[发明专利]液化系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于使原料气体液化的液化系统。

背景技术

以往，使例如氢气、氦气及氖气等的在常温常压下为气体的原料气体液化的液化系统是广泛已知的。液化系统具备输送原料气体的供给管路、使制冷剂循环的制冷剂循环管路及用于通过制冷剂冷却原料气体的热交换器。在制冷剂循环管路中循环的过程中，制冷剂通过压缩机压缩，通过膨胀涡轮绝热膨胀而降温，在热交换器中与原料气体热交换而升温，并回流至压缩机。

在膨胀涡轮中使制冷剂绝热膨胀时，需要用于支持膨胀涡轮的旋转轴的轴承。当轴承应用液体轴承时，存在油等的润滑剂与通过膨胀涡轮的制冷剂混合，而润滑剂流入制冷剂循环管路内的担忧。因此，轴承优选地适用以与制冷剂相同的气体作为润滑剂的气体轴承（参照专利文献1、专利文献2及非专利文献1）。

气体轴承大致区分为静压气体轴承和动压气体轴承。静压气体轴承与动压气体轴承相比，在负荷容量高的方面、在液化系统启动时及停止时不容易发生轴承孔的表面和旋转轴的表面之间的摩擦的方面有优势。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开2000-55050号公报；

专利文献2：日本特开平6-94032号公报。

非专利文献：

非专利文献1：熊木他：“Linde公司制造的新型氦液化器系列和其运行控制”，太阳日酸技报，No.25，pp.44-46，（2006）。

发明内容

发明要解决的问题：

然而，在应用静压气体轴承时，为了向轴承稳定地供给支持旋转轴所需的压力以上的气体，而需要高压气体源。在用于从外部向静压气体轴承供给气体的管路独立于供给管路及制冷剂循环管路时，需要在该管路中设置用于使气体升压的专用压缩机。于是，会导致液化系统的成本的增加。

也可以考虑使用于向静压气体轴承供给气体的管路从冷却循环管路中制冷剂从压缩机流向膨胀涡轮的部分分叉，而将压缩机出口压力的制冷剂利用于向轴承供给的气体。然而，在液化量的需要较少时，顺应该情况地压缩机会执行部分负荷运行，因此存在压缩机的出口压力低于支持旋转轴所需的压力的担忧。因此，在该情况下，为了向轴承稳定地供给支持旋转轴所需的压力以上的气体，而必须在用于向轴承供给气体的管路上设置专用压缩机。该专用压缩机与向轴承供给气体的管路独立的情况相比可能小型化，但是在制冷剂循环管路上的压缩机额定运行时可能变得无用。

像这样，以往，在将静压气体轴承应用于用于支持膨胀涡轮的旋转轴的轴承时，为了向轴承稳定供给气体而需要专用压缩机（参照专利文献1、2）。因此，尽管认为静压气体轴承适合于膨胀涡轮的旋转轴的支持，但是鉴于因专用压缩机的增加而产生的成本，而存在应用动压气体轴承的情况（参照非专利文献1）。

因此，本发明的目的是在通过静压气体轴承支持膨胀涡轮的旋转轴时，即使在向轴承供给气体的管路上不设置专用压缩机，也可以向轴承稳定地供给支持旋转轴所需的压力的气体。

解决问题的手段：

根据本发明的液化系统具备：输送来自于原料供给源的原料气体以使原料气体的压力在规定部分上保持规定压力以上的供给管路；用于使制冷剂循环的制冷剂循环管路；用于通过在所述制冷剂循环管路中流动的所述制冷剂冷却在所述供给管路中流动的所述原料气体的热交换器；设置于所述制冷剂循环管路中，并且使所述制冷剂通过膨胀而温度下降的膨胀涡轮；设置于所述制冷剂循环管路中，并且压缩所述制冷剂后将其导入至所述膨胀涡轮的循环系统压缩机；控制所述膨胀涡轮及所述循环系统压缩机的动作以能够实施在所述制冷剂循环管路中从所述循环系统压缩机朝向所述膨胀涡轮的部分中流动的所述制冷剂达到所述规定压力以上的高负荷运行、和在该部分中流动的所述制冷剂达到小于所述规定压力的压力的低负荷运行的控制装置；接收所述规定压力以上的气体的供给并可旋转地支持所述膨胀涡轮的旋转轴的静压气体轴承；和为了向所述静压气体轴承供给气体，而连接所述供给管路的所述规定部分和所述静压气体轴承的气体入口的轴承供给管路。

根据上述结构，轴承供给管路将供给管路的规定部分和静压供给轴承的气体入口相连接，因此在供给管路中流动的原料气体也从规定部分流向轴承供给管路，并且通过轴承供给管路向静压气体轴承供给。而且，在供给管路中流动的原料气体的压力在规定部分中保持规定压力以上。因此，与循环系统压缩机的运行状态及制冷剂的压力无关地，又，即使在轴承供给管路中不设置专用的压缩机，也可以向静压气体轴承稳定地供给规定压力以上的气体，可以稳定地支持膨胀涡轮的旋转轴。