JPS5810667B2 - Refrigeration equipment - Google Patents
Refrigeration equipmentInfo
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- JPS5810667B2 JPS5810667B2 JP55042355A JP4235580A JPS5810667B2 JP S5810667 B2 JPS5810667 B2 JP S5810667B2 JP 55042355 A JP55042355 A JP 55042355A JP 4235580 A JP4235580 A JP 4235580A JP S5810667 B2 JPS5810667 B2 JP S5810667B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、山を冷媒とする極低温冷却装置に使用する冷
凍装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a refrigeration system used in a cryogenic cooling system that uses mountain as a refrigerant.
従来、H比を冷媒とする冷凍装置は種々提案されている
が実用上長時間(数千時間)連続運転に耐えつるものと
して満足すべきものはない。Various refrigeration systems using H-ratio as a refrigerant have been proposed in the past, but none have been found to be satisfactory in terms of their ability to withstand continuous operation for a long period of time (several thousand hours).
液1Hg温度域の極低温を効率よく発生させるためには
、少くとも液体窒素温度レベルでの熱シールドを有する
真空容器(コールドボックス)内に極低温発生装置を収
納する必要がある。In order to efficiently generate cryogenic temperatures in the liquid 1 Hg temperature range, it is necessary to house the cryogenic generator in a vacuum container (cold box) that has a heat shield at least at the liquid nitrogen temperature level.
そして、この熱シールドには液体窒素、または補助冷凍
機が使用されていた。This heat shield used liquid nitrogen or an auxiliary refrigerator.
液体窒素を用いる場合には、該窒素を開サイクルで使用
するため、上述したように数千時間という連続運転に供
するためには、ランニングコストが極めて高くなるとい
う欠点があり、又、補助冷凍機を使用する場合には、そ
の補助冷凍機のコスト並びに運転費用が高騰する他、装
置が複雑化する等の欠点を有する。When using liquid nitrogen, the nitrogen is used in an open cycle, so running costs are extremely high in order to provide continuous operation for several thousand hours as mentioned above. When using a refrigerator, there are drawbacks such as the cost of the auxiliary refrigerator and the operating cost rising, and the device becoming complicated.
そこで本発明者は、まずこの種、極低温冷却装置を数千
時間安定にかつ安価に連続運転するための熱シールド方
法を見い出すべく研究したところ、冷凍装置および液化
機への熱侵入は、それらを取り囲むコールドボックス内
部壁への外部からの固体熱伝導による熱侵入と、コール
ドボックス内部壁から輻射伝熱によって冷凍機、液化機
に伝わる熱侵入とがあり、これらの熱侵入を効果的に遮
断することが冷凍機、液化機の性能に大きな影響を与え
ることを知見した。Therefore, the present inventor first conducted research to find a heat shielding method to operate this type of cryogenic cooling equipment stably and inexpensively for several thousand hours, and found that heat intrusion into the freezing equipment and liquefaction machine There are two types of heat intrusion: heat intrusion from the outside through solid heat conduction into the internal wall of the cold box that surrounds the cold box, and heat intrusion from the inside wall of the cold box that is transmitted to the refrigerator and liquefier by radiation heat transfer.These types of heat intrusion can be effectively blocked. It has been found that the performance of refrigerators and liquefaction machines is greatly affected.
ところで、この種の極低温冷凍装置において熱侵入を遮
断するということは、熱力学的には冷凍機、液化機が自
分自身で発生した寒冷で侵入熱を外部へくみ出すことで
あり、固体熱伝導による侵入熱の外部へのくみ出しには
カルノーサイクルの原理から理解されるように下式で示
される単位熱量当りの動力(w)を要する。By the way, blocking heat intrusion in this type of cryogenic refrigeration equipment means, thermodynamically, that the refrigerator or liquefaction machine pumps out the invading heat to the outside with the cold generated by itself, and solid heat As understood from the principle of the Carnot cycle, pumping out the penetrating heat by conduction requires power (w) per unit amount of heat expressed by the following formula.
但し To:外気温度
T:シールド温度
即ち、侵入熱を遮断する際にはシールド温度が低ければ
低いほどより大きい動力を要する。However, To: outside air temperature T: shield temperature, that is, the lower the shield temperature, the more power is required to cut off the intruding heat.
一方、輻射熱は相対するその物体の温度の4乗に比例し
て増加するというステファン・ボルツマンの理論として
下式で表わされることが知られている。On the other hand, it is known that Stefan Boltzmann's theory that radiant heat increases in proportion to the fourth power of the temperature of the object facing it is expressed by the following equation.
但し
σ:輻射熱量
A:定数
T1:第1物体の表面温度(例:コールドボックスの内
部表面温度)
T2:第2物体の表面温度(例:冷凍機および液化機の
本体温度)
前式から理解されるように輻射による熱侵入の点からは
低温度であればあるほど無視できる程度に極小となる。However, σ: Radiant heat amount A: Constant T1: Surface temperature of the first object (e.g. internal surface temperature of a cold box) T2: Surface temperature of the second object (e.g. main body temperature of refrigerator and liquefier) Understand from the previous equation As can be seen from the perspective of heat intrusion due to radiation, the lower the temperature, the smaller it becomes to the point where it can be ignored.
そこで、本発明者等は上述した相反する傾向に鑑み、更
に鋭意研究した結果、第1図の片対数グラフに示す如く
、輻射熱の影響が少なくかつ所要動力が少い最適なシー
ルド温度は約80乃至100°Fであることを知見した
。Therefore, in view of the above-mentioned contradictory trends, the present inventors conducted further intensive research and found that the optimum shielding temperature, which is less affected by radiant heat and requires less power, is approximately 80°C, as shown in the semilogarithmic graph in Figure 1. It was found to be between 100°F and 100°F.
尚、第1図中縦軸は所要動力指数、横軸は絶対温度、実
線はシールド温度に対する所要動力の関係を表わし、一
点鎖線は輻射熱に対する所要動力の関係を表わす。In FIG. 1, the vertical axis represents the required power index, the horizontal axis represents the absolute temperature, the solid line represents the relationship between the required power and the shield temperature, and the one-dot chain line represents the relationship between the required power and the radiant heat.
本発明は、前記従来の欠点並びに上記知見に基いてなさ
れたもので、その目的はランニングコストを低減し、か
つ長時間連続運転可能な座を冷媒。The present invention was made based on the above-mentioned drawbacks of the conventional art and the above-mentioned knowledge, and its purpose is to reduce running costs and provide a refrigerant that can be operated continuously for a long period of time.
とする冷凍装置を提供することにある。The purpose of the present invention is to provide a refrigeration system that can
次に、本発明を一実施例である第2図にしたがって説明
する。Next, the present invention will be explained with reference to FIG. 2, which is an embodiment.
しにおいて1は冷凍装置で、ガス貯蔵タンク23から取
り出されたHrガスを圧縮機24で所定Jに1圧された
高圧Ieガスが2つの分岐流2a+2)とfす、4凍装
置1に送り込まれている。In this case, reference numeral 1 denotes a freezing device, in which Hr gas taken out from a gas storage tank 23 is compressed to a predetermined pressure by a compressor 24, and high-pressure Ie gas is fed into the freezing device 1 into two branched flows 2a+2). It is.
6仲装置1は、多段に配置した熱交換器3,4,5゜6
.7,8.9を有し、これらに前記一方の分岐流2aの
、流入流れ11と帰還流れ12とを逆方向に順次連続的
に通過させてなる。The 6-way device 1 includes heat exchangers 3, 4, and 5°6 arranged in multiple stages.
.. 7, 8.9, through which the inflow flow 11 and the return flow 12 of the one branch flow 2a are passed successively in opposite directions.
そこで、流入流れ11は、前記一方の分岐流2aで、負
荷19に至る流れであり、帰還流れ12は負荷19から
の戻りである。Therefore, the inflow flow 11 is the one branched flow 2a and is a flow that reaches the load 19, and the return flow 12 is a return from the load 19.
才だ、熱交換器3,4,10では流入流れ11の入側の
一部を分岐させ、内部精製器13、寒冷発生器である膨
張エンジン14を経て帰還流れ12の入側に合流させて
いる。In the heat exchangers 3, 4, and 10, a part of the inlet stream 11 is branched off and passed through the internal purifier 13 and the expansion engine 14, which is a cold generator, to join the inlet side of the return stream 12. There is.
なお、内部精製器13は内部に活性炭フィルタを有し、
山中のAr。Note that the internal purifier 13 has an activated carbon filter inside,
Ar in the mountains.
N2,02等の不純物(空気成分)を除去するものであ
る。This removes impurities (air components) such as N2 and 02.
流入流れ11の熱交換の最終段階にある熱交換器9はジ
ュールトムソン(以下JTと称する。The heat exchanger 9 at the final stage of heat exchange of the incoming stream 11 is a Joule-Thompson (hereinafter referred to as JT).
)熱交換器で、つづく15はJT弁であり、JT効果を
利用したものである。) In the heat exchanger, the following 15 is a JT valve, which utilizes the JT effect.
流入流れ11の中間部には、2カ所において内部精製器
13aが設けられている。In the middle of the inlet stream 11, internal purifiers 13a are provided at two locations.
さらに、前記他方の分岐流2bは熱交換器4゜10によ
り約80乃至100°Kに冷却され、熱シールド部16
を経たのち、再び熱交換器10を通り、冷凍装置1外に
設けられたガス貯蔵タンク23に送給され圧縮機24を
経て循環使用される。Further, the other branched flow 2b is cooled to approximately 80 to 100°K by the heat exchanger 4°10, and the heat shield portion 16
After passing through the heat exchanger 10 again, the gas is fed to the gas storage tank 23 provided outside the refrigeration system 1, and is circulated through the compressor 24.
熱シールド部16は、前記記載の機器全体を内部に含0
He冷凍機本体17の周囲にコイル状に配置されており
、Ie冷凍機本体を熱シールドするものである。The heat shield section 16 contains the entire device described above.
It is arranged in a coil shape around the He refrigerator main body 17, and heat shields the Ie refrigerator main body.
なお、熱交換器10,4間には、内部精製器13aが設
けられている。Note that an internal purifier 13a is provided between the heat exchangers 10 and 4.
He冷凍機本体17の外側は、さらに断熱用の真空容器
であるコールドボックス18により覆われている。The outside of the He refrigerator main body 17 is further covered with a cold box 18 which is a vacuum container for heat insulation.
したがって、流入流れ21は熱交換器3〜9を通過する
間に帰還流れ12と熱交換を行い、段階的に温度を下げ
、かつ内部精製器13により純度を上げて行く。Accordingly, the inlet stream 21 exchanges heat with the return stream 12 while passing through the heat exchangers 3 to 9, gradually decreasing the temperature and increasing the purity by the internal purifier 13.
このようにして冷却されたHrガスは、JT弁15にて
大気圧近く才で等エンタルピー膨張することにより一部
液化し、気液混合状態(ミスト)となる。The thus cooled Hr gas undergoes isenthalpic expansion at near atmospheric pressure in the JT valve 15, whereby it partially liquefies and becomes a gas-liquid mixed state (mist).
ミストとなったHrは冷凍装置1を出て、次工程の負荷
19に送られる。The mist Hr exits the refrigeration device 1 and is sent to the load 19 in the next process.
負荷19からの流れは、前記帰還流れ12となって、前
記熱交換器9〜3を通過したのち、冷凍装置1外へ送り
出される。The flow from the load 19 becomes the return flow 12, passes through the heat exchangers 9 to 3, and then is sent out of the refrigeration system 1.
この帰還流れ12は、前記冷凍装置1外へ出た分岐流2
bとともに、ガス貯蔵タンクに入り、再び循環使用に供
される。This return flow 12 is a branch flow 2 that has exited from the refrigeration device 1.
Together with b, it enters the gas storage tank and is used again for circulation.
なお、20,21は真空ポンプで、コールドボックス1
8、冷凍装置1内のHe流路を脱気する。In addition, 20 and 21 are vacuum pumps, and cold box 1
8. Degas the He channel in the refrigeration device 1.
次に、前記構成からなる冷凍装置1の作動について説明
する。Next, the operation of the refrigeration system 1 having the above configuration will be explained.
捷ず、真空ポンプ20,21によりコールドボックス1
8、Hr流路内を脱気して不純物を除去する。Cold box 1 is removed by vacuum pumps 20 and 21.
8. Deaerate the inside of the Hr channel to remove impurities.
つづいて、前工程例えば図示しないガス精製装置にて主
としてH2O2002分を除去して精製された高圧Hr
ガスを2つの分岐流2a、2bとして冷凍装置1に供給
する。Continuing, high-pressure Hr purified by mainly removing 2002 parts of H2O in a previous step, for example, a gas purification device (not shown)
Gas is supplied to the refrigeration device 1 as two branched flows 2a, 2b.
ここで、Hrガスは3000に、15〜20気圧の状態
にあるとする。Here, it is assumed that the Hr gas is at 3,000 psi and at a pressure of 15 to 20 atm.
冷凍装置1では、才ず熱交換器3,4,10により流入
流れ11および分岐流2bを約80°Kに1で冷却する
。In the refrigeration system 1, the inlet stream 11 and the branch stream 2b are cooled to approximately 80°K by means of the heat exchangers 3, 4, 10.
冷却は膨張エンジン14により冷却される帰還流れ12
との熱交換による。Cooling is provided by a return flow 12 that is cooled by an expansion engine 14.
By heat exchange with.
よって、He冷凍機本体17は、約80°Kに冷却され
た熱シールド部16により熱シールドされる。Therefore, the He refrigerator main body 17 is heat shielded by the heat shield portion 16 cooled to about 80°K.
さらに、流入流れ11については、熱交換器5〜9によ
り約5°Kに冷却する。Furthermore, inlet stream 11 is cooled to approximately 5°K by heat exchangers 5-9.
そして、JT弁15により4.4°Kに冷却し、Hrガ
スの一部を腋下させミスト状態とする。Then, the body is cooled to 4.4°K by the JT valve 15, and a portion of the Hr gas is directed down the armpit to form a mist state.
ミスト状態のHrは、冷凍装置1から送り出され、次工
程の負荷19を経由したのち帰還流れ12となり、再び
冷凍装置1に戻る。Hr in a mist state is sent out from the refrigeration device 1, passes through a load 19 in the next step, becomes a return flow 12, and returns to the refrigeration device 1 again.
その後、帰還流れ12は流入流れ11を冷却しつつ熱交
換器9〜3を通過して、前記のようにガス貯蔵タンクに
入り、繰返し循環使用される。The return stream 12 then passes through the heat exchangers 9-3 while cooling the inlet stream 11 and enters the gas storage tank as described above for repeated circulation.
なお、冷凍装置1の作動開始時においては、図中破線で
示す液体窒素(約80°K)の予冷ラインを設けてHe
冷凍機本体17を熱シールドすれば、予冷時間の短縮等
の冷却効果がさらに改善される。Note that when starting the operation of the refrigeration system 1, a pre-cooling line for liquid nitrogen (approximately 80°K) is provided as shown by the broken line in the figure.
If the refrigerator main body 17 is heat shielded, the cooling effect, such as shortening of the precooling time, will be further improved.
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、He
e凍機本機本機本体シールド要動力の少ない最適なシー
ルド温度としている他それ自体Heの循環流路の余剰能
力を利用して行っているため装置が簡単になるとともに
、Heの消耗も殆どないので、ランニングコストが低減
し、長時間連続運転に対して特に有効である。As is clear from the above explanation, according to the present invention, He
This e-freezing machine has an optimal shield temperature that requires less power for the main body shield, and utilizes the excess capacity of the He circulation flow path, which simplifies the equipment and reduces He consumption. This reduces running costs and is particularly effective for long-term continuous operation.
また、常温操作部であるバルブ類を極低温域には一切膜
けていないため、熱損失は少く、冷却性能が良好である
等の効果を有する。In addition, since the valves, which are room-temperature operating parts, are not exposed to extremely low temperatures at all, heat loss is small and cooling performance is good.
第1図はシールド温度と所要動力の関係を示す説明図で
あり、第2図は本発明に係る冷凍装置の系統図である。
1・・・・・・冷凍装置、2a、2b・・・・・・分岐
流、3・・・10・・・・・・熱交換器、11・・・・
・・流入流れ、12・・・・・・帰還流れ、13・・・
・・・内部精製器、14・・・・・・膨張エンジン、1
5・・・・・・ジュールトムソン弁、16・・・・・・
熱シールド部、17・・・・・・He冷凍機本体、18
・・・・・・コールドボックス、19・・・・・・負荷
。FIG. 1 is an explanatory diagram showing the relationship between shield temperature and required power, and FIG. 2 is a system diagram of a refrigeration system according to the present invention. 1...refrigeration device, 2a, 2b...branched flow, 3...10...heat exchanger, 11...
... Inflow flow, 12 ... Return flow, 13 ...
... Internal purifier, 14 ... Expansion engine, 1
5... Joule Thomson valve, 16...
Heat shield part, 17...He refrigerator body, 18
...Cold box, 19...Load.
Claims (1)
ンクとで閉サイクルを構成した冷凍装置であって、前記
冷凍機本体は真空断熱層により被覆されると共に、本体
内に多段に配置した熱交換器およびジュールトムソン弁
と、高圧H比ガス流路の分岐流の一方を前記熱交換器お
よびジュールトムソン弁の順に通過させて負荷に至る流
入流れを形成する一方、前記とは逆に熱交換器に通過さ
せた負荷からの帰還流れを形成した配管と、少くとも一
つ以上の前記熱交換器から出た流入流れからの一部HH
ガスを内部精製器、寒冷発生器を介して前記帰還流れに
合流される配管と、前記分岐流の他方を前記熱交換器の
一部を通過させて約80乃至1000Kに冷却して形成
した冷凍機本体の熱シールド部とを具えたことを特徴と
する冷凍装置。A refrigeration system that uses IHe as a refrigerant and constitutes a closed cycle with a compressor, a refrigerator main body, and a gas storage tank. The exchanger and the Joule-Thompson valve, and one of the branched flows of the high-pressure H-ratio gas flow path are passed through the heat exchanger and the Joule-Thompson valve in this order to form an inflow flow leading to the load, while in contrast to the above, heat exchange is performed. piping that formed the return flow from the load passed through the heat exchanger and a portion HH from the inflow flow exiting at least one or more of the heat exchangers.
The refrigeration system is formed by passing the gas through an internal purifier and a refrigeration generator to pipes that join the return flow, and passing the other branched flow through a part of the heat exchanger to cool it to about 80 to 1000 K. A refrigeration device characterized by comprising a heat shield part of the machine body.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP55042355A JPS5810667B2 (en) | 1980-03-31 | 1980-03-31 | Refrigeration equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP55042355A JPS5810667B2 (en) | 1980-03-31 | 1980-03-31 | Refrigeration equipment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS56138667A JPS56138667A (en) | 1981-10-29 |
JPS5810667B2 true JPS5810667B2 (en) | 1983-02-26 |
Family
ID=12633716
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP55042355A Expired JPS5810667B2 (en) | 1980-03-31 | 1980-03-31 | Refrigeration equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5810667B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63107721A (en) * | 1986-10-24 | 1988-05-12 | Mayekawa Mfg Co Ltd | Low-boiling gas refining and regenerating device for cryogenic liquefying refrigerator |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5146748A (en) * | 1974-10-18 | 1976-04-21 | Hitachi Ltd | HAISUISHORISOCHI |
US4055961A (en) * | 1973-08-21 | 1977-11-01 | U.S. Philips Corporation | Device for liquefying gases |
-
1980
- 1980-03-31 JP JP55042355A patent/JPS5810667B2/en not_active Expired
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4055961A (en) * | 1973-08-21 | 1977-11-01 | U.S. Philips Corporation | Device for liquefying gases |
JPS5146748A (en) * | 1974-10-18 | 1976-04-21 | Hitachi Ltd | HAISUISHORISOCHI |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS56138667A (en) | 1981-10-29 |
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