JP3375906B2 - Control method and device for helium liquefaction device - Google Patents
Control method and device for helium liquefaction deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ヘリウム液化装置
の制御方法及び装置に係り、特に、冷凍機を用いたヘリ
ウム液化装置全般に用いるのに好適な、ヘリウム液化装
置を用いた極低温機器の安全を確保することが可能な、
ヘリウム液化装置の制御方法及び装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control method and apparatus for a helium liquefaction apparatus, and more particularly to a cryogenic device using the helium liquefaction apparatus, which is suitable for use in general helium liquefaction apparatus using a refrigerator. It is possible to secure safety,
The present invention relates to a control method and device for a helium liquefier.
【0002】[0002]
【従来の技術】ヘリウムの液化温度である4.2K以下
の温度を必要とする低温システムには、再凝縮タイプ
と、ヘリウム液化サイクルを保持するタイプとがある。2. Description of the Related Art Low temperature systems requiring a liquefying temperature of helium of 4.2 K or less include a recondensing type and a type maintaining a helium liquefying cycle.
【0003】前者は、業者等から購入した液体ヘリウム
を機器に挿入して冷却し、蒸発していく液体ヘリウム
を、内蔵した小型冷凍機で再凝縮して、機器に対する液
体ヘリウムのレベルを維持するものであり、MRI等の
医療診断機器等の小型システムに用いられている。In the former method, liquid helium purchased from a vendor is inserted into a device to be cooled, and the liquid helium which is being evaporated is recondensed by a built-in small refrigerator to maintain the level of liquid helium with respect to the device. It is used for small systems such as medical diagnostic equipment such as MRI.
【0004】一方後者は、小、中、大型のプラントタイ
プであり、自ら液体ヘリウムを作り出す液化装置を備え
ている。この液化装置においては、ヘリウムが相変化を
して、容積が変化するという問題を有する。即ち、シス
テムを構成する配管は、全て金属製であり、全内容積
は、いかなる場合においても、ほぼ一定である。又、シ
ステム構成上、圧力も一定である。一方ヘリウムは、ガ
スの状態ではボイル・シャルルの法則に従って、圧力、
温度、体積が変化するため、温度変化に応じて、その体
積を変えていく。更に、気相から液相に変化する時、そ
の体積は1/700に小さくなる。一方、システムは圧
力を維持しなければならないため、システム外部からヘ
リウムガスを絶えず供給していかなければならない。こ
れらの作業には、人手が必要となり、自動化できない
と、昼夜突貫の作業を強いられることが多い。On the other hand, the latter is a small, medium or large plant type, and is equipped with a liquefaction device for producing liquid helium by itself. This liquefaction device has a problem that helium undergoes a phase change and its volume changes. That is, all the pipes constituting the system are made of metal, and the total internal volume is almost constant in any case. Also, the pressure is constant due to the system configuration. On the other hand, in the gas state, helium follows the Boyle-Charles law in terms of pressure,
Since the temperature and volume change, the volume is changed according to the temperature change. Further, when changing from the gas phase to the liquid phase, the volume becomes 1/700. On the other hand, since the system must maintain the pressure, the helium gas must be constantly supplied from outside the system. These operations require manpower, and if they cannot be automated, they are often forced to work day and night.
【0005】図1に、従来のヘリウム液化装置の一例の
全体構成を示す。このヘリウム液化装置には、低圧ライ
ン10を介して供給される低圧のヘリウムガスを加圧す
るためのコンプレッサ12と、該コンプレッサ12によ
り加圧され、高圧ライン20を介して供給される高圧の
ヘリウムガスを、液体ヘリウム温度まで冷却するための
冷凍機22と、該冷凍機22により冷却されたヘリウム
をミスト化して、被冷却物(例えば図3に示す超伝導磁
石35)が内蔵されたクライオスタット30の下部に注
液管32から供給するジュール・トムソン弁(JT弁と
称する)28と、前記クライオスタット30の貯液部3
4に貯液され、被冷却物との熱交換によって暖められた
ヘリウムガスを、再び前記冷凍機22に戻すためのリタ
ーン弁(RT弁と称する)36と、予冷時に該RT弁3
6及び冷凍機22をバイパスして、ヘリウムガスを低圧
ライン10により前記コンプレッサ12に直接戻すため
の、予冷終了後は閉じられる予冷弁38と、バルブスタ
ンド44に接続された中圧ライン42を介して、該バル
ブスタンド44の作用により、液化により減少したヘリ
ウムガスを補給し、過剰となったヘリウムガスを回収す
るためのバッファタンク(中圧タンクとも称する)40
と、前記コンプレッサ12出側の高圧ライン20やヘリ
ウムガスボンベ50から供給されるヘリウムガスを精製
して、前記バッファタンク40に供給するためのヘリウ
ムガス精製器52とを主に備えている。FIG. 1 shows the overall construction of an example of a conventional helium liquefaction apparatus. In this helium liquefier, a compressor 12 for pressurizing low-pressure helium gas supplied via a low-pressure line 10, and a high-pressure helium gas pressurized by the compressor 12 and supplied via a high-pressure line 20. Of the cryostat 30 in which the object to be cooled (for example, the superconducting magnet 35 shown in FIG. 3) is built in by making the helium cooled by the refrigerator 22 into mist. A Joule-Thomson valve (referred to as a JT valve) 28 supplied from a liquid injection pipe 32 to the lower portion, and a liquid storage portion 3 of the cryostat 30.
A return valve (referred to as an RT valve) 36 for returning the helium gas stored in 4 and warmed by heat exchange with an object to be cooled to the refrigerator 22 again, and the RT valve 3 during precooling.
6 and the refrigerator 22 to return the helium gas directly to the compressor 12 by the low pressure line 10 via a precooling valve 38 closed after the precooling and an intermediate pressure line 42 connected to a valve stand 44. A buffer tank (also referred to as a medium pressure tank) 40 for replenishing the helium gas reduced by the liquefaction and recovering the excess helium gas by the action of the valve stand 44.
And a helium gas purifier 52 for purifying the helium gas supplied from the high pressure line 20 on the outlet side of the compressor 12 or the helium gas cylinder 50 and supplying the helium gas to the buffer tank 40.
【0006】前記冷凍機22は、例えば図2に詳細に示
す如く、カスケード接続された、互いに温度が異なる複
数(図では3台)の熱交換器24a、24b、24c
と、それらの間に設けられたタービン26a、26bか
ら主に構成されている。As shown in detail in FIG. 2, the refrigerator 22 has a plurality of (three in the figure) heat exchangers 24a, 24b, 24c connected in cascade and having different temperatures.
And turbines 26a and 26b provided between them.
【0007】前記クライオスタット30の入口には、図
3に詳細に示す如く、低温ガスを熱交換なくクライオス
タット30に導くためのトランスファチューブ31や、
該トランスファチューブ31をクライオスタット30か
ら引き抜いた時に外気から仕切るための仕切弁33が設
けられている。At the inlet of the cryostat 30, as shown in detail in FIG. 3, a transfer tube 31 for guiding low temperature gas to the cryostat 30 without heat exchange,
A gate valve 33 for partitioning the transfer tube 31 from the outside air when the transfer tube 31 is pulled out from the cryostat 30 is provided.
【0008】前記予冷弁34は、例えば、互いに並列接
続された、手動の仕切弁、及び、圧力が所定値、例えば
0.3kgf/cm2Gを超えた時に開かれる背圧調整
弁により構成されている。The pre-cooling valve 34 is composed of, for example, a manual sluice valve connected in parallel with each other and a back pressure adjusting valve which is opened when the pressure exceeds a predetermined value, for example, 0.3 kgf / cm 2 G. ing.
【0009】又、前記バルブスタンド44は、低圧ライ
ン10の圧力が所定値、例えば0.1kgf/cm2G
になるように調整するための圧力調整弁と、ヘリウムガ
スの液化により低圧ライン10の圧力が低下した時に、
バッファタンク40から中圧ライン42を介して供給さ
れるヘリウムガスを低圧ライン10に補給するための開
閉弁と、逆に負荷によりクライオスタット30内の液体
ヘリウムが過剰に蒸発して低圧ライン10の圧力が上昇
した時に、過剰なガスを中圧ライン42を介してバッフ
ァタンク40に戻すための開閉弁とを含んで構成されて
いる。In the valve stand 44, the pressure in the low pressure line 10 is a predetermined value, for example, 0.1 kgf / cm 2 G
When the pressure in the low pressure line 10 decreases due to liquefaction of helium gas,
An on-off valve for replenishing the low-pressure line 10 with helium gas supplied from the buffer tank 40 through the medium-pressure line 42, and conversely, the liquid helium in the cryostat 30 excessively evaporates due to the load and the pressure of the low-pressure line 10 is increased. And an on-off valve for returning excess gas to the buffer tank 40 via the medium pressure line 42 when the pressure rises.
【0010】更に、図示は省略したが、前記コンプレッ
サ12の出側には、ヘリウムガスを圧縮する時に用いる
油を除去するための油分離器(ORSと称する)も設け
られている。Further, although not shown, an oil separator (referred to as ORS) for removing oil used for compressing the helium gas is provided on the outlet side of the compressor 12.
【0011】このようなヘリウム液化装置をメンテナン
ス作業等により長期間停止した場合、超伝導磁石35の
温度は室温近くまで上昇するので、まず、約15K程度
まで予備冷却(予冷と称する)する。この予冷過程で
は、超伝導磁石を構成する様々な有機物からの放出ガス
で冷凍機22が汚れ、液体ヘリウムをクライオスタット
30へ貯液するだけの冷凍能力は得られない。従って液
体ヘリウムを被冷却物が収容されたクライオスタット3
0の貯液部34に貯液して、被冷却物を冷やす際には、
まず、高圧ライン20にあるコンプレッサ12により低
圧ライン10内のヘリウムガスを圧縮し、例えば8.2
kgf/cm2Gまで加圧する。加圧されたヘリウムガ
スは、図2に示したような冷凍機22内を通過しなが
ら、多段式の熱交換器26a〜26cによる熱交換過程
を経て、徐々に冷却されていく。最後に、JT弁28を
通過することで、霧吹きのように温度4.4Kの極低温
の液体ヘリウムが生成される。JT弁28から放出され
たミスト状の液体ヘリウムは、トランスファチューブ3
1及び注液管32を通して、被冷却物(超伝導磁石3
5)が収められたクライオスタット30に導かれる。注
液管32によりクライオスタット30の下部まで導かれ
て放出された液体ヘリウムは、被冷却物と熱交換しなが
ら、被冷却物を徐々に冷却していく。具体的には、例え
ば超伝導磁石35の下コイルを冷却し、クライオスタッ
トの連結部30Cを通って、超伝導磁石35の上コイル
を冷却していく。このとき、被冷却物との熱交換によっ
て暖められたヘリウムガスは、予冷弁38を通して、再
び低圧ライン10に戻り、コンプレッサ12により再び
圧縮され、冷凍機22に導かれる。この状態では、コン
プレッサ12から負荷側へ送り出されるヘリウム流量の
例えば80%が予冷弁38を流れ、残り20%がRT弁
36を流れるようにされる。When such a helium liquefaction apparatus is stopped for a long period of time due to maintenance work or the like, the temperature of the superconducting magnet 35 rises to near room temperature, so that it is first precooled (referred to as precooling) to about 15K. In this pre-cooling process, the refrigerator 22 is contaminated by the released gases from various organic substances that form the superconducting magnet, and the refrigerating capacity for storing liquid helium in the cryostat 30 cannot be obtained. Therefore, the cryostat 3 in which the object to be cooled is liquid helium is stored.
When liquid is stored in the liquid storage unit 34 of 0 and the object to be cooled is cooled,
First, the helium gas in the low pressure line 10 is compressed by the compressor 12 in the high pressure line 20, for example, 8.2.
Pressurize to kgf / cm 2 G. The pressurized helium gas is gradually cooled while passing through the refrigerator 22 as shown in FIG. 2 while undergoing a heat exchange process by the multistage heat exchangers 26a to 26c. Finally, by passing through the JT valve 28, cryogenic liquid helium having a temperature of 4.4 K is generated like a mist. The liquid mist-like helium discharged from the JT valve 28 is transferred to the transfer tube 3
1 to be cooled (superconducting magnet 3
It is guided to the cryostat 30 in which 5) is stored. The liquid helium guided to the lower portion of the cryostat 30 by the liquid injection pipe 32 and discharged is gradually cooled while exchanging heat with the object to be cooled. Specifically, for example, the lower coil of the superconducting magnet 35 is cooled, and the upper coil of the superconducting magnet 35 is cooled through the connecting portion 30C of the cryostat. At this time, the helium gas warmed by heat exchange with the object to be cooled returns to the low pressure line 10 again through the precooling valve 38, is compressed again by the compressor 12, and is guided to the refrigerator 22. In this state, for example, 80% of the flow rate of helium sent from the compressor 12 to the load side flows through the precooling valve 38, and the remaining 20% flows through the RT valve 36.
【0012】このような過程を長時間(例えば10日
位)繰返して、系全体が液体ヘリウム温度近くになる
と、超伝導磁石35と熱交換器24cの温度差が小さく
なる。従って、予冷弁38を閉じ、RT弁36を最大に
開いても、熱交換器24cの温度が上昇することはな
く、被冷却物への貯液が可能になる(貯液できる状態ま
での冷却を予冷と称する)。When such a process is repeated for a long time (for example, about 10 days) and the temperature of the entire system approaches the liquid helium temperature, the temperature difference between the superconducting magnet 35 and the heat exchanger 24c becomes small. Therefore, even if the pre-cooling valve 38 is closed and the RT valve 36 is opened to the maximum, the temperature of the heat exchanger 24c does not rise and liquid can be stored in the object to be cooled (cooling to a state in which liquid can be stored). Is called precooling).
【0013】予冷が終了し、系全体が液体ヘリウム温度
近くになって、被冷却物への貯液が可能になると、予冷
弁38を手動により徐々に閉じて、RT弁36への戻り
流量を増やしていくと、RT弁36を介して供給される
低温のヘリウムによって冷凍機22が冷却され、JT弁
28へ供給される高圧のヘリウムガスが更に冷却される
ため、JT弁28を出る直前でのガスの温度の冷却効率
が一気に上昇して、JT弁よりミスト状の液体ヘリウム
が発生し、液体ヘリウムをクライオスタット30へ貯め
ていくことになる。この状態では、例えば数%が液とし
て溜まり、残り90%以上がRT弁36を通って冷凍機
22に戻る。When the pre-cooling is completed and the temperature of the entire system becomes close to the liquid helium temperature and the liquid can be stored in the object to be cooled, the pre-cooling valve 38 is gradually closed manually to adjust the return flow rate to the RT valve 36. When the number is increased, the refrigerator 22 is cooled by the low temperature helium supplied via the RT valve 36, and the high-pressure helium gas supplied to the JT valve 28 is further cooled. The cooling efficiency of the temperature of the gas is rapidly increased, and mist-like liquid helium is generated from the JT valve, and the liquid helium is stored in the cryostat 30. In this state, for example, several% is accumulated as liquid, and the remaining 90% or more passes through the RT valve 36 and returns to the refrigerator 22.
【0014】予冷時及び液化時の予冷弁38及びRT弁
36の開閉状態を図4に示す。The open / closed states of the precooling valve 38 and the RT valve 36 during precooling and liquefaction are shown in FIG.
【0015】液化が始まると、0℃一気圧のヘリウムガ
スの体積は、4.2K一気圧の液体ヘリウムの体積の約
700倍あるため、バッファタンク40のガスが中圧ラ
イン42を介して低圧ライン10に供給されていき、バ
ッファタンク40の圧力が減少していく。When liquefaction starts, the volume of helium gas at 0 ° C. and 1 atm is about 700 times the volume of liquid helium at 4.2 K and 1 atm, so that the gas in the buffer tank 40 is low pressure through the intermediate pressure line 42. As the pressure is supplied to the line 10, the pressure in the buffer tank 40 decreases.
【0016】通常、バッファタンク40の圧力が一気圧
以下になると、バッファタンクから送り出すガスが無い
ため、コンプレッサ12を構成するモータ等が破損し易
くなるので、コンプレッサの安全確保のため、コンプレ
ッサ12を停止させるインターロックが働く。Normally, when the pressure in the buffer tank 40 is less than 1 atm, there is no gas to be sent out from the buffer tank, and the motor and the like that compose the compressor 12 are easily damaged. The interlock to stop works.
【0017】冷凍機22は、温度の異なる熱交換器24
a〜24cにより構成されているため、一度冷凍機22
が停止した後、再起動すると、各熱交換器へ付着してい
た不純ガスが、一段下の熱交換器へと付着し、液化効率
を低下させる。従って、再度定常状態に立ち上げるため
には、システムの昇温及びガスのクリーニングといった
労力と時間を要することになる。The refrigerator 22 includes a heat exchanger 24 having different temperatures.
Since it is composed of a to 24c, once the refrigerator 22
When the gas is stopped and then restarted, the impure gas adhering to each heat exchanger adheres to the heat exchanger one step below, thereby lowering the liquefaction efficiency. Therefore, it takes labor and time to raise the temperature of the system and clean the gas in order to return to the steady state again.
【0018】装置運転時の被冷却物(例えば超電導磁石
35の上コイル)の温度変化状態の一例を図5に示す。
最初の5時間は、別の作業のため、温度が上昇してい
る。再冷却時(5〜28時間)は、RT弁36及び予冷
弁38にヘリウム戻りガスが流れている。この状態で
は、コイルの温度が飽和して、温度が12度K以下には
下がらない。28時間以降、予冷弁38を閉めることに
よって、冷凍機22の効率が上昇して、温度が4.2度
K付近まで低下している。FIG. 5 shows an example of the temperature change state of the object to be cooled (for example, the upper coil of the superconducting magnet 35) during the operation of the apparatus.
During the first 5 hours, the temperature is rising due to another work. During recooling (5 to 28 hours), the helium return gas is flowing through the RT valve 36 and the precooling valve 38. In this state, the temperature of the coil is saturated and the temperature does not drop below 12 degrees K. After 28 hours, by closing the pre-cooling valve 38, the efficiency of the refrigerator 22 is increased and the temperature is lowered to around 4.2 degrees K.
【0019】[0019]
【発明が解決しようとする課題】このように、システム
が一旦液体ヘリウムを供給できない状態になると、液化
作業が終了するまで冷凍機22を停止することができな
い。従って、この間、人間が休みなく監視し、バッファ
タンク40へのガス補給作業をしなければならないとい
う問題点を有していた。As described above, once the system cannot supply liquid helium, the refrigerator 22 cannot be stopped until the liquefaction work is completed. Therefore, during this time, there is a problem in that a person must monitor without fail and perform gas replenishment work to the buffer tank 40.
【0020】このような問題点を改善するべく、バッフ
ァタンク40の容量を大きくすることが考えられるが、
システムの見栄えや設置スペースの問題がある。一方、
バッファタンク40の圧力を高めることも考えられる
が、1MPaを超えると、高圧ガスの法規制を受け、管
理が面倒である等の問題点を有していた。In order to improve such a problem, it is conceivable to increase the capacity of the buffer tank 40.
There is a problem with the appearance of the system and the installation space. on the other hand,
It is possible to increase the pressure of the buffer tank 40, but if it exceeds 1 MPa, there is a problem that the control is troublesome due to the regulation of high pressure gas.
【0021】又、操作ミスや、メンテナンス後の作業に
バルブや配管の継ぎ目等の締め忘れがあると、ガスが微
量ずつ外部に抜けていくため、知らない間にコンプレッ
サ12の停止といったことが発生し得る。通常は、バッ
ファタンク40の圧力が、ある設定値を下回った場合に
警報を出したり、自動ガス供給システム等で、トラブル
を補うようにしている。この方法は、比較的大きなシス
テムには有効であるが、小、中規模のシステムでは、コ
ストがかさむという問題点を有していた。Further, if an operation error or forgetting to tighten the joints of valves and pipes in the work after maintenance, a slight amount of gas escapes to the outside, and the compressor 12 may be stopped without knowing it. You can Usually, when the pressure in the buffer tank 40 falls below a certain set value, an alarm is issued or an automatic gas supply system or the like is used to supplement the trouble. This method is effective for a relatively large system, but has a problem that the cost is high for a small or medium scale system.
【0022】本発明は、前記従来の問題点を改善するべ
くなされたもので、バッファタンクの容量を大きくした
り、圧力を高めることなく、且つ、システムの安全を損
なうことなく、コンプレッサの停止による効率低下を防
止することを課題とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art. By stopping the compressor without increasing the capacity of the buffer tank or increasing the pressure, and without impairing the safety of the system, It is an issue to prevent efficiency reduction.
【0023】[0023]
【課題を解決するための手段】本発明は、低圧のヘリウ
ムガスを加圧するためのコンプレッサと、該コンプレッ
サにより加圧されたヘリウムガスを液体ヘリウム温度ま
で冷却するための冷凍機と、該冷凍機により軽客された
ヘリウムガスをミスト化して、被冷却物を冷却するため
のクライオスタットに供給するジュール・トムソン弁
と、前記クライオスタットに貯液され、被冷却物との熱
交換によって暖められたヘリウムガスを再び前記冷凍機
に戻すためのリターン弁と、予冷時に該リターン弁及び
冷凍機をバスパスして、ヘリウムガスを前記コンプレッ
サに戻すための、予冷終了後は閉じられる予冷弁と、液
化により減少したヘリウムガスを補給し、過剰となった
ヘリウムガスを回収するためのバッファタンクとを備え
たヘリウム液化装置において、該バッファタンクの圧力
が低下した時は、前記クライオスタット内のヘリウムガ
スの一部を、前記リターン弁及び冷凍機を介することな
く、前記コンプレッサに直接戻すようにして、前記課題
を解決したものである。The present invention relates to a compressor for pressurizing low-pressure helium gas, a refrigerator for cooling the helium gas pressurized by the compressor to a liquid helium temperature, and the refrigerator. The helium gas that is lightly received by the mist is converted into a mist and supplied to the cryostat for cooling the object to be cooled, and the helium gas stored in the cryostat and heated by heat exchange with the object to be cooled. To the refrigerator, a return valve for returning to the refrigerator, a return valve and a refrigerator for precooling, and a precooling valve for returning the helium gas to the compressor, which is closed after precooling, and reduced by liquefaction. A helium liquefaction device equipped with a buffer tank for replenishing helium gas and recovering excess helium gas In the above, when the pressure of the buffer tank is lowered, a part of the helium gas in the cryostat is directly returned to the compressor without passing through the return valve and the refrigerator, and the above-mentioned problems are solved. It is a thing.
【0024】又、同様のヘリウム液化装置において、前
記バッファタンクの圧力が低下した時に、前記予冷弁を
バイパスして前記クライオスタット内のヘリウムガスを
前記コンプレッサに戻すためのバイパス弁を設けること
により、同じく前記課題を解決したものである。Further, in the same helium liquefaction device, by providing a bypass valve for bypassing the precooling valve and returning the helium gas in the cryostat to the compressor when the pressure in the buffer tank is lowered, This is a solution to the above problem.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【0026】本実施形態は、図1に示した従来と同様の
ヘリウム液化装置において、図6に示す如く、バッファ
タンク40内の圧力を検出する圧力計60と、該圧力計
60により検出されるバッファタンク40内の圧力が低
下した時に、予冷弁38をバイパスして、クライオスタ
ット30内のヘリウムガスを、RT弁36及び冷凍機2
2を介することなく、コンプレッサ12に直接戻すため
のバイパス弁62を設けたものである。In this embodiment, in the helium liquefaction apparatus similar to the conventional one shown in FIG. 1, as shown in FIG. 6, a pressure gauge 60 for detecting the pressure in the buffer tank 40 and the pressure gauge 60 are used for detection. When the pressure in the buffer tank 40 drops, the pre-cooling valve 38 is bypassed to allow the helium gas in the cryostat 30 to flow into the RT valve 36 and the refrigerator 2.
A bypass valve 62 is provided for returning directly to the compressor 12 without going through 2.
【0027】以下、本実施形態の作用を説明する。The operation of this embodiment will be described below.
【0028】ヘリウムガスが液化されて戻りガスの量が
減り、圧力計60によって検出されるバッファタンク4
0の圧力が、ある許容値、例えば1.8kgf/cm2
G以下になると、バイパス弁62が開かれ、予冷状態に
なる。従って、JT弁28から放出されるガス(液)の
量が同じであるとすると、バイパス弁62側へのガス流
量が増えるため、冷凍機22への戻りガスが減り、冷凍
機22があまり冷却されなくなるため、その液化効率が
低下する。すると、クライオスタット30に溜まりかけ
たヘリウムが蒸発して、バッファタンク40に回収され
る。これにより、バッファタンク40の圧力が許容値以
上になると、再びバイパス弁62が閉じて、液化が始ま
るといった平衡状態が維持できる。The helium gas is liquefied to reduce the amount of return gas, and the buffer tank 4 detected by the pressure gauge 60
A pressure of 0 has a certain allowable value, for example 1.8 kgf / cm 2
When the temperature becomes equal to or lower than G, the bypass valve 62 is opened and the pre-cooling state is set. Therefore, if the amount of gas (liquid) released from the JT valve 28 is the same, the gas flow rate to the bypass valve 62 side increases, so the return gas to the refrigerator 22 decreases and the refrigerator 22 cools too much. Therefore, the liquefaction efficiency decreases. Then, the helium accumulated in the cryostat 30 evaporates and is collected in the buffer tank 40. As a result, when the pressure in the buffer tank 40 becomes equal to or higher than the allowable value, the bypass valve 62 is closed again and liquefaction starts, so that an equilibrium state can be maintained.
【0029】従って、バッファタンク40の圧力が減ら
ないので、コンプレッサ12自体のインターロック(例
えば停電)が発生しない限り、コンプレッサ12の停止
や、これに伴う冷凍機システムの再立ち上げといった手
間を防ぐことができる。Therefore, since the pressure in the buffer tank 40 does not decrease, unless the interlock (for example, power failure) of the compressor 12 itself occurs, the trouble of stopping the compressor 12 and restarting the refrigerating system associated therewith is prevented. be able to.
【0030】本実施形態における、予冷時、液化時のバ
ッファタンク圧正常時及び低下時の、予冷弁38、RT
弁36及びバイパス弁62の開閉状態を図7に示す。In the present embodiment, the pre-cooling valve 38 and RT are used at the time of precooling, when the liquefaction is normal, and when the buffer tank pressure is normal.
The open / closed states of the valve 36 and the bypass valve 62 are shown in FIG. 7.
【0031】このようにして、何らかの要因によるバッ
ファタンク40の圧力低下により、コンプレッサ12が
停止してしまうことを防ぐことができ、且つ、その瞬間
(例えば夜中)にその場に居合わせず、事象発見後で
も、十分対処が可能となる。In this way, it is possible to prevent the compressor 12 from stopping due to the pressure drop in the buffer tank 40 due to some factor, and to find an event without being present at that moment (for example, at night). Even afterwards, it is possible to deal with it sufficiently.
【0032】本実施形態においては、予冷弁38と並列
にバイパス弁62を設けているので、本発明による制御
が簡略である。なお、バイパス弁62を設けることな
く、予冷弁38自体を自動制御弁に変え、前記圧力計6
0の出力により該予冷弁38自体を電気的に開閉制御す
るように構成することも可能である。この場合には、別
体のバイパス弁を設ける必要がないので、構成が簡略で
ある。In the present embodiment, since the bypass valve 62 is provided in parallel with the precooling valve 38, the control according to the present invention is simple. It should be noted that without providing the bypass valve 62, the precooling valve 38 itself is changed to an automatic control valve, and the pressure gauge 6
The precooling valve 38 itself may be electrically controlled to be opened / closed by the output of 0. In this case, since it is not necessary to provide a separate bypass valve, the structure is simple.
【0033】[0033]
【発明の効果】本発明によれば、バッファタンクの圧力
が低下すると、冷凍機の能力が低下し、低圧ラインの圧
力が上昇するため、バッファタンクの圧力が元に戻る。
従って、バッファタンクの圧力低下によるコンプレッサ
の停止を防ぐことができ、安全性を確保しつつ、コンプ
レッサの突然の停止による面倒な復旧作業や、コンプレ
ッサの突然の停止を防ぐためのバッファタンク圧力の監
視が不要となる。According to the present invention, when the pressure in the buffer tank is lowered, the capacity of the refrigerator is lowered and the pressure in the low pressure line is raised, so that the pressure in the buffer tank is restored.
Therefore, it is possible to prevent the compressor from stopping due to the pressure drop in the buffer tank, and while maintaining safety, monitor the buffer tank pressure to prevent the troublesome restoration work due to the sudden stop of the compressor and the sudden stop of the compressor. Is unnecessary.
【図1】従来のヘリウム液化装置の全体構成を示す管路
図FIG. 1 is a pipeline diagram showing the overall configuration of a conventional helium liquefaction device.
【図2】前記ヘリウム液化装置の冷凍機の構成を示す管
路図FIG. 2 is a pipeline diagram showing a configuration of a refrigerator of the helium liquefaction device.
【図3】同じくクライオスタットの構成を示す断面図FIG. 3 is a sectional view showing the structure of the cryostat.
【図4】同じく予冷弁及びリターン弁の開閉状態を示す
図表FIG. 4 is a diagram showing the open / closed state of the precooling valve and the return valve.
【図5】同じく液化時の被冷却物温度の変化状態の例を
示す線図FIG. 5 is a diagram showing an example of a change state of the temperature of an object to be cooled during liquefaction.
【図6】本発明に係るヘリウム液化装置の実施形態の構
成を示す管路図FIG. 6 is a pipeline diagram showing a configuration of an embodiment of a helium liquefier according to the present invention.
【図7】同じく予冷弁、リターン弁及びバイパス弁の開
閉状態を示す図表FIG. 7 is a diagram showing the open / closed state of the precooling valve, the return valve, and the bypass valve.
10…低圧ライン 12…コンプレッサ 20…高圧ライン 22…冷凍機 28…ジュール・トムソン弁(JT弁) 30…クライオスタット 34…貯液部 36…リターン弁(RT弁) 38…予冷弁 40…バッファタンク(中圧タンク) 42…中圧ライン 44…バルブスタンド 60…圧力計 62…バイパス弁 10 ... Low pressure line 12 ... Compressor 20 ... High pressure line 22 ... Refrigerator 28 ... Jules Thomson valve (JT valve) 30 ... Cryostat 34 ... Liquid storage section 36 ... Return valve (RT valve) 38 ... Precooling valve 40 ... Buffer tank (medium pressure tank) 42 ... Medium pressure line 44 ... Valve stand 60 ... Pressure gauge 62 ... Bypass valve
Claims (2)
プレッサと、 該コンプレッサにより加圧されたヘリウムガスを液体ヘ
リウム温度まで冷却するための冷凍機と、 該冷凍機により冷却されたヘリウムガスをミスト化し
て、被冷却物を冷却するためのクライオスタットに供給
するジュール・トムソン弁と、 前記クライオスタットに貯液され、被冷却物との熱交換
によって暖められたヘリウムガスを再び前記冷凍機に戻
すためのリターン弁と、 予冷時に該リターン弁及び冷凍機をバスパスして、ヘリ
ウムガスを前記コンプレッサに戻すための、予冷終了後
は閉じられる予冷弁と、 液化により減少したヘリウムガスを補給し、過剰となっ
たヘリウムガスを回収するためのバッファタンクとを備
えたヘリウム液化装置において、 該バッファタンクの圧力が低下した時は、前記クライオ
スタット内のヘリウムガスの一部を、前記リターン弁及
び冷凍機を介することなく、前記コンプレッサに直接戻
すことを特徴とするヘリウム液化装置の制御方法。1. A compressor for pressurizing low-pressure helium gas, a refrigerator for cooling the helium gas pressurized by the compressor to a liquid helium temperature, and a mist for the helium gas cooled by the refrigerator. And a Joule-Thomson valve for supplying a cryostat for cooling the object to be cooled, and a helium gas stored in the cryostat and warmed by heat exchange with the object to be cooled for returning to the refrigerator again. A return valve, a pre-cooling valve for returning the helium gas to the compressor by bus-passing the return valve and the refrigerator during pre-cooling, and a helium gas reduced due to liquefaction to replenish the helium gas, resulting in excess. And a buffer tank for recovering the helium gas, wherein the buffer tank When the pressure of the click is lowered, some of the helium gas within the cryostat, not via the return valve and the refrigerator, the control method of the helium liquefier and returning directly to the compressor.
プレッサと、 該コンプレッサにより加圧されたヘリウムガスを液体ヘ
リウム温度まで冷却するための冷凍機と、 該冷凍機により冷却されたヘリウムガスをミスト化し
て、被冷却物を冷却するためのクライオスタットに供給
するジュール・トムソン弁と、 前記クライオスタットに貯液され、被冷却物との熱交換
によって暖められたヘリウムガスを再び前記冷凍機に戻
すためのリターン弁と、 予冷時に該リターン弁及び冷凍機をバスパスして、ヘリ
ウムガスを前記コンプレッサに戻すための、予冷終了後
は閉じられる予冷弁と、 液化により減少したヘリウムガスを補給し、過剰となっ
たヘリウムガスを回収するためのバッファタンクとを備
えたヘリウム液化装置において、 該バッファタンクの圧力が低下した時に、前記予冷弁を
バイパスして前記クライオスタット内のヘリウムガスを
前記コンプレッサに戻すためのバイパス弁を設けたこと
を特徴とするヘリウム液化装置の制御装置。2. A compressor for pressurizing low-pressure helium gas, a refrigerator for cooling the helium gas pressurized by the compressor to a liquid helium temperature, and a mist for the helium gas cooled by the refrigerator. And a Joule-Thomson valve for supplying a cryostat for cooling the object to be cooled, and a helium gas stored in the cryostat and warmed by heat exchange with the object to be cooled for returning to the refrigerator again. A return valve, a pre-cooling valve for returning the helium gas to the compressor by bus-passing the return valve and the refrigerator during pre-cooling, and a helium gas reduced due to liquefaction to replenish the helium gas, resulting in excess. And a buffer tank for recovering the helium gas, wherein the buffer tank When the pressure of the click is lowered, the control device of the helium liquefier, characterized in that the helium gas within said cryostat bypasses the precooling valve has a bypass valve for returning to the compressor.
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