JPH0735933B2 - ヘリウム等の液化装置 - Google Patents
ヘリウム等の液化装置Info
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- JPH0735933B2 JPH0735933B2 JP3525586A JP3525586A JPH0735933B2 JP H0735933 B2 JPH0735933 B2 JP H0735933B2 JP 3525586 A JP3525586 A JP 3525586A JP 3525586 A JP3525586 A JP 3525586A JP H0735933 B2 JPH0735933 B2 JP H0735933B2
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- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 title claims description 21
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 21
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 18
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- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はヘリウム等の液化装置に係り、特に液化プロセ
スに設けられるジュールトムソン弁（以下、JT弁とい
う）の前段に膨張タービンを設備する際に、プロセス制
御を適切に行なうことができるヘリウム等の液化装置に
関する。
スに設けられるジュールトムソン弁（以下、JT弁とい
う）の前段に膨張タービンを設備する際に、プロセス制
御を適切に行なうことができるヘリウム等の液化装置に
関する。
［従来の技術］ 従来、ヘリウムや水素等を液化するための装置は第３図
に示すように、基本的には、液化すべきヘリウム等の被
冷却ガスを供給タンクａから常温で圧縮機ｂに供給し、
圧縮した被冷却ガスをその後多段に設けられた熱交換器
ｃで順次熱交換させて凝縮温度近くまで冷却し、最終的
にJT弁ｄで減圧して膨張させることにより液化して液化
タンクｅ内に貯留するようにしている。この液化プロセ
スにおける熱交換器ｃでの被冷却ガスの冷却には、液化
タンクｅ内において蒸発し若しくは液化されなかったた
めに再液化すべく圧縮機ｂへ戻される極低温の戻りガス
が利用されている。尚、液化プロセスの途中には、適当
に膨張タービンｉが配置され、戻りガスの冷却能力が低
い場合に被冷却ガスの一部を特に低温化して戻りガス側
に補充するようになっている。またｇは、圧縮機ｂで圧
縮されたばかりの被冷却ガスを液化窒素で熱交換して予
冷する予冷系である。
に示すように、基本的には、液化すべきヘリウム等の被
冷却ガスを供給タンクａから常温で圧縮機ｂに供給し、
圧縮した被冷却ガスをその後多段に設けられた熱交換器
ｃで順次熱交換させて凝縮温度近くまで冷却し、最終的
にJT弁ｄで減圧して膨張させることにより液化して液化
タンクｅ内に貯留するようにしている。この液化プロセ
スにおける熱交換器ｃでの被冷却ガスの冷却には、液化
タンクｅ内において蒸発し若しくは液化されなかったた
めに再液化すべく圧縮機ｂへ戻される極低温の戻りガス
が利用されている。尚、液化プロセスの途中には、適当
に膨張タービンｉが配置され、戻りガスの冷却能力が低
い場合に被冷却ガスの一部を特に低温化して戻りガス側
に補充するようになっている。またｇは、圧縮機ｂで圧
縮されたばかりの被冷却ガスを液化窒素で熱交換して予
冷する予冷系である。
ところで従来の技術にあっては、JT弁ｄの効率が良くな
いためJT弁ｄの入口温度をできる限り下げる必要があ
り、そのために熱交換器ｃの台数を増加したり各熱交換
器ｃの容量を大きくしたり、その他予冷系ｇの効率化、
膨張タービンｉの増設等を余儀なくされ、設備の大型
化、コストアップを招くなどの問題があった。
いためJT弁ｄの入口温度をできる限り下げる必要があ
り、そのために熱交換器ｃの台数を増加したり各熱交換
器ｃの容量を大きくしたり、その他予冷系ｇの効率化、
膨張タービンｉの増設等を余儀なくされ、設備の大型
化、コストアップを招くなどの問題があった。
そこでこれらの問題を解決するために第４図に示すよう
に、JT弁ｄに代えて膨張タービンｈで液化すべきガスを
減圧させることが考えられる。第２図に示すように、膨
張タービンｈの減圧（図中、実線Ａで示す）は、JT弁ｄ
の減圧（図中、破線Ｂで示す）に比べて高効率であるか
ら、タービン入口温度がJT弁入口温度より高くともJT弁
ｄと同程度の液化量を確保することができる。第２図に
示したヘリウムの状態の例では、JT弁ｄが15atmにおい
て入口温度7Kのガスを液化させる量を、膨張タービンｈ
は同じ15atmにおいて入口温度9Kで確保できる。
に、JT弁ｄに代えて膨張タービンｈで液化すべきガスを
減圧させることが考えられる。第２図に示すように、膨
張タービンｈの減圧（図中、実線Ａで示す）は、JT弁ｄ
の減圧（図中、破線Ｂで示す）に比べて高効率であるか
ら、タービン入口温度がJT弁入口温度より高くともJT弁
ｄと同程度の液化量を確保することができる。第２図に
示したヘリウムの状態の例では、JT弁ｄが15atmにおい
て入口温度7Kのガスを液化させる量を、膨張タービンｈ
は同じ15atmにおいて入口温度9Kで確保できる。
従って膨張タービンｈの採用により、上述した熱交換器
ｃの増設等の問題を解決することができる。
ｃの増設等の問題を解決することができる。
［発明が解決しようとする問題点］ ところでJT弁ｄに代えて膨張タービンｈを採用した場
合、出口温度、出口圧力等タービンｈの出口側条件によ
っては、ガスがタービンｈ内で一部液化してしまう虞れ
がある。そしてこのタービンｈ内での液化は、タービン
ｈの故障原因となり、液化装置全体の運転信頼性を低下
させるという問題がある。このため膨張タービンｈを採
用するに当たり、このようなタービンｈ内でのガスの液
化を防止することが要望される。
合、出口温度、出口圧力等タービンｈの出口側条件によ
っては、ガスがタービンｈ内で一部液化してしまう虞れ
がある。そしてこのタービンｈ内での液化は、タービン
ｈの故障原因となり、液化装置全体の運転信頼性を低下
させるという問題がある。このため膨張タービンｈを採
用するに当たり、このようなタービンｈ内でのガスの液
化を防止することが要望される。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は、ヘリウム等を圧縮機で圧縮し、圧縮したその
ガスを熱交換器で凝縮温度近くまで冷却した後、ジュー
ルトムソン弁を介して減圧液化させるヘリウム等の液化
装置において、熱交換器とジュールトムソン弁との間に
設けられた膨張タービンと、膨張タービンの出口側に設
けられ出口温度を検出する温度検出手段と、膨張タービ
ンの出口側に設けられ出口圧力を検出する圧力検出手段
と、温度検出手段から入力される出口温度により当該出
口温度における蒸気圧力を算出し、算出された蒸気圧力
と圧力検出手段から入力される出口圧力とを比較して出
口圧力が算出された蒸気圧力以上に維持されるようにジ
ュールトムソン弁を作動制御する制御手段とを備えたも
のである。
ガスを熱交換器で凝縮温度近くまで冷却した後、ジュー
ルトムソン弁を介して減圧液化させるヘリウム等の液化
装置において、熱交換器とジュールトムソン弁との間に
設けられた膨張タービンと、膨張タービンの出口側に設
けられ出口温度を検出する温度検出手段と、膨張タービ
ンの出口側に設けられ出口圧力を検出する圧力検出手段
と、温度検出手段から入力される出口温度により当該出
口温度における蒸気圧力を算出し、算出された蒸気圧力
と圧力検出手段から入力される出口圧力とを比較して出
口圧力が算出された蒸気圧力以上に維持されるようにジ
ュールトムソン弁を作動制御する制御手段とを備えたも
のである。
［作 用］ 圧縮機で圧縮され熱交換器で凝縮温度近くまで冷却され
たヘリウム等は更に膨張タービンに導かれ、膨張タービ
ンは導入されたヘリウム等を減圧して効率良く冷却し、
JT弁の入口温度（膨張タービンの出口温度）を効果的に
下げる。従ってJT弁を介してヘリウム等を適切且つ充分
に液化させ得る。またこれに際し、膨張タービンの出口
温度及び出口圧力を夫々温度検出手段及び圧力検出手段
で検出し、検出したこれら値により制御手段が次のよう
な制御を行なう。制御手段は、予め記憶された温度と圧
力との関数で与えられる蒸気圧線に基づき、検出された
出口温度において膨張タービンの出口側を気相状態に維
持できる最低限の圧力、即ち蒸気圧力を算出し、この算
出された蒸気圧力と実際に検出された出口圧力とを比較
して、出口圧力が蒸気圧力と同じか、若しくはそれより
高く維持されるようにJT弁を作動制御して、膨張タービ
ンの出口側圧力条件を、膨張タービン内でヘリウム等が
液化しないように調整するように作用する。
たヘリウム等は更に膨張タービンに導かれ、膨張タービ
ンは導入されたヘリウム等を減圧して効率良く冷却し、
JT弁の入口温度（膨張タービンの出口温度）を効果的に
下げる。従ってJT弁を介してヘリウム等を適切且つ充分
に液化させ得る。またこれに際し、膨張タービンの出口
温度及び出口圧力を夫々温度検出手段及び圧力検出手段
で検出し、検出したこれら値により制御手段が次のよう
な制御を行なう。制御手段は、予め記憶された温度と圧
力との関数で与えられる蒸気圧線に基づき、検出された
出口温度において膨張タービンの出口側を気相状態に維
持できる最低限の圧力、即ち蒸気圧力を算出し、この算
出された蒸気圧力と実際に検出された出口圧力とを比較
して、出口圧力が蒸気圧力と同じか、若しくはそれより
高く維持されるようにJT弁を作動制御して、膨張タービ
ンの出口側圧力条件を、膨張タービン内でヘリウム等が
液化しないように調整するように作用する。
［実施例］ 以下に本発明の好適一実施例を添付図面に従って詳述す
る。第１図には本発明の要部拡大系統図が示されてお
り、最終段の熱交換器１よりも上流側、及びJT弁２より
も下流側の液化プロセスは、第３図又は第４図で説明し
たものと略同様である。
る。第１図には本発明の要部拡大系統図が示されてお
り、最終段の熱交換器１よりも上流側、及びJT弁２より
も下流側の液化プロセスは、第３図又は第４図で説明し
たものと略同様である。
図示するように液化すべきヘリウム等を凝縮温度近くま
で冷却する熱交換器１と、冷却されたヘリウム等を減圧
して膨張させて液化させるJT弁２との間には、膨張ター
ビン３が設けられる。この膨張タービン３は入口側が熱
交換器１に、出口側がJT弁２に接続され、熱交換器１か
ら導入されるヘリウム等を減圧膨張させて温度を下げる
ようになっている。
で冷却する熱交換器１と、冷却されたヘリウム等を減圧
して膨張させて液化させるJT弁２との間には、膨張ター
ビン３が設けられる。この膨張タービン３は入口側が熱
交換器１に、出口側がJT弁２に接続され、熱交換器１か
ら導入されるヘリウム等を減圧膨張させて温度を下げる
ようになっている。
このように構成された膨張タービン３の出口側には、JT
弁２との間にタービン３の出口温度T0及び出口圧力P0を
検出するための温度検出手段４並びに圧力検出手段５が
設けられる。これら温度検出手段４及び圧力検出手段５
は共に制御手段６に接続され、検出値T0,P0を制御手段
６に入力するようになっている。
弁２との間にタービン３の出口温度T0及び出口圧力P0を
検出するための温度検出手段４並びに圧力検出手段５が
設けられる。これら温度検出手段４及び圧力検出手段５
は共に制御手段６に接続され、検出値T0,P0を制御手段
６に入力するようになっている。
他方制御手段６は、主に演算部７と制御部８とから構成
され、夫々以下のように機能する。演算部７には予めヘ
リウム等液化の対象となるガスの蒸気圧線が温度の関数
（Pv＝ｆ（Ｔ））で記憶されている。そして演算部７
は、温度検出手段４から入力される出口温度T0により上
記関数を用いて当該出口温度T0における蒸気圧力Pv0を
算出するようになっている。そしてこの算出された蒸気
圧力Pv0は制御部８に入力されて処理される。制御部８
は、演算部７から入力された蒸気圧力Pv0と圧力検出手
段５から入力される出口圧力P0とを比較する。そして制
御部８は少なくとも出口圧力P0が蒸気圧力Pv0と同じか
又はそれよりも高く維持されるように相当の制御信号Ｈ
を出力する。
され、夫々以下のように機能する。演算部７には予めヘ
リウム等液化の対象となるガスの蒸気圧線が温度の関数
（Pv＝ｆ（Ｔ））で記憶されている。そして演算部７
は、温度検出手段４から入力される出口温度T0により上
記関数を用いて当該出口温度T0における蒸気圧力Pv0を
算出するようになっている。そしてこの算出された蒸気
圧力Pv0は制御部８に入力されて処理される。制御部８
は、演算部７から入力された蒸気圧力Pv0と圧力検出手
段５から入力される出口圧力P0とを比較する。そして制
御部８は少なくとも出口圧力P0が蒸気圧力Pv0と同じか
又はそれよりも高く維持されるように相当の制御信号Ｈ
を出力する。
以上のように構成された制御手段６はJT弁２に接続さ
れ、制御部８からの制御信号ＨはJT弁２に入力される。
JT弁２は制御部８からの制御信号Ｈに応じて作動制御さ
れ、このJT弁２により膨張タービン３の出口側圧力条件
を、タービン３内でガスが液化しないよう調整するよう
になっている。
れ、制御部８からの制御信号ＨはJT弁２に入力される。
JT弁２は制御部８からの制御信号Ｈに応じて作動制御さ
れ、このJT弁２により膨張タービン３の出口側圧力条件
を、タービン３内でガスが液化しないよう調整するよう
になっている。
これを第２図に示したヘリウムの場合のＴ−Ｓ（温度−
エントロピ）線図で説明すると、熱交換器１で凝縮温度
Tv近くまで冷却されたガス（第１図及び第２図におい
て、Ｉで示す）は、膨張タービン３を通ることにより凝
縮が始まる蒸気圧線Ｖ近傍まで減圧低温化される（第１
図及び第２図において、IIで示す）。これに際し、ター
ビン３内ではガスの液化は生じない。そして最終的にJT
弁２で更に減圧低温化されることにより液化されること
になる（第１図及び第２図において、IIIで示す）。こ
こにJT弁２の入口側に膨張タービン３を設けたことによ
り、JT弁２の入口温度を充分に下げることができ、JT弁
２の前段の熱交換器数の減少、各熱交換器容量の減少、
予冷系の能力低減等を達成できる。
エントロピ）線図で説明すると、熱交換器１で凝縮温度
Tv近くまで冷却されたガス（第１図及び第２図におい
て、Ｉで示す）は、膨張タービン３を通ることにより凝
縮が始まる蒸気圧線Ｖ近傍まで減圧低温化される（第１
図及び第２図において、IIで示す）。これに際し、ター
ビン３内ではガスの液化は生じない。そして最終的にJT
弁２で更に減圧低温化されることにより液化されること
になる（第１図及び第２図において、IIIで示す）。こ
こにJT弁２の入口側に膨張タービン３を設けたことによ
り、JT弁２の入口温度を充分に下げることができ、JT弁
２の前段の熱交換器数の減少、各熱交換器容量の減少、
予冷系の能力低減等を達成できる。
［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば次のような優れた効果を発
揮する。
揮する。
液化プロセスの熱交換器の出口側に膨張タービンを設備
して種々の利点を発揮させる際に、膨張タービンの出口
側でJT弁との間に出口温度及び出口出力を検出する温度
検出手段並びに圧力検出手段を設け、これらからの検出
値を利用して蒸気圧線に基づきタービンの出口側条件
を、タービン内で液化を生じないようにJT弁で調整する
よようにしたので、液化による膨張タービンの故障を防
止でき、液化装置の小型化を達成しつつその運転の信頼
性を確保できる。
して種々の利点を発揮させる際に、膨張タービンの出口
側でJT弁との間に出口温度及び出口出力を検出する温度
検出手段並びに圧力検出手段を設け、これらからの検出
値を利用して蒸気圧線に基づきタービンの出口側条件
を、タービン内で液化を生じないようにJT弁で調整する
よようにしたので、液化による膨張タービンの故障を防
止でき、液化装置の小型化を達成しつつその運転の信頼
性を確保できる。
第１図は本発明の好適一実施例を示す要部拡大系統図、
第２図はヘリウムの液化過程を示したＴ−Ｓ（温度−エ
ントロピ）線図、第３図は従来例を示す系統図、第４図
は従来考えられた例を示す系統図である。 図中、１は熱交換器、２はJT弁、３は膨張タービン、４
は温度検出手段、５は圧力検出手段、６は制御手段であ
る。
第２図はヘリウムの液化過程を示したＴ−Ｓ（温度−エ
ントロピ）線図、第３図は従来例を示す系統図、第４図
は従来考えられた例を示す系統図である。 図中、１は熱交換器、２はJT弁、３は膨張タービン、４
は温度検出手段、５は圧力検出手段、６は制御手段であ
る。
Claims (1)
- 【請求項１】ヘリウム等を圧縮機で圧縮し、圧縮したそ
のガスを熱交換器で凝縮温度近くまで冷却した後、ジュ
ールトムソン弁を介して減圧液化させるヘリウム等の液
化装置において、上記熱交換器と上記ジュールトムソン
弁との間に設けられた膨張タービンと、該膨張タービン
の出口側に設けられ出口温度を検出する温度検出手段
と、上記膨張タービンの出口側に設けられ出口圧力を検
出する圧力検出手段と、上記温度検出手段から入力され
る温度により蒸気圧力を算出し、算出された該蒸気圧力
と上記圧力検出手段から入力される圧力とを比較して上
記ジュールトムソン弁を作動制御する制御手段とを備え
たことを特徴とするヘリウム等の液化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3525586A JPH0735933B2 (ja) | 1986-02-21 | 1986-02-21 | ヘリウム等の液化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3525586A JPH0735933B2 (ja) | 1986-02-21 | 1986-02-21 | ヘリウム等の液化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62196560A JPS62196560A (ja) | 1987-08-29 |
| JPH0735933B2 true JPH0735933B2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=12436710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3525586A Expired - Lifetime JPH0735933B2 (ja) | 1986-02-21 | 1986-02-21 | ヘリウム等の液化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0735933B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2025012357A (ja) * | 2023-07-13 | 2025-01-24 | 三菱重工業株式会社 | 液化装置及び液化方法 |
| JP2025012358A (ja) * | 2023-07-13 | 2025-01-24 | 三菱重工業株式会社 | 液化装置及び液化方法 |
-
1986
- 1986-02-21 JP JP3525586A patent/JPH0735933B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62196560A (ja) | 1987-08-29 |
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