JPH04359760A - ヘリウム冷凍機 - Google Patents
ヘリウム冷凍機Info
- Publication number
- JPH04359760A JPH04359760A JP13260391A JP13260391A JPH04359760A JP H04359760 A JPH04359760 A JP H04359760A JP 13260391 A JP13260391 A JP 13260391A JP 13260391 A JP13260391 A JP 13260391A JP H04359760 A JPH04359760 A JP H04359760A
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- JP
- Japan
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- expansion turbine
- helium
- line
- heat shield
- expansion
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- Pending
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘリウム冷凍機に係り
、特に超電導機器の冷却等に用いられる極低温用のヘリ
ウム冷凍機に関する。
、特に超電導機器の冷却等に用いられる極低温用のヘリ
ウム冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の装置は、例えばアドバンシーズ
イン クライオジェニック エンジニアリング
第３１巻（１９８６）第６９３頁から第６９８頁（Ａ
ｄｖａｎｃｅｓｉｎ Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ Ｅｎｇ
ｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．３１，（１９８６）ｐｐ６
９３〜６９８）において論じられているように、熱シー
ルド負荷を吸収した後のヘリウムガスに高圧ガスライン
から高圧ヘリウムガスを合流させ、シリーズに接続され
た膨張タービンの上段膨張タービンに導入していた。
イン クライオジェニック エンジニアリング
第３１巻（１９８６）第６９３頁から第６９８頁（Ａ
ｄｖａｎｃｅｓｉｎ Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ Ｅｎｇ
ｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．３１，（１９８６）ｐｐ６
９３〜６９８）において論じられているように、熱シー
ルド負荷を吸収した後のヘリウムガスに高圧ガスライン
から高圧ヘリウムガスを合流させ、シリーズに接続され
た膨張タービンの上段膨張タービンに導入していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、熱シ
ールド負荷を吸収するヘリウムガスには大きな圧力損失
（約２〜３ａｔｍ）が生じることに配慮されておらず、
熱シールド負荷を吸収した後のヘリウムガスに高圧ガス
ラインから高圧ヘリウムガスを合流させる際に減圧する
必要があり、装置のエネルギー効率が低下するという問
題があった。
ールド負荷を吸収するヘリウムガスには大きな圧力損失
（約２〜３ａｔｍ）が生じることに配慮されておらず、
熱シールド負荷を吸収した後のヘリウムガスに高圧ガス
ラインから高圧ヘリウムガスを合流させる際に減圧する
必要があり、装置のエネルギー効率が低下するという問
題があった。
【０００４】本発明の目的は、ヘリウム冷凍機の膨張タ
ービン寒冷発生方法に関して、よりエネルギー効率の高
い装置を提供することにある。
ービン寒冷発生方法に関して、よりエネルギー効率の高
い装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、熱シールド負荷を吸収した後のヘリウムガスは独立
に熱シールド系膨張タービンに導入し、熱シールド系膨
張タービンを出た後のヘリウムガスを膨張タービン接続
ラインに合流させたものである。さらに、熱シールド系
膨張タービン入口へ高圧ガスラインからの合流ラインを
設け、膨張タービン接続ラインから低圧ガスラインへの
分岐ラインを設けたものである。
に、熱シールド負荷を吸収した後のヘリウムガスは独立
に熱シールド系膨張タービンに導入し、熱シールド系膨
張タービンを出た後のヘリウムガスを膨張タービン接続
ラインに合流させたものである。さらに、熱シールド系
膨張タービン入口へ高圧ガスラインからの合流ラインを
設け、膨張タービン接続ラインから低圧ガスラインへの
分岐ラインを設けたものである。
【０００６】
【作用】熱シールド系膨張タービンと上段タービンが独
立に設けられているため、上段タービンには高圧ガスラ
インの最大圧力がかけられ、同一流量での寒冷発生量が
増大し、装置のエネルギー効率を向上させることができ
る。一般的に、膨張タービンの寒冷発生量は温度と膨張
比によって決まる。温度を同一として、膨張比を考えた
場合の例として、１８→６ａｔｍ，１５→６ａｔｍを比
較すると前者の寒冷発生量は後者の約２５％増になる。
立に設けられているため、上段タービンには高圧ガスラ
インの最大圧力がかけられ、同一流量での寒冷発生量が
増大し、装置のエネルギー効率を向上させることができ
る。一般的に、膨張タービンの寒冷発生量は温度と膨張
比によって決まる。温度を同一として、膨張比を考えた
場合の例として、１８→６ａｔｍ，１５→６ａｔｍを比
較すると前者の寒冷発生量は後者の約２５％増になる。
【０００７】次に、予冷運転を考えた場合には、ヘリウ
ム冷凍機は定常運転と大幅に異なった温度条件になる。 一方、膨張タービンは過大な負荷をかけると過回転によ
る破損などのトラブルが発生する。このために、温度，
膨張比を適正に保持する必要があるが、実際上、温度を
変えることは難しいため膨張比を調整することになる。 熱シールド系膨張タービン入口への高圧ガスラインから
の合流ライン、及び膨張タービン接続ラインから低圧ガ
スラインへの分岐ラインを設けることにより、予冷運転
などでも各膨張タービンに独立に許容範囲内での最大負
荷をかけられるため効率の良い運転が可能となる。
ム冷凍機は定常運転と大幅に異なった温度条件になる。 一方、膨張タービンは過大な負荷をかけると過回転によ
る破損などのトラブルが発生する。このために、温度，
膨張比を適正に保持する必要があるが、実際上、温度を
変えることは難しいため膨張比を調整することになる。 熱シールド系膨張タービン入口への高圧ガスラインから
の合流ライン、及び膨張タービン接続ラインから低圧ガ
スラインへの分岐ラインを設けることにより、予冷運転
などでも各膨張タービンに独立に許容範囲内での最大負
荷をかけられるため効率の良い運転が可能となる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。
る。
【０００９】コールドボックス１０に導入された高圧ガ
スライン１の高圧ヘリウムは、第１の熱交換器１１ａで
低圧ガスライン２の低圧ヘリウム、及び液体窒素供給ラ
イン３から導入される液体窒素で冷却され、第２の熱交
換器１１ｂでさらに冷却された後、一部が上段膨張ター
ビン１２ａに入る。上段膨張タービン１２ａを出たヘリ
ウムは第４の熱交換器１１ｄで冷却された後、下段膨張
タービン１２ｂで寒冷を発生して低圧ガスライン２に合
流する。他方の高圧ヘリウムは第３の熱交換器１１ｃで
冷却された後、一部が熱シールドライン１５，第３の低
温移送配管２１ｃを通り、クライオスタット３０に送ら
れ、熱シールド板３３を冷却し第４の低温移送配管１１
ｄを通りコールドボックス１０に戻り、第２の熱交換器
１１ｂで冷却された後、熱シールド系膨張タービン４０
で寒冷を発生して膨張タービン接続ライン１３に合流す
る。他方の高圧ヘリウムは第４〜第６の熱交換器１１ｄ
〜１１ｆで冷却された後、ジュール・トムソン弁１４で
断熱膨張し、一部が液化して第１の低温移送配管２１ａ
を通りライオスタット３０の内槽３１に送られ、被冷却
体３２を冷却して第２の低温移送配管２１ｂを通ってコ
ールドボックス１０に帰還する。上段膨張タービン１２
ａの入口圧力は高圧ガスライン１と同様であるのに対し
、熱シールド系膨張タービン４０の入口圧力は熱シール
ドライン１５で発生する圧力損失のため高圧ガスライン
１より低くなるが、各膨張タービン共に、システム上可
能な最大の膨張比を有している。
スライン１の高圧ヘリウムは、第１の熱交換器１１ａで
低圧ガスライン２の低圧ヘリウム、及び液体窒素供給ラ
イン３から導入される液体窒素で冷却され、第２の熱交
換器１１ｂでさらに冷却された後、一部が上段膨張ター
ビン１２ａに入る。上段膨張タービン１２ａを出たヘリ
ウムは第４の熱交換器１１ｄで冷却された後、下段膨張
タービン１２ｂで寒冷を発生して低圧ガスライン２に合
流する。他方の高圧ヘリウムは第３の熱交換器１１ｃで
冷却された後、一部が熱シールドライン１５，第３の低
温移送配管２１ｃを通り、クライオスタット３０に送ら
れ、熱シールド板３３を冷却し第４の低温移送配管１１
ｄを通りコールドボックス１０に戻り、第２の熱交換器
１１ｂで冷却された後、熱シールド系膨張タービン４０
で寒冷を発生して膨張タービン接続ライン１３に合流す
る。他方の高圧ヘリウムは第４〜第６の熱交換器１１ｄ
〜１１ｆで冷却された後、ジュール・トムソン弁１４で
断熱膨張し、一部が液化して第１の低温移送配管２１ａ
を通りライオスタット３０の内槽３１に送られ、被冷却
体３２を冷却して第２の低温移送配管２１ｂを通ってコ
ールドボックス１０に帰還する。上段膨張タービン１２
ａの入口圧力は高圧ガスライン１と同様であるのに対し
、熱シールド系膨張タービン４０の入口圧力は熱シール
ドライン１５で発生する圧力損失のため高圧ガスライン
１より低くなるが、各膨張タービン共に、システム上可
能な最大の膨張比を有している。
【００１０】次に、予冷運転など、定常運転とは大幅に
異なる温度条件下での動作について説明する。下段膨張
タービン１２ｂは、運転温度に合わせ適正な負荷となる
ように入口圧力を弁４２で調整される。上段膨張タービ
ン１２ａは、運転温度、及び出口圧力に合わせ適正な負
荷となるように入口圧力をシリーズ膨張タービン入口弁
（図示省略）で調整される。熱シールド系膨張タービン
４０は、運転温度及び出口圧力に合わせ適正な負荷とな
るように入口圧力を弁４１で調整される。
異なる温度条件下での動作について説明する。下段膨張
タービン１２ｂは、運転温度に合わせ適正な負荷となる
ように入口圧力を弁４２で調整される。上段膨張タービ
ン１２ａは、運転温度、及び出口圧力に合わせ適正な負
荷となるように入口圧力をシリーズ膨張タービン入口弁
（図示省略）で調整される。熱シールド系膨張タービン
４０は、運転温度及び出口圧力に合わせ適正な負荷とな
るように入口圧力を弁４１で調整される。
【００１１】以上のような各膨張タービンの運転を、許
容される負荷内で適正な制御を行い、システムとして最
大の能力を発揮するような制御装置を設けることが有効
なことはいうまでもないことである。
容される負荷内で適正な制御を行い、システムとして最
大の能力を発揮するような制御装置を設けることが有効
なことはいうまでもないことである。
【００１２】本実施例によれば、熱シールドラインに熱
シールド系膨張タービンを独立に設けているため、各膨
張タービンにはシステム上で可能な最大の膨張比をかけ
ることができ、さらに、定常運転とは異なる運転条件で
も許容される負荷内で適正な制御が各膨張タービンで可
能となるため、ヘリウム冷凍機の効率的な運転ができる
という効果がある。
シールド系膨張タービンを独立に設けているため、各膨
張タービンにはシステム上で可能な最大の膨張比をかけ
ることができ、さらに、定常運転とは異なる運転条件で
も許容される負荷内で適正な制御が各膨張タービンで可
能となるため、ヘリウム冷凍機の効率的な運転ができる
という効果がある。
【００１３】
【発明の効果】本発明によれば、熱シールドラインに熱
シールド系膨張タービンを独立に設けているため、各膨
張タービンにはシステム上で可能な最大の膨張比をかけ
ることができ、さらに、定常運転とは異なる運転条件で
も許容される負荷内で適正な制御が各膨張タービンで可
能となるため、ヘリウム冷凍機の効率的な運転ができる
という効果がある。
シールド系膨張タービンを独立に設けているため、各膨
張タービンにはシステム上で可能な最大の膨張比をかけ
ることができ、さらに、定常運転とは異なる運転条件で
も許容される負荷内で適正な制御が各膨張タービンで可
能となるため、ヘリウム冷凍機の効率的な運転ができる
という効果がある。
【図１】本発明の一実施例のヘリウム冷凍機のフロー図
である。
である。
１…高圧ガスライン、２…低圧ガスライン、３…液体窒
素供給ライン、１０…コールドボックス、１１…熱交換
器、１２…膨張タービン、１３…膨張タービン接続ライ
ン、１５…熱シールドライン、２１…低温移送配管、３
０…クライオスタット、３１…内槽、３２…被冷却体、
３３…熱シールド板、４０…熱シールド系膨張タービン
。
素供給ライン、１０…コールドボックス、１１…熱交換
器、１２…膨張タービン、１３…膨張タービン接続ライ
ン、１５…熱シールドライン、２１…低温移送配管、３
０…クライオスタット、３１…内槽、３２…被冷却体、
３３…熱シールド板、４０…熱シールド系膨張タービン
。
Claims (5)
- 【請求項１】シリーズに接続された膨張タービンを有す
るコールドボックス等からなる極低温用のヘリウム冷凍
機において、前記シリーズ膨張タービンの接続ラインで
ある膨張タービン接続ラインへ他の膨張タービンの出口
を合流させたことを特徴とするヘリウム冷凍機。 - 【請求項２】シリーズに接続された膨張タービンを有し
、液体ヘリウム温度レベルの冷却負荷と液体ヘリウム温
度レベルへの冷却負荷を低減するために設けられた熱シ
ールド手段をガスヘリウムで冷却した熱シールド負荷を
有するコールドボックス等からなる極低温用のヘリウム
冷凍機において、前記熱シールド負荷を吸収した後のヘ
リウムガスを熱シールド系膨張タービンに導入し、前記
熱シールド系膨張タービンを出たヘリウムガスを前記シ
リーズ膨張タービンの接続ラインである膨張タービン接
続ラインに合流させたことを特徴とするヘリウム冷凍機
。 - 【請求項３】熱シールド負荷を吸収した後のヘリウムガ
スラインに、高圧ガスラインから高圧ヘリウムガスを合
流させるラインを設けた請求項２に記載のヘリウム冷凍
機。 - 【請求項４】前記膨張タービン接続ラインから分岐し、
低圧ガスラインへ合流するラインを設けた請求項２に記
載のヘリウム冷凍機。 - 【請求項５】シリーズに接続された前記膨張タービンと
前記熱シールド系膨張タービンが、最大寒冷量を発生す
るように制御する制御装置を有する請求項２に記載のヘ
リウム冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13260391A JPH04359760A (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | ヘリウム冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13260391A JPH04359760A (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | ヘリウム冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04359760A true JPH04359760A (ja) | 1992-12-14 |
Family
ID=15085200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13260391A Pending JPH04359760A (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | ヘリウム冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04359760A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012189314A (ja) * | 2011-03-08 | 2012-10-04 | Linde Ag | 冷凍設備 |
-
1991
- 1991-06-04 JP JP13260391A patent/JPH04359760A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012189314A (ja) * | 2011-03-08 | 2012-10-04 | Linde Ag | 冷凍設備 |
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