウムガスの回収方法を実施するための蒸発ヘリウムガスの回収システム。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109080995A (zh) * 2018-10-10 2018-12-25 惠州市华达通石化有限公司 一种液体二氧化碳储罐气相外回收装置
CN113532020A (zh) * 2021-07-28 2021-10-22 重庆天原化工有限公司 一种氯甲烷的压缩系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11118349A (ja) * 1997-10-17 1999-04-30 Sumitomo Heavy Ind Ltd ヘリウムガス凝縮液化装置
JP2001215066A (ja) * 2000-02-03 2001-08-10 Sumitomo Heavy Ind Ltd ヘリウム再液化装置
JP2005083588A (ja) * 2003-09-04 2005-03-31 Taiyo Toyo Sanso Co Ltd ヘリウムガス液化装置およびヘリウムガス回収・精製・液化装置
JP2007321875A (ja) * 2006-05-31 2007-12-13 Univ Of Tokyo トランスファーチューブ
JP2010019164A (ja) * 2008-07-10 2010-01-28 Univ Of Tokyo ポンプ装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11118349A (ja) * 1997-10-17 1999-04-30 Sumitomo Heavy Ind Ltd ヘリウムガス凝縮液化装置
JP2001215066A (ja) * 2000-02-03 2001-08-10 Sumitomo Heavy Ind Ltd ヘリウム再液化装置
JP2005083588A (ja) * 2003-09-04 2005-03-31 Taiyo Toyo Sanso Co Ltd ヘリウムガス液化装置およびヘリウムガス回収・精製・液化装置
JP2007321875A (ja) * 2006-05-31 2007-12-13 Univ Of Tokyo トランスファーチューブ
JP2010019164A (ja) * 2008-07-10 2010-01-28 Univ Of Tokyo ポンプ装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109080995A (zh) * 2018-10-10 2018-12-25 惠州市华达通石化有限公司 一种液体二氧化碳储罐气相外回收装置
CN109080995B (zh) * 2018-10-10 2024-05-07 惠州市华达通气体制造股份有限公司 一种液体二氧化碳储罐气相外回收装置
CN113532020A (zh) * 2021-07-28 2021-10-22 重庆天原化工有限公司 一种氯甲烷的压缩系统

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