JPH02176386A - ヘリウムの液化装置 - Google Patents

ヘリウムの液化装置

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、ヘリウムを液化する装置の改良に関し、水
素吸蔵合金を用いた水素液化装置で予冷するようにして
回転機械を使用せず、長時間運転できるようにしたもの
である。
[従来の技14jコ 気体のうち沸点が最も低いヘリウムを液化した液体ヘリ
ウムは、物質の超電導性や起流体性などの研究には不可
欠であり、新しい電子機器等にも種々応用されつつある
このようなヘリウムを液化するには、例えば第2図に示
すように、液体ヘリウムサイクルAと予冷するための液
体窒素サイクルBとを付設しておき、圧wJ機1で圧縮
されたヘリウムガスを予冷用熱交換器2に送って液化窒
素サイクルBからの液化窒素で予冷しな後、絞り弁3に
行くヘリウムガスの一部を膨脹タービン4に入れて可逆
膨脂させ、低温となったヘリウムを絞り弁3から分離器
5を経て圧縮機1に戻るヘリウムと合流させるとともに
、この戻りガスと絞り弁3へのヘリウムとを第1及び第
2熱交換器6,7で熱交換させるようにしながら、分離
器5に液体ヘリウムを得るようにしている。
この場合に使用される液化窒素サイクルBは、例えば3
台の圧縮機8.9,1.0と熱交換器11と絞り弁12
などで構成されており、絞り膨脹などを利用して分離器
13に液体窒素を得るようにしている [発明が解決しようとする課題] このようなヘリウムの液化装置では、圧縮したヘリウム
ガスの予冷のため付設される液体窒素サイクルB中にモ
ータなどで駆動される圧縮R8゜9.10が設置されて
おり、回転部分を潤滑するため潤滑油が使用されている
。この潤滑油中に空気などが混入していると、熱交換器
11や絞り弁12に凍結付着するなどの問題があるとと
もに、潤滑油の極面かな量が吸着器を通過して循環され
、これが熱交換器11の伝熱面に付着してしまい、熱交
換効率が低下してしまうという問題がある。
これらの空気の混入及び潤滑油の循環の問題は、圧縮機
の運転に伴って潤滑油を補給する必要があることから次
第に堆積して影響が大きくなり、伝熱効率の低下を招い
てしまう。
そこで、従来は、長くても2000時間程度運転を行う
と、運転を停止し、熱交換P111や吸着器などを清掃
するようにしており、長時間の連続運転ができないとい
う問題かあった。
また、液体ヘリウムサイクルAの効率向上のためには、
予冷温度をできるたけ低くすることが有効であり、さら
に温度を下げることかできる簡単な装置が必要とされて
いる。
この発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされた
もので、潤滑油を必要とする回転機械を使用することな
く、しかも予冷温度を下げることができ、長時間の連続
運転ができるヘリウムの液化装置を提供しようとするも
のである。
[課題を解決するための手段] 上記課題を解決するなめこの発明のヘリウムの液化装置
は、圧縮機で圧縮したヘリウムガスを予冷しなのち、膨
脹機による可逆膨脂と絞り弁による絞り膨脹とを組み合
わせてヘリウムを液化する液化装置において、前記圧M
機で圧縮したヘリウムガスの予冷用熱交換器に水素吸蔵
合金を用いて水素の吸蔵放出による水素液化サイクルよ
り得られる液体水素を供給することを特徴とするもので
ある。
[作用] このような水素吸蔵合金を用いる水素液化サイクルを使
用してヘリウムの予冷を行うようにしており、圧WJR
などの回転機械を使用しないことから、潤滑油を必要と
ぜず、潤滑油中の空気や潤滑油自体の循環による詰まり
ゃ汚染の問題をなくし、長時間の連続運転を可能として
いる。
また、液体窒素よりも温度の低い液体水素を予冷に用い
るので、−層効率良くヘリウムの液化ができるとともに
、液体ヘリウムサイクルでの圧縮機の入り口側でヘリウ
ムを冷却するようにしてターボ式圧縮機などの低温コン
プレッサの使用をも可能としている。
[実施例] 以下、この発明の一実施例を図面を参照しながら詳細に
説明する。
第1図はこの発明のヘリウムの液化装置の一実施例にか
かる概略構成図である。
このヘリウムの液化装置2oは、液体ヘリウムサイクル
Aと液体水素サイクルCとで構成されている。
>?H4cヘリウムサイクルAは3台の予冷用熱交換器
21,22.23を備えて液体水素サイクルCからの液
体水素で予冷されるようになっており、第1予冷用熱交
換器21で冷却されたへりルムガスが低圧圧縮機24に
送られて圧縮された後、中間冷却器としての第2予冷用
熱交換器22で冷却され、さらに高圧圧縮機25で加圧
され、第3予冷用熱交換器23で冷却される。
こうして冷却された低温高圧のヘリウムは絞り弁26に
送られるが、その途中でヘリウムの一部が膨脂タービン
27に入れられて可逆膨脂され、低温となったヘリウム
を絞り弁26からのヘリウムと合流させるとともに、こ
の戻りガスと絞り弁26へのヘリウムとを熱交換器28
で熱交換させるようにしながら、分醍器29に液体ヘリ
ウムを得るようにしている。
一方、ヘリウムガスの予冷に使用されるン夜体水素サイ
クルCは、水素吸蔵合金を用いて水素ガスの圧縮などを
行うものである。
この液体水素サイクルCでは、2つの水素吸蔵合金が入
れられた反応容器30.31が設けられ、一方が蒸気な
どの加熱源で加熱され、吸着されている水素を放出する
ことで高圧の水素を得ることができるようになっており
、他方は、水などの冷却水で冷却され、水素を吸着する
ようになっている。
このように2つの反応容器30.31は水素圧縮機とし
て機能するようになっており、それぞれの反応容器30
.31で反応が飽和状態となった後、2つの三方弁32
.33を操作して冷却と加熱を切り替えることで連続使
用ができるようになっている。
これら反応容器30.31に入れられる水素吸蔵合金と
しては、例えば100℃に加熱したとき、40〜50k
g/cdの高圧水素が放出され、常温常圧(20℃、1
kg/cJ程度)程度で冷却したとき、水素の吸蔵がお
こなわれる性質を持ったものが使用される。
例えば2つの三方弁32.33を図中黒く塗り潰した部
分を閉じるようにし、反応容器30を加熱側とし、反応
容器31を冷却側とすると、反応容器30から放出され
る高圧の水素は、三方弁32から第1.第2及び第3熱
交換器34.35゜36で冷却されながら絞り弁37に
行く途中で一部が膨脹タービン38に送られて可逆膨脹
され、低温となった水素が絞り弁37から分離器3つを
経て反応容器31に戻る水素と合流させられるとともに
、この戻りガスと絞り弁37への水素とが第1.第2及
び第3熱交換器34,35.36で熱交換され、分離器
39に低温の水素ガスとともに、液体水素が得られる。
こうして得られた水素の低温流体が液体ヘリウムサイク
ルAの第1.第2及び第3予冷用熱交換器21,22.
23に送られ、ヘリウムを予冷するようになっている。
そして、予冷後の水素は、三方弁33を経て反応容器3
1に送られ、水素吸蔵合金に吸蔵される。
こうして2つの反応容器30.31での水素の放出と吸
蔵が行われ、それぞれの反応が飽和状態となった後、加
熱側を冷却側にし、冷却側を加熱11!IJにするよう
2つの三方弁32.33を切り替えて図中斜線で示す部
分を閉じるようにして連続した運転を行う。
このようなヘリウムの液化装置’U20によれば、予冷
用の液体水素サイクルBが水素吸蔵合金を用いるもので
あるなめ、回転機械部分がなく、潤滑油を使用すること
かないので、第1.第2及び第3熱交換器34,35.
36の伝熱部分に付着堆積することがなく、長時間運転
しても伝熱性能が低下することがない。
また、液体ヘリウムサイクルAの予冷が液体水素温度で
行われるので、液体窒素を用いる場合よりも低くするこ
とができ、ヘリウムの液化が容易となるとともに、低圧
圧縮機24に吸入される前のヘリウムを冷却するように
しているので、密度の高いヘリウムを効率良く圧縮でき
る。
さらに、高圧化も可能となり、低温コンプレッサの使用
ができるとともに、ターボ圧a機を使用することもでき
、装置の小形化が計れ、ドラムなどへの収容も簡単にで
き、外部との熱遮断や騒音防止も容易となる。
尚、上記実施例では、液体ヘリウムサイクルで圧縮機を
2段としたが、これに限らず、さらに多段としなり、レ
シプロ式のもので1段としても良い。
[発明の効果] 以上、一実施例とともに具体的に説明したようにこの発
明のヘリウムの液化装置によれば、圧縮機で圧縮したヘ
リウムガスの予冷用熱交換器に水素吸蔵合金を用いて水
素を吸蔵放出させて得られる液体水素を供給するように
したので、圧fPi機などの回転機械を使用しないこと
から、潤滑油を必要とせず、潤滑油中の空気や潤滑油自
体の循環による詰まりゃ汚染の問題をなくし、長時間の
連続運転が可能となった。
また、従来の液体窒素よりも温度の低い液体水素を予冷
に用いるので、−層効率良くヘリウムの液化ができると
ともに、液体ヘリウムサイクルでの圧縮機の入り口側で
ヘリウムを冷却するようにすれば、ターボ圧縮機など低
温コンプレッサの使用も可能となり、装置のコンパクト
化を計ることが容易となるとともに、ドラムなどに入れ
、外部との熱遮断を計ったり、騒音を遮断することが容
易となる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のヘリウムの液化装置の一実施例にか
かる概略構成図、第2図は従来装置の概略構成図である
。 20:ヘリウムの液化装置、21,22.23:第1.
第2及び第3予冷用熱交換器、24,25:低圧及び高
圧圧縮機、26二絞り弁、27:膨脹タービン、28:
熱交換器、2つ二分M器、30゜3に反応容器、32.
33:三方弁、34゜35.36:第1.第2及び第3
熱交換器、37:絞り弁、38:膨脹タービン、3つ:
分離器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 圧縮機で圧縮したヘリウムガスを予冷したのち、膨脹機
    による可逆膨脹と絞り弁による絞り膨脹とを組み合わせ
    てヘリウムを液化する液化装置において、前記圧縮機で
    圧縮したヘリウムガスの予冷用熱交換器に水素吸蔵合金
    を用いて水素の吸蔵放出による水素液化サイクルより得
    られる液体水素を供給することを特徴とするヘリウムの
    液化装置。
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