JP2887923B2 - 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】本発明はヘリウムガス液化冷凍装
置に関する。本発明の装置は、1 台の圧縮機を用いて、
2 つの冷凍負荷に対してそれぞれ液化ヘリウムを供給す
るものであり、例えば、超電動磁気浮上列車(リニアモ
−タ−カ−)に適用することができる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a helium gas liquefaction refrigerator. The apparatus of the present invention uses one compressor,
It supplies liquefied helium to each of two refrigeration loads, and can be applied to, for example, a super-electric magnetic levitation train (linear motor car).
【0002】[0002]
【従来の技術】高温高圧に圧縮したヘリウムガスを、2
つの系統のヘリウム液化冷凍装置に対して供給する場合
には、通常、2 台の圧縮機を用い、各系統に対して、そ
れぞれ独立にヘリウムガスを供給している。しかし、2
台の圧縮機の重量は非常に大きく、例えば、リニアモ−
タ−カ−に搭載する場合には、致命的な程度に大きい。2. Description of the Related Art Helium gas compressed to high temperature and pressure
When supplying helium liquefied refrigeration equipment of two systems, helium gas is usually supplied to each system independently using two compressors. But 2
The weight of the two compressors is very large.
When mounted on a marker, it is fatally large.
【0003】このため、冷凍負荷が略同一の2 系統のヘ
リウム液化冷凍装置に対して、1 台の圧縮機によってヘ
リウムガスを供給し得る方式が望まれている。かかる要
請に応えるべく、図4 、図5 に示す装置が提案されてい
る。なお、リニアモ−タ−カ−では、2 つの系統の冷凍
負荷は、それぞれ同一であるとみなすことができる。For this reason, there is a demand for a system in which helium gas can be supplied by a single compressor to two systems of helium liquefaction refrigeration systems having substantially the same refrigeration load. In order to respond to such a request, an apparatus shown in FIGS. 4 and 5 has been proposed. In the linear motor car, the refrigeration loads of the two systems can be regarded as being the same.
【0004】図4 の装置は、1 台の圧縮機20の吐出部か
ら導出される配管を2 系統に分岐させ、各系統の配管に
対して、それぞれニ−ドル弁20a,20b を介設し、該ニ−
ドル弁20a,20b を調整することにより、各系統に対する
ヘリウムガスの供給量が同一となるように制御するもの
である。[0004] In the apparatus shown in FIG. 4, pipes derived from the discharge section of one compressor 20 are branched into two systems, and needle valves 20 a and 20 b are respectively provided for the pipes of each system. ,
By adjusting the dollar valves 20a and 20b, the supply amount of helium gas to each system is controlled to be the same.
【0005】図5 の装置は、特公平2-47674 号公報に記
載されているように、圧縮機50から吐出されるヘリウム
ガスを、3 つの系統a,b,c に分岐させるとともに、系統
d から、圧縮機50へ戻す装置である。ここに、系統a
は、熱交換器61,62,63,64 からジュ−ル・トムソン弁52
a 、さらに、極低温環境部54a に至り、その後、系統d
へ戻るものであり、同様に、系統b は、熱交換器61,62,
63,64 からジュ−ル・トムソン弁52b 、さらに、極低温
環境部54b に至り、その後、系統d へ戻るものである。
また、系統c は、膨張機71,72 へ至り、その後、系統d
へ戻るものである。[0005] As shown in Japanese Patent Publication No. 2-47674, the apparatus shown in FIG. 5 branches helium gas discharged from the compressor 50 into three systems a, b, and c.
This is a device for returning from d to the compressor 50. Here, system a
From the heat exchangers 61,62,63,64
a, and then to the cryogenic environment section 54a,
Similarly, the system b includes heat exchangers 61, 62,
From 63,64, it goes to the Joule-Thomson valve 52b and further to the cryogenic environment section 54b, and thereafter returns to the system d.
Further, the system c reaches the expanders 71 and 72, and then the system d
Return to
【0006】かかる構成に於いて、図5 の装置では、膨
張機71の排出側と戻り系統d との合流点下流側の温度を
測定して、その結果に基づきコントロ−ラ81により膨張
機71の回転数を制御し、また、膨張機72の排出側と戻り
系統d との合流点下流側の温度を測定して、その結果に
基づきコントロ−ラ82により膨張機72の回転数を制御す
ることにより、ヘリウムガスの流量を制御している。In such a configuration, in the apparatus shown in FIG. 5, the temperature of the discharge side of the expander 71 and the downstream side of the confluence of the return system d is measured, and the controller 81 controls the expander 71 based on the result. The temperature of the discharge side of the expander 72 and the downstream side of the junction of the return system d are measured, and the controller 82 controls the rotational speed of the expander 72 based on the measurement result. Thus, the flow rate of the helium gas is controlled.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】図4 の装置は、ニ−ド
ル弁20a,20b が抵抗となるため、効率が低下するという
問題がある。また、図5 の装置では、流量調整機構の信
頼性に問題がある。本発明は、かかる事情に鑑みたもの
であり、1 台の圧縮機により、冷凍負荷が略同一の2 系
統のヘリウム液化冷凍装置に対して、それぞれ効率の低
下無く、且つ、高い信頼性で、ヘリウムガスを供給し得
る装置の提供を目的とする。The device shown in FIG. 4 has a problem that the efficiency is reduced because the needle valves 20a and 20b become resistance. Further, in the apparatus of FIG. 5, there is a problem in reliability of the flow rate adjusting mechanism. The present invention has been made in view of such circumstances, and a single compressor can be used for two helium liquefaction refrigeration systems having substantially the same refrigeration load without lowering the efficiency and with high reliability. An object is to provide a device that can supply helium gas.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項1に記
載のように、2 つの系統へそれぞれ供給したヘリウムガ
スを、熱交換作用により段階的に予冷した後、ジュ−ル
・トムソン弁を通すことにより液化して、各系統に対応
する冷凍負荷へ供給するようにしたヘリウム液化冷凍装
置に於いて、常温高圧のヘリウムガスを2 つの系統へ供
給する手段として同一性能の2 つの圧縮部を備えた圧縮
機を用い、熱交換作用によりヘリウムガスを段階的に予
冷する手段として同一性能の2 つの熱交換手段を用いる
ことにより、各系統への冷凍能力を同一に設定するヘリ
ウム液化冷凍装置である。According to the present invention, the helium gas supplied to each of the two systems is precooled stepwise by heat exchange, and then the Joule-Thomson valve is used. Helium liquefaction refrigeration system, which liquefies by passing through and passes it to the refrigeration load corresponding to each system, has two compression units of the same performance as means for supplying helium gas at normal temperature and high pressure to the two systems. Liquefied refrigeration system that sets the same refrigeration capacity to each system by using two heat exchange means of the same performance as means for pre-cooling helium gas stepwise by heat exchange using a compressor equipped with It is.
【0009】上記に於いて、段階的な予冷は、ヘリウム
ガスの温度が逆転温度以下になるまで行われる。また、
ジュ−ル・トムソン弁とは、ジュ−ル・トムソン効果を
奏するように構成された弁である。In the above, the stepwise precooling is performed until the temperature of the helium gas becomes lower than the reversal temperature. Also,
The Joule-Thomson valve is a valve configured to produce the Joule-Thomson effect.
【0010】[0010]
【作用】2 つの系統は、それぞれ同一性能の圧縮部か
ら、常温高圧のヘリウムガスを供給される。該ヘリウム
ガスは、それぞれ、同一性能の熱交換手段によって段階
的に逆転温度以下まで冷却された後、ジュ−ル・トムソ
ン弁を通ることにより液化され、同一の大きさの冷凍負
荷へそれぞれ供給される。[Function] Each of the two systems is supplied with helium gas at normal temperature and high pressure from the compression units having the same performance. The helium gas is cooled stepwise below the reversal temperature by heat exchange means of the same performance, then liquefied by passing through a Joule-Thompson valve, and supplied to refrigeration loads of the same size. You.
【0011】こうして、2 つの系統の冷凍能力は、バラ
ンスされる。[0011] Thus, the refrigerating capacity of the two systems is balanced.
【0012】[0012]
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図1 は、
第1 の実施例にかかるヘリウム液化冷凍装置の全体的構
成を示す概念図であり、図2 は該装置で使用される圧縮
機2 の主要部の構成を模式的に示す断面図である。Embodiments of the present invention will be described below. Figure 1 shows
FIG. 2 is a conceptual diagram showing an overall configuration of a helium liquefaction refrigeration apparatus according to a first embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a main part of a compressor 2 used in the apparatus.
【0013】本ヘリウム液化冷凍装置はリニアモ−タカ
− (超電導磁気浮上列車) 用の装置であり、冷凍負荷が
略同一の2 台の超電導コイル14a,14b を、弁、或いは、
複雑な圧力制御を行うことなく、1 台の圧縮機2 によっ
て冷却する装置である。This helium liquefaction refrigeration system is a device for a linear motor (superconducting magnetic levitation train), and has two superconducting coils 14a and 14b having substantially the same refrigeration load, and a valve or
This is a device that cools by one compressor 2 without performing complicated pressure control.
【0014】圧縮機2 は2 系統の圧縮部4a,4b を有す
る。圧縮部4aにて圧縮されて吐出されるヘリウムガス
は、熱交換器5 、スタ−リングサイクル冷凍機1aの予冷
熱交換器9 、熱交換器6 、上記冷凍機1aの予冷熱交換器
10、・・・、熱交換器8 により、順次、逆転温度以下ま
で段階的に冷却された後、ジュ−ル・トムソン弁 (ジュ
−ル・トムソン効果を奏する弁)12 を通過することによ
り液化され、タンク13a に溜められて、超電導コイル14
a を冷却し、その後、気化し、圧縮機2 の吸入側へ戻
る。The compressor 2 has two systems of compression units 4a and 4b. The helium gas compressed and discharged in the compression section 4a is supplied to the heat exchanger 5, the precooling heat exchanger 9 of the Stirling cycle refrigerator 1a, the heat exchanger 6, and the precooling heat exchanger of the refrigerator 1a.
10,..., Sequentially cooled down to a temperature not higher than the reversal temperature by the heat exchanger 8, and then liquefied by passing through a Joule-Thomson valve (a valve having the Joule-Thomson effect) 12. Is stored in the tank 13a and the superconducting coil 14
a is cooled and then vaporized and returned to the suction side of the compressor 2.
【0015】また、圧縮部4bにて圧縮されて吐出される
ヘリウムガスも、上記と同様にして液化され、タンク13
b に溜められて、超電導コイル14b を冷却する。ここ
に、超電導コイル14a,14b は、リニアモ−タカ−に於い
て、車両の両側面に配設されるものであり、その冷凍負
荷は、略同一である。Helium gas compressed and discharged in the compression section 4b is also liquefied in the same manner as described above,
b, and cools the superconducting coil 14b. Here, the superconducting coils 14a and 14b are disposed on both sides of the vehicle in the linear motor car, and their refrigeration loads are substantially the same.
【0016】また、上記に於いて、スタ−リングサイク
ル冷凍機1a,1b としては、同一性能の冷凍機が使用され
ている。また、前述のように、2 つの超電導コイル14a,
14bの冷凍負荷は、略同一であるとみなすことができ
る。したがって、圧縮部4a,4b の性能を同一に構成する
ことにより、超電導コイル14a,14b の冷凍能力をバラン
スさせることができる。In the above, refrigerators having the same performance are used as the stirling cycle refrigerators 1a and 1b. Also, as described above, the two superconducting coils 14a,
The refrigeration load of 14b can be considered to be approximately the same. Therefore, the refrigerating capacity of the superconducting coils 14a, 14b can be balanced by configuring the performance of the compression units 4a, 4b to be the same.
【0017】次に、圧縮部4a,4b の詳細を説明する。圧
縮機2 は、図2 に示すように、1 台のモ−タ3 の回転軸
に直結された単一のクランクシャフト19を介して、圧縮
用ピストン15a,16a 、及び、圧縮用ピストン15b,16b を
作動させるように構成されている。ここに、圧縮用ピス
トン15a 及びシリンダ17a で構成される圧縮部と圧縮用
ピストン15b 及びシリンダ17bで構成される圧縮部は同
一の形状を成し、また、圧縮用ピストン16a 及びシリン
ダ18a で構成される圧縮部と圧縮用ピストン16b 及びシ
リンダ18b で構成される圧縮部も同一の形状を成す。即
ち、図2に示す両側の圧縮部の形状は等しい。Next, details of the compression units 4a and 4b will be described. As shown in FIG. 2, the compressor 2 has compression pistons 15a and 16a and compression pistons 15b and 15b via a single crankshaft 19 directly connected to the rotation shaft of one motor 3. 16b is configured to operate. Here, the compression part composed of the compression piston 15a and the cylinder 17a and the compression part composed of the compression piston 15b and the cylinder 17b have the same shape, and are composed of the compression piston 16a and the cylinder 18a. The compression section composed of the compression section and the compression piston 16b and the cylinder 18b also has the same shape. That is, the shapes of the compression parts on both sides shown in FIG. 2 are equal.
【0018】ここに、圧縮用ピストン15a,16a 及びこれ
らのシリンダ17a,18a によって圧縮部4aが構成され、圧
縮用ピストン15b,16b 及びこれらののシリンダ17b,18b
によって圧縮部4bが構成されている。Here, a compression part 4a is constituted by the compression pistons 15a, 16a and their cylinders 17a, 18a, and the compression pistons 15b, 16b and their cylinders 17b, 18b
Constitutes a compression unit 4b.
【0019】換言すれば、圧縮機2 の各圧縮部4a,4b
は、同一の形状(作動ガス圧縮用の容積)を成し、且
つ、同一のモ−タ3 により、同一のクランクシャフト19
を介して駆動されている。したがって、圧縮部4a,4b の
性能は、それぞれ同一であるとみなすことができる。こ
のように、本装置は、1 台の圧縮機2 を用いて、冷凍負
荷が略同一の2 台の超電導コイル14a,14b を冷却するこ
とのできる装置である。In other words, each compression section 4a, 4b of the compressor 2
Have the same shape (volume for compressing the working gas) and have the same crankshaft 19 by the same motor 3.
Is driven through. Therefore, the performances of the compression units 4a and 4b can be considered to be the same. As described above, the present apparatus is an apparatus that can cool two superconducting coils 14a and 14b having substantially the same refrigeration load by using one compressor 2.
【0020】図3 は、第2 の実施例にかかるヘリウム液
化冷凍装置の全体的構成を示す概念図である。図3 に示
す装置は、図1 に示す装置に於いて、各系統a,b にそれ
ぞれ圧力調整弁21,22 を介設したバイパス回路21,22 を
配設するとともに、圧縮機2 への戻りガス流路を2 系統
に分離したものであり、これにより、一層、性能を安定
化させると共に、超電導コイル14a,14b に冷凍負荷の違
いが生じた場合でも圧力調整弁21,22 の調整を行なうこ
とにより、効率低下を起こさずに各系統に対応する冷凍
を発生させることができる。FIG. 3 is a conceptual diagram showing the overall configuration of a helium liquefaction refrigeration apparatus according to a second embodiment. The device shown in FIG. 3 is different from the device shown in FIG. 1 in that bypass lines 21 and 22 having pressure regulating valves 21 and 22 are provided in the respective systems a and b, and return to the compressor 2 is performed. The gas flow path is separated into two systems, thereby further stabilizing the performance and adjusting the pressure regulating valves 21 and 22 even when a difference in the refrigeration load occurs in the superconducting coils 14a and 14b. Thereby, refrigeration corresponding to each system can be generated without lowering the efficiency.
【0021】[0021]
【発明の効果】以上、本発明は、同一性能の2 つの圧縮
部を備えた圧縮機により、2 つの系統へそれぞれヘリウ
ムガスを供給し、それぞれ同一性能の熱交換手段によっ
て予冷した後、ジュ−ル・トムソン弁を通すことにより
液化して、各系統に対応する冷凍負荷へ供給するヘリウ
ム液化冷凍装置である。As described above, according to the present invention, a helium gas is supplied to two systems by a compressor having two compression units of the same performance, and precooled by heat exchange means of the same performance. This is a helium liquefaction refrigeration system that liquefies by passing through a Le Thomson valve and supplies it to refrigeration loads corresponding to each system.
【0022】本発明によると、効率の低下無く、且つ、
高い信頼性で、2系統のヘリウム液化冷凍装置に対して
ヘリウムガスを供給して液化することができる。また、
圧縮機は1 台で足り、その重量が過大とならないため、
例えば、リニアモ−タ−カ−に搭載して用いることがで
きる。According to the present invention, there is no reduction in efficiency, and
Helium gas can be supplied to two helium liquefaction refrigeration units with high reliability for liquefaction. Also,
One compressor is enough and its weight is not excessive,
For example, it can be mounted on a linear motor car and used.
【図1】第1 の実施例にかかるヘリウム液化冷凍装置の
構成を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a helium liquefaction refrigeration apparatus according to a first embodiment.
【図2】実施例装置で使用される圧縮機の構成を模式的
に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a compressor used in the embodiment device.
【図3】第2 の実施例にかかるヘリウム液化冷凍装置の
構成を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration of a helium liquefaction refrigeration apparatus according to a second embodiment.
【図4】従来のヘリウム液化冷凍装置の構成を示す説明
図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional helium liquefaction refrigeration apparatus.
【図5】特公平2-47674 号公報の装置の構成を示す説明
図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of an apparatus disclosed in Japanese Patent Publication No. 2-47674.
1a,1b スタ−リングサイクル冷凍機, 2 圧縮機, 4a,4b 圧縮部, 5,6,7,8 熱交換器, 12 ジュ−ル・トムソン弁, 14a,14b 超電導コイル, 1a, 1b Stirling cycle refrigerator, 2 compressors, 4a, 4b compression section, 5,6,7,8 heat exchanger, 12 Joule-Thomson valve, 14a, 14b superconducting coil,
Claims (1)
供給し、各系統に於いて、熱交換作用によりヘリウムガ
スを段階的に予冷した後、ジュ−ル・トムソン弁を通す
ことにより液化して、各系統に対応する冷凍負荷へそれ
ぞれ供給するようにしたヘリウム液化冷凍装置に於い
て、常温高圧のヘリウムガスを2 つの系統へ供給する手
段として、同一性能の2 つの圧縮部を備えた圧縮機を用
い、熱交換作用によりヘリウムガスを段階的に予冷する
手段として、同一性能の2つの熱交換手段を用いること
により、各系統への冷凍能力を同一に設定するヘリウム
液化冷凍装置。1. Helium gas at normal temperature and high pressure is supplied to two systems, and in each system, the helium gas is precooled step by step by heat exchange and then liquefied by passing through a Joule-Thomson valve. In a helium liquefaction refrigeration system that supplies helium gas at room temperature and high pressure to two refrigeration loads corresponding to the respective refrigeration loads, A helium liquefaction refrigeration system that sets the same refrigerating capacity to each system by using two heat exchange means of the same performance as a means for pre-cooling helium gas stepwise by heat exchange using a heat exchanger.
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- 1991-03-13 JP JP4841591A patent/JP2887923B2/en not_active Expired - Fee Related
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