JPH0579718A - ヘリウム液化冷凍装置 - Google Patents
ヘリウム液化冷凍装置Info
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- JPH0579718A JPH0579718A JP24090391A JP24090391A JPH0579718A JP H0579718 A JPH0579718 A JP H0579718A JP 24090391 A JP24090391 A JP 24090391A JP 24090391 A JP24090391 A JP 24090391A JP H0579718 A JPH0579718 A JP H0579718A
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- Japan
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- helium
- refrigeration
- refrigeration system
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- liquefaction
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-
- 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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】膨張タービンで発生した動力を回収し、動力を
効率良く利用する。 【構成】発電制動式の膨張タービン１が発生する電力
を、可変抵抗器９の抵抗値を大きくして可変抵抗器９と
並列に接続された交流変換器１０、変圧器１１に流し、
小形ヘリウム冷凍装置を運転する。
効率良く利用する。 【構成】発電制動式の膨張タービン１が発生する電力
を、可変抵抗器９の抵抗値を大きくして可変抵抗器９と
並列に接続された交流変換器１０、変圧器１１に流し、
小形ヘリウム冷凍装置を運転する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はヘリウム液化冷凍装置に
係り、特に膨張タービンを用いたものに好適なヘリウム
液化冷凍装置に関する。
係り、特に膨張タービンを用いたものに好適なヘリウム
液化冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のヘリウム液化冷凍装置は、例え
ば、ターボ機械第１１巻７号（１９８３）の３７頁から
４２頁に記載のようなブレーキファン吸収動力式の膨張
タービンを用いたものが知られている。
ば、ターボ機械第１１巻７号（１９８３）の３７頁から
４２頁に記載のようなブレーキファン吸収動力式の膨張
タービンを用いたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、膨張
タービンにおける吸収動力の有効利用の点について配慮
されていなかった。すなわち、ブレーキファンによって
吸収された動力は熱に変換されて捨てられていた。
タービンにおける吸収動力の有効利用の点について配慮
されていなかった。すなわち、ブレーキファンによって
吸収された動力は熱に変換されて捨てられていた。
【０００４】本発明の目的は、膨張タービンで発生した
動力を回収し、動力を効率良く利用することのできるヘ
リウム液化冷凍装置を提供することにある。
動力を回収し、動力を効率良く利用することのできるヘ
リウム液化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】上記目的を達成するため
に、圧縮機によってヘリウムガスを圧縮・循環し、前記
圧縮したヘリウムガスの一部を断熱膨張させて寒冷を発
生させ戻りのヘリウムガスに合流させるとともに、前記
圧縮したヘリウムガスの残りを前記戻りのヘリウムガス
と熱交換させて冷却しさらに断熱膨張させて液化ヘリウ
ムを生成するヘリウム液化冷凍装置において、前記寒冷
の発生に発電制動式の膨張タービンを用い、膨張タービ
ンの発電機の出力側に整流器，負荷抵抗，交流変換器を
介して変圧器を接続し、該変圧器の出力によって作動す
る小形ヘリウム冷凍装置を設けたものである。
に、圧縮機によってヘリウムガスを圧縮・循環し、前記
圧縮したヘリウムガスの一部を断熱膨張させて寒冷を発
生させ戻りのヘリウムガスに合流させるとともに、前記
圧縮したヘリウムガスの残りを前記戻りのヘリウムガス
と熱交換させて冷却しさらに断熱膨張させて液化ヘリウ
ムを生成するヘリウム液化冷凍装置において、前記寒冷
の発生に発電制動式の膨張タービンを用い、膨張タービ
ンの発電機の出力側に整流器，負荷抵抗，交流変換器を
介して変圧器を接続し、該変圧器の出力によって作動す
る小形ヘリウム冷凍装置を設けたものである。
【０００６】
【作用】発電制動式の膨張タービンに設けられた発電機
は、膨張タービンを設計回転数で定常運転する場合、タ
ービンの動力に応じて一定の電力を発生する。該発生さ
れた電力（例えば、３相交流）は、整流器（直流交換
器）を介して直流に変換し、可変抵抗器でその電力を消
費させるとともに、可変抵抗器に交流変換器を並列に接
続し、例えば、６０サイクルの交流に変換して、変圧器
を介して、例えば、２００ボルトの電圧を生じさせる。
変圧器の負荷側には小形ヘリウム冷凍装置のコンプレッ
サーを接続しておく。これにより、小形ヘリウム冷凍装
置の冷凍機の運転を行うことができ、タービンで発生し
た動力を回収して動力を効率良く利用することができ
る。
は、膨張タービンを設計回転数で定常運転する場合、タ
ービンの動力に応じて一定の電力を発生する。該発生さ
れた電力（例えば、３相交流）は、整流器（直流交換
器）を介して直流に変換し、可変抵抗器でその電力を消
費させるとともに、可変抵抗器に交流変換器を並列に接
続し、例えば、６０サイクルの交流に変換して、変圧器
を介して、例えば、２００ボルトの電圧を生じさせる。
変圧器の負荷側には小形ヘリウム冷凍装置のコンプレッ
サーを接続しておく。これにより、小形ヘリウム冷凍装
置の冷凍機の運転を行うことができ、タービンで発生し
た動力を回収して動力を効率良く利用することができ
る。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１および図２に
よって説明する。図１に本実施例の制御構成図を示す。
１は発電制動式の膨張タービンで、主軸２の中央部に永
久磁石を内蔵しており、主軸２の一端にはタービン翼車
３を有し、タービン翼車３の周囲にはノズル４が設置し
てある。主軸２とタービン翼車３からなる回転体は、例
えば、動圧ガス軸受方式のジャーナル軸受およびスラス
ト軸受により支持し、ステータ５の中央で永久磁石が高
速回転をするようにしてある。ステータ５にはリード線
を介して整流器８を接続し、整流器８には可変抵抗器９
と交流変換器１０とを並列にして接続し、交流変換器１
０には変圧器１１を接続して、変圧器１１の負荷側に小
形ヘリウム冷凍装置の圧縮機１２が接続してある。圧縮
機１２には小形ヘリウム冷凍装置の冷凍機１３が連結し
てある。
よって説明する。図１に本実施例の制御構成図を示す。
１は発電制動式の膨張タービンで、主軸２の中央部に永
久磁石を内蔵しており、主軸２の一端にはタービン翼車
３を有し、タービン翼車３の周囲にはノズル４が設置し
てある。主軸２とタービン翼車３からなる回転体は、例
えば、動圧ガス軸受方式のジャーナル軸受およびスラス
ト軸受により支持し、ステータ５の中央で永久磁石が高
速回転をするようにしてある。ステータ５にはリード線
を介して整流器８を接続し、整流器８には可変抵抗器９
と交流変換器１０とを並列にして接続し、交流変換器１
０には変圧器１１を接続して、変圧器１１の負荷側に小
形ヘリウム冷凍装置の圧縮機１２が接続してある。圧縮
機１２には小形ヘリウム冷凍装置の冷凍機１３が連結し
てある。
【０００８】このように構成した膨張タービン１では、
ノズル４より噴射されたヘリウムガスは、タービン翼車
３を回転させる。主軸２が回転すると、主軸２の内部に
取付けられている永久磁石がステータ５のところで回転
するため、ステータ５に起電力（この場合、３相交流）
が生じ、リード線を通って整流器（直流交換器）８を介
して直流に変換され、可変抵抗器９で負荷（電力）を吸
収可能となっている。また、整流器８を介して変換され
た直流の電力は、交流変換器１０を介して、この場合、
６０サイクルの交流に変換され、変圧器１１に供給され
て、この場合、２００ボルトの電圧に変換される。この
２００ボルト，６０サイクルの電力により圧縮機１２が
駆動され、冷凍機１３が運転される。大型のヘリウム液
化冷凍装置では、膨張タービン１の発生する動力は数キ
ロワットになる。そこで、膨張タービン１で発生した動
力を効率良く回収するために、膨張タービン１が定常状
態になると可変抵抗器９の抵抗を大きくし、変圧器１１
側へ電力が供給されるようにする。膨張タービン１が定
常状態になるまでは、可変抵抗器９で負荷を調整して制
御する。
ノズル４より噴射されたヘリウムガスは、タービン翼車
３を回転させる。主軸２が回転すると、主軸２の内部に
取付けられている永久磁石がステータ５のところで回転
するため、ステータ５に起電力（この場合、３相交流）
が生じ、リード線を通って整流器（直流交換器）８を介
して直流に変換され、可変抵抗器９で負荷（電力）を吸
収可能となっている。また、整流器８を介して変換され
た直流の電力は、交流変換器１０を介して、この場合、
６０サイクルの交流に変換され、変圧器１１に供給され
て、この場合、２００ボルトの電圧に変換される。この
２００ボルト，６０サイクルの電力により圧縮機１２が
駆動され、冷凍機１３が運転される。大型のヘリウム液
化冷凍装置では、膨張タービン１の発生する動力は数キ
ロワットになる。そこで、膨張タービン１で発生した動
力を効率良く回収するために、膨張タービン１が定常状
態になると可変抵抗器９の抵抗を大きくし、変圧器１１
側へ電力が供給されるようにする。膨張タービン１が定
常状態になるまでは、可変抵抗器９で負荷を調整して制
御する。
【０００９】このように構成することにより、膨張ター
ビン１で発生した動力を電力のかたちで回収でき、その
電力を用いて他の小形ヘリウム冷凍装置を運転できるの
で、効率の良い動力回収を行なうことができる。
ビン１で発生した動力を電力のかたちで回収でき、その
電力を用いて他の小形ヘリウム冷凍装置を運転できるの
で、効率の良い動力回収を行なうことができる。
【００１０】図２は上記のように構成して設けた動力回
収をヘリウム液化冷凍装置内の熱シールド板を冷却する
のに用いたものである。ヘリウム液化冷凍装置は、この
場合、圧縮機２２および真空保冷槽３６内の熱交換器２
５ないし２９，膨張タービン３４および３５，ジュール
トムソン弁３０，冷凍負荷３１とから成り、圧縮機出口
側の高圧配管２３および圧縮機吸込側の戻り配管２４は
熱交換器３４〜３５およびジュールトムソン弁３０を介
して循環路を形成し、高圧配管２３の途中からは分岐配
管３２が分かれ、弁３３および膨張タービン３４，３５
を介して戻り配管２４に合流している。また、この場
合、動力回収装置の整流器８，可変抵抗器９，交流変換
器１０，変圧器１１の部分は制御盤３７に組み込まれて
いる。冷凍機１３は、真空保冷槽３６内であって、この
場合、温度の一番低くなる熱交換器２９を囲んで設けた
熱シールド板３８に熱的に接続してある。
収をヘリウム液化冷凍装置内の熱シールド板を冷却する
のに用いたものである。ヘリウム液化冷凍装置は、この
場合、圧縮機２２および真空保冷槽３６内の熱交換器２
５ないし２９，膨張タービン３４および３５，ジュール
トムソン弁３０，冷凍負荷３１とから成り、圧縮機出口
側の高圧配管２３および圧縮機吸込側の戻り配管２４は
熱交換器３４〜３５およびジュールトムソン弁３０を介
して循環路を形成し、高圧配管２３の途中からは分岐配
管３２が分かれ、弁３３および膨張タービン３４，３５
を介して戻り配管２４に合流している。また、この場
合、動力回収装置の整流器８，可変抵抗器９，交流変換
器１０，変圧器１１の部分は制御盤３７に組み込まれて
いる。冷凍機１３は、真空保冷槽３６内であって、この
場合、温度の一番低くなる熱交換器２９を囲んで設けた
熱シールド板３８に熱的に接続してある。
【００１１】このように構成した装置により、第１の膨
張タービン３４で発生した電力は、制御盤３７を介して
冷凍機１３を駆動するためのコンプレッサー１２を運転
するために消費される。冷凍機１３の駆動により冷凍機
１３の冷却面は、この場合、およそ７７Ｋまで温度降下
し、熱シールド板３８の温度もおよそ７７Ｋまで冷却さ
れる。これにより、温度レベルが一番低い熱交換器への
常温からの侵入熱を低減することができる。
張タービン３４で発生した電力は、制御盤３７を介して
冷凍機１３を駆動するためのコンプレッサー１２を運転
するために消費される。冷凍機１３の駆動により冷凍機
１３の冷却面は、この場合、およそ７７Ｋまで温度降下
し、熱シールド板３８の温度もおよそ７７Ｋまで冷却さ
れる。これにより、温度レベルが一番低い熱交換器への
常温からの侵入熱を低減することができる。
【００１２】以上本実施例によれば、膨張タービン１で
発生した動力を電力のかたちで回収し、その電力を用い
て他の小形ヘリウム冷凍装置を運転可能なので、動力を
効率良く利用することができる。また、小形ヘリウム冷
凍装置の発生する寒冷によって熱交換器の熱シールド板
を冷却できるので、内部への熱侵入を低減することがで
き、ヘリウム液化冷凍装置の運転効率を向上させること
ができる。
発生した動力を電力のかたちで回収し、その電力を用い
て他の小形ヘリウム冷凍装置を運転可能なので、動力を
効率良く利用することができる。また、小形ヘリウム冷
凍装置の発生する寒冷によって熱交換器の熱シールド板
を冷却できるので、内部への熱侵入を低減することがで
き、ヘリウム液化冷凍装置の運転効率を向上させること
ができる。
【００１３】なお、本一実施例では第１の膨張タービン
３４だけで動力回収を行なっていたが、図３に示すよう
に第２の膨張タービン３５にも前記一実施例と同様の制
御盤３７´圧縮機１２´，冷凍機１３´を設け、冷凍機
１３および１３´によって熱シールド板３８´を冷却す
るようにしても良い。この場合、熱シールド板３８´は
低温側の熱交換器２８および２９を囲んで設けたものと
してある。なお、本図において図２と同符号は同一部材
を示し説明を省略する。このようにすることにより、第
１の膨張タービン３４および第２の膨張タービン３５で
発生する両方の動力を回収できるとともに、２台の小形
ヘリウム冷凍装置を運転できるので、さらに広い範囲で
熱シールド板を冷却することができ、常温からの熱交換
器への侵入熱をさらに低減できる効果がある。ひいては
さらに運転効率の優れたヘリウム液化冷凍装置とするこ
とができる。
３４だけで動力回収を行なっていたが、図３に示すよう
に第２の膨張タービン３５にも前記一実施例と同様の制
御盤３７´圧縮機１２´，冷凍機１３´を設け、冷凍機
１３および１３´によって熱シールド板３８´を冷却す
るようにしても良い。この場合、熱シールド板３８´は
低温側の熱交換器２８および２９を囲んで設けたものと
してある。なお、本図において図２と同符号は同一部材
を示し説明を省略する。このようにすることにより、第
１の膨張タービン３４および第２の膨張タービン３５で
発生する両方の動力を回収できるとともに、２台の小形
ヘリウム冷凍装置を運転できるので、さらに広い範囲で
熱シールド板を冷却することができ、常温からの熱交換
器への侵入熱をさらに低減できる効果がある。ひいては
さらに運転効率の優れたヘリウム液化冷凍装置とするこ
とができる。
【００１４】また、本一実施例では冷凍機の発生する寒
冷で真空保冷槽３６内の熱シールド板を冷却するように
していたが、図４または図５に示すように真空保冷槽３
６以外の極低温容器内の熱シールド板を冷却するように
しても良い。図４は、真空保冷槽３６内で生成した液化
ヘリウムをデュワ４１内に貯蔵し、該貯蔵した液化ヘリ
ウム４０をトランスファーチューブ４２を介して熱負荷
４４に供給し、熱負荷を受けて蒸発したヘリウムガスを
トランスファーチューブ４３を介して戻すようにしたも
ので、冷凍機１３の発生する寒冷でデュワ４１内の熱シ
ールド板３９を冷却するようにしている。これにより、
デュワ４１内への常温からの侵入熱を低減できるので、
液体ヘリウム４０の蒸発量を少なくでき、効率の良い運
転を行なうことができる。図５は、図４における熱負荷
部に冷凍機を設けたもので、熱負荷部は、この場合、超
電導マグネット４５を液体ヘリウム４０に浸漬して冷却
するクライオスタット４６である。冷凍機１３はクライ
オスタット４６内の熱シールド板４７を冷却するように
なっている。これにより、クライオスタット４６内への
常温からの侵入熱を低減できるので、液体ヘリウム４０
の蒸発量を少なくでき、効率の良い運転を行なうことが
できる。
冷で真空保冷槽３６内の熱シールド板を冷却するように
していたが、図４または図５に示すように真空保冷槽３
６以外の極低温容器内の熱シールド板を冷却するように
しても良い。図４は、真空保冷槽３６内で生成した液化
ヘリウムをデュワ４１内に貯蔵し、該貯蔵した液化ヘリ
ウム４０をトランスファーチューブ４２を介して熱負荷
４４に供給し、熱負荷を受けて蒸発したヘリウムガスを
トランスファーチューブ４３を介して戻すようにしたも
ので、冷凍機１３の発生する寒冷でデュワ４１内の熱シ
ールド板３９を冷却するようにしている。これにより、
デュワ４１内への常温からの侵入熱を低減できるので、
液体ヘリウム４０の蒸発量を少なくでき、効率の良い運
転を行なうことができる。図５は、図４における熱負荷
部に冷凍機を設けたもので、熱負荷部は、この場合、超
電導マグネット４５を液体ヘリウム４０に浸漬して冷却
するクライオスタット４６である。冷凍機１３はクライ
オスタット４６内の熱シールド板４７を冷却するように
なっている。これにより、クライオスタット４６内への
常温からの侵入熱を低減できるので、液体ヘリウム４０
の蒸発量を少なくでき、効率の良い運転を行なうことが
できる。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、膨張タービンで発生し
た動力を回収し、動力を効率良く利用することができる
という効果がある。
た動力を回収し、動力を効率良く利用することができる
という効果がある。
【図１】本発明の一実施例であるヘリウム液化冷凍装置
の動力回収部を示す構成図である。
の動力回収部を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施例のヘリウム液化冷凍装置を示
す構成図である。
す構成図である。
【図３】本発明の他の実施例のヘリウム液化冷凍装置を
示す構成図である。
示す構成図である。
【図４】本発明の他の実施例のヘリウム液化冷凍装置を
示す構成図である。
示す構成図である。
【図５】本発明の他の実施例のヘリウム液化冷凍装置を
示す構成図である。
示す構成図である。
１，３４，３５…膨張タービン、８…整流器、９…可変
抵抗器、１０…交流変換器、１１…変圧器、１２，１２
´…圧縮機、１３，１３´…冷凍機、３６…真空保冷
槽、３７，３７´…制御盤、３８，３８´，３９，４７
…熱シールド板、４１…液体ヘリウムデュワ、４６…ク
ライオスタット。
抵抗器、１０…交流変換器、１１…変圧器、１２，１２
´…圧縮機、１３，１３´…冷凍機、３６…真空保冷
槽、３７，３７´…制御盤、３８，３８´，３９，４７
…熱シールド板、４１…液体ヘリウムデュワ、４６…ク
ライオスタット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 和夫 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内
Claims (4)
- 【請求項１】圧縮機によってヘリウムガスを圧縮・循環
し、前記圧縮したヘリウムガスの一部を断熱膨張させて
寒冷を発生させ戻りのヘリウムガスに合流させるととも
に、前記圧縮したヘリウムガスの残りを前記戻りのヘリ
ウムガスと熱交換させて冷却しさらに断熱膨張させて液
化ヘリウムを生成するヘリウム液化冷凍装置において、
前記寒冷の発生に発電制動式の膨張タービンを用い、該
膨張タービンの発電機の出力側に整流器，負荷抵抗，交
流変換器を介して変圧器を接続し、該変圧器の出力によ
って作動する小形ヘリウム冷凍装置を設けたことを特徴
とするヘリウム液化冷凍装置。 - 【請求項２】前記小形ヘリウム冷凍装置の冷凍負荷で前
記ヘリウム液化冷凍装置の熱シールドを行う請求項１記
載のヘリウム液化冷凍装置。 - 【請求項３】前記小形ヘリウム冷凍装置の冷凍負荷で前
記ヘリウム液化冷凍装置で液化した液体ヘリウムを貯蔵
する液体ヘリウムのデュワの熱シールドを行う請求項１
記載のヘリウム液化冷凍装置。 - 【請求項４】前記小形ヘリウム冷凍装置の冷凍負荷で前
記液体ヘリウムデュワとトランスファーチューブで接続
されている熱負荷を収納するクライオスタットの熱シー
ルドを行う請求項１記載のヘリウム液化冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24090391A JPH0579718A (ja) | 1991-09-20 | 1991-09-20 | ヘリウム液化冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24090391A JPH0579718A (ja) | 1991-09-20 | 1991-09-20 | ヘリウム液化冷凍装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0579718A true JPH0579718A (ja) | 1993-03-30 |
Family
ID=17066394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24090391A Pending JPH0579718A (ja) | 1991-09-20 | 1991-09-20 | ヘリウム液化冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0579718A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010019547A (ja) * | 1994-07-29 | 2010-01-28 | Battelle Memorial Inst | 微小部品シート構造体 |
| KR20140145134A (ko) * | 2012-03-20 | 2014-12-22 | 에너지후셋 포르살지닝스 에이비 하디 홀링워쓰 | 매질 사이의 열을 전달하고 전기를 생성하기 위한 열 순환기 |
| RU2716780C1 (ru) * | 2019-07-29 | 2020-03-16 | Юрий Иванович Духанин | Турбодетандер |
| JP2021516742A (ja) * | 2018-03-16 | 2021-07-08 | ユーオーピー エルエルシー | プロセスにおいて回収される電力の使用 |
-
1991
- 1991-09-20 JP JP24090391A patent/JPH0579718A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010019547A (ja) * | 1994-07-29 | 2010-01-28 | Battelle Memorial Inst | 微小部品シート構造体 |
| KR20140145134A (ko) * | 2012-03-20 | 2014-12-22 | 에너지후셋 포르살지닝스 에이비 하디 홀링워쓰 | 매질 사이의 열을 전달하고 전기를 생성하기 위한 열 순환기 |
| JP2021516742A (ja) * | 2018-03-16 | 2021-07-08 | ユーオーピー エルエルシー | プロセスにおいて回収される電力の使用 |
| RU2716780C1 (ru) * | 2019-07-29 | 2020-03-16 | Юрий Иванович Духанин | Турбодетандер |
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