液体窒素輸送用真空断熱配管システムの製造および設計は、供給業者の責任となります。本プロジェクトにおいて、供給業者が現場での計測を行う条件を満たしていない場合、顧客側から配管方向図を提供する必要があります。その後、供給業者は液体窒素輸送シナリオに対応した真空断熱配管システムを設計します。

供給者は、要求者から提供された図面、機器のパラメータ、現場の状況、液体窒素の特性、その他の要素に基づいて、経験豊富な設計者によりパイプラインシステムの全体設計を完了するものとする。

設計内容には、システム付属品の種類、内外配管の材質と仕様の決定、断熱方式の設計、プレハブ部材の配置、配管部材間の接続方法、内部配管ブラケット、真空弁の数と位置、ガスシールの除去、末端機器の極低温液体要件などが含まれます。この設計図は、製造前に要求者の専門担当者によって検証される必要があります。

真空断熱配管システムの設計内容は多岐にわたりますが、ここではHASSアプリケーションとMBE機器におけるいくつかの一般的な問題について、簡単なチャット形式で説明します。

VI配管

液体窒素貯蔵タンクは、通常、HASSアプリケーションやMBE装置から離れた場所に設置されます。真空断熱パイプが建物内に引き込まれる際、建物内の部屋のレイアウトや現場配管、空調ダクトの位置を考慮して、適切な配置が必要となります。そのため、液体窒素を装置まで輸送するには、少なくとも数百メートルのパイプが必要となります。

圧縮された液体窒素自体に大量のガスが含まれているため、輸送距離が長くなると、真空断熱管であっても輸送過程で大量の窒素が発生します。窒素が排出されない場合、または排出量が要求される量よりも少ない場合、ガス抵抗が発生し、液体窒素の流れが悪くなり、結果として流量が大幅に低下します。

流量が不十分な場合、装置の液体窒素チャンバー内の温度を制御できず、最終的には装置の損傷や製品の品質低下につながる可能性があります。

したがって、末端設備（HASSアプリケーションまたはMBE設備）で使用される液体窒素の量を計算する必要がある。同時に、パイプラインの長さと方向に応じてパイプラインの仕様も決定される。

液体窒素貯蔵タンクから始め、真空断熱パイプ/ホースの主配管がDN50（内径φ50mm）の場合、その分岐VIパイプ/ホースはDN25（内径φ25mm）、分岐パイプと末端機器間のホースはDN15（内径φ15mm）です。VI配管システムのその他の継手には、相分離器、脱気器、自動ガスベント、VI/極低温（空気圧）遮断弁、VI空気圧流量調整弁、VI/極低温逆止弁、VIフィルター、安全リリーフ弁、パージシステム、真空ポンプなどがあります。

MBE特殊相分離器

各MBE特殊常圧型相分離器は、以下の機能を備えています。

1. 液面センサーと自動液面制御システムを備え、電気制御ボックスを通して速やかに表示されます。

2. 減圧機能：分離器の液体入口には分離器補助システムが装備されており、主配管内の液体窒素圧力を3～4バールに維持します。相分離器に入ると、圧力を徐々に1バール以下に減圧します。

3. 液体入口流量調整：相分離器内部には浮力制御システムが配置されています。このシステムは、液体窒素の消費量が増減した際に、液体の流入量を自動的に調整します。これにより、入口空気圧弁を開いた際に大量の液体窒素が流入することによって生じる急激な圧力変動を低減し、過圧を防止するという利点があります。

4. バッファ機能：セパレータ内部の有効容積により、デバイスの瞬間最大流量が保証されます。

5. パージシステム：液体窒素通過前の分離器内の空気流と水蒸気、および液体窒素通過後の分離器内の液体窒素の排出。

6. 過圧自動解放機能：本装置は、液体窒素を最初に通過する際、または特殊な状況下では、液体窒素の気化が促進され、システム全体に瞬間的な過圧が発生することがあります。当社の相分離器には安全リリーフ弁および安全リリーフ弁群が装備されており、分離器内の圧力の安定性をより効果的に確保し、MBE装置が過圧によって損傷するのを防ぎます。

7. 電気制御ボックスは、液面レベルと圧力値をリアルタイムで表示し、分離器内の液面レベルと液体窒素の流入量を制御する関係を設定できます。同時に、緊急時には、気液分離器の液面制御弁を手動で操作して、現場の作業員と設備の安全を確保します。

HASSアプリケーション向けマルチコア脱気装置

屋外の液体窒素貯蔵タンクは、加圧下で貯蔵・輸送されるため、大量の窒素を含んでいます。このシステムでは、パイプラインの輸送距離が長く、エルボが多く、抵抗も大きいため、液体窒素の一部が気化します。真空断熱管は現在、液体窒素を輸送する最良の方法ですが、熱漏れは避けられず、これも液体窒素の一部気化につながります。要するに、液体窒素は大量の窒素を含んでいるため、気化抵抗が発生し、液体窒素の流れがスムーズにならないのです。

真空断熱管の排気装置について、排気装置がない場合、または排気量が不十分な場合は、ガス抵抗が発生します。ガス抵抗が発生すると、液体窒素の輸送能力が大幅に低下します。

当社が独自に設計したマルチコア脱気装置は、主液化窒素配管から排出される窒素を最大限に確保し、ガス抵抗の発生を防ぎます。また、マルチコア脱気装置は十分な内部容積を備えているため、緩衝貯蔵タンクとしての役割も果たし、溶液配管の最大瞬間流量のニーズに効果的に対応できます。

独自の特許取得済みマルチコア構造により、当社の他のタイプの分離器よりも効率的な排気能力を実現しています。

前回の記事に引き続き、半導体業界における極低温用途向けの真空断熱配管システムのソリューションを設計する際に考慮すべきいくつかの問題点について述べます。

真空断熱配管システムの2つのタイプ

真空断熱配管システムには、静的真空断熱システムと動的真空ポンプシステムの2種類があります。

静的真空引き込みシステムとは、工場で各パイプが製造された後、ポンプユニットで規定の真空度まで真空引きされ、密封されるシステムです。現場での設置および使用開始後、一定期間は再真空引きを行う必要がありません。

静的真空断熱システムの利点は、メンテナンスコストが低いことです。配管システムが稼働を開始すれば、メンテナンスは数年後に必要となります。この真空システムは、高い冷却能力を必要とせず、現場でのメンテナンスのための広いスペースが確保できるシステムに適しています。

静的真空断熱システムの欠点は、真空度が時間とともに低下することです。これは、すべての材料が常に微量のガスを放出するためであり、その放出量は材料の物理的特性によって決まります。真空断熱管のジャケット内の材料は、プロセスによって放出されるガスの量を減らすことはできますが、完全に遮断することはできません。そのため、密閉された真空環境の真空度は徐々に低下し、真空断熱管の冷却能力は徐々に弱まります。

動的真空ポンプシステムとは、パイプの製造・成形後、工場内で漏洩検知工程に従ってパイプを真空引きするものの、出荷前に真空状態を完全に密閉しないシステムを指します。現場での設置が完了したら、すべてのパイプの真空中間層をステンレス鋼ホースで1つまたは複数のユニットに接続し、小型の専用真空ポンプを使用して現場でパイプを真空引きします。専用真空ポンプには、真空度を常時監視し、必要に応じて真空引きを行う自動システムが搭載されています。このシステムは24時間稼働します。

動的真空ポンプシステムの欠点は、真空状態を維持するために電気が必要となることである。

動的真空ポンプシステムの利点は、真空度が非常に安定していることです。そのため、屋内環境や、極めて高い真空性能が求められるプロジェクトに最適です。

当社のダイナミック真空ポンプシステムは、移動式一体型専用真空ポンプにより機器の真空を確保し、便利で合理的なレイアウトにより真空効果を保証し、真空付属品の品質により真空の品質を保証します。

MBEプロジェクトでは、装置がクリーンルーム内に設置され、長時間稼働するため、真空断熱配管システムの大部分がクリーンルームの中間層にある密閉空間内に配置されています。そのため、今後配管システムの真空維持管理を行うことは不可能であり、システムの長期運用に深刻な影響を及ぼします。結果として、MBEプロジェクトではほぼ全面的に動的真空ポンプシステムを採用しています。

圧力解放システム

主配管の圧力逃がしシステムには安全弁群が採用されています。安全弁群は過圧時の安全保護システムとして使用され、VI配管は通常の使用では調整できません。

安全弁は、パイプラインシステムの過圧を防ぎ、安全な運転を確保するための重要な構成要素であり、パイプラインの運用において不可欠です。しかし、安全弁は規制により、毎年点検を受ける必要があります。安全弁が1つ使用されている間は、もう1つが準備されており、一方の安全弁が取り外された場合でも、もう一方の安全弁がパイプラインシステム内に残され、パイプラインの正常な運転が確保されます。

安全弁グループには、DN15安全弁が2個含まれており、1個は使用用、もう1個は予備用です。通常運転時には、安全弁のうち1個のみがVI配管システムに接続され、正常に作動します。もう1個の安全弁は内管から切り離されており、いつでも交換可能です。2個の安全弁は、サイドバルブの切替状態によって接続および遮断されます。

安全リリーフバルブ群には、配管システムの圧力をいつでも確認できる圧力計が装備されています。

安全リリーフバルブ群には排出バルブが備えられています。これは、パージ時に配管内の空気を排出するために使用でき、液体窒素システム稼働時には窒素を排出するために使用できます。

HL極低温機器

1992年に設立されたHL Cryogenic Equipmentは、中国の成都聖極低温設備有限公司傘下のブランドです。HL Cryogenic Equipmentは、高真空断熱極低温配管システムおよび関連サポート機器の設計・製造に注力しています。

今日の急速に変化する世界において、高度な技術を提供しながら顧客のコスト削減を最大限に図ることは、困難な課題です。HL Cryogenic Equipment Companyは、30年にわたり、ほぼすべての極低温機器および関連産業において、応用分野への深い理解と豊富な経験、そして信頼性を蓄積してきました。常に最新の動向を探求し、あらゆる分野における最新の発展に追いつくよう努力することで、お客様に新しく実用的で効率的なソリューションを提供し、お客様の市場競争力向上に貢献しています。

For more information, please visit the official website www.hlcryo.com, or email to info@cdholy.com .