JPH04188B2 - - Google Patents

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JPH04188B2
JPH04188B2 JP61183035A JP18303586A JPH04188B2 JP H04188 B2 JPH04188 B2 JP H04188B2 JP 61183035 A JP61183035 A JP 61183035A JP 18303586 A JP18303586 A JP 18303586A JP H04188 B2 JPH04188 B2 JP H04188B2
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pipe
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液体窒素の寒冷を利用した低温液化ガ
ス液化・冷凍装置に関し、詳細には液体窒素の持
つ寒冷を最大限有効利用すると共に、液体窒素を
再生産・循回使用し、系外から液体窒素補給量を
低減させることができる低温液化ガス液化・冷凍
装置に関するものである。
〔従来の技術〕
第２図は低温液化ガス液化・冷凍装置のうちヘ
リウム液化・冷凍装置の一例を示す説明図であ
る。圧縮機４によつて高圧化されたHeガスは高
圧Heガス配管５ａ（５ｂについては後述）を通つ
てコールドボツクス２内の熱交換器９ａ〜９ｇへ
導かれ、その一部は寒冷発生用として膨張機６
ａ，６ｂに導入され、残部は熱交換器９ｇを通過
した後、JT弁（ジユールトムソン弁）７におい
て断熱膨張されその一部が液化される。液化した
液体Heは貯槽３内に貯留され、液化されなかつ
たHeガス及び貯槽３内において気化したHeガス
は低圧Heガス配管１０を通つて熱交換器におい
て寒冷を利用（高圧ガス配管５ａ内のHeガスを
冷却）した後圧縮機４の入側へ循環される。
上記循環系はヘリウム液化・冷凍装置１の定常
運転における流れを説明したものであり、運転開
始時には、低圧ガス配管１０だけでは十分な寒冷
が得られない。そこで高圧Heガスの一部を高圧
Heガス分岐配管５ｂ経由でコールドボツクス２
内へ導入し、熱交換器９ｃにおいて液体窒素によ
る予備冷却を行なつた後、本管側である高圧He
ガス配管５ａに合流させていくという方式を採用
している。
すなわち貯留槽８内に貯留された液体窒素を導
入管１１経由でコールドボツクス２内の熱交換器
９ｃへ導入し、このHe予備冷却部である熱交換
器９ｃにおいて分岐配管５ｂ内の高圧Heガスを
約80Kまで冷却し、寒冷利用の後気化した窒素ガ
スは放出管１２から大気中へ放出している。尚上
記の様な液体窒素による高圧Heガスの予備冷却
方式については、運転開始時のみに限らず、He
液化運転中も連続して行なう様に構成された装置
もある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが熱交換器９ｃにおいて寒冷を奪われた
液体窒素は、常に完全に気化されて常温状態とな
つて放出されている訳ではなく、液体窒素を含ん
だまま、即ち一部はミスト状態で大気中へ廃棄さ
れていることが多い。その為この様な操業条件下
では液体窒素消費量が多大なものとなり、液体窒
素を安定して供給するためには大きな液体窒素貯
留槽を準備しなければならないばかりでなく、当
該貯留槽に対する液体窒素の補給も頻繁に行なわ
なければならなかつた。即ち特定地域に建設され
ている空気液化プラント等からタンクローリによ
つて液体窒素を何度も輸送しなければならず、液
体窒素の輸送や貯蔵に膨大なコストを要するとい
う不利益があつた。また他の問題として運転起動
時において、Heガスと液体窒素との熱交換効率
が悪く、高圧Heガスへの予備冷却を行なうのに
時間が長くかかるという不都合もあつた。
そこで本発明者は液体窒素の寒冷を最大限有効
利用すると共に、使用した窒素ガスを循環再使用
することによつて液体窒素消費量を低減させるこ
と、及び予備冷却時間を短縮することを目的に、
種々研究を積み重ねた結果、本発明を完成させる
に至つた。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成し得た本発明は、低温液化ガス
低圧ガス配管と低温液化ガス高圧ガス配管が圧縮
機を介して連結され、該高圧ガス配管に膨張弁が
配設されると共に、上記低圧ガス配管及び高圧ガ
ス配管の一部に複数の低温液化ガス熱交換器と液
体窒素による低温液化ガス予備冷却部を設けてな
る低温液化ガス液化冷凍装置において、ヘリウム
の予備冷却に使用済の窒素ガスを高圧化する圧縮
機が窒素ガス低圧配管に設けられると共に、高圧
化された窒素ガスを液化する膨張弁が窒素ガス高
圧配管に配設され、窒素ガスが循環する様に前記
窒素ガス低圧配管と窒素ガス高圧配管が互いに連
結され、上記窒素ガス低圧配管と窒素ガス高圧配
管に複数の窒素ガス熱交換器が設けられ、さらに
前記膨張弁の下流位置には液体窒素を導入する液
体窒素導入管が接続され、且つ高温側の低温液化
ガス熱交換器と窒素ガス熱交換器が一体形成され
てなる点に要旨を有するものである。
〔作 用〕
液体窒素の寒冷利用装置において寒冷発生の為
に利用されて気化した窒素ガスは、依然として相
当量の寒冷を保持しているケースが多く、そのま
ま大気中へ放出してしまうことは大変な浪費であ
る。そこで本発明では窒素ガスの低圧配管と高圧
配管を相互に接続し、圧縮機及び膨張弁を設け、
低温液化ガスの予備冷却に使用された窒素ガスの
少なくとも一部を再び液化させて再利用すること
を考えた。
低温液化ガスの予備冷却部において昇温され気
化した窒素ガスは大気圧とほぼ同等の圧力になつ
ているが、これをまず圧縮機によつて加圧する。
こうして高圧化された窒素ガスは熱交換器等によ
つて冷却した後、窒素ガス高圧配管に設けられた
膨張弁（又はコールドエジエクタ）によつて断熱
膨張させ、その一部を液化させて再利用に供する
のである。このときの液体窒素の液化率は装置構
成等によつて異なるが、約75％程度となる。
また高温側の低温液化ガス熱交換器と窒素ガス
熱交換器は一体形成しておき、液体窒素、低温窒
素ガスと低温液化ガスとの熱交換を効率的に行な
い、予備冷却に要する時間を短縮し、電力消費の
少ない運転を行なうこととする。
この結果液体窒素が再生産されるが、その再生
産量に合わせて貯蔵液体窒素の消費量を少なくす
ることができ、液体窒素の貯留槽を小さくすると
共に、該貯留槽への補給量を減らすことも可能と
なる。
〔実施例〕
以下本発明に係る低温液化ガス液化・冷凍装置
の一実施例を図面により説明する。本実施例にお
いては低温液化ガスのうちヘリウムガスを用いた
液化・冷凍装置を第１図に示す。
ヘリウム液化・冷凍系統の構成は第２図に示す
ものと同一であり、熱交換器９ｃ，９ａを通る
N2ガス低圧配管１７の常温側には廃棄管１９と
は別に圧縮機１５を設け、該圧縮機１５の出口側
にN2ガス高圧配管１６を接続する。該N2ガス高
圧配管１６は熱交換器９ａ，９ｃを通過する様に
連結すると共に、該N2ガス高圧配管１６に膨張
弁１８を配設し、該膨張弁１８の出口側をN2ガ
ス低圧配管１７に接続する。また該膨張弁１８の
下流位置には、液体窒素の貯留槽８に連結された
液体窒素導入管１１を窒素ガス熱交換器９ｃの手
前側で連結する。
一方高圧Heガス冷却用の高温側熱交換器９ａ
には窒素ガス熱交換器が一体的に組込まれ、低温
N2ガス及び液体窒素による高圧Heガスの予備冷
却を効率的に行なう様に構成される。
上記装置による作動は以下の通であり、上記熱
交換器９ｃ，９ａを通過したN2ガスはN2ガス低
圧配管１７によつて常温部へ戻され、一部は圧縮
機１５の入側へ送給されて再循環に供され、残部
は廃棄管１９から大気中へ放出される。圧縮機１
５において高圧化されたN2ガスはN2ガス高圧配
管１６から熱交換器９ａ，９ｃへ送給され、冷却
された後膨張弁１８に至る。該膨張弁１８におい
ては熱交換器９ａ，９ｃによつて冷却された高圧
N2ガスが等エンタルピ−膨張され、液体窒素を
含む低温の液体窒素ミストが発生する。一方液体
窒素の貯留槽８からは、液体窒素導入管１１が膨
張弁１８の下流側に連結され、前記低温の液体窒
素ミストと合流して熱交換器９ｃ，９ａに導入さ
れ、循環されてきた高圧N2ガスにさらに寒冷を
付与する様に構成される。即ち熱交換器９ａにお
いて高圧Heガスの冷却に使用される液体窒素は
貯留槽８からの補給分と膨張弁１８によつて液化
された分を合わせて利用することができ、貯留槽
８からの液体窒素補給量は従来装置に比較して減
少させることが可能となる。なお第１図における
（ ）中の数字は液体窒素再生産時の各部の温度
変化例を示す。
また液体窒素はヘリウムガスに比較して比熱、
潜熱が大きく、第１図に示す様にコールドボツク
ス２内の第１段目の高温側熱交換器９ａに液体窒
素を導入することにより、ヘリウムガスとの熱交
換を効率的に行なうことができる。さらに第１図
の如く熱交換器９ａはヘリウムガス冷却用及び窒
素ガス冷却用が一体形成されているので、運転起
動時において、定常運転に必要なヘリウムガス温
度とするまでの時間を短くすることができる。す
なわちヘリウム液化起動時における予備運転時間
を短縮し、電力消費量を節減することになる。
一般にN2ガスを高圧化させた後断熱膨張させ
てN2ガスを液化させるに際しては、高圧N2ガス
を約80K近くまで冷却しておく必要があり、常法
に従うとすれば特別の膨張機を設けてN2ガスの
一部を膨張させて冷却したり、或は全く別に独立
した冷凍機を設けて高圧N2ガスを冷却する様な
構造としなければならなかつた。ところが本発明
ではコールドボツクス２内の窒素ガス熱交換器９
ｃを用いて液体窒素の寒冷を直接利用する方式を
採用しているので、高価な膨張弁や冷凍機を設け
る必要がなく、簡素化された設備によつて低コス
トに液体窒素を再生産できる。本実施例はヘリウ
ム液化冷凍装置について説明したが、その他低温
液化ガスとしては窒素よりも沸点の低い水素ガス
等であつても良い。
〔発明の効果〕
本発明は上記の様に構成されているので、貯留
槽から取り出して消費する液体窒素量を減少させ
ることが可能となり、液体窒素の補給量及び補給
回数が減少し、液体窒素の経済的利用がはかれる
様になつた。また予備冷却時間が短縮され、効率
的なヘリウム液化・冷凍運転を省エネルギーを達
成して行なえることとなつた。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明装置を適用したヘリウム液化・
冷凍装置の一部をす説明図、第２図は従来のヘリ
ウム液化・冷凍装置の例を示す説明図である。 １……ヘリウム液化・冷凍装置、２……コール
ドボツクス、３……液体ヘリウム貯槽、４……圧
縮機、５ａ，５ｂ……高圧ガス配管、６ａ，６ｂ
……膨張機、７……JT弁、８……液体窒素貯留
槽、９ａ〜９ｇ……熱交換器、１０……低圧ガス
配管、１１……液体窒素導入管、１２……放出
管、１３……液体窒素供給管、１４……窒素ガス
放出管、１５……圧縮機、１６……N2ガス高圧
配管、１７……N2ガス低圧配管、１８……膨張
弁、１９……廃棄管。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 低温液化ガス低圧ガス配管と低温液化ガス高
    圧ガス配管が圧縮機を介して連結され、該高圧ガ
    ス配管に膨張弁が配設されると共に、上記低圧ガ
    ス配管及び高圧ガス配管の一部に複数の低温液化
    ガス熱交換器と液体窒素による低温液化ガス予備
    冷却部を設けてなる低温液化ガス液化冷凍装置に
    おいて、 低温液化ガスの予備冷却に使用済の窒素ガスを
    高圧化する圧縮機が窒素ガス低圧配管に設けられ
    ると共に、高圧化された窒素ガスを液化する膨張
    弁が窒素ガス高圧配管に配設され、窒素ガスが循
    環する様に前記窒素ガス低圧配管と窒素ガス高圧
    配管が互いに連結され、上記窒素ガス低圧配管と
    窒素ガス高圧配管に複数の窒素ガス熱交換器が設
    けられ、さらに前記膨張弁の下流位置には液体窒
    素を導入する液体窒素導入管が接続され、且つ高
    温側の低温液化ガス熱交換器と窒素ガス熱交換器
    が一体形成されてなることを特徴とする低温液化
    ガス液化・冷凍装置。
JP61183035A 1986-08-04 1986-08-04 低温液化ガス液化・冷凍装置 Granted JPS6338863A (ja)

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