CN107208950A - 液化气体用冷却装置 - Google Patents

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liquid gas
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cooling device
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平尾丰隆
上田宪治
渡边泰
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Mitsubishi Heavy Industries Air Conditioning and Refrigeration Systems Corp
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Abstract

液化气体用冷却装置(1)具备：气体流路(2)，其供通过冷却而液化的液化气体流通；和制冷装置(3)，其由对在气体流路(2)内流动的液化气体进行冷却的蒸发器(7)、压缩机(4)、冷凝器(5)以及节流膨胀器(6)构成制冷循环系统(10)，制冷装置(3)具备：在压缩机(4)的吸入流路(9A)以及排出流路(9B)中分别设置的吸入侧开闭阀(21)以及排出侧开闭阀(22)；和在吸入侧开闭阀(21)与排出侧开闭阀(22)之间的制冷剂流路(9)中设置的维护用开闭阀(23)。

Description

液化气体用冷却装置
技术领域
本发明涉及用于对液化气体进行冷却并液化的冷却装置(以下仅称作液化气体用冷却装置)。
背景技术
例如，液化天然气(以下，也简称作LNG)通过将常温、常压的天然气首先预冷到-30℃左右之后，对该气体进行进一步冷却而使之液化，并进一步将该液化气体过冷却到-162℃而生成。在该冷却工序中，采用了使用各种制冷剂的制冷装置，各制冷装置是通过制冷剂流路依次连接压缩机、冷凝器、节流膨胀器以及蒸发器而构成闭循环的制冷循环系统的装置。
在专利文献1-5中，分别公开了如上所述那样使用了制冷装置的LNG等的液化气体用冷却装置。这些液化气体用冷却装置设置有在预冷工序以及液化工序中分别独立地具有所需要的能力的制冷装置。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2009/0090131号说明书
专利文献2：美国专利申请公开第2010/0281915号说明书(对应的日本申请；日本特开2010-261038号公报)
专利文献3：美国专利申请公开第2010/0257895号说明书
专利文献4：美国专利申请公开第2014/0190205号说明书
专利文献5：美国专利申请公开第2014/0283550号说明书
发明内容
发明的概要
发明要解决的课题
上述液化气体用冷却装置的制冷装置设为如下结构：将构成制冷循环系统的压缩机的驱动轴连结于燃气轮机或电动马达的输出轴来驱动压缩机。这样的压缩机需要按一定的运转时间来更换轴承等消耗部件，每次都需要回收制冷循环系统内的制冷剂而进行维护。因此，存在在该期间无法使液化气体用冷却装置工作而LNG的生产被中断等课题。
另一方面，压缩机是轮机轴驱动或马达轴驱动，从压缩机驱动轴的轴密封部发生极其微量的制冷剂泄漏，因此需要定期地追加补充制冷剂。另外，压缩机和轮机按系列配置在直线上，但在设置空间窄的设备中，在配置构成机器时，有时受到很大制约。而且，在维护时为了防止系统的全部停止，有时一边使多个系统的制冷装置的一部分停止并使其他制冷装置动作一边进行维护，但此时被停止的压缩机的驱动马达、逆变器的电力部分有时成为带电状态，存在有时给维护作业带来危险等课题。
本发明是鉴于这样的情况而做出的，其目的在于，提供能够实现压缩机维护的容易化及其维护时间的缩短、以及一边进行一部分压缩机的维护一边使系统工作的液化气体用冷却装置。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本发明的液化气体用冷却装置采用以下的手段。
即，本发明的液化气体用冷却装置具备：气体流路，其供通过冷却而液化的液化气体流通；和制冷装置，其由对在所述气体流路内流动的液化气体进行冷却的蒸发器、压缩机、冷凝器以及节流膨胀器来构成制冷循环系统，所述制冷装置具备：在所述压缩机的吸入流路以及排出流路中分别设置的吸入侧开闭阀以及排出侧开闭阀；和在所述吸入侧开闭阀与所述排出侧开闭阀之间的制冷剂流路中设置的维护用开闭阀。
根据本发明，在经过预先设定的运转时间而需要进行压缩机的维护时，停止压缩机的运转，关闭在该压缩机的吸入流路以及排出流路中设置的开闭阀。
由此，能够形成压缩机从制冷循环系统隔离的状态，并且，在经由维护接口回收压缩机内部的制冷剂之后维护压缩机。
因此，在压缩机的维护时，无需将制冷循环系统内的制冷剂全部回收，能够缩短作业时间，并且能够实现包括制冷剂回收作业在内的维护作业的容易化、其人工费、补充制冷剂费用等维护成本的削减。
压缩机的维护例如通过对运转时间进行计时并报告等而在适当的时机实施即可。
而且，本发明的液化气体用冷却装置在上述的液化气体用冷却装置的基础上，所述压缩机与具备所述吸入侧开闭阀、所述排出侧开闭阀以及所述维护用开闭阀的维护接口被模块化，该压缩模块以多台并联的方式连接于所述制冷循环系统。
根据本发明，针对并联连接的多台压缩机，从经过了规定的运转时间的压缩机依次停止运转，并如上所述那样独立地进行维护，由此能够使多台压缩机依次轮换化地进行维护。
因此，无需使液化气体用冷却装置全部停止，能够一边使运转继续一边独立地实施压缩机的维护。
而且，本发明的液化气体用冷却装置在上述的液化气体用冷却装置的基础上，所述制冷装置以制冷循环系统为单位被模块化，该制冷模块以多台并联或串联的方式连接于所述液化气体的气体流路。
根据本发明，在模块化的各制冷装置的压缩机经过了规定的运转时间时，从搭载有该压缩机的制冷模块依次停止运转，并如上所述那样独立地维护压缩机，由此能够使多台制冷模块的压缩机依次轮换化地进行维护。
因此，无需使液化气体用冷却装置全部停止，能够一边使运转继续一边独立地实施压缩机的维护。
而且，本发明的液化气体用冷却装置在上述的液化气体用冷却装置的基础上，多台所述制冷模块并联连接于所述气体流路，在相对于各制冷模块的蒸发器的所述气体流路的入口侧以及出口侧中的任一方或双方分别设置有流路开闭阀。
根据本发明，在对模块化的制冷装置的压缩机从经过了规定的运转时间的压缩机依次轮换地进行维护时，针对液化气体相对于停止状态的制冷模块的蒸发器的流通，能够通过关闭在其入口侧以及出口侧中的任一方或双方设置的流路开闭阀来切断该流通并进行维护。
因此，能够抑制被其他制冷模块冷却后的液化气体中混入非冷却的液化气体而引起的冷却效率的降低，实现冷却性能的提高。
发明效果
根据本发明，在经过预先设定的运转时间而需要进行压缩机的维护时，停止压缩机的运转，关闭设置于该压缩机的吸入流路以及排出流路中的开闭阀。
由此，能够形成压缩机从制冷循环系统隔离的状态，并且，在经由维护接口回收压缩机内部的制冷剂之后，对压缩机进行维护。
因此，在压缩机的维护时，无需将制冷循环系统内的制冷剂全部回收，能够缩短作业时间，并且能够实现包括制冷剂回收作业在内的维护作业的容易化、其人工费、补充制冷剂费用等维护成本的削减。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的液化气体用冷却装置的局部结构图。
图2是应用于上述的液化气体用冷却装置的制冷装置用的压缩机的简要结构图。
图3是本发明的第二实施方式的液化气体用冷却装置的局部结构图。
图4是本发明的第三实施方式的液化气体用冷却装置的局部结构图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。
[第一实施方式]
以下，使用图1以及图2来说明本发明的第一实施方式。
图1示出了本发明的第一实施方式的液化气体用冷却装置的局部结构图，图2示出了应用于该装置的制冷装置用的压缩机的简要结构图。
液化气体用冷却装置1设为如下结构：具有供例如天然气等液化气体(原料气体)流通的气体流路2，并设置有针对该气体流路2而将液化气体冷却到规定温度的制冷装置3。
如公知那样，制冷装置3通过将对制冷剂进行压缩的压缩机4、使由压缩机4压缩后的高温高压的制冷剂气体冷凝液化的冷凝器5、使由冷凝器5冷凝后的制冷剂绝热膨胀的节流膨胀器6、以及使由节流膨胀器6绝热膨胀后的低温低压的制冷剂蒸发的蒸发器7通过制冷剂流路9以上述顺序连接，构成闭循环的制冷循环系统10。需要说明的是，作为节流膨胀器6，可以使用各种膨胀机(expander)、膨胀阀。
另外，供液化气体流通的气体流路2构成为，为了通过经由制冷装置3的蒸发器7被逐渐冷却而使原料气体即天然气成为-162℃的液化气体(LNG)，使其向下游侧行程流通。
如图2所示，应用于上述制冷装置3的压缩机4为在通过螺栓等将压缩机壳体12与马达壳体13一体地结合而构成的密闭构造的壳体11内部内置有压缩机构14以及电动马达15的密闭型的电动压缩机。此处的压缩机4形成为如下的涡轮压缩机：具备上下两级叶轮16、17，通过经由省略图示的轴承而被支承为旋转自如的马达轴19，经由增速齿轮20驱动该叶轮16、17的旋转轴18。
上述压缩机4设为将叶轮16、17设置在上下两级的两级压缩机，但也可以设为单级压缩机或者三级以上的多级压缩机。另外，设为由马达轴19经由增速齿轮20来驱动旋转轴18，但也可以设为使旋转轴18与马达轴19为一体轴的直接连结构造的压缩机。
在上述压缩机4的吸入流路9A以及排出流路9B分别设置有吸入侧开闭阀21以及排出侧开闭阀22，构成为能够使制冷循环系统10成为切断状态，并且构成为在该吸入侧开闭阀21与排出侧开闭阀22之间的制冷剂流路9中设置有具备维护用开闭阀23的维护接口24。
根据以上说明的结构，基于本实施方式而起到以下的作用效果。
根据液化气体用冷却装置1，在对例如天然气等原料气体进行冷却而生成液化气体(LNG)时，使制冷装置3运转，由此在气体流路2内流动的常温的液化气体由蒸发器7逐渐冷却，首先预冷却到-30℃左右之后，从此处起进一步对其进行冷却以及过冷却，从而形成-162℃的液化气体(LNG)。
在该液化冷却过程中运转的制冷装置3的压缩机4需要按预先设定的运转时间进行用于更换轴承等消耗部件的维护。此时，必须在使压缩机4成为停止状态，将内部的制冷剂回收之后进行维护。以下说明该维护的具体步骤。
(1)由控制器等对压缩机4的运转时间进行计时，当经过预先设定的运转时间时，经由适当的手段来报告该情况，由此判断为需要进行维护，停止制冷装置3的运转。
(2)在使压缩机4成为停止状态之后，将设置于吸入流路9A以及排出流路9B中的开闭阀21、22关闭而隔断制冷循环系统10，形成为将压缩机4从制冷循环系统10隔离的状态。
(3)在该状态下将制冷剂回收机连接于维护接口24，并打开维护用开闭阀23，由此将压缩机4内部的制冷剂回收至制冷剂回收机侧的罐等中。
(4)然后，实施对压缩机4中的轴承等消耗部件进行更换等必要的维护。
(5)在维护结束后，将真空泵连接于维护接口24并对压缩机4内的空气进行真空抽吸而排气之后，将制冷剂填充机连接于维护接口24，补充必要量的制冷剂。
(6)在制冷剂的补充结束后，将维护用开闭阀23关闭，并且打开吸入流路9A以及排出流路9B的开闭阀21、22，由此完成维护作业，使压缩机4以及制冷装置3成为能够运转的状态。
根据本实施方式，能够通过上述步骤来维护压缩机4，因此在压缩机4的维护时，无需将制冷循环系统10内的制冷剂全部回收，能够缩短其作业时间，并且能够实现包括制冷剂回收作业在内的维护作业的容易化、以及其人工费、补充制冷剂费用等维护成本的削减。
另外，本实施方式的压缩机4为在密闭构造的壳体11内内置有压缩机构14和电动马达15的密闭型的电动压缩机。因此，不存在压缩机驱动轴的轴密封部，能够消除来自轴密封部的制冷剂泄漏。
因此，不需要定期的制冷剂的追加补充，能够削减与之相应的维护成本、制冷剂成本等，并且能够提高系统的工作率。
另外，与燃气轮机驱动方式的压缩机相比，能够节省机器的配置空间，因此能够缓和狭窄的设备中的机器的配置制约。
[第二实施方式]
接着，使用图3来说明本发明的第二实施方式。
本实施方式与上述的第一实施方式的不同点在于：将多台模块化的压缩机4并联地连接于制冷循环系统10。其他点与第一实施方式同样，因此省略说明。
在本实施方式的液化气体用冷却装置1中，如图3所示，压缩机4与设置于其吸入流路9A以及排出流路9B的开闭阀21、22、在吸入侧开闭阀21与排出侧开闭阀22之间的制冷剂流路9设置的具备维护用开闭阀23的维护接口24等一起一体地被模块化，该压缩模块A1、B1、C1···以多台并联的方式连接于制冷循环系统10。
通过像这样将多台模块化的压缩机4并联地连接于制冷循环系统10，能够从多台压缩模块A1、B1、C1的压缩机4经过了预先设定的运转时间的压缩机4依次停止运转，并按照上述的步骤(2)至(6)的步骤独立地进行维护，能够使压缩机维护轮换化。
因此，在每次维护压缩机4时，无需停止液化气体用冷却装置1的运转，能够一边使该运转继续一边独立地实施压缩机4的维护，能够提高液化气体用冷却装置1的工作率。
另外，即使在多台压缩模块A1、B1、C1中的任一者发生故障而无法运转的情况下，也能够同样地一边使液化气体用冷却装置1的运转继续一边实施该压缩模块的修理，因此能够防止液化气体(LNG)的生产降低。
而且，通过将多台模块化的压缩机4并联地连接于制冷循环系统10，不仅能够使每一台的压缩机4的容量实现小容量化，而且开闭阀21、22、23等也能够实现小径化，能够容易设为可实用化的范围的规格。
[第三实施方式]
接着，使用图4来说明本发明的第三实施方式。
本实施方式与上述的第一实施方式的不同点在于：将多台模块化的制冷装置3并联连接于液化气体的气体流路2。其他点与第一实施方式同样，因此省略说明。
如图4所示，本实施方式的液化气体用冷却装置1将压缩机4、冷凝器5、节流膨胀器6、蒸发器7通过制冷剂流路9而顺序连接，构成闭循环的制冷循环系统10。
将制冷装置3以制冷循环系统10为单位进行模块化，该制冷装置3构成为在该制冷循环系统10的压缩机4的吸入流路9A以及排出流路9B中设置有吸入侧以及排出侧的开闭阀21、22，且在吸入侧与排出侧开闭阀21、22之间的制冷剂流路9中设置有具备维护用开闭阀23的维护接口24。
而且，将多台该制冷模块A2、B2、C2···并联地连接于液化气体的气体流路2。
在相对于与液化气体的气体流路2并联连接的多台制冷模块A2、B2、C2的蒸发器7而言的气体流路2的入口侧以及出口侧中的任一方或双方分别设置有流路开闭阀25、26。
由此，在多台制冷模块A2、B2、C2因压缩机4的维护或故障、其他原因而成为了停止状态时，能够切断液化气体的向该制冷模块A2、B2、C2的流通。
如上所述，将多台以制冷循环系统10为单位进行模块化而成的制冷模块A2、B2、C2并联地连接于液化气体的气体流路2。在这些模块化后的各制冷装置3的压缩机4经过了规定的运转时间时，从搭载有该压缩机4的制冷模块A2、B2、C2依次停止运转。于是，能够按照上述的步骤(2)至(6)来独立地维护压缩机4，能够使压缩机维护轮换化。
由此，在每次维护压缩机4时，无需使液化气体用冷却装置1的运转停止，能够一边使该运转继续一边独立地维护各制冷模块A2、B2、C2的压缩机4，能够提高液化气体用冷却装置1的工作率。
另外，即使在多台制冷模块A2、B2、C2中的任一构成机器等发生故障而无法运转的情况下，也能够同样地一边使液化气体用冷却装置1的运转继续一边进行该制冷模块A2、B2、C2的修理，因此能够防止液化气体的生产降低。
另外，在相对于多台制冷模块A2、B2、C2的蒸发器7而言的气体流路2的入口侧以及出口侧任一方或双方分别设置有流路开闭阀25、26。因此，能够从模块化的制冷装置3的压缩机4经过了预先设定的运转时间的压缩机4依次轮换地进行维护。
此时，能够针对液化气体相对于停止状态的各制冷模块A2、B2、C2的蒸发器7的流通，通过关闭在其入口侧以及出口侧中的任一方或双方设置的流路开闭阀25、26来切断该流通并进行维护。
因此，能够抑制由并联连接的其他制冷模块A2、B2、C2冷却后的液化气体中混入经过了停止状态的制冷模块后的非冷却的液化气体而引起的冷却效率的降低，实现冷却性能的提高。
而且，构成为将制冷装置3分割为小容量化的多台制冷模块A2、B2、C2···，将该多台制冷模块A2、B2、C2并联地连接于液化气体的气体流路2。
由此，与设置一台具有相同能力的大型的制冷装置3的情况相比，能够提高机器配置的自由度，缓和在设置空间狭窄的设备中的机器配置的制约，并且在选择液化气体用冷却装置1的能力的大小时也能够灵活地应对。
而且，制冷循环系统10、设置于气体流路2中的开闭阀21、22、23、25、26等也能够小径化，能够容易设为可实用化的范围的规格。
需要说明的是，本发明并不限定于上述实施方式的发明，能够在不脱离其主旨的范围内适当进行变形。
例如，在上述实施方式中，作为应用于制冷装置3的压缩机4，说明了使用涡轮压缩机的例子，但并不限定于此，也可以使用其他形式的例如螺旋式压缩机、往复运动式压缩机等压缩机。
另外，当然，本发明的液化气体用冷却装置也能够同样应用于天然气以外的液化气体的液化。
而且，在上述的第三实施方式中，说明了将多台制冷模块A2、B2、C2···并联连接于供液化气体流通的气体流路2的例子，但无需一定是并联，也可以将多台制冷模块A2、B2、C2串联连接于气体流路2。在该情况下，相对于各制冷模块A2、B2、C2的蒸发器7，气体流路2串联连接，因此采用省略流路开闭阀25、26或者设置有旁通回路的结构即可。
附图标记说明
1 液化气体用冷却装置
2 气体流路
3 制冷装置
4 压缩机
5 冷凝器
6 节流膨胀器
7 蒸发器
9 制冷剂流路
9A 吸入流路
9B 排出流路
10 制冷循环系统
21、22 开闭阀
23 维护用开闭阀
24 维护接口
25、26 流路开闭阀
A1、B1、C1 压缩模块
A2、B2、C2 制冷模块
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种液化气体用冷却装置的维护方法，该液化气体用冷却装置具备：
气体流路，其供通过冷却而液化的液化气体流通；和
制冷装置，其由对在所述气体流路内流动的液化气体进行冷却的蒸发器、内置有压缩机构和电动马达的密闭型的压缩机、冷凝器以及节流膨胀器构成制冷循环系统，
所述制冷装置具备：
分别设置在所述压缩机的吸入流路及排出流路中的吸入侧开闭阀及排出侧开闭阀；和
具有维护用开闭阀的维护接口，所述维护用开闭阀设置于所述吸入侧开闭阀与所述排出侧开闭阀之间的制冷剂流路中，
所述液化气体用冷却装置的维护方法的特征在于，具备：
在使所述压缩机成为停止状态之后，关闭所述吸入侧开闭阀以及所述排出侧开闭阀的步骤；
将制冷剂回收机连接于所述维护接口并打开所述维护用开闭阀的步骤；
将所述压缩机内部的制冷剂回收至所述制冷剂回收机的步骤；以及
对所述压缩机实施维护的步骤。
2.(修改后)根据权利要求1所述的液化气体用冷却装置的维护方法，其中，具备：
将真空泵连接于所述维护接口并对所述压缩机内的空气进行真空抽吸而排气的步骤；
将制冷剂填充机连接于所述维护接口并补充必要量的制冷剂的步骤；以及
关闭所述维护用开闭阀，并且打开所述吸入侧开闭阀以及所述排出侧开闭阀的步骤。
3.(修改后)根据权利要求1或2所述的液化气体用冷却装置的维护方法，其中，
在关闭所述吸入侧开闭阀以及所述排出侧开闭阀的步骤之前，还包括：对所述压缩机的运转时间进行计时，当经过了预先设定的运转时间时，报告经过了所述运转时间这一情况的步骤。
4.(修改后)根据权利要求1至3中任一项所述的液化气体用冷却装置的维护方法，其中，
所述压缩机与具备所述吸入侧开闭阀、所述排出侧开闭阀以及所述维护用开闭阀的维护接口被模块化，该压缩模块相对于所述制冷循环系统以多台并联的方式连接，
在关闭所述吸入侧开闭阀以及所述排出侧开闭阀的步骤之前，还包括使多台所述压缩模块的所述压缩机中的经过了预先设定的运转时间的所述压缩机停止运转的步骤。
5.(追加)根据权利要求1至3中任一项所述的液化气体用冷却装置的维护方法，其中，
所述制冷装置以制冷循环系统为单位被模块化，该制冷模块相对于所述液化气体的气体流路以多台并联或串联的方式连接，
在关闭所述吸入侧开闭阀以及所述排出侧开闭阀的步骤之前，还包括使多台所述制冷模块中的具有经过了预先设定的运转时间的所述压缩机的所述制冷装置停止运转的步骤。
6.(追加)根据权利要求5所述的液化气体用冷却装置的维护方法，其中，
多台所述制冷模块相对于所述气体流路以并联的方式连接，在相对于各制冷模块的蒸发器的所述气体流路的入口侧及出口侧中的任一方或双方分别设置有流路开闭阀，
所述液化气体用冷却装置的维护方法还包括关闭成为停止状态的所述制冷模块的所述流路开闭阀的步骤。
7.(追加)一种液化气体用冷却装置，其特征在于，具备：
气体流路，其供通过冷却而液化的液化气体流通；和
制冷装置，其由对在所述气体流路内流动的液化气体进行冷却的蒸发器、内置有压缩机构和电动马达的密闭型的压缩机、冷凝器以及节流膨胀器构成制冷循环系统，
所述制冷装置具备：
分别设置在所述压缩机的吸入流路及排出流路中的吸入侧开闭阀及排出侧开闭阀；和
设置于所述吸入侧开闭阀与所述排出侧开闭阀之间的制冷剂流路中的维护用开闭阀。
8.(追加)根据权利要求7所述的液化气体用冷却装置，其中，
所述压缩机与具备所述吸入侧开闭阀、所述排出侧开闭阀以及所述维护用开闭阀的维护接口被模块化，该压缩模块相对于所述制冷循环系统以多台并联的方式连接。
9.(追加)根据权利要求7所述的液化气体用冷却装置，其中，
所述制冷装置以制冷循环系统为单位被模块化，该制冷模块相对于所述液化气体的气体流路以多台并联或串联的方式连接。
10.(追加)根据权利要求9所述的液化气体用冷却装置，其中，
多台所述制冷模块相对于所述气体流路以并联的方式连接，在相对于各制冷模块的蒸发器的所述气体流路的入口侧及出口侧中的任一方或双方分别设置有流路开闭阀。

Claims (4)

1.一种液化气体用冷却装置，其特征在于，具备：
气体流路，其供通过冷却而液化的液化气体流通；和
制冷装置，其由对在所述气体流路内流动的液化气体进行冷却的蒸发器、压缩机、冷凝器以及节流膨胀器构成制冷循环系统，
所述制冷装置具备：
分别设置在所述压缩机的吸入流路及排出流路中的吸入侧开闭阀及排出侧开闭阀；和
设置于所述吸入侧开闭阀与所述排出侧开闭阀之间的制冷剂流路中的维护用开闭阀。
2.根据权利要求1所述的液化气体用冷却装置，其中，
所述压缩机与具备所述吸入侧开闭阀、所述排出侧开闭阀以及所述维护用开闭阀的维护接口被模块化，该压缩模块相对于所述制冷循环系统以多台并联的方式连接。
3.根据权利要求1所述的液化气体用冷却装置，其中，
所述制冷装置以制冷循环系统为单位被模块化，该制冷模块相对于所述液化气体的气体流路以多台并联或串联的方式连接。
4.根据权利要求3所述的液化气体用冷却装置，其中，
多台所述制冷模块相对于所述气体流路以并联的方式连接，在相对于各制冷模块的蒸发器的所述气体流路的入口侧及出口侧中的任一方或双方分别设置有流路开闭阀。
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