JPH0411784B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はHe液化機や液体He冷凍機等の極低温
発生装置の予冷方法に関し、詳細には上記装置の
起動から極低温発生までの予冷時間が短縮され得
る極低温発生装置の予冷方法に関するものであ
る。

［従来の技術］ 極低温発生装置の一例としてHe液化機をとり
あげ、その模式的構造を第２図に示す。コールド
ボツクス１内には複数の熱交換器４，５，６，
７，８，９と膨張機１０，１１及びジユールトム
ソン弁（以下JT弁という）１２等が配設されて
いる。Heの液化に際してはHeガス供給管２３か
ら供給されてくる原料Heガスを圧縮機２によつ
て高圧とし、この高圧Heガスを高圧He管３を通
して熱交換器４，５，６，７，８，９に流し順次
冷却していく。即ち高圧Heガスは、熱交換器４
部分を通過するに際してLN₂により80〓程度まで
冷却され、ついで熱交換器５，６，７，８を通る
が、ここでは熱交換器５および７の出口側から分
岐した一部の高圧Heガスを膨張機１０および１
１に導入し、断熱膨張させて寒冷を発生させた後
低圧He管１６に戻して熱交換器６，８の帰還ガ
スに合流させ、これらの寒冷により高圧Heガス
を10〓程度まで冷却する。更に熱交換器９では、
液化に必要な温度まで冷却される。こうして高圧
He管３を通つて冷却されてきた高圧Heガスは最
終的にJT弁１２でジユールトムソン効果によつ
て一部液化されLHe溜１５に貯留される。液化
されなかつたHeガス及びLHe溜１５内で気化し
たHeガスは低圧He管１６経由で熱交換器９，
８，７，６，５，４を順次通過して高圧He管３
側のHeを冷却し自らは加温されてHeガス供給管
２３に戻され再び液化用Heガスの原料として圧
縮機２に供給される。尚コールドボツクス１と
LHe溜１５の間はHeミスト管１３と低圧He管１
６を含むトランスフアー管１４を介して接続され
ている。

次にこのHe液化機を起動する場合について説
明する。

He液化機の起動時には、前記コールドボツク
ス内の熱交換器４，５，６，７，８，９および膨
張機１０，１１ならびに各配管等は所定の運転温
度より著しく高くなつているので、He液化機の
起動時間を短縮するためには、これらの機器を
LN₂温度（77〓）近くまで予冷する事が必要とな
る。

尚上述のHe液化機には予冷バイパス管１７及
びバイパス弁１９が設けてあり、予冷操作にさい
しては、バイパス弁１９をあけ、必要量のHeガ
スを予冷バイパス管１７を介して循環させる様な
態勢の下にHeガスの供給を開始し、まず熱交換
器４に導入する。そしてLN₂によりLN₂温度（77
〓）程度まで冷却するとともに、この寒冷により
熱交換器５，６，７，８，９も同じ様に冷却す
る。予冷バイパス管１７より排出されるHeガス
はかなり低温であり、このままで圧縮機２の吸入
側へもどすのは、機器保守上不都合であるので熱
交換器１８において加温水管から供給される常温
の水により常温まで戻したあと、低圧戻り管２０
を経て、圧縮機２の吸入側へもどす様にしてい
る。

尚、バイパス弁１９は予冷バイパス通過Heガ
ス量の調整および予冷終了後のしめきりのための
弁である。

予冷操作により、熱交換器５，６，７，８，９
がLN₂温度程度まで低下すれば、バイパス弁１９
を閉じ、JT弁１２を少し開いて、膨張機１０，
１１の発生する寒冷およびJT弁１２におけるジ
ユールトムソン効果による寒冷により、コールボ
ツクス内の各機器及びトランスフアー管１４を所
定の運転温度まで冷却する。各部の温度が所定の
運転温度になれば、JT弁１２を所定の開度にし
てHe液化運転をおこなう。

第２図に示した従来例の予冷回路においてバイ
パス弁１９はHeガスの常温部側に配置されてお
り、バイパス弁１９をコールドボツクス１側の低
温部に配置する場合に比べて締切性の確保および
設備コストの低減の点で有利ではあるが、バイパ
ス管１７を通過して予冷を終えたHeガスを加温
するための熱交換器１８がコールドボツクス外で
別に設けられる必要が有り、その為加温水管等の
設備を設けて水等の加温熱媒を導入しなければな
らない。しかも予冷を終えたHeガスがもつてい
る寒冷は加熱用媒体によつて無用に放出されてし
まい、LN₂によつて供給される予冷用の寒冷を無
駄に浪費してしまつている。

そこで本発明らは予冷を終えたHeガスの寒冷
を有効に利用する為、特願昭60−41515に開示し
た様に、コールドボツクス内の熱交換器によつて
前記寒冷を回収する方法を発明した。

［発明が解決しようとする問題点］ 装置の起動を開始し、上記予冷方法に沿つて予
冷を行ない、JT弁１２、トランスフアー管１４、
低圧He管１６等の極低温機器部及び熱交換器５
〜９を冷却して極低温の発生（He液化機の連続
運転）が可能となるまでの所要時間は、装置規模
にもよるが一般には２時間以上とされている。こ
れらの全所要時間のうち、特に極低温機器部
（JT弁１２以後）の冷却に費やされる時間は全体
の約3/7に及ぶことが分かつている。

そこで本発明者らは、極低温機器部の予冷に費
やされる時間を短縮することを目的に種々研究を
行なつた結果、本発明方法を完成した。

［問題点を解決するための手段］ 極低温発生装置の極低温機器部を予冷するに当
たり、予冷済みの上記ガス体を低温のまま排出す
ることなく、少なくともジユールトムソン弁及び
トランスフアー管の冷却に使用し、さらに前記極
低温発生装置の供給側へ循環させる方法を採用す
る点に本発明の要旨が存在する。

［作用］ 一般に冷却ガス量が一定であれば予冷の要する
時間は物質の熱容量と比例している。一方常温か
ら４〓までの冷却のうち液体N₂の予冷最終温度
である80〓までの冷却に費やされる冷却時間がそ
の大半であることを考えれば上記予冷操作の実施
に合わせて極低温機器部についても液体N₂温度
による予冷可能域程度まで予冷する様に設計して
おけば、80〓から４〓までの残りの冷却は極く短
時間で完了することができるので、全予冷時間が
かなり短縮されるはずである。従つて装置の起動
時に液体N₂を使つて熱交換器の予冷を行なうに
当たり、予冷を終えた低温の冷媒（Heガス）を
JT弁及びトランスフアー管等の極低温機器部に
導き、該機器部を冷却してから再循環させるよう
な方法を採用するという方策に想到し、装置の起
動開始から極低温発生までの全所要時間を短縮さ
せることが可能になつた。

［実施例］ 本発明方法を採用する為に用いる実施例装置を
第１図に示す。前記第２図で示したものと構造的
に相違する箇所は、第１に予冷バイパス管１７を
コールドボツクス１内に収納し、且つ熱交換器４
内を通過する様にした点にある。これは特願昭60
−41515に述べた予冷方法においても採用した構
成であり、予冷されたHeガスの寒冷を熱交換器
４で利用してからHeガスもどり管２０に合流さ
せ圧縮機２へ循環させるためのものである。但し
本発明におけるより重要な特徴点は次に述べる点
にあり、上記の構成は本発明にとつて必須構成要
件と考えるべきではない。

第２の相違点で且つ本発明におけるもつとも基
本的なポイントはJT弁１２及びトランスフアー
管１４を冷却するための熱交換器２１ａ及び２１
ｂを設けた点に存在する。尚必要により低圧管１
６を冷却する為の熱交換器２１ｃを設けることも
できる。

起動開始時にまずJT弁１２を閉、バイパス弁
１９を開とし、LN₂管２２よりLN₂をコールドボ
ツクス１内の熱交換器４へ供給する。そして圧縮
機２を起動して高圧He管３よりHeガスを流通さ
せ、LN₂の寒冷によつて熱交換器５〜９，バイパ
ス管１７等を予冷する。又膨張機１０，１１によ
つても寒冷を得てコールドボツクス１内を冷却す
る。このとき予冷バイパス管１７を流れるHeガ
スの寒冷を熱交換器２１ａ，２１ｂ，２１ｃを介
してJT弁１２，トランスフアー管１４、低圧He
管１６に伝達し、これら極低温機器部をも予冷す
る。しかるに後尚残留しているHeガスの寒冷を
熱交換器４で回収利用すると共に、昇温したHe
ガスのバイパス弁１９及びもどり管２０を介して
圧縮機２の吸入側へ循環させる。

次に熱交換器、極低温機器部がLN₂温度（約80
〓）に達したところでバイパス弁１９を閉じ、膨
張機１０，１１による寒冷によつてさらに熱交換
器の冷却を行ない、膨張機１１の排出温度が所定
の温度以下に達したらJT弁１２を少し開いて極
低温機器部及び熱交換器９を所定の温度（４〓）
まで冷却する。そして所定の温度に達したところ
でJT弁１２の開度を所定値まで開けてHe液化の
通常連続運転を開始する。

上述した方法によりHe液化機の予冷を行なつ
た結果、従来起動開始から液体Heの発生までに
要していた時間を約30％近く短縮することができ
る様になつた。

本発明は上述したHe液化機だけに適用される
方法ではなく、極低温発生装置全般にわたつて適
用することができる。

［発明の効果］ 極低温発生装置の予冷時に本発明方法を採用す
ることにより、装置の起動開始から極低温寒冷の
発生までの要する時間を極めて短くすることがで
きるようになつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に用いる装置の一実施例を
示す模式図、第２図は従来の方法に用いられる装
置の例を示す模式図である。 １……コールドボツクス、２……圧縮機、３…
…高圧He管、４，５，６，７，８，９……熱交
換器、１０，１１……膨張機、１２……ジユール
トムソン弁（JT弁）、１３……ミスト管、１４…
…トランスフアー管、１５……LHe貯溜槽、１
６……低圧He管、１７……予冷バイパス管、１
８……熱交換器、１９……バイパス弁、２０……
もどり管、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ……熱交換
器、２２……LN₂管、２３……He供給管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ガス体の液化による極低温発生装置の予冷方
   法において、予冷済みの上記ガス体を低温のまま
   排出することなく、少なくともジユールトムソン
   弁及びトランスフアー管の冷却に使用し、さらに
   前記極低温発生装置の供給側へ循環することを特
   徴とする極低温発生装置の予冷方法。