JPS63107721A - 極低温用液化冷凍装置における低沸点ガスの精製及び再生装置 - Google Patents

極低温用液化冷凍装置における低沸点ガスの精製及び再生装置

Info

Publication number
JPS63107721A
JPS63107721A JP61253123A JP25312386A JPS63107721A JP S63107721 A JPS63107721 A JP S63107721A JP 61253123 A JP61253123 A JP 61253123A JP 25312386 A JP25312386 A JP 25312386A JP S63107721 A JPS63107721 A JP S63107721A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat exchanger
gas
adsorber
pipe
boiling point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP61253123A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0142730B2 (ja
Inventor
Hiromi Ino
展海 猪野
Katsumi Fujima
克己 藤間
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mayekawa Manufacturing Co
Original Assignee
Mayekawa Manufacturing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mayekawa Manufacturing Co filed Critical Mayekawa Manufacturing Co
Priority to JP61253123A priority Critical patent/JPS63107721A/ja
Publication of JPS63107721A publication Critical patent/JPS63107721A/ja
Publication of JPH0142730B2 publication Critical patent/JPH0142730B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

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
    • F25J1/003—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
    • F25J1/0047—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 an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/005—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 an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by expansion of a gaseous refrigerant stream with extraction of work
    • 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
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/0062—Light or noble gases, mixtures thereof
    • 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
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/0062—Light or noble gases, mixtures thereof
    • F25J1/0065—Helium
    • 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
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/0062—Light or noble gases, mixtures thereof
    • F25J1/0067—Hydrogen
    • 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
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/007—Primary atmospheric gases, mixtures thereof
    • F25J1/0077—Argon
    • 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
    • F25J1/0249—Controlling refrigerant inventory, i.e. composition or quantity
    • F25J1/025—Details related to the refrigerant production or treatment, e.g. make-up supply from feed gas itself
    • 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
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F25J1/0264—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
    • F25J1/0265—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer
    • F25J1/0268—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer using a dedicated refrigeration means
    • 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
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0275—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines adapted for special use of the liquefaction unit, e.g. portable or transportable devices
    • F25J1/0276—Laboratory or other miniature devices
    • 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
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/24—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using regenerators, cold accumulators or reversible heat exchangers
    • 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
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
    • 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
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/12—External refrigeration with liquid vaporising loop
    • 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
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/14—External refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F25J2270/16—External refrigeration with work-producing gas expansion loop with mutliple gas expansion loops of the same refrigerant
    • 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
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • 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
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F25J2270/912—Liquefaction cycle of a low-boiling (feed) gas in a cryocooler, i.e. in a closed-loop refrigerator

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】 （発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ヘリウム、水素、ネオン、アルゴン等、常圧
の下で一２００℃以下の超低温で液化する低沸点ガスを
媒体とする極低温用液化冷凍装置において、低沸点ガス
中に含有される不純ガスをＶＬ誼内から除去し、低沸点
ガスのＮ製と不純ガス除去後の装置の再生とを能率よく
行うことのできる装置に関する。
（従来の技術） 第７図は低沸点ガスとしてヘリウムガスを用いた極低温
用液化冷凍装置の従来技術の一例である。
ヘリウムガスを用いる液化冷凍装置には油噴射式のスク
リュー圧縮機が広く使用されている。
スクリュー圧縮８１１で昇圧されたヘリウムガスはガス
冷却器２、油分離器３、吸着器４を順次流通することに
より冷却され、油を分離し、不純ガスを除去された後、
吐出管５、次に高圧ガス管１５を経てコールドボックス
６に入る。コールドボックス６の内部は高真空に保たれ
、対流によって外部から内部の低温機器への熱侵入を防
止している。コールドボックス６内には６個の熱交換器
フないし１２が設置され、順次箱１ないし第６の熱交換
器となっている。第１熱交換器７には流入口１３より液
体窒素が流入しヘリウムガスと熱交換した後、流出口１
４より流出するようになっている。この液体窒素と低圧
ガス管１６を流れるスクリュー圧縮Ｉ１１への戻りガス
とにより冷却されて、高圧ガス管１５を流れる高圧のヘ
リウムガスは第１熱交換器７の出口でほぼ液体窒素のＩ
ｆ［まで冷却される。
第２熱交換器８を出たヘリウムガスの一部は、バイパス
冑１７を流れて第一段目の膨張機１８に流入も膨張仕事
をして低圧低温のヘリウムガスとなり、低圧ガス管１６
に流入し、第３熱交換器９内で高圧ガス菅１５を流れる
残りの高圧ガスと熱交換してこれを冷却する。また第４
熱交換器１０を出た高圧ガスの一部はバイパス＠１９を
流れて第二段目の膨張　−機２０に入り、膨張仕事をし
て低圧低温のヘリウムガスとなり、第５熱交換器１１で
残りの高圧ガスと熱交換してこれを冷却する。第６熱交
換器１２で更に冷却された高圧ガスは、ジュールトムソ
ン弁２１に入り、ここで等エンタルピー膨張をしてその
一部が液化し、液留容器２２内に溜る。この液は適宜の
負荷２３のために使用される。
液化しなかったヘリウムガスは飽和蒸気の状態で第６熱
交換器１２へ戻り、膨張１！１２Ｇの出口ガスと合流し
、低圧ガス管１６中を流れて順次、高圧ガス管１５を流
れる高圧ガスと熱交換器内で熱交換した後、吸込管２４
を経てスクリュー圧縮１１１へ戻る。
以上のように高圧ガスと低圧ガスとは対向流で熱交換し
、また高圧ガスを液化するために必要な寒冷熱は第１熱
交換器７の液体窒素及び第１、第２の膨張機１８．２０
で与えられる。
ヘリウムガスの場合は１気、圧４．２’にで液化する。
このような極低温下の作動においては、装置は外部より
熱的に十分に断熱する必要がある。
このためコールドボックス６内を１０−３〜１０″′＠
履■９以下の超真空状態に維持し、外部（常温部）がら
空気の対流による熱伝達を防止している。また、コール
ドボックス６内と外部とは３００℃位の温度差が存在し
輻射による熱侵入も大きいので、これを防止するために
、熱交換器、配管、弁、膨張器等の総ての部材にアルミ
箔などの輻射断熱材を何層にも巻きつけている。
コールドボックス製作時の最重要技術の一つに前記の真
空断熱技術がある。この真空断熱には高度の技術とノウ
ハウを必要とし、施工には数週間から数ケ月もの長時間
を要する。このため−直性上ったコールドボックスは通
常は開放することはない。開放した後に原状に復帰させ
るには相当な費用と時間とを必要とするからである。
一方、本装置のスクリュー圧縮１１１は油噴射式である
ため、該圧縮機内には多ｌの潤滑油が噴射され、この油
を高圧ガスと分離するためには油分離器３が必要である
のは当然であるが６、更に本装置は、−２００℃以下の
極低温で液化が生ずるのであるから、微細な油が系内に
侵入すると、熱交換器の壁面に凝縮固化し、最悪の場合
には熱交換器の通路を閉塞してしまい、装置を運転不可
能の状態に追込んでしまうことになる。したがって、コ
ールドボックス内への油の侵入は極度に嫌われ、高粘度
の油による熱交換器の１１１塞という緊急事態の防止策
がとられている。前記緊急事態を防止するために油分離
器３を４段ないし５段設置し更に最終段には活性炭やモ
レキュラーシーブス等の吸着材を入れた吸着器４を設置
する。
また、前記の油以外に、空気、水蒸気、メタン、エタン
等のガス状の不純物も結果的には油と同じような不都合
状態を生じさせるので、前記の吸着器４は油はもとより
これらの不純ガスをも捕捉させるように構成されている
。
前記のように第７図の従来技術においては、一応、油分
離器及び吸＠器が設けられてはいるものの、吸着器４の
吸着材は常温状態にあることと、吸着材として活性炭や
モレキュラーシーブス等の数種類の吸着材しか充填でき
ないため、微１の不純ガスを十分には吸着できない。常
温であると吸着能が不足し、しかも不純ガスの種類が多
くなると；、吸着材の種類に応じた特定のガスしか吸着
できないためである。
このような従来技術の改良として、第８図のような装置
が考えられる。この装置は、４を第１の吸着器とし、第
２の吸着器３１を精製器３０内に、また第３の吸着器３
２をコールドボックス６内の第１熱交換器７の高圧ガス
の出口側に設けた点が第７図の装置と異なっている。こ
の装置の精製器３０によれば、吸着器３１内には冷凍サ
イクルの蒸発器３３が設置される。冷凍サイクルは圧縮
機３４、凝縮器３５、膨張弁３６と前記の蒸発器３３か
ら構成される。
Ｒ１２等のフレオン冷凍機によれば吸着器３１内の吸着
材は一４０℃位まで冷却され、これにより吸着材の吸着
能力が向上せしめられることになる。
３７は冷却剤通路である。また第３の吸着器３２には、
第１熱交換器７へ流入する液体窒素の入口温度に近い高
圧ガスが流入する。第７図と同一符号の部分は同一のｍ
能を有する部分であるのでその説明を省略する。
従来技術の経験によれば、ヘリウムガスを用いる極低温
用液化冷凍装置における不純ガスとしては、ω圧縮機中
の油蒸気（メタン、エタン、プロパンなどの炭化水素系
化合物）、０装置内に残留する空気、水分、Ｑ今構造物
（プラスチック、０リング、ガスケット、マグネット）
から発生する異物ガス、に）外部より侵入する空気、水
分等が考えられる。
これらの不純ガスは、炭化水素系物質、炭酸ガス、−酸
化炭素、水、酸素、窒素、ネオン等かなりの種類があり
、しかも１１）Ｉ）１以下の超微値ガスである。このた
め、精製器３０の吸着器３１の充填物の種類を多くし、
−４０℃位まで冷却しても大部分の微ｍガスはここで捕
捉されずにコールドボックス６内に侵入して行くことに
なる。そしてコールドボックス６内に侵入した不純ガス
は、それぞれの分圧に相当する温度の熱交換器壁面や配
管に付着堆積し、長時間の連続運転によりコールドボッ
クス６の能力が低下してくることになり、最終的には運
転不能となる。
第１熱交換器７でも捕捉できない不純ガスは順次、第２
、第３の熱交換器８．９にも付着していくので、第１熱
交換器７の出口にも第３の吸着器３２を設置しなけれ・
ばならない。
そして、第１熱交換器７に不純ガスが付着し運転に支障
を来すようになれば、装置を停止し常温までウオームア
ツプし、該熱交換器７と吸着器３２とを再生させなけれ
ばならない。また長期使用により第３の吸着器３２が使
用不能になれば、コールドボックス６を開放し、これを
交換しなければならない。しかしながらコールドボック
ス６の内部は１０−３ｍ　ｌＩ！Ｉ＋以下の超真空に保
たれているので、一度大気に開放すると内部をもとの超
真空に戻すためには大変な人手と時間とを必要とする。
また、前記吸着器３２をコールドボックス６に交換可能
な７ランジ接続とすると、超真空維持の上で、該ボック
スの信頼性を著しく低下してしまう。更に吸着器出入口
配管を溶接構造とすれば、今度は交換がきわめてむずか
しくなる。
（発明が解決しようとする問題点） 従来技術においては前記のように種々の問題がある。本
発明は、前記のような問題点を除去する精製及び再生装
置を得ることを目的とするものである。
〔発明の構成〕
（問題点を解決するための手段） 本発明の極低温用液化冷凍装置における低沸点ガスの精
製及び再生装置は前記の問題点を解決するために、次の
構成からなる。
第１の発明 コールドボックスと別個に第１熱交換器と吸着器を設け
、この吸着器を第１熱交換器の高圧側の低沸点ガス出口
に接続したこと。
第２の発明 第１熱交換器と該熱交換器の高圧側の低沸点ガス出口に
接続された吸着器とからなる組を、コールドボックスと
は別個に２組以上設けること。
これらの組を圧縮機側とコールドボックス側にガス管に
よりそれぞれ連結すること。１つの組が精製側として作
動しているとき他の組が再生側として作動するように切
換可能な切換弁が眞記ガス管に設けられていること。
第３の発明 第２の発明の構成に更に、各組の第１熱交換器を加熱、
冷却する外部流体供給管を設けたこと。
本発明において、「第１熱卒換器」とは、液化冷凍装置
の液化冷凍運転中、高圧ガス、低圧ガス及び冷却用の外
部冷却剤の玉流体間で熱交換が行なわれ、熱交換器出口
における高圧ガスの温度が前記外部冷却剤の熱交換器へ
の入口温度に略等しくなるまで冷却される熱交換器のこ
とを言う。
（作用） コールドボックスと別個に第１熱交換器と吸＠器を設け
、この吸着器を前記第１熱交換器の出口側に接続したの
で、高真空に保持されるコールドボックスに無関係に該
熱交換器の清掃と吸着器の交換がきわめて容易となる。
第１熱交換器と吸着器の組を２組以上設けることにより
、この組を精製側と再生側に切換使用でき、装置を停止
することなく連続運転ができる。
第１熱交換器と吸Ｉ！器の組が２組以上あり、この第１
熱交換器を加熱、冷却できる外部流体供給管を設けたの
で、精製と再生の双方の併行運転ができるとともに、吸
着器内において不純ガスの捕捉を十分にし、コールドボ
ックス内への不純ガスの侵入をなくすことができる。
（実施例） 第１図は本発明の実施例のフローシートダイヤグラムで
あって、第８図の従来技術における精製器３０のところ
を精製器ボックス４０とし、ここに、第８図においてコ
ールドボックス６内にあった第１熱交換器７と第３の吸
着器３２との組を収容するとともに、この組を２組すな
わち７ａと３２ａの組と７ｂと３２ｂの２組として、圧
縮機側とコールドボックス側の間のガス流動に関して併
列に設置している。圧縮機からの吐出管５はコールドボ
ックス６内の高圧ガス管１５に対して、分岐するガス管
４１゜４２により連結され、一方低圧ガス管１６は圧縮
機への吸込管２４に対して、分岐するガス管４３．４４
により連結される。５１〜５８はガスの流路を切換える
ための切換弁である。また第１熱交換器７ａと熱交換す
る流体は外部流体供給管４５より流入する。同様に第１
熱交換器７ｂと熱交換する流体は外部流体供給管４７よ
り流入する。
前記熱交換器内には、精製の際には冷却流体が流れ、再
生の際には加熱流体が流れる。符号中、第８図と同一の
ものはそれと同一の部分であってその機能が同じである
からその説明を省略する。
吸着器３２ａ　、　３２ｂは第１の吸着器４に続く第２
の吸着器となっており、第１熱交換器７ａ、　７ｂの高
圧ガス出口側にそれぞれ連結される。次に第２図により
作動の説明をする。今、図中左側の第１熱交換器７ｂが
液化冷凍の作動中であり右側の第１熱交換器７ａが再生
の作動中であるとする。
第１熱交換器７ｂに対する高圧ガス管４２と低圧ガス管
４４の切換弁５２．５４．５６．５８は何れも開となっ
ており、外部流体供給管４７には冷却流体が流れ第１熱
交換器？ｂを冷却している。冷却流体として冷媒Ｒ１３
Ｂ１を用いることにより、該熱交換器を一８０℃位まで
冷却することができ、また冷媒Ｒ１３と冷ＷＲ２２を用
いる二元冷凍方式を用いることにより、−１００℃位ま
で冷却することができ、更に液体窒素を用いることによ
り一１９０℃位まで冷却することができる。したがって
、コールドボックス６と別個に設けた精？［ボックス４
０内において、吸着器３２ａ　、　３２ｂを従来技術の
一４０℃より遥かに低い−１００℃近くにまで冷却する
ことが可能となる。
一方、第１熱交換器７ａに対する高圧ガス管４１と低圧
ガス管４３の切換弁５１．５３．５５．５７は何れも閏
となっており、外部流体供給管４５には加熱流体が流れ
第１熱交換器７ａを加熱している。
第１熱交換器７ａを再生に切換えた直後においては、外
部冷却流体として液体窒素を使用しているとすれば第１
熱交換器７ａと吸着器３２ａは一１９０℃前後の超低温
の状態にある。このため熱交換器面及び吸着器に付着し
ている（凝縮又は固化している）不純ガスは常温以上の
温度に加熱してそれの脱着を行わなければならない。こ
のため前記のように加熱流体が流される。同時にバイパ
ス管６１の開閉弁６２が開かれ、また弁６６、６７が開
かれ精製ガス供給管６３から常温以上で加圧されたＩＩ
製ガスを供給し、バイパス管６１を介して系内を流通さ
せ排出管６４から供給された精製ガスを系外へ排出する
。
排出されたガスは大気に放出するか、別に設置されてい
る精製回収装置に送り、精製後回収する。外部流体供給
管４５内を流れる加熱流体は加熱した窒素、フレオン、
ブライン等であり、これらにより第１熱交換器７ａと吸
着器３２ａを加熱するための熱供給が行われる。排出管
６４のガスの温度が常温以上になったら、弁６７を閉じ
て真空生成管６５の弁６８を開き、真空ポンプにより系
内のガス及び不純ガスの排出を行う。このような加圧さ
れた精製ガスの供給と真空引きを交互に行い、系内の不
純ガスが十分に除去されるまで、この操作を繰返す。
一定時間の運転を行って左側の第１熱交換器７ｂの精製
能力または液化冷凍能力が低下し始めたときは、切換弁
を開閉操作して再生の完了している右側の第１熱交換器
７ａを液化冷凍作動に切換え、左側の第１熱交換器７ｂ
を再生作動に切換える。
第３図は左側の第１熱交換器７ｂが液化冷凍作動をして
おり、右側の第１熱交換５７ａが再生作動している場合
において、外部流体供給管４７に冷却流体をまた外部流
体供給管４５に加熱流体をそれぞれ流すにあたり、圧縮
機７１、凝縮器７２、膨服弁７３、Ｍ発器７４からなる
冷凍サイクルを作動させ、前記管４７にはブラインによ
って間接的に冷熱を運搬し、一方前記管４５には間接的
に凝縮に伴う熱を運搬することにより、省エネルギーを
計った実施例である。７５はクーリングタワーである。
また第４図は第３図と同様に省エネルギーを計った実施
例であるが、冷凍サイクルの冷媒を直接に冷却用、加熱
用として外部流体供給１４５．４７にそれぞれ流入させ
ている点が違っている。
第３図、第４図とも圧縮冷凍サイクルの冷媒としてＲ１
３Ｂ１を用いるものであり、省エネルギー上、有用な加
熱、冷却方式のフローシートの一部を示したものである
。したがって、左側の第１熱交換器７ｂにおいても、バ
イパス管６１、精製ガス供給管６３、排出管６４、真空
生成管６５、弁６６、６７゜６８は当然設けられている
のであるが、これら図示は省略されている。また、冷凍
サイクルの蒸発熱、凝縮熱を前記と逆に管４５．４７に
与えるべき管系統も図示が省略されている。
また、第５図は外部流体供給管４５．４７に液体窒素を
供給する実施例であり、（至）は液化冷凍作動中を口は
再生作動中を示し、８０は液体窒素を加熱する加熱器で
ある。
更に、第６図は外部流体供給管を２個用い、供給管４７
ａに液体窒素を、供給管４７ｂにプラインを流すように
した実施例である。この実施例によれば液体窒素の使用
はを減少し、又は全く使用しないで液化冷凍を行うこと
ができる。この場合、液体窒素の使用時に比べて液化率
（冷凍能力）は若干低下するが、液体窒素を使用しない
ですむというメリットがある。
（発明の効果） 本発明によれば、熱交換器の？Ｉｎ及び吸着器の交換が
容易となる。従来技術のコールドボックスにおいては、
操作ミス等によってコールドボックス内に油が侵入した
場合、清掃が非常に困難であった。すなわち、コールド
ボックスを開放し、内部ＩＩ４′ｆＩＸ物を取り出して
溶媒等で洗條し、または配管を一部切断するなどの作業
が必要であった。
またｗＩＩｎ後、コールドボックス内部を超真空の状態
に復帰するための時間も数週間を必要とした。
別色すれば、従来技術においては、第１熱交換器のｗ４
楯と吸着器の交換には英大な費用と時間を要した。
これに対し、本発明によれば、コールドボックスと別個
に第１熱交換器と吸着器を設けたので、該熱交換器の清
掃と吸着器の交換がきわめて容易である。すなわち、前
記第１熱交換器と吸着器を精製器ボックスに収容すれば
、−１９０℃位までの低温の断熱はコールドボックスに
比べてきわめて簡単容易であり、真空断熱する場合でも
１０１履■０程度の真空で十分であり、また真空槽を使
用しない断熱材による通常の防熱施工のみでも大丈夫で
ある。しかも、精製器ボックスはコールドボックスに比
べて遥かに小型であり、清掃、交換を前以て考慮した設
計ができる。そして第１熱交換器の清掃と吸着器の交換
等をきわめて容易にかつ短時間で行うことができる。
そして第１熱交換器と吸着器からなる組を２組以上、並
列に設けることにより、不慮の事故が発生しない限り、
前記の組を液化冷凍と再生に切換使用することにより、
精！ＦＪ器ボックスの開放は必要とされない。
また本発明によれば、精製器ボックス内に入ってくる低
沸点ガス中の不純ガスは先ず、第１熱交換器の壁面にお
いて凝縮、固化することにより大部分捕集される。この
熱交換器壁面上の不純ガスは常温にする戸けで簡単に除
去できる。このため液化冷凍を中止することなく再生が
簡単に行える。
本発明によれば、第１熱交換器の高圧ガス出口に吸着器
が接続されコールドボックスと別個に設けられており、
従来技術の絹製器内の吸着器における一４０℃よりも遥
かに低い温度にまで吸着器の温度を低下させることがで
きるので、吸着性能が著しく向上する。そして第１熱交
換器で捕捉されなかった極微量の不純ガスも、この吸着
器で略完全に吸着される。そして、ここで捕集されなか
った不純ガスが仮りにコールドボックス内に入ったとし
ても、それは極く微りであって、１ないし２年に１度の
定期点検の間、全（問題なく運転できる程度のｍにすぎ
ない。これに対し、従来技術ではコールドポック内に不
純ガスが入り第１熱交換器の性能が落ちたら、液化冷凍
運転そのものを停止しエラオームアップする必要があっ
た。
″　本発明によれば、吸＠器の数を減少できる。
吸着器は活性炭やモレキュラーシーブス等の粒子を内蔵
している。これらの内蔵物の微細な粒子が系内を循環し
ないように配慮すると、逆にこの吸着材とフィルターに
より高圧ラインに圧力損失が生じ、液化冷凍装置の能力
を低下する。したがって吸着器の数は少い程よいのであ
るが、本発明によると、従来技術におけるコールドボッ
クス内の吸着器を省略することができる。
更に本発明によれば、第１熱交換器と吸着器からなる組
を２組以上設け、これらの組を切換弁の切換操作により
液化冷凍側と再生側とに併行的に同時作動させることが
できるので、別個の冷凍サイクルを動作させて、それか
ら同時に得られる蒸発熱による吸熱と凝縮熱とを冷却及
び加熱用として前記液化冷凍側と再生側に利用すること
により、省エネルギーの目的も達成させることができる
。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例のフローシートダイヤグラム、
第２図は前記実施例の一部の詳細な説明図、第３図及び
第４図は前記実施例のｙｉ製器ボックスの第１熱交換器
を加熱、冷却するための冷凍サイクルの鳳なる実施例の
フローシートダイヤグラム、第５図ω口と第６図（−１
’）　ｔｌｌは前記第１熱交換器の加熱、冷却のための
更に異なる実施例の説明図、第７図及び第８図は異なる
従来技術のフローシートダイヤグラムである。 ６・・コールドボックス、７ａ、　７ｂ・・第１熱交換
器、４１〜４４・・ガス管、４５．４７・・外部流体供
給管、５１〜５８・・切換弁。 ２画 序８肥

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）コールドボックスと別個に第１熱交換器と吸着器
    を設け、前記吸着器を前記第１熱交換器の高圧側の低沸
    点ガス出口に接続したことを特徴とする極低温用液化冷
    凍装置における低沸点ガスの精製及び再生装置。
  2. （２）第１熱交換器と該熱交換器の高圧側の低沸点ガス
    出口に接続された吸着器とからなる組をコールドボック
    スと別個に２組以上設け、これらの組を圧縮機側とコー
    ルドボックス側にガス管によりそれぞれ連結するととも
    に、１つの組が精製側であるとき他の組が再生側となる
    ように切換えることのできる切換弁を前記ガス管に設け
    たことを特徴とする極低温用液化冷凍装置における低沸
    点ガスの精製及び再生装置。
  3. （３）第１熱交換器と該熱交換器の高圧側の低沸点ガス
    出口に接続された吸着器とからなる組を、コールドボッ
    クスと別個に２組以上設け、これらの組を圧縮機側とコ
    ールドボックス側にガス管によりそれぞれ連結するとと
    もに、１つの組が精製側であるとき他の組が再生側とな
    るように切換えることのできる切換弁を前記ガス管に設
    け、更に各組の第１熱交換器を加熱、冷却する外部流体
    供給管を設けたことを特徴とする極低温用液化冷凍装置
    における低沸点ガスの精製及び再生装置。
  4. （４）各組のガス管は高圧側と低圧側の２つが設けられ
    、その何れか一方に精製ガス供給管が、他方に排出管が
    切換弁を介して連結されるとともに、排出管には更に真
    空生成管が切換弁を介して連結され、また高圧側のガス
    管と低圧側のガス管とが開閉弁を有するバイパス管によ
    り互いに連結され、精製ガス供給管から供給された精製
    ガスが、バイパス管を介して高圧側、低圧側のガス管を
    流れた後、排出管から流出し、次いで真空生成管により
    系内を真空とすることができるように前記切換弁及び前
    記開閉弁が切換えられるようになっていることを特徴と
    する特許請求の範囲第２項または第３項記載の極低温用
    液化冷凍装置における低沸点ガスの精製及び再生装置。
  5. （５）第１熱交換器を加熱、冷却する外部流体供給管に
    液体窒素、フレオンまたはプラインの何れかの流体を流
    通できるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
    ３項記載の極低温用液化冷凍装置における低沸点ガスの
    精製及び再生装置。
  6. （６）第１熱交換器の高圧側の低沸点ガス出口に接続さ
    れた吸着器を−８０℃より低い温度に冷却できるように
    したことを特徴とする特許請求の範囲第３項または第５
    項記載の極低温用液化冷凍装置における低沸点ガスの精
    製及び再生装置。
  7. （７）第１熱交換器と吸着器とからなる組のうち、一方
    の組の外部流体供給管が蒸発側となるとき他方の組の外
    部流体供給管が凝縮側となるように、前記流体管に冷凍
    サイクルが連結されていることを特徴とする特許請求の
    範囲第３項または第５項に記載の極低温用液化冷凍装置
    における低沸点ガスの精製及び再生装置。
JP61253123A 1986-10-24 1986-10-24 極低温用液化冷凍装置における低沸点ガスの精製及び再生装置 Granted JPS63107721A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61253123A JPS63107721A (ja) 1986-10-24 1986-10-24 極低温用液化冷凍装置における低沸点ガスの精製及び再生装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61253123A JPS63107721A (ja) 1986-10-24 1986-10-24 極低温用液化冷凍装置における低沸点ガスの精製及び再生装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63107721A true JPS63107721A (ja) 1988-05-12
JPH0142730B2 JPH0142730B2 (ja) 1989-09-14

Family

ID=17246817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61253123A Granted JPS63107721A (ja) 1986-10-24 1986-10-24 極低温用液化冷凍装置における低沸点ガスの精製及び再生装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS63107721A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1813889A1 (en) * 2004-11-15 2007-08-01 Mayekawa Mfg. Co., Ltd. Cryogenic liquefying refrigerating method and device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56138667A (en) * 1980-03-31 1981-10-29 Kobe Steel Ltd Refrigerating plant
JPS59115413U (ja) * 1983-01-26 1984-08-04 株式会社日立製作所 低温吸着式精製器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56138667A (en) * 1980-03-31 1981-10-29 Kobe Steel Ltd Refrigerating plant
JPS59115413U (ja) * 1983-01-26 1984-08-04 株式会社日立製作所 低温吸着式精製器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1813889A1 (en) * 2004-11-15 2007-08-01 Mayekawa Mfg. Co., Ltd. Cryogenic liquefying refrigerating method and device
EP1813889A4 (en) * 2004-11-15 2011-08-03 Maekawa Seisakusho Kk CRYOGENIC REFRIGERATION METHOD AND DEVICE AND LIQUEFACTION

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0142730B2 (ja) 1989-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0211957B1 (en) Apparatus for producing high-purity nitrogen and oxygen gases
US20110259044A1 (en) Method and apparatus for producing liquefied natural gas
US3854914A (en) Recovery of neon and helium from air by adsorption and closed cycle neon refrigeration
KR100618735B1 (ko) 공기 분리 장치 및 그 운전 방법
US20120000242A1 (en) Method and apparatus for storing liquefied natural gas
US6463744B1 (en) Method and device for producing cold
KR100869518B1 (ko) 헬륨가스의 초저온 정제 방법 및 장치
KR20090005702A (ko) 폐헬륨가스 농축정제장치
JP2003062419A (ja) ガス混合物の分離方法及びその装置
JPS63107721A (ja) 極低温用液化冷凍装置における低沸点ガスの精製及び再生装置
CN114621798A (zh) 一种组合式天然气脱重烃装置及其使用方法
JP2644823B2 (ja) ヘリウムガス精製用吸着器の再生方法
JPS59164874A (ja) 窒素ガス製造装置
JP4430351B2 (ja) フッ素化合物ガスの分離精製装置
JPS6353470B2 (ja)
JP3195986B2 (ja) ヘリウムガス供給方法及び装置
JPH0436552A (ja) 低温吸着筒を有する冷凍機
CN115388616B (zh) 采用增压液化的火星表面二氧化碳连续捕集系统及其方法
CN116558229B (zh) 一种可连续工作的氦气纯化器与纯化方法
US3119676A (en) Process and apparatus for purifying and separating compressed gas mixtures
JP2001033155A (ja) 空気分離装置
JP3798338B2 (ja) クリーンドライエアー製造方法およびそれに用いる装置
JPH0447232B2 (ja)
JP3223253B2 (ja) フロンの再生方法及び再生装置
JPS6125619A (ja) 冷熱を利用した圧力スイング式ガス分離方法

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees