JP3113992B2 - Helium liquefaction refrigeration equipment - Google Patents
Helium liquefaction refrigeration equipmentInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ヘリウム液化冷凍装置
に関し、詳しくは、系内の圧力が異常に上昇したとき
に、系内のヘリウムを回収する系統を有するヘリウム液
化冷凍装置に関する。The present invention relates to a helium liquefaction refrigeration system, and more particularly to a helium liquefaction refrigeration system having a system for recovering helium in a system when the pressure in the system abnormally increases.
【0002】[0002]
【従来の技術】超伝導マグネット等の被冷却体を4.5
Kのような極低温に冷却するための手段として、従来か
ら液体ヘリウムを発生させるヘリウム液化冷凍装置が用
いられている。このヘリウム液化冷凍装置は、一般に、
図5乃至図8に示すように、循環圧縮機1,複数の熱交
換器を組合わせた熱交換器群2,該熱交換器群2で冷却
されたヘリウムガスを膨張降温させるJT弁3,該JT
弁3での膨張により生じた液化ヘリウムで被冷却体Mを
冷却する冷却部(クライオスタット)4等を備えた循環
系統により構成されている。なお、上記熱交換器群2に
は、ヘリウムガス冷却用の寒冷を発生するための膨張タ
ービンや圧縮機が必要に応じて配設されている。2. Description of the Related Art A member to be cooled such as a superconducting magnet is 4.5.
As a means for cooling to extremely low temperature such as K, a helium liquefaction refrigeration apparatus for generating liquid helium has been conventionally used. This helium liquefaction refrigeration system generally has
As shown in FIGS. 5 to 8, a circulation compressor 1, a heat exchanger group in which a plurality of heat exchangers are combined, a JT valve 3 for expanding and lowering the temperature of the helium gas cooled in the heat exchanger group 2, The JT
The circulating system includes a cooling unit (cryostat) 4 for cooling the cooled object M with liquefied helium generated by expansion of the valve 3. The heat exchanger group 2 is provided with an expansion turbine or a compressor for generating cold for cooling helium gas as required.
【0003】このような系統のヘリウム液化冷凍装置に
おいては、クライオスタット4のヒートロスを小さくす
ることと、寸法の点等から、受圧部の肉厚を大きくでき
ないため、被冷却体及び液化ヘリウムを収容しているク
ライオスタット4の設計圧力を大きくすることができな
い。In such a helium liquefaction refrigeration system, since the thickness of the pressure receiving portion cannot be increased from the viewpoint of reducing the heat loss of the cryostat 4 and the dimensions, etc., the refrigerated body and the liquefied helium are accommodated. The design pressure of the cryostat 4 cannot be increased.
【0004】したがって、系内に異常、例えばマグネッ
トにクエンチが発生してクライオスタット4内の液化ヘ
リウムが多量に蒸発したときには、このガスを素早く放
出して圧力上昇を防止する必要がある。Therefore, when a large amount of liquefied helium in the cryostat 4 evaporates due to an abnormality in the system, for example, quenching of the magnet, it is necessary to quickly release this gas to prevent the pressure from rising.
【0005】このため、まず、図5に示すヘリウム液化
冷凍装置では、系内の圧力が異常に上昇したときに、系
内のヘリウムを回収して系内の圧力を下げるためのガス
バッグあるいは回収タンク(以下、回収容器という)5
を設けている。この回収容器5は、系内の圧力が所定圧
力以上に上昇したときに開弁する緊急放出弁6とヘリウ
ムを常温に加温する加温器7とを介して前記クライオス
タット4に連通しており、異常圧力発生時には、緊急放
出弁6が開いて系内のヘリウムを回収容器5内に回収す
るように構成されている。なお、回収容器5に回収した
ヘリウムは、必要に応じて精製処理を行った後、圧縮機
等を用いて前記循環系統に戻すようにしている。For this reason, first, in the helium liquefaction refrigeration apparatus shown in FIG. 5, when the pressure in the system rises abnormally, a helium in the system is recovered and a gas bag or a collection bag for lowering the pressure in the system is recovered. Tank (hereinafter referred to as collection container) 5
Is provided. The recovery container 5 communicates with the cryostat 4 via an emergency release valve 6 that opens when the pressure in the system rises above a predetermined pressure and a heater 7 that heats helium to room temperature. When an abnormal pressure occurs, the emergency release valve 6 is opened to recover helium in the system into the recovery container 5. The helium recovered in the recovery container 5 is subjected to a purification treatment as necessary, and then returned to the circulation system using a compressor or the like.
【0006】上記のような異常時に系内のヘリウムを回
収するための系統としては、上記図5に示したように、
ヘリウムを常温に加熱して回収容器に回収するものの他
に、低温状態でヘリウムを回収する構成のものも知られ
ている。As a system for recovering helium in the system at the time of the above-mentioned abnormality, as shown in FIG.
In addition to a method in which helium is heated to room temperature and collected in a collection container, a configuration in which helium is collected in a low temperature state is also known.
【0007】図6に示すヘリウム液化冷凍装置は、緊急
放出弁6を介して低温回収容器8を設けるとともに、該
低温回収容器8内を冷却するための低温ヘリウムを供給
する経路9と、低温回収容器8内を排気するための低温
排気ポンプ10を有する排気経路11とを設けたもので
ある。この装置においては、低温回収容器8内に回収さ
れたヘリウムは、低温排気ポンプ10により循環系統の
戻りライン1aに戻される。The helium liquefaction refrigeration system shown in FIG. 6 is provided with a low-temperature recovery container 8 via an emergency release valve 6, a path 9 for supplying low-temperature helium for cooling the low-temperature recovery container 8, and a low-temperature recovery An exhaust path 11 having a low-temperature exhaust pump 10 for exhausting the inside of the container 8 is provided. In this device, the helium recovered in the low-temperature recovery container 8 is returned to the return line 1a of the circulation system by the low-temperature exhaust pump 10.
【0008】また、図7に示すヘリウム液化冷凍装置で
は、低温回収容器8内に回収したヘリウムを、加温器7
で常温に戻した後、常温真空ポンプ12で、油分等を除
去した後、前記循環圧縮機1の吸入側に戻すようにして
いる。In the helium liquefaction refrigeration system shown in FIG. 7, the helium recovered in the low-temperature recovery container 8 is supplied to a heater 7.
After returning to normal temperature, the normal temperature vacuum pump 12 removes oil and the like, and then returns to the suction side of the circulating compressor 1.
【0009】さらに、図8に示すヘリウム液化冷凍装置
では、低温回収容器8内に回収したヘリウムを、前記熱
交換器群2に、循環系統の循環ヘリウム戻りライン1a
とは別に戻りライン1bを設け、熱交換器群2で寒冷を
回収した後、常温真空ポンプ12で前記循環圧縮機1の
吸入側に戻すようにしている。Further, in the helium liquefaction refrigeration system shown in FIG. 8, the helium recovered in the low-temperature recovery container 8 is transferred to the heat exchanger group 2 by a circulating helium return line 1a of a circulation system.
Separately, a return line 1b is provided so that the cold is recovered by the heat exchanger group 2 and then returned to the suction side of the circulating compressor 1 by the room temperature vacuum pump 12.
【0010】上記図6乃至図8に示した各装置は、通常
運転時は緊急放出弁6は閉、JT弁3及び前記経路9に
設けた弁9a,回収ヘリウムを戻す経路の弁13はそれ
ぞれ開で運転され、異常時には、逆に緊急放出弁6のみ
が開となってクライオスタット4内の液化ヘリウムを回
収するように構成されている。In each of the devices shown in FIGS. 6 to 8, the emergency release valve 6 is closed during normal operation, the JT valve 3 and the valve 9a provided in the path 9 and the valve 13 in the path for returning the recovered helium are respectively The operation is performed in an open state, and when an abnormality occurs, only the emergency release valve 6 is opened to recover the liquefied helium in the cryostat 4.
【0011】上記各構成によれば、異常時のクライオス
タット4の圧力上昇を防止することができ、また、ヘリ
ウムの回収も行うことができるが、前述のようにクライ
オスタットの設計圧力が低いために、回収も低圧で行う
必要がある。According to each of the above-mentioned structures, it is possible to prevent the pressure of the cryostat 4 from increasing at the time of an abnormality and to recover helium. However, as described above, since the design pressure of the cryostat is low, Recovery must also be performed at low pressure.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示した常温常圧の回収容器のように、ヘリウムを常温で
回収するものでは、非常に大きなスペースを必要とする
だけでなく、不純物混入の問題もある。However, a recovery container for recovering helium at room temperature, such as the recovery container at room temperature and normal pressure shown in FIG. 5, requires not only a very large space but also the contamination of impurities. There are also problems.
【0013】一方、図6乃至図8に示したように、低温
に維持した容器を用意しておき、常時その中を低圧(大
気圧以下)にしておけば、ヘリウムの回収は容易に行え
るが、このためには、低温排気ポンプもしくは熱交換器
を通して加温した後、常温の真空ポンプで排気するな
ど、信頼性や効率の点で問題があった。On the other hand, as shown in FIGS. 6 to 8, if a container maintained at a low temperature is prepared and the inside thereof is constantly kept at a low pressure (atmospheric pressure or less), helium can be easily recovered. However, for this purpose, there is a problem in reliability and efficiency, for example, after heating through a low-temperature exhaust pump or a heat exchanger, exhausting by a normal temperature vacuum pump.
【0014】そこで本発明は、異常時にヘリウムを回収
する容器内の減圧や、回収後のヘリウムの循環系統への
戻しを効率よく行え、かつ不純物の混入も防止できるヘ
リウム回収系統を備えたヘリウム液化冷凍装置を提供す
ることを目的としている。Accordingly, the present invention provides a helium liquefaction system having a helium recovery system capable of efficiently reducing the pressure in a vessel for recovering helium in the event of an abnormality, returning helium to the circulation system after recovery, and preventing contamination of impurities. It is intended to provide a refrigeration device.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明のヘリウム液化冷凍装置は、第1の構成と
して、循環圧縮機で圧縮される循環ヘリウムを、冷却,
膨張,液化して被冷却体を冷却するヘリウム液化冷凍装
置において、前記被冷却体の冷却部に、該冷却部内の圧
力が上昇したときに開弁する弁及び加温器を介して回収
容器を連設するとともに、前記循環ヘリウムの一部を駆
動源として、通常運転時の前記ガス容器内を減圧状態に
維持するエジェクターを設けたことを特徴としている。In order to achieve the above-mentioned object, a helium liquefaction refrigeration system according to the present invention has a first configuration in which circulating helium compressed by a circulating compressor is cooled and cooled.
In a helium liquefaction refrigeration system that expands and liquefies to cool a cooled object, a recovery container is provided to a cooling portion of the cooled object via a valve and a heater that open when the pressure in the cooling portion increases. In addition to the above, an ejector is provided that maintains the inside of the gas container in a reduced pressure state during a normal operation by using a part of the circulating helium as a driving source.
【0016】第2の構成は、上記第1の構成において、
前記循環圧縮機の吐出側に、圧縮ヘリウムガスの一部を
前記エジェクターの駆動源とするための分岐経路を設
け、エジェクター導出後のヘリウムガスを圧縮機の吸入
側に循環させる経路を設けるとともに、前記回収容器内
の圧力に応じて前記エジェクターの駆動源となる圧縮ヘ
リウムガスの分岐量を調節する流量調節弁を設けたこと
を特徴としている。The second configuration is the same as the first configuration,
On the discharge side of the circulating compressor, a branch path for providing a part of the compressed helium gas as a drive source of the ejector is provided, and a path for circulating the helium gas after ejecting the ejector to the suction side of the compressor is provided. A flow control valve for adjusting a branch amount of the compressed helium gas serving as a drive source of the ejector in accordance with a pressure in the collection container is provided.
【0017】また、第3の構成は、前記被冷却体の冷却
部に、該冷却部内の圧力が上昇したときに開弁する弁を
介して低温ヘリウム回収容器を連設するとともに、前記
冷却部内の圧力が上昇したときに閉弁する弁を介して、
前記循環ヘリウムを駆動源として前記低温ヘリウム回収
容器内を減圧するエジェクターと、前記液化したヘリウ
ムの一部を前記低温ヘリウム回収容器内に供給する経路
とを設けたことを特徴としている。[0017] In a third configuration, a low-temperature helium recovery container is connected to the cooling part of the cooled object via a valve that opens when the pressure in the cooling part rises, and the cooling part is provided inside the cooling part. Through a valve that closes when the pressure of
An ejector for depressurizing the inside of the low-temperature helium recovery container using the circulating helium as a drive source and a path for supplying a part of the liquefied helium into the low-temperature helium recovery container are provided.
【0018】さらに、第4の構成は、冷却後のヘリウム
を臨界圧力以上となるように膨張させる膨張タービン
と、膨張後のヘリウムを液化ヘリウム容器内の液化ヘリ
ウムによりさらに冷却して被冷却体の冷却部に供給する
経路と、前記膨張後のヘリウムの一部を前記冷却部内の
圧力が上昇したときに開弁する弁を介して前記液化ヘリ
ウム容器内に供給する経路と、前記被冷却体の冷却部を
導出したヘリウムを冷却部内の圧力が上昇したときに閉
弁する弁を介してエジェクターで膨張させて前記液化ヘ
リウム容器内に供給する経路と、前記冷却部内の圧力が
上昇したときに開弁する弁を介して冷却部に連設するヘ
リウム回収容器と、前記冷却部内の圧力が上昇したとき
に閉弁する弁を介して前記液化ヘリウム容器内の液化ヘ
リウムの一部を前記ヘリウム回収容器内に供給する経路
と、前記冷却部内の圧力が上昇したときに閉弁する弁を
介して前記ヘリウム回収容器内と前記エジェクターの吸
入側とを接続する経路とを設けたことを特徴としてい
る。Further, in a fourth configuration, an expansion turbine for expanding helium after cooling so as to have a critical pressure or more, and helium after expansion is further cooled by liquefied helium in a liquefied helium container to form a cooled object. A path for supplying to the cooling unit, a path for supplying a part of the expanded helium into the liquefied helium container via a valve that opens when the pressure in the cooling unit increases, and A path for expanding helium derived from the cooling unit with an ejector via a valve that closes when the pressure in the cooling unit rises and supplying the helium to the liquefied helium container, and opening when the pressure in the cooling unit increases. A helium recovery container connected to the cooling unit via a valve that opens, and a part of the liquefied helium in the liquefied helium container through a valve that closes when the pressure in the cooling unit increases. A path for supplying the helium recovery container and a path for connecting the inside of the helium recovery container and the suction side of the ejector via a valve that closes when the pressure in the cooling unit increases. And
【0019】[0019]
【作 用】上記構成によれば、ヘリウムを回収する容器
内の減圧をエジェクターで行うので、不純物混入のおそ
れがなく、信頼性も高い。また、エジェクターの駆動源
として循環ヘリウムを用いているため、消費エネルギー
も低減でき、特に低温部にエジェクターを設けたもので
は、従来JT弁での膨張で無駄に消費されていた膨張エ
ネルギーを、回収容器内を減圧するエネルギー及び回収
したヘリウムを循環系統に戻すためのエネルギーとして
有効に利用することができる。[Operation] According to the above configuration, since the pressure in the vessel for recovering helium is reduced by the ejector, there is no possibility of contamination of impurities and the reliability is high. In addition, since circulating helium is used as the drive source of the ejector, energy consumption can be reduced. Especially in the case of an ejector provided in a low-temperature part, the expansion energy that has been wasted by the expansion using the JT valve is recovered. It can be effectively used as energy for reducing the pressure in the container and energy for returning the recovered helium to the circulation system.
【0020】[0020]
【実施例】以下、本発明を、図面に示す実施例に基づい
て、さらに詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in more detail with reference to the embodiments shown in the drawings.
【0021】まず、図1は本発明の第1実施例を示すも
ので、異常時に常温でヘリウムを回収する構成のもので
ある。本実施例に示すヘリウム液化冷凍装置も、前記各
従来例に示したものと同様に、循環圧縮機1,熱交換器
群2,JT弁3,被冷却体Mを収納するクライオスタッ
ト4等を備えた循環系統を有しており、循環圧縮機1で
高圧に圧縮したヘリウムガスを、熱交換器群2で戻りガ
スと熱交換させて冷却し、JT弁3でJT膨張させてク
ライオスタット4内にフラッシュさせ、液化ヘリウムを
発生するものである。FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, in which helium is recovered at normal temperature when an abnormality occurs. The helium liquefaction refrigeration apparatus shown in this embodiment is also provided with a circulating compressor 1, a heat exchanger group 2, a JT valve 3, a cryostat 4 for accommodating a cooled object M, and the like, similarly to those shown in the above-described conventional examples. Helium gas compressed to high pressure by the circulation compressor 1 is cooled by exchanging heat with the return gas in the heat exchanger group 2, expanded by the JT valve 3 and expanded into the cryostat 4. It flashes to generate liquefied helium.
【0022】被冷却体Mを冷却して蒸発したクライオス
タット4内のヘリウムガスは、低温の戻りガスとして戻
りライン1aに導出され、熱交換器群2を通って前記圧
縮されたヘリウムガスを冷却して常温になった後、前記
循環圧縮機1に吸入されて再び圧縮され,前記経路を循
環する。The helium gas in the cryostat 4 which has cooled and evaporated the cooled object M is led out to the return line 1a as a low-temperature return gas, passes through the heat exchanger group 2, and cools the compressed helium gas. After the temperature reaches room temperature, it is sucked into the circulating compressor 1 and compressed again to circulate through the path.
【0023】異常時にヘリウムを回収する系統は、前記
図5に示した装置と同様の緊急放出弁6及び加温器7を
介してクライオスタット4に連通するヘリウム回収容器
21と、前記循環圧縮機1で圧縮された高圧のヘリウム
ガスを駆動源として前記ヘリウム回収容器21内のガス
を吸引し、該回収容器21内を減圧するためのエジェク
ター22と、前記高圧ヘリウムガスの流量を調節して前
記エジェクター22の能力を調節するための流量調節弁
23及び該流量調節弁23の開度を調節するための圧力
指示調節計(PIC)24と、クライオスタット4の圧
力が上昇してヘリウムを回収するときに、前記緊急放出
弁6を開くとともに、前記流量調節弁23とエジェクタ
ー吸入側の回収弁25とを閉じる制御器26とを備えて
いる。A system for recovering helium in the event of an abnormality includes a helium recovery container 21 communicating with the cryostat 4 through an emergency release valve 6 and a heater 7 similar to the apparatus shown in FIG. The ejector 22 for sucking the gas in the helium recovery container 21 by using the high-pressure helium gas compressed in the drive source as a driving source and depressurizing the inside of the recovery container 21, and adjusting the flow rate of the high-pressure helium gas to the ejector And a pressure indicating controller (PIC) 24 for adjusting the opening degree of the flow control valve 23 for adjusting the capacity of the cryostat 4 and recovering the helium by increasing the pressure of the cryostat 4. And a controller 26 that opens the emergency release valve 6 and closes the flow control valve 23 and the recovery valve 25 on the ejector suction side.
【0024】上記回収容器21は、前述の回収容器がガ
スバッグ等の場合とは異なり、該容器内を大気圧以下、
例えば0.4atmにしておくことができる真空容器で
あり、十分な密閉性を有するものである。The collection container 21 is different from the case where the above-mentioned collection container is a gas bag or the like.
For example, it is a vacuum container that can be kept at 0.4 atm, and has a sufficient hermeticity.
【0025】通常運転時には、前記緊急放出弁6が閉、
前記回収弁25が開であり、前記流量調節弁23は、前
記PIC24により適当な開度に調節され、回収容器2
1内が所定の減圧状態に保持されている。During normal operation, the emergency release valve 6 is closed,
The recovery valve 25 is open, the flow control valve 23 is adjusted to an appropriate opening by the PIC 24, and the recovery container 2
1 is maintained at a predetermined reduced pressure state.
【0026】クエンチが発生してクライオスタット4内
の圧力が上昇した場合には、制御器26が作動して前記
緊急放出弁6を開くとともに、前記流量調節弁23とエ
ジェクター吸入側の回収弁25とを閉じる。When the quench occurs and the pressure in the cryostat 4 rises, the controller 26 operates to open the emergency release valve 6, and the flow control valve 23 and the recovery valve 25 on the ejector suction side are opened. Close.
【0027】これにより、クライオスタット4内のヘリ
ウムガスは、緊急放出弁6及び加温器7を介して回収容
器21内に放出され、クライオスタット4内が所定圧力
以上に上昇するのが防止される。Thus, the helium gas in the cryostat 4 is discharged into the recovery container 21 via the emergency discharge valve 6 and the heater 7, and the inside of the cryostat 4 is prevented from rising above a predetermined pressure.
【0028】このとき、回収圧力が1.8atmであ
り、前記回収容器5内の回収前の圧力が1.2atm、
本実施例における回収容器21内の圧力が0.4atm
とし、回収に必要な容積をそれぞれV5 ,V21とすれ
ば、両者の容積比は、(1.8−1.2)V5 =(1.
8−0.4)V21から、約1:0.43となり、回収容
器21の容積は回収容器5の容積の約43%で済むこと
にになる。At this time, the collection pressure is 1.8 atm, the pressure in the collection container 5 before collection is 1.2 atm,
In this embodiment, the pressure in the collection container 21 is 0.4 atm.
And then, if the volume required for the recovery and V 5, V 21 respectively, both the volume ratio of, (1.8-1.2) V 5 = ( 1.
From 8-0.4) V 21, about 1: 0.43, the volume of the collection container 21 will be requires only about 43% of the volume of the collection container 5.
【0029】また、回収容器21が密閉性を有する真空
容器であること、該容器21内を減圧するために循環ヘ
リウムの一部を駆動源とするエジェクター22を用いた
ことにより、回収したヘリウム内に不純物が混入するお
それがほとんどなく、さらに回収容器21内の減圧及び
回収ヘリウムの戻しに真空ポンプ等を用いないため、信
頼性も高い。Further, the recovery container 21 is a vacuum container having a hermeticity, and the ejector 22 using a part of the circulating helium as a driving source for reducing the pressure in the container 21 is used. There is almost no risk of impurities being mixed into the container, and since a vacuum pump or the like is not used for reducing the pressure in the recovery container 21 and returning the recovered helium, the reliability is high.
【0030】図2は、本発明の第2実施例を示すもの
で、前記図6乃至図8と同様に低温で液化状態のヘリウ
ムを回収するものである。FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, in which helium in a liquefied state at a low temperature is recovered similarly to FIGS. 6 to 8 described above.
【0031】本実施例装置は、前記同様に、クライオス
タット4と低温断熱構造のタンクである低温ヘリウム回
収容器31とを緊急放出弁6を介して接続するととも
に、冷却した高圧のヘリウムガスを膨張させる手段を、
前記JT弁に代えてエジェクター32としたものであ
る。As described above, the apparatus of this embodiment connects the cryostat 4 and the low-temperature helium recovery container 31, which is a tank having a low-temperature insulation structure, via the emergency discharge valve 6, and expands the cooled high-pressure helium gas. Means
An ejector 32 is used instead of the JT valve.
【0032】上記低温ヘリウム回収容器31には、該容
器31を低温に保つためにクライオスタット4内の液化
ヘリウムの一部を供給する経路33と、低温ヘリウム回
収容器31内とエジェクター32の吸引側とを接続する
経路34とが設けられ、前記両経路33,34には、そ
れぞれクライオスタット4内の圧力が上昇したときに閉
弁する弁35,36が設けられている。なお、経路33
に設けられた弁35は、低温ヘリウム回収容器31への
液化ヘリウム供給量を調節する流量調節弁であり、低温
ヘリウム回収容器31に設けられた液面指示調節計(L
IC)37により、その開度が制御されている。The low-temperature helium recovery container 31 has a path 33 for supplying a part of the liquefied helium in the cryostat 4 to keep the container 31 at a low temperature, a low-pressure helium recovery container 31 and a suction side of the ejector 32. Are provided, and valves 35 and 36 are provided in the two paths 33 and 34, respectively, to close when the pressure in the cryostat 4 increases. The route 33
Is a flow control valve for adjusting the supply amount of liquefied helium to the low-temperature helium recovery container 31, and a liquid level indicating controller (L) provided for the low-temperature helium recovery container 31.
The opening is controlled by the IC) 37.
【0033】また、上記弁36及び緊急放出弁6は、制
御器38により開閉制御され、クライオスタット4内の
圧力が上昇すると、弁36及びエジェクター32上流の
弁39が閉じられ、緊急放出弁6が開かれるとともに、
弁35が閉じる。The opening and closing of the valve 36 and the emergency release valve 6 are controlled by a controller 38. When the pressure in the cryostat 4 increases, the valve 36 and the valve 39 upstream of the ejector 32 are closed, and the emergency release valve 6 is opened. Being opened,
Valve 35 closes.
【0034】前記低温ヘリウム回収容器31は、クライ
オスタット4と略同じ容積の断熱真空容器であり、異常
時に、クライオスタット4内の液化ヘリウムを略全量回
収することができるように設定されている。The low-temperature helium recovery container 31 is an adiabatic vacuum container having substantially the same volume as the cryostat 4, and is set so that almost all liquefied helium in the cryostat 4 can be recovered in the event of an abnormality.
【0035】通常運転時は、クライオスタット4から、
液化ヘリウムの一部が経路33を介して低温ヘリウム回
収容器31内に供給され、該容器31内で気化したヘリ
ウムガスは、経路34を通ってエジェクター32に吸引
され、クライオスタット4内に戻される。クライオスタ
ット4内のヘリウムガスは、前記同様に戻りライン1a
を通って循環圧縮機1に循環する。During normal operation, the cryostat 4
A part of the liquefied helium is supplied into the low-temperature helium recovery container 31 via the path 33, and the helium gas vaporized in the container 31 is sucked by the ejector 32 through the path 34 and returned to the cryostat 4. Helium gas in the cryostat 4 returns to the return line 1a as described above.
And circulates to the circulation compressor 1.
【0036】このように、低温ヘリウム回収容器31を
冷却するための液化ヘリウムの供給及び該容器31内を
減圧するためのエネルギーを、循環ヘリウムを駆動源と
するエジェクター32での高圧ヘリウムガスの膨張エネ
ルギーで得ることにより、従来のような機械的な真空ポ
ンプを必要とせず、信頼性や効率が向上する。また、エ
ジェクター32を駆動する高圧ガスとして、プロセスガ
スそのものを使用しているので、低温ヘリウム回収容器
31内の圧力、即ち排気圧力を制御する必要もない。As described above, the supply of liquefied helium for cooling the low-temperature helium recovery vessel 31 and the energy for decompressing the inside of the vessel 31 are performed by expanding the high-pressure helium gas in the ejector 32 driven by circulating helium. By obtaining with energy, reliability and efficiency are improved without the need for a conventional mechanical vacuum pump. Further, since the process gas itself is used as the high-pressure gas for driving the ejector 32, there is no need to control the pressure in the low-temperature helium recovery container 31, that is, the exhaust pressure.
【0037】さらに、低温ヘリウム回収容器31内に回
収された低温ヘリウムは、装置の運転再開とともにエジ
ェクター32に吸引されて循環系統に戻されるので、圧
縮機が不要であり、不純物が混入するおそれもない。Further, the low-temperature helium recovered in the low-temperature helium recovery container 31 is sucked by the ejector 32 and returned to the circulation system when the operation of the apparatus is restarted, so that a compressor is unnecessary and impurities may be mixed. Absent.
【0038】なお、低温ヘリウム回収容器31内への液
化ヘリウムの供給は、エジェクター32上流側の低温高
圧ヘリウムガスの一部を分岐し、JT弁で膨張させて容
器31内にフラッシュさせるようにしてもよく、クライ
オスタット4と並列に設けた液化ヘリウム貯槽から供給
するようにしてもよい。また、その供給量は、容器31
内の液面に代えて温度で制御することもできる。The supply of liquefied helium into the low-temperature helium recovery container 31 is performed by branching a part of the low-temperature high-pressure helium gas on the upstream side of the ejector 32, expanding the gas with a JT valve, and flushing the gas into the container 31. Alternatively, the liquid may be supplied from a liquefied helium storage tank provided in parallel with the cryostat 4. In addition, the supply amount is
It can be controlled by temperature instead of the liquid level inside.
【0039】図3は、本発明の第3実施例を示すもの
で、超臨界膨張タービンを使用したプロセスに本発明を
適用したものである。FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention, in which the present invention is applied to a process using a supercritical expansion turbine.
【0040】本実施例装置は、循環圧縮機1で高圧に圧
縮したヘリウムガスを熱交換器群2で冷却し、膨張ター
ビン41で膨張させた後、液化ヘリウム容器42内に設
けられた浸漬熱交換器43でさらに冷却し、得られた超
低温ヘリウムを冷却コイル44に供給して被冷却物を冷
却するものである。In the present embodiment, the helium gas compressed to a high pressure by the circulating compressor 1 is cooled by the heat exchanger group 2 and expanded by the expansion turbine 41, and then the immersion heat provided in the liquefied helium container 42. The supercooled helium obtained is further cooled by the exchanger 43 and supplied to the cooling coil 44 to cool the object to be cooled.
【0041】冷却コイル44を導出したヘリウムガス
は、エジェクター45で膨張した後、前記液化ヘリウム
容器42内にフラッシュして一部が液化する。この液化
ヘリウム容器42内のヘリウムガスは、前記同様に戻り
ライン1aを通って循環圧縮機1に循環する。The helium gas led out of the cooling coil 44 is expanded in the ejector 45 and then flashed in the liquefied helium container 42 to partially liquefy. The helium gas in the liquefied helium container 42 is circulated to the circulating compressor 1 through the return line 1a as described above.
【0042】異常時のヘリウム回収用の系統は、前記同
様の緊急放出弁6を介して前記冷却コイル44に連通す
るヘリウム回収容器46と、該容器46を冷却するため
の液化ヘリウムを液化ヘリウム容器42から供給する系
統47と、ヘリウム回収容器46内とエジェクター45
の吸引側とを接続する経路48とが設けられている。ま
た、前記両経路47,48には、それぞれ系内の圧力が
上昇したときに閉弁する弁49,50が設けられてい
る。A system for recovering helium in the event of an abnormality includes a helium recovery container 46 communicating with the cooling coil 44 via the emergency release valve 6 similar to the above, and a liquefied helium container for cooling liquefied helium for cooling the container 46. A system 47 supplied from the helium recovery container 46 and an ejector 45
And a path 48 for connecting the suction side to the suction side. The two paths 47 and 48 are provided with valves 49 and 50, respectively, which close when the pressure in the system increases.
【0043】また、前記膨張タービン41出口側の経路
には、異常発生時のヘリウムの流れを切り換えるための
切換弁51,52と,両弁の切り換えを制御するための
圧力指示調節計(PIC)53とが設けられている。さ
らに、膨張タービン41の入口側とエジェクター45の
駆動ガス導入側には、それぞれ流量調節弁54,55が
設けられている。In the path on the outlet side of the expansion turbine 41, switching valves 51 and 52 for switching the flow of helium when an abnormality occurs, and a pressure indicating controller (PIC) for controlling the switching between the two valves. 53 are provided. Further, flow control valves 54 and 55 are provided on the inlet side of the expansion turbine 41 and the drive gas introduction side of the ejector 45, respectively.
【0044】通常運転時は、前記緊急放出弁6が全閉、
前記切換弁52が僅かに開である以外は、他の弁を適度
な開度に開いてヘリウムを循環させ、冷却コイル44で
被冷却物を冷却する。During normal operation, the emergency release valve 6 is fully closed,
Except for the switching valve 52 being slightly opened, the other valves are opened to an appropriate opening degree to circulate helium, and the object to be cooled is cooled by the cooling coil 44.
【0045】異常が発生して系内の圧力が上昇したとき
は、緊急放出弁6と切換弁52とが開くとともに他の弁
が閉じられ、冷却コイル44へのヘリウムの供給が止め
られ、同時に冷却コイル44部分のヘリウムがヘリウム
回収容器46内に回収される。When an abnormality occurs and the pressure in the system rises, the emergency discharge valve 6 and the switching valve 52 are opened and the other valves are closed, and the supply of helium to the cooling coil 44 is stopped. Helium in the cooling coil 44 is collected in the helium collection container 46.
【0046】また、前記切換弁51,52を切り換える
ことにより、異常発生時でも膨張タービン41の運転は
安定して行え、さらに、バイパス側の切換弁52を、通
常時でも僅かに開いておくことにより、上記切り換えを
円滑に行うことができる。Further, by switching the switching valves 51 and 52, the operation of the expansion turbine 41 can be stably performed even when an abnormality occurs, and the switching valve 52 on the bypass side is slightly opened even in normal times. Thereby, the switching can be performed smoothly.
【0047】このように、低温部にエジェクター45を
設置してヘリウム回収容器46内を排気する場合、駆動
用の高圧ガスの流量がエジェクター45にとって多過ぎ
ることがあるが、この場合には、エジェクター45と流
量調節弁55とをバイパスするバイパス弁56を設置し
て流量を調節するようにすればよい。As described above, when the ejector 45 is installed in the low temperature part and the inside of the helium recovery container 46 is evacuated, the flow rate of the driving high-pressure gas may be too large for the ejector 45. What is necessary is just to install the bypass valve 56 which bypasses 45 and the flow control valve 55, and to adjust a flow.
【0048】なお、複数の被冷却体を冷却するため、複
数の冷却コイルを設置した場合は、それぞれに緊急放出
弁6を介して一つのヘリウム回収容器46に接続し、ヘ
リウム回収容器46を共用することも可能である。When a plurality of cooling coils are installed to cool a plurality of objects to be cooled, each of the coils is connected to one helium recovery container 46 via the emergency release valve 6, and the helium recovery container 46 is shared. It is also possible.
【0049】図4は、上記実施例の変形例を示すもの
で、ヘリウム回収容器46に液化ヘリウムを供給する経
路47を、緊急放出弁6の直後に接続したものである。
なお、前記図4と同一要素のものには同一符号を付し
て、その詳細な説明は省略する。FIG. 4 shows a modification of the above embodiment, in which a path 47 for supplying liquefied helium to a helium recovery container 46 is connected immediately after the emergency release valve 6.
The same elements as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0050】このように形成することにより、緊急放出
弁6以下の放出ラインも予冷しておくことができるの
で、回収するヘリウムを、より低温状態にすることがで
き、効果的である。なお、この構成は、前記図2におけ
る経路33にも同様に適用することができる。With such a configuration, the discharge line below the emergency release valve 6 can be pre-cooled, so that the helium to be recovered can be cooled to a lower temperature, which is effective. This configuration can be similarly applied to the path 33 in FIG.
【0051】なお、本発明は、様々な構成のヘリウム液
化冷凍装置に適用することが可能であり、冷凍装置本体
部の構成は適宜な構成とすることができる。The present invention can be applied to various types of helium liquefaction refrigeration apparatuses, and the configuration of the refrigeration apparatus main body can be an appropriate configuration.
【0052】[0052]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のヘリウム
液化冷凍装置は、エジェクターを用いて回収容器内を減
圧状態にするので、ヘリウムを回収するために必要な容
器の容積を小さくできるだけでなく、エジェクターは、
機械的稼働部が無いため、保守が不要であり、不純物の
発生もなく、信頼性を大幅に向上できる。As described above, in the helium liquefaction refrigeration system of the present invention, since the inside of the recovery container is depressurized by using the ejector, the volume of the container required for recovering helium can be reduced. , The ejector,
Since there is no mechanical operation part, maintenance is unnecessary, no impurities are generated, and reliability can be greatly improved.
【0053】また、循環圧縮機の吐出ガスの一部をエジ
ェクターの駆動ガスとする場合に、回収容器内の圧力に
応じて駆動ガス量を調節することにより、圧縮ガスを無
駄に消費することを防止できる。Further, when a part of the discharge gas of the circulating compressor is used as the driving gas for the ejector, the amount of the driving gas is adjusted according to the pressure in the recovery container, so that the compressed gas is not consumed wastefully. Can be prevented.
【0054】さらに、従来のJT弁に代えてエジェクタ
ーを設けた場合は、今まで無駄に消費されていた膨張時
のエネルギーを、回収容器内を減圧するために使用して
いるので、効率の向上を図ることができる。Further, when an ejector is provided in place of the conventional JT valve, the energy at the time of expansion, which has been wasted until now, is used to reduce the pressure inside the recovery container, so that the efficiency is improved. Can be achieved.
【図1】 本発明の第1実施例を示す系統図である。FIG. 1 is a system diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の第2実施例を示す系統図である。FIG. 2 is a system diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図3】 本発明の第3実施例を示す系統図である。FIG. 3 is a system diagram showing a third embodiment of the present invention.
【図4】 本発明の他の実施例を示す系統図である。FIG. 4 is a system diagram showing another embodiment of the present invention.
【図5】 従来のヘリウム液化冷凍装置の系統図であ
る。FIG. 5 is a system diagram of a conventional helium liquefaction refrigeration apparatus.
【図6】 従来の他のヘリウム液化冷凍装置の系統図で
ある。FIG. 6 is a system diagram of another conventional helium liquefaction refrigeration apparatus.
【図7】 同じく他のヘリウム液化冷凍装置の系統図で
ある。FIG. 7 is a system diagram of another helium liquefaction refrigeration apparatus.
【図8】 同じく他のヘリウム液化冷凍装置の系統図で
ある。FIG. 8 is a system diagram of another helium liquefaction refrigeration apparatus.
1…循環圧縮機 1a…戻りライン 2…熱交
換器群 4…クライオスタット 6…緊急放出弁 21,4
6…ヘリウム回収容器 22,32,45…エジェクター 23…流量調節
弁 24,53…圧力指示調節計 25…回収弁
26…制御器 31…低温ヘリウム回収容器 37…液面指示調節計
41…膨張タービン 42…液化ヘリウム容器 43…浸漬熱交換器 4
4…冷却コイルDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Circulating compressor 1a ... Return line 2 ... Heat exchanger group 4 ... Cryostat 6 ... Emergency discharge valve 21,4
6 Helium recovery container 22, 32, 45 Ejector 23 Flow control valve 24, 53 Pressure indicating controller 25 Recovery valve
26 ... Controller 31 ... Low temperature helium recovery container 37 ... Liquid level indicator controller 41 ... Expansion turbine 42 ... Liquefied helium container 43 ... Immersion heat exchanger 4
4: Cooling coil
Claims (4)
を、冷却,膨張,液化して被冷却体を冷却するヘリウム
液化冷凍装置において、前記被冷却体の冷却部に、該冷
却部内の圧力が上昇したときに開弁する弁及び加温器を
介してヘリウム回収容器を連設するとともに、前記循環
ヘリウムの一部を駆動源として、通常運転時の前記ヘリ
ウム回収容器内を減圧状態に維持するエジェクターを設
けたことを特徴とするヘリウム液化冷凍装置。1. A helium liquefaction refrigeration system for cooling, expanding, and liquefying circulating helium compressed by a circulating compressor to cool an object to be cooled, wherein a pressure in the cooling unit is applied to a cooling part of the object to be cooled. A helium recovery container is connected via a valve and a heater that opens when the ascent rises, and a part of the circulating helium is used as a drive source to maintain the inside of the helium recovery container during normal operation in a reduced pressure state. A helium liquefaction refrigeration system comprising an ejector.
おいて、前記循環圧縮機の吐出側に、圧縮ヘリウムガス
の一部を前記エジェクターの駆動源とするための分岐経
路を設け、エジェクター導出後のヘリウムガスを圧縮機
の吸入側に循環させる経路を設けるとともに、前記ヘリ
ウム回収容器内の圧力に応じて前記エジェクターの駆動
源となる圧縮ヘリウムガスの分岐量を調節する流量調節
弁を設けたことを特徴とするヘリウム液化冷凍装置。2. The helium liquefaction refrigeration apparatus according to claim 1, wherein a branch path for providing a part of the compressed helium gas as a drive source of the ejector is provided on the discharge side of the circulating compressor, and the branch path is provided after the ejector is led out. A path for circulating the helium gas to the suction side of the compressor is provided, and a flow control valve for adjusting a branch amount of the compressed helium gas serving as a drive source of the ejector according to the pressure in the helium recovery container is provided. Helium liquefaction refrigeration equipment.
を、冷却,膨張,液化して被冷却体を冷却するヘリウム
液化冷凍装置において、前記被冷却体の冷却部に、該冷
却部内の圧力が上昇したときに開弁する弁を介して低温
ヘリウム回収容器を連設するとともに、前記冷却部内の
圧力が上昇したときに閉弁する弁を介して、前記循環ヘ
リウムを駆動源として前記低温ヘリウム回収容器内を減
圧するエジェクターと、前記液化したヘリウムの一部を
前記低温ヘリウム回収容器内に供給する経路とを設けた
ことを特徴とするヘリウム液化冷凍装置。3. A helium liquefaction refrigeration system that cools, cools, expands and liquefies circulating helium compressed by a circulating compressor to cool the object to be cooled. The low-temperature helium recovery container is connected via a valve that opens when the temperature rises, and the low-temperature helium recovery is performed using the circulating helium as a drive source through a valve that closes when the pressure in the cooling unit increases. A helium liquefaction refrigeration apparatus, comprising: an ejector for reducing the pressure in a vessel; and a path for supplying a part of the liquefied helium to the low-temperature helium recovery vessel.
を、冷却,膨張,液化して被冷却体を冷却するヘリウム
液化冷凍装置において、冷却後のヘリウムを臨界圧力以
上となるように膨張させる膨張タービンと、膨張後のヘ
リウムを液化ヘリウム容器内の液化ヘリウムによりさら
に冷却して被冷却体の冷却部に供給する経路と、前記膨
張後のヘリウムの一部を前記冷却部内の圧力が上昇した
ときに開弁する弁を介して前記液化ヘリウム容器内に供
給する経路と、前記被冷却体の冷却部を導出したヘリウ
ムを冷却部内の圧力が上昇したときに閉弁する弁を介し
てエジェクターで膨張させて前記液化ヘリウム容器内に
供給する経路と、前記冷却部内の圧力が上昇したときに
開弁する弁を介して冷却部に連設するヘリウム回収容器
と、前記冷却部内の圧力が上昇したときに閉弁する弁を
介して前記液化ヘリウム容器内の液化ヘリウムの一部を
前記ヘリウム回収容器内に供給する経路と、前記冷却部
内の圧力が上昇したときに閉弁する弁を介して前記ヘリ
ウム回収容器内と前記エジェクターの吸入側とを接続す
る経路とを設けたことを特徴とするヘリウム液化冷凍装
置。4. A helium liquefaction refrigeration system for cooling, expanding, and liquefying circulating helium compressed by a circulating compressor to cool an object to be cooled, in which helium after cooling is expanded so as to have a critical pressure or higher. A turbine, a path for further cooling the expanded helium by liquefied helium in the liquefied helium container and supplying the cooled helium to the cooling unit of the cooled object, and when the pressure in the cooling unit increases a part of the expanded helium in the cooling unit. A path for supplying liquefied helium into the liquefied helium container via a valve that opens to the helium that has been led out of the cooling section of the object to be cooled is expanded by an ejector via a valve that closes when the pressure in the cooling section increases. A helium collection container connected to the cooling unit via a valve that opens when the pressure in the cooling unit rises, and a pressure in the cooling unit. A path for supplying a portion of the liquefied helium in the liquefied helium container into the helium recovery container via a valve that closes when the force increases, and a valve that closes when the pressure in the cooling unit increases A helium liquefaction refrigeration apparatus, wherein a path connecting the inside of the helium recovery container and the suction side of the ejector is provided through
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP04120835A JP3113992B2 (en) | 1992-05-13 | 1992-05-13 | Helium liquefaction refrigeration equipment |
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