JPH06337191A - Method and device for liquefying helium - Google Patents
Method and device for liquefying heliumInfo
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- JPH06337191A JPH06337191A JP17148493A JP17148493A JPH06337191A JP H06337191 A JPH06337191 A JP H06337191A JP 17148493 A JP17148493 A JP 17148493A JP 17148493 A JP17148493 A JP 17148493A JP H06337191 A JPH06337191 A JP H06337191A
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- Inorganic Chemistry (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ヘリウム液化方法及び
装置に関し、詳しくは、液体ヘリウムコンテナに充填さ
れて搬送されてきた液体ヘリウムを効率よく利用するた
めのヘリウム液化方法及び装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a helium liquefaction method and apparatus, and more particularly to a helium liquefaction method and apparatus for efficiently utilizing liquid helium packed and conveyed in a liquid helium container.
【0002】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】日本に
おけるヘリウムの需要は、年率10%以上の伸びを見せ
ており、現在では5年前の2倍の消費量となっている。
これは、液体ヘリウム温度に冷却されて機能する超電導
磁石が、核融合,高エネルギー物理,磁気浮上列車,エ
ネルギー蓄積,医療用機器等への応用が進められている
ためと考えられる。また、ヘリウム需要に占める液体ヘ
リウムの比率が年々高まっており、最近では50%を超
えている。PRIOR ART AND PROBLEM TO BE SOLVED BY THE INVENTION The demand for helium in Japan has been increasing at an annual rate of 10% or more, and is now double the consumption of five years ago.
It is thought that this is because superconducting magnets that function when cooled to liquid helium temperature are being applied to nuclear fusion, high energy physics, magnetic levitation trains, energy storage, medical equipment, and the like. Further, the ratio of liquid helium to the helium demand is increasing year by year, and has recently exceeded 50%.
【0003】一方、日本では、ヘリウムの全量を海外か
らの輸入に依存しており、液体ヘリウムを液体ヘリウム
コンテナに充填した状態で輸入している。輸出元(販売
元)で大気圧付近でコンテナに充填された液体ヘリウム
は、約20日間の航海の後に日本に到着するが、コンテ
ナ輸送中にコンテナへのヒートロスによって、コンテナ
内の圧力が約3atmまで上昇する。日本では、コンテ
ナから小型極低温容器に液体ヘリウムを小分けして客先
に販売しているが、効率よくコンテナ内の液体ヘリウム
を小分けするためには、まず、コンテナ内の圧力を1.
3〜1.5atm程度に下げる必要がある。On the other hand, in Japan, the entire amount of helium is imported from overseas, and liquid helium is imported in a state of being filled in a liquid helium container. Liquid helium filled in a container at atmospheric pressure by the export source (sales source) arrives in Japan after about 20 days of voyage, but due to heat loss to the container during container transportation, the pressure inside the container is about 3 atm. Rise to. In Japan, liquid helium is subdivided from a container into a small cryogenic container and sold to customers. In order to subdivide liquid helium in a container efficiently, first, the pressure inside the container should be 1.
It is necessary to reduce it to about 3 to 1.5 atm.
【0004】このため、従来は、コンテナの降圧時に放
出される極低温のヘリウムガスを加温器により常温付近
まで加温して高圧容器に充填し、ヘリウムガスとして販
売するとともに、降圧後のコンテナ内の液体ヘリウムを
小型極低温容器に移充填して販売するようにしていた。
このようにして液体ヘリウムを払い出したコンテナは、
海外の販売元に送り返すことになるが、コンテナを有効
に利用するためには、コンテナ内部温度を20K以下で
運用することが好ましい。一方、海外の販売元への輸送
中のコンテナ内部温度変化が5K以下であることが確認
されているから、コンテナ内部温度を15Kまで加温し
てヘリウムガスを回収することが可能である。この温度
上昇によるヘリウムの回収量は、11000ガロンコン
テナの場合、液体ヘリウム換算で約4000リットルで
ある。For this reason, conventionally, cryogenic helium gas released when the container is stepped down is heated to near room temperature by a warmer and filled in a high-pressure container, which is sold as helium gas, and the container after the stepping down is also carried out. The liquid helium inside was transferred to a small cryogenic container for sale.
The container dispensed with liquid helium in this way is
Although it will be sent back to overseas distributors, in order to effectively use the container, it is preferable to operate the container inside temperature at 20 K or less. On the other hand, since it has been confirmed that the temperature change inside the container during transportation to the overseas distributor is 5 K or less, it is possible to recover the helium gas by heating the temperature inside the container to 15 K. The recovery amount of helium due to this temperature rise is about 4000 liters in terms of liquid helium in the case of a 11,000 gallon container.
【0005】前記のようにして液体ヘリウムを全て小型
極低温容器に移充填したコンテナ内には、約4.5Kの
飽和ヘリウムガスが残存しているため、従来は、液体ヘ
リウムの移充填が完了したコンテナ内に常温のヘリウム
ガスを導入して圧力を3atm程度に加圧し、コンテナ
内温度を15K程度とした後、コンテナ内のヘリウムガ
スを上記契約残量近くまで導出し、加温器により常温付
近まで加温して高圧容器に充填し、ヘリウムガスとして
販売していた。Since about 4.5 K of saturated helium gas remains in the container in which the liquid helium is all transferred into the small cryogenic container as described above, the transfer of the liquid helium is conventionally completed. After introducing room temperature helium gas into the container and pressurizing it to about 3 atm and setting the container temperature to about 15K, draw out the helium gas in the container to near the above contracted amount and warm it to room temperature with a warmer. It was heated up to the neighborhood and filled in a high-pressure container and sold as helium gas.
【0006】このような従来の方法において、輸入され
たヘリウムの液体ヘリウムとしての販売比率は、液体ヘ
リウムをコンテナから小型極低温容器に直接充填する場
合、小型極低温容器への移充填の際の液体ヘリウムの移
送ロスを考慮すると、約40%程度になってしまう。し
たがって、前述のように液体ヘリウムの需要比率は約5
0%であるから、需給にアンバランスを生じることにな
る。また、常温のヘリウムガスを液化して販売すること
も可能ではあるが、液化のためには多大なコストを必要
とする。In such a conventional method, the sales ratio of imported helium as liquid helium is such that when liquid helium is directly filled from a container into a small cryogenic container, it is transferred to a small cryogenic container. Considering the transfer loss of liquid helium, it becomes about 40%. Therefore, the demand ratio of liquid helium is about 5 as mentioned above.
Since it is 0%, there will be an imbalance in supply and demand. Although it is possible to liquefy and sell helium gas at room temperature, liquefaction requires a great deal of cost.
【0007】そこで本発明は、液体ヘリウムを小型極低
温容器に移充填する前のコンテナの降圧時に放出されて
いた極低温ヘリウムガスや、液体ヘリウムの移充填を終
えた後のコンテナ内に残存している極低温ヘリウムガス
の冷熱を有効に利用し、液体ヘリウムの製造コストを低
減することができるヘリウム液化方法及び装置を提供す
ることを目的としている。Therefore, according to the present invention, the cryogenic helium gas released at the time of depressurization of the container before the liquid helium is transferred to the small cryogenic container and the liquid helium remains in the container after the transfer of the liquid helium is completed. It is an object of the present invention to provide a helium liquefaction method and apparatus that can effectively utilize the cold heat of the cryogenic helium gas that is used and reduce the manufacturing cost of liquid helium.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明のヘリウム液化方法は、第1の構成とし
て、液体ヘリウムを貯留したコンテナ内の低温ヘリウム
ガスを導出し、該低温ヘリウムガスを膨張弁を介して液
体ヘリウム貯槽内に直接膨張させることを特徴としてい
る。さらに、本発明方法は、液体ヘリウムを貯留したコ
ンテナ内の低温ヘリウムガスを導出し、ヘリウム圧縮
機,熱交換器,膨張タービン,JT弁,液体ヘリウム貯
槽等を有するヘリウム液化機に導入して液化するにあた
り、第2の構成として、低温ヘリウムガスのヘリウム液
化機への導入位置を、該低温ヘリウムガスの温度に応じ
て変更することを特徴とし、第3の構成として、液体ヘ
リウムを導出した後のコンテナ内に、前記ヘリウム液化
機の高圧側から抜き出したヘリウムガスを導入してコン
テナ内を加温し、コンテナ内の低温ガスを導出して前記
ヘリウム液化機の低圧側に戻して回収することを特徴と
している。In order to achieve the above object, the helium liquefaction method of the present invention has, as a first configuration, a low temperature helium gas in a container in which liquid helium is stored, which is derived from the low temperature helium gas. Is directly expanded into the liquid helium storage tank through an expansion valve. Further, according to the method of the present invention, low-temperature helium gas in a container storing liquid helium is discharged and introduced into a helium liquefier having a helium compressor, a heat exchanger, an expansion turbine, a JT valve, a liquid helium storage tank, etc. to liquefy. In doing so, the second configuration is characterized in that the introduction position of the low-temperature helium gas into the helium liquefier is changed according to the temperature of the low-temperature helium gas, and the third configuration is that after deriving liquid helium. The helium gas extracted from the high-pressure side of the helium liquefier is introduced into the container to heat the inside of the container, and the low-temperature gas in the container is discharged and returned to the low-pressure side of the helium liquefier for recovery. Is characterized by.
【0009】また、本発明のヘリウム液化装置は、液体
ヘリウムを貯留したコンテナ内の低温ヘリウムガスを導
出し、ヘリウム圧縮機,熱交換器,膨張タービン,JT
弁,液体ヘリウム貯槽を備えたヘリウム液化機に導入し
て液化する装置であって、前記コンテナ内の低温ヘリウ
ムガスを導出する導管を複数の分岐管に分岐し、分岐管
の一つを膨張弁を介して前記液体ヘリウム貯槽の入口部
に接続し、他の複数の分岐管を液体ヘリウム貯槽から熱
交換器を経て前記ヘリウム圧縮機に吸入される系統の運
転温度の異なる部分にそれぞれ膨張弁を介して接続する
とともに、前記コンテナ内の低温ヘリウムガスを導出す
る導管のヘリウムガスの温度に応じて前記各膨張弁を開
閉する制御手段を備えたことを特徴とし、さらに、前記
ヘリウム液化機の高圧側から前記コンテナ内に高圧ヘリ
ウムガスを導入する経路を設けたことを特徴としてい
る。Further, the helium liquefying apparatus of the present invention draws out low-temperature helium gas in a container storing liquid helium, and helium compressor, heat exchanger, expansion turbine, JT.
A device for introducing and liquefying a helium liquefier equipped with a valve and a liquid helium storage tank, wherein a conduit for discharging low temperature helium gas in the container is branched into a plurality of branch pipes, and one of the branch pipes is an expansion valve. Connected to the inlet of the liquid helium storage tank via a plurality of other branch pipes from the liquid helium storage tank to the helium compressor through a heat exchanger and expansion valves respectively at different operating temperatures of the system. It is characterized in that it is provided with a control means for opening and closing each of the expansion valves according to the temperature of the helium gas in the conduit for discharging the low-temperature helium gas in the container, while being connected via the helium liquefier. A path for introducing high-pressure helium gas from the side into the container is provided.
【0010】[0010]
【作 用】上記本発明方法の第1の構成によれば、低温
ヘリウムガスは、膨張弁を介して液体ヘリウム貯槽内に
直接膨張して一部が液化するので、動力を要することな
く液体ヘリウムが得られる。また、本発明方法の第2の
構成及び本発明装置の第1の構成によれば、コンテナ内
の低温ヘリウムガスをヘリウム液化機に導入する際に、
配管の予冷等で昇温したヘリウムガスを、その温度に応
じた位置に導入することができるので、ヘリウム液化機
の運転状態を乱すことなく、ヘリウムガスの冷熱を利用
しながら安定した状態でヘリウム液化機を運転すること
ができる。さらに、本発明方法の第3の構成及び本発明
装置の第2の構成によれば、コンテナ内に残っている極
低温のヘリウムガスの冷熱を利用しながら所定量まで無
駄なく回収することができる。[Operation] According to the first configuration of the method of the present invention, since the low temperature helium gas is directly expanded into the liquid helium storage tank through the expansion valve and a part thereof is liquefied, the liquid helium gas does not require power. Is obtained. According to the second configuration of the method of the present invention and the first configuration of the apparatus of the present invention, when the low temperature helium gas in the container is introduced into the helium liquefier,
The helium gas heated by pre-cooling of the pipe can be introduced at a position according to the temperature, so that the helium gas can be used in a stable state without disturbing the operating state of the helium liquefier. The liquefaction machine can be operated. Further, according to the third configuration of the method of the present invention and the second configuration of the device of the present invention, it is possible to recover a predetermined amount without waste while utilizing the cold heat of the cryogenic helium gas remaining in the container. .
【0011】[0011]
【実施例】以下、本発明を、図1に示す一実施例に基づ
いてさらに詳細に説明する。このヘリウム液化装置は、
ヘリウム圧縮機11と、6基の熱交換器21,22,2
3,24,25,26と、2基の膨張タービン31,3
2及び該膨張タービン31,32での発生寒冷量を調節
するための弁33と、JT弁41と、液体ヘリウム貯槽
51とにより構成されたヘリウム液化機1に、液体ヘリ
ウムが充填されているコンテナ2を接続したものであ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in more detail based on an embodiment shown in FIG. This helium liquefier
Helium compressor 11 and 6 heat exchangers 21, 22, 2
3,24,25,26 and two expansion turbines 31,3
2 and a valve 33 for adjusting the amount of cold generated in the expansion turbines 31, 32, a JT valve 41, and a liquid helium storage tank 51. A helium liquefier 1 is filled with liquid helium. 2 are connected.
【0012】上記ヘリウム液化機1とコンテナ2との間
には、該コンテナ内の低温ヘリウムガスを導出する導管
61と、該導管61から分岐する4本の分岐管62,6
3,64,65と、各分岐管に設けられた膨張弁71,
72,73,74と、該各膨張弁を切換え開閉するため
の制御手段としての温度指示調節計81及びコンテナ2
内の降圧完了を検出するための圧力計82とが設けられ
ており、さらに、コンテナ2内を加温するための系統と
して、ヘリウム液化機1の高圧側ライン12から分岐す
る加温用分岐管66が設けられるとともに、該加温用分
岐管66への分岐ガス量を制御するための弁75が設け
られている。Between the helium liquefier 1 and the container 2, a conduit 61 for discharging low-temperature helium gas in the container, and four branch pipes 62, 6 branched from the conduit 61.
3, 64, 65 and expansion valves 71 provided on each branch pipe,
72, 73, 74, a temperature indicating controller 81 and a container 2 as control means for switching and opening and closing the expansion valves.
And a pressure gauge 82 for detecting the completion of the step-down of pressure inside the container 2, and a heating branch pipe branched from the high-pressure side line 12 of the helium liquefaction machine 1 as a system for heating the inside of the container 2. 66 is provided, and a valve 75 for controlling the amount of branch gas to the heating branch pipe 66 is provided.
【0013】上記ヘリウム液化機1は、ヘリウム圧縮機
11で数十kg/cm2 Gに昇圧して高圧側ライン12
に導出した高圧ヘリウムガスを、各熱交換器21〜26
で低温戻りガスと熱交換させて冷却し、JT弁41で、
例えば1.2atmまでJT膨張させて液体ヘリウム貯
槽51内に直接膨張させ、液体ヘリウムを製造するもの
で、液体ヘリウム貯槽51内のガス相は、戻り管13に
低温戻りガスとして導出され、各熱交換器26〜21で
前記高圧ヘリウムガスと熱交換して昇温した後、ヘリウ
ム圧縮機11に再び吸入される。また、高圧ヘリウムガ
スの一部は、前記膨張タービン31,32に分岐し、該
膨張タービン31,32で断熱膨張して寒冷を発生し、
低温戻りガスに合流して高圧ヘリウムガスの冷却源とな
る。なお、このヘリウム圧縮機11には、図示しない圧
力調整用バッファータンクが設けられており、該タンク
に常温のヘリウムガスを受入れて連続的に液体ヘリウム
を製造する運転を行う。In the helium liquefier 1, the helium compressor 11 boosts the pressure to several tens of kg / cm 2 G and the high pressure side line 12 is used.
The high-pressure helium gas led to each heat exchanger 21-26
And cool it by exchanging heat with the low temperature return gas.
For example, it is JT expanded to 1.2 atm and directly expanded into the liquid helium storage tank 51 to produce liquid helium. The gas phase in the liquid helium storage tank 51 is led out to the return pipe 13 as a low temperature return gas, After the heat is exchanged with the high-pressure helium gas in the exchangers 26 to 21 to raise the temperature, it is sucked into the helium compressor 11 again. Further, a part of the high-pressure helium gas is branched to the expansion turbines 31 and 32 and adiabatically expanded in the expansion turbines 31 and 32 to generate cold,
It joins the low-temperature return gas and becomes a cooling source for high-pressure helium gas. The helium compressor 11 is provided with a buffer tank for pressure adjustment (not shown), and the helium gas at room temperature is received in the tank to continuously produce liquid helium.
【0014】そして、海外から輸入された液体ヘリウム
を充填したコンテナ2が入荷したときに、上記ヘリウム
液化機1にコンテナ2を接続してコンテナ内の圧力を下
げる降圧運転モードとなる。When a container 2 filled with liquid helium imported from overseas arrives, the container 2 is connected to the helium liquefaction machine 1 to enter a step-down operation mode for reducing the pressure in the container.
【0015】上記降圧運転モードに入り、まず、コンテ
ナ2と運転中のヘリウム液化機1とをヘリウムガス導入
用の導管61を介して接続し、図示しないヘリウムガス
導入弁を開いてコンテナ2内の低温ヘリウムガスの導入
を開始すると、該導管61を流れるヘリウムガスの温度
を温度指示調節計81が検出し、導入開始の常温域から
導管61が十分に冷却されるまでの温度、例えば80K
の温度までは、低温戻りガスの系統の最も高温域に接続
されている分岐管65の膨張弁74を開き、前記温度範
囲のヘリウムガスを導入部の圧力に応じて膨張降圧さ
せ、第2の熱交換器22と第1の熱交換器21との間に
導入する。In the step-down operation mode, first, the container 2 and the helium liquefier 1 in operation are connected through a conduit 61 for introducing helium gas, and a helium gas introduction valve (not shown) is opened to open the inside of the container 2. When the introduction of the low-temperature helium gas is started, the temperature indicating controller 81 detects the temperature of the helium gas flowing through the conduit 61, and the temperature from the normal temperature range of the introduction start until the conduit 61 is sufficiently cooled, for example, 80K.
Up to the temperature of 2, the expansion valve 74 of the branch pipe 65 connected to the highest temperature region of the system of low-temperature return gas is opened, and the helium gas in the temperature range is expanded and reduced according to the pressure of the introduction part, It is introduced between the heat exchanger 22 and the first heat exchanger 21.
【0016】次いで、導管61のヘリウムガスの温度が
80K以下になり、例えば30Kになるまでの範囲は、
膨張弁74を閉じるとともに、第5の熱交換器25と第
4の熱交換器24との間に接続された分岐管64の膨張
弁73を開き、この間の経路にヘリウムガスを導入す
る。さらに、ヘリウムガスの温度が30K以下になり、
例えば6Kまでの間は、膨張弁73を閉じるとともに、
最も低温域にある第6の熱交換器26の入口部に接続さ
れた分岐管63の膨張弁72を開き、この部分に低温ヘ
リウムガスを導入する。そして、コンテナ2から導管6
1を介して導入される低温ヘリウムガスの温度が6K以
下になったら、膨張弁72を閉じ、JT弁41の二次側
に接続されている分岐管62の膨張弁71を開き、該膨
張弁71で膨張した低温ヘリウムガスを、液体ヘリウム
貯槽51内に直接膨張させる。これにより、コンテナ2
から導出した低温ヘリウムガスの一部を直接液化して液
体ヘリウム貯槽51内に貯留することができる。Next, the range until the temperature of the helium gas in the conduit 61 becomes 80 K or lower, for example, 30 K, is as follows:
The expansion valve 74 is closed, the expansion valve 73 of the branch pipe 64 connected between the fifth heat exchanger 25 and the fourth heat exchanger 24 is opened, and helium gas is introduced into the path therebetween. Furthermore, the temperature of helium gas drops below 30K,
For example, up to 6K, the expansion valve 73 is closed and
The expansion valve 72 of the branch pipe 63 connected to the inlet of the sixth heat exchanger 26 in the lowest temperature region is opened, and low temperature helium gas is introduced into this portion. And from the container 2 to the conduit 6
When the temperature of the low temperature helium gas introduced via 1 becomes 6 K or less, the expansion valve 72 is closed, and the expansion valve 71 of the branch pipe 62 connected to the secondary side of the JT valve 41 is opened. The low temperature helium gas expanded in 71 is directly expanded in the liquid helium storage tank 51. This allows the container 2
A part of the low temperature helium gas derived from can be directly liquefied and stored in the liquid helium storage tank 51.
【0017】上記直接膨張時に液化しなかった低温ヘリ
ウムガスは、液体ヘリウム貯槽51内のヘリウムガスと
ともに戻り管13に導出され、各熱交換器26〜21を
経てヘリウム圧縮機11に吸入される。この低温ヘリウ
ムガスの液体ヘリウム貯槽51内への直接膨張操作は、
前記圧力計82が低温ヘリウムガスの圧力、即ちコンテ
ナ2内の圧力が所定圧力、例えば1.3atmまで降圧
したことを検出するまで行われる。The low-temperature helium gas that has not been liquefied during the direct expansion is led to the return pipe 13 together with the helium gas in the liquid helium storage tank 51, and is sucked into the helium compressor 11 via the heat exchangers 26 to 21. The direct expansion operation of this low temperature helium gas into the liquid helium storage tank 51 is
The process is repeated until the pressure gauge 82 detects that the pressure of the low temperature helium gas, that is, the pressure inside the container 2 has dropped to a predetermined pressure, for example, 1.3 atm.
【0018】このように、コンテナ2内の低温ヘリウム
ガスを液体ヘリウム貯槽51内に直接膨張させて導入す
ることにより、コンテナ2内の低温ヘリウムガスが有す
る寒冷を有効に利用することができ、常温のヘリウムガ
スを液化した場合に比べて約3.4倍の液化量が得ら
れ、降圧運転開始から終了までの平均値では約2.2倍
の液化量が得られる。As described above, by directly expanding the low temperature helium gas in the container 2 and introducing it into the liquid helium storage tank 51, the cold contained in the low temperature helium gas in the container 2 can be effectively utilized, and the normal temperature can be utilized. A liquefaction amount of about 3.4 times is obtained as compared with the case of liquefying the helium gas, and an average value from the start to the end of the pressure reduction operation is about 2.2 times the liquefaction amount.
【0019】また、降圧運転モードに入る際には、コン
テナ2とヘリウム液化機1とを接続する配管(導管6
1)等が常温であるため、この状態のままコンテナ2内
の低温ヘリウムガスを液体ヘリウム貯槽51内に導入す
ると、配管部分で常温に昇温したヘリウムガスが液体ヘ
リウム貯槽51内に導入されることになるので、導入さ
れた常温に近いヘリウムガスにより貯槽51内の液体ヘ
リウムが急激に蒸発し、この液体ヘリウムの急激な蒸発
により、ヘリウム液化機1の系内に急激な圧力変化が生
じてヘリウム液化機1を正常に運転できなくなる。When entering the step-down operation mode, the pipe (conduit 6) connecting the container 2 and the helium liquefier 1 is connected.
Since 1) and the like are at room temperature, when the low temperature helium gas in the container 2 is introduced into the liquid helium storage tank 51 in this state, the helium gas heated to room temperature in the pipe portion is introduced into the liquid helium storage tank 51. Therefore, the introduced helium gas near room temperature causes the liquid helium in the storage tank 51 to rapidly evaporate, and due to the sudden evaporation of the liquid helium, a sudden pressure change occurs in the system of the helium liquefier 1. The helium liquefier 1 cannot be operated normally.
【0020】したがって、コンテナ2からの低温ヘリウ
ムを液体ヘリウム貯槽51内に導入する前に、コンテナ
2とヘリウム液化機1とを接続する配管の予冷を行う必
要があるが、前述のように、降圧運転モードの初期に、
導入されるヘリウムガスの温度に応じてヘリウム液化機
1への導入位置を変更することにより、ヘリウム液化機
1内の温度バランスを乱すことなく安定した状態で運転
を継続することができ、しかも、コンテナ2内の低温ヘ
リウムガスの冷熱を有効に利用することができる。Therefore, before introducing the low-temperature helium from the container 2 into the liquid helium storage tank 51, it is necessary to precool the pipe connecting the container 2 and the helium liquefier 1. At the beginning of the operation mode,
By changing the introduction position to the helium liquefier 1 according to the temperature of the introduced helium gas, the operation can be continued in a stable state without disturbing the temperature balance in the helium liquefier 1, and The cold heat of the low temperature helium gas in the container 2 can be effectively used.
【0021】このようにして降圧操作を終えたコンテナ
2内の液体ヘリウム及び液体ヘリウム貯槽51内の液体
ヘリウムは、従来と同様にして小型極低温容器に移充填
され、需要者に販売される。The liquid helium in the container 2 and the liquid helium in the liquid helium storage tank 51, which have been depressurized in this way, are transferred to a small cryogenic container and sold to consumers in the same manner as in the conventional case.
【0022】なお、上記降圧運転モードの初期における
ヘリウムガスの導入位置は、ヘリウム液化機の構成、各
熱交換器ブロックにおいて許容される温度範囲、流量範
囲等を考慮して適当に設定することが可能であり、分岐
管の本数も任意に設定することができる。また、上記実
施例では、コンテナ内の低温ヘリウムガスをヘリウム液
化機に備えられた液体ヘリウム貯槽に導入したが、ヘリ
ウム液化機を使用せずに、例えば、予冷時のガスは、従
来と同様にヘリウムガスとして高圧容器に充填し、予冷
終了後の低温ヘリウムガスを液体ヘリウム貯槽に直接導
入するようにしてもよい。さらに、第1の熱交換器に液
体窒素気化流路を設けて液体窒素を供給し、液体ヘリウ
ムを増産してもよい。The introduction position of the helium gas in the initial stage of the step-down operation mode may be set appropriately in consideration of the configuration of the helium liquefier, the temperature range allowed in each heat exchanger block, the flow rate range, and the like. It is possible and the number of branch pipes can be set arbitrarily. Further, in the above embodiment, the low temperature helium gas in the container was introduced into the liquid helium storage tank provided in the helium liquefier, but without using the helium liquefier, for example, the gas at the time of precooling is the same as the conventional one. It is also possible to fill the high-pressure container as helium gas and directly introduce the low-temperature helium gas after completion of precooling into the liquid helium storage tank. Further, the first heat exchanger may be provided with a liquid nitrogen vaporization passage to supply liquid nitrogen to increase the production of liquid helium.
【0023】上記降圧操作を行い、従来と同様にしてコ
ンテナ2内の液体ヘリウムを小型極低温容器に移充填し
た後、コンテナ2内には、前述のように約4.5Kの飽
和ヘリウムガスが残存しているので、これを契約で許容
されている範囲まで回収して輸入された液体ヘリウムを
最大限利用してコストの低減を図ることが望ましい。そ
こで、本発明では、コンテナ2内に残存するヘリウムガ
スを回収するとともに、該ヘリウムガスの寒冷を利用し
て液体ヘリウムを製造することも行う。After performing the above-mentioned step-down operation and transferring the liquid helium in the container 2 into the small cryogenic container in the same manner as in the conventional case, the saturated helium gas of about 4.5 K is stored in the container 2 as described above. Since it remains, it is desirable to collect it to the extent permitted by the contract and make maximum use of the imported liquid helium to reduce costs. Therefore, in the present invention, the helium gas remaining in the container 2 is recovered, and liquid helium is produced by utilizing the cooling of the helium gas.
【0024】コンテナ2内のヘリウムガスの回収は、コ
ンテナ2内に適度な温度のヘリウムガスを導入してコン
テナ2内を加温し、該ヘリウムガスの導入と温度上昇に
よる膨張とによりコンテナ2から低温ヘリウムガスを導
出して、上述のヘリウム液化機1内に導入する加温運転
モードにより行われる。The helium gas in the container 2 is recovered by introducing helium gas at an appropriate temperature into the container 2 to heat the inside of the container 2, and then introducing the helium gas and expanding the container 2 due to the temperature increase. It is performed in a heating operation mode in which the low-temperature helium gas is discharged and introduced into the helium liquefier 1 described above.
【0025】上記加温運転モードに入ると、前記加温用
分岐管66の弁75が開き、高圧側ライン12から、例
えば、温度25Kのヘリウムガス(以下、加温ガスとい
う)が加温用分岐管66を通ってコンテナ2の下部に導
入される。この加温ガスは、コンテナ2内の低温ヘリウ
ムガスと混合して、最初は約4.5K程度のガスとなっ
て前記導管61から導出され、該ガスの温度に見合う位
置の膨張弁、すなわち、最も低温域にある第6の熱交換
器26の入口部に接続された分岐管63の膨張弁72か
ら液化機低圧側の戻り管13に導入される。これによ
り、該ガスの寒冷が各熱交換器26〜21で有効に回収
される。When the warming operation mode is entered, the valve 75 of the warming branch pipe 66 is opened, and, for example, helium gas at a temperature of 25K (hereinafter referred to as warming gas) is warmed from the high pressure side line 12 for warming. It is introduced into the lower part of the container 2 through the branch pipe 66. This warmed gas is mixed with the low temperature helium gas in the container 2 and initially becomes a gas of about 4.5 K, which is led out from the conduit 61, and an expansion valve at a position corresponding to the temperature of the gas, that is, It is introduced from the expansion valve 72 of the branch pipe 63 connected to the inlet of the sixth heat exchanger 26 in the lowest temperature region into the return pipe 13 on the low pressure side of the liquefier. Thereby, the cold of the gas is effectively recovered in each of the heat exchangers 26 to 21.
【0026】上記加温ガスの導入による加温操作の進行
とともに、導管61から回収されるヘリウムガスの温度
が徐々に上昇するので、該ヘリウムガスの温度が約11
Kとなったところで戻り管13への導入位置を分岐管6
4の膨張弁73からに変更する。そして、回収されるヘ
リウムガスの温度、すなわちコンテナ2内の温度が15
Kになった時点で回収操作を終了する。Since the temperature of the helium gas recovered from the conduit 61 gradually rises with the progress of the heating operation by introducing the heating gas, the temperature of the helium gas is about 11
When it becomes K, the introduction position to the return pipe 13 is changed to the branch pipe 6.
The expansion valve 73 of No. 4 is changed to. The temperature of the recovered helium gas, that is, the temperature inside the container 2 is 15
When it reaches K, the recovery operation is terminated.
【0027】このようにコンテナ2内の残存ヘリウムガ
スをヘリウム液化機1の低圧側に回収することにより、
加温運転モード開始時には、約3.4倍の液化量が得ら
れ、平均値では約2倍の液化量が得られる。By recovering the residual helium gas in the container 2 to the low pressure side of the helium liquefier 1 in this way,
At the start of the heating operation mode, a liquefaction amount of about 3.4 times is obtained, and an average value of about twice the liquefaction amount is obtained.
【0028】なお、上記加温運転モード開始時の予冷段
階における操作は、前述の降圧運転モードと同じ手順で
膨張弁72が開となるまで行われ、その後上記した加温
運転モードが開始される。The operation in the pre-cooling stage at the time of starting the heating operation mode is carried out until the expansion valve 72 is opened in the same procedure as in the pressure reducing operation mode, and then the above-mentioned heating operation mode is started. .
【0029】[0029]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コンテナ内の液体ヘリウムを小型極低温容器に移充填す
る前のコンテナの降圧時に放出される極低温ヘリウムガ
スや、液体ヘリウムの移充填を終えた後のコンテナ内に
残存している極低温ヘリウムガスの冷熱を有効に無駄な
く利用することができ、需要が多く、付加価値の高い液
体ヘリウムを効率よく生産することができる。As described above, according to the present invention,
Cryogenic helium gas released when the pressure of the container is lowered before the liquid helium in the container is transferred to the small cryogenic container, or cryogenic helium gas remaining in the container after the transfer of the liquid helium is completed. It is possible to effectively use the cold energy of the product without waste, and it is possible to efficiently produce liquid helium with high demand and high added value.
【図1】 本発明の一実施例を示す系統図である。FIG. 1 is a system diagram showing an embodiment of the present invention.
1…ヘリウム液化機、2…コンテナ、11…ヘリウム圧
縮機、21,22,23,24,25,26…熱交換
器、31,32…膨張タービン、41…JT弁、51…
液体ヘリウム貯槽、61…導管、62,63,64,6
5…分岐管、66…加温用分岐管、71,72,73,
74…膨張弁、81…温度指示調節計、82…圧力計DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Helium liquefier, 2 ... Container, 11 ... Helium compressor, 21, 22, 23, 24, 25, 26 ... Heat exchanger, 31, 32 ... Expansion turbine, 41 ... JT valve, 51 ...
Liquid helium storage tank, 61 ... Conduit, 62, 63, 64, 6
5 ... Branch pipe, 66 ... Warming branch pipe, 71, 72, 73,
74 ... Expansion valve, 81 ... Temperature indicator controller, 82 ... Pressure gauge
Claims (5)
温ヘリウムガスを導出し、該低温ヘリウムガスを膨張弁
を介して液体ヘリウム貯槽内に直接膨張させることを特
徴とするヘリウム液化方法。1. A method for liquefying helium, wherein low-temperature helium gas in a container storing liquid helium is led out and the low-temperature helium gas is directly expanded into a liquid helium storage tank through an expansion valve.
温ヘリウムガスを導出し、ヘリウム圧縮機,熱交換器,
膨張タービン,JT弁,液体ヘリウム貯槽等を有するヘ
リウム液化機に導入して液化するにあたり、低温ヘリウ
ムガスのヘリウム液化機への導入位置を、該低温ヘリウ
ムガスの温度に応じて変更することを特徴とするヘリウ
ム液化方法。2. A low-temperature helium gas in a container storing liquid helium is discharged, and a helium compressor, a heat exchanger,
In introducing and liquefying a helium liquefier having an expansion turbine, a JT valve, a liquid helium storage tank, etc., the introduction position of the low-temperature helium gas to the helium liquefier is changed according to the temperature of the low-temperature helium gas. And a helium liquefaction method.
に残存する低温ヘリウムガスを導出し、ヘリウム圧縮
機,熱交換器,膨張タービン,JT弁,液体ヘリウム貯
槽等を有するヘリウム液化機に導入して液化するにあた
り、前記コンテナ内に、前記ヘリウム液化機の高圧側か
ら抜き出したヘリウムガスを導入してコンテナ内を加温
し、コンテナ内の低温ヘリウムガスを導出して前記ヘリ
ウム液化機の低圧側に戻して回収することを特徴とする
ヘリウム液化方法。3. The low-temperature helium gas remaining in the container after the liquid helium is discharged is discharged and introduced into a helium liquefier having a helium compressor, a heat exchanger, an expansion turbine, a JT valve, a liquid helium storage tank, and the like. When liquefying, helium gas extracted from the high pressure side of the helium liquefier is introduced into the container to heat the inside of the container, and low-temperature helium gas in the container is discharged to depressurize the helium liquefier. A method for liquefying helium, which comprises recovering the helium by recovering it.
温ヘリウムガスを導出し、ヘリウム圧縮機,熱交換器,
膨張タービン,JT弁,液体ヘリウム貯槽を備えたヘリ
ウム液化機に導入して液化する装置であって、前記コン
テナ内の低温ヘリウムガスを導出する導管を複数の分岐
管に分岐し、分岐管の一つを膨張弁を介して前記液体ヘ
リウム貯槽の入口部に接続し、他の複数の分岐管を液体
ヘリウム貯槽から熱交換器を経て前記ヘリウム圧縮機に
吸入される系統の運転温度の異なる部分にそれぞれ膨張
弁を介して接続するとともに、前記コンテナ内の低温ヘ
リウムガスを導出する導管のヘリウムガスの温度に応じ
て前記各膨張弁を開閉する制御手段を備えたことを特徴
とするヘリウム液化装置。4. A low temperature helium gas in a container storing liquid helium is discharged, and a helium compressor, a heat exchanger,
A device for introducing and liquefying a helium liquefier equipped with an expansion turbine, a JT valve, and a liquid helium storage tank, wherein a conduit for discharging low-temperature helium gas in the container is branched into a plurality of branch pipes, and one of the branch pipes is branched. One is connected to the inlet of the liquid helium storage tank via an expansion valve, and the other plurality of branch pipes are connected to different portions of the operating temperature of the system that are sucked into the helium compressor from the liquid helium storage tank through the heat exchanger. A helium liquefaction device, characterized in that the helium liquefaction device is provided with a control means that is connected through expansion valves and that opens and closes each of the expansion valves according to the temperature of the helium gas in a conduit for introducing low temperature helium gas in the container.
て、前記ヘリウム液化機の高圧側から前記コンテナ内に
高圧ヘリウムガスを導入する経路を設けたことを特徴と
するヘリウム液化装置。5. The helium liquefaction device according to claim 4, wherein a path for introducing high-pressure helium gas into the container from the high-pressure side of the helium liquefaction machine is provided.
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JP2022084066A (en) * | 2020-11-26 | 2022-06-07 | 大陽日酸株式会社 | Storage tank inner pressure holding method during liquid helium transfer, and device |
-
1993
- 1993-07-12 JP JP17148493A patent/JP3381040B2/en not_active Expired - Fee Related
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JP2022504226A (en) * | 2018-10-09 | 2022-01-13 | 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 | Methods and equipment for storing and distributing liquefied hydrogen |
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