JP2787732B2 - ガス精製回路付液化機 - Google Patents
ガス精製回路付液化機Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 蓄冷式の小型冷凍機によって、冷凍機回路の外部から
供給されるガスを冷却して液化貯蔵する液化機におい
て、液化用ガス中の不純物が凝固して固着し配管の閉塞
や液化効率の低下を避ける目的で、液化に使用するガス
中の不純物を除去する為の精製回路を設けた液化機に関
する。
供給されるガスを冷却して液化貯蔵する液化機におい
て、液化用ガス中の不純物が凝固して固着し配管の閉塞
や液化効率の低下を避ける目的で、液化に使用するガス
中の不純物を除去する為の精製回路を設けた液化機に関
する。
（従来技術） ギフォード・マクマフォンサイクルによる小型冷凍機
と、熱シールド抜、液体ヘリウム溜等からなるクライオ
スタットにおいて、外部より供給するガスを液化する場
合の従来の回路を第４図に示す。
と、熱シールド抜、液体ヘリウム溜等からなるクライオ
スタットにおいて、外部より供給するガスを液化する場
合の従来の回路を第４図に示す。
真空容器７内に収容された小型冷凍機５には、熱負荷
フランジ部22に熱シールド板９が熱負荷フランジ部23に
熱シールド板14が夫々取付けられている。前記熱シール
ド板14内に液体溜13が設けられている。
フランジ部22に熱シールド板９が熱負荷フランジ部23に
熱シールド板14が夫々取付けられている。前記熱シール
ド板14内に液体溜13が設けられている。
圧縮機ユニット４により昇圧されたガスの一方はサプ
ライガス配管19を通り小型冷凍機５に入って断熱膨張
後、リターンガス配管18を通って前記圧縮機ユニット４
へ戻る。
ライガス配管19を通り小型冷凍機５に入って断熱膨張
後、リターンガス配管18を通って前記圧縮機ユニット４
へ戻る。
小型冷凍機５が冷却を開始し熱負荷フランジ部22から
熱シールド板９が、熱負荷フランジ部23から熱シールド
板14が夫々冷却される。熱シールド板９は80K、熱シー
ルド板14は20K程度になる。
熱シールド板９が、熱負荷フランジ部23から熱シールド
板14が夫々冷却される。熱シールド板９は80K、熱シー
ルド板14は20K程度になる。
圧縮機ユニット４により昇圧されたガスの他方はサプ
ライガス配管21を通り熱交換器８から熱負荷フランジ部
22→熱交換器10→熱負荷フランジ部23→熱交換器11によ
り段階的に冷却される。
ライガス配管21を通り熱交換器８から熱負荷フランジ部
22→熱交換器10→熱負荷フランジ部23→熱交換器11によ
り段階的に冷却される。
その後ガスはＪ−Ｔ弁６により断熱自由膨張して約4.
2Kの温度となり、凝縮熱交換器12を冷却後、熱交換器11
→熱交換機10→熱交換器８を通って断熱自由膨張前のガ
スを予冷しながらリターンガス配管20を経て前記圧縮機
ユニット４へ戻る。
2Kの温度となり、凝縮熱交換器12を冷却後、熱交換器11
→熱交換機10→熱交換器８を通って断熱自由膨張前のガ
スを予冷しながらリターンガス配管20を経て前記圧縮機
ユニット４へ戻る。
液体溜13に液体が貯液されている場合は、外部侵入熱
により蒸発、気化するが凝縮熱交換器12により再凝縮さ
れて滴下し、液面は保持される。
により蒸発、気化するが凝縮熱交換器12により再凝縮さ
れて滴下し、液面は保持される。
液化用の回路はまず液化用ガスボンベ１から圧力調整
弁２を通り、除湿フィルター17によりある程度水分を除
去されたガスは、熱負荷フランジ部22、熱負荷フランジ
部23により冷却されて液体溜13に入り、凝縮熱交換器12
により凝縮液化される。
弁２を通り、除湿フィルター17によりある程度水分を除
去されたガスは、熱負荷フランジ部22、熱負荷フランジ
部23により冷却されて液体溜13に入り、凝縮熱交換器12
により凝縮液化される。
一般に小型冷凍機５としてギフォード・マクマフォン
サイクルによる冷凍機を使用した液化方式の場合、液化
能力は大略１/h以下と小さい。
サイクルによる冷凍機を使用した液化方式の場合、液化
能力は大略１/h以下と小さい。
小型冷凍機５を、液化用ガスライン３と凝縮熱交換器
12のラインとに各１台ずつ使用しても、液化能力は大略
この範囲になる為、液化用ガスライン３の配管内を通過
するガス量は少ない。したがって、熱負荷フランジ部2
2、熱負荷フランジ部23に巻着した熱交換に使用する配
管は、ガス量が少ない為、配管外径３〜4mmの細いもの
が適している。
12のラインとに各１台ずつ使用しても、液化能力は大略
この範囲になる為、液化用ガスライン３の配管内を通過
するガス量は少ない。したがって、熱負荷フランジ部2
2、熱負荷フランジ部23に巻着した熱交換に使用する配
管は、ガス量が少ない為、配管外径３〜4mmの細いもの
が適している。
また構造的にも、熱負荷フランジ部22、熱負荷フラン
ジ部23は、大きくても外径100mm程度であり、曲げ直径1
00mmにベンド加工できる配管外径は大略6mm以下のもの
である。
ジ部23は、大きくても外径100mm程度であり、曲げ直径1
00mmにベンド加工できる配管外径は大略6mm以下のもの
である。
（発明の解決しようとする課題） 従来技術では液化用ガスボンベ１より供給されるガス
中の不純物33のうち特に水分が熱負荷フランジ部22に、
空気が熱負荷フランジ部23に設けられた細い配管の内部
で凝固し固着して、熱交換の効率が低下したり管の閉塞
が発生する問題点があった。
中の不純物33のうち特に水分が熱負荷フランジ部22に、
空気が熱負荷フランジ部23に設けられた細い配管の内部
で凝固し固着して、熱交換の効率が低下したり管の閉塞
が発生する問題点があった。
（課題を解決するための手段） 蓄冷式の小型冷凍機（５）の圧縮機ユニット（４）を
接続し、熱交換器（８、10、11）とＪ−Ｔ弁（６）及び
凝縮熱交換器（12）からなる管路を前記圧縮機ユニット
（４）の接続して冷媒が循環する管路を形成し、該管路
を前記小型冷凍機（５）の熱負荷フランジ（22、23）に
接触し、前記凝縮熱交換器（12）は液体溜（13）内部に
配設し、液化用ガスライン（３）は小型冷凍機（５）の
熱負荷フランジ（22、23）に接触し、前記液体溜（13）
内部に開口する液化機において、液化用ガスライン
（３）が熱負荷フランジ（22、23）に接する直前で、該
熱負荷フランジ（22、23）に固定する熱シールド板
（９、14）に接するトラップ用管（16、28）を設けたこ
とを特徴とする。
接続し、熱交換器（８、10、11）とＪ−Ｔ弁（６）及び
凝縮熱交換器（12）からなる管路を前記圧縮機ユニット
（４）の接続して冷媒が循環する管路を形成し、該管路
を前記小型冷凍機（５）の熱負荷フランジ（22、23）に
接触し、前記凝縮熱交換器（12）は液体溜（13）内部に
配設し、液化用ガスライン（３）は小型冷凍機（５）の
熱負荷フランジ（22、23）に接触し、前記液体溜（13）
内部に開口する液化機において、液化用ガスライン
（３）が熱負荷フランジ（22、23）に接する直前で、該
熱負荷フランジ（22、23）に固定する熱シールド板
（９、14）に接するトラップ用管（16、28）を設けたこ
とを特徴とする。
（作用） 熱シールド板９、14の外径は熱負荷フランジ22、23よ
りはるかに大きく、該熱シールド板９、14の外周に巻き
付けるトラップ用管の管路は長くとれる。ベンド加工上
は曲げ直径が大きいので配管外径を太くできる。
りはるかに大きく、該熱シールド板９、14の外周に巻き
付けるトラップ用管の管路は長くとれる。ベンド加工上
は曲げ直径が大きいので配管外径を太くできる。
熱シールド板９に巻着したトラップ用管16では、液化
用ガスが該熱シールド板９温度約80K近辺まで冷却され
る。該温度で凝固する不純物33をトラップ用管16壁で固
着する。この時、トラップ用管16は十分に太いために閉
塞する可能性が低い。固着される主な不純物33は水分で
ある。
用ガスが該熱シールド板９温度約80K近辺まで冷却され
る。該温度で凝固する不純物33をトラップ用管16壁で固
着する。この時、トラップ用管16は十分に太いために閉
塞する可能性が低い。固着される主な不純物33は水分で
ある。
次に、熱負荷フランジ部22における熱交換器用の細い
配管には、該温度で凝固する不純物33のないガスが供給
されるので固化は防止でき、ガスは十分に冷却される。
配管には、該温度で凝固する不純物33のないガスが供給
されるので固化は防止でき、ガスは十分に冷却される。
熱シールド板14に巻着したトラップ用管28では、液化
用ガスが該熱シールド板14温度約20K近辺まで冷却され
る。該温度で凝固する不純物33をトラップ用管28壁で固
着する。この時、トラップ用管28は十分に太いために閉
塞する可能性が低い。固着される主な不純物33は空気で
ある。
用ガスが該熱シールド板14温度約20K近辺まで冷却され
る。該温度で凝固する不純物33をトラップ用管28壁で固
着する。この時、トラップ用管28は十分に太いために閉
塞する可能性が低い。固着される主な不純物33は空気で
ある。
次に、熱負荷フランジ部23における熱交換器用の細い
配管には、高純度のガスが供給されるので、固化は防止
できる。
配管には、高純度のガスが供給されるので、固化は防止
できる。
請求項２記載のフィルターは、トラップ用管内にて固
着された不純物33が、条件によって剥離して熱交換器用
の細い配管へ流入するのを防止する。
着された不純物33が、条件によって剥離して熱交換器用
の細い配管へ流入するのを防止する。
また、フィルタ15、27に捕集された不純物33が再度気
化しないよう、よく該フィルタ15、27を冷却するために
熱シールド板に密接してフィルター15、27を設けてあ
る。
化しないよう、よく該フィルタ15、27を冷却するために
熱シールド板に密接してフィルター15、27を設けてあ
る。
請求項３記載の装置、フィルターにたまった不純物33
を液化用ガスライン３から排出するための回路である。
排出方法は、小型冷凍機５運転終了後、液体溜13より液
体を抜き取り、供給弁25を閉じ、再生弁26と排気弁24を
開ける。小型冷凍機５および熱シールド板が昇温するに
伴い、トラップ用管16、28およびフィルター15、27に蓄
積された不純物33は気化し、再生弁26より供給されたガ
スにより移送され、排気弁24から排出されるので、液化
用ガスライン３の管内部は清浄になる。
を液化用ガスライン３から排出するための回路である。
排出方法は、小型冷凍機５運転終了後、液体溜13より液
体を抜き取り、供給弁25を閉じ、再生弁26と排気弁24を
開ける。小型冷凍機５および熱シールド板が昇温するに
伴い、トラップ用管16、28およびフィルター15、27に蓄
積された不純物33は気化し、再生弁26より供給されたガ
スにより移送され、排気弁24から排出されるので、液化
用ガスライン３の管内部は清浄になる。
請求項４記載の装置は、冷凍機単体で液化機を実現す
る例で、実施例を第３図に示す。「低温工学Vol.24 No.
4 223頁」に、３段膨張式の冷凍機で先端の熱負荷フラ
ンジの温度が3.3Kに達している。冷凍能力の上昇をみれ
ば、液化機の実現は可能であり、液化の為のＪ−Ｔ弁や
熱交換器を使用しない。
る例で、実施例を第３図に示す。「低温工学Vol.24 No.
4 223頁」に、３段膨張式の冷凍機で先端の熱負荷フラ
ンジの温度が3.3Kに達している。冷凍能力の上昇をみれ
ば、液化機の実現は可能であり、液化の為のＪ−Ｔ弁や
熱交換器を使用しない。
（実施例） 液化用ガスとしては、ヘリウムや水素等を対象とす
る。
る。
液化用ガスライン３として熱侵入の低いステンレスパ
イプを使用し、トラップ用管材質は熱伝導率の良い銅パ
イプを使用する。熱シールド板材質は、銅とし円筒状に
加工する。
イプを使用し、トラップ用管材質は熱伝導率の良い銅パ
イプを使用する。熱シールド板材質は、銅とし円筒状に
加工する。
トラップ用管は、熱シールド板の外周に巻着し、熱交
換効率を高める為、ろう付けとする。該トラップ用管
は、熱シールド板の上面または下面に渦巻き状に形成し
て密着してもよい。
換効率を高める為、ろう付けとする。該トラップ用管
は、熱シールド板の上面または下面に渦巻き状に形成し
て密着してもよい。
冷凍機５と真空容器７はＯリングで気密して、ねじ止
めとする。ガスラインは気密なねじ止めまたは、溶接し
て各容器内部に引き込む。熱負荷フランジ22、23と熱シ
ールド板９、14はインジュウムをはさんでねじ止めとす
る。
めとする。ガスラインは気密なねじ止めまたは、溶接し
て各容器内部に引き込む。熱負荷フランジ22、23と熱シ
ールド板９、14はインジュウムをはさんでねじ止めとす
る。
請求項２記載のフィルター15、27は、液化用ガスの純
度の低い場合や、高圧力等のためガスの流速が高い場
合、振動が大きい場合に有効である。これらの条件でト
ラップ用管16、28から、不純物33の剥離が起こり易く、
該不純物33を止めるフィルターを第２図に示す。
度の低い場合や、高圧力等のためガスの流速が高い場
合、振動が大きい場合に有効である。これらの条件でト
ラップ用管16、28から、不純物33の剥離が起こり易く、
該不純物33を止めるフィルターを第２図に示す。
焼結合金29は、コップ形に成型し開口部に縁を設け
る。該開口部は管路のトラップ管側とし、該止め金具30
をフィルター15、27の基部に突設せるねじ部31に螺着す
る。
る。該開口部は管路のトラップ管側とし、該止め金具30
をフィルター15、27の基部に突設せるねじ部31に螺着す
る。
気体は焼結合金29を通り、固体の不純物33は、該焼結
合金29で止まり流れない。
合金29で止まり流れない。
または、フィルター15、27として貫通孔を有する薄板
でサンドイッチしたグラスウールを管路に設けてもよ
い。
でサンドイッチしたグラスウールを管路に設けてもよ
い。
フィルタ15、27は、トラップ用管の直後の位置で、夫
々熱シールド板９、14のろう付けする。
々熱シールド板９、14のろう付けする。
請求項３記載の回路は、ガスの純度が低いものまたは
冷凍能力が高く、すぐに不純物33が溜まってしまう場合
や、定期的にクリーニングをする場合に有効である。た
だし、弁としてはヘリウムリークの低い専用の弁を使用
する。
冷凍能力が高く、すぐに不純物33が溜まってしまう場合
や、定期的にクリーニングをする場合に有効である。た
だし、弁としてはヘリウムリークの低い専用の弁を使用
する。
（発明の効果） この発明によって、不純物33が凝固して管路が詰まっ
たり閉塞する不具合の発生し難い液化機が提供される。
たり閉塞する不具合の発生し難い液化機が提供される。
また、やや純度の低いガスでも液化に使用できるため
原料費のコストダウンがはかれる。
原料費のコストダウンがはかれる。
請求項３記載の弁付きのものは、謝って管路に異ガス
等をいれてもメンテナンス性が高い。
等をいれてもメンテナンス性が高い。
第１図は本発明に係る回路図。 第２図は本発明に係るフィルターの断面図。 第３図は本発明に係る回路図。 第４図は従来の液化機の回路図。 １……液化用ガスボンベ、２……圧力調整弁 ３……液化用ガスライン、４……圧縮器ユニット ５……小型冷凍機、６……Ｊ−Ｔ弁 ７……真空容器、８……熱交換器 ９……熱シールド板、10……熱交換器 11……熱交換器、12……凝縮熱交換器 13……液体溜、14……熱シールド板 15……フィルター、16……トラップ用管 17……除湿フィルター、18……リターンガス配管 19……サプライガス配管、20……リターンガス配管 21……サプライガス配管、22……熱負荷フランジ 23……熱負荷フランジ、24……排気弁 25……供給弁、26……再生弁 27……フィルター、28……トラップ用管 29……焼結合金、30……止め金具 31……ねじ部、33……不純物
Claims (6)
- 【請求項１】蓄冷式の小型冷凍機（５）に圧縮機ユニッ
ト（４）を接続し、熱交換器（８、10、11）とＪ−Ｔ弁
（６）及び凝縮熱交換器（12）からなる管路を前記圧縮
機ユニット（４）に接続して冷媒が循環する管路を形成
し、該管路を前記小型冷凍機（５）の熱負荷フランジ
（22、23）に接触し、前記凝縮熱交換器（12）は液体溜
（13）内部に配設し、液化用ガスライン（３）は小型冷
凍機（５）の熱負荷フランジ（22、23）に接触し、前記
液体溜（13）内部に開口する液化機において、液化用ガ
スライン（３）が熱負荷フランジ（22、23）に接する直
前で、該熱負荷フランジ（22、23）に固定する熱シール
ド板（９、14）に接するトラップ用管（16、28）を設け
たことを特徴とするガス精製回路付液化機。 - 【請求項２】請求項１記載のガス精製回路付液化機にお
いて、液化用ガスライン（３）のトラップ用管（16、2
8）の直後で熱シールド板（９、14）に接するフィルタ
ー（15、27）を設けたことを特徴とするガス精製回路付
液化機。 - 【請求項３】請求項２記載のガス精製回路付液化機にお
いて、液化用ガスライン（３）の除湿フィルター（17）
とトラップ用管（16）の間に、供給弁（25）と大気解放
可能な排気弁（24）を設け、該供給弁（25）の直前に液
体溜（13）の直前と結ぶバイパス管路と設け、該バイパ
ス管路に再生弁（26）を設けたことを特徴とするガス精
製回路付液化機。 - 【請求項４】蓄冷式の小型冷凍機（５）に圧縮機ユニッ
ト（４）を接続し、該小型冷凍機（５）の先端を凝縮熱
交換器（12）として液体溜（13）内部に配設し、液化用
ガスライン（３）は小型冷凍機（５）の熱負荷フランジ
（22、23）に接触し、前記液体溜（13）内部に開口する
液化機において、液化用ガスライン（３）が熱負荷フラ
ンジ（22、23）に接する直前で、該熱負荷フランジ（2
2、23）に固定する熱シールド板（９、14）に接するト
ラップ用管（16、28）を設けたことを特徴とするガス精
製回路付液化機。 - 【請求項５】請求項４記載のガス精製回路付液化機にお
いて、液化用ガスライン（３）のトラップ用管（16、2
8）の直後で熱シールド板（９、14）に接するフィルタ
ー（15、27）を設けたことを特徴とするガス精製回路付
液化機。 - 【請求項６】請求項５記載のガス精製回路付液化機にお
いて、液化用ガスライン（３）の除湿フィルター（17）
とトラップ用管（16）の間に、供給弁（25）と大気解放
可能な排気弁（24）を設け、該供給弁（25）の直前に液
体溜（13）の直前と結ぶバイパス管路を設け、該バイパ
ス管路に再生弁（26）を設けたことを特徴とするガス精
製回路付液化機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2252027A JP2787732B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | ガス精製回路付液化機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2252027A JP2787732B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | ガス精製回路付液化機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04131689A JPH04131689A (ja) | 1992-05-06 |
| JP2787732B2 true JP2787732B2 (ja) | 1998-08-20 |
Family
ID=17231572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2252027A Expired - Lifetime JP2787732B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | ガス精製回路付液化機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2787732B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103411387B (zh) * | 2013-07-25 | 2015-05-13 | 杭州求是透平机制造有限公司 | 一种膨胀式氯气液化方法 |
-
1990
- 1990-09-25 JP JP2252027A patent/JP2787732B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04131689A (ja) | 1992-05-06 |
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