JPH01244254A - 極低温冷凍装置の補助寒冷源制御方法 - Google Patents
極低温冷凍装置の補助寒冷源制御方法Info
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- JPH01244254A JPH01244254A JP6957388A JP6957388A JPH01244254A JP H01244254 A JPH01244254 A JP H01244254A JP 6957388 A JP6957388 A JP 6957388A JP 6957388 A JP6957388 A JP 6957388A JP H01244254 A JPH01244254 A JP H01244254A
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Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は補助寒冷源を有する極低温冷凍装置に係り、特
に大形の横形補助寒冷源熱交換器（以下、熱交と略称）
を有する装置に好適な極低温冷凍装置の補助寒冷源制御
方法に関するものである。
に大形の横形補助寒冷源熱交換器（以下、熱交と略称）
を有する装置に好適な極低温冷凍装置の補助寒冷源制御
方法に関するものである。
極低温冷凍装置（例えばヘリウム冷凍装置）では、装置
の小形化を図るために補助寒冷源（例えば液体窒素）を
一般的に使用している。この種に関するものとしては特
開昭６２−１３４４６２号等が挙げられる。
の小形化を図るために補助寒冷源（例えば液体窒素）を
一般的に使用している。この種に関するものとしては特
開昭６２−１３４４６２号等が挙げられる。
従来の装置は、例えば第３２回低温工学研究発表会（１
９８４）予稿集Ｂ２−１０に示されているように熱交換
後のガス窒素出口温度を一定にする補助寒冷源の制御方
法を採用していた。
９８４）予稿集Ｂ２−１０に示されているように熱交換
後のガス窒素出口温度を一定にする補助寒冷源の制御方
法を採用していた。
」−記従来技術は予冷開始初期に液体窒素熱交の低温側
に急激な温度変化を与えることがある点について配慮さ
れておらず、特に大形の横形液体窒素熱交を使用する場
合には、急激に予冷を行なうと液体窒素が液体窒素熱交
の下側通路のみを通って高温側まで流入し、極端な場合
には熱交内の温度差によって液体窒素熱交を破壊させる
ことがあるという問題があった。
に急激な温度変化を与えることがある点について配慮さ
れておらず、特に大形の横形液体窒素熱交を使用する場
合には、急激に予冷を行なうと液体窒素が液体窒素熱交
の下側通路のみを通って高温側まで流入し、極端な場合
には熱交内の温度差によって液体窒素熱交を破壊させる
ことがあるという問題があった。
本発明の目的は補助寒冷源熱交に急激な温度変化を与え
ず装置の信頼性の向上を図ることのでき濱 る極低温冷凍装置の補助寒冷源制御方法を提供すること
にある。
ず装置の信頼性の向上を図ることのでき濱 る極低温冷凍装置の補助寒冷源制御方法を提供すること
にある。
上記目的は、熱交への補助寒冷源入口温度を検出し、該
温度が所定の温度に達したら、補助寒冷源の供給量の制
御を始め、熱交の高圧冷媒出口温度が所定の勾配で下降
するように熱交の高圧冷媒出口温度を見ながら制御する
ことにより、達成される。
温度が所定の温度に達したら、補助寒冷源の供給量の制
御を始め、熱交の高圧冷媒出口温度が所定の勾配で下降
するように熱交の高圧冷媒出口温度を見ながら制御する
ことにより、達成される。
補助寒冷源は通常配管によって極低温冷凍装置の熱交に
供給されているため、予冷開始直後は配管を冷却するこ
とになり、熱交には比較的温度の商いガスが流れる。こ
の間は補助寒冷源の供給弁は一定開度で保持する。その
後、配管が冷却され補助寒冷源が熱交に到達したことを
検出した後、熱交の高圧冷媒出口温度を予め決められた
温度勾配で下げるように補助寒冷源の供給弁を制御する
。
供給されているため、予冷開始直後は配管を冷却するこ
とになり、熱交には比較的温度の商いガスが流れる。こ
の間は補助寒冷源の供給弁は一定開度で保持する。その
後、配管が冷却され補助寒冷源が熱交に到達したことを
検出した後、熱交の高圧冷媒出口温度を予め決められた
温度勾配で下げるように補助寒冷源の供給弁を制御する
。
熱交の高圧冷媒出口温度が定常値に到達した後は、定値
制御を行なう。これにより、熱交に急激な温度変化を与
えることがなくなり、装置−の信頼性が向上する。
制御を行なう。これにより、熱交に急激な温度変化を与
えることがなくなり、装置−の信頼性が向上する。
以下、本発明の一実施例を第１図、および第２図により
説明する。
説明する。
第１図において、１は中圧タンク、２は圧縮機、３は低
圧ラインに設けた圧力調整弁、４は高圧ラインに設けた
圧力調整弁、１ｏはコールドボックス、１１ ａ〜１１
ｆは熱交（特に１１ ａは冷媒ガスであるヘリウムガ
スに補助寒冷を与える、この場合、液体窒素温度レベル
の熱交）、１２は膨張機人口弁、１３ａおよび１３ ｂ
は膨張機、１４はジュールトムソン弁（以下、ＪＴ弁と
略称）、頷は液化ヘリウム容器、２１は液面計、ｎはヒ
ータ、乙は液面制御器、２４は被冷却体、（９）は液体
窒素の導入管、３１は液体窒素の供給弁、鵠は制御装置
、羽は熱交１１ ａの液体窒素入口部に設けた温度検出
器、Ｍは熱交１１ ａの高圧ヘリウム出口部に設けた温
度計である。
圧ラインに設けた圧力調整弁、４は高圧ラインに設けた
圧力調整弁、１ｏはコールドボックス、１１ ａ〜１１
ｆは熱交（特に１１ ａは冷媒ガスであるヘリウムガ
スに補助寒冷を与える、この場合、液体窒素温度レベル
の熱交）、１２は膨張機人口弁、１３ａおよび１３ ｂ
は膨張機、１４はジュールトムソン弁（以下、ＪＴ弁と
略称）、頷は液化ヘリウム容器、２１は液面計、ｎはヒ
ータ、乙は液面制御器、２４は被冷却体、（９）は液体
窒素の導入管、３１は液体窒素の供給弁、鵠は制御装置
、羽は熱交１１ ａの液体窒素入口部に設けた温度検出
器、Ｍは熱交１１ ａの高圧ヘリウム出口部に設けた温
度計である。
次に、上記のように構成された極低温冷凍装置の動作に
ついて説明する。
ついて説明する。
圧縮機２で圧縮された高圧ヘリウムはコールドボックス
１０に導入され、この高圧ヘリウムは第１の熱交１１
ａにて液体窒素と戻りの低圧ヘリウムで冷却され、更に
第２の熱交１１ ｂで戻りの低圧ヘリウムで冷却される
。その後、一部の高圧ヘリウムは膨張機人口弁１２を通
り第１の膨張ａ １３ ａにて断熱膨張され温度降下し
て、第４の熱交１１ ｄに入り。
１０に導入され、この高圧ヘリウムは第１の熱交１１
ａにて液体窒素と戻りの低圧ヘリウムで冷却され、更に
第２の熱交１１ ｂで戻りの低圧ヘリウムで冷却される
。その後、一部の高圧ヘリウムは膨張機人口弁１２を通
り第１の膨張ａ １３ ａにて断熱膨張され温度降下し
て、第４の熱交１１ ｄに入り。
更に第２の膨張機１３ｂで低圧まで断熱膨張されて温度
降下し、戻りの低圧ヘリウムに合流する。−方、残りの
高圧ヘリウムは茅３〜第６の熱交１１ ｃ〜１１ ｆで
戻りの低圧ヘリウムによって冷却された後、ＪＴ弁１４
で低圧まで膨張し、一部が液化する。
降下し、戻りの低圧ヘリウムに合流する。−方、残りの
高圧ヘリウムは茅３〜第６の熱交１１ ｃ〜１１ ｆで
戻りの低圧ヘリウムによって冷却された後、ＪＴ弁１４
で低圧まで膨張し、一部が液化する。
液化した液化ヘリウムは液化ヘリウム容器頷に貯液され
、必要に応じて被冷却体列に供給される。
、必要に応じて被冷却体列に供給される。
被冷却体列に導入された液化ヘリウムは被冷却体列を冷
却してガス化し、コールドボックス１０に戻り、熱交１
１ ｆ〜１１ ａで温度回復した後、圧縮機２の吸入側
に戻る。
却してガス化し、コールドボックス１０に戻り、熱交１
１ ｆ〜１１ ａで温度回復した後、圧縮機２の吸入側
に戻る。
液化ヘリウム容器ｍ内の液化ヘリウムはコールドボック
ス１０の液化量、被冷却体Ｕへの供給量との関係によっ
て変動することになるが、液面計２１゜ヒータρ、液面
制御器りによって一定に保持される。また、ヘリウムの
高圧ライン、低圧ラインの圧力は、中圧タンクｌを介し
て、高圧ラインの圧力調整弁４．低圧ラインの圧力調整
弁３によって制御される。
ス１０の液化量、被冷却体Ｕへの供給量との関係によっ
て変動することになるが、液面計２１゜ヒータρ、液面
制御器りによって一定に保持される。また、ヘリウムの
高圧ライン、低圧ラインの圧力は、中圧タンクｌを介し
て、高圧ラインの圧力調整弁４．低圧ラインの圧力調整
弁３によって制御される。
以上の動作は定常時の動作であるが、定常時では第１の
熱交１１ａの高圧ヘリウム出口の温度は約−１９０℃で
、液化ヘリウムでの温度は約−２７０℃という極低温に
ある。従って、運転開始時には常温にある装置を上記の
ような極低温域まで予冷していく必要がある。この予冷
を行なう寒冷発生源としては膨張機１３ａ、１３ｂと、
補助寒冷源である液体窒素とがある。膨張機１３ａ、１
３ｂは機構的に決められた寒冷発生能力で、かつ急激な
温度変化を発生させることはない。これに対し、液体窒
素は供給量によって非常に大きな寒冷を供給し得ると共
に、液体窒素到達と共に急激に温度低下を発生させるこ
とができる。
熱交１１ａの高圧ヘリウム出口の温度は約−１９０℃で
、液化ヘリウムでの温度は約−２７０℃という極低温に
ある。従って、運転開始時には常温にある装置を上記の
ような極低温域まで予冷していく必要がある。この予冷
を行なう寒冷発生源としては膨張機１３ａ、１３ｂと、
補助寒冷源である液体窒素とがある。膨張機１３ａ、１
３ｂは機構的に決められた寒冷発生能力で、かつ急激な
温度変化を発生させることはない。これに対し、液体窒
素は供給量によって非常に大きな寒冷を供給し得ると共
に、液体窒素到達と共に急激に温度低下を発生させるこ
とができる。
第２図に上記装置の制御パターンを示す。
装置の運転開始時は、液体窒素を導入管間を介して熱交
１１ ａに供給し始めるが、最初は常温にある導入管Ｉ
を予冷することになるので、ガス窒素のみが熱交１１
ａに供給され、温度検出器３３が設けられた液外窒素人
口の温度は比較的高くなる。このため液体窒素の供給弁
３１の開度を太き（とらないと熱交１１ ａの予冷に長
時間を要することになる。
１１ ａに供給し始めるが、最初は常温にある導入管Ｉ
を予冷することになるので、ガス窒素のみが熱交１１
ａに供給され、温度検出器３３が設けられた液外窒素人
口の温度は比較的高くなる。このため液体窒素の供給弁
３１の開度を太き（とらないと熱交１１ ａの予冷に長
時間を要することになる。
したがって、温度検出器おによって、導入管間の熱交１
１ ａの液体窒素入口部に液体窒素が到達するのを確認
するまで、すなわち、第２図における第１の設定値Ｘと
なるａまでは液体窒素の供給弁３１の開度を比較的大き
い一定開度に保持させる。
１ ａの液体窒素入口部に液体窒素が到達するのを確認
するまで、すなわち、第２図における第１の設定値Ｘと
なるａまでは液体窒素の供給弁３１の開度を比較的大き
い一定開度に保持させる。
なお、液体窒素の到達を確認するための温度検出器環の
設定値Ｘは必ずしも液体窒素温度とする必要はなく１例
えば−１００℃程度でも十分である。すなわち、導入管
（９）内での予冷効率は非常に良く、液体窒素が温度検
出器おの近くに到達すると、温度検出器環が設けられた
熱交１１ ａの液体窒素入口の温度は急激に低下するた
めである。
設定値Ｘは必ずしも液体窒素温度とする必要はなく１例
えば−１００℃程度でも十分である。すなわち、導入管
（９）内での予冷効率は非常に良く、液体窒素が温度検
出器おの近くに到達すると、温度検出器環が設けられた
熱交１１ ａの液体窒素入口の温度は急激に低下するた
めである。
液体窒素の到達（設定値Ｘ）を確認したａ点からは熱交
１１ ａの高圧ヘリウム出力の温度を予め設定された第
１の温度勾配（例えば−６０℃／時間）で予冷するよう
に液体窒素の供給弁３Ｉを制御する。
１１ ａの高圧ヘリウム出力の温度を予め設定された第
１の温度勾配（例えば−６０℃／時間）で予冷するよう
に液体窒素の供給弁３Ｉを制御する。
具体的には、而の工程で比較的大きい開度に設定してい
たのを、この段階で比較的小さい０口度に絞り、徐々に
開けていくように制御する。熱交１１ ａの高圧ヘリウ
ム出口の温度が第２の設定値（例えば−１８０℃）に到
達後（第２ｒ：りのｂ点）は、第２の温度勾配（例えば
−３０℃／時間）で熱交１１ａの高圧ヘリウム出口の温
度が降下するように液体窒素の供給弁３１を制御する。
たのを、この段階で比較的小さい０口度に絞り、徐々に
開けていくように制御する。熱交１１ ａの高圧ヘリウ
ム出口の温度が第２の設定値（例えば−１８０℃）に到
達後（第２ｒ：りのｂ点）は、第２の温度勾配（例えば
−３０℃／時間）で熱交１１ａの高圧ヘリウム出口の温
度が降下するように液体窒素の供給弁３１を制御する。
更に予冷が進み熱交１１ ａの高圧ヘリウム出口の温度
が定常時である第３の設定値２に到達後（第２図のＣ）
は第３の設定値２での定位制御を行なう。このような制
御は、熱交１１ ａの液体窒素入口部に設けた温度検出
器おによる検出信号を制御装置ｉ’ｊ ３２に入力する
とともに、熱交１］、 ａの高圧ヘリウム出口部に設け
た温度計あによる測定値を制御装置βに入力して設定値
と比較演算して、演算による制御量で供給弁３１を制御
して行なわれる。
が定常時である第３の設定値２に到達後（第２図のＣ）
は第３の設定値２での定位制御を行なう。このような制
御は、熱交１１ ａの液体窒素入口部に設けた温度検出
器おによる検出信号を制御装置ｉ’ｊ ３２に入力する
とともに、熱交１］、 ａの高圧ヘリウム出口部に設け
た温度計あによる測定値を制御装置βに入力して設定値
と比較演算して、演算による制御量で供給弁３１を制御
して行なわれる。
なお、運転パターンとしては、長期の停止後に起動した
場合と、停止の翌日等に起動した場合とが考えられるた
め、第１の温度勾配での制御を開始するａ点での初期温
度Ｘは、例えば液体窒素温度以下で、運転開始前の熱交
１１ ａの高圧ヘリウム出口の温度を初期値として使う
のが望ましい。
場合と、停止の翌日等に起動した場合とが考えられるた
め、第１の温度勾配での制御を開始するａ点での初期温
度Ｘは、例えば液体窒素温度以下で、運転開始前の熱交
１１ ａの高圧ヘリウム出口の温度を初期値として使う
のが望ましい。
また、一定勾配で予冷していく途中で、制御目標温度と
熱交１１ ａの高圧ヘリウム出口の温度のプロセス値と
の偏差が異常に大きくなった場合には。
熱交１１ ａの高圧ヘリウム出口の温度のプロセス値と
の偏差が異常に大きくなった場合には。
制御目標温度を変えていｑのを中断し、上記の偏差が正
常復帰するのを待ってから制御目標温度を変える制御を
再開することにより、更に、運転制御の信頼性を高める
ことができる。この−例を第２図の１点鎖線ｄで示した
。
常復帰するのを待ってから制御目標温度を変える制御を
再開することにより、更に、運転制御の信頼性を高める
ことができる。この−例を第２図の１点鎖線ｄで示した
。
上記の説明では温度勾配を２段階で変えるようにしてい
るが、装置の特性によっては１段階のみでも良い場合も
あり、３段題以上必要とする場合もるるか、いずれも本
発明の主旨に含まれるのは明らかである。
るが、装置の特性によっては１段階のみでも良い場合も
あり、３段題以上必要とする場合もるるか、いずれも本
発明の主旨に含まれるのは明らかである。
以上、本−実施例によれば、液体窒素によって冷却され
る熱交１１ ａに急激な温度変化を与えることなく装置
の信頼性を高くできるとともに、円滑。
る熱交１１ ａに急激な温度変化を与えることなく装置
の信頼性を高くできるとともに、円滑。
適性な運転制御を行なうことができるという効果がある
。
。
本発明によれば、補助寒冷源の供給量制御を装置が許容
できる条件によって予め設定した制御パターンにより制
御するようにしているので、補助寒冷源熱交に急激な温
度変化を与えることな（、適正な予冷制御を行なうこと
ができ、装置の信頼性の向上を図ることができるという
効果がある。
できる条件によって予め設定した制御パターンにより制
御するようにしているので、補助寒冷源熱交に急激な温
度変化を与えることな（、適正な予冷制御を行なうこと
ができ、装置の信頼性の向上を図ることができるという
効果がある。
第１図は本発明の一実施例である極低温冷凍装置の補助
寒冷源制御方法を実施するための装置の構成図、第２図
は補助寒冷源制御の一実施例である制御パターンを示す
図である。 １１ ａ・・・・・・熱交換器（補助寒冷源熱交）、凹
・・・・・・導入管、３１・・・・・供給弁、ｎ・・・
用制御装置、お・曲・温度検出器、讃・・・・・・温度
計 、−−へ＼ 代理人 弁理士 小 川 勝 男、、ｊ、’、 ＋−
’ｔ＼、、 １ ３２−−−−一制卯茅Ｓ 第２目 ＦｔＰ／’ｆ’ｌ
寒冷源制御方法を実施するための装置の構成図、第２図
は補助寒冷源制御の一実施例である制御パターンを示す
図である。 １１ ａ・・・・・・熱交換器（補助寒冷源熱交）、凹
・・・・・・導入管、３１・・・・・供給弁、ｎ・・・
用制御装置、お・曲・温度検出器、讃・・・・・・温度
計 、−−へ＼ 代理人 弁理士 小 川 勝 男、、ｊ、’、 ＋−
’ｔ＼、、 １ ３２−−−−一制卯茅Ｓ 第２目 ＦｔＰ／’ｆ’ｌ
Claims (1)
- １、極低温冷凍装置の補助寒冷源制御方法において、補
助寒冷源熱交換器（以下、「熱交」と呼ぶ。）への補助
寒冷源入口温度を検出し、該温度が所定の温度に達した
ら、前記補助寒冷源の供給量の制御を始め、前記熱交の
高圧冷媒出口温度が所定の勾配で下降するように前記熱
交の高圧冷媒出口温度を見ながら制御することを特徴と
する極低温冷凍装置の補助寒冷源制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6957388A JPH01244254A (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 極低温冷凍装置の補助寒冷源制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6957388A JPH01244254A (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 極低温冷凍装置の補助寒冷源制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01244254A true JPH01244254A (ja) | 1989-09-28 |
Family
ID=13406666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6957388A Pending JPH01244254A (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 極低温冷凍装置の補助寒冷源制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01244254A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0480558A (ja) * | 1990-07-23 | 1992-03-13 | Hitachi Ltd | ヘリウム液化冷凍機 |
| JP2016503876A (ja) * | 2012-12-18 | 2016-02-08 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 冷凍及び／又は液化装置、並びにこれらに関連する方法 |
| JP2016504558A (ja) * | 2013-01-03 | 2016-02-12 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 冷凍及び／又は液化装置、並びにこれらに対応する方法 |
-
1988
- 1988-03-25 JP JP6957388A patent/JPH01244254A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0480558A (ja) * | 1990-07-23 | 1992-03-13 | Hitachi Ltd | ヘリウム液化冷凍機 |
| JP2016503876A (ja) * | 2012-12-18 | 2016-02-08 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 冷凍及び／又は液化装置、並びにこれらに関連する方法 |
| US10465981B2 (en) | 2012-12-18 | 2019-11-05 | L'Air Liquide Societe Anonyme pour l'Etude et l'Exoloitation des Procedes Georqes Claude | Refrigeration and/or liquefaction device, and associated method |
| JP2016504558A (ja) * | 2013-01-03 | 2016-02-12 | レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 冷凍及び／又は液化装置、並びにこれらに対応する方法 |
| US10520225B2 (en) | 2013-01-03 | 2019-12-31 | L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Refrigeration and/or liquefaction device using selective pre-cooling, and corresponding method |
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