JPS6338863A - 低温液化ガス液化・冷凍装置 - Google Patents

低温液化ガス液化・冷凍装置

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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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はイ朶玲ガス分離装置やヘリウム液化・冷凍装置
等に代表される液体窒素の寒冷利用システムに対する液
体窒素供給手段に関し、詳細には液体窒素の持つ寒冷を
最大限有効利用することによって（′１女体窒素を再生
産・循回使用し、補給されるべき液体窒素量を低減させ
ることが可能となる液体窒素再生産方法に関するもので
ある。
［従来の技術］ 第２図はヘリウム液化・冷凍装置の一例を示す説明図で
ある。圧縮機４によって高圧化されたＨｅガスは高圧ガ
ス配管５ａ　（５ｂについては後述）を通フてコールド
ボックス２内の熱交換器９ａ〜９ｇへ導かれ、その一部
は寒冷発生用として膨張機６ａ、６ｂに導入され、残部
は熱交換器９ｇを通過した後、ＪＴ弁（ジュールトムソ
ン弁）７において断熱膨張されその一部が液化される。
液化した液体Ｈｅは貯槽３内に貯留され、液化されなか
ったＨｅガス及び貯槽３内において気化したＨｅガスは
低圧ガス配管１０を通って熱交換器において寒冷を利用
（高圧ガス配管５ａ内のＨｅガスを冷却）した後圧縮機
４の入側へ循環される。
上記サイクルはヘリウム、夜化・冷凍装置１の定常運転
における流れを説明したものであり、運転開始時には、
低圧ガス配管１０たけでは十分な寒玲が得られない。そ
こで高圧Ｈｅガスの一部を高圧ガス分岐配管５ｂｉｌ由
でコールドボックス２内へ導入し、熱交換器９ｃにおい
て液体窒素による予備冷却を行なった後で木管側である
高圧ガス配管５ａに合流させていくという方式を採用し
ている。
上記方式について説明すると、貯留槽８内に貯留された
液体窒素を専大管１１経由でコールドボックス２の熱交
換器９ｃへ導入して分岐配管５ｂ内の高圧Ｈｅガスを約
８０Ｋまで冷却し、寒冷利用後気化した窒素ガスは放出
管１２から大気中へ放出している。尚上記の様な液体窒
素による高圧Ｈｅガスの予備冷却方式については、蓮転
開始時のみに限らず、Ｈｅ液化運転中も連続して行なう
様に構成された装置もある。
［発明が解決しようとする問題点］ ところが熱交換器９ｃで寒冷を奪われた液体窒素は、常
に完全に気化されて常温迄戻っている訳ではなく、液体
窒素を含んだままで、即ち一部はミスト状態で大気中へ
廃棄されていることが多い。その為この様な操業の下で
は液体窒素消費ユか多大なものとなり、液体窒素を安定
して供給するためには大きな液体窒素貯留槽を準備しな
けれはならないはかりでなく、当該貯留槽に対する液体
窒素の補給も頻繁に行なわｔ、１−ければならなかった
。即ち特定地域に建設されている空気液化プラント等か
らタンクローりによって液体窒素を何度も輸送しなけれ
ばならず、液体窒素の輸送や貯蔵に膨大なコストを要す
るという不利益があった。
そこで本発明者は液体窒素の寒冷を最大限有効利用する
と共にこれを循環再使用することによって液体窒素消費
量を低減させることを目的に、種々研究を積み重ねた結
果、本発明を完成させるに至った。
［問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成し得た本発明方法は、寒冷利用装置から
放出された窒素ガスを圧縮した後、前記寒冷利用装置に
返送し、該寒冷利用装置に設けられ且つ液体窒素か導入
される熱交換器に通して冷却した後断熱膨張させ、ここ
で得られた液体窒素を寒冷媒体として再利用する点に要
旨を有するものである。
［作用］ 液体窒素の寒冷利用装置において利用され気化した窒素
ガスは、依然として相当量の寒冷を保持しているケース
が多く、そのまま大気中へ放出してしまうことは大変な
浪費である。そこで本発明では前記利用装置において気
化された窒素ガスの全部または一部を次に示す方法によ
って再び液化させて再利用することを考えたのである。
寒冷利用装置において気化されある程度昇温しでいる窒
素ガスは大気圧とほぼ同等の圧力になっており、まずこ
れを圧縮機によって加圧する。その為窒素ガスは加圧に
よってさらに昇温されることとなるので、これを液化し
て再利用するに当たっては、液化に必要な温度まで冷却
してやらなけ引〕はならない。該窒素ガスの冷却手段と
しては、冷凍機を別途設けるということが一般的には考
えられるが、経済的に問題である。そこで本発明では構
造が比較的簡単で且つ安価な熱交換器を利用することと
し、また熱交換用冷却媒体には前記の如く貯蔵されてい
る液体窒素を利用することとした。こうして冷却された
窒素ガスは膨張弁又はコールドエジェクタによって断熱
膨張させ、その一部を液化させて再利用に供するのであ
る。このときの液体窒素の液化率は約７５％程度となる
。
この結果液化窒素を再生産する量に合わせて貯蔵液化窒
素量を少なくすることができ、液体窒素の貯留槽を小さ
くすると共に、該貯留槽への補給量を減らすことも可能
となる。
［実施例コ 第１図（Ａ）は本発明の液体窒素再生産方法を利用した
ヘリウム液化・冷凍装置の一部を示す説明図である。
熱交換器９ｃ、９ａを出たＮ２ガスはＮ２ガス低圧配管
１７によって常温部へ戻され、一部は圧縮機１５の入側
へ送給されて再循環に供され、残部は廃棄管１つから大
気中へ放出される。圧縮器１５において高圧化されたＮ
２ガスはＮ２ガス高圧配管１６から熱交換器９ａ、９ｃ
へ送給されて冷却された後膨張弁１８に至る。該膨張弁
１８においては熱交換器９ａ、９ｃによって冷却された
高圧Ｎ２ガスが等エンタルピー膨張され、液体窒素を含
む低温のＮ２ミストが発生する。一方液体窒素の貯留！
ｆ！８からは、液体窒素導入管１１が膨張弁１８下流側
に連結され、前記低温のＮ２ミストと合流して熱交換器
９ｃ、９ａに入り、循環されてきた高圧Ｎ２に寒冷を付
与する様に構成される。即ち熱交換器９ａにおいて高圧
Ｈｅガスの冷却に使用される液体窒素は貯留槽８からの
補給量と膨張弁１８によって液化された分を合わせて利
用することができ、貯留槽８からの液体窒素補給ユは減
少させることが可能となる。なお第１図（Ａ）における
（　）中の数字は液体窒素再生産時の各部の温度変化例
を示す。
一般にＮ２ガスを高圧化させた後断熱膨張させてＮ２ガ
スを液化させるに際しては、高圧Ｎ２ガスを約８０に近
くまで冷却しておく必要があり、常法に従うとすれば特
別の膨張機を設けてＮ２ガスの一部を膨張させて冷却し
たり、或は全く別に独立した冷凍機を設けて高圧Ｎ２ガ
スを冷却する様な構造としなけれはならなかった。とこ
ろが本発明ではコールドボックス２内の熱交換器９Ｃを
用いて液体窒素の寒冷を直接利用する方式を採用してい
るので、高価な膨張機や冷凍機を設ける必要がなく、簡
素化された設備によって低コストに液体窒素を再生産で
きる。
本発明方法の利用できる装置は前述のヘリウム液化・冷
凍装置に限定されず、液体窒素の寒冷を利用するシール
ド装置や凝縮器等を有する装置であればどの様なものに
でも適用可能であり、さらに第１図（Ｂ）　に示す様に
コールドボックス２を窒素液化装置そのものとして構成
するものであっても良い。
例えば高処理能力を有する圧縮機１５によって圧縮され
る高圧Ｎ２ガスを熱交換器９Ｃにおいて冷却した後膨張
弁１８で液化させ、発生した液体窒素の一部を再び熱交
換器９ｃによって高圧Ｎ２ガスの冷却に利用し、一部を
貯留槽８へ貯留する液体窒素増殖方式を採用しても良い
。この場合高圧Ｎ２ガスを冷却するのに使用される消費
液体窒素士よりも多い液体窒素を膨張弁において発生さ
せることができ、約１０〜３０％の増殖率を示す小型の
液体窒素製造装置として利用することが可能となる。
［発明の効果］ 本発明は上記の様に構成されているので、貯留槽から取
り出して消費する液体窒素量を減少させることが可能と
なり、液体窒素の補給量及び補給回数が減少し、液体窒
素の経済的利用がはかれる様になった。
【図面の簡単な説明】
第１図（Ａ）は本発明を利用したヘリウム液化・冷凍装
置の一部を示す説明図、第１図（Ｂ）は本発明方法を利
用した単独の窒素液化装置の例を示す説明図、第２図は
従来のヘリウム液化・冷凍装置の例を示す説明図である
。 １・・・ヘリウム液化・冷凍装置 ２・・・コールドボックス ３・・・液体ヘリウム貯槽 ４・・・圧縮機　　　　　５ａ、５ｂ・・・高圧ガス配
管６ａ、６ｂ・・・膨張機　　　７・・・ＪＴＴａ２・
・液体窒素貯留槽　９ａ〜９ｇ・・・熱交換器１０・・
・低圧ガス配管　　１１・・・液体窒素導入管１２・・
・放出管　　　　　１３・・・液体窒素供給管１４・・
・窒素ガス放出管　１５・・・圧縮機１６・・・Ｎ２ガ
ス高圧配管 １７・・・Ｎ２ガス低圧配管

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 液体窒素の寒冷利用装置に導入された液体窒素を、寒冷
    利用後に前記寒冷利用装置から窒素ガスとして放出する
    液体窒素の寒冷利用システムにおいて、前記放出された
    窒素ガスを圧縮した後、前記寒冷利用装置に返送し、該
    寒冷利用装置に設けられ且つ液体窒素が導入される熱交
    換器に通して冷却した後断熱膨張させ、ここで得られた
    液体窒素を寒冷媒体として利用することを特徴とする液
    体窒素の再生産方法。
JP61183035A 1986-08-04 1986-08-04 低温液化ガス液化・冷凍装置 Granted JPS6338863A (ja)

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