JPS6332258A - 極低温冷凍装置 - Google Patents

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、極低温冷凍装置に係り、特に吸着器を有する
ものに好極な極低温冷凍装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の装置は第２図に示すような吸着器の取り付けにな
っており、吸着器８の再生は下記の手順により行なわれ
る。

（１）吸着器人ロ弁ＩＩ吸着器出ロ弁４を全閉し、バイ
パス弁５を開キバイパスラインへプロセスガスな流す。

（２）　　吸着器ブ、ロー弁６を開゛け、吸着器８の内
部ガスを大気放出する。

（３）常温プロセスガスな加温弁２を開き、吸着器内部
を加−渇する。

（４）　　ブロー弁６！を閉め、真空ポンプ７により吸
着器内部を真空引きし、吸着材へ吸着している不純物を
系外へ排出する。完了後、真空ポンプ７を停止し、真空
ポンプ入口弁を全閉にする。

（５）予冷弁３を開き、液体窒素により吸着器内部を５
冷却する。

（６）吸着器出入口弁１．４を開け、バイパス弁５を閉
め切替え再生完了となる。

上記操作手順のように、圧縮機から吐出される冷媒ガス
であるプロセスガスが流れる高圧ラインにそのまま吸着
器を直列に設けるだけの構成となっていた。

なお、この種の装置として関連するものには例えは昭和
５７年９月１５日に内田老鶴圃新社から発行されたｒＶ
ＤＩ低温工学ハンドブック」、第へ２５頁、図６．６に
記載のように吸着剤を有する冷凍機が挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は前記（５）の予冷段階で、吸着器内部の
温度を液体窒素温度に均一に冷却する点について配慮が
なされていなかった。

このため吸着器を再生後切替運転を行うと、温度の高い
プロセスガスが、下流側に流れ、膨張タービンの入口温
度を上昇させるため、膨張タービンの回転数上昇、出口
温度上昇を生じ、冷凍装置の安定運転ができないという
問題が生じていた。

上記従来技術では、予冷ラインへ液体窒素を流した場合
、吸着器内の管外側である吸着材の温度低下は、吸着材
の熱伝導あるいは、吸着材間に存在するプロセスガスの
自然対流による熱伝達の冷却効果によっている。

一般に吸着材自体の熱伝導率は小さく、吸着材間に存在
するプロセスガスの自然対流熱伝達率もきわめて小さい
。したがって吸着材内部の温度を、管内側の予冷材（例
えば液体窒素）温度近くまで効果的に下げるには、大き
な熱交換仏間（伝熱管の表面積）を設けるか、あるいは
長時間予冷ラインの伝熱管内に予冷材を流しつづける等
の必要があった。この場合、大きな熱交換仏間を設ける
と吸着器が大型化すると同時に、吸着器を格納している
保冷槽も大型化し、保冷槽の侵入熱量の増加等、コスト
の大幅なアップ、性能の低下につながるため、熱交換仏
間はできるだけ小さくし効果的に吸着材を予冷すること
が９才れている。

本発明の目的は、吸着器内に設けられた熱交換３　・ 器の伝熱効率を向上させるため、吸着材側にプロセスガ
スな若干流し、強制対流伝達を行い吸着器の内部温度を
効果的に均一に予冷し、吸着器切替時の温度変化を最小
限にすることのできる極低温冷凍装置を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、極低温冷凍装置に組込まれた吸着器の出入
口に弁を設け、この吸着器をバイパスするパイパスライ
ン上に弁を設け、さらに吸着器出口弁と吸着器出口との
高圧ラインより分岐し圧縮機吸込側の低圧ラインへ導く
予冷用バイパスラインを設け、二〇予冷用バイパスライ
ンに弁を設けることにより達成できる。

〔作　　用〕

吸着器再生手順の再生後の予冷段階において、予冷材供
給用の予冷弁を開き、予冷材（液体窒素）を吸１１器内
の伝熱管内に導（、さらに吸着器人口弁を開き、予冷バ
イアスラインの弁を開くことにより吸着器内の吸着材内
部にプロセスガスが流れ、強制対流熱伝達が行なわれ伝
熱効率がアップし、・　４　・ 吸着材内部温度が効果的に均一に冷却する。予冷バイパ
スラインの弁から流出したプロセスガスは、圧縮機吸込
ラインの低圧ラインへ入り、外部へ放出することなく回
収される。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。まず
第１図で示される極低温冷凍装置の機能を説明する。

圧縮機１０で、所定圧力まで昇圧された冷媒ガスである
プロセスガスは、高圧ラインを流れ第１熱交換器巧で液
体窒素温度まで冷却された後、吸着器８へ入り不純物を
除去された後膨張タービン１１゜認へ入るラインと、熱
交換器１６．１？、　１８．１９へ入る液化ラインに分
岐される。膨張タービン１１．１２へ入るラインに入っ
たプロセスガスは、第１タービン１１．第３熱交換器１
７．第２タービン臆を通り断熱膨張し低圧、低温のガス
となり、圧縮機４１０の吸込ラインへ導かれる。一方、
液化ラインに入ったプロセスガスは、熱交換器１６．１
７．１８．１９を通り低温となった後、ＪＴＴｉＢ２膨
張され一部は液化しタング１４に溜り、一部は低圧、低
温のガスとなり圧縮機１０の低圧ラインである吸込ライ
ンへ導かれる。

第１熱交換器１５．吸着器８は、予冷弁３を開は液体窒
素を流すことにより、液体窒素温度付近まで予冷されて
いる。

本冷凍装−〇起動当初においては、バイパス弁５は全閉
とし、吸着器出入口弁１．４は全開として吸着器８内へ
プロセスガスな流す吸着運転を行う。吸着器出口部に設
けた測定器（図示省略）により不純物濃度を測定し、運
転中に吸着器出口での不純物濃度が規定値を超えはじめ
た時点で、バイパス弁５を全開し吸着器８の出入口弁１
．４を全閉としてバイパス運転に切替える。

上記バイパス運転を行いながら、吸着器８は下記手順に
より再生を行う。

（１）　　ブロー弁６を開け、吸着器８の内部ガスを大
気放出する。

（２）　　加温弁２を開き、常温プロセスガスを吸着器
８内の熱交換器へ導き吸着器８の内部を加温する。

（３）　　ブロー弁６を閉め、真空ポンプ７により吸着
器８の内部を真空引きし、吸着材へ吸着している不純物
を系外へ排出する。完了後、真空ポンプ７を停止し、真
空ポンプ人口弁団を全閉にする。

（４）予冷弁３を開き、液体窒素を吸着器８内の熱交換
器へ導く。

（５）吸着器人口弁１を開き、予冷用バイパス弁９を開
き吸着器内へプロセスガスな適量流す。予冷用バイパス
弁９より出るプロセスガスは、第１熱交換器巧の低圧ラ
インの入口に入り、熱交換した後、圧縮機１０へ入る。

吸着器８の出口温度が液体窒素温度付近になれば予冷完
了とする。

（６）予冷完了後、予冷用バイパス弁９を閉め、吸着器
出口弁４を開け、さらにバイパス弁５を閉めて吸着器８
の再生が完了する。

以上本実施例によれば、吸着器再生後の予冷時１こ、吸
着材側にプロセスガスな強制対流することができるので
、吸着器内部に設けられている予冷・　７　・ 一用熱交換器の仏画を小さ畷でき、さらに吸着材の温度
を効果的に均一に冷却でき、吸着器再生後の切替運転時
において吸着器出口温度の変動がなくなる。したがって
、吸着器下流側にある膨張タービンの入口温度の変動も
なくなり、吸着器の切替に関係なく冷凍装置の安定運転
が可能である。

〔発明の効果〕 本発明によれば、吸着材側にプロセスガスを若干流し、
強制対流伝達させることができるので、吸着器内に設け
られた熱交換器の伝熱効率が向上し、吸着器の内部温度
を効果的暑こ均一に予冷でき、吸着器切替時の温度変化
を最少限にすることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である極低温冷凍装置を示す
構成図、第２図は従来の極低温冷凍装置イパス弁、ｌＯ
・・・・・・圧縮機、嘲　　　　　　１１，１２、８　
。 ６−−−ブｂ−升　　１５θ・、−ｔ、／９−−一夕へ
交１９器４２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、冷媒ガスを圧縮循環する圧縮機と、前記冷媒ガスを
   断熱膨張して寒冷を発生させる膨張タービンと、前記圧
   縮機により循環する高圧側と低圧側との冷媒ガスの温度
   交換を行なう熱交換器と、前記圧縮機からの高圧側のラ
   インに設けられ冷媒ガスの不純物を除去する吸着器とを
   具備する極低温冷凍装置において、前記吸着器の出入口
   部に弁を設けるとともに、該入口部の弁の前から分岐し
   て該出口部の弁の後に合流し前記吸着器をバイパスする
   バイパスラインと、該バイパスラインに弁とを設け、前
   記吸着器と前記出口側の弁との間から分岐し前記圧縮機
   へ戻る低圧側のラインに入る予冷用バイパスラインと、
   該予冷用バイパスラインに弁とを設けたことを特徴とす
   る極低温冷凍装置。