JPS6131871A - 低沸点ガスの液化方法および装置 - Google Patents

低沸点ガスの液化方法および装置

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JPS6131871A
JPS6131871A JP4254785A JP4254785A JPS6131871A JP S6131871 A JPS6131871 A JP S6131871A JP 4254785 A JP4254785 A JP 4254785A JP 4254785 A JP4254785 A JP 4254785A JP S6131871 A JPS6131871 A JP S6131871A
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gas
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アンドレアス　クーンデイツク
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Sulzer AG
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は低沸点ガスを液化する方法および装置に関する
。さらに詳しくは本発明はヘリウムガスを液化する方法
および装置に関する。
（従来の技術） 従来、ヘリウムガスのような低沸点ガスを液化するため
各種の方法および装置が用いられてきた。
さらにまた、液相におけるガスの温度範囲において冷凍
効果を生じることが知られている。例えば、スイス特許
第５９２．２８０号に記載されているように、一つの既
知の装置は、高圧ガスが予冷器がら、２つの熱交換器お
よびその熱交換器の間に置かれた膨脹装置を有する冷却
段階を通るように送られ、その流れが連続的に熱交換器
およびノ彪脹機を通るように構成された。しかし、七の
よ・うな装置は限られた熱力学的効率を有する。
（発明の概要） 従って、本発明の目的は高い熱力学的効率で液化された
低沸点ガスを創り得るようにすることでちる。
本発明の他の目的は単純且つ効率のよい方法で低沸点ガ
スの液化を実現するため概略的に従来の構造を使用し得
るようにすることである。
略言すれば、本発明は回路において低沸点ガスを液化す
る方法および装置を提供する。
その装置は予冷温度で高圧ガス流を創る予冷段階と、そ
の高圧流を液化ガス温度の近くになるように冷却する冷
却段階を含み、該冷却段階は複数の回流熱交換器と複数
の膨脹装置を含み、さらに前記冷却段階から少なくも或
る程度の液化ガスを受け且つ低圧ガス流を冷却段階に再
循環する低温消費体を當んでいる。
本発明によれば、予冷段階からの高圧ガス流を冷却段階
の第１の熱交換器に通すため第１の装置が備えられる。
さらに、高圧ガス流の第１の分流を膨脹するため冷却器
の第１の膨脹装置に、膨脹したガス流を低温ガス流の流
れとの向流で冷却するため冷却器の少なくも２つの他の
熱交換器におよび消費体に送る前に膨脹するため冷却器
における第２の膨脹装置に通すため第２の装置が提供さ
れる。さらに、高圧ガス流の第２の分流を低温ガスの流
れとの同流で冷却するため冷却器の２つの熱交換器に、
膨脹のためそれら２つの熱交換器の間の第６の膨脹装置
におよび消費体に送る前にガス流を膨脹するため他の膨
脹装置に通すため第６の装置が備えられる。
一実施例では、予冷却からの高圧ガス流を送る装置は予
冷段階を冷却段階の第１の熱交換器に直接的に接続する
供給ラインの型になっている。さらに、第２の装置は第
１の熱交換器を第１の膨脹装置に接続する分岐管と、２
つの熱交換器および第２の１＃脹装置を連続的に接続す
る複数のラインを含む。第６の装置は第１の熱交換器、
第２の分流が通過する２つの熱交換器および第６の膨脹
装置を接続する第２の複数のラインを含む。この実施例
では、２つの分流が冷却器から消費体に平行に通過する
。
他の実施例では、絞り弁またはＩ彫脹タービンのような
共通の装置が、２つの分流を共に消費体に通すために各
分流の第２の膨脹装置を形成する。
さらに他の実施例では、高圧ガス流の第６の分流をガス
タービンに送ってこの分流を膨脹するため予冷器と冷却
器の間に分岐管が接続される。さらに第１の分流を第１
のｔ膨脹装置の下流の冷却器に通すためラインがガスタ
ービンを第２の装置に接続する。また、この実施例では
、冷却器から通過する混合された分流の１形脹装置を形
成するため共通の装置が用いられ得る。
低沸点ガスを液化するこの方法によれば、予冷器からの
高圧流れは冷却器の第１の熱交換器に通され、２つの分
流に分けられ、その一方の分流は第１の膨脹装置におい
て仕事の遂行により第１の中間圧力に膨脹されるが、第
２の分流は第２の熱交換器に通される。次いで２つの分
流は同時に且つ互いに別個に第３の熱交換器に通される
。その后、第２の分流は仕事の遂行により第２の中間圧
力に膨脹するため第２の膨脹装置に通されるが、第１の
分流は第４の熱交換器に通される。次いで２つの分流は
同時に且つ互に離れて第５の熱交換器に通され、それぞ
れ別個の膨脹装置で低圧流の圧力に膨脹され、少なくも
或る程度の液体ガスが形成され且つ低温消費体に供給さ
れる。
この方法の変形態として、２つの分流が混合して第５の
熱交換器を通過し且つ共通の絞り弁で膨脹されるが、第
１および第２の中間圧力は同じ値を有する。
本発明のこれらのおよび他の目的および利点は図面に関
する詳細な説明から明らかになるであろう。
（実施例） 第１図に関しては、ヘリウムガスのような低沸点ガスを
液化する装置は予冷段階１１冷却段階■および消費体２
０を含む。
予冷段階■は圧縮機によってガスを圧縮しその后圧縮熱
を放散するため後冷却器でその圧縮ガスを冷却するよう
に既知の方法で構成されている。
ガスは熱交換および仕事の遂行によって予冷温度に冷却
される。
冷却段階■は液化ガスの温度に近づけるように高圧ガス
流をさらに冷却する役割を果す。記述されるように、冷
却段階■は複数の向流熱交換器１．２．３，４．５を有
する多区域熱交換器１０と共に、複数の膨脹装置１５．
１９．２２．２５を含む。
さらに、冷却段階■は予冷段階Ｉからの高圧ガス流を第
１の熱交換器Ｉに送るため、予冷段階を第１の熱交換器
Ｉに接続する。例えば供給ライン１１の形式の装置を含
む。
また、第１の熱交換器１からの高圧ガスの第１の分流を
第１の膨脹装置１５に通すための装置が備えられている
と共に、高圧ガスの第２の分流を冷却段階に通す装置も
備えられる。これに関連して、第１の分流を通す装置は
第１の熱交換器１をガスタービンのような膨脹装置１５
に接続する分岐管１４を含み、その膨脹装置間で流れは
膨脹して第１の中間圧力になり且つこのプロセスで冷却
される。その装置はまたガスタービンを熱交換器３．４
．５および絞り弁の形の第２の膨脹装置１９に連続的に
接続する複数のライン１６，１γ。
１７’、１８を言む。膨脹したガスは膨脹装置１５を出
てライン１６を介し、熱交換器３を通ってライン１Ｔに
入り、熱交換器４に至る。同様に、冷却されたガスはラ
イン１７′を介して熱交換器５を流通し且つライン１８
を通って絞り弁１９に至り、そこで液化圧力に膨脹され
る。その結果生じたガスと液体は低温の開用を可能にす
るタンクの形の消費体２０に集められる。
冷却器を通して第２の分流を導ひく装置は熱交換器２．
３．５と第２の膨脹装置２５を接続する第２の複数のラ
イン１２．１３．２１．２３゜２４を含む。上記のよう
に、熱交換器１を出た第２の分流はライン１２を通って
第２の熱交換器２に至り、次いでライン１３を通って熱
交換器３に至る。ライン２１は冷却されたガスをガスタ
ービンのような膨脹装置２２に送り、そこで中間圧力に
膨脹し、そのプロセスで冷却される。その后、冷却され
たガスはガスタービン２２を出てライン２３を通り、熱
交換器５を通過し、且つライン２４を介して絞り弁の形
の膨脹装置２５に至り、液化圧力に膨脹される。この混
合物もまたタンク２０に集められる。
記述されるように、タンク２０は蒸気スペース２６を介
し、ライン２γにより予冷段階ＩＫ接続され、そのライ
ン２７は低圧ガス流を送るため冷却器■の多区域熱交換
器１０の全ての熱交換器１〜５を通過する。作動中、こ
の低圧ガス流は予冷温度以下の温度で予冷段階に達する
。従って、熱交換器１〜５を流通する高圧ガスはその低
圧流れとの熱交換によって冷却される。
他の形態として、熱交換器５を出てライン１８゜２４を
通る分流は絞り弁１９．２５の代りに、他の膨脹装置で
膨脹してもよい。
さらに、予冷段階Ｉを出た後、高圧ガス流は第１の熱交
換器１の必要を省くため分割してもよい。
第２図に関し説明すると、そこでは上記と同じ部品は同
じ参照数字で示されているが、ガスを液化する装置は、
膨脹装置１５．２２を出る膨脹されたガスがいずれの場
合も同じ中間圧力を有するように構成され得る。この場
合、膨脹装置２２で膨脹される高圧ガスを運ぶライン２
３は直接ライン１１′に至り、そのライン１７′は膨脹
装置１５で膨脹された高圧ガスを熱交換器４から熱交換
器５に送るものである。さらに、混合ガス流を絞り弁３
１に送って液化圧力に膨脹するため単一のライン３０が
熱交換器５から延びている。その結果生じたガスと液体
の混合物は上記のようにタンク２０に集められる。
第６図に関し、ここでも上記のように同じ部品は同じ参
照数字で示しであるが、冷却器の熱交換器１０は４つの
区域または段階で構成される。記述されるように、第６
の熱交換器は省略される。
このことは熱交換器における多数のもれの可能性のある
源を減少し且つ熱交換器の製作費を低減する。
記述されるように、膨脹装置１５を出たガスの分流はラ
イン１６を通って直接熱交換器４に至る。
さらに、膨脹装置２２を出る分流はライン２３を介して
、熱交換器４．５間のライン１１′に至る。
熱交換器５からの吐出ライン３５は；膨脹装置３６に至
り、そこで混合ガス流は液化圧力に膨脹される。
第４図に関しては、ここでも上記と同じ部品は同じ参照
数字で示しであるが、冷却段階■の高圧ガス流は或る数
の分流に分割されるように装置が構成される。この実施
例では、供給ライン４ｏは予冷段階■から熱交換器１に
延びているが、分岐管４３は供給ライン４０から膨脹装
置４４に延びている。作動時、高圧ガス流の第１．０分
流は冷却のためライン４０によって熱交換器１に導ひか
れる。同時に、第２の分流は膨脹および冷却のためライ
ン４３を介し）膨脹装置４４に通される。
ライン４１は第１の熱交換器１を第２の熱交換器２に接
続するが、分岐管５０はライン４１を第２の膨脹装置５
１に接続する。作動時、熱交換器１から流通する分流は
冷却のため熱交換器２に入る分流と膨脹および冷却のた
めライン５０を介して膨脹装置５１に至る他の分流に再
分割される。
ライン４２は熱交換器２からの分流を膨脹および冷却す
るため熱交換器２を第６のｊ彫脹装置５３に接続する。
一連のライン４５，４６．４７は膨脹装置４４を熱交換
器３．４．５に接続してこの分流を冷却のため連続的に
熱交換器３．４．５を通るように送る。これに関連して
、膨脹装置４４はその分流を第１の温度に冷却しながら
第１の中間圧力に膨脹する役割を果す。
ライン５２は膨脹装置５１を熱交換器３，４０間のライ
ン４６に接続する。作動時、第２の分流は膨脹装置５１
からライン５２を通りライン４６にζ至り、熱交換器４
．５で冷却される前に膨脹装置４４からの第１の分流に
混合される。これにより、第２の分流は膨脹装置５１に
おいて第２の中間圧力に膨脹され、このプロセスにおい
て第２の温度（（冷却される。
ライン５４は膨脹装置５３を熱交換器４．５の間のライ
ン４７に接続する。作動時、第６の分流は膨脹装置５３
からライン５４を通ってライン４７に至り、熱交換器４
から熱交換器５に至るそれ以前に混合された分流に混合
される。これにより、その分流はＩＩＩ脹装置５３にお
いて第６の中間の圧力に膨脹され、第６の温度に冷却さ
れる。
６つの膨脹装置４４．５１．５３において膨脹され且つ
冷却されるガスの分流は混合されて、共に熱交換器５を
通って膨脹装置５５に至り、そこで全ての流れが液化圧
力に膨脹される。その結果生じるガスと液体の混合物は
上記のようにタンク２０に集められる。
注意されたいことは、６つの膨脹装置４４゜５１．５３
は、インプットによって形成される温度範囲と膨脹温度
が重なるように構成され得ることである。
（発明の効果） 従って、本発明はヘリウムのような低沸点ガスを液化す
るため比較的単純な装置および方法を提供する。それに
関連して、この装置は高圧ガス流が消費体から予冷段階
に再循環される低圧流れとの熱交換によってそれぞれ冷
却および膨脹される複数の分流に分割されることにより
、比較的高い熱力学効率を提供する。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明によって構成される一つの装置の流路図
、第２図は本発明によって構成される装置の変形例、第
６図は本発明によって構成される装置の第６０“変形例
、そして第４図は本発明によりて構成される装置のさら
に他の変形例を示す。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）予冷温度で高圧ガス流を創る予冷段階と、その高
    圧流を液化ガス温度の近くになるように冷却するため複
    数の向流熱交換器と複数の膨脹装置を含む冷却段階と、
    前記冷却段階から少なくも或る程度の液化ガスを受け且
    つ低圧ガス流を前記冷却段階に再循環するための低温消
    費体とを有する回路内で低沸点ガスを液化する方法であ
    って、前記方法は高圧流を予冷器から冷却器の第１の熱
    交換器に通す段階と、前記流れを２つの分流に分ける段
    階と、第１の膨脹装置において仕事の遂行により一方の
    分流を第１の中間圧力に膨脹する段階と、第２の分流を
    第２の熱交換器を通して送る段階と、２つの分流を第３
    の熱交換器に同時に通過させ且つ互に分ける段階と、前
    記第２の分流を仕事の遂行により第２の中間圧力に膨脹
    するため第３の熱交換器から第２の膨脹装置を通過させ
    る段階と、前記第１の分流を第３の熱交換器から第４の
    熱交換器に送る段階と、次いで前記２つの分流を第５の
    熱交換器に同時に通し且つ互に分ける段階と、前記２つ
    の分流を膨脹装置において低圧流の圧力に膨脹して少な
    くも或る程度の液化ガスを形成し且つ前記低温消費体に
    供給する段階を含む低沸点ガスの液化方法。
  2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
    記第１および第２の中間圧力は同じ値であり且つ前記第
    ２の膨脹装置からの第２の分流および前記第４の熱交換
    器からの第１の分流は共に第５の熱交換器を通過し、次
    いで共通の絞り弁で膨脹する低沸点ガスの液化方法。
  3. （３）予冷温度で高圧ガス流を創る予冷段階と、その高
    圧流を液化ガス温度の近くになるように冷却するため複
    数の向流熱交換器と複数の膨脹装置を含む冷却段階と、
    前記冷却段階から少なくも或る程度の液化ガスを受け且
    つ低圧ガス流を前記冷却段階に再循環するための消費体
    とを有する回路内で低沸点ガスを液化する方法であって
    、さらに高圧ガス流を予冷器から冷却器の第１の熱交換
    器に通す段階と、前記流れを２つの分流に分ける段階と
    、第１の膨脹装置において仕事の遂行により一方の分流
    を第１の中間圧力に膨脹する段階と、第２の分流を第２
    の熱交換器を通して送る段階と、膨脹した第１の分流を
    第３の熱交換器に通す段階と、次いで第３の熱交換器か
    らの第１の分流と第２の熱交換器からの第２の分流を混
    合する段階と、混合された分流を第４の熱交換器に通す
    段階と、さらに混合された分流を膨脹装置において低圧
    流の圧力に膨脹し、少なくも或る程度の液化ガスを形成
    し且つ前記低温の消費体に供給する段階を含む低沸点ガ
    スの液化方法。
  4. （４）予冷温度で高圧ガス流を創る予冷段階と、その高
    圧流を液化ガス温度の近くになるように冷却するため複
    数の向流熱交換器と複数の膨脹装置を含む冷却段階と、
    前記冷却段階から少なくも或る程度の液化ガスを受け且
    つ低圧ガス流を前記冷却段階に再循環するための低温消
    費体とを有する回路内で低沸点ガスを液化する方法であ
    って、さらに前記予冷却からの高圧ガス流を２つの分流
    に分ける段階と、第１の膨脹装置において第１の分流を
    仕事の遂行により第１の中間圧力および第１の温度に膨
    脹する段階と、第２の分流を第１の熱交換器に通す段階
    と、第１の熱交換器からの第２の分流を第３の分流と第
    ４の分流に分ける段階と、第２の膨脹装置において第３
    の分流を仕事の遂行により第２の中間圧力および第２の
    温度に膨脹する段階と、第４の分流を第２の熱交換器に
    通す段階と、第２の熱交換器からの第４の分流を第３の
    膨脹装置において仕事の遂行により第３の中間圧力およ
    び第３の温度に膨脹する段階と、第１の膨脹装置からの
    第１の分流を第３の熱交換器に通す段階と、第２の膨脹
    装置からの第３の分流および第３の熱交換器からの第１
    の分流を共に第４の熱交換器に通す段階と、第３の膨脹
    装置からの第４の分流および第４の熱交換器からの流れ
    を共に第５の熱交換器に通す段階と、第５の熱交換器か
    らの流れを膨脹装置において低圧流の圧力に膨脹して少
    なくも或る程度の液体ガスを形成し且つ前記低温消費体
    に供給する段階を含む低沸点ガスの液化方法。
  5. （５）特許請求の範囲第４項に記載の方法において、イ
    ンプットにより形成される温度範囲と膨脹装置の膨脹温
    度は重なり合う低沸点ガスの液化方法。
  6. （６）予冷温度で高圧ガス流を創る予冷段階と、その高
    圧流を液化ガス温度の近くになるように冷却するため複
    数の向流熱交換器と複数の膨脹装置を含む冷却段階と、
    前記冷却段階から少なくも或る程度の液化ガスを受け且
    つ低圧ガス流を前記冷却段階に再循環するための低温消
    費体と、前記予冷段階からの高圧ガス流を前記冷却段階
    の第１の熱交換器に通す第１の装置と、高圧ガス流の第
    １の分流を膨脹するため前記冷却器の第１の膨脹装置に
    、膨脹したガス流を低温ガス流の流れとの向流で冷却す
    るため前記冷却器の少なくも２つの他の熱交換器におよ
    び前記消費体に送る前に膨脹するため前記冷却器の第２
    の膨脹装置に通す第２の装置と、高圧がス流の第２の分
    流を低温ガスの流れとの向流で冷却するため前記冷却器
    の２つの熱交換器に、膨脹するため前記２つの熱交換器
    の間の第３の膨脹装置におよび前記消費体に送る前にガ
    ス流を膨脹するため他の膨脹装置に通す第３の装置を含
    む回路内で低沸点ガスを液化する装置。
  7. （７）特許請求の範囲第６項に記載の装置において、前
    記第１の装置は前記予冷段階を前記第１の熱交換器に接
    続する供給ラインを含む低沸点ガスの液化装置。
  8. （８）特許請求の範囲第７項に記載の装置において、前
    記第２の装置は前記第１の熱交換器を前記第１の膨脹装
    置に接続する分岐管と前記２つの熱交換器および前記第
    ２の膨脹装置を連続的に接続する複数のラインを含む低
    沸点ガスの液化装置。
  9. （９）特許請求の範囲第７項に記載の装置において、前
    記第３の装置は前記第１の熱交換器、前記２つの熱交換
    器および前記第３の膨脹装置を接続する第２の複数のラ
    インを含む低沸点ガスの液化装置。
  10. （１０）特許請求の範囲第９項に記載の装置において、
    前記分流を共に前記消費体に通すため前記他の膨脹装置
    および前記第２の膨脹装置は共通の装置によって形成さ
    れる低沸点ガスの液化装置。
  11. （１１）特許請求の範囲第１０項に記載の装置において
    、前記共通の装置は絞り弁である低沸点ガスの液化装置
    。
  12. （１２）特許請求の範囲第１０項に記載の装置において
    、前記共通の装置は膨脹タービンである低沸点ガスの液
    化装置。
  13. （１３）特許請求の範囲第９項に記載の装置において、
    前記第２の装置および前記第３の装置は前記分流を前記
    冷却器から前記消費体に平行に通過させる低沸点ガスの
    液化装置。
  14. （１４）特許請求の範囲第６項に記載の装置において、
    さらに高圧ガス流の第３の分流を送るため前記第１の装
    置に接続された分岐管と、前記第３の分流を膨脹するた
    め前記分岐管に接続されたガスタービンと前記ガスター
    ビンを前記第１の膨脹装置の下流にある前記第２の装置
    に接続するラインを含む低沸点ガスの液化装置。
  15. （１５）特許請求の範囲第１４項に記載の装置において
    、前記他の膨脹装置および前記第２の膨脹装置は共通の
    装置によって形成される低沸点ガスの液化装置。
  16. （１６）予冷温度で高圧ガス流を創る予冷段階と、その
    高圧流を液化ガス温度の近くになるように冷却するため
    複数の向流熱交換器と複数の膨脹装置を含む冷却段階と
    、前記冷却段階から少なくも或る程度の液化ガスを受け
    且つ低圧ガス流を前記冷却段階に再循環するための低温
    消費体と、高圧ガス流の第１の分流を第１の前記膨脹装
    置におよび前記第１の膨脹装置の下流の少なくも２つの
    熱交換器に連続的に通すための第１の複数のラインと、
    高圧ガス流の第２の分流を少なくも一つの前記熱交換器
    、第２の前記膨脹装置および少なくも一つの他の前記熱
    交換器に通すための第２の複数のラインを含む低沸点ガ
    スの液化装置。
JP4254785A 1984-07-20 1985-03-04 低沸点ガスの液化方法および装置 Pending JPS6131871A (ja)

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EP0168519A2 (de) 1986-01-22
EP0168519A3 (de) 1986-11-26
US4606744A (en) 1986-08-19

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