KR20170034395A - 극저온 냉동 장치의 조절 방법 및 대응하는 장치 - Google Patents

극저온 냉동 장치의 조절 방법 및 대응하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단일 애플리케이션(1)을 냉각시키기 위해 병렬로 배치되는 복수의 냉동기/액화기(L/R)를 포함하는 극저온 냉동 장치(100)의 조절 방법에 관한 것으로, 방법은 모든 냉동기들/액화기들(L/R)에 대해 적어도 하나의 작동 파라미터의 동적 평균값을 실시간 연산하는 단계를 포함하고, 장치는 상기 동적 평균값에 대한 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 적어도 하나의 냉동기/액화기(L/R)의 작동 가스의 흐름을 제어하기 위한 적어도 하나의 밸브(4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11)를 실시간 제어하여, 다양한 냉동기들/액화기들(L/R)의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값을 향해 수렴되게 한다.

Description

극저온 냉동 장치의 조절 방법 및 대응하는 장치{METHOD FOR ADJUSTING A CRYOGENIC REFRIGERATION APPARATUS AND CORRESPONDING APPARATUS}
본 발명은 극저온 냉동 장치의 조절 방법 및 대응하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 특히 하나의 동일한 애플리케이션을 냉각시키기 위해 병렬로 배치되는 여러 개의 냉동기/액화기를 포함하는 극저온 냉동 장치의 조절 방법에 관한 것으로, 각각의 냉동기/액화기는 작동 가스(working gas)의 유동을 제어하기 위한 적어도 하나의 밸브를 구비한 작동 가스용 작동 회로를 포함하고, 병렬로 놓인 냉동기들/액화기들은 순수 기상 헬륨과 같은 동일한 종류의 작동 가스를 사용하며, 각각의 냉동기/액화기는 작동 가스 압축 스테이션, 압축 스테이션을 빠져나가는 작동 가스의 유동을 적어도 액화 온도에 가까운 극저온 온도까지 냉각시키기 위한 콜드 박스를 포함하고, 냉동기들/액화기들의 각각의 콜드 박스들에 의해 각각 냉각되는 상기 작동 가스의 유동들은 혼합된 후, 애플리케이션과 열교환 방식으로 배치되어 이에 대한 냉각을 중단하고, 애플리케이션과 열교환한 저온 작동 가스는 이후 각각의 압축 스테이션들을 통해 각각 분배되는 여러 개의 복귀 유동들로 분할된다.
본 발명은 하나의 동일한 사용자 애플리케이션을 냉각시키기 위해 병렬로 여러 개의 냉동기/액화기를 채용하는 이른바 "대규모(large-scale)" 냉동 장치에 관한 것이다.
"냉동기/액화기"는 작동 가스(예컨대, 헬륨)로 하여금 작동 유체를 극저온 온도(예컨대, 헬륨의 경우 몇 °K)로 만드는 열역학 작동 사이클(압축/팽창)을 겪게 하고, 적절한 경우 이 작동 가스를 액화시키는 기기를 나타낸다.
이와 같은 장치의 하나의 비제한적 예가 출원번호 FR 2980564 A1에 기재되어 있다.
(냉기를 발생시키는) 냉동 사이클은 각각의 냉동기의 관점에서 "폐쇄된" 것으로 여겨진다. 이는 냉동기/액화기의 콜드 박스에 들어가는 작동 가스의 유동이 대부분 이 같은 콜드 박스로부터 다시 나타난다는 것을 의미한다. 반대로, 작동 가스의 유동은 냉각될 애플리케이션의 관점에서 "개방된" 것으로 여겨지고, 이는 다양한 냉동기들/액화기들로부터의 가스가 그 안에서 혼합된다는 것을 의미한다. 그러므로, 냉동기들/액화기들에 의해 공급되는 작동 가스의 유동은 애플리케이션을 냉각시키기 위해 모아진 후, 분배 시스템에 의해 각각의 냉동기로 따로따로 복귀된다.
이와 같은 장치의 냉동기들의 조절은 일반적으로 (냉각될 애플리케이션으로부터/으로) 작동 회로의 제어 밸브들을 수동 위치지정하는 것을 수반한다.
장치가 다수의 인터페이스를 포함할 때, 및 냉각될 필요가 있는 열부하가 시간에 따라 달라질 때, 적절한 조절이 더 어려워진다. 이는 시스템의 유속 및/또는 압력이 달라지면 밸브들의 정적 조절이 부적합할 수 있기 때문이다.
애플리케이션의 변동 열부하는 실제로 압축기들을 통해 유속의 변동을 발생시킨다.
이것이 수정되지 않으면, 소정의 냉동기들/액화기들은 다른 냉동기들/액화기들보다 더 많은 작동 가스 및 냉기를 회수할 것이다. 소정의 냉동기들/액화기들은 공칭 작동점으로부터 분기될 수 있다. 따라서, 이러한 냉동기들/액화기들의 소정의 부품들(압축기, 터빈 등)은 한계까지 사용될 수 있는 반면, 다른 냉동기들/액화기들은 불충분하게 사용될 것이다. 그러므로, 장치의 전체 냉력 및 효율이 감소할 것이다.
각각의 냉동기/액화기에 대해 독립 유동을 조절하고 제어하기 위한 시스템의 제공은 전반적으로 불안정한 시스템으로 이어질 수 있고, 여기서 부하 및 유속이 냉동기들/액화기들 사이에 일관되지 않게 분배될 것이다. 또한, 헬륨의 특정 특성(밀도가 온도에 따라 굉장히 달라진다)은 냉동기들 사이의 불균형이 증폭되는 현상으로 이어진다.
냉동기들 사이의 헬륨 유속의 분배는 압력원(압축기들)으로 복귀하는 회로의 저항(압력 강하) 및 공통 헬륨 공급 압력을 통해 일반적으로 수행된다.
하나의 냉동기/액화기가 애플리케이션으로부터 나오는 상대적으로 더 저온의 가스를 수용할 때, 복귀 회로의 평균 온도가 감소하고, 그에 따라 회로의 압력 강하가 감소한다. 구체적으로, 가스의 밀도는 회로를 통한 가스의 속도보다 더 빠르게 변할 수 있다. 회로 내의 이러한 압력 강하의 감소는 해당 회로 내로 수용되는 저온 가스의 유속의 상대적인 증가로 이어지고, 그에 따라 장치 내의 분기(divergence)로 이어진다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 상기에 언급된 단점들의 전부 또는 일부를 해결하는 데에 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 방법은, 다른 측면에서, 상기 도입부에 주어진 일반적인 정의에 따라, 방법이 압축 스테이션으로 복귀하는 작동 가스의 이른바 "복귀(return)" 유동의 유속, 압축 스테이션을 빠져나간 콜드 박스를 통해 순환하는 작동 가스의 이른바 "외향(outbound)" 유동의 유속, 모두 하나의 동일한 온도 범위에서 콜드 박스 내에 위치하는, 한편으론 작동 가스의 외향 유동과 다른 한편으론 작동 가스의 복귀 유동 사이의 작동 가스의 온도차로부터의 적어도 하나의 동일한 작동 파라미터의 순시값을, 각각의 냉동기/액화기에 대해, 동시 측정하는 단계를 포함하며, 방법이 모든 냉동기들/액화기들에 대해 적어도 하나의 작동 파라미터의 동적 평균값을 실시간 연산하는 단계를 포함하고, 장치가 상기 동적 평균값에 대한 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 적어도 하나의 냉동기/액화기의 적어도 하나의 작동-가스 유동 제어 밸브의 실시간 제어를 수행하여, 다양한 냉동기들/액화기들의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값을 향해 수렴되게 하는 것을 본질적으로 특징으로 한다.
이러한 특정의 특징은 장치가 냉동기 파라미터들(온도, 압력, 유속, 레벨 등)의 변경에 자동 반응하도록 동적으로 조절될 수 있게 한다.
이러한 조절은 다양한 냉동기들/액화기들이 동일하게(회로 내의 작동 가스의 동일한 유속/압력/온도) 작동하는 (앞서 연산된) 기결정된 최적의 작동에 가능한 가까워질 수 있게 한다.
이러한 요건에 부합하기 위해, 방법은 냉동기의 작동을 나타내는 동적 파라미터들 중 하나를 비교하며, 모든 다른 냉동기들에 걸친 이 같은 파라미터의 평균치와 이를 비교한다. 방법의 제어 작용은 파라미터의 값의 이러한 차이를 이용하여, 파라미터에 영향을 미치는 각각의 냉동기 상에 존재하는 조절기들의 설정점을 수정한다. 이는 이후 또한 파라미터들의 평균치를 수정하고, 그에 따라 설정점 역시 업데이트된다. 이는 각각의 파라미터로 하여금 다양한 냉동기들에 걸친 이러한 파라미터의 평균치를 향해 수렴되게 하는 "동적"인 설정점과 "캐스케이드"되기에 적합할 수 있는 제어 시스템이다.
또한, 본 발명의 구현예들은 하기 특징들 중 하나 또는 여러 개를 포함할 수 있다:
- 냉동기들/액화기들은 동일하되, 장치는 상기 동적 평균값에 대한 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 적어도 하나의 냉동기/액화기의 적어도 하나의 작동-가스 유동 제어 밸브의 실시간 제어를 수행하여, 다양한 냉동기들/액화기들의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 결정된 동일한 값을 향해 수렴되게 한다,
- 냉동기들/액화기들은 동일하되, 장치는 상기 동적 평균값에 대한 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 적어도 하나의 냉동기/액화기의 적어도 하나의 작동 가스 유동 제어 밸브의 실시간 제어를 수행하여, 즉시, 압축 스테이션을 향해 복귀하는 작동 가스의 복귀 유동의 유속의 상기 순시값들이 결정된 동일한 유동값을 향해 수렴되게 하고, 콜드 박스 내의 작동 가스의 외향 유동과 압축 스테이션을 향해 복귀하는 작동 가스의 복귀 유동 사이의 작동 가스의 온도차가 결정된 동일한 온도차값을 향해 수렴되게 하며, 각각의 콜드 박스의 토출구에서의 냉각된 작동 가스의 유동의 유속이 결정된 동일한 유속값을 향해 수렴되게 한다,
- 각각의 냉동기/액화기의 압축 스테이션은, 작동 회로 상에 직렬로 배치되며 "저압 압축기"와 "중압 압축기"로 각각 지칭되는 2개의 압축기를 포함하되, 저압 압축기를 선택적으로 우회하기 위한 우회 회로가 적어도 하나의 가변 개방 제어 우회 밸브를 포함하고, 방법은 압축 스테이션을 향해 복귀하는 작동 가스의 복귀 유동의 유속의 순시값으로 구성되는 작동 파라미터를, 각각의 냉동기/액화기에 대해, 동시 측정하는 단계를 포함하며, 방법은 모든 냉동기들/액화기들에 대해 작동 파라미터의 동적 평균값을 실시간 연산하는 단계를 포함하고, 장치는 해당 냉동기/액화기의 작동 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 각각의 우회 밸브의 개방/폐쇄의 실시간 제어를 수행하여, 다양한 냉동기들/액화기들의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값에 수렴되게 한다,
- 방법은 콜드 박스 내의 동일한 온도 레벨에서 한편으론 복귀 유동과 다른 한편으론 외향 유동 사이의 작동 가스의 온도차를, 각각의 냉동기/액화기에 대해, 동시 측정하는 단계를 포함하되, 각각의 우회 밸브의 제어는 해당 냉동기/액화기에 대한 상기 온도차와 모든 냉동기들/액화기들에 대해 연산되는 상기 온도차의 평균치 사이의 불일치에 따라 수정되고, 각각의 우회 밸브의 개방/폐쇄는 해당 냉동기/액화기에 대한 온도차가 상기 온도차의 평균치에 대해 절대값의 관점에서 증가할 때 감소한다,
- 압축 스테이션의 토출구에서, 각각의 냉동기/액화기는 가변-개방 제어 토출 밸브를 포함하되, 방법은 작동 가스의 토출 유동의 유속의 순시값으로 구성되는 작동 파라미터를, 각각의 냉동기/액화기에 대해, 동시 측정하는 단계를 포함하며, 방법은 모든 냉동기들/액화기들에 대해 작동 파라미터의 동적 평균값을 실시간 연산하는 단계를 포함하고, 장치는 해당 냉동기/액화기의 작동 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 각각의 토출 밸브의 개방/폐쇄의 실시간 제어를 수행하여, 다양한 냉동기들/액화기들의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값을 향해 수렴되게 한다,
- 각각의 토출 밸브는 상기 밸브의 토출구에서 측정되는 압력 설정점에 따라 제어되고, 상기 장치는 각각의 토출 밸브의 개방/폐쇄의 실시간 제어를 수행하여, 해당 냉동기/액화기의 압축 스테이션의 토출구에서의 가스의 유동의 유속의 순시값이 상기 동적 평균값보다 더 클 때 압력 설정점을 감소시키고, 그 반대도 마찬가지이다,
- 작동 회로는 액화된 작동 가스의 극저온 탱크 내에 침지되는 작동 가스 냉각 교환기를 포함하는 주배관, 및 극저온 탱크의 상류에서 주배관의 우회로를 형성하며, 극저온 탱크 내로 개방되어, 콜드 박스에 의해 생성되는 액화 작동 가스를 이에 전달할 수 있는 부배관을 각각의 냉동기/액화기의 콜드 박스 내에 포함하되, 주배관은 냉각 교환기의 하류에 위치하는 가변-개방 제어 하류 밸브를 포함하고, 방법은 냉각 교환기의 하류에서 상기 주배관 내의 작동 가스의 토출 유동의 유속의 순시값으로 구성되는 작동 파라미터를, 각각의 냉동기/액화기에 대해, 동시 측정하는 단계를 포함하며, 방법은 모든 냉동기들/액화기들에 대해 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값을 실시간 연산하는 단계를 포함하고, 장치는 해당 냉동기/액화기의 이러한 작동 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 각각의 하류 밸브의 개방/폐쇄의 실시간 제어를 수행하여, 다양한 냉동기들/액화기들의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값에 수렴되게 한다,
- 부배관은 가변-개방 분배 밸브를 구비하되, 콜드 박스 내의 액화 작동 가스의 생성의 증가 시에 그 개방이 증가하고, 각각의 하류 밸브의 제어는 분배 밸브의 개방 상태에 따라 수정되어, 분배 밸브의 개방이 증가할 때 하류 밸브의 개방을 감소시키고, 그 반대도 마찬가지이다,
- 각각의 냉동기/액화기의 콜드 박스는 작동 유체를 냉각시키기 위한 복수의 열교환기, 및 콜드 박스의 토출구에서 작동 가스를 공급하는 상기 교환기들 중 적어도 일부를 우회하기 위한 우회 배관을 포함하되, 상기 우회 배관은 가변-개방 개별 제어 우회 밸브들을 통해 교환기들과 열교환 방식으로 작동 회로의 잔여부에 연결되고, 방법은 상기 우회 배관 내의 가스의 유동의 유속의 순시값으로 구성되는 작동 파라미터를, 각각의 냉동기/액화기에 대해, 동시 측정하는 단계를 포함하며, 방법은 모든 냉동기들/액화기들에 대해 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값을 실시간 연산하는 단계를 포함하고, 장치는 해당 냉동기/액화기의 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값과 순시값들 사이의 차에 따라 적어도 하나의 우회 밸브의 개방/폐쇄의 실시간 제어를 수행하여, 다양한 냉동기들/액화기들의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값에 수렴되게 한다,
- 작동 회로는 애플리케이션과 열교환한 저온 작동 유체를 예열하기 위한 복수의 교환기를 각각의 냉동기/액화기의 콜드 박스 내에 포함하되, 작동 회로는 압축 스테이션으로 복귀하는 작동 가스의 복귀 유동을 복귀시키기 위한 배관을 포함하며, 복귀 배관은 "고온" 레그 및 "저온" 레그로 각각 지칭되는 2개의 병렬 브랜치로 세분되는 부분을 포함하고, 고온 레그는 예열 열교환기들 중 적어도 일부를 우회하며, 저온 레그는 예열 교환기들에 열적으로 결합되고, 압축 스테이션으로 복귀하는 애플리케이션과 열교환한 작동 유체는 온도가 결정된 임계치 초과일 때 고온 레그를 통해 분배되며 온도가 결정된 임계치 미만일 때 저온 레그를 통해 분배되고, 각각의 고온 레그는 가변-개방 제어 조절 밸브를 포함하며, 방법은 상기 고온 레그 내의 가스의 유동의 유속의 순시값으로 구성되는 작동 파라미터를, 각각의 냉동기/액화기에 대해, 동시 측정하는 단계를 포함하고, 방법은 모든 냉동기들/액화기들에 대해 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값을 실시간 연산하는 단계를 포함하며, 장치는 해당 냉동기/액화기의 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값과 순시값들 사이의 차에 따라 고온 레그의 밸브의 개방/폐쇄의 실시간 제어를 수행하여, 다양한 냉동기들/액화기들의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값에 수렴되게 한다,
- 각각의 저온 레그는 가변-개방 제어 조절 밸브를 포함하되, 방법은 상기 저온 레그 내의 가스의 유동의 유속의 순시값으로 구성되는 작동 파라미터를, 각각의 냉동기/액화기에 대해, 동시 측정하는 단계를 포함하며, 방법은 모든 냉동기들/액화기들에 대해 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값을 실시간 연산하는 단계를 포함하고, 장치는 해당 냉동기/액화기의 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값과 순시값들 사이의 차에 따라 저온 레그의 밸브의 개방/폐쇄의 실시간 제어를 수행하여, 다양한 냉동기들/액화기들의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값에 수렴되게 한다.
본 발명은 또한 상기 또는 하기 특징들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 대안적인 기기 또는 방법에 관한 것일 수 있다.
본 발명은 또한 하나의 동일한 애플리케이션을 냉각시키기 위해 병렬로 배치되는 여러 개의 냉동기/액화기를 포함하는 극저온 냉동 장치에 관한 것일 수 있되, 각각의 냉동기/액화기는 작동 가스의 유동을 제어하기 위한 적어도 하나의 밸브를 구비한 작동 가스용 작동 회로를 포함하고, 병렬로 놓인 냉동기들/액화기들은 순수 기상 헬륨과 같은 동일한 종류의 작동 가스를 사용하며, 각각의 냉동기/액화기는 작동 가스 압축 스테이션, 압축 스테이션을 빠져나가는 작동 가스의 유동을 적어도 액화 온도에 가까운 극저온 온도까지 냉각시키기 위한 콜드 박스를 포함하고, 냉동기들/액화기들의 각각의 콜드 박스들에 의해 각각 냉각되는 상기 작동 가스의 유동들은 혼합된 후, 애플리케이션과 열교환 방식으로 배치되어 이에 대한 냉각을 중단하며, 애플리케이션과 열교환한 저온 작동 가스는 이후 각각의 압축 스테이션들을 통해 각각 분배되는 여러 개의 복귀 유동들로 분할되고, 장치는 압축 스테이션으로 복귀하는 작동 가스의 이른바 "복귀" 유동의 유속, 콜드 박스를 빠져나간 후에 콜드 박스를 통해 순환하는 작동 가스의 이른바 "외향" 유동의 유속, 한편으론 콜드 박스 내의 작동 가스의 외향 유동과 다른 한편으론 콜드 박스 내의 작동 가스의 복귀 유동 사이의 작동 가스의 온도차로부터의 적어도 하나의 동일한 작동 파라미터의 순시값을, 각각의 냉동기/액화기에 대해, 측정하기 위한 동시 측정 수단에 연결되는 전자 제어 로직을 포함하되, 전자 로직은 모든 냉동기들/액화기들에 대해 적어도 하나의 작동 파라미터의 동적 평균값을 실시간 연산하며, 상기 동적 평균값과 비교한 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 적어도 하나의 냉동기/액화기로부터의 작동 가스의 유동을 제어하는 적어도 하나의 제어 밸브의 실시간 제어를 수행하도록 구성되어, 다양한 냉동기들/액화기들의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값에 수렴되게 한다.
본 발명은 또한 상기 또는 하기 특징들의 임의의 조합을 포함하는 임의의 대안적인 기기 또는 방법에 관한 것이다.
추가적인 상세 및 이점은 도면을 참조하여 주어진 후술하는 설명을 숙독함으로써 명확해질 것이다:
도 1은 본 발명을 실시할 수 있는 장치의 구조 및 작동의 일례를 도시한 부분 개략도를 나타낸다.
도 2는 장치의 냉동기들/액화기들의 압축 스테이션들 및 콜드 박스들의 구조 및 작동의 일례를 도시한, 도 1의 장치의 상세의 부분 개략도를 나타낸다.
도 3은 압축 스테이션들의 토출구에서의 작동 회로의 일부의 구조 및 작동의 일례를 도시한, 도 1의 장치의 상세의 부분 개략도를 나타낸다.
도 4는 액화된 작동 가스 저장조의 레벨에서의 작동 회로의 일부의 구조 및 작동의 일례를 도시한, 도 1의 장치의 상세의 부분 개략도를 나타낸다.
도 5는 콜드 박스의 냉각 교환기들을 우회하는 우회 배관에서의 작동 회로의 일부의 구조 및 작동의 일례를 도시한, 도 1의 장치의 상세의 부분 개략도를 나타낸다.
도 6은 압축 스테이션으로 작동 가스를 복귀시키는 복귀 배관에서의 작동 회로의 일부의 구조 및 작동의 일례를 도시한, 도 1의 장치의 상세의 부분 개략도를 나타낸다.
도 1은 하나의 동일한 애플리케이션(1)을 냉각시키기 위해 병렬로 배치되는 3개의 냉동기/액화기(L/R)를 포함하는 극저온 냉동 장치를 개략적으로 도시한다. 관행적으로, 각각의 냉동기/액화기(L/R)는 적어도 하나의 작동 가스 유동 제어 밸브를 구비한 작동 가스용 작동 회로를 포함한다.
각각의 냉동기/액화기는 작동 가스를 압축하기 위한 독자적인 스테이션(2), 및 압축 스테이션(2)을 빠져나가는 작동 가스의 유동(30)을 적어도 액화 온도에 가까운 극저온 온도까지 냉각시키기 위한 독자적인 콜드 박스(3)를 포함한다.
냉동기들/액화기들(L, R)의 각각의 콜드 박스들(3)에 의해 각각 냉각되는 작동 가스의 유동들(30)은 혼합된 후, 애플리케이션(1)과 열교환 방식으로 배치되어 이에 대한 냉각을 중단한다. 애플리케이션(1)과 열교환한 저온 작동 가스는 이후 압축 스테이션들(2)을 통해 각각 분배되는 여러 개의 복귀 유동들(31)로 분할된다.
병렬로 놓인 냉동기들/액화기들(L/R)은 순수 기상 헬륨과 같은 동일한 성질의 작동 가스를 사용한다.
장치(100)는 예컨대 마이크로프로세서(컴퓨터 및/또는 제어기)를 포함하는 전자 제어 로직(50)을 바람직하게 포함한다. 전자 로직(50)은 각각의 냉동기/액화기(L/R)의 작동 사이클에서 작동 가스에 관한 적어도 하나의 동일한 작동 파라미터의 순시값을, 각각의 냉동기/액화기(L/R)에 대해, 동시 측정하는 측정 부재들에 연결된다. 간략함을 위해, 도 1은 이러한 측정 부재들을 나타내지 않는다(이들의 예는 도 2 내지 도 6에 도시될 것이다).
각각의 냉동기/액화기(L/R)에 대해 측정되는 적어도 하나의 작동 파라미터는: 압축 스테이션으로 복귀하는 작동 가스의 복귀 유동 (애플리케이션과 열교환한 후에), 또는 콜드 박스(3)의 소정 부분 또는 애플리케이션(1)을 통과하지 않으면서 압축 스테이션으로 직접 복귀하는 작동 가스의 복귀 유동의 유속, (압축 스테이션을 빠져나간 후에) 콜드 박스의 토출구에서의 냉각된 작동 가스의 유동의 유속, 한편으론 (애플리케이션을 향하는) 콜드 박스 내의 작동 가스의 유동과 다른 한편으론 (애플리케이션으로부터) 압축 스테이션으로 복귀하는 작동 가스의 복귀 유동 사이의 작동 가스의 온도차 중 적어도 하나를 바람직하게 포함한다.
전자 로직(50)은 모든 냉동기들/액화기들(L/R)에 대해 적어도 하나의 작동 파라미터의 동적 평균값의 실시간 연산을 수행하고, 상기 동적 평균값에 대한 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 적어도 하나의 냉동기/액화기(L/R)의 적어도 하나의 작동-가스 유동 제어 밸브의 실시간 제어를 수행하도록 구성된다(예컨대, 프로그램된다). 더 구체적으로, 전자 로직은 다양한 냉동기들/액화기들(R/L)의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값을 향해 수렴되게 하도록 구성된다.
이는 각각의 냉동기/액화기(L/R)가 냉동기들/액화기들(L/R)의 전체 세트의 작동 평균치에 따른 작동 사이클로 제어되어, 모든 냉동기들/액화기들(L/R)이 이러한 평균치를 향해 수렴되게 한다는 것을 의미한다.
이러한 조절은 작동-가스 회로들을 제어하기 위한 "비례 적분(PI)" 타입의 제어기들을 통해 실시될 수 있다.
선호도에 대해, 장치는 상기 동적 평균값에 대한 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 적어도 하나의 냉동기/액화기(L/R)의 적어도 하나의 작동-가스 유동 제어 밸브의 실시간 제어를 수행하여, 다양한 냉동기들/액화기들(R/L)의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값을 향해 수렴되게 한다.
장치의 제어의 다양한 예들이 도 2 내지 도 6을 참조하여 각각 설명될 것이다. 이러한 다양한 예들의 전부 또는 일부는 이와 같은 장치(100)의 작동을 조절하기 위해 점증적으로 또는 대안적으로 실시될 수 있다.
도 2에 부분적으로 도시된 바와 같이, 각각의 냉동기/액화기의 압축 스테이션(2)은, 작동 회로 상에 직렬로 배치되며 "저압 압축기(12)"와 "중압 압축기(12)"로 각각 지칭되는 2개의 압축기(12, 22)를 포함할 수 있다. 저압 압축기(12)는 콜드 박스(3)를 통과했거나 통과하지 않은, 저압으로 복귀하는 상대적으로 고온의 작동 가스(복귀 유동(31))를 수용한다.
각각의 압축 스테이션(2)은, 저압 압축기(12)를 선택적으로 우회하며 가변 개방 제어 우회 밸브(4)를 구비한 우회 회로(14)를 포함한다.
장치는, 각각의 냉동기/액화기(L/R)에 대해, 압축 스테이션(2)으로 복귀하는 작동 가스의 복귀 유동(31)의 유속(Q)의 순시값으로 구성되는 작동 파라미터를 측정하기 위한 센서(13)를 포함한다. 이러한 측정 센서(32)는 예컨대 애플리케이션을 향하는 작동 가스를 냉각하고 압축 스테이션(2)을 향해 복귀하는 작동 가스를 가열하는 하나 이상의 열교환기(26)의 상류에서 콜드 박스(3) 내에 위치한다.
전자 로직(50)은 모든 냉동기들/액화기들(L/R)에 대해 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값의 실시간 연산을 수행할 수 있다. 전자 로직(50)은 해당 냉동기/액화기의 작동 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 각각의 우회 밸브(14)의 개방/폐쇄의 실시간 제어를 수행하여, 다양한 냉동기들/액화기들(R/L)의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값에 수렴되게 한다.
예컨대, 각각의 우회 밸브(14)의 개방/폐쇄는 CP=A-B.ΔQ 타입의 수식에 따른 압력 설정점(CP)에 따라 제어되는데, 여기서 A는 기결정된 압력값이고, B는 기결정된 계수(크기=압력/유속)이며, ΔQ는 한편으론 3개의 냉각기의 유속의 동적 평균값과 다른 한편으론 해당 냉동기/액화기의 순간 유속 사이의 차(크기=유속)이다.
또한, 각각의 냉동기/액화기(L/R)는 하나의 동일한 결정된 온도 범위를 가진 회로의 일부에서 콜드 박스(3) 내에 위치하는 (압축 스테이션으로 복귀하는) 복귀 유동(31)과 (애플리케이션(1)을 향하는) "외향" 유동(32) 사이의 작동 가스의 온도차(DT=T31-T32)를 측정하기 위한 센서(15)를 포함할 수 있다.
"콜드 박스 내의 하나의 동일한 온도 범위"라는 표현은 (냉각될 애플리케이션(1)을 향하는) 외향 유동(32) 및 (압축 스테이션(2)을 향하는) 복귀 유동(31)이 콜드 박스(3)의 냉각 교환기들에 대해 동일한 레벨에 위치하는 작동 회로 상의 점들을 의미한다(예컨대, 2개의 측정점이 2개의 동일한 냉각 교환기 사이에 위치하는 회로의 레그들 내에 위치한다). 이는 회로 상의 2개의 점이 예컨대 단지 몇 °K 차이 나는(통상적으로 0.1 내지 4°K 차의) 상대적으로 유사한 온도를 가진다는 것을 의미한다.
외향 유동(32)은 (예컨대, 압축 스테이션(2)을 통과한 후에 작동 가스를 냉각시키는 제1 열교환기의 토출구에서) 예컨대 콜드 박스의 냉각 교환기를 빠져나가는 작동 가스의 유동이다. 동일한 온도 범위 내의 복귀 유동(31)은 작동 가스가 이 같은 열교환기에 들어가기 전에 압축기 스테이션(2)을 향해 복귀하는 작동 회로의 부분이다. 하나의 유리한 특징에 따르면, 각각의 우회 밸브(14)의 제어는 해당 냉동기/액화기(L/R)에 대한 상기 온도차(DT=T31-T32)와 모든 냉동기들/액화기들(L/R)에 대해 연산되는 상기 온도차(DT=T31-T32)의 평균치 사이의 불일치에 따라 수정될 수 있다. 이러한 온도차(DT=T31-T32)는 (압축 스테이션을 향하는) 복귀 유동(31)과 (애플리케이션(1)을 향하는) 외향 유동(32) 사이의 작동 가스의 유속에 있어서의 불균형을 나타낸다.
예컨대, 각각의 우회 밸브(14)의 개방은 해당 냉동기/액화기(L/R)에 대한 온도차(DT=T31-T32)가 상기 온도차의 평균치에 대해 (절대값의 관점에서) 증가할 때 증가할 수 있다. 이러한 제어는 (압축 스테이션을 향하는) 복귀 유동(31)과 (애플리케이션(1)을 향하는) 외향 유동(32) 사이의 작동 가스의 유속에 있어서의 불균형을 감소시키는 효과를 가질 것이다.
도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 압축 스테이션(2)의 토출구에서, 각각의 냉동기/액화기(L/R)는 토출 배관(30) 상에 가변-개방 제어 토출 밸브(11)를 포함할 수 있다.
또한, 각각의 냉동기/액화기(L/R)는 압축 스테이션(2)의 토출구에서 가스의 유동(30)의 유속의 순시값으로 구성되는 작동 파라미터를 측정하기 위한 측정 센서(16)를 포함한다.
이전과 같이, 전자 로직(50)은 모든 냉동기들/액화기들(L/R)에 대해 이러한 작동 파라미터의 동적 평균치의 실시간 연산을 수행하도록 구성될 수 있다. 전자 로직(50)은 해당 냉동기/액화기의 작동 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 각각의 토출 밸브(11)의 개방/폐쇄의 실시간 제어를 수행하여, 다양한 냉동기들/액화기들(R/L)의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값에 수렴되게 할 수 있다.
예컨대, 각각의 토출 밸브(11)의 개방/폐쇄는 CP=C+D.ΔQ 타입의 수식에 따른 압력 설정점(CP)에 따라 제어되는데, 여기서 B는 기결정된 압력값이고, C는 기결정된 계수(크기=압력/유속)이며, ΔQ는 한편으론 3개의 냉각기에 대한 이러한 유속의 동적 평균값과 다른 한편으론 해당 냉동기/액화기에 대한 이러한 순간 유속 사이의 차(크기=유속)이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 냉동기/액화기의 작동 회로는 액화된 작동 가스의 극저온 탱크(21) 내에 침지되는 작동 가스를 냉각시키기 위한 교환기(20)를 포함하는 주배관(19), 및 극저온 탱크(21)의 상류에서 주배관의 우회로를 형성하는 부배관(23)을 콜드 박스(3) 내에 포함할 수 있다. 부배관(23)은 이 탱크(21) 내로 개방되어, 콜드 박스(3)에 의해 생성되는 액화 작동 가스를 이에 전달한다.
각각의 주배관(19)은 냉각 교환기(20)의 하류에 위치하는 가변-개방 제어 하류 밸브(5)를 포함한다. 각각의 장치는 유동 냉각 교환기(20)의 하류에서 상기 주배관(23) 내의 작동 가스의 유동의 유속의 순시값으로 구성되는 작동 파라미터의 센서(24)를 포함한다.
전자 로직(50)은 모든 냉동기들/액화기들(L/R)에 대해 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값의 실시간 연산을 수행하고, 해당 냉동기/액화기의 이러한 작동 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 각각의 하류 밸브(5)의 개방/폐쇄의 실시간 제어를 수행하도록 구성되어, 다양한 냉동기들/액화기들(R/L)의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값을 향해 수렴되게 할 수 있다.
예컨대, 부배관(23)은 가변-개방 분배 밸브(25)를 구비하되, 콜드 박스(3) 내의 액화 작동 가스의 생성의 증가 시에 그 개방이 증가한다. 또한, 각각의 하류 밸브(5)의 제어는 분배 밸브(25)의 개방 정도에 따라 수정되어, 분배 밸브(25)의 개방이 증가할 때 하류 밸브(5)의 개방을 감소시킬 수 있고, 그 반대도 마찬가지이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 냉동기/액화기(L/R)의 콜드 박스(3)는 작동 유체를 냉각시키기 위한 복수의 열교환기(26), 및 상기 교환기들(26) 중 적어도 일부를 우회하기 위한 우회 배관(27)을 포함할 수 있다. 교환기들(26)을 우회하는 이러한 우회 배관(27)은 콜드 박스(3)를 빠져나가는 하향 작동 가스를 제공한다.
도시된 바와 같이, 우회 배관(27)은 각각의 제어 우회 밸브들(6, 7, 8; 가변 개방 밸브들)을 통해 교환기들(26)과 열교환 방식으로 작동 회로의 여러 부분에 연결된다.
각각의 냉동기/액화기는 상기 우회 배관(27) 내의 가스의 유동의 유속의 순시값으로 구성되는 작동 파라미터를 측정하기 위한 측정 센서(28)를 포함할 수 있다. 전자 로직(50)은 모든 냉동기들/액화기들(L/R)에 대해 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값을 실시간 연산하고, 해당 냉동기/액화기의 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값과 순시값들 사이의 차에 따라 적어도 하나의 우회 밸브(6, 7, 8)의 개방/폐쇄를 실시간 제어하여, 다양한 냉동기들/액화기들(R/L)의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값을 향해 수렴되게 하는 단계를 포함할 수 있다.
예컨대, 우회 밸브(7)의 개방/폐쇄는 CP=G+H.ΔQ 타입의 수식에 따른 압력 설정점(CP)에 따라 제어되는데, 여기서 G는 기결정된 압력값이고, G는 기결정된 계수(크기=압력/유속)이며, ΔQ는 한편으론 3개의 냉각기에 대한 이러한 유속의 동적 평균값과 다른 한편으론 해당 냉동기/액화기에 대한 이러한 순간 유속 사이의 차(크기=유속)이다. 다른 우회 밸브들(6, 8)은 해당 냉동기/액화기에 대한 회로의 온도의 조절을 가능하게 한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 작동 회로는 애플리케이션(1)과 열교환한 저온 작동 유체를 예열하기 위한 복수의 교환기(26)를 각각의 냉동기/액화기(L/R)의 콜드 박스(3) 내에 포함할 수 있다. 작동 회로는 압축 스테이션(2)으로 복귀하는 작동 가스의 유동(30)을 위한 복귀 배관(29)을 추가로 포함하되, 복귀 배관(29)은 "고온" 및 "저온" 레그로 각각 지칭되는 2개의 병렬 레그(129, 229)로 세분되는 부분을 포함한다. 고온 레그(129)는 가열 열교환기들(26) 중 적어도 일부와 열교환하지 않는다. 저온 레그(229) 자체는 여러 개의 예열 교환기와 열교환한다. 애플리케이션과 열교환한 작동 유체는 압축 스테이션(2)으로 복귀하고, 온도가 결정된 임계치 초과일 때 고온 레그(129)로 분배되며 온도가 결정된 임계치 미만일 때 저온 레그(229)로 분배된다. 각각의 고온 레그(129)는 가변-개방 제어 조절 밸브(9)를 포함한다.
각각의 콜드 박스(3)는 상기 고온 레그(129) 내의 가스의 유동의 유속의 순시값으로 구성되는 작동 파라미터를 측정하기 위한 측정 센서(130)를 포함한다.
전자 로직(50)은 모든 냉동기들/액화기들에 대해 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값의 실시간 연산을 수행하고, 해당 냉동기/액화기의 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값과 순시값들 사이의 차에 따라 고온 레그(129)의 밸브(9)의 개방/폐쇄의 실시간 제어를 수행하도록 구성되어, 다양한 냉동기들/액화기들의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값을 향해 수렴되게 할 수 있다.
예컨대, 고온 레그의 각각의 밸브(9)의 개방/폐쇄는 CP=I+J.ΔQ 타입의 수식에 따른 압력 설정점(CP)에 따라 제어되는데, 여기서 I는 기결정된 압력값이고, J는 기결정된 계수(크기=압력/유속)이며, ΔQ는 한편으론 3개의 냉각기에 대한 이러한 유속의 동적 평균값과 다른 한편으론 해당 냉동기/액화기에 대한 이러한 순간 유속 사이의 차(크기=유속)이다.
마찬가지로, 각각의 저온 레그(229)는 가변-개방 제어 조절 밸브(10), 및 상기 레그(229) 내의 가스의 유동의 유속의 순시값으로 구성되는 작동 파라미터를 측정하기 위한 측정 센서(131)를 포함한다. 전자 로직(50)은 모든 냉동기들/액화기들에 대해 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값의 실시간 연산을 수행하고, 해당 냉동기/액화기의 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값과 순시값들 사이의 차에 따라 저온 레그(229)의 밸브(10)의 개방/폐쇄의 실시간 제어를 수행하도록 구성되어, 다양한 냉동기들/액화기들(R/L)의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값을 향해 수렴되게 할 수 있다.
이전과 같이, 저온 레그의 각각의 밸브(10)의 개방/폐쇄는 CP=K+L.ΔQ 타입의 수식에 따른 압력 설정점(CP)에 따라 제어될 수 있는데, 여기서 K는 기결정된 압력값이고, L은 기결정된 계수(크기=압력/유속)이며, ΔQ는 한편으론 3개의 냉각기에 대한 이러한 유속의 동적 평균값과 다른 한편으론 해당 냉동기/액화기에 대한 이러한 순간 유속 사이의 차(크기=유속)이다.

Claims (13)

  1. 하나의 동일한 애플리케이션(1)을 냉각시키기 위해 병렬로 배치되는 여러 개의 냉동기/액화기(L/R)를 포함하는 극저온 냉동 장치(100)의 조절 방법에 있어서, 각각의 냉동기/액화기(L/R)는 작동 가스의 유동을 제어하기 위한 적어도 하나의 밸브(4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11)를 구비한 작동 가스용 작동 회로를 포함하고, 병렬로 놓인 상기 냉동기들/액화기들(L/R)은 순수 기상 헬륨과 같은 동일한 종류의 작동 가스를 사용하며, 각각의 냉동기/액화기는 작동 가스 압축 스테이션(2), 상기 압축 스테이션(2)을 빠져나가는 작동 가스의 유동(30)을 적어도 액화 온도에 가까운 극저온 온도까지 냉각시키기 위한 콜드 박스(3)를 포함하고, 상기 냉동기들/액화기들(L/R)의 각각의 콜드 박스들(3)에 의해 각각 냉각되는 상기 작동 가스의 유동들(30)은 혼합된 후, 상기 애플리케이션(1)과 열교환 방식으로 배치되어 이에 대한 냉각을 중단하고, 상기 애플리케이션과 교환한 저온 작동 가스는 이후 각각의 압축 스테이션들(2)을 통해 각각 분배되는 여러 개의 복귀 유동들(31)로 분할되고, 상기 방법은 상기 압축 스테이션(2)으로 복귀하는 작동 가스의 이른바 "복귀" 유동(31)의 유속, 상기 압축 스테이션(2)을 빠져나간 상기 콜드 박스(3)를 통해 순환하는 작동 가스의 이른바 "외향" 유동(30, 32)의 유속, 모두 하나의 동일한 온도 범위에서 상기 콜드 박스(3) 내에 위치하는, 한편으론 작동 가스의 외향 유동(32)과 다른 한편으론 작동 가스의 복귀 유동(31) 사이의 작동 가스의 온도차로부터의 적어도 하나의 동일한 작동 파라미터의 순시값을, 각각의 냉동기/액화기(L/R)에 대해, 동시 측정하는 단계를 포함하며, 상기 방법은 모든 냉동기들/액화기들(L/R)에 대해 적어도 하나의 작동 파라미터의 동적 평균값을 실시간 연산하는 단계를 포함하고, 상기 장치는 상기 동적 평균값에 대한 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 적어도 하나의 냉동기/액화기(L/R)의 적어도 하나의 작동-가스 유동 제어 밸브(4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11)의 실시간 제어를 수행하여, 다양한 냉동기들/액화기들(R/L)의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값을 향해 수렴되게 하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉동기들/액화기들(L/R)은 동일하되, 상기 장치는 상기 동적 평균값에 대한 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 적어도 하나의 냉동기/액화기(L/R)의 적어도 하나의 작동-가스 유동 제어 밸브(4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11)의 실시간 제어를 수행하여, 다양한 냉동기들/액화기들(R/L)의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 결정된 동일한 값을 향해 수렴되게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉동기들/액화기들(L/R)은 동일하되, 상기 장치는 상기 동적 평균값에 대한 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 적어도 하나의 냉동기/액화기(L/R)의 적어도 하나의 작동 가스 유동 제어 밸브(4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11)의 실시간 제어를 수행하여, 즉시, 상기 압축 스테이션(2)을 향해 복귀하는 작동 가스의 복귀 유동(31)의 유속의 상기 순시값들이 결정된 동일한 유동값을 향해 수렴되게 하고, 상기 콜드 박스(3) 내의 작동 가스의 외향 유동(320)과 상기 압축 스테이션(2)을 향해 복귀하는 작동 가스의 복귀 유동(31) 사이의 작동 가스의 온도차가 결정된 동일한 온도차값을 향해 수렴되게 하며, 각각의 콜드 박스(3)의 토출구에서의 냉각된 작동 가스의 유동(30)의 유속이 결정된 동일한 유속값을 향해 수렴되게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 냉동기/액화기의 상기 압축 스테이션(2)은, 상기 작동 회로 상에 직렬로 배치되며 "저압 압축기(12)"와 "중압 압축기(12)"로 각각 지칭되는 2개의 압축기(12, 22)를 포함하되, 상기 저압 압축기(12)를 선택적으로 우회하기 위한 우회 회로(14)가 적어도 하나의 가변 개방 제어 우회 밸브(4)를 포함하고, 상기 방법은 상기 압축 스테이션(2)을 향해 복귀하는 작동 가스의 복귀 유동(31)의 유속의 순시값으로 구성되는 작동 파라미터를, 각각의 냉동기/액화기(L/R)에 대해, 동시 측정하는 단계(13)를 포함하며, 상기 방법은 모든 냉동기들/액화기들(L/R)에 대해 작동 파라미터의 동적 평균값을 실시간 연산하는 단계를 포함하고, 상기 장치는 해당 냉동기/액화기의 작동 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 각각의 우회 밸브(14)의 개방/폐쇄의 실시간 제어를 수행하여, 다양한 냉동기들/액화기들(R/L)의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값에 수렴되게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 방법은 상기 콜드 박스(3) 내의 동일한 온도 레벨에서 한편으론 복귀 유동(31)과 다른 한편으론 외향 유동(32) 사이의 작동 가스의 온도차(DT=T31-T32)를, 각각의 냉동기/액화기(L/R)에 대해, 동시 측정하는 단계(15)를 포함하되, 각각의 우회 밸브(14)의 제어는 해당 냉동기/액화기(L/R)에 대한 상기 온도차(DT=T31-T32)와 모든 냉동기들/액화기들(L/R)에 대해 연산되는 상기 온도차(DT=T31-T32)의 평균치 사이의 불일치에 따라 수정되고, 각각의 우회 밸브(14)의 개방/폐쇄는 해당 냉동기/액화기(L/R)에 대한 온도차(DT=T31-T32)가 상기 온도차의 평균치에 대해 절대값의 관점에서 증가할 때 감소하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압축 스테이션(2)의 상기 토출구에서, 각각의 냉동기/액화기(L/R)는 가변-개방 제어 토출 밸브(11)를 포함하되, 상기 방법은 작동 가스의 토출 유동(30)의 유속의 순시값으로 구성되는 작동 파라미터를, 각각의 냉동기/액화기(L/R)에 대해, 동시 측정하는 단계(16)를 포함하며, 상기 방법은 모든 냉동기들/액화기들(L/R)에 대해 작동 파라미터의 동적 평균값을 실시간 연산하는 단계를 포함하고, 상기 장치는 해당 냉동기/액화기의 작동 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 각각의 토출 밸브(11)의 개방/폐쇄의 실시간 제어를 수행하여, 다양한 냉동기들/액화기들(R/L)의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값을 향해 수렴되게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    각각의 토출 밸브(11)는 상기 밸브(11)의 상기 토출구에서 측정되는(17) 압력 설정점에 따라 제어되고(18), 상기 장치는 각각의 토출 밸브(11)의 개방/폐쇄의 실시간 제어를 수행하여, 해당 냉동기/액화기의 상기 압축 스테이션(2)의 상기 토출구에서의 가스의 유동(30)의 유속의 순시값이 상기 동적 평균값보다 더 클 때 압력 설정점을 감소시키고, 그 반대도 마찬가지인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 회로는 액화된 작동 가스의 극저온 탱크(21) 내에 침지되는 작동 가스 냉각 교환기(20)를 포함하는 주배관(19), 및 상기 극저온 탱크(21)의 상류에서 상기 주배관의 우회로를 형성하며, 상기 극저온 탱크 내로 개방되어, 상기 콜드 박스(3)에 의해 생성되는 액화 작동 가스를 이에 전달할 수 있는 부배관(23)을 각각의 냉동기/액화기의 상기 콜드 박스(3) 내에 포함하되, 상기 주배관(23)은 상기 냉각 교환기(20)의 하류에 위치하는 가변-개방 제어 하류 밸브(5)를 포함하고, 상기 방법은 상기 냉각 교환기(20)의 하류에서 상기 주배관(23) 내의 작동 가스의 토출 유동의 유속의 순시값으로 구성되는 작동 파라미터를, 각각의 냉동기/액화기(L/R)에 대해, 동시 측정하는 단계(24)를 포함하며, 상기 방법은 모든 냉동기들/액화기들(L/R)에 대해 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값을 실시간 연산하는 단계를 포함하고, 상기 장치는 해당 냉동기/액화기의 이러한 작동 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 각각의 하류 밸브(5)의 개방/폐쇄의 실시간 제어를 수행하여, 다양한 냉동기들/액화기들(R/L)의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값에 수렴되게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 부배관(23)은 가변-개방 분배 밸브(25)를 구비하되, 상기 콜드 박스(3) 내의 액화 작동 가스의 생성의 증가 시에 그 개방이 증가하고, 각각의 하류 밸브(5)의 제어는 상기 분배 밸브(25)의 개방 상태에 따라 수정되어, 상기 분배 밸브(25)의 개방이 증가할 때 상기 하류 밸브(5)의 개방을 감소시키고, 그 반대도 마찬가지인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 냉동기/액화기(L/R)의 상기 콜드 박스(3)는 작동 유체를 냉각시키기 위한 복수의 열교환기(26), 및 상기 콜드 박스(3)의 상기 토출구에서 작동 가스를 공급하는 상기 교환기들(26) 중 적어도 일부를 우회하기 위한 우회 배관(27)을 포함하되, 상기 우회 배관(27)은 가변-개방 개별 제어 우회 밸브들(7, 8, 9)을 통해 상기 교환기들(26)과 열교환 방식으로 상기 작동 회로의 잔여부에 연결되고, 상기 방법은 상기 우회 배관(27) 내의 가스의 유동의 유속의 순시값으로 구성되는 작동 파라미터를, 각각의 냉동기/액화기(L/R)에 대해, 동시 측정하는 단계(28)를 포함하며, 상기 방법은 모든 냉동기들/액화기들(L/R)에 대해 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값을 실시간 연산하는 단계를 포함하고, 상기 장치는 해당 냉동기/액화기의 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값과 순시값들 사이의 차에 따라 적어도 하나의 우회 밸브(7, 8, 9)의 개방/폐쇄의 실시간 제어를 수행하여, 다양한 냉동기들/액화기들(R/L)의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값에 수렴되게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 회로는 상기 애플리케이션과 열교환한 저온 작동 유체를 예열하기 위한 복수의 교환기를 각각의 냉동기/액화기(L/R)의 상기 콜드 박스(3) 내에 포함하되, 상기 작동 회로는 상기 압축 스테이션(2)으로 복귀하는 작동 가스의 복귀 유동(31)을 복귀시키기 위한 배관(29)을 포함하며, 상기 복귀 배관(29)은 "고온" 레그 및 "저온" 레그로 각각 지칭되는 2개의 병렬 브랜치(129, 229)로 세분되는 부분을 포함하고, 상기 고온 레그(129)는 상기 예열 열교환기들(26) 중 적어도 일부를 우회하며, 상기 저온 레그(229)는 상기 예열 교환기들에 열적으로 결합되고, 상기 압축 스테이션(2)으로 복귀하는 상기 애플리케이션과 열교환한 작동 유체는 온도가 결정된 임계치 초과일 때 상기 고온 레그(129)를 통해 분배되며 온도가 결정된 임계치 미만일 때 상기 저온 레그(229)를 통해 분배되고, 각각의 고온 레그(129)는 가변-개방 제어 조절 밸브(9)를 포함하며, 상기 방법은 상기 고온 레그(129) 내의 가스의 유동의 유속의 순시값으로 구성되는 작동 파라미터를, 각각의 냉동기/액화기(L/R)에 대해, 동시 측정하는 단계(30)를 포함하고, 상기 방법은 모든 냉동기들/액화기들(L/R)에 대해 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값을 실시간 연산하는 단계를 포함하며, 상기 장치는 해당 냉동기/액화기의 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값과 순시값들 사이의 차에 따라 상기 고온 레그(129)의 상기 밸브(9)의 개방/폐쇄의 실시간 제어를 수행하여, 다양한 냉동기들/액화기들(R/L)의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값에 수렴되게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    각각의 저온 레그(229)는 가변-개방 제어 조절 밸브(10)를 포함하되, 상기 방법은 상기 저온 레그(229) 내의 가스의 유동의 유속의 순시값으로 구성되는 작동 파라미터를, 각각의 냉동기/액화기(L/R)에 대해, 동시 측정하는 단계(131)를 포함하며, 상기 방법은 모든 냉동기들/액화기들(L/R)에 대해 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값을 실시간 연산하는 단계를 포함하고, 상기 장치는 해당 냉동기/액화기에 대해 이러한 작동 파라미터의 동적 평균값과 순시값들 사이의 차에 따라 상기 저온 레그(229)의 상기 밸브(10)의 개방/폐쇄의 실시간 제어를 수행하여, 다양한 냉동기들/액화기들(R/L)의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값에 수렴되게 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 하나의 동일한 애플리케이션(1)을 냉각시키기 위해 병렬로 배치되는 여러 개의 냉동기/액화기(L/R)를 포함하는 극저온 냉동 장치(100)에 있어서, 각각의 냉동기/액화기(L/R)는 작동 가스의 유동을 제어하기 위한 적어도 하나의 밸브(4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11)를 구비한 작동 가스용 작동 회로를 포함하고, 병렬로 놓인 상기 냉동기들/액화기들(L/R)은 순수 기상 헬륨과 같은 동일한 종류의 작동 가스를 사용하며, 각각의 냉동기/액화기는 작동 가스 압축 스테이션(2), 상기 압축 스테이션(2)을 빠져나가는 작동 가스의 유동(30)을 적어도 액화 온도에 가까운 극저온 온도까지 냉각시키기 위한 콜드 박스(3)를 포함하고, 상기 냉동기들/액화기들(L/R)의 각각의 콜드 박스들(3)에 의해 각각 냉각되는 상기 작동 가스의 유동들(30)은 혼합된 후, 상기 애플리케이션(1)과 열교환 방식으로 배치되어 이에 대한 냉각을 중단하고, 상기 애플리케이션과 열교환한 저온 작동 가스는 이후 각각의 압축 스테이션들(2)을 통해 각각 분배되는 여러 개의 복귀 유동들(31)로 분할되고, 상기 장치(100)는 상기 압축 스테이션(2)으로 복귀하는 작동 가스의 이른바 "복귀" 유동(31)의 유속, 상기 콜드 박스(3)를 빠져나간 후에 상기 콜드 박스를 통해 순환하는 작동 가스의 이른바 "외향" 유동(30)의 유속, 한편으론 상기 콜드 박스(3) 내의 작동 가스의 외향 유동(32)과 다른 한편으론 상기 콜드 박스(3) 내의 작동 가스의 복귀 유동(31) 사이의 작동 가스의 온도차로부터의 적어도 하나의 동일한 작동 파라미터의 순시값을, 각각의 냉동기/액화기(L/R)에 대해, 측정하기 위한 동시 측정 수단에 연결되는 전자 제어 로직(50)을 포함하되, 상기 전자 로직(50)은 모든 냉동기들/액화기들(L/R)에 대해 적어도 하나의 작동 파라미터의 동적 평균값을 실시간 연산하며, 상기 동적 평균값과 비교한 파라미터의 순시값들 사이의 차에 따라 적어도 하나의 냉동기/액화기(L/R)로부터의 작동 가스의 유동을 제어하는 적어도 하나의 제어 밸브(4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11)의 실시간 제어를 수행하도록 구성되어, 다양한 냉동기들/액화기들(R/L)의 상기 작동 파라미터의 상기 순시값들이 이러한 동적 평균값에 수렴되게 하는, 극저온 냉동 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014010104A1 (de) * 2014-07-08 2016-01-14 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zur Regelung der Drehzahl von seriengeschalteten kryogenen Verdichtern zur Kühlung von tiefkaltem, kryogenen Helium
US10939580B2 (en) * 2019-03-25 2021-03-02 Baidu Usa Llc Control strategy for immersion cooling system
JP7436980B2 (ja) * 2020-01-22 2024-02-22 日本エア・リキード合同会社 液化装置
CN112304152B (zh) * 2020-10-26 2023-01-20 广东Tcl智能暖通设备有限公司 换热系统控制方法、装置、设备、系统及存储介质
CN116131468B (zh) * 2023-04-18 2023-07-28 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 一种基于物联网的电力系统实时动态监测方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3167113A (en) * 1962-09-13 1965-01-26 Phillips Petroleum Co Equalization of loads on heat exchangers
JPH11148735A (ja) * 1997-11-19 1999-06-02 Nippon Sanso Kk ヘリウム冷凍液化機の運転制御装置
WO2013041789A1 (fr) * 2011-09-23 2013-03-28 L'air Liquide,Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procede et installation de refrigeration
KR20130039718A (ko) * 2010-03-23 2013-04-22 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레？드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드 펄스화 부하를 사용하는 냉각 방법 및 장치

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03105161A (ja) * 1989-09-20 1991-05-01 Hitachi Ltd 極低温冷凍方法及び装置
JP3123126B2 (ja) * 1991-07-15 2001-01-09 株式会社日立製作所 冷却機付き真空容器
JPH05322344A (ja) * 1992-05-26 1993-12-07 Kobe Steel Ltd 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
RU2168682C1 (ru) * 1999-11-26 2001-06-10 Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского Установка для ожижения технических газов по схеме кириллова
JP2007303815A (ja) * 2002-04-18 2007-11-22 Sumitomo Heavy Ind Ltd 極低温冷凍機の運転方法
CN101326412A (zh) * 2005-12-30 2008-12-17 江森自控科技公司 膨胀箱制冷剂控制
FR2954573A1 (fr) * 2009-12-23 2011-06-24 Thales Sa Transformateur planaire de puissance.
KR101166621B1 (ko) * 2009-12-24 2012-07-18 엘지전자 주식회사 공기 조화기 및 그의 제어방법
FR2954973B1 (fr) * 2010-01-07 2014-05-23 Air Liquide Procede et dispositif de liquefaction et/ou de refrigeration
EP2641042A1 (en) * 2010-11-16 2013-09-25 Praxair Technology, Inc. System and method for cryogenic cooling of a process stream with enhanced recovery of refrigeration
BE1021071B1 (nl) * 2012-08-03 2015-04-21 Atlas Copco Airpower, Naamloze Vennootschap Koelcircuit, koeldrooginstallatie en werkwijze voor het regelen van een koelcircuit

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3167113A (en) * 1962-09-13 1965-01-26 Phillips Petroleum Co Equalization of loads on heat exchangers
JPH11148735A (ja) * 1997-11-19 1999-06-02 Nippon Sanso Kk ヘリウム冷凍液化機の運転制御装置
KR20130039718A (ko) * 2010-03-23 2013-04-22 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레？드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드 펄스화 부하를 사용하는 냉각 방법 및 장치
WO2013041789A1 (fr) * 2011-09-23 2013-03-28 L'air Liquide,Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procede et installation de refrigeration
JP2014526673A (ja) * 2011-09-23 2014-10-06 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 冷却方法及び設備

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