JP6502422B2 - 低温冷凍機の寒剤ガス液化装置における液化率向上のためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
液体貯蔵部と前記液体貯蔵部から延びているネック部とを含む貯蔵容器であって、前記液体貯蔵部は貯蔵容器の底部に液化ガス浴を含みかつ前記浴の上方に液化領域を含むように構成され、液化されるガスが前記液化システムと熱交換を行う貯蔵容器と、
前記ネック部に配置され、1段以上の冷却段を含むコールドヘッドと、
前記貯蔵容器内の液化領域内の寒剤ガス圧力を制御するための圧力制御機構と
を含むガス液化システムによって達成される。
圧縮された気相寒剤を前記コールドヘッド内に分配するための冷却圧縮機であって、前記寒剤ガスが前記コールドヘッドに供給されると共に前記コールドヘッドから戻され、前記コールドヘッドの1段以上の冷却段の温度を低下させる冷却手段として機能する冷却圧縮機と、
前記冷却段の外部領域と前記コールドヘッド内のガス循環回路とを連通する1以上の取り出し開口部であって、前記コールドヘッド内のガスを前記貯蔵容器の液化領域に流出可能にするパススルーポートとして機能する取り出し開口部と、
ガス注入弁によって前記冷却圧縮機のガス循環回路に接続され、前記ガス注入弁が前記コールドヘッド内の圧力を制御するために用いられるガス注入源とを含む。
本発明のさらに他の好ましい実施形態において、貯蔵容器は、更に、液体貯蔵部から貯蔵容器の外表面に延びているトランスファーポートを含む。
本発明のさらに他の好ましい実施形態において、システムは、更に、貯蔵容器内の液体の容積を測定するためのレベルメータを含む。
貯蔵容器の液化領域内の圧力値を測定するための圧力センサと、
貯蔵容器の液化領域に流入するガスの圧力を制御するための圧力制御装置と、
質量流量計と、
液化領域に流入する入力ガス流を制御するための1以上の弁の1以上を含む。
本発明のさらに他の好ましい実施形態において、取り出し開口部は、コールドヘッドの1段以上の冷却段上で機能しかつパススルーポートに含まれる固定手段によってそれに取り付けられる。より好ましくは、パススルーポートは、前記固定手段を通じた望ましくないガス流を防ぐための絶縁シールを含む。
(i)少なくとも、
液化領域を有し、貯蔵部と前記貯蔵部から延びているネック部とによって定義される貯蔵容器と、
貯蔵容器の液化領域内の圧力を制御するための圧力制御機構と、
少なくとも部分的にネック部(4)内に配置され、液化領域に含まれる寒剤を気相から液相に凝縮するように構成された前記低温冷凍機のコールドヘッドと、
を提供し、低温冷凍機のコールドヘッドは、
低温の圧縮された気相寒剤を前記コールドヘッド内に分配するための冷却圧縮機であって、前記寒剤が前記コールドヘッドに供給されると共に前記コールドヘッドから戻され、前記コールドヘッドの1段以上の冷却段の温度を低下させるための冷却手段として機能する冷却圧縮機と、
前記冷却段の外部領域と前記コールドヘッド内のガス循環回路とを連通する1以上の取り出し開口部であって、前記コールドヘッド内のガスを前記貯蔵容器の液化領域に流出可能にするパススルーポートとして機能する取り出し開口部と、
前記圧縮機のガス循環回路に接続されるガス注入源であって、コールドヘッド内の圧力をそれに接続されたPLC(programmable logic controller:プログラマブルロジックコントローラ)によって前記ガス注入源が制御するためのガス注入弁を用いて圧力制御機構に接続されているガス注入源とを含み、
(ii)圧力制御機構およびPLCによって前記貯蔵容器内の液化領域の蒸気圧を測定及び制御し、ガス注入弁(20)およびPLCによってコールドヘッド内の内圧を測定及び制御し、
(iii)圧力コントローラによって前記貯蔵容器内の液化領域の蒸気圧を維持し、前記ガス注入源および前記注入弁によってコールドヘッド内の内圧を動作範囲内に維持する、本願に開示のガス液化システムを使用するガス液化方法に関する。
(i)少なくとも、
液化領域(8)を有し、貯蔵部(3)と前記貯蔵部(3)から延びているネック部(4)とによって定義される貯蔵容器(2)と、
前記貯蔵容器(2)の前記液化領域(8)内の圧力を制御するための圧力制御機構(13)と、
少なくとも部分的にネック部(4)内に配置され、前記液化領域(8)に含まれる寒剤を気相から液相に凝縮するように構成された低温冷凍機のコールドヘッド(9)と、
任意選択で、ある量の気相寒剤を含むガス源モジュール(110)と、
を提供し、前記低温冷凍機のコールドヘッド(9)は、
低温の圧縮された気相寒剤を前記コールドヘッド(9)内に分配するための冷却圧縮機(17)であって、前記寒剤が前記コールドヘッド(9)に供給されると共に前記コールドヘッドから戻され、前記コールドヘッド(9)の1段以上の冷却段(10,11)の温度を低下させる冷却手段として機能する冷却圧縮機(17)と、
前記冷却段(10,11)の外部領域と前記コールドヘッド(9)内のガス循環回路とを連通する1以上の取り出し開口部(22)であって、前記コールドヘッド(9)内のガスを前記貯蔵容器(2)の前記液化領域(8)に流出可能にするパススルーポート(23)として機能する取り出し開口部(22)と、
前記コールドヘッド(9)内の圧力を制御するために、PLC(18)に接続されるガス注入弁(20)によって前記圧縮機(17)のガス循環回路に接続されるガス注入源(19)とを含み、
(ii)前記圧力制御機構(13)によって、前記貯蔵容器(2)の前記液化領域(8)内の蒸気圧を測定及び制御し、前記ガス注入弁(20)によって前記コールドヘッド(9)内の内圧を測定及び制御し、
(iii)前記圧力コントローラ(13)によって前記貯蔵容器(2)の前記液化領域(8)の蒸気圧を維持し、前記ガス注入源(19)から前記注入弁(20)によって前記コールドヘッド(9)内の内圧を動作範囲内に維持し、
(iv)任意選択で、行程(iii)の間に前記蒸気圧を維持するため、前記圧力コントローラ(13)と共に、ガス源モジュール(110)によって前記貯蔵容器(2)の前記液化領域(8)内にガスを注入することを含む。
Claims (14)
- 寒剤ガスの液化システム(1)であって、
液体貯蔵部(3)と前記液体貯蔵部(3)から延びているネック部(4)とを含む貯蔵容器(2)であって、前記液体貯蔵部(3)は貯蔵容器(2)の底部に液化ガス浴(7)を含みかつ前記液化ガス浴(7)の上方に液化領域(8)を含むように構成され、液化されるガスが前記液化システム(1)と熱交換を行う貯蔵容器(2)と、
前記ネック部(4)に配置され、1段以上の冷却段(10,11)を含むコールドヘッド(9)と、
前記貯蔵容器(2)の液化領域(8)内の寒剤ガス圧力を制御するための圧力制御機構(13)であって、前記貯蔵容器(2)の前記液化領域(8)内の入力ガス流および圧力、または入力ガス流もしくは圧力を動的に制御すべく構成されたPLC(18)に接続されている圧力制御機構(13)とを含む前記液化システム(1)において、
前記コールドヘッド(9)が、更に、
圧縮された気相寒剤を前記コールドヘッド(9)内に分配するための冷却圧縮機(17)であって、前記寒剤ガスが前記コールドヘッド(9)に供給されると共に前記コールドヘッド(9)から戻され、前記コールドヘッド(9)の1段以上の冷却段(10,11)の温度を低下させる冷却手段として機能する冷却圧縮機(17)と、
前記冷却段(10,11)の外部領域と前記コールドヘッド(9)内のガス循環回路とを連通するため前記貯蔵容器(2)内でかつ前記コールドヘッド(9)の外面に設けられた1以上の取り出し開口部(22)であって、前記コールドヘッド(9)内のガスを前記貯蔵容器(2)の前記液化領域(8)に流出可能にするパススルーポート(23)として機能する取り出し開口部(22)と、
ガス注入弁(20)によって前記冷却圧縮機(17)のガス循環回路に接続されるガス注入源(19)であって、前記ガス注入弁(20)がPLC(18)に含まれる圧力モニタリング手段によって前記コールドヘッド(9)内の圧力を制御するために用いられるガス注入源(19)と
を含む、液化システム(1)。 - 請求項1に記載の液化システム(1)は、更に、
前記貯蔵容器(2)の液化領域(8)内に導入するためのある量の気相寒剤を含むガス源モジュール(110)を含む、液化システム(1)。 - 請求項1または2に記載の液化システム(1)は、更に、
前記貯蔵容器(2)内の液体の容積を測定するためのレベルメータ(100)を含む、液化システム(1)。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の液化システム(1)において、
前記貯蔵容器(2)は、更に、前記液体貯蔵部(3)から前記貯蔵容器(2)の外表面に延びているトランスファーポート(12)を含む、液化システム(1)。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の液化システム(1)において、
前記圧力制御機構(13)は、前記貯蔵容器(2)の前記液化領域(8)内の圧力値を測定するための圧力センサ(14)を含む、液化システム(1)。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の液化システム(1)において、
前記取り出し開口部(22)が直径0.5〜5.0mmを有する、液化システム(1)。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の液化システム(1)において、
前記取り出し開口部(22)は、前記コールドヘッド(9)の1段以上の冷却段(10,11)上で機能し、任意選択で、固定手段(24)を通じた望ましくないガス流を防ぐための絶縁シール(25)と組み合わせて、前記パススルーポート(23)に含まれる前記固定手段(24)によって取り付けられる、液化システム(1)。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の液化システム(1)において、
1以上のパススルーポート(23)が配置可能な極低温用フローバルブ(21)を含む、液化システム(1)。 - 請求項8に記載の液化システム(1)において、
前記極低温用フローバルブ(21)のクローズド/オープン配置が、牽引手段(27)および圧縮手段(28)、または牽引手段(27)もしくは圧縮手段(28)によって作動される、液化システム(1)。 - 請求項8又は9に記載の液化システム(1)において、
前記パススルーポート(23)および前記極低温用フローバルブ(21)がキャピラリーチューブ(29)によって接続される、液化システム(1)。 - 請求項1〜10のいずれか1項に記載の液化システム(1)において、
前記貯蔵容器(2)内および前記冷却圧縮機(17)内、または前記貯蔵容器(2)内もしくは前記冷却圧縮機(17)内の寒剤ガスがヘリウムである、液化システム(1)。 - 請求項1〜11のいずれか1項に記載の液化システム(1)において、
ガス取り入れモジュール(12)に含まれるガスおよび前記ガス注入源(19)に含まれるガスがいずれも、ヘリウム使用装置から回収され精製された高純度ヘリウムガスである、液化システム(1)。 - 請求項1〜12のいずれか1項に記載の液化システム(1)で使用される寒剤のガス液化方法であって、
(i)少なくとも、
液化領域(8)を有し、貯蔵部(3)と前記貯蔵部(3)から延びているネック部(4)とによって定義される貯蔵容器(2)と、
前記貯蔵容器(2)の前記液化領域(8)内の圧力を制御するための圧力制御機構(13)であって、前記貯蔵容器(2)の前記液化領域(8)内の入力ガス流および圧力、または入力ガス流もしくは圧力を動的に制御すべく構成されたPLC(18)に接続されている圧力制御機構(13)と、
少なくとも部分的に前記ネック部(4)内に配置され、前記液化領域(8)に含まれる寒剤を気相から液相に凝縮するように構成された低温冷凍機のコールドヘッド(9)と、
ある量の気相寒剤を含むガス注入源(19)とを提供し、
前記低温冷凍機のコールドヘッド(9)は、
低温の圧縮された気相寒剤を前記コールドヘッド(9)内に分配するための冷却圧縮機(17)であって、前記寒剤が前記コールドヘッド(9)に供給されると共に前記コールドヘッド(9)から戻され、前記コールドヘッド(9)の1段以上の冷却段(10,11)の温度を低下させる冷却手段として機能する冷却圧縮機(17)と、
前記冷却段(10,11)の外部領域と前記コールドヘッド(9)内のガス循環回路とを連通する1以上の取り出し開口部(22)であって、前記コールドヘッド(9)内のガスを前記貯蔵容器(2)の前記液化領域(8)に流出可能にするパススルーポート(23)として機能する取り出し開口部(22)と、
PLC(18)に含まれる圧力モニタリング手段によって前記コールドヘッド(9)内の圧力を制御するために、前記ガス注入源(19)と前記冷却圧縮機(17)のガス循環回路とを接続するガス注入弁(20)とを含み、
(ii)前記圧力制御機構(13)および前記PLC(18)によって、前記貯蔵容器(2)の前記液化領域(8)内の蒸気圧を測定及び制御し、前記ガス注入弁(20)およびPLC(18)によって前記コールドヘッド(9)内の内圧を測定及び制御し、
(iii)前記圧力制御機構(13)によって前記貯蔵容器(2)の前記液化領域(8)の蒸気圧を維持し、前記ガス注入源(19)および前記ガス注入弁(20)によって前記コールドヘッド(9)内の内圧を動作範囲内に維持する、液化方法。 - 請求項13に記載の液化方法は、更に、
行程(iii)の間に前記蒸気圧を維持するため、前記圧力制御機構(13)と共に、ガス源モジュール(110)により前記貯蔵容器(2)の前記液化領域(8)内にガスを注入することを含む、液化方法。
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