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JP3496326B2 - Helium liquefaction refrigeration equipment - Google Patents

Helium liquefaction refrigeration equipment

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Publication number
JP3496326B2
JP3496326B2 JP06079095A JP6079095A JP3496326B2 JP 3496326 B2 JP3496326 B2 JP 3496326B2 JP 06079095 A JP06079095 A JP 06079095A JP 6079095 A JP6079095 A JP 6079095A JP 3496326 B2 JP3496326 B2 JP 3496326B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
helium
helium gas
flow path
liquefied
compressor
Prior art date
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JP06079095A
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Japanese (ja)
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JPH08261643A (en
Inventor
忠明 本田
Original Assignee
石川島播磨重工業株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 石川島播磨重工業株式会社 filed Critical 石川島播磨重工業株式会社
Priority to JP06079095A priority Critical patent/JP3496326B2/en
Publication of JPH08261643A publication Critical patent/JPH08261643A/en
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、液化ヘリウムにより超
電導機器等の被冷却体を冷却するのに用いられるヘリウ
ム液化冷凍装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】図2は従来の窒素−ヘリウム二元冷凍方
式のヘリウム液化冷凍装置の一例を示すもので、ヘリウ
ム液化冷凍機1に、液化窒素ヘリウム熱交換器2を介し
て液化窒素冷却装置3が接続されている。 【0003】ヘリウム液化冷凍機1は、ヘリウム圧縮機
4の圧縮機出口流路4Aからの液化用ヘリウムガス5を
ヘリウム容器(ヘリウムデュワ)6に導く液化用流路7
と、ヘリウム容器6からの容器還流ヘリウムガス8を前
記ヘリウム圧縮機4の圧縮機入口流路4Bに戻す容器還
流流路9とを有し、前記液化用流路7と容器還流流路9
との間に亘って、多段の冷凍用熱交換器10a,10
b,10c,10d,10e,10fが設けられ、前記
ヘリウム容器6から最も離れた位置に、前記液化窒素ヘ
リウム熱交換器2が設けられている。 【0004】前記ヘリウム容器6からの冷却用ヘリウム
11は送給流路12を介して超電導機器の超電導コイル
等の被冷却体13に供給されて該被冷却体13の冷却を
行い、冷却によって昇温された被冷却体還流ヘリウムガ
ス14は、被冷却体還流流路15及び切替開閉弁16を
介して、前記容器還流ヘリウムガス8と共に前記圧縮機
入口流路4Bに戻されるようになっている。 【0005】また、図2においては、液化用流路7の冷
凍用熱交換器10a出口の液化用ヘリウムガス5の一部
を、開閉弁17を介し膨張タービン18に導いて断熱膨
張させることにより寒冷を得、この寒冷により冷凍用熱
交換器10cの冷却を行い、更に開閉弁19を介し膨張
タービン20に導いて断熱膨張させることにより寒冷を
得、この寒冷となった寒冷ヘリウムガス5aを前記容器
還流流路9の冷凍用熱交換器10e出口において容器還
流ヘリウムガス8に混合する寒冷用流路21を設け、前
記寒冷により液化用流路7の液化用ヘリウムガス5を冷
凍用熱交換器10d,10c・・・によって冷却するよ
うにしている。 【0006】更に、前記被冷却体13からの被冷却体還
流ヘリウムガス14の被冷却体還流流路15に、前記容
器還流流路9の各熱交換器2,10a〜10fの入口に
接続する分岐流路22を設け、該分岐流路22の夫々に
開閉弁23を設けている。 【0007】一方、上記ヘリウム圧縮機4は、低温で質
量の大きいヘリウムガスが導入された場合にインペラが
破損してしまう等の問題を生じるために、前記容器還流
ヘリウムガス8及び被冷却体還流ヘリウムガス14を、
水或いは空気等の加温媒体26によって常温まで加温す
るようにした加温器24を設けて、ヘリウム圧縮機4に
導かれるヘリウムガスが常温付近の温度(303K)に
なるように温めている。 【0008】上記ヘリウム液化冷凍装置は、起動時に
は、まずヘリウム圧縮機4を駆動して液化用流路7及び
容器還流流路9によりヘリウムガスをヘリウム容器6に
循環させ、且つ液化窒素冷却装置3を駆動して、液体窒
素25により前記液化窒素ヘリウム熱交換器2を介して
循環しているヘリウムガスを冷却する。 【0009】また、分岐流路22の開閉弁23は閉じた
状態で被冷却体還流流路15の切替開閉弁16を開き、
ヘリウム容器6からの冷却用ヘリウム11を被冷却体1
3に導いて該被冷却体13を冷却し、冷却によって昇温
された被冷却体還流ヘリウムガス14をヘリウム液化冷
凍機1の容器還流流路9からの容器還流ヘリウムガス8
と共に加温器24に導いて常温付近まで加温し、常温と
なったヘリウムガスをヘリウム圧縮機4に導くようにし
ている。 【0010】前記ヘリウム液化冷凍機1を循環している
ヘリウムガスは、前記液化窒素冷却装置3による冷却に
よって、303K(常温)付近から80K付近の温度ま
で冷却されるようになる。 【0011】次に、開閉弁17を開けると、液化用流路
7の冷凍用熱交換器10a出口の液化用ヘリウムガス5
の一部が、膨張タービン18に導かれて断熱膨張される
ことにより寒冷となり、この寒冷により冷凍用熱交換器
10cが冷却され、更に開閉弁19を介し膨張タービン
20に導いて断熱膨張させることにより寒冷を得、この
寒冷となった寒冷ヘリウムガス5aを前記容器還流流路
9の冷凍用熱交換器10e出口において容器還流ヘリウ
ムガス8に混合することにより、前記液化用流路7の液
化用ヘリウムガス5を冷凍用熱交換器10d,10c・
・・によって冷却する。これによりヘリウム液化冷凍機
1を循環する液化用ヘリウムガス5及び被冷却体13が
前記80のKより更に低い温度に冷却されるようにな
る。 【0012】この時、被冷却体13からの被冷却体還流
ヘリウムガス14の温度が80Kより低くなったら、被
冷却体還流流路15の切替開閉弁16を閉じ、各熱交換
器2,10a〜10f入口の容器還流ヘリウムガス8の
温度が前記被冷却体還流ヘリウムガス14と略同一温度
となっている位置の容器還流流路9に接続されている分
岐流路22の開閉弁23を開けて、被冷却体還流ヘリウ
ムガス14を容器還流ヘリウムガス8に合流させること
により、被冷却体還流ヘリウムガス14のもっている冷
熱を有効に利用するようにしている。 【0013】冷却が更に進行すると、被冷却体還流ヘリ
ウムガス14の温度も次第に低くなるので、開閉弁23
の開閉を順次切替えて行い、被冷却体還流ヘリウムガス
14の容器還流流路9へ合流させる位置を変えて行く。
液化用ヘリウムガス5は、4.4K付近で液化してヘリ
ウム容器6に貯留され、以後液体となった冷却用ヘリウ
ム11が被冷却体13に供給されて超電導コイル等が
4.4Kの超低温に冷却されるようになる。 【0014】 【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来のヘ
リウム液化冷凍装置においては、ヘリウム圧縮機4を保
護するため、起動初期における303K〜80Kまでの
被冷却体13からの被冷却体還流ヘリウムガス14、及
びヘリウム液化冷凍機1からの容器還流ヘリウムガス8
を、加温器24によって一端常温まで温めてそれをヘリ
ウム圧縮機4に導いて圧縮し、圧縮した常温の(或いは
それより高い)液化用ヘリウムガス5を、液化窒素冷却
装置3からの液体窒素25により再び80Kまで冷却す
るようにしているために、冷却に使用される液体窒素2
5の量が増大されることになると共に、冷却に要する時
間が長くなり、また、加温器24に水或いは空気等の加
温媒体26を供給するための装置及びそのための運転動
力が必要となる等の問題がある。 【0015】本発明は、上記実情に鑑みてなしたもの
で、従来における加温器の設置を省略し、ヘリウム圧縮
機に還流する還流ヘリウムガスの80K〜303K付近
の冷熱を液化用ヘリウムガスの冷却に有効に活用するよ
うにしたヘリウム液化冷凍装置を提供することを目的と
する。 【0016】 【課題を解決するための手段】本発明は、ヘリウム液化
冷凍機と該ヘリウム液化冷凍機の外部に設置されるヘリ
ウム圧縮機及び液化窒素冷却装置とを備え、前記ヘリウ
ム液化冷凍機が、前記ヘリウム圧縮機にて圧縮され圧縮
機出口流路より供給される液化用ヘリウムガスを、液化
窒素冷却装置に接続された液化窒素ヘリウム熱交換器
と、多段の冷凍用熱交換器を介してヘリウム容器に供給
する液化用流路と、前記ヘリウム容器からの容器還流ヘ
リウムガスを、前記冷凍用熱交換器、及び液化窒素ヘリ
ウム熱交換器を介して前記ヘリウム圧縮機の圧縮機入口
流路に還流する容器還流流路と、液化用ヘリウムガスの
一部を取り出し膨張タービンを介して前記液化用ヘリウ
ムガスの取出し点よりヘリウム容器に近い位置にて容器
還流ヘリウムガスに混合する寒冷用流路とを備えてお
、前記ヘリウム容器からの冷却用ヘリウムにより被冷
却体を冷却した後の被冷却体還流ヘリウムガスを導く被
冷却体還流流路を、切替開閉弁を介して前記容器還流流
路と共に圧縮機入口流路に接続し、更に、前記被冷却体
還流流路と前記容器還流流路の複数箇所との間を開閉弁
を有した分岐流路で接続しているヘリウム液化冷凍装置
であって、前記ヘリウム液化冷凍機外部の圧縮機入口流
路と圧縮機出口流路との間に、低温の容器還流ヘリウム
ガス及び被冷却体還流ヘリウムガスが常温付近まで加温
され液化用ヘリウムガスが冷却される冷熱回収用熱交換
器を備えたことを特徴とするヘリウム液化冷凍装置、に
係るものである。 【0017】 【作用】ヘリウム圧縮機により圧縮された常温付近の液
化用ヘリウムガスと、低温の容器還流ヘリウムガス及び
被冷却体還流ヘリウムガスが冷熱回収用熱交換器にて熱
交換されることにより、圧縮機入口流路に導かれるヘリ
ウムガスが常温付近まで温められ、圧縮機出口流路から
の液化用ヘリウムガスが低温に冷却されて、冷熱が回収
される。 【0018】 【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明
する。 【0019】図1は前記図2に示したヘリウム液化冷凍
装置に適用した本発明の一例を示すもので、図2と同様
のヘリウム液化冷凍機1の容器還流流路9からの容器還
流ヘリウムガス8、及び、被冷却体13の冷却に使用さ
れた被冷却体還流流路15からの被冷却体還流ヘリウム
ガス14をヘリウム圧縮機4に導くための圧縮機入口流
路4Bと、ヘリウム圧縮機4にて圧縮した液化用ヘリウ
ムガス5をヘリウム液化冷凍機1の液化用流路7に導く
ための圧縮機出口流路4Aとの間に、前記還流ヘリウム
ガス8,14と液化用ヘリウムガス5とを高効率で熱交
換するようにした冷熱回収用熱交換器27を設ける。 【0020】冷熱回収用熱交換器27は、例えばプレー
トフィン型を有した伝熱面積の大きなものとして、前記
還流ヘリウムガス8,14と液化用ヘリウムガス5とを
平行対向流で熱交換を行い、100%に近い熱交換効率
で作用するようになっている。 【0021】次に、上記実施例の作用を説明する。 【0022】ヘリウム圧縮機4にて圧縮された液化用ヘ
リウムガス5は、圧縮機出口流路4Aに備えた冷熱回収
用熱交換器27を介してヘリウム液化冷凍機1の液化用
流路7に供給され、また、ヘリウム液化冷凍機1のヘリ
ウム容器6に接続されている容器還流流路9からの容器
還流ヘリウムガス8、及び被冷却体13に接続された被
冷却体還流流路15からの被冷却体13を冷却した後の
被冷却体還流ヘリウムガス14は、圧縮機入口流路4B
に備えた冷熱回収用熱交換器27を介してヘリウム圧縮
機4に戻される。 【0023】上記冷熱回収用熱交換器27において、3
03Kから80K付近の低温の還流ヘリウムガス8,1
4は常温付近の液化用ヘリウムガス5によって常温付近
まで温められてヘリウム圧縮機4に導かれ、また、液化
用ヘリウムガス5は前記還流ヘリウムガス8,14によ
って、303Kから80K付近の低温に冷却されるよう
になり、この熱交換によってヘリウム圧縮機4の安全が
確保されると共に、還流ヘリウムガス8,14の冷熱が
液化用ヘリウムガス5の液化のために有効に利用される
ようになる。 【0024】従って、液化窒素冷却装置3による液体窒
素25の使用量が減少すると共に、液化用ヘリウムガス
5の液化までの所要時間を短縮することができる。 【0025】尚、本発明は前記実施例にのみ限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内に於い
て種々変更を加え得ることは勿論である。 【0026】 【発明の効果】前記した本発明のヘリウム液化冷凍装置
によれば、ヘリウム圧縮機の圧縮機入口流路と圧縮機出
口流路との間に、低温の還流ヘリウムガスとヘリウム圧
縮機で圧縮した常温付近の液化用ヘリウムガスとの熱交
換を行う冷熱回収用熱交換器を備えたので、低温の還流
ヘリウムガスは常温付近の液化用ヘリウムガスによって
常温付近まで温められ、また、液化用ヘリウムガスは前
記還流ヘリウムガスによって、低温に冷却され、よって
ヘリウム圧縮機の安全を確保することができると共に、
還流ヘリウムガスの冷熱を液化用ヘリウムガスの液化の
ために有効に利用することができ、液化窒素冷却装置に
よる液体窒素の使用量を減少することができると共に、
液化用ヘリウムガスを液化するまでの所要時間を短縮す
ることができる、等の優れた効果を奏し得る。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a helium liquefaction refrigeration system used for cooling a cooled object such as a superconducting device with liquefied helium. 2. Description of the Related Art FIG. 2 shows an example of a conventional helium liquefaction refrigeration system of the nitrogen-helium binary refrigeration type, which is liquefied to a helium liquefaction refrigerator 1 via a liquefied nitrogen helium heat exchanger 2. A nitrogen cooling device 3 is connected. The helium liquefaction refrigerator 1 includes a liquefaction channel 7 for guiding a liquefaction helium gas 5 from a compressor outlet channel 4A of a helium compressor 4 to a helium container (helium dewar) 6.
And a container return flow path 9 for returning the container reflux helium gas 8 from the helium container 6 to the compressor inlet flow path 4B of the helium compressor 4. The liquefaction flow path 7 and the container return flow path 9
Between the multi-stage refrigeration heat exchangers 10a, 10
b, 10c, 10d, 10e and 10f are provided, and the liquefied nitrogen helium heat exchanger 2 is provided at a position farthest from the helium container 6. The helium 11 for cooling from the helium container 6 is supplied to a cooled body 13 such as a superconducting coil of a superconducting device through a feed passage 12 to cool the cooled body 13 and to be cooled by cooling. The warmed circulating helium gas 14 to be cooled is returned to the compressor inlet flow path 4B together with the circulating vessel helium gas 8 via the cooled body circulating flow path 15 and the switching valve 16. . In FIG. 2, a part of the liquefied helium gas 5 at the outlet of the refrigerating heat exchanger 10a in the liquefaction flow path 7 is guided to an expansion turbine 18 via an on-off valve 17 to be adiabatically expanded. Cold was obtained, and the refrigeration heat exchanger 10c was cooled by the cold, and further led to the expansion turbine 20 via the on-off valve 19 and adiabatically expanded to obtain the cold. At the outlet of the refrigerating heat exchanger 10e of the container reflux channel 9, a cooling channel 21 for mixing with the container reflux helium gas 8 is provided, and the liquefaction helium gas 5 of the liquefaction channel 7 is cooled by the cooling. Cooling is performed by 10d, 10c,... Further, the cooling medium return flow path 15 of the cooling medium return helium gas 14 from the cooling target body 13 is connected to the inlets of the heat exchangers 2, 10 a to 10 f of the vessel return flow path 9. A branch channel 22 is provided, and an on-off valve 23 is provided in each of the branch channels 22. On the other hand, the helium compressor 4 has a problem that the impeller is damaged when a helium gas having a large mass is introduced at a low temperature. Helium gas 14
A heater 24 is provided which is heated to a normal temperature by a heating medium 26 such as water or air, so that the helium gas guided to the helium compressor 4 is heated to a temperature near normal temperature (303K). . When the helium liquefaction refrigeration apparatus is started, first, the helium compressor 4 is driven to circulate helium gas to the helium vessel 6 through the liquefaction flow path 7 and the vessel return flow path 9, and the liquefied nitrogen cooling apparatus 3 is operated. Is driven to cool the helium gas circulating through the liquefied nitrogen helium heat exchanger 2 by the liquid nitrogen 25. The switching valve 16 of the cooling element recirculation flow path 15 is opened with the on-off valve 23 of the branch flow path 22 closed.
Cooling helium 11 from helium container 6 is cooled
3, the cooled object 13 is cooled, and the cooled helium gas 14 heated by cooling is cooled by the container reflux helium gas 8 from the container reflux channel 9 of the helium liquefaction refrigerator 1.
At the same time, the helium gas is led to the heater 24 to be heated to around the room temperature, and the helium gas at the room temperature is led to the helium compressor 4. The helium gas circulating in the helium liquefaction refrigerator 1 is cooled by the liquefied nitrogen cooling device 3 from a temperature of around 303K (normal temperature) to a temperature of around 80K. Next, when the on-off valve 17 is opened, the liquefied helium gas 5 at the outlet of the freezing heat exchanger 10a of the liquefied flow path 7 is opened.
Is cooled by being adiabatically expanded by being guided to the expansion turbine 18, and the refrigeration heat exchanger 10 c is cooled by the cold, and further guided to the expansion turbine 20 via the on-off valve 19 to be adiabatically expanded. The cold helium gas 5a which has become cold is mixed with the container reflux helium gas 8 at the outlet of the refrigerating heat exchanger 10e of the container reflux channel 9 to liquefy the liquefaction channel 7. The helium gas 5 is supplied to the refrigeration heat exchangers 10d, 10c.
・ ・ Cool by As a result, the liquefied helium gas 5 and the cooled object 13 circulating in the helium liquefaction refrigerator 1 are cooled to a temperature lower than 80 K. At this time, when the temperature of the cooled helium gas 14 from the cooled body 13 becomes lower than 80 K, the switching valve 16 of the cooled body reflux channel 15 is closed, and the heat exchangers 2, 10a Open the on-off valve 23 of the branch flow path 22 connected to the vessel return flow path 9 at the position where the temperature of the vessel return helium gas 8 at the inlet of the inlet 10 to 10 f is substantially the same as the temperature of the cooled body return helium gas 14 Then, the cooled body reflux helium gas 14 is combined with the container reflux helium gas 8 so that the cold heat of the cooled body reflux helium gas 14 is effectively used. As the cooling proceeds further, the temperature of the cooled helium gas 14 to be cooled gradually decreases.
Are sequentially switched to change the position where the cooling target reflux helium gas 14 merges with the container reflux flow path 9.
The liquefied helium gas 5 is liquefied at around 4.4 K and stored in the helium container 6, and the cooling helium 11, which has become liquid thereafter, is supplied to the cooled object 13, and the superconducting coil and the like are cooled to an extremely low temperature of 4.4 K. Becomes cooled. However, in the conventional helium liquefaction refrigeration system, in order to protect the helium compressor 4, the cooled object from the cooled object 13 from 303K to 80K in the initial stage of startup. The reflux helium gas 14 and the container reflux helium gas 8 from the helium liquefaction refrigerator 1
Is heated to a normal temperature by a warming device 24 and is guided to a helium compressor 4 to be compressed. The compressed liquefied helium gas 5 at a normal temperature (or higher) is cooled by liquid nitrogen from the liquefied nitrogen cooling device 3. 25, the liquid nitrogen 2 used for cooling is again cooled to 80K.
5, the time required for cooling becomes longer, and a device for supplying a heating medium 26 such as water or air to the heater 24 and operating power for the device are required. There are problems such as becoming. The present invention has been made in view of the above circumstances, and omits the conventional installation of a heater, and converts the cold heat of the reflux helium gas refluxing to the helium compressor around 80K to 303K to the liquefaction helium gas. An object of the present invention is to provide a helium liquefaction refrigeration system that is effectively used for cooling. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a helium liquefaction.
Refrigerator and helicopter installed outside the helium liquefaction refrigerator
And a liquefied nitrogen cooling device.
Arm liquefaction refrigerator, a liquefying helium gas being compressed is supplied from the compressor outlet channel at the helium compressor, connected liquefied nitrogen helium heat exchanger liquid nitrogen cooling device
And a liquefaction channel to be supplied to the helium container via a multi-stage refrigeration heat exchanger, and a container reflux helium gas from the helium container through the refrigeration heat exchanger, and a liquefied nitrogen helium heat exchanger. And a container recirculation flow path that recirculates to the compressor inlet flow path of the helium compressor, and a part of the liquefaction helium gas is taken out and located at a position closer to the helium container than the extraction point of the liquefaction helium gas through an expansion turbine. A cooling channel for mixing with the container reflux helium gas is provided.
In addition , the cooling object return flow path for guiding the cooling target reflux helium gas after cooling the cooling target body with the cooling helium from the helium container is connected to the compressor inlet flow passage together with the container return flow path via a switching valve. A helium liquefaction refrigeration apparatus connected to a flow path, and further connected between the cooled object return flow path and a plurality of locations of the container return flow path by a branch flow path having an on-off valve; Between the compressor inlet flow path and the compressor outlet flow path outside the helium liquefaction refrigerator , the low-temperature container helium gas and the cooled helium gas to be cooled are heated to around room temperature to cool the liquefaction helium gas. The present invention relates to a helium liquefaction refrigeration apparatus comprising a cold heat recovery heat exchanger. The helium gas for liquefaction, which is compressed by the helium compressor at around room temperature, and the helium gas at low temperature and the helium gas at the low temperature of the container are heat-exchanged by the heat exchanger for cold heat recovery. The helium gas guided to the compressor inlet flow path is warmed to around room temperature, the liquefied helium gas from the compressor outlet flow path is cooled to a low temperature, and cold energy is recovered. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of the present invention applied to the helium liquefaction refrigeration apparatus shown in FIG. 2 above. The vessel reflux helium gas from the vessel reflux channel 9 of the helium liquefaction refrigerator 1 similar to FIG. 8, a compressor inlet flow path 4B for guiding the cooled body reflux helium gas 14 from the cooled body return flow path 15 used for cooling the cooled body 13 to the helium compressor 4, and a helium compressor The liquefied helium gas 5 and the liquefied helium gas 5 are introduced between a compressor outlet flow passage 4A for guiding the liquefied helium gas 5 compressed in 4 to the liquefied flow passage 7 of the helium liquefaction refrigerator 1. Is provided with a heat exchanger 27 for recovering cold heat, which exchanges heat efficiently. The cold heat recovery heat exchanger 27 is, for example, a plate fin type heat exchanger having a large heat transfer area, and performs heat exchange between the reflux helium gas 8, 14 and the liquefaction helium gas 5 in parallel counterflow. , With a heat exchange efficiency close to 100%. Next, the operation of the above embodiment will be described. The liquefied helium gas 5 compressed by the helium compressor 4 is transferred to the liquefied flow channel 7 of the helium liquefied refrigerator 1 through the cold heat recovery heat exchanger 27 provided in the compressor outlet flow channel 4A. The supplied helium gas 8 is supplied from the container return flow path 9 connected to the helium container 6 of the helium liquefaction refrigerator 1, and the cooled object return flow path 15 is connected to the cooled object 13. The cooled helium gas 14 after cooling the cooled body 13 is supplied to the compressor inlet passage 4B.
Is returned to the helium compressor 4 via the cold-heat recovery heat exchanger 27 provided for. In the cold heat recovery heat exchanger 27, 3
Reflux helium gas at low temperature around 03K to 80K 8,1
The liquefied helium gas 4 is warmed to around room temperature by the liquefied helium gas 5 near room temperature and guided to the helium compressor 4, and the liquefied helium gas 5 is cooled to a low temperature around 303K to around 80K by the reflux helium gas 8,14. As a result, the safety of the helium compressor 4 is secured by this heat exchange, and the cold heat of the reflux helium gas 8, 14 is effectively used for liquefaction of the liquefaction helium gas 5. Therefore, the amount of liquid nitrogen 25 used by the liquefied nitrogen cooling device 3 can be reduced, and the time required for liquefying the liquefied helium gas 5 can be shortened. It should be noted that the present invention is not limited only to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. According to the helium liquefaction refrigeration apparatus of the present invention described above, a low-temperature reflux helium gas and a helium compressor are provided between the compressor inlet flow passage and the compressor outlet flow passage of the helium compressor. The helium gas for cooling at a low temperature is heated to near room temperature by the helium gas for liquefaction at room temperature because it has a cold heat recovery heat exchanger that exchanges heat with the helium gas for liquefaction near room temperature compressed in step 2. The helium gas is cooled to a low temperature by the refluxing helium gas, so that the safety of the helium compressor can be ensured,
The cooling heat of the refluxing helium gas can be effectively used for the liquefaction of the liquefied helium gas, and the amount of liquid nitrogen used by the liquefied nitrogen cooling device can be reduced,
It is possible to obtain excellent effects such as shortening the time required for liquefying the liquefied helium gas.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例を示すフローチャートであ
る。 【図2】従来のヘリウム液化冷凍装置の一例を示すフロ
ーチャートである。 【符号の説明】 1 ヘリウム液化冷凍機 2 液化窒素ヘリウム熱交換器 3 液化窒素冷却装置 4 ヘリウム圧縮機 4A 圧縮機出口流路 4B 圧縮機入口流路 5 液化用ヘリウムガス 6 ヘリウム容器 7 液化用流路 8 容器還流ヘリウムガス 9 容器還流流路 10a 冷凍用熱交換器 10b 冷凍用熱交換器 10c 冷凍用熱交換器 10d 冷凍用熱交換器 10e 冷凍用熱交換器 10f 冷凍用熱交換器 11 冷却用ヘリウム 13 被冷却体 14 被冷却体還流ヘリウムガス 15 被冷却体還流流路 16 切替開閉弁 18 膨張タービン 20 膨張タービン 21 寒冷用流路 22 分岐流路 23 開閉弁 27 冷熱回収用熱交換器
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flowchart showing one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flowchart showing an example of a conventional helium liquefaction refrigeration apparatus. [Description of Signs] 1 helium liquefaction refrigerator 2 liquefied nitrogen helium heat exchanger 3 liquefied nitrogen cooling device 4 helium compressor 4A compressor outlet channel 4B compressor inlet channel 5 liquefied helium gas 6 helium container 7 liquefied flow Route 8 Container reflux helium gas 9 Container reflux channel 10a Refrigeration heat exchanger 10b Refrigeration heat exchanger 10c Refrigeration heat exchanger 10d Refrigeration heat exchanger 10e Refrigeration heat exchanger 10f Refrigeration heat exchanger 11 For cooling Helium 13 Cooled body 14 Cooled body recirculated helium gas 15 Cooled body recirculation flow path 16 Switching on-off valve 18 Expansion turbine 20 Expansion turbine 21 Cooling flow path 22 Branch flow path 23 Open / close valve 27 Cold heat recovery heat exchanger

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 ヘリウム液化冷凍機と該ヘリウム液化冷
凍機の外部に設置されるヘリウム圧縮機及び液化窒素冷
却装置とを備え、前記ヘリウム液化冷凍機が、前記ヘリ
ウム圧縮機にて圧縮され圧縮機出口流路より供給される
液化用ヘリウムガスを、液化窒素冷却装置に接続された
液化窒素ヘリウム熱交換器と、多段の冷凍用熱交換器を
介してヘリウム容器に供給する液化用流路と、前記ヘリ
ウム容器からの容器還流ヘリウムガスを、前記冷凍用熱
交換器、及び液化窒素ヘリウム熱交換器を介して前記ヘ
リウム圧縮機の圧縮機入口流路に還流する容器還流流路
と、液化用ヘリウムガスの一部を取り出し膨張タービン
を介して前記液化用ヘリウムガスの取出し点よりヘリウ
ム容器に近い位置にて容器還流ヘリウムガスに混合する
寒冷用流路とを備えており、前記ヘリウム容器からの冷
却用ヘリウムにより被冷却体を冷却した後の被冷却体還
流ヘリウムガスを導く被冷却体還流流路を、切替開閉弁
を介して前記容器還流流路と共に圧縮機入口流路に接続
し、更に、前記被冷却体還流流路と前記容器還流流路の
複数箇所との間を開閉弁を有した分岐流路で接続してい
るヘリウム液化冷凍装置であって、前記ヘリウム液化冷
凍機外部の圧縮機入口流路と圧縮機出口流路との間に、
低温の容器還流ヘリウムガス及び被冷却体還流ヘリウム
ガスが常温付近まで加温され液化用ヘリウムガスが冷却
される冷熱回収用熱交換器を備えたことを特徴とするヘ
リウム液化冷凍装置。
(57) Claims 1. A helium liquefaction refrigerator and the helium liquefaction cooler
Helium compressor and liquid nitrogen cooling installed outside the freezer
Helium liquefaction refrigerator, wherein the helium liquefaction refrigerator converts the liquefied helium gas compressed by the helium compressor and supplied from a compressor outlet flow path to a liquefied nitrogen cooling device. and nitrogen helium heat exchanger, and flow liquefied is supplied to the helium vessel path through the refrigeration heat exchanger of the multi-stage, the container reflux helium gas from the helium vessel, the heat exchanger for the freezing, and liquid nitrogen helium A helium container from a point where the helium gas is taken out from a point where the liquefied helium gas is taken out through an expansion turbine by extracting a part of the liquefied helium gas through a heat exchanger and a part of a liquefied helium gas taken out from the helium compressor through a heat exchanger; position and a cold flow path to be mixed into a container reflux helium gas at near, object to be cooled reflux after cooling the object to be cooled by the cooling helium from the helium vessel Heriumuga Is connected to the compressor inlet flow path together with the container return flow path via a switching valve, and further, the cooled object return flow path and a plurality of locations of the container return flow path a helium liquefying refrigerating apparatus are connected by the branch flow path having a closing valve between said helium liquefier cold
Between the compressor inlet channel and the compressor outlet channel outside the chiller ,
A helium liquefaction refrigeration apparatus comprising a cold heat recovery heat exchanger that cools a liquefied helium gas by heating a low-temperature container reflux helium gas and a cooled object reflux helium gas to around room temperature.
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