JPS6130182B2 - - Google Patents
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- JPS6130182B2 JPS6130182B2 JP56161226A JP16122681A JPS6130182B2 JP S6130182 B2 JPS6130182 B2 JP S6130182B2 JP 56161226 A JP56161226 A JP 56161226A JP 16122681 A JP16122681 A JP 16122681A JP S6130182 B2 JPS6130182 B2 JP S6130182B2
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- JP
- Japan
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- valve
- line
- inlet
- return
- liquefaction
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- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
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
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
- F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
- F25J1/0245—Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
- F25J1/0247—Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control start-up of the process
-
- 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
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- F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
- F25J1/0005—Light or noble gases
- F25J1/0007—Helium
-
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- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
- F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
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- F25J1/0037—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work of a return stream
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- F25J1/004—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by flash gas recovery
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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- F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
- F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream
-
- 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
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- F25J2270/00—Refrigeration techniques used
- F25J2270/04—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop
- F25J2270/06—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop with multiple gas expansion loops
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は原料Heガスを導入し、これに適切な
冷却処理を施すことにより液化Heガスを得るた
めの装置に関する。
冷却処理を施すことにより液化Heガスを得るた
めの装置に関する。
この種装置としては従来から第１図の如きもの
が用いられており、その構成はHeガスボンベ
１、圧縮機２、そして冷却装置３および液化He
受容器４が、適所にＪ―Ｔバルブ５（ジユールト
ムソン効果を発揮するバルブ）、リターンバルブ
６、開閉バルブ７，８を介設することで配管連結
したものとなつており、これにより液化He受容
器４に液化Heガス（LHe）を得る液化始動に先
立つて、次のような予備的諸操作が行なわれてい
る。
が用いられており、その構成はHeガスボンベ
１、圧縮機２、そして冷却装置３および液化He
受容器４が、適所にＪ―Ｔバルブ５（ジユールト
ムソン効果を発揮するバルブ）、リターンバルブ
６、開閉バルブ７，８を介設することで配管連結
したものとなつており、これにより液化He受容
器４に液化Heガス（LHe）を得る液化始動に先
立つて、次のような予備的諸操作が行なわれてい
る。
先ず上記Ｊ―Ｔバルブ５とリターンバルブ６と
を閉じた状態として圧縮機２を稼動すると共に、
同機２へHeガスボンベ１からHeガス（GHe）を
導入し、当該圧縮機２によつて圧縮したGHeを、
上記冷却装置３に送入するのであるが、同装置３
は既知の如く所要複数段の熱交換器９１，９２，
９３，９４，９５と所要個数の膨張エンジン１０
１，１０２とを具備すると共に、これら各熱交換
器による直列液化ライン１１と直列返送ライン１
２とが、逆流熱交換配置にて並設されたもので、
上記の圧縮されたGHeが直列液化ライン１１の入
口１１′から冷却装置３に導入されると、第２熱
交換器９２と第４熱交換器９４とには、その直列
液化ライン１１と直列返送ライン１２との間に上
記の膨脹エンジン１０１、１０２が夫々並接され
ているため、第１熱交換器９１の直列液化ライン
１１から出たGHeは第１膨張エンジン１０１に分
流して、こゝで膨張し、これにより温度降下した
GHeが順次第２、第１熱交換器９２―９１の直列
返送ライン１２を通つて、前記圧縮機２の入口に
帰還されて流動循回することゝなり、かくてGHe
は第１、第２熱交換器９１、９２によつて次第に
冷却されていく。
を閉じた状態として圧縮機２を稼動すると共に、
同機２へHeガスボンベ１からHeガス（GHe）を
導入し、当該圧縮機２によつて圧縮したGHeを、
上記冷却装置３に送入するのであるが、同装置３
は既知の如く所要複数段の熱交換器９１，９２，
９３，９４，９５と所要個数の膨張エンジン１０
１，１０２とを具備すると共に、これら各熱交換
器による直列液化ライン１１と直列返送ライン１
２とが、逆流熱交換配置にて並設されたもので、
上記の圧縮されたGHeが直列液化ライン１１の入
口１１′から冷却装置３に導入されると、第２熱
交換器９２と第４熱交換器９４とには、その直列
液化ライン１１と直列返送ライン１２との間に上
記の膨脹エンジン１０１、１０２が夫々並接され
ているため、第１熱交換器９１の直列液化ライン
１１から出たGHeは第１膨張エンジン１０１に分
流して、こゝで膨張し、これにより温度降下した
GHeが順次第２、第１熱交換器９２―９１の直列
返送ライン１２を通つて、前記圧縮機２の入口に
帰還されて流動循回することゝなり、かくてGHe
は第１、第２熱交換器９１、９２によつて次第に
冷却されていく。
同様にして第２膨脹エンジン１０２も第３熱交
換器９３から分流したGHeを冷却し、順次第４、
第３、第２、第１熱交換器９４―９３―９２―９
１を経て、GHeを圧縮機２に帰還させることゝな
るから、当該循環経路によつてもGHeの冷却が進
行し、かくて第４熱交換器９４までGHeが循環し
て温度降下のための第１予備操作が行なわれるこ
とになる。
換器９３から分流したGHeを冷却し、順次第４、
第３、第２、第１熱交換器９４―９３―９２―９
１を経て、GHeを圧縮機２に帰還させることゝな
るから、当該循環経路によつてもGHeの冷却が進
行し、かくて第４熱交換器９４までGHeが循環し
て温度降下のための第１予備操作が行なわれるこ
とになる。
このようにして第２膨張エンジン１０２の入口
温度が20K以下まで降下したならば、前記のＪ―
Ｔバルブ５を開く第２予備操作を行ない、これに
より冷却されたGHeによつて第５熱交換器９５の
直列液化ライン１１とＪ―Ｔバルブ５および該当
配管の冷却するのであり、当該GHeは液化He受
容器４を介し開閉バルブ８の開成によつて帰還ラ
イン１３から圧縮機２の入口へ回付されることに
なる。
温度が20K以下まで降下したならば、前記のＪ―
Ｔバルブ５を開く第２予備操作を行ない、これに
より冷却されたGHeによつて第５熱交換器９５の
直列液化ライン１１とＪ―Ｔバルブ５および該当
配管の冷却するのであり、当該GHeは液化He受
容器４を介し開閉バルブ８の開成によつて帰還ラ
イン１３から圧縮機２の入口へ回付されることに
なる。
このようにして上記諸部材が冷却されたなら
ば、それまで閉じていたリターンバルブ６を開
成、上記開閉バルブ８は閉成し、これにより液化
He受容器４からのGHeをリターンバルブ６から
直列返送ライン１２の入口１２′―出口１２″―圧
縮機２の入口へと回送させ、同返送ライン１２を
冷却する第３予備操作が完了し、かくてＪ―Ｔバ
ルブ５により第５熱交換器９５から出た冷却GHe
が、等エンタルピー膨張されて温度降下し、液化
He受容器４にLHeとして貯溜されることゝなる
のであつて、こゝでＪ―Ｔバルブ５は既知の如く
ジユールトムソン効果を応用したものであり、或
温度以下では温度降下が起り、それ以上の温度で
は温度上昇が起り、その境界温度（ジユールトム
ソン係数が０のとき）をその気体の逆転温度と称
し、Heの場合の当該温度は50Kである。
ば、それまで閉じていたリターンバルブ６を開
成、上記開閉バルブ８は閉成し、これにより液化
He受容器４からのGHeをリターンバルブ６から
直列返送ライン１２の入口１２′―出口１２″―圧
縮機２の入口へと回送させ、同返送ライン１２を
冷却する第３予備操作が完了し、かくてＪ―Ｔバ
ルブ５により第５熱交換器９５から出た冷却GHe
が、等エンタルピー膨張されて温度降下し、液化
He受容器４にLHeとして貯溜されることゝなる
のであつて、こゝでＪ―Ｔバルブ５は既知の如く
ジユールトムソン効果を応用したものであり、或
温度以下では温度降下が起り、それ以上の温度で
は温度上昇が起り、その境界温度（ジユールトム
ソン係数が０のとき）をその気体の逆転温度と称
し、Heの場合の当該温度は50Kである。
従来装置は上記の如き構成を有するものである
ため、前記の通り第３予備操作にあつて、リター
ンバルブ６を開成した際、冷却されたGHeは可成
りの熱容量をもつた同バルブ６を通過することゝ
なり、さらにこれが第５熱交換器９５の直列返送
ライン１２に導入され、かくて当該熱交換器９５
が加温されることゝなるから、この結果第５熱交
換器９５ではGHeの冷却が行なわれず、逆に温度
が上昇してしまい、これがＪ―Ｔバルブ５に送ら
れるので、その温度が70〜80Kまで上昇すること
になつて、GHeの前記逆転温度を越えてしまい、
同バルブ５の通過によつて、益々昇温され、この
ため始動を開始してもLHeが得られなかつたり、
また上記の如く逆転温度を越えなくとも、温度が
高いことによつてジユールトムソン効果の効率が
低下する欠陥があつた。
ため、前記の通り第３予備操作にあつて、リター
ンバルブ６を開成した際、冷却されたGHeは可成
りの熱容量をもつた同バルブ６を通過することゝ
なり、さらにこれが第５熱交換器９５の直列返送
ライン１２に導入され、かくて当該熱交換器９５
が加温されることゝなるから、この結果第５熱交
換器９５ではGHeの冷却が行なわれず、逆に温度
が上昇してしまい、これがＪ―Ｔバルブ５に送ら
れるので、その温度が70〜80Kまで上昇すること
になつて、GHeの前記逆転温度を越えてしまい、
同バルブ５の通過によつて、益々昇温され、この
ため始動を開始してもLHeが得られなかつたり、
また上記の如く逆転温度を越えなくとも、温度が
高いことによつてジユールトムソン効果の効率が
低下する欠陥があつた。
本発明は上記の如き従来装置の重大な難点を、
僅から部材の付加と配管構成の小規模な改善とに
よつて解消しようとするもので、これを第２図の
実施例によつて詳記すれば、Heガスボンベ１、
圧縮機２、冷却装置３、液化He受容器４、Ｊ―
Ｔバルブ５、リターンバルブ６、開閉バルブ７、
第１〜第５熱交換器９１〜９５、第１、第２膨張
エンジン１０１〜１０２、直列液化ライン１１、
直列返送ライン１２を具備した構成については前
記第１図の従来例と同じである。
僅から部材の付加と配管構成の小規模な改善とに
よつて解消しようとするもので、これを第２図の
実施例によつて詳記すれば、Heガスボンベ１、
圧縮機２、冷却装置３、液化He受容器４、Ｊ―
Ｔバルブ５、リターンバルブ６、開閉バルブ７、
第１〜第５熱交換器９１〜９５、第１、第２膨張
エンジン１０１〜１０２、直列液化ライン１１、
直列返送ライン１２を具備した構成については前
記第１図の従来例と同じである。
本発明では第１図の開閉バルブ８、帰還回路１
３がなく、リターンバルブ６と直列返送ライン１
２の入口１２′との間に三方弁１４が挿接されて
おり、当該三方弁１４の操作により開通した一通
路によつて、上記入口１２′とリターンバルブ６
とが開閉自在に連通されると共に、同三方弁１４
の切換操作により開通する他通路によつて、上記
リターンバルブ６が増設ライン１５によつて前記
圧縮機２の入口に連通するように構成されてい
る。
３がなく、リターンバルブ６と直列返送ライン１
２の入口１２′との間に三方弁１４が挿接されて
おり、当該三方弁１４の操作により開通した一通
路によつて、上記入口１２′とリターンバルブ６
とが開閉自在に連通されると共に、同三方弁１４
の切換操作により開通する他通路によつて、上記
リターンバルブ６が増設ライン１５によつて前記
圧縮機２の入口に連通するように構成されてい
る。
そしてこの装置についても前記の通り先ずＪ―
Ｔバルブ５とリターンバルブ６を閉成して圧縮機
２を起動する第１予備操作を行ない、従来例につ
き詳記した如く、第１、第２膨張エンジン１０
１、１０２を稼動して圧縮機２から第１〜第４熱
交換器９１〜９４までGHeを循環させて温度降下
を図るが、第２膨張エンジン１０２の入口温度が
前記のように20K以下となつた際行なう第２予備
操作としては、直列液化ライン１１の出口１１″
に連結したＪ―Ｔバルブ５と、リターンバルブ６
を開成するだけでなく、三方弁１４を操作してリ
ターンバルブ６と増設ライン１５とを開通させる
のであり、これによつて冷却装置３により冷却さ
れたGHeはＪ―Ｔバルブ５―液化He受容器４―
リターンバルブ６―三方弁１４の他通路―増設ラ
イン１５―圧縮機２の入口へと流過循回し、これ
により上記部材であるＪ―Ｔバルブ５、リターン
バルブ６そして三方弁１４が冷却される。
Ｔバルブ５とリターンバルブ６を閉成して圧縮機
２を起動する第１予備操作を行ない、従来例につ
き詳記した如く、第１、第２膨張エンジン１０
１、１０２を稼動して圧縮機２から第１〜第４熱
交換器９１〜９４までGHeを循環させて温度降下
を図るが、第２膨張エンジン１０２の入口温度が
前記のように20K以下となつた際行なう第２予備
操作としては、直列液化ライン１１の出口１１″
に連結したＪ―Ｔバルブ５と、リターンバルブ６
を開成するだけでなく、三方弁１４を操作してリ
ターンバルブ６と増設ライン１５とを開通させる
のであり、これによつて冷却装置３により冷却さ
れたGHeはＪ―Ｔバルブ５―液化He受容器４―
リターンバルブ６―三方弁１４の他通路―増設ラ
イン１５―圧縮機２の入口へと流過循回し、これ
により上記部材であるＪ―Ｔバルブ５、リターン
バルブ６そして三方弁１４が冷却される。
この冷却により上記諸部材が20K以下となつた
ならば、第３予備操作として三方弁１４の切換操
作を行ない、リターンバルブ６を通過したGHeが
冷却装置３の直列返送ライン１２へ、その入口１
２′から導入されるようにして予備操作を完了す
るのである。
ならば、第３予備操作として三方弁１４の切換操
作を行ない、リターンバルブ６を通過したGHeが
冷却装置３の直列返送ライン１２へ、その入口１
２′から導入されるようにして予備操作を完了す
るのである。
本発明は上記実施例によつて具現される通り、
従来装置におけるリターンバルブ６と冷却装置３
に具備された直列返送ライン１２の入口１２′と
の間に三方弁１４を介設して、当該両者間を連通
自在とするだけでなく、この連通を遮断した際に
は、リターンバルブ６からのGHeを直列返送ライ
ン１２へ送入させることなく、三方弁１４から増
設ライン１５を介して圧縮機２の帰還させるよう
に構成したから、リターンバルブ６等を予めGHe
により充分冷却した後、冷却装置３の最終段であ
る熱交換器にGHeを送り込むことができ、このた
め当該熱交換器において直列液化ライン１１から
Ｊ―Ｔバルブ５に流出してくるGHeが昇温される
といつたことがなくなり、液化始動後も液化He
が得られなかつたり、またその液化効率が極めて
悪くなるなどの難点を完全に解消することがで
き、Ｊ―Ｔ効果の効率がよく、かつ安定した液化
が保証され、しかも従来装置の適所に小規模な付
加的部材を具備させることで、上記の如き飛躍的
な改善を実現させることができる。
従来装置におけるリターンバルブ６と冷却装置３
に具備された直列返送ライン１２の入口１２′と
の間に三方弁１４を介設して、当該両者間を連通
自在とするだけでなく、この連通を遮断した際に
は、リターンバルブ６からのGHeを直列返送ライ
ン１２へ送入させることなく、三方弁１４から増
設ライン１５を介して圧縮機２の帰還させるよう
に構成したから、リターンバルブ６等を予めGHe
により充分冷却した後、冷却装置３の最終段であ
る熱交換器にGHeを送り込むことができ、このた
め当該熱交換器において直列液化ライン１１から
Ｊ―Ｔバルブ５に流出してくるGHeが昇温される
といつたことがなくなり、液化始動後も液化He
が得られなかつたり、またその液化効率が極めて
悪くなるなどの難点を完全に解消することがで
き、Ｊ―Ｔ効果の効率がよく、かつ安定した液化
が保証され、しかも従来装置の適所に小規模な付
加的部材を具備させることで、上記の如き飛躍的
な改善を実現させることができる。
第１図は従来のHeガス液化装置を示した配管
構成図、第２図は本発明の係る液化装置の一実施
例を示す配管構成図である。 ２…圧縮機、３…冷却装置、４…液化He受容
器、５…Ｊ―Ｔバルブ、６…リターンバルブ、９
１，９２，９３…熱交換器、１０１，１０２…膨
張エンジン、１１…直列液化ライン、１１′，１
１″…直列液化ラインの入口と出口、１２…直列
返送ライン、１２′，１２″…直列返送ラインの入
口と出口、１４…三方弁、１５…増設ライン。
構成図、第２図は本発明の係る液化装置の一実施
例を示す配管構成図である。 ２…圧縮機、３…冷却装置、４…液化He受容
器、５…Ｊ―Ｔバルブ、６…リターンバルブ、９
１，９２，９３…熱交換器、１０１，１０２…膨
張エンジン、１１…直列液化ライン、１１′，１
１″…直列液化ラインの入口と出口、１２…直列
返送ライン、１２′，１２″…直列返送ラインの入
口と出口、１４…三方弁、１５…増設ライン。
Claims (1)
- １ 入口から原料Heガスが導入され、出口から
圧縮Heガスが導出される圧縮機と、入口と出口
とをもつ直列液化ラインおよび当該直列液化ライ
ンと逆流熱交換配置にて入口と出口をもつ直列返
送ラインとが、夫々所要数段の熱交換器を連結し
て形成されると共に、当該両ライン間に所要個数
の膨脹エンジンが並設されてなる冷却装置と、液
化He受容器とを具備し、前記圧縮機の出口と入
口は、夫々冷却装置における直列液化ラインの入
口、直列返送ラインの出口に連結され、直列液化
ラインの出口はＪ―Ｔバルブを介し、直列返送ラ
インの入口は順次三方弁の一通路とリターンバル
ブを介して何れも前記液化He受容器に連通さ
れ、当該三方弁のリターンバルブ側から分流する
他通路を、前記圧縮機の入口に増設ラインを介し
て連通させたことを特徴とするHeガスの液化装
置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56161226A JPS5862483A (ja) | 1981-10-09 | 1981-10-09 | Ｈｅガスの液化装置 |
| US06/419,824 US4421537A (en) | 1981-10-09 | 1982-09-20 | Helium gas liquefying apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56161226A JPS5862483A (ja) | 1981-10-09 | 1981-10-09 | Ｈｅガスの液化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5862483A JPS5862483A (ja) | 1983-04-13 |
| JPS6130182B2 true JPS6130182B2 (ja) | 1986-07-11 |
Family
ID=15731020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP56161226A Granted JPS5862483A (ja) | 1981-10-09 | 1981-10-09 | Ｈｅガスの液化装置 |
Country Status (2)
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| JP (1) | JPS5862483A (ja) |
Cited By (2)
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Family Cites Families (1)
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- 1981-10-09 JP JP56161226A patent/JPS5862483A/ja active Granted
-
1982
- 1982-09-20 US US06/419,824 patent/US4421537A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0517742Y2 (ja) * | 1986-07-23 | 1993-05-12 | ||
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5862483A (ja) | 1983-04-13 |
| US4421537A (en) | 1983-12-20 |
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