JPS6044775A - ガス液化冷凍装置 - 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はガス液化冷凍装置に係り、特別に保冷槽を必要
としないコンパクトなガス液化装置を提供するに好適な
積層熱交換器構造に関するものである。

〔発明の背景〕

従来のガス液化冷凍装置たとえばヘリウムガスを冷媒と
するクローズドサイクルのヘリウム液化冷凍装置は、第
１図に示すような構成が一般的である。

ｌは外部からの熱侵入を防止するため真空に保持された
保冷槽、２は第１熱交換器、３は第２熱交換器、４は第
３熱交換器、５は第４熱交換器、６は第５熱交換器であ
り、その他の主たる構成機器としては、７．８がそれぞ
れ第１．第２膨張タービン、９がジッール・トムソン膨
張弁、１０１オ液体ヘリウム１１を分離する気液分離器
である。なお、鈴はコンプレッサー、１３は高圧ライン
、１４は低圧ライン、１５はタービンラインおよび１６
は液体窃素の予冷ラインである。

次に、従来方式のヘリウム液化冷凍装置の作用について
簡単に説明すると、コンプレッサー１２から吐出された
高圧、常温のヘリウムガスは第１熱交換器２の高圧ライ
ン１３に入り、ここで液体金素の予冷ライン１６および
低圧ライン１４と熱交換して冷却され、第２熱交換器３
の高圧う・イン１３を通ってさらに冷却される。第２烈
交換器３を出た高圧ヘリウムガスの一部は第１膨張ター
ビン７に入り、残りは第３熱文換器４の高圧ライン１３
を通ってさらに冷却され、第４熱交換器５１第５熱交換
器６を通ってジュール・トムソン膨張弁９に入る。第１
膨張タービン７に入ったヘリウムガスはユニで断熱膨張
して中圧、低温のガスとなり、第３熱交換器４を冷却し
ながら通過して第２膨張タービン８に入り、ここでさら
に断熱膨張して低圧、低温のヘリウムガスとなって第４
熱交換器５の低圧ライン１４に合流する。ジュール・ト
ムソン膨張弁９ニ入った高圧、低温のヘリウムガスはこ
こでジュール・トムソン膨張を行って一部が液化し、気
液分離器１０で液体ヘリウム１１を分離して貯蔵され、
残りの低圧、低温のガスヘリウムは各熱交換器６〜２の
低圧ライン１４を通ってコンプレッサー１２にもどる。

このような従来形式のヘリウム液化冷凍装置においては
、次のような欠点があった。

すなわち、保冷槽１の中に収納する第１〜ｆＥ５熱交換
器としてはアルミプレートフィン熱交換器を使うのが一
般的であるが、それらが太き（てしかもおのおの独立し
た構成となっていたために熱交換器間を連絡する配管が
複雑になり、そのスペースも大きく必要となり、必然的
に保冷槽が太き（なり不経済であった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来のガス液化冷凍装置に必要とされ
ていた保冷槽をなくしてコンパクトなガス液化冷凍装置
を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の要点は、ガス液化冷凍装置の熱交換器穐 としてコンパクトな積層熱交換器を按用し、しか、　３
　。

もその第１熱交換器の常温端が保冷槽の役目をなすよう
に密閉空間を形成し、その内側に第２熱交換器以下の構
成機器を収納させることによって保冷槽をな（したもの
である。たとえば、銅製の多孔板とステンレス製のスペ
ーサを拡散接合により接合した積層熱交換器では、常温
側を大気圧、低温側を真空となるように複数の積層熱交
換器で多角形に構成して上下にステンレス鋼板を溶接し
て保冷槽の役目をするように第１熱交換器を製作するこ
とが可能である。

したがって、第１熱交換器がこのような構造をとること
によりその内側は一般に８０に以下の温度となり、ふく
射シールド効果のため常温からの侵入熱を低減できかつ
保冷槽をなくすことができる０ 〔発明の実施例〕 以下、本発明の一実施例を第２〜５図により説明する。

第２図は積層熱交換器の簡単な構造図を示す。これは、
たとえばヘリウム液化冷凍装置に用いられる第１熱交換
器の構造例であり、怒は熱・　４　・ 伝導率の小さいスペーサ、加は熱伝導率の大きい多孔伝
熱板であり、これらを交互に積層しその両端にヘッダー
冴を接合して熱交換器を構成する。

ヘッダー冴にはスペーサ５に対応して流体を配流する溝
が適当な深さで設けられている。なお、２１は高圧ノズ
ル、４は低圧ノズル、ｎは窒素ガスノズルを示している
。また、２５ａは高圧ガス流路、２５ｂは低圧ガス流路
を示す。

＄３図は第２図の積層熱交換器を常温側のへヴダー水平
面に対して角度αにて切断したものを示している。二の
ように切断した積層熱交換器を、たとえばα＝４５°に
して第１熱交換器で保冷槽を形成した実施例を！Ｊ４図
に示す。たとえば、クローズドサイクルのヘリウム液化
冷凍装置では第１熱交換器が一番容積が大きい。したが
って、第１熱交換器諺な第４図に示すように４分割して
常温側を大気圧、低温側を真空槽とする構造が容易に採
用できる。さらに、たとえば積層熱交換器のヘッダー夙
にステンレス鋼を用いヘッダー冴同士を溶接すれば保冷
槽が製作できる。なお、３１はコンプレソザー、３３は
高圧ライン、あは低圧ライン、語は予冷ラインを示して
いる。

第５図は第４図のＡ、　−Ａ断面における便宜的な断面
図を示している。＠１熱交換器羽のへラダー斜 あの」ユ下にステンレス鋼製の上板４５および下板４４
を溶接して保冷槽を形成し、その中の空間４６に第２〜
第５熱交換器、第１および第２膨張タービンを組込み、
ヘリウム冷凍装置を構成した状態を示している。３６は
第２熱交換器、３７は第３熱交換器、あは第４熱交換器
、３９は第５熱交換器を示し、４０は第１膨張タービン
、４１は第２膨張タービン、４３はジュール・１−ムソ
ン膨張弁、４２は液体ヘリウムと気体ヘリウムを分離す
る気液分離器である。また、３３はコンブｌフッ＋）−
３１から吐出されたヘリウムを第１熱交換器３２を通っ
てｆｆ１２熱交換器あの高圧側流路に導く高圧ライン、
箕は′＠２熱交換器あの低圧ヘリウムを第１熱交換器３
２の低圧側流路に導引低圧ラインであり、最終的にはコ
ンプレッサー３１の吸入口に戻る。３５は第１熱交換器
叩を予冷する窒素ラインである。したがって、本実施例
によれば熱交換器および膨張タービンを収納する従来の
真空保冷槽を必要としないので冷凍装置を小型化できる
。また、第１熱交換器３２の冷端側は通常８０に程興と
なっているため、従来常温からの侵入熱を防く゛ために
熱交換器等を被覆していた積層断熱材の必要性もなくな
り、効果的に侵入熱を低減できる。

第６図の実施例は、ヘリウム冷凍装置の冷凍能力が大規
模となった場合の第１熱交換器３２で構成した保冷槽を
示している。空間４Ｇ内には、第５図に示（）たと同様
に熱交換器および膨張タービンを収納してヘリウム冷凍
装置を構成する。したがって、標準的な′Ｉ５１熱交換
器を設定していれば容易に大型冷凍機の保冷槽を製作で
きる利点が積層熱交換器にはあり、ひいては安価なヘリ
ウム冷凍装置を製造できる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、積層熱交換器を適用した第１熱交換器
を複数に分割してその常温側を接合することによって密
閉空間を構成し、それによって従・７　・ 来のガス液化冷凍装置の保冷槽ななくすることができる
ので、冷凍装置を小型化できるという効果があり、かつ
常温からの侵入熱を小さくできるので効率の良い冷凍装
置を製作することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来のヘリウム液化冷凍装置のフローを示す系
統図、ｆｆｒ　２図は本発明に用いろ第１熱交換器の構
成図、第３図は本発明における第１熱交換器の部分断面
図、第４図は本発明の一実施例の概略的模式図、第５図
は第４図のＡ−Ａ断面図、第６図は大型化した場合の実
施例を示す模式図である、 冴・・・・・・ヘッダー、５・・・・・・スペーサー、
が・・・・・・多孔板、４４・・・・・・下板、４５・
・・・・・上板、３２・・・・・・第１熱交換器、４６
・・・・・・空間 代理人　弁理士　高　橋　明　夫 ・　８　・ 才１図 才２図 ２６ ’＋３図 ３ 才５図 Ｍ 才６ｕ ３７５−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高圧ガスを供給するためのコンプレッサー。 ガスを冷却するだめの複数の熱交換器、高圧ガスを断熱
   膨張させて寒冷を発生させる膨張機。 高圧ガスを断熱膨張さ−４−ｒ＝寒−冷−を）生１−’
   Ｊ！）Ｉ・張機−「高圧−炉スーを一断熱−膨−損させ
   る膨張弁、液化ガスを気液分離するための気液分離器お
   よびそれらの機器を連結する配管によって構成されるガ
   ス液化冷凍装置において、第１の熱交換器に、高圧流体
   と低圧流体が熱交換を行う多孔伝熱板と流体を配流する
   スペーサとを交互に積層して接合しその両端にヘッダー
   を取り付けた積層熱交換器を複数個用いて多角形とし、
   その中に他の熱交換器および構成機器を収納したことを
   特徴とするガス液化冷凍装置。 ２、上記積層熱交換器の互いの常温側へラダーを接合す
   ることによって気密保冷槽を構成した特許請求の範囲第
   １項記載のガス液化冷凍装置。