JPH03105161A - Cryogenic freezing method and freezing device - Google Patents
Cryogenic freezing method and freezing deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、極低温冷凍方法及び装置に係り，特にヘリウ
ム冷凍に好適な極低温冷凍方法及び装置に関するもので
ある。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a cryogenic refrigeration method and apparatus, and particularly to a cryogenic refrigeration method and apparatus suitable for helium refrigeration.
極低温冷凍装置、特にヘリウム冷凍装置では、所定の冷
凍能力を得るために必要な動力が大きく高効率のシステ
ムを構成することが重要である。BACKGROUND ART In cryogenic refrigeration systems, particularly helium refrigeration systems, it is important to construct a highly efficient system that requires a large amount of power to obtain a predetermined refrigeration capacity.
浴
例えば、ヘリウム冷凍装置では、効率１００ｐでも冷凍
能力の約７０倍の動力を必要とし、実際的効率を考慮す
れば、約４００倍の動力が必要となる。For example, in a helium refrigeration system, an efficiency of 100p requires about 70 times the power of the refrigeration capacity, and if practical efficiency is taken into account, about 400 times the power is required.
このような極低温冷凍装置においては、従来、ヰ
例えば、特開昭６２−１３４／６２号公報に記載のよう
に、圧縮機の吸入圧力，吐出圧力は、常に固定され、膨
５＆機瀧度が高い場合は、膨張機の過負荷がかからない
ように、膨張機入口圧力が膨張機人口弁の操作により低
下させられる。Conventionally, in such cryogenic refrigeration equipment, the suction pressure and discharge pressure of the compressor are always fixed, and the expansion rate and the If is high, the expander inlet pressure is lowered by operating the expander artificial valve to avoid overloading the expander.
上記従来技術では、膨彊機が高温状態で運転される予冷
運転時に圧縮機で圧縮された圧力エネルギが有効利用さ
れず、このため、効率が悪いシステムとなっている。In the above-mentioned conventional technology, the pressure energy compressed by the compressor is not effectively utilized during the precooling operation in which the expansion machine is operated at a high temperature, resulting in an inefficient system.
本発明の目的は、高効率な冷凍システムを構成できる極
低温冷凍方法及び装置を提供することにある。An object of the present invention is to provide a cryogenic refrigeration method and apparatus that can configure a highly efficient refrigeration system.
上記目的は、極低温冷凍方法を、膨張機を備えた極低温
冷凍機に導入される冷媒ガスを圧縮する圧縮機の圧縮比
を前記極低温冷凍機の運転条件に対応して変化させる方
法とし、極低温冷凍装置を、膨張機を備えた極低温冷凍
機と、該極低温冷凍機に導入される冷媒ガスを圧細する
圧縮機と、該圧縮機の圧細比を！ＩＩ記極低温冷凍機の
運転条件に対応して変化させる手段とを具備したものと
することにより、達成される。The above object is to provide a cryogenic freezing method in which the compression ratio of a compressor that compresses refrigerant gas introduced into a cryogenic refrigerator equipped with an expander is changed in accordance with the operating conditions of the cryogenic refrigerator. , a cryogenic refrigerator includes a cryogenic refrigerator equipped with an expander, a compressor that compresses the refrigerant gas introduced into the cryogenic refrigerator, and a compression ratio of the compressor! This can be achieved by providing a means for changing the conditions according to the operating conditions of the cryogenic refrigerator described in II.
圧細機で圧細された冷媒ガスは、極低温冷凍機に１人さ
れる。該極低温冷ｙＬ′ｊ！＆に辱入された冷媒ガスは
、ここで、寒冷を発生する膨張機ラインと液化冷媒を生
或する液化ラインとに分岐されて使用される。この内、
膨張機ラインに導入された冷媒ガスはｉｓ仕事を行い温
度降下して寒冷を発生する。この場合、同一膨張比の冷
媒ガスが有するエネルギは温度に比例するため、予冷時
で膨張機温度が高い時は定常時のような大きい膨張比負
荷をかけられない。一方、また、液化ラインを考えると
、冷媒ガスが、例えば、ヘリウムガスの場合、膨張弁（
ＪＴ弁）で温度降下するジュールトムソン効果が生じる
のは約２０Ｋ以下であり、液化ラインでも温度の高い予
冷運転時は高膨張比を必要としない。The refrigerant gas compressed by the compressor is sent to a cryogenic refrigerator. The cryogenic cold yL′j! The refrigerant gas injected into the refrigerant is used by being branched into an expander line that generates refrigeration and a liquefaction line that generates liquefied refrigerant. Of these,
The refrigerant gas introduced into the expander line performs IS work, lowers the temperature, and generates refrigeration. In this case, since the energy possessed by the refrigerant gas having the same expansion ratio is proportional to the temperature, when the expander temperature is high during precooling, a large expansion ratio load cannot be applied as in the steady state. On the other hand, considering the liquefaction line, if the refrigerant gas is, for example, helium gas, the expansion valve (
JT valve), the Joule-Thomson effect, which lowers the temperature, occurs at temperatures below about 20K, and even in the liquefaction line, a high expansion ratio is not required during precooling operation at high temperatures.
一方、圧縮ａ＃ｂ力は、圧縮比が大きい程増大すること
になり、従って、極低温冷凍機の運転条件、例えば、上
記のような運転条件に対応して圧！ｋ機の圧輪比を変化
させることによって高効率な冷凍システムを構或するこ
とができる。On the other hand, the compression a#b force increases as the compression ratio increases, and therefore, the pressure increases depending on the operating conditions of the cryogenic refrigerator, for example, the operating conditions mentioned above. A highly efficient refrigeration system can be constructed by changing the compression ring ratio of the k machine.
以下、本発明の一実施例をｆｉｌ図により説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to fil diagrams.
第１図は、ヘリウム冷凍！ｊｋ置の構或図である。Figure 1 shows helium freezing! FIG.
第１図で、圧縮機は、多段圧縮機１０である。多段圧縮
機１０は、各段圧細ｓ１１ １〜１１ ｎを有している
。極低温冷凍機加は、熱交換器２１＆−２１ｅ，膨張機
２２ａ， Ｚｌ！ｂ，膨張機人口弁幻，ＪＴ弁滉等を備
えている。被冷却体刃は、極低温冷凍機加外に設置され
ている。In FIG. 1, the compressor is a multi-stage compressor 10. The multistage compressor 10 has each stage compression s11 1 to 11 n. The cryogenic refrigerator is equipped with heat exchangers 21 & -21e, expander 22a, and Zl! b, is equipped with an expander valve, JT valve, etc. The blade to be cooled is installed outside the cryogenic refrigerator.
第１図で、多段圧縮機１０の前段の圧縮部の吐出口とそ
の後段の圧縮部の吸入口とは、ラインｎでそれぞれ順次
連結されている。多段圧縮機ＩＯの最終段圧縮部ｉＩ
ｎの吐出口とＪＴ弁ツ入口とは、吐出ライン（高圧ライ
ン）４０で連結されている。ＪＴ弁例出口と被冷却体加
の冷媒入口とは、ライン４ｌで連結されている。被冷却
体刃の冷媒出口と多段圧Ｊ１１機１０ ０）ｆｉ前段圧
縮部１１ａの吸入口とは、吸入ライン（低圧ライン〉社
で連結されている。吸入ライン４２の多段圧縮［１０側
では、ライン４３１１〜Ｏｍが分岐され、該ライン４３
ａ−４３ｍは、多段圧縮機ｌＯの各段圧縮部１１ ａ〜
１１ ｎの間のライン１２に連結されている。ライン０
３の分岐箇所以降の吸入ライン４２には、吸入ライン切
替弁５０ａが設けられている。また、ライン４３１〜４
３ｍには、吸入ライン切替弁５０ ｂ ４ ５０ ｎが
それぞれ設けられている。In FIG. 1, the discharge port of the compression section at the front stage of the multistage compressor 10 and the suction port of the compression section at the rear stage are connected in sequence by a line n. Final stage compression section iI of multistage compressor IO
The discharge port No. n and the JT valve inlet are connected by a discharge line (high pressure line) 40. The JT valve example outlet and the refrigerant inlet of the object to be cooled are connected by a line 4l. The refrigerant outlet of the blade to be cooled and the suction port of the multistage pressure J11 machine 100) fi front stage compression section 11a are connected by a suction line (low pressure line). Lines 4311 to Om are branched, and the line 4311 to Om is branched.
a-43m is each stage compression section 11 a of the multi-stage compressor lO.
11 n to line 12 between them. line 0
The suction line 42 after the branch point No. 3 is provided with a suction line switching valve 50a. Also, lines 431-4
Suction line switching valves 50 b 4 50 n are provided at 3 m, respectively.
熱交換器２１ａ〜２１ ｅは、それぞれの流路を吐出ラ
インψ並びに吸入ライン４２にそれぞれ効応して連設さ
れている。熱交換器２１ａ〜２１ ｅは、ＪＴ弁為側に
向って熱交換器２１ ａから熱交換Ｂ２１ｅへ配設され
ている。熱交換器２１ａと熱交換器２ｌ ｂとの間の吐
出ラインのから膨ｇｋ機ラインａが分岐され、該膨張機
ライン必は、熱交換器２１ ｄと熱交換器針Ｃとの間の
吸入ライン４２に合流連結されている。The heat exchangers 21a to 21e have respective flow paths connected to the discharge line ψ and the suction line 42, respectively. The heat exchangers 21a to 21e are arranged from heat exchanger 21a to heat exchanger B21e toward the JT valve side. An expansion line a is branched from the discharge line between the heat exchanger 21a and the heat exchanger 2lb, and the expansion line a is branched from the discharge line between the heat exchanger 21a and the heat exchanger 2lb, and the expansion line a is branched from the discharge line between the heat exchanger 21a and the heat exchanger 2lb, and the expansion line a is branched from the discharge line between the heat exchanger 21a and the heat exchanger 2lb, and the expansion line a is branched from the discharge line between the heat exchanger 21a and the heat exchanger 2lb. It is connected to the line 42.
熱交換器Ｚｌｃは、三流路タイプであり、熱交換器２１
ｃは、残る流略を膨張機ライン材に対応．連結されて
いる。膨会機２２ｍは、熱交換器２１ ｃの前流側の膨
張機ライン偶に設けられている。膨張機ｎｂは、熱交換
器２１ ｃの後流側で膨＊＊ライン必に設けられている
。膨彊機人口弁幻は、膨俵機２２ｍの入口側で膨張機ラ
イン４に設けられている。The heat exchanger Zlc is a three-channel type, and the heat exchanger 21
c corresponds to the remaining flow for the expander line material. connected. The expansion machine 22m is provided in the expansion machine line on the upstream side of the heat exchanger 21c. The expander nb is necessarily provided in an expansion line on the downstream side of the heat exchanger 21c. The expansion machine valve is installed in the expansion machine line 4 on the inlet side of the bale expansion machine 22m.
次に、上記のようにＭ或されたヘリウム冷凍装置の動作
について説明する。Next, the operation of the helium refrigeration system with the above-mentioned M will be explained.
第１図で、多段圧ｍ機１０で圧細された高圧ガスは、吐
出ライン切を虎通して極低温冷ｙＬｗｚに導入される。In FIG. 1, the high-pressure gas compressed by the multi-stage pressure machine 10 is introduced into the cryogenic cooling yLwz through the discharge line cut.
該導入された高圧ガスは、第１の熱交換器２１ ａで冷
却される。該冷却された高圧ガスの一部は、膨張機ライ
ン４に分岐される。該分岐された高圧ガスは、膨張機人
口弁幻を通り、第１の膨張機２２ａで断熱Ｉｉ１張仕事
をして寒冷を発生し、第３の熱交換器２１ｃで更に冷却
された後、第２の膨張機２２ｂで低圧まで断熱膨張仕事
をして寒冷を発生する。一方、上記冷却された高圧ガス
の残りは、第２〜第５の熱交換器２ｌｂ〜２ＩＣで冷却
されれ後に．ＪＴ弁別で断熱膨張してライン４１を介し
被冷却体刀に供給される。被冷却体Ｉを冷却した低圧ガ
スは、極低温冷凍機１０に戻り，第２の膨張＠２２ｂの
出口ガスと合流して吸入ライン心を通り多段圧縮ｆｉｌ
Ｏに戻される。The introduced high pressure gas is cooled in the first heat exchanger 21a. A part of the cooled high pressure gas is branched to an expander line 4. The branched high-pressure gas passes through the expander valve, performs adiabatic work in the first expander 22a to generate cold, and is further cooled in the third heat exchanger 21c. The second expander 22b performs adiabatic expansion work to a low pressure to generate cold. On the other hand, the remainder of the cooled high pressure gas is cooled in the second to fifth heat exchangers 2lb to 2IC, and then cooled. It is adiabatically expanded by JT discrimination and is supplied to the body to be cooled via line 41. The low-pressure gas that has cooled the object I returns to the cryogenic refrigerator 10, joins the outlet gas of the second expansion @ 22b, and passes through the suction line to form a multistage compression filter.
Returned to O.
第１図で、運転開始直後は、装置分体が常温レベルにあ
るため、極低温冷凍機加は、高膨張比を必要としない。In FIG. 1, immediately after the start of operation, the device components are at room temperature level, so a high expansion ratio is not required when applying the cryogenic refrigerator.
このため、当初は、多段圧縮機１０の、例えば、ｎ段圧
細ｆｉＩＬｎのみが作動状態にあり、吸入ライン切替弁
５０ｎのみが開となっている。Therefore, initially, for example, only the n-stage compressor fiILn of the multistage compressor 10 is in an operating state, and only the suction line switching valve 50n is open.
その後、極低温冷凍機加の予冷が進行して必要な圧縮比
が増大するのに対し、各段圧ＩＭ ｍｓ １１ ｍ−１
１麿が順次作動状態に入る。これに対応して、開となる
吸入ライン切替弁も順次５０ ｍ ％ ５０ ｍと変え
られて行く。Thereafter, as pre-cooling using a cryogenic refrigerator progresses and the necessary compression ratio increases, each stage pressure IM ms 11 m-1
One after another, the units enter the operating state. Correspondingly, the suction line switching valves that are opened are sequentially changed from 50 m to 50 m.
本実施例によれば、極低温冷凍機で必要な膨張比に合せ
多段圧縮機の吸入ラインを切替えることによって圧縮比
を変えるようにしているので、高効率の冷凍システムを
構成できる。According to this embodiment, since the compression ratio is changed by switching the suction line of the multi-stage compressor in accordance with the expansion ratio required by the cryogenic refrigerator, a highly efficient refrigeration system can be constructed.
第２図は、本発明の第２の実施例を示すもので、本発明
の一実施例を示す第１図と異なる点は、次のとおりであ
る。FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, and the differences from FIG. 1, which shows one embodiment of the present invention, are as follows.
第２図で、吐出ラインのから分岐された第１分岐吐出ラ
イン柘が、多段圧縮ａ１０の＠１段圧縮部１１ ｍと第
２段圧縮部１ｌ ｂとの間のライン稔に合流連結されて
いる。ｆｆｉｌ分岐吐出ライン柘からは、第２分岐吐出
ライン４６ ａ−４ｆ＋Ｉ！がそれぞれ分岐され、第２
分岐吐出ライン４６ ａ−４８７：は、多段圧細ａｌＯ
の第２段圧縮部１ｌ ｂ〜最終段圧縮部１１ ｎ間のラ
イン１０にそれぞれ合流連結されている。第２分岐吐出
ライン４６ａの分岐位置より前流側の第１分岐吐出ライ
ン藝には、吐出ライン切替弁５１ ｍが設けられている
。また、第２分岐吐出ライン４６ａ〜４６ｌには、吐出
ライン切替弁５ｌ ｂ〜５１ｍがそれぞれ設けられてい
る。この場合、第１図におけるライン０暑〜ａｍおよび
吸入ライン切替弁５０ａ〜頻ｎは設けられていない。な
お、第２図で、その他！！１図と同一装置，部品等は同
一符号で示し説明を省略する。In FIG. 2, the first branch discharge line 柘 branched from the discharge line is connected to the line end between the first stage compression part 11m and the second stage compression part 1lb of the multistage compression a10. There is. From the ffil branch discharge line Tsuge, the second branch discharge line 46 a-4f+I! are branched respectively, and the second
Branch discharge line 46 a-487: is a multi-stage compressed AlO
The second stage compression section 1lb to the final stage compression section 11n are respectively merged and connected to the lines 10. A discharge line switching valve 51m is provided in the first branch discharge line on the upstream side of the branch position of the second branch discharge line 46a. Further, the second branch discharge lines 46a to 46l are provided with discharge line switching valves 5lb to 51m, respectively. In this case, the lines 0 to am and the suction line switching valves 50a to 50n in FIG. 1 are not provided. In addition, in Figure 2, other! ! Devices, parts, etc. that are the same as those in FIG.
第２図で、運転開始当初は、多段圧縮機１ｏの第１段圧
縮部のが作動状態にあり、吐出ライン切替弁５１１のみ
が開となっている。その後、極低温冷凍機加の予冷が進
行して必要な圧縮比が増大するのに対し、各段圧縮部１
ｌ ｂ〜ｌｌｎが順次作動状態に入る。これに対応して
、開となる吐出ライン切替弁５ｌ ｂ〜５１ｍと変えら
れて行く。In FIG. 2, at the beginning of operation, the first stage compression section of the multistage compressor 1o is in an operating state, and only the discharge line switching valve 511 is open. After that, pre-cooling using a cryogenic refrigerator progresses and the necessary compression ratio increases, while each stage compression section 1
lb to lln sequentially enter the operating state. Correspondingly, the discharge line switching valves 5lb to 51m are opened.
本実施例によれば、極低温冷凍機で必要な膨張比に合せ
多段圧縮機の吐出ラインを切替えることによって圧縮比
を変えるようにしているので、この場合も高効率の冷凍
システムを構成できる。According to this embodiment, since the compression ratio is changed by switching the discharge line of the multi-stage compressor in accordance with the expansion ratio required by the cryogenic refrigerator, a highly efficient refrigeration system can also be constructed in this case.
なお、第１図，第２図に示す構或を組合せた構或を採用
し、儀低溢冷凍機で必要な膨張比に合せ多段圧Ｉｌｊｍ
の吸入ラインおよび吐出ラインをそれぞれ上記のように
切替えるようにしても、高効率の冷凍システムを構成で
きる。In addition, a structure that combines the structures shown in FIGS. 1 and 2 is adopted, and the multi-stage pressure Iljm is
A highly efficient refrigeration system can also be constructed by switching the suction line and discharge line of the refrigeration system as described above.
第３図は、本発明の＠３の実施例を示すもので、本発明
の一実施例を示す第１図と異なる点は、次のとおりであ
る。FIG. 3 shows a @3 embodiment of the present invention, and the differences from FIG. 1, which shows an embodiment of the present invention, are as follows.
第３図で、多段圧縮機１０′が、多段圧縮′！＆ｉｏと
は別設置されている。多段圧縮′ｌｌ１０’は、各段圧
縮部１１’ａ〜１１’ ｎを有している。多段圧！Ｉｉ
ｌ機１０’の前段の圧縮部の吐出口とその後段の圧縮部
の吸入口とは，ライン坐′でそれだれ順次連結されてい
る。この場合、゛熱交換器２１３１’ ， ２ｌｂ’
， ２１ｄ’は三流路タイプである。熱交換器２１ｃ′
は、四流路タイプである。また、熱交換器２１ ａは、
第１図の場合と同様に二流路タイプである。膨張機ライ
ンＵの出口端と多段圧縮機ｌＯ′の最前段圧縮部１１′
ａ の吸入口とは、ライン４７で連結されている。熱交
換器２１ａ′〜Ｚｌｄ’，２］ｅは，それぞれの一つの
流路を吐出ライン切に、他の流路を吸入ライン社にそれ
ぞれ対応して連設されている。熱交換器２１ａ′〜２１
ｄ′ それぞれの更に他の流路は、ライン４７に対応
，連結されている。熱交換器２１Ｃ′の残る流路は、膨
張機ライン偶に対応，連結されている。ライン４７の多
段圧縮機１０’側では、ライン０１〜４３ｍ′が分岐さ
れ、該ライン４３ａ′〜４３ｍ／は、多段圧縮機１０′
の各段圧縮機１０′の各段圧縮部１１’ ａ ＝ １１
’ ｎ間のラインＵ′ に連結されている。ライン４３
ａ′の分岐箇所以降のライン４７には、吸入ライン切替
弁５０ｍ’が設けられている。また、ライン４３１′〜
４３ｍ’には、吸入ライン切替弁ｓｏｂ’〜ｓｏｎ’が
それぞれ設けられている。In FIG. 3, the multi-stage compressor 10' has multi-stage compression'! It is installed separately from &io. The multistage compression 'll10' has each stage compression section 11'a to 11'n. Multi-stage pressure! Ii
The discharge port of the compression section at the front stage of the engine 10' and the suction port of the compression section at the rear stage are successively connected by a line seat'. In this case, 'heat exchanger 2131', 2lb'
, 21d' is a three-channel type. Heat exchanger 21c'
is a four-channel type. Moreover, the heat exchanger 21a is
As in the case of FIG. 1, this is a two-channel type. The outlet end of the expander line U and the first compression section 11' of the multistage compressor lO'
It is connected to the suction port a by a line 47. The heat exchangers 21a' to Zld', 2]e are connected with one flow path connected to the discharge line and the other flow path connected to the suction line. Heat exchangers 21a' to 21
d' Each further flow path corresponds to and is connected to the line 47. The remaining flow path of the heat exchanger 21C' corresponds to and is connected to the expander line. On the side of the multi-stage compressor 10' of the line 47, lines 01-43m' are branched, and the lines 43a'-43m/ are connected to the multi-stage compressor 10'.
Each stage compression section 11' of each stage compressor 10' a = 11
' n is connected to line U'. line 43
A suction line switching valve 50m' is provided in the line 47 after the branch point a'. Also, line 431'~
43m' are provided with suction line switching valves sob' to son', respectively.
多段圧縮ｇ ｉｏ’の最後段圧縮部１１’ ｎの吐出口
には、吐出ラインω′が連結され、該吐出ラインω′は
、極低温冷凍機加の前流側で吐出ライン切に合流連結さ
れている。なお、第３図で、その他第１図と同一装置，
部品等は同一符号で示し説明を省略する。A discharge line ω' is connected to the discharge port of the last stage compression section 11'n of the multi-stage compression gio', and the discharge line ω' is connected to the discharge line cut on the upstream side of the cryogenic refrigerator. has been done. In addition, in Fig. 3, the same equipment as in Fig. 1 is shown.
Parts, etc. are indicated by the same reference numerals and explanations are omitted.
第３図で、膨張機ライン４と、いわゆる、液化ラインの
圧細比は、この場合、独立に可変である。つまり、膨張
機ラインａでの装置運転開始から定常状態に至るまでの
必要圧縮比と液化ラインでのそれとは異なっている。即
ち、液化ラインでは、ジュール・トムソン効果（断熱膨
張で温度降下する）が生じる極低温（約５０Ｋ）になら
なければ、高圧縮比を必要とせず、圧力損失をカバーで
きれば良い。液化ラインでの圧縮比は、例えば、定常的
においては約１５，予冷初期においては約２程度である
。In FIG. 3, the compression ratios of the expander line 4 and of the so-called liquefaction line are in this case independently variable. In other words, the required compression ratio in the expander line a from the start of device operation to the steady state is different from that in the liquefaction line. That is, in the liquefaction line, a high compression ratio is not required as long as the pressure loss can be covered unless the temperature reaches an extremely low temperature (approximately 50 K) where the Joule-Thomson effect (temperature drop due to adiabatic expansion) occurs. The compression ratio in the liquefaction line is, for example, about 15 in steady state and about 2 in the early stage of pre-cooling.
本実施例によれば、上記一実施例に比較し、更に高効率
の冷凍システムを構或できる。According to this embodiment, it is possible to construct a refrigeration system with higher efficiency than that of the above-mentioned embodiment.
第４図は、本発明の第４の実施例を示すもので、本発明
の一実施例を示す第１図と異なる点は、次のとおりであ
る。FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention, and the differences from FIG. 1, which shows one embodiment of the present invention, are as follows.
第４図で、多段圧縮機１０’が、多段圧縮機１０とは別
設置されている。多段圧縮機１０’は、各段圧縮部１１
’ ａ〜１１’ ｆｌを有している。多段圧縮機ｉｏ’
の前段の圧縮部の吐出口とその後段の圧縮部の吸入口
とは、ラインじ′でそれぞれ順次連結されている。In FIG. 4, a multi-stage compressor 10' is installed separately from the multi-stage compressor 10. The multi-stage compressor 10' includes each stage compression section 11.
'a~11' has fl. multistage compressor io'
The discharge port of the compression section at the front stage and the suction port of the compression section at the rear stage are sequentially connected by a line.
この場合、熱交換器２１ｍ’ ， Ｚｌｃ’は、四流路
タイプである。熱交換器２ｌｂ’，Ｚｌｄ’は、三流路
タイプである。また、熱交換器２１ｅは、第１図の場合
と同様に二流路タイプである。膨張機ラインａの入口端
と多段圧縮ｆｉｌＯ’の最後段圧縮部Ｂ／ ｎの吐出口
とは、吐出ラインω′で連結されている。膨張機ライン
ａの出口端と多段圧縮ｔ１０′の最前段圧縮部１１′１
の吸入口とは、ライン４７′で連結されている。熱交換
器２１ ａ’ ， ２ｌ ｂ’〜２１ｄ’，２１ｅはそ
れぞれの一つの流路な吐出ラインωに、他の流略を吸入
ライン４２にそれぞれ対応して連設されている。In this case, the heat exchangers 21m' and Zlc' are of the four-channel type. The heat exchangers 2lb' and Zld' are of a three-channel type. Further, the heat exchanger 21e is of a two-channel type as in the case of FIG. The inlet end of the expander line a and the discharge port of the last stage compression section B/n of the multistage compression filO' are connected by a discharge line ω'. The outlet end of the expander line a and the first compression section 11'1 of the multistage compression t10'
It is connected to the suction port of 1 by a line 47'. The heat exchangers 21 a', 21 b' to 21 d', and 21 e are connected to one flow path corresponding to the discharge line ω, and the other flow path to the suction line 42, respectively.
熱交換器２１ａ’， ２ｌｂ’〜２１ｄ′のそれぞれの
更に他の流略は、ライン４７′に対応，連結されている
。Further passages of each of the heat exchangers 21a', 2lb' to 21d' correspond to and are connected to the line 47'.
熱交換器２１ａ′の残る流路は、吐出ラインω′に対応
，連結されている。熱交換器２１Ｃ′の残る流路は、膨
張機ライン偏に対応，連結されている。ライン４７′の
多段圧縮機１０′側では、ライン４３１〜４３ ｍ ’
が分岐され、該ライン４３ａ′〜４３ｍ′は、多段圧縮
ｆｉｌｏ’の各段圧縮部１１’ ａ〜１１’ ｎ間のラ
インｕ′に連結されている。ライン４３ａ’の分岐箇所
以降のライン４７′には、吸入ライン切替弁５０ａ’が
設けられている。The remaining flow path of the heat exchanger 21a' corresponds to and is connected to the discharge line ω'. The remaining flow path of the heat exchanger 21C' is connected to the expansion machine line. On the multi-stage compressor 10' side of line 47', lines 431 to 43 m'
The lines 43a' to 43m' are connected to the line u' between each stage compression section 11'a to 11'n of the multistage compression filo'. A suction line switching valve 50a' is provided in the line 47' after the branch point of the line 43a'.
また、ライン４３ａ′〜４３ｍ′には、吸入ライン切替
弁５０ｂ′〜５０ｎ’ がそれぞれ設けられている。な
お、第４図で、その他第１図と同一装置，部品等は同一
符号で示し説明を省略する。Further, suction line switching valves 50b' to 50n' are provided to the lines 43a' to 43m', respectively. Note that in FIG. 4, other devices, parts, etc. that are the same as those in FIG.
本実施例では、上記第３の実施例での作用と略同様の作
用が生じ、従って、上記一実施例に比較し、更に高効率
の冷凍システムを構成できる。In this embodiment, substantially the same effect as that in the third embodiment described above occurs, and therefore a refrigeration system with higher efficiency can be constructed compared to the one embodiment described above.
なお、以上の各実施の他に、極低温冷凍機での膨張比を
検出する手段、例えば、温度検出器や制御装置を設け、
自動運転可能に構成しても良い。In addition to the above implementations, it is also possible to provide means for detecting the expansion ratio in the cryogenic refrigerator, such as a temperature detector or a control device,
It may be configured to be capable of automatic operation.
この場合、温度検出器は、後段の膨張機に入るヘリウム
の温度を検出して温度信号を出力する機能を有している
。該温度検出器の出力端子は、制御装置の入力端子に接
続されている。制御装置の出力端子には、多段圧縮機の
各段圧縮部および吸入ライン切替弁がそれぞれ接続され
ている。このような場合、制御装置は、温度検出器での
検知温度に基づｈｗｉ低温冷凍機での膨張比を演算し、
該演算された膨張比に基づいて圧縮部の駆動，停止信号
を多段圧縮機の各段圧縮部に出力し、弁開閉信号を吸入
ライン切替弁に出力する機能を有している。また、例え
ば、上記一実施例を示す第１図で、多段圧縮機を複数セ
ット、並列運転可能に設置しても良い。一般的に、予冷
初期は、高圧縮比を必要としないが、それ１こ合せてヘ
リウム流量も少なくて良い。つまり、多段圧縮機を複数
セット設置し、運転状況に合せて運転セット数を変更し
た方が効果が大きい。ここで、温度（Ｔ）と流量（Ｑ）
との関係は、Ｑｃｘ； ｔ ／ 斤で概略、表わされ、
例えば、温度２０Ｋと３００Ｋとの比較では、流量は約
１／４と少なくて良い。また、例えば、吸入圧または吐
出圧の圧力制御機構で圧縮比を変えるように構或してｌ
！い。例えば、上記−５！施例を示す第１図で、極低温
冷凍機の前流側で吐出ラインから分岐し、例えば、中圧
タンクに連結されたラインに高圧圧力検出器と高圧圧力
制御弁とを設け、該高圧圧力検出器と高圧圧力制御弁の
高圧圧力制御器とを接続し、また、中圧タンクに連結さ
れたラインを極低温冷凍機の後流側で吸入ラインに合流
連結し、該ラインに低圧圧力検出器と低圧圧力制御弁と
を設け、該低圧圧力検出器と低圧圧力制御弁の低圧圧力
制御器とを接続する．例えば、圧縮機状態は変化せずに
、低圧圧力制御器または高圧圧力制御器の設定値を変え
ることで、コールドボックスにとっての圧縮比を変えら
れる。より実際的には、該構成と上記各実施例での構成
とが組合わされて実施される。In this case, the temperature detector has a function of detecting the temperature of helium entering the subsequent expander and outputting a temperature signal. The output terminal of the temperature sensor is connected to the input terminal of the control device. Each stage compression section of the multistage compressor and a suction line switching valve are connected to the output terminal of the control device. In such a case, the control device calculates the expansion ratio in the hwi low temperature refrigerator based on the temperature detected by the temperature detector,
It has a function of outputting a drive/stop signal for the compression section to each stage compression section of the multi-stage compressor based on the calculated expansion ratio, and outputting a valve opening/closing signal to the suction line switching valve. Further, for example, as shown in FIG. 1 showing the above-mentioned embodiment, a plurality of sets of multi-stage compressors may be installed so as to be able to operate in parallel. Generally, a high compression ratio is not required at the initial stage of precooling, but in addition, a small helium flow rate is also required. In other words, it is more effective to install multiple sets of multi-stage compressors and change the number of operating sets according to the operating conditions. Here, temperature (T) and flow rate (Q)
The relationship is roughly expressed as Qcx; t / cat,
For example, when comparing temperatures of 20K and 300K, the flow rate may be as small as about 1/4. Further, for example, the compression ratio may be changed using a pressure control mechanism for suction pressure or discharge pressure.
! stomach. For example, above -5! In FIG. 1 showing an example, a high-pressure pressure detector and a high-pressure pressure control valve are installed in a line branched from a discharge line on the upstream side of a cryogenic refrigerator and connected to, for example, a medium-pressure tank, and the high-pressure Connect the pressure detector and the high pressure controller of the high pressure pressure control valve, and also connect the line connected to the medium pressure tank to the suction line on the downstream side of the cryogenic refrigerator, and connect the line to the low pressure A detector and a low-pressure pressure control valve are provided, and the low-pressure pressure detector and the low-pressure pressure controller of the low-pressure pressure control valve are connected. For example, the compression ratio for the cold box can be changed by changing the settings of the low pressure controller or the high pressure controller without changing the compressor conditions. More practically, this configuration and the configurations in each of the above embodiments are combined and implemented.
本発明によれば、極低温冷凍機の運転条件に対応して圧
縮機の圧縮比を変化させることによって、高効率な冷凍
システムを構成できる効果がある。According to the present invention, a highly efficient refrigeration system can be constructed by changing the compression ratio of the compressor in accordance with the operating conditions of the cryogenic refrigerator.
第１図は，本発明の一実施例のヘリウム冷凍装置の構成
図、第２図ないし第４図は、本発明の第２ないし第４の
実施例のヘリウム冷凍ｇｔ置の構戒図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a helium refrigeration system according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 4 are configuration diagrams of a helium refrigeration gt position according to second to fourth embodiments of the present invention. .
Claims (1)
を圧縮する圧縮機の圧縮比を前記極低温冷凍機の運転条
件に対応して変化させることを特徴とする極低温冷凍方
法。 ２、前記圧縮機の圧縮比を、前記極低温冷凍機で必要な
膨張比に対応して変化させる第１請求項に記載の極低温
冷凍方法。 ３、膨張機を備えた極低温冷凍機と、該極低温冷凍機に
導入される冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、該圧縮機の圧
縮比を前記極低温冷凍機の運転条件に対応して変化させ
る手段とを具備したことを特徴とする極低温冷凍装置。[Claims] 1. A compression ratio of a compressor for compressing refrigerant gas introduced into a cryogenic refrigerator equipped with an expander is changed in accordance with the operating conditions of the cryogenic refrigerator. Cryogenic freezing method. 2. The cryogenic freezing method according to claim 1, wherein the compression ratio of the compressor is changed in accordance with the expansion ratio necessary for the cryogenic refrigerator. 3. A cryogenic refrigerator equipped with an expander, a compressor that compresses the refrigerant gas introduced into the cryogenic refrigerator, and a compression ratio of the compressor that corresponds to the operating conditions of the cryogenic refrigerator. A cryogenic refrigeration device characterized by comprising: means for changing the temperature.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24224089A JPH03105161A (en) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | Cryogenic freezing method and freezing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24224089A JPH03105161A (en) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | Cryogenic freezing method and freezing device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03105161A true JPH03105161A (en) | 1991-05-01 |
Family
ID=17086326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24224089A Pending JPH03105161A (en) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | Cryogenic freezing method and freezing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03105161A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017522528A (en) * | 2014-07-23 | 2017-08-10 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | Method and corresponding apparatus for adjusting a cryogenic cooling device |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57108557A (en) * | 1980-12-25 | 1982-07-06 | Maekawa Seisakusho Kk | Capacity control of compressor for liquifying refrigerating plant |
| JPS63306361A (en) * | 1987-06-05 | 1988-12-14 | 株式会社日立製作所 | Cold accumulator type refrigerator |
-
1989
- 1989-09-20 JP JP24224089A patent/JPH03105161A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57108557A (en) * | 1980-12-25 | 1982-07-06 | Maekawa Seisakusho Kk | Capacity control of compressor for liquifying refrigerating plant |
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| JP2017522528A (en) * | 2014-07-23 | 2017-08-10 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | Method and corresponding apparatus for adjusting a cryogenic cooling device |
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