JPH05180558A - ガス液化方法及び冷凍プラント - Google Patents

ガス液化方法及び冷凍プラント

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JPH05180558A
JPH05180558A JP3275910A JP27591091A JPH05180558A JP H05180558 A JPH05180558 A JP H05180558A JP 3275910 A JP3275910 A JP 3275910A JP 27591091 A JP27591091 A JP 27591091A JP H05180558 A JPH05180558 A JP H05180558A
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heat exchangers
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turbine
stage
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Guy Gistau-Baguer
グイ・ジストー−バグエ
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 大きな効率を有し、最終膨張段階を出るガス
相を著しく減少し、さらにはなくすことができる冷凍プ
ラントを提供する。 【構成】 冷凍プラントは、ガスの予冷段階３、ガスを
冷却する熱交換器６，７，８及び過冷却液体を出口で与
える膨張タービン９を有し、熱交換器は少くとも２個の
熱交換器が直列に配置され、少くとも１個の膨張タービ
ン９，１０，１１が連続配置された熱交換器の間に配置
されている。このプラントは、特に超電導素子の冷却に
用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガス状流体を予冷する
段階、それを液化点に近い温度に冷却する段階、次いで
少くとも部分的に液状をした状態で集める前にそれを膨
張する段階を含む、低沸点のガス状流体を液化する方法
及び冷凍プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の方法は、米国特許第 4,048,814
号明細書に記載されている。この種の従来方法では、最
終膨張段階は、等エンタルピー膨張が行われる弁によつ
て行われる。超低温を有する流体において利用できるエ
ネルギーは非常にわずかであるが、そのエネルギーはガ
スの液化温度に非常に近い温度で利用できるので、それ
を取出すことは興味がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、大きな効率
を有し、最終膨張段階を出るガス相を著しく減少し、さ
らにはなくすことができる方法を目的としている。
【０００４】本発明はまた、予冷段階、冷却段階及び液
化ガス貯槽を有し、冷却段階が少くとも１個の熱交換器
及び一つの最終段階手段を有する超低沸点流体回路をも
つているような種類の冷凍プラントを提供することを他
の目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そのため本発明の方法
は、その一特徴によれば、膨張は、過冷却液体を得るよ
うに行われる。本発明のさらに特定の特徴によれば、膨
張は、超臨界状態にある液体に行われる。
【０００６】本方法により、膨張手段に関しての流体の
標準特性は、これらの温度で通常出会うガス相と液相間
の不連続の問題なしにほぼ連続して変化する。タービン
によつて支持されたエンタルピーの低下はわずかなの
で、回転速度は低くすることができ、したがつてタービ
ンは安全のための大きなゆとり幅をもつて運転すること
ができる。過度状態の間は、タービンの入口における流
体の特性は大きな変化を受けず、タービンの運転条件は
したがつて影響されない。
【０００７】本発明の他の特徴によれば、冷却は少くと
も２回の連続した熱交換によつて行われ、少くとも１回
の膨張が，２回の熱交換の間に行われるのが有利であ
る。
【０００８】さらに本発明による冷凍プラントは、前記
のような冷凍プラントにおいて、最終膨張手段が動的で
あり、排出部において過冷却液体を生成することを特徴
としている。
【０００９】本発明による方法は、特に高出力の冷凍プ
ラントの運転に適しており、その場合には最後の膨張手
段はタービンであるのが有利である。より小さい出力の
プラントについては、タービンはレシプロ式膨張機、さ
らに特殊な場合、２個のピストンをもつたレシプロ式膨
張機の１個のピストンによつて置き換えることができ、
他方のピストンは、冷却段階の下流の２個の熱交換器の
間に置かれる。
【００１０】本発明の他の特徴及び利点は、例示として
ではあるが全く限定しないように与えられた実施態様に
ついて、添付の図面を参照しながらなされる以下の記載
によつて明らかになるであろう。
【００１１】
【実施例】以下の記載及び図面において、同一又は類似
の構成要素は、同じ符号で示される。図１には、超電導
キャビテイの冷却に適し、圧縮機１、供給ラインａ、液
化ガス貯槽２、及び戻りラインｂを有するヘリウム冷凍
サイクルが見られる。プラントは、４のような直列に配
置された複数の向流熱交換器を有する予冷段階３を有
し、場合によつては直列又は並列に５のようなタービン
と組み合わされる。
【００１２】予冷段階３は、例えば図１に示されたよう
に、供給ラインａ、戻りラインｂが横切っている連続し
た３個の向流熱交換器６，７及び８がそれに続いてい
る。最終膨張段階は、ここではタービン９によつて保証
され、その入口は、ほぼ３〜４×１０5 Paの圧力で約
4.5Ｋの温度の超臨界状態のヘリウムを供給される。タ
ービン９の出口では、ヘリウムの大部分は、約 1.3×10
5 Paの圧力で、ほぼ 4.4Ｋの温度の液体で得られる。
【００１３】タービン９の入口で必要な条件を保証する
ために、本発明の一態様によれば、熱交換器６及び７で
冷却されたガスは、２個の上流熱交換器６と７との間に
挿入された第１タービン１０及び２個の下流熱交換器７
と８との間に挿入された第２タービン１１によつて分割
された膨張を受けさせられる。この配置は、ガスの膨張
総量が分割され、各タービンにおける温度差が縮少さ
れ、したがつて隣接する熱交換器の冷端部での温度差も
同様に縮少されるので、熱交換器７及び８の効率を大き
く向上できる。
【００１４】冷端部のカットオフ温度は上昇され、これ
は予冷段階内を通過する流体流量を低減することができ
る。膨張タービン９での液化効率は、冷端部を流れる液
体流量をさらに低減することができる。これら二つの流
量の減少は、サイクルの全体効率を著しく改善できる。
参考値として、予冷段階３の出口でラインａ内のガス温
度は、１５〜１８×１０5 Paの圧力でほぼ２０Ｋであ
り、２個のタービン１０及び１１は、この圧力を下流熱
交換器８の入口で約４×１０5 Paにもたらす。ずつと前
に見たように、貯槽２では、液体ヘリウムは、ほぼ 1.2
〜1.3 ×105 の圧力、 4.4Ｋの温度で利用できる。
【００１５】特に中程度の出力のプラントに適した図２
の実施態様では、タービン９は、二つのピストンをもつ
たレシプロ式膨張機１２のシリンダー−ピストン・セッ
トの一方１１' によつて置き換えられ、ピストン１１'
と反対の位相で機械的に連結された他方のピストンは、
前記実施態様の下流タービン１１の代わりに、２個の熱
交換器７と８との間に挿入される。
【００１６】本発明はこれらの実施態様に限定されるこ
となく、同一の目的を満たす修正及び変形を含むことが
できる。特に下流タービン１１は、下流熱交換器８をバ
イパスし、熱交換器７を含むラインａの分岐ループに配
置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による冷凍プラントの第１実施態様の
フローシート。
【図２】 本発明の変形実施態様の、図１と同様なフロ
ーシート。
【符号の説明】
１ 圧縮機 ２ 液化ガス貯槽 ３ 予冷段階 ４，６，７，８ 熱交換器 ５，９，１０，１１ 膨張タービン １２ 二つのピストンをもつたレシプロ式膨張機 ａ 供給ライン ｂ 戻りライン

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 予冷段階（３）、冷却段階及び液化ガス
    貯槽（２）を有し、冷却段階が少くとも１個の熱交換器
    （８）及び過冷却液体を出口で与える動的最終膨張手段
    （９，９')を有する、低沸点液体回路（ａ，ｂ）を含む
    冷凍プラントにおいて、冷却段階が、少くとも直列に配
    置されたた２個の熱交換器（６，７，８）、及び２個の
    連続配置された熱交換器の間に少くとも１個の膨張装置
    （１0;１１；１１')を有することを特徴とするプラン
    ト。
  2. 【請求項２】 膨張装置が膨張タービン（１０；１１）
    であることを特徴とする請求項１記載のプラント。
  3. 【請求項３】 最終膨張手段が膨張タービン（９）であ
    ることを特徴とする請求項１又は２記載のプラント。
  4. 【請求項４】 最終膨張手段がレシプロ式膨張機（９')
    であることを特徴とする請求項１記載のプラント。
  5. 【請求項５】 膨張装置（１１')及び最終膨張手段
    （９')が、二つのピストンをもつたレシプロ式膨張機
    （１２）の一つのピストンによつてそれぞれ構成されて
    いることを特徴とする請求項４記載のプラント。
  6. 【請求項６】 冷却段階が、直列に配置された３個の熱
    交換機（６；７；８）及び挿入された２個の膨張タービ
    ン（１０，１１）を有することを特徴とする請求項１な
    いし３のいずれか１項に記載のプラント。
  7. 【請求項７】 流体がヘリウムであることを特徴とする
    請求項１ないし６のいずれか１項に記載のプラント。
JP3275910A 1990-10-26 1991-10-24 ガス液化方法及び冷凍プラント Pending JPH05180558A (ja)

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FR9013280A FR2668583B1 (fr) 1990-10-26 1990-10-26 Procede de liquefaction d'un gaz et installation de refrigeration.
FR9013280 1990-10-26

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JP3275910A Pending JPH05180558A (ja) 1990-10-26 1991-10-24 ガス液化方法及び冷凍プラント

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