JPS6053883B2

JPS6053883B2 - コ−ルドトラツプ内温度制御装置

Info

Publication number: JPS6053883B2
Application number: JP14652679A
Authority: JP
Inventors: 隆夫加藤; 忠男渡辺
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-11-14
Filing date: 1979-11-14
Publication date: 1985-11-27
Also published as: JPS5670803A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はコールドトラップ方式によるプロセス気体製品
の捕集・回収装置におけるコールドトラップ内温度の制
御装置に関する。

コールドトラップ方式によるプロセス気体の捕集・回収
装置は、冷媒によりコールドトラップ内を冷却・降温し
てプロセス気体を固化・捕集し、かつ捕集後熱媒により
加熱・昇温して液化または気化・回収する装置であり、
この固化段階でプロセス気体製品以外の不純物が除去さ
れる。

このような捕集・回収装置の概要構成を第１図に示す。
図中、１０１はプロセス気体製品の入口配管、１０２は
同出口配管、１０３はコールドトラップ本体、１０４は
冷媒、熱媒流通部をなすコールドトラップジャケット、
１０５は液化または気化されたプロセス気体の回収槽、
１８６は回収ボンベ、１０７はコールドトラップ入口弁
、１０８は同出口弁、１０９は同回収弁、１１０は冷媒
入口弁、１１１は同戻り弁、１１２は熱媒入口弁、１１
３は同戻り弁である。１１４はコールドトラップ内温度
制御装置１１５はコールドトラップ内温度測門定点、１
１６は冷媒・熱媒流量調節弁である。

さて、以上のコールドトラップ装置では冷却から加熱に
至るまでの温度範囲が広いため、従来の制御操作は手動
操作による場合が多かつた。しかし、温度変化によるコ
ールドトラップへのサーマルショックの防止や省力化の
観点から最近では第２図に示すような温度の時間的プロ
グラムを制御装置に制御量パターンとして記憶設定させ
ておく、いわゆるプログラム制御方式が採用されつつあ
る。この従来のプログラム制御方式の制御装置の例を第
３図に示す。第３図において、７はコールドトラップ内
温度センサ３６により検出されるコールドトラップ内温
度信号で、この検出温度信号７と制御量プログラム設定
器１からの制御量設定値信号８とが偏差演算器２に入力
され、その演算結果偏差信号９が出力される。

１４，１５，１６は制御量プログラム設定器１に入力さ
れるコールドトラップ装置の運転操作モード状態信号で
あり、例えば第２図のプログラムパターンに示した゜゜
冷却゛、゜“加熱゛、゜゛予冷゛等の運転状態を示す信
号である。

この運転状態信号の内容は、具体的には例えば冷却の場
合第１図の冷媒入口弁１１０と冷媒戻り弁１１１２とを
開にするが、そのための操作シーケンスの指令信号に相
当する。そして、プログラム設定器１は運転状態信号１
４，１５，１６が入力されることによつて対応する設定
プログラムパターンの折点が指示されることになる。１
７はプログラム設２定器１に対し運転員によつて外部か
ら与えられるプログラム指定情報信号であり、例えば、
冷却、加熱、予冷の各運転状態における到達温度と、そ
の温度に到るまでの温度の時間的変化勾配等の形で入力
されるものである。

３はＰＩＤ（比例・積３分・微分）演算器で偏差信号９
（コールドトラップ内温度とプログラム設定温度との偏
差）を入力として演算し、その結果出力１０を出力する
。

４は制御装置１１４（第１図，第２図）の出力１３のダ
イレクト、リバース特性の処理を行うダイレ３クト・リ
バース演算器である。

ここに、コールドトラップ内温度信号７が増加した場合
これを修正制御するために制御装置出力１３を増加させ
る特性をダイレクト特性、逆に減少させる特性をリバー
ス特性という。

これらダイ４ｒレクト・リバースの両特性の使い分けは
、一般に流量調節弁のＦｉ（フエイリアオープン）、Ｆ
Ｃ（フエイリアクローズ）特性の別、プロセス量を測定
する検出端を基準として流量調節弁１１６の上流側に位
置するか下流側に位置するかの設置位置の別、あるいは
加熱か冷却かなどのプロセスの物理的現象内容によつて
決定される。次の第１表に運転操作モードに対するコー
ルドトラップ内温度上昇時の対応関係を示す。加熱モー
ド時のみダイレクト特性とし、その他はリバース特性と
おけばよい。モード切替演算器としてのダイレクト・リ
バース演算器４は、加熱モード状態信号１５が入力され
たときダイレクト特性に切換えられる。

６はオート・マニュアル切換器であり、オート時出力信
号１１と、手動操作器５のマニュアル時出力信号を切換
えて最終の制御装置出力信号１３を流量調節弁１１６へ
送出する。

以上のような従来の制御装置においてプロセス運転上生
じる問題点は次の通りである。

（１）ダイレクト・リバース特性の切換えが運転操作モ
ードの切換指冷で第４図ａの如く行われるが、例えば第
４図ｂのようにコールドトラップ内温度が設定値よりも
高いままの状態て冷却から加熱への移行指冷を発した場
合、加熱時のダイレクト特性により流量調節弁が閉方向
となつてしまい熱媒の流入が直ちには行なわれにくくな
る。

やがてプログラムパターンに従つて設定値が上昇してコ
ールドトラップ内温度より高くなるまで熱媒流入という
実際の加熱動作が始まらないため追従性が悪い。そして
、第４図ｂの点Ｐ．ｌ５Ｑの間の時間がロス分となる。
；２）冷媒、熱媒側の温度制御に不調をきたした場合、
ダイレクト・リバース特性を運転操作モードの切換指令
のみで行なつているため、加熱時に熱媒温度がコールド
トラップ内温度より低下する場合、および冷却時に冷媒
温度がコールドトラップ内温度より上昇する場合ではこ
れらの外乱に対してコールドトラップ内温度の設定値を
プログラムパターン通りになるべく維持させようという
制御内容から外れて、逆方向の傾向を増長させるような
ことになつてしまう。

このことは前述のコールドトラップ自体へのサーマルシ
ョック防止による機器保護の点で好ましくない。（３）
冷却開始時は冷媒の温度とコールドトラップ内温度と
の差が大きいため、熱交換される熱量が大きくなつて冷
媒を冷却している冷凍機の負荷が過大なものとなる。

しかし、この冷却開始時の負荷を考慮して冷凍機能力を
大き目に決定してしまうと経済的でない。そこで、この
ような問題を避けるために冷却開始時のプログラムパタ
ーンの変化勾配を極めて小さな変化率にしたとしても、
コールドトラップの温度設定値と実温度との偏差を用い
て解消すべくフィードバック制御しているため、流量調
整弁開度は全開方向に近くなつて冷媒の流入量が多くな
り、結局冷凍機過負荷防止の効果をあげることは困難で
ある。したがつて、本発明はかかる従来の問題点を解消
してコールドトラップ内温度を円滑に制御しうる制御装
置を提供することを目的とする。

以下本発明を図示する実施例に基づいて詳述する。

第５図は本発明によるコールドトラップ内温度制御装置
の実施例を示すブロック図である。なお、第５図におい
て符号１〜１７で示す部分は第３図で示した同一内容で
あるので同一符号とし、説明は省略する。１８は制御量
プログラムパターンスキップ演算器で、捕集・回収装置
の運転操作モード状態信号１４，１５，１６が入力され
ると、その入力時点でのコールドトラップ温度信号７と
現在の制御量のプログラムパターンにおける設定値８と
の偏差を演算し、その演算結果をスキップ指令信号３０
として制御量プログラム設定器１に出力する。

これを受けた制御量プログラムバター７設定器１は第６
図に示すように一旦制御量設定値８をＰ点からＰ″点に
スキップ（跳躍）させ、Ｐ″点から所定の温度変化勾配
でプログラム設定値パターンをスタートさせる。これに
より、第４図ｂに示したようなＰ点からＱ点に移行する
際の応答の遅れＴｄをなくすことができる。ところで、
ＰからＰ″に制御量をスキップさせることはプロセスに
急変を与えることであるが、本発明では設定値８を実際
のコールドトラップ内温度７に一致させるまでしかスキ
ップさせていないのでコールドトラップに与えるサーマ
ルショックの影響は皆無である。２０，２１は高値選択
器であり、２０はコールドトラップ内温度７と冷媒温度
信号２４のうちいずれか高値を選択し、また２１はコー
ルドトラップ内温度７と熱媒温度信号２５のうちいずれ
か高値を選択する。

これら２つの高値選択器２０，２１の出力２６，２７は
０Ｒ論理演算器３２に入力され、その出力３３（ダイレ
クト特性選択指定信号）をダイレクト・リバース演算器
４に出力する。このダイレクト・リバース演算器４は出
力３３が入力されたときのみダイレクト特性に切換える
。１９は操作出力プログラム設定器であり、第７図にあ
るように冷却開始後一定温度Ｔ３に達するまでの間、制
御出力をある上限値ＭＨから下限値■７まで一定勾配で
変換させるためのパターンが記憶設定されている。

本例の流量調節弁１１６はＦＯ特性（フィリアオープン
）であるので設定器１９の出力に応じて弁開度はある下
限値■から徐々に開度を大きくして上限ＭＨまで開くこ
とになる。通常ＭＨを１００％にしておくと弁１１６は
全閉の状態からスタートすることとなる。この方式によ
り冷媒のコールドトラップ１０３への流入″量が直接制
限され、一定の割合でしか熱交換量が増大しないよう抑
制機能を持たせることができるため、冷凍機過負荷防止
を実現できる。２２は警報設定器であり、冷却開始後に
一定温度Ｔ３に到達したかどうかをチェックするための
ものであり、一定温度に到達していないときに有意信号
が出力される判定結果信号３４と、冷却モード状態信号
１４のＡＮＤ論理をＡＮＤ論理演算器２３でとることに
よつて操作出力プログラムと制御量プログラムの２つの
制御モードを切換器３５ｊを介して切換える。

なお、２８は操作出力プログラム選択指令信号、２９は
操作出力プログラム設定器出力信号、３１は操作出力プ
ログラム指定情報信号、３４は警報設定器出力信号、３
６はコールドトラップ内温度センサ、３７は冷媒温度セ
ンサ、３８は熱媒温度センサである。以上、本発明の特
徴を要約すれば次の通りである。

ａ第１の特徴は、従来装置がコールドトラップ内の温度
設定値プログラムパターンを運転操作モードの切換指令
入力点から一定勾配変化率で変化させていただけなのに
対して、本発明では切換指令入力点から一旦入力時点に
おけるコールドトラップ内実温度までスキップさせ、ス
キップされた点から一定勾配変化を開始することにある
。

したがつて、運転操作モード切換時の応答性を向上させ
ることができ、先に述べた従来の欠点（１）を改善しう
る。ｂ第２の特徴は、従来装置がダイレクト・リバース
特性の切換えを運転操作モード切換指令だけで行つてい
るのに対し、本発明は冷媒、熱媒の温度とコールドトラ
ップ内温度との高低比較により行うことにある。

これにより、冷媒系、熱媒系の運転不調という外乱に対
して安定性を確保し、コールドトラップ自体のサーマル
ショックを防止でき、したがつて従来の欠点（２）を改
善しうる。ｃ第３の特徴は、冷却開始後所定の温度にコ
ールドトラップ内が降温するまで制御装置自体の調節弁
への出力をプログラムパターン化したことにある。これ
により、冷却開始時の冷媒流入量がパターン化されるた
め、冷媒が熱交換される熱量が制限されるので冷凍機の
過負荷を防止できる。よつて必要以上の冷凍機能力を備
えさせる必要がなく、プラントの経済性を向上する．こ
とができ、従来の欠点（３）を改善しうる。なお、本発
明は上述した実施例に限定されることなく、種々の応用
が可能である。例えば、ダイレクト・リバース演算はコ
ールドトラップ測定温度と制御量設定値との偏差を求め
る際の＋，一符；号を反転させて制御の前段階でも実施
しうる。制御量プログラムや操作出力プログラムの情報
指定はスタート点と変化勾配の組み合わせだけでなく、
スタート点とエンド点を与える方式でもよい。また、コ
ールドトラップ内温度分布を考慮して測定点を複数にし
、平均値処理や、中間値／最大、最小値の選択処理など
の機能付加してもよい。例えば、サーマルショックの防
止の点で考えると、加熱モードでは温度信号の最大値選
択、冷却、予冷モードでは最小値選択を行うことによつ
て温度変化勾配管理としては安全サイドとなりうる。さ
らにまた、本発明による機能の実現にあたつてはアナロ
グ調節計と各種演算器の組合せの他、電子計算機による
ＤＤＣ処理など、その手段に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図はコールドトラップ方式のプロセス気体の捕集・
回収装置の概要構成を示す図、第２図はコールドトラッ
プ内温度制御の制御量プログラムパターン例を示す説明
図、第３図は従来のコールドトラップ内温度の制御装置
を示すブロック図、第４図ａは従来制御装置による捕集
・回収装置の通常運転特性を示す説明図、ｂは冷却モー
ド移行後に充分経過しないで加熱モードに移行したとき
の特性を示す説明図、第５図は本発明による制御装置の
実施例を示すブロック図、第６図は本発明の制御装置に
よる制御特性を示す説明図、第７図は操作出力プログラ
ムを示す説明図である。１０３・・・コールドトラップ本体、１１４・・・コー
ルドトラップ内温度制御装置、１１６・・・冷媒・熱媒
流調節弁、１・・・制御量プログラムパターン設定器、
４・・・ダイレクト・リバース演算器（モード切替演算
器）、７・・・コールドトラップ内温度信号、８・・・
制御量プログラム設定値信号、１８・・・制御量プログ
ラムパターンスキップ演算器、１９・・・操作出力プロ
グラム設定器、２０・・・第１高値選択器、２１・・・
第２高値選択器。

Claims

【特許請求の範囲】

１冷媒によりコールドトラップ内を冷却・降温してプ
ロセス気体を固化・捕集し、かつ捕集後熱媒により加熱
・昇温して液化または気化・回収するコールドトラップ
方式のプロセス気体の捕集・回収装置におけるコールド
トラップ内温度の時間に対する制御量プログラムパター
ンが予め設定された制御量プログラムパターン設定器を
有する温度制御装置において、前記捕集・回収装置の運
転操作モード状態信号を入力としてその入力時点でのコ
ールドトラップ内温度信号と現在のプログラム制御量と
の差を演算し、その演算出力を前記制御用プログラムパ
ターン設定器に与えてプログラム制御量を一旦現在のコ
ールドトラップ内度差にスキップさせた後自己に設定さ
れた制御量プログラムパターンの実行を開始させる制御
量プログラムパターンスキップ演算器と、コールドトラ
ップ内温度値と冷媒温度値のいずれか高値を選択する第
１高値選択器と、コールドトラップ内温度値と熱媒温度
値のいずれか高値を選択する第２高値選択器と、前記第
１、第２高値選択器の出力を受けて前記捕集・回収装置
の運転モードを加熱モードあるいは冷却モードに切替え
るモード切替演算器と、コールドトラップの冷却開始後
所定温度に達するまでの間操作量を所定の上限値から下
限値まで一定勾配で変化させるパターンが予め設定され
た操作出力プログラム設定器とを備えたことを特徴とす
るコールドトラップ内温度制御装置。