JPH0875284A - 極低温冷凍装置 - Google Patents
極低温冷凍装置Info
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- JPH0875284A JPH0875284A JP21558094A JP21558094A JPH0875284A JP H0875284 A JPH0875284 A JP H0875284A JP 21558094 A JP21558094 A JP 21558094A JP 21558094 A JP21558094 A JP 21558094A JP H0875284 A JPH0875284 A JP H0875284A
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- cryogenic
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2341/00—Details of ejectors not being used as compression device; Details of flow restrictors or expansion valves
- F25B2341/001—Ejectors not being used as compression device
- F25B2341/0011—Ejectors with the cooled primary flow at reduced or low pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F25B2341/0012—Ejectors with the cooled primary flow at high pressure
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Abstract
(57)【要約】
【目的】小形で低コストの高効率極低温冷凍装置を提供
する。 【構成】冷却段階（１）の最適な熱バランスで供給され
る噴射ガスで昇圧できる圧力レベルまで冷却段階を含む
低圧ラインの圧力を下げ圧縮機（１０）の吸入圧力を大
気圧以下の減圧状態として戻りガスを吸入し、圧縮機の
吐出圧力を冷却段階の最適な熱バランスを実現するよう
に決める。 【効果】戻りラインを低圧ラインのみで構成でき常温レ
ベルの独立した減圧ポンプを不要とできると共に、冷却
段階を最適な熱バランス状態とできるため、小形で低コ
ストの高効率極低温冷凍装置を実現できる。
する。 【構成】冷却段階（１）の最適な熱バランスで供給され
る噴射ガスで昇圧できる圧力レベルまで冷却段階を含む
低圧ラインの圧力を下げ圧縮機（１０）の吸入圧力を大
気圧以下の減圧状態として戻りガスを吸入し、圧縮機の
吐出圧力を冷却段階の最適な熱バランスを実現するよう
に決める。 【効果】戻りラインを低圧ラインのみで構成でき常温レ
ベルの独立した減圧ポンプを不要とできると共に、冷却
段階を最適な熱バランス状態とできるため、小形で低コ
ストの高効率極低温冷凍装置を実現できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、極低温冷凍装置に係
り、特に大気圧以下に減圧された極低温冷媒を生成する
に好適な極低温冷凍装置に関するものである。
り、特に大気圧以下に減圧された極低温冷媒を生成する
に好適な極低温冷凍装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の極低温冷凍装置としては、極低温
冷媒を大気圧以下に減圧するための減圧ポンプを常温部
に設けたものが例えば実公昭62-40291号公報に開示さ
れ、極低温冷媒を大気圧以下に減圧するため極低温エジ
ェクターを設けたものが例えば、W. Ohert, et al : Pe
rformance of the Cold Ejector of the JET Cryoplan
t,Advances iin Cryogenic Engineering, Vol.35 (199
0)に開示されている。
冷媒を大気圧以下に減圧するための減圧ポンプを常温部
に設けたものが例えば実公昭62-40291号公報に開示さ
れ、極低温冷媒を大気圧以下に減圧するため極低温エジ
ェクターを設けたものが例えば、W. Ohert, et al : Pe
rformance of the Cold Ejector of the JET Cryoplan
t,Advances iin Cryogenic Engineering, Vol.35 (199
0)に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の第１の従来技術
は、独立した常温減圧ポンプを有すると共に、低圧ライ
ンと減圧ラインの２本の戻りラインを有するため、装置
が大きくコストも大きくなるという問題があった。
は、独立した常温減圧ポンプを有すると共に、低圧ライ
ンと減圧ラインの２本の戻りラインを有するため、装置
が大きくコストも大きくなるという問題があった。
【０００４】上記第２の従来技術は、必要な極低温冷媒
圧力が低い場合には、被冷却体からの戻り極低温冷媒流
量を吸入し戻り極低温冷媒の圧力を保持するために極低
温エジェクターの噴射ガス流量を冷却段階の最適な熱バ
ランスで必要な流量より増大せざるを得なく装置の効率
が低下するという問題があった。
圧力が低い場合には、被冷却体からの戻り極低温冷媒流
量を吸入し戻り極低温冷媒の圧力を保持するために極低
温エジェクターの噴射ガス流量を冷却段階の最適な熱バ
ランスで必要な流量より増大せざるを得なく装置の効率
が低下するという問題があった。
【０００５】本発明は上記従来技術の問題点を解決し、
小形でコストが少なく、効率の良い極低温装置を提供す
ることを目的とする。
小形でコストが少なく、効率の良い極低温装置を提供す
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、冷却段階か
ら送られる高圧の極低温冷媒流量を冷却段階の最適な熱
バランスで必要な流量とし、この噴射ガスで吸入ガスを
昇圧できる圧力を低圧ラインの圧力として戻りラインを
低圧ラインのみとし、独立した常温減圧ポンプを無く
し、圧縮機の吸入圧力を大気圧以下にすることによって
達成される。
ら送られる高圧の極低温冷媒流量を冷却段階の最適な熱
バランスで必要な流量とし、この噴射ガスで吸入ガスを
昇圧できる圧力を低圧ラインの圧力として戻りラインを
低圧ラインのみとし、独立した常温減圧ポンプを無く
し、圧縮機の吸入圧力を大気圧以下にすることによって
達成される。
【０００７】
【作用】一般的にエジェクターは、狭いノズルから噴射
ガスを超音速で噴射させ、この超音速部で吸入ガスを吸
引し、デイフューザ部で圧力回復させる機構になってい
る。従って、エジェクターは外部からの仕事を要さずに
吸入ガスを昇圧できるが、吸入ガス流量が増大すると吸
入圧力が上昇するという特徴がある。
ガスを超音速で噴射させ、この超音速部で吸入ガスを吸
引し、デイフューザ部で圧力回復させる機構になってい
る。従って、エジェクターは外部からの仕事を要さずに
吸入ガスを昇圧できるが、吸入ガス流量が増大すると吸
入圧力が上昇するという特徴がある。
【０００８】一方、極低温冷凍装置、例えばヘリウム冷
凍装置では、冷却段階から送られる高圧の極低温冷媒は
約-268℃という極低温状態のため極低温エジェクターの
噴射ガスの有するエネルギーは非常に小さく、吸入ガス
の圧縮比を大きくとれないという特徴がある。又、装置
の効率を決める圧縮機の消費動力は圧縮比で決まり、寒
冷を発生する膨張タービンの寒冷発生量は圧力レベルで
は無く膨張比によって決まるという特徴がある。
凍装置では、冷却段階から送られる高圧の極低温冷媒は
約-268℃という極低温状態のため極低温エジェクターの
噴射ガスの有するエネルギーは非常に小さく、吸入ガス
の圧縮比を大きくとれないという特徴がある。又、装置
の効率を決める圧縮機の消費動力は圧縮比で決まり、寒
冷を発生する膨張タービンの寒冷発生量は圧力レベルで
は無く膨張比によって決まるという特徴がある。
【０００９】これらの特徴を検討した結果、大気圧下に
減圧された極低温冷媒を生成するに好適な極低温冷凍装
置として、冷却段階の最適な熱バランスで供給する噴射
ガスで吸入ガスを昇圧できる圧力を低圧ラインの圧力と
し、高圧ラインの圧力は膨張タービンで必要な膨張比よ
り決定することによって、戻りラインを低圧ラインのみ
とし独立した常温減圧ポンプを無くし、最適な熱バラン
スを実現することができる。
減圧された極低温冷媒を生成するに好適な極低温冷凍装
置として、冷却段階の最適な熱バランスで供給する噴射
ガスで吸入ガスを昇圧できる圧力を低圧ラインの圧力と
し、高圧ラインの圧力は膨張タービンで必要な膨張比よ
り決定することによって、戻りラインを低圧ラインのみ
とし独立した常温減圧ポンプを無くし、最適な熱バラン
スを実現することができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。図１において、１は複数の熱交換器と複数の膨張タ
ービンを含む冷却段階，２は極低温エジェクター，４は
被冷却体，５は気液分離器，６は極低温エジェクター入
口弁，７は液体ヘリウム供給弁，８は極低温エジェクタ
ーバイパス弁，９は極低温エジェクターバイパスライ
ン，１０は圧縮機，１１は高圧ライン，１２は低圧ライ
ンである。
る。図１において、１は複数の熱交換器と複数の膨張タ
ービンを含む冷却段階，２は極低温エジェクター，４は
被冷却体，５は気液分離器，６は極低温エジェクター入
口弁，７は液体ヘリウム供給弁，８は極低温エジェクタ
ーバイパス弁，９は極低温エジェクターバイパスライ
ン，１０は圧縮機，１１は高圧ライン，１２は低圧ライ
ンである。
【００１１】次に、以上のように構成された本発明の実
施例の動作を説明する。圧縮機１０で圧縮された高圧の
常温ヘリウムは高圧ライン１１を通り複数の熱交換器と
複数の膨張タービンを含む冷却段階１に供給される。冷
却段階１を出た高圧の極低温ヘリウムは、極低温エジェ
クター入口弁６を通り極低温エジェクター２の噴射ガス
となり、極低温エジェクター２の中で吸入ガスと混合
し、気液混相状態となって気液分離器５に供給される。
気液分離器５で気液分離された極低温ヘリウムガスは冷
却段階１に戻り、冷却段階１に含まれる膨張タービン
（図示省略）の出口ガスと合流し、低圧ライン１２を通
り圧縮機１０に戻る。気液分離器５で気液分離された液
体ヘリウムは液体ヘリウム供給弁７を通り被冷却体４に
供給される。被冷却体４を冷却しガス化した極低温ヘリ
ウムガスは、極低温エジェクター２の吸入ガスとなる。
施例の動作を説明する。圧縮機１０で圧縮された高圧の
常温ヘリウムは高圧ライン１１を通り複数の熱交換器と
複数の膨張タービンを含む冷却段階１に供給される。冷
却段階１を出た高圧の極低温ヘリウムは、極低温エジェ
クター入口弁６を通り極低温エジェクター２の噴射ガス
となり、極低温エジェクター２の中で吸入ガスと混合
し、気液混相状態となって気液分離器５に供給される。
気液分離器５で気液分離された極低温ヘリウムガスは冷
却段階１に戻り、冷却段階１に含まれる膨張タービン
（図示省略）の出口ガスと合流し、低圧ライン１２を通
り圧縮機１０に戻る。気液分離器５で気液分離された液
体ヘリウムは液体ヘリウム供給弁７を通り被冷却体４に
供給される。被冷却体４を冷却しガス化した極低温ヘリ
ウムガスは、極低温エジェクター２の吸入ガスとなる。
【００１２】極低温エジェクター入口弁６は、極低温冷
凍装置の種々の運転条件に合わせ極低温エジェクター２
の噴射ガス流量を調整するために設けられている。液体
ヘリウム供給弁７は、被冷却体４の熱負荷に合わせ供給
する液体ヘリウムを制御するために設けられ、減圧弁も
兼ねている。極低温エジェクターバイパス弁８、及び極
低温エジェクターバイパスライン９は、極低温エジェク
ター２を使用しない運転のために設けられている。
凍装置の種々の運転条件に合わせ極低温エジェクター２
の噴射ガス流量を調整するために設けられている。液体
ヘリウム供給弁７は、被冷却体４の熱負荷に合わせ供給
する液体ヘリウムを制御するために設けられ、減圧弁も
兼ねている。極低温エジェクターバイパス弁８、及び極
低温エジェクターバイパスライン９は、極低温エジェク
ター２を使用しない運転のために設けられている。
【００１３】極低温冷凍装置の冷凍温度は被冷却体４の
要求仕様として決められるが、例えば3.7Ｋとした場
合、液体ヘリウムを0.58atmまで減圧する必要がある。
この場合、被冷却体４からの戻り極低温ヘリウムガスの
圧力損失を考慮すると極低温エジェクター２の吸入ガス
圧力は約0.5atmとなり、気液分離器５の圧力は極低温エ
ジェクター２で昇圧可能な条件として、例えば0.8atmと
なる。圧縮機１０の吸入圧力は、冷却段階１の中も含め
た低圧ライン１２の圧力損失を考慮し、例えば0.7atmと
なり、高圧ライン１１の圧力は冷却段階１に含まれる膨
張タービンの必要な膨張比を含めて冷却段階１の熱バラ
ンス設計によって決められ、例えば14atmとする。
要求仕様として決められるが、例えば3.7Ｋとした場
合、液体ヘリウムを0.58atmまで減圧する必要がある。
この場合、被冷却体４からの戻り極低温ヘリウムガスの
圧力損失を考慮すると極低温エジェクター２の吸入ガス
圧力は約0.5atmとなり、気液分離器５の圧力は極低温エ
ジェクター２で昇圧可能な条件として、例えば0.8atmと
なる。圧縮機１０の吸入圧力は、冷却段階１の中も含め
た低圧ライン１２の圧力損失を考慮し、例えば0.7atmと
なり、高圧ライン１１の圧力は冷却段階１に含まれる膨
張タービンの必要な膨張比を含めて冷却段階１の熱バラ
ンス設計によって決められ、例えば14atmとする。
【００１４】以上、詳細に説明したように、本実施例に
よれば冷却段階から送られる高圧の極低温ヘリウムを噴
射ガスとし外部動力を要さない極低温エジェクターで、
被冷却体からの戻り極低温ヘリウムガスを冷却段階の最
適な熱バランスで供給される噴射ガスで可能な圧力まで
吸入・昇圧し、極低温エジェクターから出た気液二相の
極低温ヘリウムを気液分離する気液分離器に導入し、気
液分離器から出た低圧の極低温ヘリウムガスを冷却段階
に含まれる膨張タービン出口ガスと合流させて大気圧以
下の減圧状態で圧縮機に戻し、圧縮機で冷却段階の最適
な熱バランスで必要な圧力まで圧縮機するようにしたた
め、戻りラインを低圧ラインのみとでき常温部の独立し
た減圧ポンプを不要とでき、冷却段階の最適な熱バラン
スで必要な膨張比を確保でき、小形で低コストの高効率
冷凍装置とできる効果がある。
よれば冷却段階から送られる高圧の極低温ヘリウムを噴
射ガスとし外部動力を要さない極低温エジェクターで、
被冷却体からの戻り極低温ヘリウムガスを冷却段階の最
適な熱バランスで供給される噴射ガスで可能な圧力まで
吸入・昇圧し、極低温エジェクターから出た気液二相の
極低温ヘリウムを気液分離する気液分離器に導入し、気
液分離器から出た低圧の極低温ヘリウムガスを冷却段階
に含まれる膨張タービン出口ガスと合流させて大気圧以
下の減圧状態で圧縮機に戻し、圧縮機で冷却段階の最適
な熱バランスで必要な圧力まで圧縮機するようにしたた
め、戻りラインを低圧ラインのみとでき常温部の独立し
た減圧ポンプを不要とでき、冷却段階の最適な熱バラン
スで必要な膨張比を確保でき、小形で低コストの高効率
冷凍装置とできる効果がある。
【００１５】
【発明の効果】冷却段階から送られる高圧の極低温冷媒
を噴射ガスとし被冷却体からの戻り極低温冷媒を吸入ガ
スとする極低温エジェクターを有し、極低温エジェクタ
ーを出た気液二相の極低温冷媒を気液分離する気液分離
器を有し、気液分離器を出た極低温ガスを冷却段階に含
まれる膨張タービンの出口ガスと合流させ低圧ラインを
介して大気圧以下の減圧状態で圧縮機に戻し、圧縮機の
吐出圧力は冷却段階の最適な熱バランスで必要な圧力に
できるようにしたため、戻りラインを低圧ラインのみと
でき、独立した常温レベルの減圧ポンプを不要とできる
と共に、噴射ガスを冷却段階の最適な熱バランスで供給
でき、小形で低コストの高効率極低温冷凍装置を提供で
きる効果がある。
を噴射ガスとし被冷却体からの戻り極低温冷媒を吸入ガ
スとする極低温エジェクターを有し、極低温エジェクタ
ーを出た気液二相の極低温冷媒を気液分離する気液分離
器を有し、気液分離器を出た極低温ガスを冷却段階に含
まれる膨張タービンの出口ガスと合流させ低圧ラインを
介して大気圧以下の減圧状態で圧縮機に戻し、圧縮機の
吐出圧力は冷却段階の最適な熱バランスで必要な圧力に
できるようにしたため、戻りラインを低圧ラインのみと
でき、独立した常温レベルの減圧ポンプを不要とできる
と共に、噴射ガスを冷却段階の最適な熱バランスで供給
でき、小形で低コストの高効率極低温冷凍装置を提供で
きる効果がある。
【図１】図１は、本発明の一実施例を示す系統図であ
る。
る。
１……冷却段階， ２……極低温エジェクター， ４
……被冷却体，５……気液分離器，１０……圧縮機，
１１……高圧ライン，１２……低圧ライン
……被冷却体，５……気液分離器，１０……圧縮機，
１１……高圧ライン，１２……低圧ライン
Claims (7)
- 【請求項１】冷媒ガスを圧縮循環する圧縮機と、上記圧
縮機から供給される高圧ガス流を液化ガス温度の近くま
で冷却するための複数の熱交換器と複数の膨張タービン
を含む冷却段階と、極低温冷媒で冷却される被冷却体
と、前記冷却段階から送られた高圧の極低温冷媒を噴射
ガスとし上記被冷却体からの戻り極低温冷媒を吸入ガス
とする極低温エジェクターと、上記極低温エジェクター
から出た気液二相の極低温冷媒を気液分離する気液分離
器を有する極低温冷凍装置において、上記気液分離器か
ら出た極低温ガスを上記冷却段階に戻し上記膨張タービ
ン出口ガスと合流させて低圧ラインを形成し、上記冷却
段階を出た上記低圧ラインを上記圧縮機の吸入側に接続
して、上記圧縮機の吸入圧力を大気圧力より低くしたこ
とを特徴とする極低温冷凍装置。 - 【請求項２】油噴射式スクリュー圧縮機としたことを特
徴とする請求項１記載の極低温冷凍装置。 - 【請求項３】極低温エジェクターのバイパスラインを設
けたことを特徴とする請求項１又は２記載の極低温冷凍
装置。 - 【請求項４】極低温エジェクターの入口弁を設けたこと
を特徴とする請求項１記載の極低温冷凍装置。 - 【請求項５】請求項１記載の極低温冷凍装置に使用され
る極低温エジェクター。 - 【請求項６】請求項１記載の極低温冷凍装置で冷却れさ
る被冷却体。 - 【請求項７】低圧ラインおよび高圧ラインを有する熱交
換器と、 上記低圧ラインからの冷媒ガスを圧縮して上記高圧ライ
ンに供給する圧縮機と、 上記高圧ラインからの冷媒ガスを噴射して被冷却体から
の戻りガスを吸入するエジェクタと、 上記エジェクタからの気液混相状態の出力を気液分離
し、分離された気体を上記低圧ラインに戻す気液分離器
とからなり、 上記気液分離器で分離された液体により上記被冷却体を
冷却するように構成された極低温冷凍装置を運転するに
際し、 上記低圧ライン中の冷媒ガスの圧力を大気圧力よりも低
くすることを特徴とする極低温冷凍装置の運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21558094A JPH0875284A (ja) | 1994-09-09 | 1994-09-09 | 極低温冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21558094A JPH0875284A (ja) | 1994-09-09 | 1994-09-09 | 極低温冷凍装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0875284A true JPH0875284A (ja) | 1996-03-19 |
Family
ID=16674796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21558094A Pending JPH0875284A (ja) | 1994-09-09 | 1994-09-09 | 極低温冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0875284A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003004350A (ja) * | 2001-06-20 | 2003-01-08 | Mayekawa Mfg Co Ltd | 超電導線輪を維持内蔵する低温保持器への液体ヘリウムの注入方法と超電導発電機の冷却システム |
| EP1589301A3 (en) * | 2000-03-15 | 2006-03-22 | Denso Corporation | Ejector cycle system with critical refrigerant pressure |
| CN101788204A (zh) * | 2010-03-12 | 2010-07-28 | 大连海事大学 | 一种喷射式制冷机及其制冷方法 |
| CN102003826A (zh) * | 2010-11-27 | 2011-04-06 | 河南科技大学 | 带有喷射器的超低温循环制冷方法 |
| JP2013127353A (ja) * | 2011-11-18 | 2013-06-27 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 冷凍機 |
| CN112696843A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-04-23 | 西北工业大学 | 一种压缩液态制冷剂的喷射式制冷装置 |
-
1994
- 1994-09-09 JP JP21558094A patent/JPH0875284A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1589301A3 (en) * | 2000-03-15 | 2006-03-22 | Denso Corporation | Ejector cycle system with critical refrigerant pressure |
| EP1589301B1 (en) * | 2000-03-15 | 2017-06-14 | Denso Corporation | Ejector cycle system with critical refrigerant pressure |
| EP1134517B1 (en) * | 2000-03-15 | 2017-07-26 | Denso Corporation | Ejector cycle system with critical refrigerant pressure |
| JP2003004350A (ja) * | 2001-06-20 | 2003-01-08 | Mayekawa Mfg Co Ltd | 超電導線輪を維持内蔵する低温保持器への液体ヘリウムの注入方法と超電導発電機の冷却システム |
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| CN112696843A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-04-23 | 西北工业大学 | 一种压缩液态制冷剂的喷射式制冷装置 |
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