JPS6179954A - 極低温液化冷凍装置 - Google Patents
極低温液化冷凍装置Info
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- JPS6179954A JPS6179954A JP59201608A JP20160884A JPS6179954A JP S6179954 A JPS6179954 A JP S6179954A JP 59201608 A JP59201608 A JP 59201608A JP 20160884 A JP20160884 A JP 20160884A JP S6179954 A JPS6179954 A JP S6179954A
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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】
〔発明の利用分野〕
本発明は、極低温液化冷凍装置に係り、特に減量運転な
どの多様な運転条件に好適な極低温液化冷凍装置等こ関
するものである。
どの多様な運転条件に好適な極低温液化冷凍装置等こ関
するものである。
極低温液化冷凍装置、特：こヘリウム液化冷凍装置では
、極低温での冷凍能力を得るために必要な理論動力（最
少動力）は冷凍能力の約７０倍にもなる。更に、機器の
効率、熱侵入（こよる損失等を考慮すると、実用上は冷
凍能力の約５００ｆ音〜１０００倍もの動力を必要とす
る。したがって、設計上、装置の効率を向上させること
はもとより重要であるが、装置の運転を効率的に行なう
ことも重要な課題である。
、極低温での冷凍能力を得るために必要な理論動力（最
少動力）は冷凍能力の約７０倍にもなる。更に、機器の
効率、熱侵入（こよる損失等を考慮すると、実用上は冷
凍能力の約５００ｆ音〜１０００倍もの動力を必要とす
る。したがって、設計上、装置の効率を向上させること
はもとより重要であるが、装置の運転を効率的に行なう
ことも重要な課題である。
一般的に、極低温液化冷凍装置は、冷媒ガスを圧縮する
圧縮機と、圧縮された高圧冷媒ガスを逆転温度以下に冷
却するための熱交換器と、逆転温度以下に冷却された高
圧冷媒ガスをジュール・トムソン膨張させることにより
極低温冷媒を生成するジュール・トムソン膨張弁と、上
記ジュール・トムソン回路（以下、液化ラインという。
圧縮機と、圧縮された高圧冷媒ガスを逆転温度以下に冷
却するための熱交換器と、逆転温度以下に冷却された高
圧冷媒ガスをジュール・トムソン膨張させることにより
極低温冷媒を生成するジュール・トムソン膨張弁と、上
記ジュール・トムソン回路（以下、液化ラインという。
）を流れる高圧冷媒ガスを冷却するために必要な寒冷を
生成する膨張機と、膨張機番こ入れる冷媒ガスの制御を
行なう膨張機入口弁とから構成されている。
生成する膨張機と、膨張機番こ入れる冷媒ガスの制御を
行なう膨張機入口弁とから構成されている。
これらの構成機器から成る極低温液化冷凍装置の運転は
、上記ジュール・トムソン膨張弁と膨張機入口弁の操作
によって行なわれるが、一般的に時定数が大きく応答が
遅いこと、および一時的に逆応答を示すなど、非常壜こ
制御が難しいのが現実である。このために、従来の極低
温液化冷凍装置の運転操作においては、運転員が試行錯
誤的に操業 作を行なうか、又は、弁操作は装置の最大能力状態に固
定し、負荷の調整をヒータで行なうなどで行なっていた
。（諾４［ｊ’７−／θｇ、！；、！； ７号松オｉ十
四、少したがって、従来の極低温液化冷凍装置は運転操
作が繁雑であると共に、負荷９条件に合わせた最適な運
転が困難であるため、エネルギー効率が悪いなどの欠点
があった。
、上記ジュール・トムソン膨張弁と膨張機入口弁の操作
によって行なわれるが、一般的に時定数が大きく応答が
遅いこと、および一時的に逆応答を示すなど、非常壜こ
制御が難しいのが現実である。このために、従来の極低
温液化冷凍装置の運転操作においては、運転員が試行錯
誤的に操業 作を行なうか、又は、弁操作は装置の最大能力状態に固
定し、負荷の調整をヒータで行なうなどで行なっていた
。（諾４［ｊ’７−／θｇ、！；、！； ７号松オｉ十
四、少したがって、従来の極低温液化冷凍装置は運転操
作が繁雑であると共に、負荷９条件に合わせた最適な運
転が困難であるため、エネルギー効率が悪いなどの欠点
があった。
本発明の目的は、極低温液化冷凍装置において、膨張機
入口弁とジュール・トムソン膨張弁の開度を適正な条件
に保持して効率的に運転することができる極低温液化冷
凍装置を提供することにある。
入口弁とジュール・トムソン膨張弁の開度を適正な条件
に保持して効率的に運転することができる極低温液化冷
凍装置を提供することにある。
極低温液化冷凍装置では、一般的に膨張機入口弁とジュ
ール・トムソン膨張弁とによって高圧冷媒ガスの分配制
御を行ない、負荷条件に対応した運転を行なうことにな
るが、負荷条件は液化モード、冷凍モード、液化＋冷凍
モードの各運転モードが存在すると共に、上記各モード
での減量運転を含むと非常に多岐（こわたり、制御が困
難なのが現実であった。
ール・トムソン膨張弁とによって高圧冷媒ガスの分配制
御を行ない、負荷条件に対応した運転を行なうことにな
るが、負荷条件は液化モード、冷凍モード、液化＋冷凍
モードの各運転モードが存在すると共に、上記各モード
での減量運転を含むと非常に多岐（こわたり、制御が困
難なのが現実であった。
本発明は、膨張機入口弁とジュール・トムソン膨張弁の
開度に対応した極低温液化冷凍装置の装置能力を計算す
るシミュレータを設けて、事訂に装置の特性を把握する
ことにより、装置の負荷条件に対応して、膨張機入口弁
とジュール・トムソン膨張弁の開度を調整し、最適運転
を行なうようにしたものである。
開度に対応した極低温液化冷凍装置の装置能力を計算す
るシミュレータを設けて、事訂に装置の特性を把握する
ことにより、装置の負荷条件に対応して、膨張機入口弁
とジュール・トムソン膨張弁の開度を調整し、最適運転
を行なうようにしたものである。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図において、１は圧縮機、２は中圧タンク、３は高圧冷
媒ガス圧力調撃弁、４は底圧冷媒ガス圧力調整弁、５は
高圧ライン、６は低圧ライン、７は液化ライン、８は膨
張機ライン、１ｏはコールドボックス、１１ ａ〜１１
ｅは熱交換器、臣は膨張機入口弁、１３はジュール・
トムソン膨張弁（以下ＪＴ弁と略称する）、１４ａおよ
び１４ ｂは膨張機、１５は補助寒冷源である液体窒素
導入管、２０ ａ −２Ｏｎは被冷却体、蜀はシミュレ
ータ、 ３１は制御装置である。
図において、１は圧縮機、２は中圧タンク、３は高圧冷
媒ガス圧力調撃弁、４は底圧冷媒ガス圧力調整弁、５は
高圧ライン、６は低圧ライン、７は液化ライン、８は膨
張機ライン、１ｏはコールドボックス、１１ ａ〜１１
ｅは熱交換器、臣は膨張機入口弁、１３はジュール・
トムソン膨張弁（以下ＪＴ弁と略称する）、１４ａおよ
び１４ ｂは膨張機、１５は補助寒冷源である液体窒素
導入管、２０ ａ −２Ｏｎは被冷却体、蜀はシミュレ
ータ、 ３１は制御装置である。
上記のように構成された本発明の極低温液化冷凍装置の
動作について説明する。圧縮ｆｉｔで圧縮された高圧冷
媒ガスの大部分は、高圧ライン５をＩｊＭってコールド
ボックス１０に導入され、第１の熱交換器１１ ａで液
体窒素および低圧冷媒ガス市熱交換して冷却された後、
液化ライン７と膨張機ライン８に分岐される。膨張機ラ
イン８に分岐された高圧冷媒ガスは、膨張機入口弁１２
を通り、第１の膨張機１４ ａで断熱膨張して寒冷を発
生した後、第３の熱交換器１１ ｃで低圧冷媒ガスと熱
交換して更に温度降下し、＠２の膨張ｊｆｉ １４ ｂ
で再び断熱膨張して寒冷を発生し、低圧の冷媒ガスが流
れる低圧ライン６に合流する。一方、第１（７）熱交換
器１１ ａで冷却された後、液化ライン７に分岐された
高圧冷媒ガスは、’＠２〜＠５の熱交換器１１ｂ−１ｉ
ｅで低圧冷媒ガスと熱交換して最終的に逆転温度以下に
冷却された後、ＪＴＴｉＢ２断熱膨張して極低温冷媒と
なり、被冷却体２０ａ−２０ｎｌこ送られる。被冷却体
７ｆ） ａ −２０ｎ ｔ’熱負荷を吸収した冷媒は、
再びコールドボックス１０に采り、熱交換器１１ ｅ〜
［１ａで高圧冷媒ガスと熱交換することによって寒冷回
収された後、低圧ライン６を通って圧縮２ｔの吸入側（
こ戻される。
動作について説明する。圧縮ｆｉｔで圧縮された高圧冷
媒ガスの大部分は、高圧ライン５をＩｊＭってコールド
ボックス１０に導入され、第１の熱交換器１１ ａで液
体窒素および低圧冷媒ガス市熱交換して冷却された後、
液化ライン７と膨張機ライン８に分岐される。膨張機ラ
イン８に分岐された高圧冷媒ガスは、膨張機入口弁１２
を通り、第１の膨張機１４ ａで断熱膨張して寒冷を発
生した後、第３の熱交換器１１ ｃで低圧冷媒ガスと熱
交換して更に温度降下し、＠２の膨張ｊｆｉ １４ ｂ
で再び断熱膨張して寒冷を発生し、低圧の冷媒ガスが流
れる低圧ライン６に合流する。一方、第１（７）熱交換
器１１ ａで冷却された後、液化ライン７に分岐された
高圧冷媒ガスは、’＠２〜＠５の熱交換器１１ｂ−１ｉ
ｅで低圧冷媒ガスと熱交換して最終的に逆転温度以下に
冷却された後、ＪＴＴｉＢ２断熱膨張して極低温冷媒と
なり、被冷却体２０ａ−２０ｎｌこ送られる。被冷却体
７ｆ） ａ −２０ｎ ｔ’熱負荷を吸収した冷媒は、
再びコールドボックス１０に采り、熱交換器１１ ｅ〜
［１ａで高圧冷媒ガスと熱交換することによって寒冷回
収された後、低圧ライン６を通って圧縮２ｔの吸入側（
こ戻される。
シミュレータ３０は被冷却体２０ａ−２０１の運転条件
に対応した匝低温液化冷凍装置の特性を計算し、この計
算結果に基づき制御装置３１は膨張機入口弁丘とＪＴＴ
ｉＢ２制御を行なう。
に対応した匝低温液化冷凍装置の特性を計算し、この計
算結果に基づき制御装置３１は膨張機入口弁丘とＪＴＴ
ｉＢ２制御を行なう。
つぎに、以上のような構成、動作の本発明の実施例の装
置斤特性、および効果について説明する。
置斤特性、および効果について説明する。
極低温液化冷凍装置を最適な条件で運転するためには、
コールトポっクス１０の調整が必要であり、特許こ膨張
機ライン８と液化ライン７との高圧冷媒ガスの分配制御
が重要である。この分配制御は、膨張機入口弁化とＪＴ
ＴｉＢ２調節によって行なわれるが、この場合の冷凍出
力とコールドボックス１０で必要な高圧冷媒ガス量との
関係をｆｆ１２図に示す。＠２図壷こおいて、実線で示
した曲線群ａ ＝ Ｃが、おのおの膨張機入口弁しの開
度を一定とし、ＪＴＴｉＢ２開度を変えた場合の性能曲
線であり、これらの曲線群ａ ”−ｃの包絡線として得
られる点線で示した曲線が、所定の冷凍出力に対応した
最少高圧冷媒ガス量を示す特性曲線となる。第２図番こ
示すように、冷凍負荷に対応して最適な調整を行なうた
めには、非常に複雑な組み合せ制御を行なう必要がある
。
コールトポっクス１０の調整が必要であり、特許こ膨張
機ライン８と液化ライン７との高圧冷媒ガスの分配制御
が重要である。この分配制御は、膨張機入口弁化とＪＴ
ＴｉＢ２調節によって行なわれるが、この場合の冷凍出
力とコールドボックス１０で必要な高圧冷媒ガス量との
関係をｆｆ１２図に示す。＠２図壷こおいて、実線で示
した曲線群ａ ＝ Ｃが、おのおの膨張機入口弁しの開
度を一定とし、ＪＴＴｉＢ２開度を変えた場合の性能曲
線であり、これらの曲線群ａ ”−ｃの包絡線として得
られる点線で示した曲線が、所定の冷凍出力に対応した
最少高圧冷媒ガス量を示す特性曲線となる。第２図番こ
示すように、冷凍負荷に対応して最適な調整を行なうた
めには、非常に複雑な組み合せ制御を行なう必要がある
。
なお、冷凍運転における装置特性を第２図壷こよって説
明したが、実際には液化運転、液化＋冷凍運転などの各
種の運転モードが存在し、これらの各モードに対応して
おのおの異なる特性曲線が存在するため、−律に膨張機
入口弁化とＪＴＴｉＢ２回度条件を設定することは困難
である。
明したが、実際には液化運転、液化＋冷凍運転などの各
種の運転モードが存在し、これらの各モードに対応して
おのおの異なる特性曲線が存在するため、−律に膨張機
入口弁化とＪＴＴｉＢ２回度条件を設定することは困難
である。
本実施例によれば、以上のような各種運転モードに対応
して、実際の操作を行なう前に装置の特性をシミュレー
シ筺ン計算することによって把握し、この結果に基づい
て実際の操作を行なうために、複雑な装置の特性に容易
に対応できると共に、最適な運転条件を保持することが
できる。
して、実際の操作を行なう前に装置の特性をシミュレー
シ筺ン計算することによって把握し、この結果に基づい
て実際の操作を行なうために、複雑な装置の特性に容易
に対応できると共に、最適な運転条件を保持することが
できる。
また、本発明によれば、シミュレーシッン計算結果を表
示し、装置特性を運転員告二十分把握させることができ
ると共に、運転員の判断による操作も容易となり、操作
性が向上する。
示し、装置特性を運転員告二十分把握させることができ
ると共に、運転員の判断による操作も容易となり、操作
性が向上する。
更にまた装置各部の状態をシミュレーシッン計算結果と
比較監視することが可能であり、早期の故障診断ができ
ると共に、異常処理も容易となり信頼性が向上する。
比較監視することが可能であり、早期の故障診断ができ
ると共に、異常処理も容易となり信頼性が向上する。
本発明は以上述べたように、膨張機入口弁とジュール・
トムソン膨張弁の開度に対応した極低温液化冷凍装置の
装置能力を計算するシミュレータと、装置の負荷条件に
対応してシミュレータ計算結果に基づき膨張機入口弁と
ジュール・トムソン膨張弁の開度を制御する制御装置を
設け、装置の負荷条件に対応して膨張機入口弁とジュー
ル・トムソン膨張弁の開度を調整するようにしたもので
あるから、装置の負荷条件に合った最適運転を行なうこ
とができ、二不ルギ効率を向上させることができる。
トムソン膨張弁の開度に対応した極低温液化冷凍装置の
装置能力を計算するシミュレータと、装置の負荷条件に
対応してシミュレータ計算結果に基づき膨張機入口弁と
ジュール・トムソン膨張弁の開度を制御する制御装置を
設け、装置の負荷条件に対応して膨張機入口弁とジュー
ル・トムソン膨張弁の開度を調整するようにしたもので
あるから、装置の負荷条件に合った最適運転を行なうこ
とができ、二不ルギ効率を向上させることができる。
第１図は本発明による極低温液化冷凍装置の一実施例を
示す系統図、第２図は極低温液化冷凍装置の特性の一例
を示す線図である。 １・・・・・圧縮機、２・・・・・・中圧タンク、３・
・・・・・高圧冷媒ガス圧力調整弁、４・・・・・・低
圧冷媒ガス圧力調整弁、５・・・・・・高圧ライン、６
・・・・・・低圧ライン、７・・・・・・液化ライン、
８・・・・・・膨張機ライン、１０・・・・・・コール
ドボックス、１１ ａ ＝ １１ ｅ・・・・・・熱交
換器、１２・・・膨張機入口弁、１３・・・・・・ジュ
ール・トムソン膨張弁、２０ ａ −２０ｎ・・・・・
披冷却体、（資）・・・・・・シミュレータ、才１図
示す系統図、第２図は極低温液化冷凍装置の特性の一例
を示す線図である。 １・・・・・圧縮機、２・・・・・・中圧タンク、３・
・・・・・高圧冷媒ガス圧力調整弁、４・・・・・・低
圧冷媒ガス圧力調整弁、５・・・・・・高圧ライン、６
・・・・・・低圧ライン、７・・・・・・液化ライン、
８・・・・・・膨張機ライン、１０・・・・・・コール
ドボックス、１１ ａ ＝ １１ ｅ・・・・・・熱交
換器、１２・・・膨張機入口弁、１３・・・・・・ジュ
ール・トムソン膨張弁、２０ ａ −２０ｎ・・・・・
披冷却体、（資）・・・・・・シミュレータ、才１図
Claims (1)
- １、圧縮機で圧縮された高圧冷媒ガスを高圧ラインを経
て膨張機ラインと液化ラインに分岐し、膨張機ラインの
高圧冷媒ガスを膨張機入口弁を経て膨張機で膨張させて
寒冷を発生させ、低温低圧冷媒ガスを熱交換器で温度回
復させた後、低圧ラインを経て圧縮機の吸入側に循環さ
せると共に、液化ラインの高圧冷媒ガスを熱交換器で低
温低圧冷媒ガスにより冷却した後、ジュール・トムソン
膨張弁で膨張させて極低温冷媒を生成する極低温液化冷
凍装置において、前記膨張機入口弁とジュール・トムソ
ン膨張弁の開度に対応した極低温液化冷凍装置の装置能
力を計算するシミュレータを設け、装置の負荷条件に対
応してシミュレータ計算結果に基づき膨張機入口弁とジ
ュール・トムソン膨張弁の開度を制御する制御装置を設
けたことを特徴とする極低温液化冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59201608A JPS6179954A (ja) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | 極低温液化冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59201608A JPS6179954A (ja) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | 極低温液化冷凍装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6179954A true JPS6179954A (ja) | 1986-04-23 |
Family
ID=16443875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59201608A Pending JPS6179954A (ja) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | 極低温液化冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6179954A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007128213A (ja) * | 2005-11-02 | 2007-05-24 | Taiyo Nippon Sanso Corp | シミュレーションシステム |
| JP2009243837A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Toshiba Corp | 極低温冷却装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000331267A (ja) * | 1999-05-20 | 2000-11-30 | Haneda Hume Pipe Co Ltd | 地震情報処理システム |
| JP2011151656A (ja) * | 2010-01-22 | 2011-08-04 | Toyota Home Kk | 被災状況表示システム |
| JP2012037436A (ja) * | 2010-08-10 | 2012-02-23 | Misawa Homes Co Ltd | 地震計、地震計の取付構造および建物の管理システム |
-
1984
- 1984-09-28 JP JP59201608A patent/JPS6179954A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000331267A (ja) * | 1999-05-20 | 2000-11-30 | Haneda Hume Pipe Co Ltd | 地震情報処理システム |
| JP2011151656A (ja) * | 2010-01-22 | 2011-08-04 | Toyota Home Kk | 被災状況表示システム |
| JP2012037436A (ja) * | 2010-08-10 | 2012-02-23 | Misawa Homes Co Ltd | 地震計、地震計の取付構造および建物の管理システム |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JPN7014003155; 地震対策マニュアルの策定要領（その２） , 2009, Ｐ．６ * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007128213A (ja) * | 2005-11-02 | 2007-05-24 | Taiyo Nippon Sanso Corp | シミュレーションシステム |
| JP2009243837A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Toshiba Corp | 極低温冷却装置 |
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