(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化ガス収容容器と、低温ガスを温端部熱交換器の冷媒として使用している蓄冷式冷凍機とを備え、上記液化ガス収容容器に、液化ガスを収容する内部室と、断熱用低温液化ガスを収容する外部断熱室とを設け、内部室の液化ガスが蒸発して生成した蒸発ガスを上記蓄冷式冷凍機で液化して内部室の液化ガスと同化させるように構成し、上記蓄冷式冷凍機の低温ガスとして、外部断熱室の断熱用低温液化ガスが蒸発して生成した蒸発ガスを使用していることを特徴とする液化ガス収容装置。
【請求項２】
液化ガスが液化ヘリウムで、断熱用低温液化ガスが液化窒素である請求項１記載の液化ガス収容装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄冷式冷凍機を用いた液化ガス収容装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、液化ヘリウムを輸送する際には、大気の侵入熱による液化ヘリウムのガス化ロスを低減するため、液化窒素を断熱シール材として使用する液化ヘリウム輸送用コンテナがよく用いられている。この液化ヘリウム輸送用コンテナ３０は、通常、図２に示すような４重壁構造に作製されており、液化ヘリウム２を収容する内部室４ａ（内部ジャケット４の内部空間）と、真空断熱状態にある第１真空断熱室５ａ（内部ジャケット４と、この内部ジャケット４の外周部を取り囲む第１真空断熱ジャケット５との間に形成される空間）と、液化窒素３を収容する外部断熱室６ａ（第１真空断熱ジャケット５と、この第１真空断熱ジャケット５の外周部を取り囲む外部ジャケット６との間に形成される空間）と、真空断熱状態にある第２真空断熱室７ａ（外部ジャケット６と、この外部ジャケット６の外周部を取り囲む第２真空断熱ジャケット７との間に形成される空間）とを備えている。
【０００３】
上記の液化ヘリウム輸送用コンテナ３０では、大気の侵入熱により蒸発したヘリウムガスは、大気放出管８ａを通じて大気に放出されている。また、断熱シール材として使用される液化窒素３も、液化ヘリウム２と同様、上記侵入熱により蒸発するが、利用されることなく、大気放出管８ｂを通じて大気に放出されている。
【０００４】
また、上記の液化ヘリウム輸送用コンテナ３０において、ヘリウムガスの大気放出をなくすため、その外部に、上記侵入熱により蒸発したヘリウムガスを再液化するための冷凍機を設置する場合がある。このような冷凍機として種々の冷凍機が考えられるが、蓄冷材を使用する蓄冷式冷凍機にあっては、冷凍機の冷端部を２段もしくは３段で液化ヘリウム温度領域（ヘリウムガスの液化温度以下の温度領域）にまで冷却する２段型構造もしくは３段型構造になっている。例えば、２段型構造の蓄冷式冷凍機は、その作動流体を、１段目である程度の温度（例えば、液化窒素温度領域〔窒素ガスの液化温度付近の温度領域〕）に冷却（予冷）し、２段目でさらに液化ヘリウム温度領域にまで冷却する構造となっている。
【０００５】
このような２段型構造の蓄冷式冷凍機の代表例である２段型パルスチューブ冷凍機を、上記の液化ヘリウム輸送用コンテナ３０の外部に設置してなる液化ヘリウム収容装置を図３に示す。この液化ヘリウム収容装置では、上記の２段型パルスチューブ冷凍機は、１段目蓄冷管３１，２段目蓄冷管３２，１段目パルス管３３，２段目パルス管３４および圧力振動発生用圧縮機３５から構成されており、１段目蓄冷管３１，１段目パルス管３３，２段目蓄冷管３２および圧力振動発生用圧縮機３５は接続されており、作動流体が流通するようになっている。また、２段目蓄冷管３２と２段目パルス管３４とは接続されており、作動流体が流通するようになっている。そして、冷凍機作動時には１段目蓄冷管３１と１段目パルス管３３との接続部３６はある程度の温度（例えば、液化窒素温度領域）に冷却され、２段目蓄冷管３２と２段目パルス管３４との接続部の冷端部熱交換器３７は液化ヘリウム温度領域にまで冷却される構造となっている。
【０００６】
また、上記の２段型パルスチューブ冷凍機と液化ヘリウム輸送用コンテナ３０とを連結するため、導出管３８および導入管３９が取り付けられている。上記導出管３８は、その一端が内部室４ａのガス層に連通し、他端が冷端部熱交換器３７の入口３７ａに連通している。また、上記導入管３９は、その一端が冷端部熱交換器３７の出口３７ｂに連通し、他端が内部室４ａの液層に連通している。なお、この液化ヘリウム収容装置では、大気放出管８ａを設けていない。
【０００７】
そして、内部室４ａの液化ヘリウム２は大気の侵入熱により蒸発し、この蒸発したヘリウムガスは内部室４ａの上部空間に溜まり、導出管３８を通じて冷端部熱交換器３７に供給され、２段型パルスチューブ冷凍機により冷却されることにより凝縮したのち、導入管３９を通じて内部室４ａへ戻される。一方、外部断熱室６ａの液化窒素３は上記侵入熱により蒸発し、この蒸発した窒素ガス（ほぼ液化窒素温度領域にある）は外部断熱室６ａの上部空間に溜まり、利用されることなく、大気放出管８ｂを通じて大気に放出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の蓄冷式冷凍機は２段型構造もしくは３段型構造になっているため、構造が複雑であり、非常に高価である。しかも、構造が複雑である分信頼性が低下し、メンテナンスを困難としている。また、放出される窒素ガスはほぼ液化窒素温度領域にあり、冷熱として利用しうる貴重なエネルギーを有しているにもかかわらず、利用されることなく大気に放出されており、エネルギーロスとなっている。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、構造が簡単で、安価で、しかも、信頼性に優れ、メンテナンスが容易な蓄冷式冷凍機を用いた液化ガス収容装置の提供をその目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の液化ガス収容装置は、液化ガス収容容器と、低温ガスを温端部熱交換器の冷媒として使用している蓄冷式冷凍機とを備え、上記液化ガス収容容器に、液化ガスを収容する内部室と、断熱用低温液化ガスを収容する外部断熱室とを設け、内部室の液化ガスが蒸発して生成した蒸発ガスを上記蓄冷式冷凍機で液化して内部室の液化ガスと同化させるように構成し、上記蓄冷式冷凍機の低温ガスとして、外部断熱室の断熱用低温液化ガスが蒸発して生成した蒸発ガスを使用しているという構成をとる。
【００１１】
すなわち、本発明を構成する蓄冷式冷凍機は、低温ガスを温端部熱交換器の冷媒として使用しているため、１段型構造の蓄冷式冷凍機を用い、冷端部を液化ヘリウム温度領域等の所望の温度領域にすることができる。したがって、従来例の２段型構造もしくは３段型構造の蓄冷式冷凍機に比べ、構造が簡単であり、コストを低減することができる。また、信頼性を向上させ、メンテナンス性をよくすることができる。また、本発明の液化ガス収容装置では、上記の蓄冷式冷凍機を用いているため、上記の優れた効果を奏するうえ、従来例の２段型構造もしくは３段型構造の蓄冷式冷凍機では無駄に放出していた液化窒素等の断熱用低温液化ガスの蒸発ガスを有効利用することができる。
【００１２】
つぎに、本発明を詳しく説明する。
【００１３】
本発明を構成する蓄冷式冷凍機は、低温ガスを温端部熱交換器の冷媒として使用している。上記蓄冷式冷凍機としては、パルスチューブ冷凍機，ＧＭ冷凍機，スターリング冷凍機等が用いられる。また、上記低温ガスとしては、窒素ガス，酸素ガス，空気等が用いられる。また、上記低温ガスの温度範囲は、窒素ガスの場合で−１９６〜−１７０℃の範囲内に、酸素ガスの場合で−１８３〜−１５２℃の範囲内にそれぞれ設定されている。
【００１４】
また、本発明の液化ガス収容装置は、液化ガスを収容する内部室と、断熱用低温液化ガスを収容する外部断熱室とを設けている。上記液化ガスとしては、液化ヘリウム，液化水素等が用いられる。また、断熱用低温液化ガスとしては、液化窒素，液化酸素，液化空気等、大気の侵入熱により蒸発した蒸発ガスが上記蓄冷式冷凍機の低温ガスとして使用できるものが用いられる。
【００１５】
また、上記蓄冷式冷凍機は、液化ガス収容容器の外部に設置してもよいし、液化ガス収容容器に直接に設置してもよい。上記蓄冷式冷凍機を液化ガス収容容器に直接に設置する場合には、上記蓄冷式冷凍機の温端部熱交換器を外部断熱室の蒸発ガス層に配設し、冷端部熱交換器を内部室の蒸発ガス層に配設することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
【００１７】
図１は本発明の液化ガス収容装置の一実施の形態を示している。図において、１は液化ヘリウム輸送用コンテナ（液化ガス収容容器）であり、９は上記液化ヘリウム輸送用コンテナ１の外部に設置される蓄冷式パルスチューブ冷凍機（蓄冷式冷凍機）である。上記液化ヘリウム輸送用コンテナ１は、図２に示す液化ヘリウム輸送用コンテナ３０と同様の構造であり、同様の部分には同じ符号を付している。ただし、図２に示す液化ヘリウム輸送用コンテナ３０では用いられていた両大気放出管８ａ，８ｂが、この実施の形態においては用いられていない。
【００１８】
上記蓄冷式パルスチューブ冷凍機９は、蓄冷管１０とパルス管１１とコンプレッサー（圧力振動発生用圧縮機）１２と蓄冷管温端部熱交換器１３とパルス管温端部熱交換器１４と冷端部熱交換器１５とを備えている。また、導出管１６は、その一端が内部室４ａのガス層に連通し、他端が冷端部熱交換器１５の入口１５ａに連通しており、導入管１７は、その一端が冷端部熱交換器１５の出口１５ｂに連通し、他端が内部室４ａの液層に連通している。また、導管１８は、その一端が外部断熱室６ａのガス層に連通し、他端が蓄冷管温端部熱交換器１３の入口１３ａに連通しており、連結管１９は、その一端が蓄冷管温端部熱交換器１３の出口１３ｂに連通し、他端がパルス管温端部熱交換器１４の入口１４ａに連通している。また、パルス管温端部熱交換器１４の出口１４ｂから外部放出管２０が延びている。
【００１９】
上記の構成において、内部室４ａの液化ヘリウム２は大気の侵入熱により蒸発し、この蒸発したヘリウムガスは内部室４ａの上部空間に溜まり、導出管１６を通じて冷端部熱交換器１５に供給され、蓄冷式パルスチューブ冷凍機９により冷却されることにより凝縮したのち、導入管１７を通じて内部室４ａへ戻される。また、外部断熱室６ａの液化窒素３は上記侵入熱により蒸発し、この蒸発した低温窒素ガス（ほぼ液化窒素温度領域にある）は外部断熱室６ａの上部空間に溜まり、導管１８を通じて蓄冷管温端部熱交換器１３に供給され、この蓄冷管温端部熱交換器１３をほぼ液化窒素温度領域に冷却し、つぎに、連結管１９を通じてパルス管温端部熱交換器１４に供給され、このパルス管温端部熱交換器１４をほぼ液化窒素温度領域にまで冷却したのち、外部放出管２０を通じて外部へ放出される。
【００２０】
このように、上記実施の形態では、蓄冷式パルスチューブ冷凍機９として、１段型構造の蓄冷式冷凍機を用いているため、従来例の２段型構造もしくは３段型構造の蓄冷式冷凍機に比べて、構造が簡単で、安価になる。また、構造が簡単な分、信頼性が向上し、メンテナンス性がよくなる。また、液化ヘリウム輸送用コンテナ１の外部断熱室６ａに収容する液化窒素３の蒸発ガス（すなわち、低温窒素ガス）の冷熱を有効利用することができる。
【００２１】
なお、上記実施の形態では、外部断熱室６ａに液化窒素３を収容しているが、これに限定するものではなく、液化窒素３に代えて、液化酸素，液化空気等を収容するようにしてもよい。また、上記実施の形態では、外部断熱室６ａの低温窒素ガスを蓄冷管温端部熱交換器１３，パルス管温端部熱交換器１４の順に直列状に供給しているが、これに限定するものではなく、導管１８の他端側を二股状に分岐させ、外部断熱室６ａの低温窒素ガスを一方の分岐導管を介して蓄冷管温端部熱交換器１３に供給するとともに、他方の分岐導管を介してパルス管温端部熱交換器１４に供給する（すなわち、蓄冷管温端部熱交換器１３とパルス管温端部熱交換器１４とに並列状に供給する）ようにしてもよい。また、蓄冷管温端部熱交換器１３とパルス管温端部熱交換器１４との間で低温窒素ガスの往来を複数回繰り返すようにしてもよい。
【００２２】
また、上記実施の形態では、蓄冷式パルスチューブ冷凍機９を液化ヘリウム輸送用コンテナ１の外部に設置しているが、これに限定するものではなく、液化ヘリウム輸送用コンテナ１に直接に設置してもよい。この場合には、蓄冷式パルスチューブ冷凍機９の冷端部熱交換器１５を内部室４ａのガス層に配設し、蓄冷管温端部熱交換器１３とパルス管温端部熱交換器１４とを外部断熱室６ａのガス層に配設することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明を構成する蓄冷式冷凍機によれば、低温ガスを温端部熱交換器の冷媒として使用しているため、１段型構造の蓄冷式冷凍機を用い、冷端部を液化ヘリウム温度領域等の所望の温度領域にすることができる。したがって、従来例の２段型構造もしくは３段型構造の蓄冷式冷凍機に比べ、構造が簡単であり、コストを低減することができる。また、信頼性を向上させ、メンテナンス性をよくすることができる。また、本発明の液化ガス収容装置では、上記の蓄冷式冷凍機を用いているため、上記の優れた効果を奏するうえ、従来例の２段型構造もしくは３段型構造の蓄冷式冷凍機では無駄に放出していた液化窒素等の断熱用低温液化ガスの蒸発ガスを有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液化ガス収容装置の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】従来例を示す液化ヘリウム輸送用コンテナの説明図である。
【図３】従来例を示す液化ヘリウム収容装置の説明図である。
【符号の説明】
１  液化ヘリウム輸送用コンテナ
２  液化ヘリウム
３  液化窒素
４ａ  内部室
６ａ  外部断熱室
９  蓄冷式パルスチューブ冷凍機
【図１】
0003669911.tif 000002
【図２】
0003669911.tif 000003
【図３】
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