JPH05322344A - 冷凍装置におけるタービン式膨張機の運転状態制御方法及び装置 - Google Patents
冷凍装置におけるタービン式膨張機の運転状態制御方法及び装置Info
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- JPH05322344A JPH05322344A JP13367092A JP13367092A JPH05322344A JP H05322344 A JPH05322344 A JP H05322344A JP 13367092 A JP13367092 A JP 13367092A JP 13367092 A JP13367092 A JP 13367092A JP H05322344 A JPH05322344 A JP H05322344A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温側、低温側双方のタービン式膨張機の過
負荷運転を簡単な制御で確実に防ぎながら、可及的速や
かにタービン式膨張機による予冷を行う。 【構成】 タービンライン熱交換器７を通るタービンラ
イン１３に高温タービン１１及び低温タービン１２が設
けられた冷凍装置においてタービン運転状態を制御する
もの。低温タービン入口圧力に基づき、低温タービン入
口圧力調節計１７により高温タービン１１入口側のター
ビン入口弁１５の開度制御を行う。高温タービン入口温
度Ｔ１及び低温タービン入口温度Ｔ２の温度比Ｔ１／Ｔ
２に基づき、制御器２０により、タービンライン熱交換
器７を迂回するバイパスライン１８のヘリウム流量をバ
イパス弁１９の開度で制御する。
負荷運転を簡単な制御で確実に防ぎながら、可及的速や
かにタービン式膨張機による予冷を行う。 【構成】 タービンライン熱交換器７を通るタービンラ
イン１３に高温タービン１１及び低温タービン１２が設
けられた冷凍装置においてタービン運転状態を制御する
もの。低温タービン入口圧力に基づき、低温タービン入
口圧力調節計１７により高温タービン１１入口側のター
ビン入口弁１５の開度制御を行う。高温タービン入口温
度Ｔ１及び低温タービン入口温度Ｔ２の温度比Ｔ１／Ｔ
２に基づき、制御器２０により、タービンライン熱交換
器７を迂回するバイパスライン１８のヘリウム流量をバ
イパス弁１９の開度で制御する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、極低温冷凍装置におい
て相互直列に接続された二段のタービン式膨張機の運転
制御であって、特にその予冷時（起動してから安定運転
状態に至るまでの立上り時）に有用な運転制御の方法及
び装置に関するものである。
て相互直列に接続された二段のタービン式膨張機の運転
制御であって、特にその予冷時（起動してから安定運転
状態に至るまでの立上り時）に有用な運転制御の方法及
び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ヘリウム冷凍機をはじめとする多くの極
低温冷凍液化装置においては、寒冷発生用の冷媒循環通
路に、高温側タービン式膨張機及び低温側タービン式膨
張機が相互直列に二段で配されている。これらのタービ
ン式膨張機の起動により、液化冷凍装置は常温から設計
点の温度まで次第に冷却されるが、この設計点に至るま
での起動時間はなるべく短縮することが好ましい。この
起動時間は、タービン式膨張機の発生する寒冷量Ｑが多
いほど短くなるが、この寒冷量Ｑは一般に次式で表され
る。
低温冷凍液化装置においては、寒冷発生用の冷媒循環通
路に、高温側タービン式膨張機及び低温側タービン式膨
張機が相互直列に二段で配されている。これらのタービ
ン式膨張機の起動により、液化冷凍装置は常温から設計
点の温度まで次第に冷却されるが、この設計点に至るま
での起動時間はなるべく短縮することが好ましい。この
起動時間は、タービン式膨張機の発生する寒冷量Ｑが多
いほど短くなるが、この寒冷量Ｑは一般に次式で表され
る。
【０００３】
【数１】Ｑ＝Ｋ1・Ｐi・√Ｔi・ｆ(π) ここで、Ｋ1は定数、Ｐiはタービン入口圧力、Ｔiは入
口温度、πは圧力比（＝Ｐi／Ｐe）、Ｐeはタービン出
口圧力、ｆ(π）はπとともに増加する関数である。こ
の数１から明らかなように、寒冷量Ｑを急増させるに
は、タービン入口圧力Ｐiを急増させればよい。しかし
ながら、このタービン入口圧力Ｐiを過度に上昇させる
と、タービン式膨張機の回転数が異常に増大し、焼き付
き等のトラブルを起こすおそれがある。
口温度、πは圧力比（＝Ｐi／Ｐe）、Ｐeはタービン出
口圧力、ｆ(π）はπとともに増加する関数である。こ
の数１から明らかなように、寒冷量Ｑを急増させるに
は、タービン入口圧力Ｐiを急増させればよい。しかし
ながら、このタービン入口圧力Ｐiを過度に上昇させる
と、タービン式膨張機の回転数が異常に増大し、焼き付
き等のトラブルを起こすおそれがある。
【０００４】そこで、特公平３−１７０６２号公報で
は、高温側タービン式膨張機の入口温度に対応する低温
タービン入口圧力の制限値を予め設定しておき、この制
限値まで低温側タービン式膨張機の入口圧力を圧力制御
弁によって昇圧する動作と、この動作後、タービン式膨
張機の入口温度が平衡終端入口温度に達するまで圧力状
態を維持する動作とを交互に行うようにしたものが示さ
れている。この手段によれば、上記圧力制御弁の制御に
よって低温側タービン式膨張機の入口圧力を制御するこ
とにより、低温側タービン式膨張機が過速度で回転する
のを防ぎながら、可及的速やかに液化冷凍装置の予冷を
行うことが可能となる。しかも、より高温側の温度、す
なわち高温側タービン式膨張機の入口温度を監視するこ
とにより、過速度に対する安全性をより向上させること
ができるとともに、上記低温側タービン式膨張機の入口
圧力の制御によって、高温側タービン式膨張機の出口圧
力をも同時に制御できる利点がある。
は、高温側タービン式膨張機の入口温度に対応する低温
タービン入口圧力の制限値を予め設定しておき、この制
限値まで低温側タービン式膨張機の入口圧力を圧力制御
弁によって昇圧する動作と、この動作後、タービン式膨
張機の入口温度が平衡終端入口温度に達するまで圧力状
態を維持する動作とを交互に行うようにしたものが示さ
れている。この手段によれば、上記圧力制御弁の制御に
よって低温側タービン式膨張機の入口圧力を制御するこ
とにより、低温側タービン式膨張機が過速度で回転する
のを防ぎながら、可及的速やかに液化冷凍装置の予冷を
行うことが可能となる。しかも、より高温側の温度、す
なわち高温側タービン式膨張機の入口温度を監視するこ
とにより、過速度に対する安全性をより向上させること
ができるとともに、上記低温側タービン式膨張機の入口
圧力の制御によって、高温側タービン式膨張機の出口圧
力をも同時に制御できる利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように液化冷凍
装置に相互直列に配されるタービン式膨張機では、それ
ぞれのタービン流量が互いに等しくなるように膨張ター
ビンノズルが設計される。ここで、上記タービン流量Ｇ
は、タービンノズル面積をＡ（cm2)、入口圧力をＰ(g/c
m2abs)、入口温度をＴ(Ｋ)とすると、一般に次式で表さ
れる。
装置に相互直列に配されるタービン式膨張機では、それ
ぞれのタービン流量が互いに等しくなるように膨張ター
ビンノズルが設計される。ここで、上記タービン流量Ｇ
は、タービンノズル面積をＡ（cm2)、入口圧力をＰ(g/c
m2abs)、入口温度をＴ(Ｋ)とすると、一般に次式で表さ
れる。
【０００６】
【数２】Ｇ2＝ｋ・Ａ2・Ｐ2／Ｔ 従って、両タービン式膨張機のタービン流量Ｇが等しい
とすると、高温側タービン式膨張機の入口圧力Ｐ１及び
入口温度Ｔ１と、低温側タービン式膨張機の入口圧力Ｐ
２及び入口温度Ｔ２との間には次のような関係が成立す
る。
とすると、高温側タービン式膨張機の入口圧力Ｐ１及び
入口温度Ｔ１と、低温側タービン式膨張機の入口圧力Ｐ
２及び入口温度Ｔ２との間には次のような関係が成立す
る。
【０００７】
【数３】 （Ｐ２・√Ｔ１）／（Ｐ１・√Ｔ２）＝ const. ∴Ｐ１／Ｐ２＝√Ｔ１／√Ｔ２≧１ ここで、上記公報に示す従来装置では、上記高温側ター
ビン式膨張機の入口温度Ｔ１に対応する低温側タービン
式膨張機の出口圧力Ｐ２の制限値を実験あるいは計算に
よって求め、この制限値に基づいて実際の制御を行って
いる。しかしながら、上記式における比√Ｔ１／√Ｔ２
は装置によっては大きく変動し易く、上記入口温度Ｔ１
に対応する上記出口圧力Ｐ２を一義的に決定するのは難
しい。例えば、上記タービン式膨張機が設置される液化
冷凍装置では、高温側の熱交換器における冷媒の体積流
量よりも低温側の熱交換器における冷媒の体積流量の方
が小さいため、一般には、この低温側の熱交換器に高温
側の熱交換器よりも小型で熱容量の小さいものが用いら
れるが、このような構成であると、予冷を開始してしば
らく時間が経過した時点で、高温側熱交換器に比べて低
温側熱交換器がより顕著に冷却されることとなり、上記
温度の比√Ｔ１／√Ｔ２は設計点における値よりも著し
く大きい点でピークを迎えることになる。これに伴って
圧力の比Ｐ１／Ｐ２が大きくなることにより、高温側タ
ービン式膨張機の入口圧力Ｐ１は低温側タービン式膨張
機の入口圧力Ｐ２よりも顕著に高くなる。従って、この
ピークを迎える時期に正確なタイミングで低温側タービ
ン式膨張機の入口圧力Ｐ２を抑制しないと、高温側ター
ビン式膨張機が過速度で駆動され、焼き付き等の不都合
が発生するおそれがあるが、このようなピーク時の温度
及び実際のピーク値を正確に予測することは難しい。
ビン式膨張機の入口温度Ｔ１に対応する低温側タービン
式膨張機の出口圧力Ｐ２の制限値を実験あるいは計算に
よって求め、この制限値に基づいて実際の制御を行って
いる。しかしながら、上記式における比√Ｔ１／√Ｔ２
は装置によっては大きく変動し易く、上記入口温度Ｔ１
に対応する上記出口圧力Ｐ２を一義的に決定するのは難
しい。例えば、上記タービン式膨張機が設置される液化
冷凍装置では、高温側の熱交換器における冷媒の体積流
量よりも低温側の熱交換器における冷媒の体積流量の方
が小さいため、一般には、この低温側の熱交換器に高温
側の熱交換器よりも小型で熱容量の小さいものが用いら
れるが、このような構成であると、予冷を開始してしば
らく時間が経過した時点で、高温側熱交換器に比べて低
温側熱交換器がより顕著に冷却されることとなり、上記
温度の比√Ｔ１／√Ｔ２は設計点における値よりも著し
く大きい点でピークを迎えることになる。これに伴って
圧力の比Ｐ１／Ｐ２が大きくなることにより、高温側タ
ービン式膨張機の入口圧力Ｐ１は低温側タービン式膨張
機の入口圧力Ｐ２よりも顕著に高くなる。従って、この
ピークを迎える時期に正確なタイミングで低温側タービ
ン式膨張機の入口圧力Ｐ２を抑制しないと、高温側ター
ビン式膨張機が過速度で駆動され、焼き付き等の不都合
が発生するおそれがあるが、このようなピーク時の温度
及び実際のピーク値を正確に予測することは難しい。
【０００８】本発明は、このような事情に鑑み、簡単な
制御で、高温側、低温側双方のタービン式膨張機の過負
荷運転を確実に防ぎながら、可及的速やかにタービン式
膨張機による予冷を行うことができるタービン式膨張機
の運転制御方法及び装置を提供することを目的とする。
制御で、高温側、低温側双方のタービン式膨張機の過負
荷運転を確実に防ぎながら、可及的速やかにタービン式
膨張機による予冷を行うことができるタービン式膨張機
の運転制御方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、圧縮機と、複
数の熱交換器と、上記圧縮機から吐出された冷媒を上記
各熱交換器を通して被冷却体へ供給する高圧ラインと、
この高圧ラインにより供給された冷媒を上記熱交換器を
逆行して上記圧縮機の吸込み側に返還する低圧ライン
と、上記高圧ラインにおける冷媒を上記熱交換器のうち
の特定のタービンライン熱交換器のみを通して低圧ライ
ンへ供給するタービンラインと、このタービンラインに
おいて上記タービンライン熱交換器よりも高温側に設け
られた寒冷発生用の高温側タービン式膨張機と、上記タ
ービンラインにおいて上記タービンライン熱交換器より
も低温側に設けられた寒冷発生用の低温側タービン式膨
張機とを備えた冷凍装置において、この冷凍装置の予冷
時に、低温側タービン式膨張機の入口圧力を検出してそ
の制御を行うとともに、高温側タービン式膨張機の入口
温度と低温側タービン式膨張機の入口温度とを検出し、
両入口温度の大小関係に応じて低圧ラインにおける冷媒
を上記タービンライン熱交換器から迂回させるものであ
る（請求項１）。
数の熱交換器と、上記圧縮機から吐出された冷媒を上記
各熱交換器を通して被冷却体へ供給する高圧ラインと、
この高圧ラインにより供給された冷媒を上記熱交換器を
逆行して上記圧縮機の吸込み側に返還する低圧ライン
と、上記高圧ラインにおける冷媒を上記熱交換器のうち
の特定のタービンライン熱交換器のみを通して低圧ライ
ンへ供給するタービンラインと、このタービンラインに
おいて上記タービンライン熱交換器よりも高温側に設け
られた寒冷発生用の高温側タービン式膨張機と、上記タ
ービンラインにおいて上記タービンライン熱交換器より
も低温側に設けられた寒冷発生用の低温側タービン式膨
張機とを備えた冷凍装置において、この冷凍装置の予冷
時に、低温側タービン式膨張機の入口圧力を検出してそ
の制御を行うとともに、高温側タービン式膨張機の入口
温度と低温側タービン式膨張機の入口温度とを検出し、
両入口温度の大小関係に応じて低圧ラインにおける冷媒
を上記タービンライン熱交換器から迂回させるものであ
る（請求項１）。
【００１０】また本発明は、上記方法を実施するための
装置として、上記低温側タービン式膨張機の入口圧力を
検出してその制御を行う圧力制御手段と、高温側タービ
ン式膨張機の入口温度及び低温側タービン式膨張機の入
口温度を検出する温度検出手段と、上記低圧ラインに接
続され、上記タービンライン熱交換器を迂回するバイパ
スラインと、上記高温側タービン式膨張機の入口温度と
低温側タービン式膨張機の入口温度との大小関係に基づ
いて上記バイパスラインにおける冷媒の流量を制御する
バイパス流量制御手段とを備えたものである（請求項
２）。
装置として、上記低温側タービン式膨張機の入口圧力を
検出してその制御を行う圧力制御手段と、高温側タービ
ン式膨張機の入口温度及び低温側タービン式膨張機の入
口温度を検出する温度検出手段と、上記低圧ラインに接
続され、上記タービンライン熱交換器を迂回するバイパ
スラインと、上記高温側タービン式膨張機の入口温度と
低温側タービン式膨張機の入口温度との大小関係に基づ
いて上記バイパスラインにおける冷媒の流量を制御する
バイパス流量制御手段とを備えたものである（請求項
２）。
【００１１】
【作用】上記構成によれば、低温側タービン式膨張機の
入口圧力を検出してその制御を行うことにより、低温側
タービン式膨張機の運転圧力を良好な範囲に抑えること
ができる。しかも、高温側タービン式膨張機の入口温度
と低温側タービン式膨張機の入口温度との大小関係に基
づいて、タービンライン熱交換器を迂回する冷媒の量
（バイパス流量）を制御することにより、両温度が相対
的に大きく変動すること、すなわち高温側タービン式膨
張機の入口圧力と低温側タービン式膨張機の入口圧力と
が相対的に大きく変動することを防ぎ、これによって高
温側タービン式膨張機に過負荷が生じることを防ぐこと
ができる。具体的に、高温側タービン式膨張機の入口温
度に比べて低温側タービン式膨張機の入口温度が下がり
過ぎた場合には、上記バイパス流量を増やすことによ
り、高温側タービン式膨張機の入口温度と低温側タービ
ン式膨張機の入口温度との差を縮めることができる。
入口圧力を検出してその制御を行うことにより、低温側
タービン式膨張機の運転圧力を良好な範囲に抑えること
ができる。しかも、高温側タービン式膨張機の入口温度
と低温側タービン式膨張機の入口温度との大小関係に基
づいて、タービンライン熱交換器を迂回する冷媒の量
（バイパス流量）を制御することにより、両温度が相対
的に大きく変動すること、すなわち高温側タービン式膨
張機の入口圧力と低温側タービン式膨張機の入口圧力と
が相対的に大きく変動することを防ぎ、これによって高
温側タービン式膨張機に過負荷が生じることを防ぐこと
ができる。具体的に、高温側タービン式膨張機の入口温
度に比べて低温側タービン式膨張機の入口温度が下がり
過ぎた場合には、上記バイパス流量を増やすことによ
り、高温側タービン式膨張機の入口温度と低温側タービ
ン式膨張機の入口温度との差を縮めることができる。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明装置を備えたヘリウム液化冷
凍装置を示したものである。なお、本発明では各タービ
ン式膨張機に導入される冷媒の種類及びタービン式膨張
機が設置される装置の種類を問わず、二段のタービン式
膨張機が直列に配される種々の装置について適用が可能
である。
凍装置を示したものである。なお、本発明では各タービ
ン式膨張機に導入される冷媒の種類及びタービン式膨張
機が設置される装置の種類を問わず、二段のタービン式
膨張機が直列に配される種々の装置について適用が可能
である。
【００１３】図において、１はヘリウム容器、２は保冷
箱であり、ヘリウム容器１内には冷媒であるヘリウムが
収容され、保冷箱２内には低温側から順に５つの熱交換
器５，６，７，８，９が設置されている。保冷箱２の外
部には圧縮機１０が設けられ、この圧縮機１０の吐出側
が熱交換器９，８，７，６，５をこの順に通る高圧ライ
ン３を介してヘリウム容器１内に接続されるとともに、
このヘリウム容器１内が熱交換器５，６，７，８，９を
この順に通る低圧ライン４を介して圧縮機１０の吸込み
側に接続されている。上記高圧ライン３において、熱交
換器５の出口側の位置にはＪＴ弁１４が設けられてい
る。
箱であり、ヘリウム容器１内には冷媒であるヘリウムが
収容され、保冷箱２内には低温側から順に５つの熱交換
器５，６，７，８，９が設置されている。保冷箱２の外
部には圧縮機１０が設けられ、この圧縮機１０の吐出側
が熱交換器９，８，７，６，５をこの順に通る高圧ライ
ン３を介してヘリウム容器１内に接続されるとともに、
このヘリウム容器１内が熱交換器５，６，７，８，９を
この順に通る低圧ライン４を介して圧縮機１０の吸込み
側に接続されている。上記高圧ライン３において、熱交
換器５の出口側の位置にはＪＴ弁１４が設けられてい
る。
【００１４】この高圧ライン３における上記熱交換器
８，９の間の位置と、低圧ライン４における熱交換器
５，６の間の位置とは、タービンライン１３を介して接
続されている。このタービンライン１３は熱交換器（タ
ービンライン熱交換器）７を通っており、このタービン
ライン熱交換器７よりも高温側の位置には高温側タービ
ン式膨張機（以下、単に「高温タービン」と称する。）
１１が設けられ、熱交換器７よりも低温側の位置には低
温側タービン式膨張機（以下、単に「低温タービン」と
称する。）１２が設けられている。従って、両タービン
１１，１２はタービンライン１３に相互直列に配された
状態となっている。
８，９の間の位置と、低圧ライン４における熱交換器
５，６の間の位置とは、タービンライン１３を介して接
続されている。このタービンライン１３は熱交換器（タ
ービンライン熱交換器）７を通っており、このタービン
ライン熱交換器７よりも高温側の位置には高温側タービ
ン式膨張機（以下、単に「高温タービン」と称する。）
１１が設けられ、熱交換器７よりも低温側の位置には低
温側タービン式膨張機（以下、単に「低温タービン」と
称する。）１２が設けられている。従って、両タービン
１１，１２はタービンライン１３に相互直列に配された
状態となっている。
【００１５】タービンライン１３において、上記高圧ラ
イン３から高温タービン１１に至るまでの部分には、高
温側から順に、高温タービン入口温度計（温度検出手段
を構成）１６、タービン入口弁（圧力制御手段を構成）
１５が設けられ、同タービンライン１３において、上記
タービンライン熱交換器７から低温タービン１２に至る
までの部分には、高温側から順に低温タービン入口温度
計（温度検出手段を構成）２２及び低温タービン入口圧
力調節計（圧力制御手段を構成）１７が設けられてい
る。この低温タービン入口圧力調節計１７は、その検出
圧力（すなわち低温タービン入口圧力）を予め定められ
た目標値に収束させるように上記タービン入口弁１５の
開度をフィードバック制御するように構成されている。
イン３から高温タービン１１に至るまでの部分には、高
温側から順に、高温タービン入口温度計（温度検出手段
を構成）１６、タービン入口弁（圧力制御手段を構成）
１５が設けられ、同タービンライン１３において、上記
タービンライン熱交換器７から低温タービン１２に至る
までの部分には、高温側から順に低温タービン入口温度
計（温度検出手段を構成）２２及び低温タービン入口圧
力調節計（圧力制御手段を構成）１７が設けられてい
る。この低温タービン入口圧力調節計１７は、その検出
圧力（すなわち低温タービン入口圧力）を予め定められ
た目標値に収束させるように上記タービン入口弁１５の
開度をフィードバック制御するように構成されている。
【００１６】さらに、この装置の特徴として、上記低温
ライン４にはバイパスライン１８が接続されている。こ
のバイパスライン１８は、低温ライン４において上記タ
ービンライン熱交換器７の上流側及び下流側部分に接続
されており、従ってタービンライン熱交換器７を迂回し
ている。このバイパスライン１８の途中には、同ライン
１８におけるヘリウム流量を制御するためのバイパス弁
（バイパス流量制御手段を構成）１９が設けられてい
る。
ライン４にはバイパスライン１８が接続されている。こ
のバイパスライン１８は、低温ライン４において上記タ
ービンライン熱交換器７の上流側及び下流側部分に接続
されており、従ってタービンライン熱交換器７を迂回し
ている。このバイパスライン１８の途中には、同ライン
１８におけるヘリウム流量を制御するためのバイパス弁
（バイパス流量制御手段を構成）１９が設けられてい
る。
【００１７】また、この装置には制御器２０が装備さ
れ、この制御器２０に上記高温タービン入口温度計１６
及び低温タービン入口温度計２２からの検出信号が入力
されるようになっている。この制御器２０は、上記高温
タービン入口温度計１６で検出された高温タービン入口
温度Ｔ１と、低温タービン入口温度計２２で検出された
低温タービン入口温度Ｔ２との比Ｔ１／Ｔ２を演算する
とともに、この比Ｔ１／Ｔ２が予め定められた一定値以
下になるようにバイパス弁１９の開度を制御するもので
ある。その制御内容については、後に詳述する。
れ、この制御器２０に上記高温タービン入口温度計１６
及び低温タービン入口温度計２２からの検出信号が入力
されるようになっている。この制御器２０は、上記高温
タービン入口温度計１６で検出された高温タービン入口
温度Ｔ１と、低温タービン入口温度計２２で検出された
低温タービン入口温度Ｔ２との比Ｔ１／Ｔ２を演算する
とともに、この比Ｔ１／Ｔ２が予め定められた一定値以
下になるようにバイパス弁１９の開度を制御するもので
ある。その制御内容については、後に詳述する。
【００１８】次に、この装置の作用を説明する。
【００１９】まず、予冷開始時においては、ヘリウム容
器１内のヘリウムが熱交換器５〜９を通る低圧ライン４
を通じて圧縮機１０に吸込まれる。この圧縮機１０から
吐出されたヘリウムは、その一部がタービンライン１３
の高温タービン１１及び低温タービン１２を順に通過し
て上記低圧ライン４に供給され、残りのヘリウムは熱交
換器９〜５を通る高圧ライン３を通じてヘリウム容器１
内に戻される。
器１内のヘリウムが熱交換器５〜９を通る低圧ライン４
を通じて圧縮機１０に吸込まれる。この圧縮機１０から
吐出されたヘリウムは、その一部がタービンライン１３
の高温タービン１１及び低温タービン１２を順に通過し
て上記低圧ライン４に供給され、残りのヘリウムは熱交
換器９〜５を通る高圧ライン３を通じてヘリウム容器１
内に戻される。
【００２０】このとき、低温タービン１２の入口圧力が
低温タービン入口圧力調節計１７により検出され、この
検出圧力と、予め設定された目標値との比較に基づい
て、タービン入口弁１５の開度が制御される。この制御
により、低温タービン１２の入口圧力が一定値以下に抑
えられ、その運転状態の安全性が確保される。
低温タービン入口圧力調節計１７により検出され、この
検出圧力と、予め設定された目標値との比較に基づい
て、タービン入口弁１５の開度が制御される。この制御
により、低温タービン１２の入口圧力が一定値以下に抑
えられ、その運転状態の安全性が確保される。
【００２１】一方、高温タービン１１の入口温度Ｔ１に
関する検出信号と、低温タービン１２の入口温度Ｔ２に
関する検出信号は、それぞれ制御器２０に入力される。
この制御器２０では、両温度Ｔ１，Ｔ２の温度比Ｔ１／
Ｔ２が演算されるとともに、この温度比Ｔ１／Ｔ２と予
め設定された目標値との比較に基づいて、バイパス弁１
９の開閉制御が行われる。
関する検出信号と、低温タービン１２の入口温度Ｔ２に
関する検出信号は、それぞれ制御器２０に入力される。
この制御器２０では、両温度Ｔ１，Ｔ２の温度比Ｔ１／
Ｔ２が演算されるとともに、この温度比Ｔ１／Ｔ２と予
め設定された目標値との比較に基づいて、バイパス弁１
９の開閉制御が行われる。
【００２２】具体的には、前者（演算値）が後者（目標
値）より低い場合には、バイパス弁１９が全閉とされ、
前者が後者より高い場合には、その差分に応じてバイパ
ス弁１９が開かれる。これにより、低温ライン４を流れ
るヘリウムの一部がバイパスライン１８を通じてタービ
ンライン熱交換器７を迂回するため、その分タービンラ
イン熱交換器７における低温ライン４とタービンライン
１３との間の熱交換量が減り、これによって高温タービ
ン入口温度Ｔ１と低温タービン入口温度Ｔ２との差が小
さくなって温度比Ｔ１／Ｔ２が低下する。このような温
度比Ｔ１／Ｔ２の上昇抑制、換言すれば高温タービン入
口温度Ｔ１と低温タービン入口温度Ｔ２の相対的変動の
抑制によって、高温タービン１１の入口圧力が低温ター
ビン１２の入口圧力に対して過度に上昇することが防が
れ、これにより高温タービン１１の運転状態の安全性も
確保されることとなる。
値）より低い場合には、バイパス弁１９が全閉とされ、
前者が後者より高い場合には、その差分に応じてバイパ
ス弁１９が開かれる。これにより、低温ライン４を流れ
るヘリウムの一部がバイパスライン１８を通じてタービ
ンライン熱交換器７を迂回するため、その分タービンラ
イン熱交換器７における低温ライン４とタービンライン
１３との間の熱交換量が減り、これによって高温タービ
ン入口温度Ｔ１と低温タービン入口温度Ｔ２との差が小
さくなって温度比Ｔ１／Ｔ２が低下する。このような温
度比Ｔ１／Ｔ２の上昇抑制、換言すれば高温タービン入
口温度Ｔ１と低温タービン入口温度Ｔ２の相対的変動の
抑制によって、高温タービン１１の入口圧力が低温ター
ビン１２の入口圧力に対して過度に上昇することが防が
れ、これにより高温タービン１１の運転状態の安全性も
確保されることとなる。
【００２３】以上のように、この装置によれば、低温タ
ービン入口温度調節計１７の制御により、低温タービン
１２の運転状態の安全性を確保するとともに、温度比Ｔ
１／Ｔ２に基づく制御器２０のバイパス流量制御によ
り、低温タービン入口圧力に対して高温タービン入口圧
力が急激に上昇して高温タービン１１が過速度で駆動さ
れるのを防ぐことができる。特に、図１に示すような装
置の場合、高温側の熱交換器９等におけるヘリウムの体
積流量に比べて低温側の熱交換器５等の体積流量が小さ
いので、高温側の熱交換器９等に比べて一般に低温側の
熱交換器５等の方が小型で熱容量の小さい構造となって
おり、このため、上記予冷時には低温側の熱交換器５等
が高温側に比べて急激に冷却されて温度比Ｔ１／Ｔ２が
急増し、これに伴って入口圧力比Ｐ１／Ｐ２が急増して
高温タービン入口圧力Ｐ１が著しく増大する点がある
が、この時点においては、上記温度比Ｔ１／Ｔ２の増加
に伴ってバイパスライン１８により多くのヘリウムが流
されることにより、高温タービン１１の圧力上昇による
高温タービン１１の過負荷運転を未然に防ぐことができ
る。
ービン入口温度調節計１７の制御により、低温タービン
１２の運転状態の安全性を確保するとともに、温度比Ｔ
１／Ｔ２に基づく制御器２０のバイパス流量制御によ
り、低温タービン入口圧力に対して高温タービン入口圧
力が急激に上昇して高温タービン１１が過速度で駆動さ
れるのを防ぐことができる。特に、図１に示すような装
置の場合、高温側の熱交換器９等におけるヘリウムの体
積流量に比べて低温側の熱交換器５等の体積流量が小さ
いので、高温側の熱交換器９等に比べて一般に低温側の
熱交換器５等の方が小型で熱容量の小さい構造となって
おり、このため、上記予冷時には低温側の熱交換器５等
が高温側に比べて急激に冷却されて温度比Ｔ１／Ｔ２が
急増し、これに伴って入口圧力比Ｐ１／Ｐ２が急増して
高温タービン入口圧力Ｐ１が著しく増大する点がある
が、この時点においては、上記温度比Ｔ１／Ｔ２の増加
に伴ってバイパスライン１８により多くのヘリウムが流
されることにより、高温タービン１１の圧力上昇による
高温タービン１１の過負荷運転を未然に防ぐことができ
る。
【００２４】従って、この装置によれば、両タービン１
１，１２の安全性を確保しながら、速やかに装置全体の
予冷を進行させることができる効果がある。
１，１２の安全性を確保しながら、速やかに装置全体の
予冷を進行させることができる効果がある。
【００２５】なお、本発明はこのような実施例に限定さ
れるものでなく、例として次のような態様をとることも
可能である。
れるものでなく、例として次のような態様をとることも
可能である。
【００２６】(1) 上記実施例では、バイパス流量を制御
するためのパラメータとして温度比Ｔ１／Ｔ２を用いた
ものを示したが、本発明では、上記比に限らず両温度Ｔ
１，Ｔ２の大小関係に基づいて演算すれば良く、例えば
上記温度の平方根の比√Ｔ１／√Ｔ２や逆数Ｔ２／Ｔ１
に基づいて演算するようにしてもよい。いずれの場合
も、上記大小関係が一定の範囲内に収まるようにバイパ
ス流量を制御することにより、本発明の効果を得ること
ができる。
するためのパラメータとして温度比Ｔ１／Ｔ２を用いた
ものを示したが、本発明では、上記比に限らず両温度Ｔ
１，Ｔ２の大小関係に基づいて演算すれば良く、例えば
上記温度の平方根の比√Ｔ１／√Ｔ２や逆数Ｔ２／Ｔ１
に基づいて演算するようにしてもよい。いずれの場合
も、上記大小関係が一定の範囲内に収まるようにバイパ
ス流量を制御することにより、本発明の効果を得ること
ができる。
【００２７】(2) 上記実施例では、バイパスライン１８
がタービンライン熱交換器７のみを迂回する装置を示し
たが、本発明はこれに限らず、バイパスライン１８が上
記タービンライン熱交換器７に加えて熱交換器８や熱交
換器６も迂回するように構成してもよい。すなわち、本
発明はバイパスライン１８が少なくともタービンライン
熱交換器７を迂回していればその効果を得ることが可能
である。
がタービンライン熱交換器７のみを迂回する装置を示し
たが、本発明はこれに限らず、バイパスライン１８が上
記タービンライン熱交換器７に加えて熱交換器８や熱交
換器６も迂回するように構成してもよい。すなわち、本
発明はバイパスライン１８が少なくともタービンライン
熱交換器７を迂回していればその効果を得ることが可能
である。
【００２８】(3) 本発明において、圧力制御手段は上記
のようなタービン入口弁１５に限らず、その動作によっ
て高温タービン１１の入口圧力を変化させることができ
るものであれば種々のものを用いることができる。
のようなタービン入口弁１５に限らず、その動作によっ
て高温タービン１１の入口圧力を変化させることができ
るものであれば種々のものを用いることができる。
【００２９】
【発明の効果】以上のように本発明は、低温タービン入
口圧力を検出してその制御を行うのに加え、高温タービ
ン入口温度と低温タービン入口温度との大小関係に基づ
いて適宜、低圧ラインにおける冷媒をタービンライン熱
交換器から迂回させるようにしたものであるので、高温
タービン、低温タービン双方の過負荷運転を簡単な制御
で確実に防ぎながら、速やかに両タービンによる予冷を
行うことができる効果がある。
口圧力を検出してその制御を行うのに加え、高温タービ
ン入口温度と低温タービン入口温度との大小関係に基づ
いて適宜、低圧ラインにおける冷媒をタービンライン熱
交換器から迂回させるようにしたものであるので、高温
タービン、低温タービン双方の過負荷運転を簡単な制御
で確実に防ぎながら、速やかに両タービンによる予冷を
行うことができる効果がある。
【図１】本発明の一実施例におけるタービン式膨張機の
全体構成を示すフローシートである。
全体構成を示すフローシートである。
１ ヘリウム容器（被冷却体） ３ 高圧ライン ４ 低圧ライン ５〜９ 熱交換器 ７ タービンライン熱交換器 １０ 圧縮機 １１ 高温タービン（高温側タービン式膨張機） １２ 低温タービン（低温側タービン式膨張機） １３ タービンライン １５ タービン入口弁（圧力制御手段を構成） １６ 高温タービン入口温度計（温度検出手段を構成） １７ 低温タービン入口圧力調節計（圧力制御手段を構
成） １８ バイパスライン １９ バイパス弁（バイパス流量制御手段を構成） ２０ 制御器（バイパス流量制御手段を構成） ２２ 低温タービン入口温度計（温度検出手段を構成）
成） １８ バイパスライン １９ バイパス弁（バイパス流量制御手段を構成） ２０ 制御器（バイパス流量制御手段を構成） ２２ 低温タービン入口温度計（温度検出手段を構成）
Claims (2)
- 【請求項１】 圧縮機と、複数の熱交換器と、上記圧縮
機から吐出された冷媒を上記各熱交換器を通して被冷却
体へ供給する高圧ラインと、この高圧ラインにより供給
された冷媒を上記熱交換器を逆行して上記圧縮機の吸込
み側に返還する低圧ラインと、上記高圧ラインにおける
冷媒を上記熱交換器のうちの特定のタービンライン熱交
換器のみを通して低圧ラインへ供給するタービンライン
と、このタービンラインにおいて上記タービンライン熱
交換器よりも高温側に設けられた寒冷発生用の高温側タ
ービン式膨張機と、上記タービンラインにおいて上記タ
ービンライン熱交換器よりも低温側に設けられた寒冷発
生用の低温側タービン式膨張機とを備えた冷凍装置にお
いて、この冷凍装置の予冷時に、低温側タービン式膨張
機の入口圧力を検出してその制御を行う一方、高温側タ
ービン式膨張機の入口温度と低温側タービン式膨張機の
入口温度とを検出し、両入口温度の大小関係に応じて低
圧ラインにおける冷媒を上記タービンライン熱交換器か
ら迂回させることを特徴とする冷凍装置におけるタービ
ン式膨張機の運転状態制御方法。 - 【請求項２】 圧縮機と、複数の熱交換器と、上記圧縮
機から吐出された冷媒を上記各熱交換器を順に通して被
冷却体へ供給する高圧ラインと、この高圧ラインにより
供給された冷媒を上記熱交換器を逆行して上記圧縮機の
吸込み側に返還する低圧ラインと、上記高圧ラインにお
ける冷媒を上記熱交換器のうちのタービンライン熱交換
器のみを通して低圧ラインへ供給するタービンライン
と、このタービンラインにおいて上記タービンライン熱
交換器よりも高温側に設けられた寒冷発生用の高温側タ
ービン式膨張機と、上記タービンラインにおいて上記タ
ービンライン熱交換器よりも低温側に設けられた寒冷発
生用の低温側タービン式膨張機とを備えた冷凍装置にお
いて、低温側タービン式膨張機の入口圧力を検出してそ
の制御を行う圧力制御手段と、高温側タービン式膨張機
の入口温度及び低温側タービン式膨張機の入口温度を検
出する温度検出手段と、上記低圧ラインに接続され、上
記タービンライン熱交換器を迂回するバイパスライン
と、上記高温側タービン式膨張機の入口温度と低温側タ
ービン式膨張機の入口温度との大小関係に基づいて上記
バイパスラインの冷媒流量を制御するバイパス流量制御
手段とを備えたことを特徴とする冷凍装置におけるター
ビン式膨張機の運転制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13367092A JPH05322344A (ja) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | 冷凍装置におけるタービン式膨張機の運転状態制御方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13367092A JPH05322344A (ja) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | 冷凍装置におけるタービン式膨張機の運転状態制御方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05322344A true JPH05322344A (ja) | 1993-12-07 |
Family
ID=15110168
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13367092A Pending JPH05322344A (ja) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | 冷凍装置におけるタービン式膨張機の運転状態制御方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05322344A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016539307A (ja) * | 2013-12-06 | 2016-12-15 | 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 | 冷凍方法ならびにそれに対応するコールドボックスおよび極低温機器 |
| JP2017522528A (ja) * | 2014-07-23 | 2017-08-10 | 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 | 極低温冷却装置を調整するための方法および対応する装置 |
| CN114923295A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-08-19 | 北京中科富海低温科技有限公司 | 一种两级串联中间换热的透平膨胀机变工况调节方法 |
-
1992
- 1992-05-26 JP JP13367092A patent/JPH05322344A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016539307A (ja) * | 2013-12-06 | 2016-12-15 | 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 | 冷凍方法ならびにそれに対応するコールドボックスおよび極低温機器 |
| JP2017522528A (ja) * | 2014-07-23 | 2017-08-10 | 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 | 極低温冷却装置を調整するための方法および対応する装置 |
| CN114923295A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-08-19 | 北京中科富海低温科技有限公司 | 一种两级串联中间换热的透平膨胀机变工况调节方法 |
| CN114923295B (zh) * | 2022-06-27 | 2024-02-20 | 北京中科富海低温科技有限公司 | 一种两级串联中间换热的透平膨胀机变工况调节方法 |
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