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KR19980018341A - 기체상 헬륨을 재액화하는 방법 및 장치 - Google Patents

기체상 헬륨을 재액화하는 방법 및 장치 Download PDF

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KR19980018341A KR1019970037165A KR19970037165A KR19980018341A KR 19980018341 A KR19980018341 A KR 19980018341A KR 1019970037165 A KR1019970037165 A KR 1019970037165A KR 19970037165 A KR19970037165 A KR 19970037165A KR 19980018341 A KR19980018341 A KR 19980018341A
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Abstract

본 발명은 공급 용기(R1)으로부터 수용 용기(R2)로 액상 헬륨을 전달할 때 생성되는 기체상 헬륨을 재액화하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 압력하의 기체상 헬륨을 공급하기 위한 압축 유닛(10)내의 일정한 지점으로부터 기체상 헬륨의 스트림을 유출시키고, 이 기체상 헬륨의 스트림을 상기 압축 유닛(10)에 공급되는 기체상 헬륨과의 열교환에 의해 냉각시킨후, 이와 같이 압축 및 냉각된 기체상 헬륨을 팽창시켜서 재액화된 헬륨을 수득하는 것을 특징으로 한다.

Description

기체상 헬륨을 재액화하는 방법 및 장치
본 발명은 액상 헬륨을 공급 용기로부터 수용 용기로 전달할 때 생성되는 기체상 헬륨을 재액화(reliquefy)하는 방법에 관한 것이다.
액상 헬륨을 공급 용기로부터 다소 용량이 크거나 작은 수용 용기로 전달할 때, 액상 헬륨의 팽창 및 그것을 전달할때의 열 손실에 기인하여 생성된 저온의 헬륨 증기를 재액화시키는 것으로 공지되어 있다. 이러한 재액화 방법은 대단히 복잡하고 고가의 비용을 소요하는 특정한 장치를 사용하여 수행한다.
보다 통상적으로 사용되는 또 다른 기법에 따르면, 저온의 헬륨 증기를 회수하여 HCC(헬륨 공급 센터)로 명명되는 장치의 일부분에서 가압시키는데, 이 장치는 예컨대 여러개의 용기에 기체상 헬륨을 200×105Pa 의 압력하에 충전시킬 수 있는 다단계 압축 유닛을 필수 구성요소로 한다.
본 발명의 목적은 액상 헬륨을 전달하는 동안에 생성된 저온의 헬륨 증기의 적어도 일부분을 재액화시키므로써 공급 용기와 수용 용기 사이에서 전달되는 액상의 비율을 증가시키므로써 경제적인 관점에서 개선된 방법을 제공하는 것이다.
도 1 은 본 발명에 의한 장치의 구체적인 실시양태를 도시한 개요도이다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의해서, 액상 헬륨을 공급 용기로부터 수용 용기로 전달할 때 생성되는 기체상 헬륨을 재액화하는 방법은, 압력하의 기체상 헬륨을 공급하기 위한 압축 유닛내의 일정한 지점으로부터 기체상 헬륨의 스트림을 유출시키고, 상기 압축된 기체상 헬륨의 스트림을 상기 압축 유닛에 공급되는 기체상 헬륨과의 열 교환에 의해 냉각시킨 후에, 이와 같이 압축 및 냉각된 기체상 헬륨을 팽창시켜서 재액화된 헬륨을 수득하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 방법은 다음과 같은 특징중 하나 이상의 특징을 갖는다:
- 상기 압축된 기체 스트림을 상기 압축 유닛에 공급되는 기체상 헬륨의 역류에 의해 냉각시키고;
- 상기 기체상 헬륨을, 재액화에 적합한 정도의 압력을 이용할 수 있도록 압축 유닛내의 일정한 지점으로부터 유출시키며,
- 상기 압축 및 냉각된 기체상 헬륨을 JT(주울-톰슨)형 밸브에 의해서 팽창시킨다.
또한 본 발명은 액상 헬륨을 공급 용기로부터 수용 용기로 전달할 때 생성되는 기체상 헬륨을 재액화하기 위한 장치를 제공한다. 본 발명의 장치는 공급 용기로부터 방출되는 헬륨의 흐름 방향을 따라서,
- 한편으로는 공급 용기로부터 유입되는 헬륨과, 다른 한편으로는 재액화된 헬륨을 수용하는 상 분리기;
- 상기 상 분리기의 상단으로부터 압력하의 기체상 헬륨을 공급하기 위한 압축 유닛의 주입구까지 연결된 제 1 라인;
- 압축 유닛으로부터 상기 상 분리기까지 연결된 제 2 라인;
- 상기 2 개의 라인을 열 교환 관계로 만드는 열 교환기; 및
- 상기 제 2 라인에서 열 교환기 하류에 배치된 JT(주울-톰슨)형 밸브.
본 발명에 의한 장치는 다음과 같은 특징들중 하나 이상의 특징을 갖는다:
- 상기 교환기는 간접 역류형의 교환기이고;
- 상기 압축 유닛으로부터 유래한 제 2 라인은 흐름 분배기 및 제 3 라인을 구비하고, 상기 제 3 라인에는 압축 유닛에 의해 압축되어 흐름 분배기를 통과한 기체상 헬륨의 일부분이 공급된다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면과 관련하여 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 장치는 공급 용기(R1)으로부터, 통상적으로는 보다 작은 수용 용기인 다른 저장 용기(R2)로 액상 헬륨을 전달하기 위한 것으로서, 용기(R1)에서 헬륨은 압력(P1)하에 저장되고, 용기(R2)에서 헬륨의 압력(P2)는 (P1)보다 작다. 예를 들면, 압력(P1)은 수 바아 정도이고, (P2)는 대기압과 근사하다. 상기 장치는 액상 헬륨을 수송하기에 적합한 라인(1)을 포함하고, 이 라인은 액상 헬륨 용기(R1)의 저부에 연결되므로써 헬륨을 상 분리기(2)까지 수송한다. 라인(1)은 상 분리기(2)의 상류에 팽창 팰브(3)을 구비한다.
상 분리기(2)는 그 상단에 제 1 배출 라인(5)를 구비한다. 라인(5)는 간접 역류 열 교환기(8)을 통과한다. 역류 교환기(8)의 하류에서, 라인(5)는 대기 가열기(9)를 구비하며, 이어서 전술한 바와 같은 HCC 유형의 압축 유닛(10)의 주입구에 연결된다.
유닛(10)은 라인(5)로부터 유래한 주위 온도 부근의 기체상 헬륨을 약 15 내지 20×105Pa 인 압력(P3)까지 압축한다. 유닛(10)은 수냉기(12) 및 흐름 분배기(13)을 구비한 배출 라인(11)을 갖는다. 분배기(13)은 재압축에 의해 약 200×105Pa 의 고압하에 헬륨 용기를 충전하기 위한 제 1 배출 라인(14), 및 제 2 배출 라인(15)를 포함하고, 라인(15)는 라인(5)와의 열 교환 관계로 역류 교환기(8)을 통과한다. 라인(15)는 교환기(8)의 하류에 JT(주울-톰슨)형 밸브(16)을 구비하며, 이어서 상 분리기(2)에 연결된다. 상 분리기(2)는 그 저부에 라인(5)의 반대쪽으로 또 다른 배출 라인(17)을 구비하며, 라인(17)은 저장 용기(R2)에 연결된다.
상기 장치는 다음과 같이 작동한다.
공급 용기(R1)으로부터 배출된 헬륨은, 라인(1)에 의해서, 밸브(3)에서 압력(P2)로 팽창한 후에, 상 분리기(2)로 운반된다.
이어서, 밸브(3)에서 팽창하고 라인(1)로부터 열 손실한후 생성된 분리기(2)내에 함유된 기체상 헬륨은, 라인(5)에 의해서 역류 교환기(8)을 통과하여 다시 (9)에서 주위 온도와 근사한 상태로 된 후에, 압축 유닛(10)의 주입구에 도달한다.
기체상 헬륨은 재액화에 적합한 정도의 압력(P3)을 이용할 수 있도록 압축 유닛(10)내의 일정한 지점으로부터 유출되어, (12)에서 주위 온도와 근사한 온도로 냉각되고, 이어서 라인(11)에 의해 흐름 분배기(13)으로 수송된다. 분배기(13)에 의해서, 압축된 헬륨을 라인(14)를 따라 운반하여 더욱 압축한 후 용기에 충전하거나, 또는 교환기(8)과 연결된 라인(15)를 따라서 운반할 수 있다.
압력(P3)까지 압축되고, 라인(15)를 통해 운반된 기체상 헬륨은 라인(5)에서 역류식으로 유동하는 기체상 헬륨에 의해서 교환기(8)의 내부에서 냉각된다.
이와 같이 압축 및 냉각된 기체상 헬륨은 동일한 라인(15)를 통해서 JT(주울-톰슨)형 밸브(16)으로 수송되므로써, 그 밸브에서 압력(P3)로부터 압력(P2)까지 팽창되어 부분적으로 액화된다.
이러한 조건하에서, 팽창된 헬륨은 라인(15)를 통해 상 분리기(2)내로 수송된다. 분리기(2)에 함유된 액상 헬륨은 이어서 라인(17)을 통해 저장 용기(R2)로 운반된다.
그러나, 전술한 실시예는 구체적인 예시를 목적으로 한 것일뿐, 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 결코 아니며, 본 명세서에 개시한 상세한 설명중 세부적인 사항을 등가의 다른 구성 요소로서 대체하여 변형예를 실시할 수 있음을 배제하여서는 안된다.
본 발명에 의하면, 간단한 장치를 사용하여, 저렴한 비용으로, 공급 용기로부터 수용 용기로 액상 헬륨을 전달할 때 생성되는 기체상 헬륨을 재액화할 수 있다.

Claims (7)

  1. 액상 헬륨을 공급 용기(R1)으로부터 수용 용기(R2)로 전달할 때 생성되는 기체상 헬륨을 재액화하는 방법에 있어서, 압력하의 기체상 헬륨을 공급하기 위한 압축 유닛(10)내의 일정한 지점으로부터 기체상 헬륨의 스트림을 유출시키고, 상기 압축된 기체상 헬륨의 스트림을 상기 압축 유닛(10)에 공급되는 기체상 헬륨과의 열 교환에 의해 냉각시킨 후에, 압축 및 냉각된 기체상 헬륨을 팽창시켜서(16), 재액화된 헬륨을 수득하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 압축된 기체상 헬륨의 스트림을 상기 압축 유닛에 공급되는 기체상 헬륨의 역류에 의해 냉각시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기체상 헬륨의 스트림을, 재액화에 적합한 정도의 압력을 이용할 수 있도록 압축 유닛(10)내의 일정한 지점으로부터 유출시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 압축 및 냉각된 기체상 헬륨을 JT(주울-톰슨)형 밸브(16)에 의해서 팽창시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 액상 헬륨을 공급 용기(R1)으로부터 수용 용기(R2)로 전달할 때 생성되는 기체상 헬륨을 재액화하기 위한 장치에 있어서, 공급 용기(R1)으로부터 방출되는 헬륨의 흐름 방향을 따라서,
    - 공급 용기(R1)으로부터 유입되는 헬륨, 및 재액화된 헬륨을 수용하는 상 분리기(2);
    - 상기 상 분리기(2)의 상단으로부터 압력하의 기체상 헬륨을 공급하기 위한 압축 유닛(10)의 주입구까지 연결된 제 1 라인(5);
    - 압축 유닛(10)으로부터 상기 상 분리기(2)까지 연결된 제 2 라인(11);
    - 상기 2 개의 라인(5,11)을 열 교환 관계로 만드는 열 교환기(8); 및
    - 상기 제 2 라인(11)에서 열 교환기(8) 하류에 배치된 JT(주울-톰슨)형 밸브(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 교환기(8)이 간접 역류형의 교환기인 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 압축 유닛(10)으로부터 유래한 제 2 라인(11)이 흐름 분배기(13) 및 제 3 라인(14)를 구비하고, 상기 제 3 라인에는 압축 유닛에 의해 압축되어 흐름 분배기를 통과한 기체상 헬륨의 일부분이 공급되는 것을 특징으로 하는 장치.
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