ハンプソン・リンデサイクル
| 熱力学 |
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ハンプソン・リンデサイクルは、ガスの液化、特に空気分離のためのプロセスです。ウィリアム・ハンプソンとカール・フォン・リンデは、1895年にそれぞれ独立してこのサイクルの特許を申請しました。ハンプソンは1895年5月23日、リンデは1895年6月5日に申請しました。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]
ハンプソン・リンデサイクルは、正帰還冷却システムである再生冷却を導入した。 [ 5 ]熱交換器の配置により、絶対温度差（例えば0.27 °C/atm J-T 冷却（空気の場合）により、単一段階の冷却を超え、「固定」ガスを液化するために必要な低温に到達できます。
ハンプソン・リンデサイクルは、膨張段階においてのみジーメンスサイクルと異なります。ジーメンスサイクルではガスに外部仕事を行わせて温度を下げるのに対し、ハンプソン・リンデサイクルではジュール・トムソン効果のみを利用します。このため、冷却装置の冷却側に可動部品が不要になるという利点があります。[ 1 ]
サイクル
冷却サイクルはいくつかのステップで進行します。
- ガスは圧縮され、外部エネルギーがガスに加えられ、サイクルに必要な圧力が与えられます。リンデ社の米国特許には、低圧側圧力が25標準気圧（370psi、25bar）、高圧側圧力が75標準気圧（1,100psi、76bar）の例が示されています。
- 高圧ガスは、より低温の環境に浸漬することで冷却されます。この際、ガスはエネルギー（熱）の一部を失います。リンデ社の特許例では、10℃の塩水が例として示されています。
- 高圧ガスは向流熱交換器によってさらに冷却され、最終段階から排出される冷たいガスが最終段階へ向かうガスを冷却します。
- ガスはジュール・トムソンオリフィス（膨張弁）を通過することでさらに冷却され、ガスの圧力は低くなります。
- 低圧ガスは、現在のサイクルの中で最も冷たい状態にあります。
- ガスの一部は凝縮して出力製品になります。
- 低圧ガスは逆流熱交換器に戻され、より温かい高圧の流入ガスを冷却します。
- 向流熱交換器を出た後、ガスは最も冷たかったときよりも温かくなりますが、ステップ 1 の開始時よりも冷たくなります。
- ガスはコンプレッサーに戻され、入ってくる温かい補給ガスと混合され（凝縮された生成物を補充するため）、コンプレッサーに戻されてサイクルをもう一度繰り返します（そしてさらに冷たくなります）。
各サイクルにおける正味冷却量は、サイクル開始時に加えられた熱量よりも大きくなります。ガスがサイクルを重ねるにつれて温度が下がり、膨張弁でより低い温度に到達するのが難しくなります。
参考文献
- ^ a b「技術情報」Kryolab .ルンド大学. 2012年10月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年1月26日閲覧。
- ^ GB 189510165、ハンプソン、W.、「ガスの漸進的冷凍に関する改良」、1896年3月25日発行
- ^ DE 88824、リンデ、カール、「Verfahren zur Verflüssigung atmosphärischer Luft oder anderer Gase (大気またはその他のガスの液化方法)」、1896 年 9 月 29 日発行
- ^ US 727650、リンデ、カール、「低温生成、ガスの液化、およびガス混合物の成分の分離プロセス」、1903年5月12日発行
- ^ de Waele, ATAM (2017). 「ジュール・トムソン液化とJT冷却の基礎」(PDF) . Journal of Low Temperature Physics . 186 ( 5–6 ): 385– 403. Bibcode : 2017JLTP..186..385D . doi : 10.1007/s10909-016-1733-3 .
さらに読む
- ティマーハウス、クラウス・D.; リード、リチャード・パーマー (2007).極低温工学：50年の進歩. シュプリンガー. p. 8. ISBN 978-0-387-46896-9。
- アルムクヴィスト、エッベ（2003）『産業ガスの歴史』シュプリンガー・サイエンス＆ビジネス・メディア、p. 160、ISBN 978-0-306-47277-0。
- Maytal, B.-Z. (2006). 「リンデ・ハンプソン装置の生産速度の最大化」.極低温学. 46 (1): 49– 85. Bibcode : 2006Cryo...46...49M . doi : 10.1016/j.cryogenics.2005.11.004 .
