JPH04369356A - 極低温冷凍装置 - Google Patents
極低温冷凍装置Info
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- JPH04369356A JPH04369356A JP14709991A JP14709991A JPH04369356A JP H04369356 A JPH04369356 A JP H04369356A JP 14709991 A JP14709991 A JP 14709991A JP 14709991 A JP14709991 A JP 14709991A JP H04369356 A JPH04369356 A JP H04369356A
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- Japan
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- helium gas
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- Pending
Links
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 77
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims abstract description 29
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
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- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
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- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims description 15
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 11
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 abstract 2
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Classifications
-
- 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
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
- F25B2400/14—Power generation using energy from the expansion of the refrigerant
- F25B2400/141—Power generation using energy from the expansion of the refrigerant the extracted power is not recycled back in the refrigerant circuit
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は極低温冷凍装置に係り、
特に補助寒冷源に液体窒素と寒冷発生源にヘリウム膨張
タービンを用いる極低温冷凍装置に関する。
特に補助寒冷源に液体窒素と寒冷発生源にヘリウム膨張
タービンを用いる極低温冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の極低温冷凍装置としては、例えば
、ターボ機械第１１巻第７号（Ｐ３７〜４２）Ｈｅ液化
冷凍機用膨張タービンに記載のように、圧縮機ユニット
で圧縮された高圧Ｈｅガスを第１熱交換器で補助寒冷源
の液体窒素にて予冷する一方、第１膨張タービン、第２
膨張タービンの各々の制動ラインの冷却器用冷媒に冷却
水を用いる例が示されている。
、ターボ機械第１１巻第７号（Ｐ３７〜４２）Ｈｅ液化
冷凍機用膨張タービンに記載のように、圧縮機ユニット
で圧縮された高圧Ｈｅガスを第１熱交換器で補助寒冷源
の液体窒素にて予冷する一方、第１膨張タービン、第２
膨張タービンの各々の制動ラインの冷却器用冷媒に冷却
水を用いる例が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、補助寒冷源の液体窒素及び制動ラインの冷却水にて
熱を回収した後、両冷媒は外部（大気）へ放出するため
冷媒の有効活用がされていなかった。また、例えば冷却
水をチラーユニット（水のクローズドサイクルにおける
冷却手段）にて循環させたり、液体窒素にて熱回収した
後の蒸発ガスを再利用（再液化）する冷凍機を取り付け
るなど冷媒の有効活用をしたとしても、今度は付属設備
にかかるコスト増加が否めない。
は、補助寒冷源の液体窒素及び制動ラインの冷却水にて
熱を回収した後、両冷媒は外部（大気）へ放出するため
冷媒の有効活用がされていなかった。また、例えば冷却
水をチラーユニット（水のクローズドサイクルにおける
冷却手段）にて循環させたり、液体窒素にて熱回収した
後の蒸発ガスを再利用（再液化）する冷凍機を取り付け
るなど冷媒の有効活用をしたとしても、今度は付属設備
にかかるコスト増加が否めない。
【０００４】本発明の目的は、極低温冷凍装置に欠かせ
ない冷媒源を極力簡略化し、冷媒の有効活用を施す一方
、制動ライン用冷却器のコンパク化を図ることのできる
極低温冷凍装置を提供することにある。
ない冷媒源を極力簡略化し、冷媒の有効活用を施す一方
、制動ライン用冷却器のコンパク化を図ることのできる
極低温冷凍装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、補助寒冷源
として用いる液体窒素と圧縮機より吐出された高温・高
圧ヘリウムガスとの熱交換より生じる蒸発窒素ガスを制
動ラインの冷媒とすることによって達成される。
として用いる液体窒素と圧縮機より吐出された高温・高
圧ヘリウムガスとの熱交換より生じる蒸発窒素ガスを制
動ラインの冷媒とすることによって達成される。
【０００６】
【作用】圧縮機により圧縮された高圧・高温のヘリウム
ガスと、補助寒冷源の液体窒素を対流させ熱交換させる
ことにより、交換熱量分の熱回収で液体窒素はガス化す
る。この窒素ガスを例えば、高・低圧段側膨張タービン
の制動ラインへ並列に供給することで、冷媒の簡略化が
図れ、上記一連の冷却ラインの温度バランスを最適化す
ることで、制動ライン用冷却器のコンパクト化が図れる
。また、上記窒素ガスを高圧段側膨張タービンの制動ラ
インへ冷媒として供給し、高圧段側膨張タービンにて発
生する熱を回収した後、この窒素ガスを低圧段側膨張タ
ービンの制動ラインへ冷媒として供給しても、上記と同
様な効果を得る。
ガスと、補助寒冷源の液体窒素を対流させ熱交換させる
ことにより、交換熱量分の熱回収で液体窒素はガス化す
る。この窒素ガスを例えば、高・低圧段側膨張タービン
の制動ラインへ並列に供給することで、冷媒の簡略化が
図れ、上記一連の冷却ラインの温度バランスを最適化す
ることで、制動ライン用冷却器のコンパクト化が図れる
。また、上記窒素ガスを高圧段側膨張タービンの制動ラ
インへ冷媒として供給し、高圧段側膨張タービンにて発
生する熱を回収した後、この窒素ガスを低圧段側膨張タ
ービンの制動ラインへ冷媒として供給しても、上記と同
様な効果を得る。
【０００７】
【実施例】以下本発明の一実施例を図１により説明する
。圧縮機１の吐出側に接続された圧縮機吐出側ヘリウム
ガス配管２は第１熱交換器３、第２熱交換器４、第３熱
交換器５、第４熱交換器６、第５熱交換器７の各々の高
温側を直列に接続し、第５熱交換器７の高温側出口と冷
凍負荷９の入口とはジュールトムソン膨張弁８を介して
連通されている。冷凍負荷９の出口と第５、第４、第３
、第２、第１熱交換器の各々の低温側と圧縮機１の吸入
側は圧縮機吸入側ヘリウムガス配管１０により直列に接
続されている。第１熱交換器高温側出口と第２熱交換器
高温側入口を接続している圧縮機吐出側ヘリウムガス配
管２にはヘリウムガス分岐配管１１が接続され、このヘ
リウムガス分岐配管１１は、高圧段側膨張タービン１２
、第３熱交換器５の第２の高温側、低圧段側膨張タービ
ン１３、及び第５熱交換器７の低温側出口と第４熱交換
器６の低温側入口とを接続する圧縮機吸入側ヘリウムガ
ス配管１０に直列に接続している。高圧段側膨張タービ
ン１２と低圧段側膨張タービン１３の各々に動力吸収用
制動ファン１４、１５が設けられ、熱回収用冷却器１６
、１７の高温側と接続されている。圧縮機１吐出側と第
１熱交換器３の高温側入口の圧縮機吐出側ヘリウムガス
配管２にヘリウムガス分岐配管１８が接続され、このヘ
リウムガス分岐配管１８は窒素熱交換器１９の高温側を
介して、第１熱交換器３の高温側出口と第２熱交換器高
温側入口を接続する圧縮機吐出側ヘリウムガス配管２に
直列に接続する。窒素熱交換器１９の低温側入口には、
補助寒冷源の液体窒素供給用配管２０が接続され、窒素
熱交換器１９の低温側出口には、熱回収後の蒸発窒素ガ
ス配管２１と冷却器１６の低温側が接続され、窒素ガス
は大気へ放出される。また、窒素熱交換器１９の低温側
出口と冷却器１７の低温側入口を接続する蒸発窒素ガス
配管２１には、窒素ガス分岐配管２２が接続され、窒素
ガス分岐配管２２と冷却器１７を通った窒素ガスは大気
へ放出される。以下、圧縮機、第１〜第５熱交換器、ジ
ュールトムソン膨張弁、冷凍負荷及び高・低圧段側膨張
タービンとそれらを連結するラインを総称して液化ライ
ン２３とし、その他の構成因子を予冷・制動ライン２４
として、本発明の動作を説明する。まず、液化ライン２
３では、圧縮機１で圧縮されたヘリウムガスは、高・低
圧段側膨張タービン１２、１３の寒冷発生により第１〜
４熱交換器にて予冷され、高圧・低温のヘリウムガスと
なって、第５熱交換器７の高温側に流入する。第５熱交
換器の高温側出口よりでたヘリウムガスはジュールトム
ソン膨張弁８を通過しながら等エンタルピ膨張を行って
液化する。液化したヘリウムは冷凍負荷９を受けて気化
し、第５〜１の各熱交換器の低温側を通りながら、高温
側を流れるヘリウムガスと熱交換し、低圧・高温ガスと
なり、圧縮機１に戻る循環を繰り返す。次に予冷・制動
ラインでは、圧縮機１で圧縮されたヘリウムガスは液化
ラインと窒素熱交換器１９の高温側に分配される。その
窒素熱交換器１９の高温側に分配されたヘリウムガスは
補助寒冷源の液体窒素と熱交換され、高圧・低温のヘリ
ウムガスが液化ラインへ、一方、回収熱により液体窒素
は蒸発し、窒素ガスとなる。また蒸発した窒素ガスは、
高・低圧段側膨張タービン制動用冷却器１６、１７の低
温側へ並列に分配され、各々の前記冷却器高温側のヘリ
ウムガスと熱交換し、大気へ放出される。このことより
、従来技術で、用いていた液体窒素と冷却水の代わりに
、液体窒素（蒸発窒素ガス）だけを流用することで、冷
媒及び装置の簡略化（無駄な配管設備が不用）に寄与す
ることができる。また、冷却器の寸法面から見ると、冷
却器の交換熱量Ｑは総括熱通過率Ｕ、伝熱面積Ａ及び対
数平均温度差Δｔｌｍの積であり、従来の冷却器冷媒の
冷却水と窒素冷媒では窒素冷媒の方がΔｔｌｍが大きい
。従って、同一の交換熱量のもとでは窒素冷媒の方がＵ
・Ａ値が小さく、冷却器のコンパクト化に寄与する。
。圧縮機１の吐出側に接続された圧縮機吐出側ヘリウム
ガス配管２は第１熱交換器３、第２熱交換器４、第３熱
交換器５、第４熱交換器６、第５熱交換器７の各々の高
温側を直列に接続し、第５熱交換器７の高温側出口と冷
凍負荷９の入口とはジュールトムソン膨張弁８を介して
連通されている。冷凍負荷９の出口と第５、第４、第３
、第２、第１熱交換器の各々の低温側と圧縮機１の吸入
側は圧縮機吸入側ヘリウムガス配管１０により直列に接
続されている。第１熱交換器高温側出口と第２熱交換器
高温側入口を接続している圧縮機吐出側ヘリウムガス配
管２にはヘリウムガス分岐配管１１が接続され、このヘ
リウムガス分岐配管１１は、高圧段側膨張タービン１２
、第３熱交換器５の第２の高温側、低圧段側膨張タービ
ン１３、及び第５熱交換器７の低温側出口と第４熱交換
器６の低温側入口とを接続する圧縮機吸入側ヘリウムガ
ス配管１０に直列に接続している。高圧段側膨張タービ
ン１２と低圧段側膨張タービン１３の各々に動力吸収用
制動ファン１４、１５が設けられ、熱回収用冷却器１６
、１７の高温側と接続されている。圧縮機１吐出側と第
１熱交換器３の高温側入口の圧縮機吐出側ヘリウムガス
配管２にヘリウムガス分岐配管１８が接続され、このヘ
リウムガス分岐配管１８は窒素熱交換器１９の高温側を
介して、第１熱交換器３の高温側出口と第２熱交換器高
温側入口を接続する圧縮機吐出側ヘリウムガス配管２に
直列に接続する。窒素熱交換器１９の低温側入口には、
補助寒冷源の液体窒素供給用配管２０が接続され、窒素
熱交換器１９の低温側出口には、熱回収後の蒸発窒素ガ
ス配管２１と冷却器１６の低温側が接続され、窒素ガス
は大気へ放出される。また、窒素熱交換器１９の低温側
出口と冷却器１７の低温側入口を接続する蒸発窒素ガス
配管２１には、窒素ガス分岐配管２２が接続され、窒素
ガス分岐配管２２と冷却器１７を通った窒素ガスは大気
へ放出される。以下、圧縮機、第１〜第５熱交換器、ジ
ュールトムソン膨張弁、冷凍負荷及び高・低圧段側膨張
タービンとそれらを連結するラインを総称して液化ライ
ン２３とし、その他の構成因子を予冷・制動ライン２４
として、本発明の動作を説明する。まず、液化ライン２
３では、圧縮機１で圧縮されたヘリウムガスは、高・低
圧段側膨張タービン１２、１３の寒冷発生により第１〜
４熱交換器にて予冷され、高圧・低温のヘリウムガスと
なって、第５熱交換器７の高温側に流入する。第５熱交
換器の高温側出口よりでたヘリウムガスはジュールトム
ソン膨張弁８を通過しながら等エンタルピ膨張を行って
液化する。液化したヘリウムは冷凍負荷９を受けて気化
し、第５〜１の各熱交換器の低温側を通りながら、高温
側を流れるヘリウムガスと熱交換し、低圧・高温ガスと
なり、圧縮機１に戻る循環を繰り返す。次に予冷・制動
ラインでは、圧縮機１で圧縮されたヘリウムガスは液化
ラインと窒素熱交換器１９の高温側に分配される。その
窒素熱交換器１９の高温側に分配されたヘリウムガスは
補助寒冷源の液体窒素と熱交換され、高圧・低温のヘリ
ウムガスが液化ラインへ、一方、回収熱により液体窒素
は蒸発し、窒素ガスとなる。また蒸発した窒素ガスは、
高・低圧段側膨張タービン制動用冷却器１６、１７の低
温側へ並列に分配され、各々の前記冷却器高温側のヘリ
ウムガスと熱交換し、大気へ放出される。このことより
、従来技術で、用いていた液体窒素と冷却水の代わりに
、液体窒素（蒸発窒素ガス）だけを流用することで、冷
媒及び装置の簡略化（無駄な配管設備が不用）に寄与す
ることができる。また、冷却器の寸法面から見ると、冷
却器の交換熱量Ｑは総括熱通過率Ｕ、伝熱面積Ａ及び対
数平均温度差Δｔｌｍの積であり、従来の冷却器冷媒の
冷却水と窒素冷媒では窒素冷媒の方がΔｔｌｍが大きい
。従って、同一の交換熱量のもとでは窒素冷媒の方がＵ
・Ａ値が小さく、冷却器のコンパクト化に寄与する。
【０００８】以上に述べたように、本実施例によれば、
膨張タービン用制動ラインの冷却器に補助寒冷源の蒸発
窒素ガスを流用することにより、使用冷媒及び冷却装置
の簡略化、冷却器のコンパクト化に効果がある。
膨張タービン用制動ラインの冷却器に補助寒冷源の蒸発
窒素ガスを流用することにより、使用冷媒及び冷却装置
の簡略化、冷却器のコンパクト化に効果がある。
【０００９】図２に本発明の他の実施例を示す制動ライ
ンフローを示す。図１との相違点は、窒素熱交換器低温
側出口よりでた蒸発窒素ガスを高圧段側膨張タービン制
動用冷却器の低温側へ供給し、熱交換した後、低圧段の
冷却器へ供給する直列接続する点である。効果としては
、図１の一実施例と同様であるが、より簡便な冷却配管
を提供できる効果がある。
ンフローを示す。図１との相違点は、窒素熱交換器低温
側出口よりでた蒸発窒素ガスを高圧段側膨張タービン制
動用冷却器の低温側へ供給し、熱交換した後、低圧段の
冷却器へ供給する直列接続する点である。効果としては
、図１の一実施例と同様であるが、より簡便な冷却配管
を提供できる効果がある。
【００１０】
【発明の効果】本発明によれば、膨張タービン用制動ラ
インの冷却器に補助寒冷源の蒸発窒素ガスを流用するた
め、冷媒及び装置の簡略化に効果がある。また、冷却器
のコンパクト化にも効果がある。
インの冷却器に補助寒冷源の蒸発窒素ガスを流用するた
め、冷媒及び装置の簡略化に効果がある。また、冷却器
のコンパクト化にも効果がある。
【図１】本発明の一実施例の極低温冷凍装置フロー図で
ある。
ある。
【図２】本発明の他の実施例の制動ラインフロー図であ
る。
る。
１４，１５…高・低圧段側膨張タービン用制動ファン、
１６，１７…高・低圧段側冷却器、１９…窒素熱交換器
、２０…液体窒素供給用配管、２１…蒸発窒素ガス配管
、２２…窒素ガス分岐配管、２３…液化ライン、２４…
予冷・制動ライン。
１６，１７…高・低圧段側冷却器、１９…窒素熱交換器
、２０…液体窒素供給用配管、２１…蒸発窒素ガス配管
、２２…窒素ガス分岐配管、２３…液化ライン、２４…
予冷・制動ライン。
Claims (3)
- 【請求項１】ヘリウムガスを圧縮・循環させる圧縮機と
、該圧縮機に接続して圧縮された前記ヘリウムガスと冷
凍負荷で気化したヘリウムガスとの間で熱交換を行わせ
る熱交換器と、前記熱交換器に接続して設けられ前記圧
縮されたヘリウムガスを膨張させる膨張タービンと、前
記膨張したヘリウムガスを液化させるジュールトムソン
膨張弁とを備えた極低温冷凍装置の液化ラインと、前記
圧縮機にて圧縮させたヘリウムガスを補助寒冷源である
液体窒素にて冷却する窒素ラインと、前記膨張タービン
にて発生した寒冷発生量に見合う熱量を持つガスと冷媒
を対流させ熱回収する冷却器を具備した動力吸収用制動
ラインを備えた極低温冷凍装置において、前記窒素ライ
ンの液体窒素がヘリウムガスと熱交換した際発生する蒸
発窒素ガスを、前記動力吸収用制動ラインの冷媒とする
ことを特徴とする極低温冷凍装置。 - 【請求項２】前記蒸発窒素ガスを、高圧段、低圧段側の
前記膨張タービンのそれぞれの制動ラインに並列に供給
する請求項１に記載の極低温冷凍装置。 - 【請求項３】前記蒸発窒素ガスを、高圧段、低圧段側の
前記膨張タービンのそれぞれの制動ラインに直列に供給
する請求項１に記載の極低温冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14709991A JPH04369356A (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 極低温冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14709991A JPH04369356A (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 極低温冷凍装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04369356A true JPH04369356A (ja) | 1992-12-22 |
Family
ID=15422477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14709991A Pending JPH04369356A (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 極低温冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04369356A (ja) |
-
1991
- 1991-06-19 JP JP14709991A patent/JPH04369356A/ja active Pending
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