JPS5981462A - Refrigerating and liquefying device - Google Patents

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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、■ｅの液化等ｌこ使用される冷凍液化装置に
ｐＨするものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides pH adjustment to a freezing and liquefaction apparatus used for liquefaction, etc. of e.g.

従来、この神の冷凍液化装置として、反転温度以下１こ
まで冷却しｔこ高圧のガスをジュール・トムソン弁を介
してデユワ−内に噴射すること１こよって、前記ガスの
一部を液化し得るよう１こ構成しｔこものがある。とこ
ろが、高圧の低温ガスをジュール・トムソン弁で自由膨
張させて該ガスの一部を液化させるようｆこしたｔどけ
のものでは、前記ガスが等エンタルピ要化を行なうこと
Ｉこなる１こめ、液化率を高めるのが雛かしいという問
題がある。Conventionally, this refrigeration and liquefaction device has been used to cool a portion of the gas to below the inversion temperature and inject the gas at high pressure into the dewar through a Joule-Thompson valve, thereby liquefying a portion of the gas. There are 1 and 2 things that you can get. However, when a high-pressure low-temperature gas is freely expanded using a Joule-Thomson valve and a portion of the gas is liquefied, the gas becomes isenthalpic. There is a problem that it is difficult to increase the liquefaction rate.

具体的ｌこは、　ｎｉｌ記ジュール・トムソノ弁から噴
射された直後のガスは大きな運動エネルギを有している
ためその温度がかなり低下しているが、その後、該カス
の運動エネルギの大部分がデｊワー内テ熱工坏ルギ１こ
変換されてしまうため、十分す液化量を確保することが
できないわけでゐるう本発明は、このような事情に層目
してｌ、（されたもので、ジュール・トムソン弁から噴
ハ・１されるガス１ζ付勢されて回転する衝動タービン
と、この百ｆｆ１ｔ＋タービンの動力をデユワ−外で消
費するための負荷手段とを設けることによって、前述し
た不都合を有効に解消することができるようにした冷凍
液化装置を提供するものである。Specifically, the gas immediately after being injected from the Joule-Thompson valve has a large kinetic energy, so its temperature drops considerably, but after that, most of the kinetic energy of the gas is lost. The present invention has been designed to take into account this situation, since the heat exchanger inside the dewarr is converted by one unit, making it impossible to secure a sufficient amount of liquefaction. By providing an impulse turbine that rotates by being energized by the gas 1ζ injected from the Joule-Thomson valve, and a load means for consuming the power of this 100ff1t+ turbine outside the turbine, the above-mentioned An object of the present invention is to provide a refrigeration and liquefaction device that can effectively eliminate inconveniences.

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

この実施例の冷凍液化装置は、ＨＯコンプレッサ１と、
液化させた）Ｉｅを溜めるためのデユワ−２とａｔＴ　
ｒｉｔ３　”コンプレッサ１から吐出さｆ］る高圧の冷
却用ＨｅガスＡを、Ｆ４３１　％第２、第８の熱交換器
３４．５をｌ１ｊｌ！１次Ｉこ通ｉ１Ｊさせて前記デユ
ワ−２円へ案内する高圧ｒｌｅＭ路６と、この高圧１１
ｅ回路６の終端ｆこ設けらｉ′ｌ該回ｒｙ＋　６内の低
温高圧の冷凍用［■ｅガスＡを前記デユワ−２内１こ噴
射させて自由膨張させるジュール・トムソン弁７と、前
記デユワ−２内の低圧の冷凍用ｆ、ＩｅガスＡＩをＩＩ
Ｕ記第２、第３の熱交換器４．５不・呵１次１こ通過さ
せて前記１１ｅコノプレツサ１３こ戻すｆｌＵｌ回圧８
とを具（（Ｈしている。なお、第１の熱交換器３は１１
ｉ’Ｊ記高圧１１ｅ回路６内のＩＩｅガスＡを他の作画
ガスＢと熱交換させて冷却するためのものであり、また
、厨２、甘）８の熱交換器４．５は前記γ７圧ロｅ回路
６内のＩＩｅガスＡ　ＩＰｒｍ記低圧ＥＬｅ回路８内の
リターンｌｉｅガスλ牛熱ダ換・″させて冷却するため
のものである。そして％　４ｉＪ記デユワ−２の底部１
こは液化チャツバ９が、フィン１０＆を有した熱交換壁
１０を介して隣設されており、この液化チャツバ９と、
？１１却対象物である超電導コイル１１等を包囲する冷
却チャンバ１２とは、液体ＩＩｅ供給路１３およびｌｉ
ｅガス帰還路１４を介して相互に接続されている。すな
わち、前記超電導コイル１１を冷却すること１こよって
気化した冷却用ＨｅガスＣが前記１１ｅガス帰還路１４
を通して前記液化チャンバ９Ｉこ導入されるとともｌこ
、この液化チャツバ９Ｉこ導入されたＨｅガスＣが前記
デユワ−２内ｌこ溜った冷凍用液体ＨｅＤと熱交換を行
なって液化されその冷却用液体ＨｅＥが前記液体ｔｉｅ
供給路１８を通して前記冷却チャンバ１２円へ戻される
ように構成されている。The refrigeration liquefaction apparatus of this embodiment includes an HO compressor 1,
Dewar-2 and atT for storing liquefied Ie
The high-pressure cooling He gas A discharged from the compressor 1 is passed through the F431% second and eighth heat exchangers 34.5 to the primary I to the dewar-2. High pressure rleM path 6 to guide and this high pressure 11
The terminal end of the circuit 6 is provided with a Joule-Thompson valve 7 for injecting gas A into the dewar 2 to freely expand it, and II for low pressure refrigeration f, Ie gas AI in Dewar-2
The second and third heat exchangers 4.5 and 11 are passed through the first heat exchanger 11e and returned to the conopressor 13.
The first heat exchanger 3 is 11
It is for cooling the IIe gas A in the high pressure 11e circuit 6 by exchanging heat with other drawing gas B, and the heat exchanger 4.5 of the IIe gas A in the low pressure ELe circuit 6 IPrm The return lie gas λ in the low pressure ELe circuit 8 is used for cooling.
Here, the liquefied chatuba 9 is installed adjacently via a heat exchange wall 10 having fins 10&, and the liquefied chatuba 9 and
? The cooling chamber 12 that surrounds the superconducting coil 11 and other objects to be cooled includes a liquid IIe supply path 13 and a liquid IIe supply path 13
They are interconnected via an e-gas return path 14. That is, by cooling the superconducting coil 11, the vaporized cooling He gas C flows into the gas return path 11e.
As the He gas C is introduced into the liquefaction chamber 9I through the dewar 2, the He gas C introduced into the liquefaction chamber 9I exchanges heat with the freezing liquid HeD accumulated in the dewar 2 and is liquefied. Liquid HeE is the liquid tie
It is configured to be returned to the cooling chamber 12 through a supply path 18.

ま１こ、前記デユワ−２内ｔこ、前記ジュール・トムソ
ン弁７から噴射されるガスに付勢されて回転する衝動タ
ービン１５を配設するとともＩこ、この衝動タービン１
５の回転動力を前記熱交換壁１０のＪ二、下面間ｌこ設
けたマクネットカップソング１６を介してデユワ−２外
Ｉこ取り出し、この取り出した動力でｎ１ｌＩ記液化チ
ヤンバ９内ｌこ配置した負荷手段たるファン１７を回転
させてフィン１０ａ９周囲ノＨ２ガスＣを強制対流させ
るようＩこしている。In addition, an impulse turbine 15 is disposed inside the dewar 2 and rotates when energized by the gas injected from the Joule-Thomson valve 7.
The rotational power of 5 is taken out of the dewar 2 through a Macnet cup song 16 provided between the lower surface of the heat exchange wall 10, and the extracted power is used to arrange the inside of the liquefaction chamber 9. The fan 17 serving as a load means is rotated to force convection of the H2 gas C around the fins 10a9.

このようなｔｈｔ成のもので市れば、Ｈｅコンプレッサ
１で圧縮され１こ高圧のＩＩｅガスＡが高圧Ｈｅ回路６
内を流れ、第１、絹２、第３の熱交換器３．４５を通過
すること１こよって反転温［１ｊｔこまで冷却されてジ
ュール・Ｆ）・ソン弁７Ｉこ導びかれる。そ【ノで、ジ
ュール・１−ムソン弁ｆこ導ひかれた低温、高圧のＨｅ
ガスＡ−は、該ジュール・トムソン弁７を通してデユワ
−２内に噴射されることにより膨張しその一部がｎｋ化
してデユワ−２の底部ｆこ溜る。なお、ｌｆｆ′ｉｉ記
ジュール・トムソン弁７から噴射される高圧のｌｉｅガ
スＡは、該ジュール・トムソン弁７の真下近傍に配置＾
した衝動タービン１５の羽根１５Ｂ・・・ｌこ吹き伺け
られＺ、ので、このｌｉｅガスへの有している運ＩＩＩ
エネルギｌこよって前記衝動タービン１５が回転させら
れる。そして、この衝動タービン１５の動力は、マグネ
ットカップリンク１６を介してデユワ−２外へ持ち出さ
れ消費さ第１．る。そのため前記ジュール・トムソン弁
７か６６Ｍ記デユワー２内ζこ噴出さねｔこＩｌｃガス
Ａは、従来のような等エンタルピ変化でなく、等エント
ロピ変化に近い変化を行なうことになるので、液化率が
従来のものｆこ比べて大幅に向上する。−万、このデユ
ワ−２内で液化しきれなかったＨｅガス、あるいは、一
旦液化した後、再び、気化したＥＬｅガスは、低圧１１
０回路８１？・介して前記ｎｅコンプレッサ１ｆこ戻さ
れ循環する。また、前記マクネットカッブリンク１６を
介して前記デユワ−２外へ取り出さノした動力は液化チ
ャツバ９内ｆこ配置し１こファン１７を回転駆動するの
に使われる。しかして、０１１記フ１ン１７が回転才る
と、／ｒｉＩ記液化チャンバ９内の冷却用ＩＪ、ｅカス
Ｃが強制的に対流させらｉする。そ０）結果、該液化チ
ャンバ９内の冷却用ＨｅガスＣと０１１記ブユワー２内
ｌこ溜っている液体■ｅ　Ｉ）との間の熱交換の効率が
よく３なる。そのため、デユワ−２と液化チャンバ９と
の間１こ設ける熱交換手段（熱交換壁１０）を小形なも
のｌこすることかできる。したがって、液化ヂャンバ内
のＥＩｅを自然対流とした場合のように熱交換手段が大
きくなり外部からの熱侵入が問題になるというような不
都合を無くすことができる。If such a tht composition is commercially available, the He compressor 1 compresses it and the high pressure IIe gas A is sent to the high pressure He circuit 6.
It flows through the first, second, and third heat exchangers 3.45, and is cooled down to the inversion temperature [1jt] and guided to the Joule F) Son valve 7I. Then, low temperature, high pressure He was introduced through the Joule 1-Muson valve.
The gas A- is injected into the dewar 2 through the Joule-Thompson valve 7, expands, and a part of it becomes NK and accumulates at the bottom f of the dewar 2. Note that the high-pressure lie gas A injected from the Joule-Thompson valve 7 described in lff'ii is placed near the bottom of the Joule-Thompson valve 7.
The blades 15B of the impulse turbine 15 were blown away, so the luck that this lie gas has
The energy l causes the impulse turbine 15 to rotate. The power of this impulse turbine 15 is taken out of the dewar 2 via the magnetic cup link 16 and consumed. Ru. Therefore, the Ilc gas A ejected from the Joule-Thomson valve 7 or the 66M dewar 2 undergoes not an isenthalpic change like the conventional one, but a change close to an isentropic change, so the liquefaction rate is significantly improved compared to the conventional one. -10,000 He gas that was not completely liquefied in this dewar 2, or ELe gas that was once liquefied and then vaporized again,
0 circuit 81? - It is returned and circulated through the ne compressor 1f. Further, the power taken out of the dewar 2 through the Macnet cup link 16 is used to rotationally drive a fan 17 disposed inside the liquefier chutuba 9. When the fan 17 rotates, the cooling IJ and waste C in the liquefaction chamber 9 are forced to convect. (0) As a result, the efficiency of heat exchange between the cooling He gas C in the liquefaction chamber 9 and the liquid (I) accumulated in the brewer 2 is improved. Therefore, the heat exchange means (heat exchange wall 10) provided between the dewar 2 and the liquefaction chamber 9 can be replaced with a small one. Therefore, it is possible to eliminate the inconvenience that occurs when the EIe in the liquefaction chamber is made of natural convection, in which the heat exchange means becomes large and heat intrusion from the outside becomes a problem.

なお、負荷手段は、前記実施例のようなフ１ンξこ限ら
れないのは勿論であり、例えば、冷凍用ｌｌ０ｒｎ　ｒ
ｔ　縮仕事の一部を担い得るようｌこし１こものやＮｅ
５Ｎ２等ＩこＪ：るブＬ／−キコンプレツサ等であって
もよい。Note that the load means is of course not limited to the fan as in the above embodiment; for example, a
t Koshi 1 Komonoya Ne to take on some of the shrinking work
It may also be a compressor such as 5N2, etc.

以１−１説明しブこようＩこ、本発明は、ジュール］・
ムソン弁からデユワ−内に噴射されるガスの運７１、Ｉ
Ｊエネルギｆこより衝動ターピント回転させ、この衝動
タービンの動力をテユ・ノー外ｆ？−取り出して負荷手
段ζこより消費し１１Ｊるよう１こしているので、Ｒ１
記ジュール・トノ・ソン弁からＵｔ’を射されるカス１
０等エントロピ変化ｌこ近いジぜ化を行なイ）せること
か可能となり、等エンタルピ変化を行なわせるようｌこ
した従来のものＩｃ比べで、液化能力全大幅に向上させ
ることができるものである。As explained in 1-1 below, the present invention is based on Joule]・
Transport of gas injected from the Musson valve into the dewar 71, I
The impulse turbine is rotated by J energy f, and the power of this impulse turbine is transferred to outside f? - Since it is taken out and consumed from the load means ζ and is strained by 1 so that 11J is consumed, R1
Ut' is ejected from the Joule Tonot Son valve 1
It is now possible to perform liquefaction that is close to 0 isentropic change, and the total liquefaction capacity can be greatly improved compared to the conventional Ic, which is made to have isenthalpic change. be.

ま１こ、ｌ］ｉＪ　ｉｔ己実ＩＡｕ　（５’ｌのように
、衝「功タービンの距カカでンτ二ｉ化チャツバｅ（の
゛ファンを此１ｌｊ１１シてＡ召電導コイ７１畳１ン却
用Ｈｅ等ｌこ強制対流を起させるよう１こす〕１は、テ
、ワー内の冷凍用）１ｅと前記液化チャンバ内の冷却用
１１ｅとの熱交換効率を高めることができ熱交換手段の
簡略化並びに小形を図ることができるという効果が得ら
れる。なお、このような構成ｌこよれば、　１ｌｌｊ動
タービンによりデユワ−内から取り出した運動エネルギ
は、前記液化チャンバ内で熱エネルギｆこ変換さ第１る
ため、システム全体ｙｐｍ察した場合ｉこはエネルギの
損得は皆フ！１（でｉ］るが、このような場合でも、例
えは、Ｏａ記衝動タービンを設けず、前記ファンを外部
のｍ動源ｔこより作動させるようｌこした場合１こ比べ
れは、工えルキのシステム内への侵入が無い分だけ液化
率、ひいては冷却能力が確実に向上しているものである
。Ma1ko, l] iJ it self IAu (5'l, as in 5'l, the distance of the gong turbine τ 2i chutuba e('s ゛ fan here 1 lj 11 A summon conductor coil 71 tatami 1 (1) is a heat exchange means that can increase the heat exchange efficiency between the cooling (He, etc.) in the liquefaction chamber (1e) and the cooling (11e) in the liquefaction chamber. According to this configuration, the kinetic energy extracted from the dewar by the kinetic turbine is converted into thermal energy in the liquefaction chamber. Since the conversion is first performed, if the total system ypm is calculated, the energy loss and gain will be all 1. However, even in such a case, if the Compared to the case where the liquid is operated by an external power source, the liquefaction rate and, as a result, the cooling capacity are definitely improved by the fact that no energy enters the system.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は、本発明の一実施例を示し、第１図は概略説明図
、第２図は要部を示す拡大図である。 ２・・・デユワ−７・・・ジュール・トムソン弁１５・
・・衝動タービン １７・・・負荷手段（ファン） 代理人　弁理士　赤澤−博 第１図 第２図The drawings show one embodiment of the present invention, with FIG. 1 being a schematic explanatory view and FIG. 2 being an enlarged view showing the main parts. 2... Dewar-7... Joule Thomson valve 15.
... Impulse turbine 17 ... Load means (fan) Agent Patent attorney Hiroshi Akazawa Figure 1 Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 反転温度以下１こ冷却されｔコ高圧のガスをジェール・
トムソン弁を介してデルー内に噴射することｌこよって
前記ガスの一部を液化し得るよう１こ構成した冷凍液化
装置Ｎ１こおいて、前記ジュール・トムソン弁から噴射
されるガスに付勢されて回転する衝動ターピノと、この
衝動タービンの動力を前記デユワ−外で消費するための
負荷手段とを設けたことを特徴とする冷凍液化装置。The gas is cooled below the inversion temperature and under high pressure.
A refrigeration and liquefaction device N1 configured to inject a portion of the gas into the Deru through the Thomson valve is energized by the gas injected from the Joule-Thomson valve. 1. A refrigeration and liquefaction apparatus comprising: an impulse turbine that rotates at the dewar; and a load means for consuming the power of the impulse turbine outside the dewar.