JPH065143B2 - Control method for cryogenic liquefaction refrigeration system - Google Patents
Control method for cryogenic liquefaction refrigeration systemInfo
- Publication number
- JPH065143B2 JPH065143B2 JP20160784A JP20160784A JPH065143B2 JP H065143 B2 JPH065143 B2 JP H065143B2 JP 20160784 A JP20160784 A JP 20160784A JP 20160784 A JP20160784 A JP 20160784A JP H065143 B2 JPH065143 B2 JP H065143B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- compressor
- refrigerant gas
- cold box
- cryogenic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
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の必要な極低温液化冷凍装置に好適
な制御方法に関するものである。Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a cryogenic liquefaction refrigeration system, and more particularly to a control method suitable for a cryogenic liquefaction refrigeration system that requires various operating conditions such as reduction operation. is there.
極低温液化冷凍装置、特に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は、冷
凍能力の約70倍にもなる。更に、機器の効率,熱侵入
による損失等を考慮すると、実際には冷凍能力の約50
0倍〜1000倍の能力を必要とする。したがって、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。Cryogenic liquefier, especially helium liquefier,
The theoretical power required to obtain refrigeration capacity at extremely low temperatures is about 70 times the refrigeration capacity. Furthermore, considering the efficiency of the equipment and the loss due to heat intrusion, the refrigeration capacity is actually about 50%.
It requires a capacity of 0 to 1000 times. Therefore, it is important not only to improve the efficiency of the device, but also to efficiently operate the device is an important issue.
装置の効率的な運転を行なうためには、コールドボック
ス内での最適な調整と共に、圧縮機の最適な制御が必要
である。In order to operate the device efficiently, optimum control of the compressor is required together with optimum adjustment in the cold box.
従来のヘリウム液化冷凍装置では装置が小型であり、圧
縮機動力としても数百KWと比較的小さく、かつ、長時間
の連続運転を行なうことが少なかったため、コールドボ
ックスの調節のみを行ない、圧縮機の最適な制御を行な
っていなかった。The conventional helium liquefaction refrigeration system is small in size, has a relatively small compressor power of several hundred KW, and does not operate continuously for a long time. The optimum control of was not performed.
圧縮機の制御法として従来提案されていたものとして
は、コールドボックス内の適当な位置の温度を一定に保
つように圧縮機の容量制御(出力流量の制御)を行なう
方法、液体ヘリウム槽の液体ヘリウム液面を一定に保つ
ように圧縮機の容量制御を行なう方法などがある。(特
開昭57−108557号公報参照) しかしながら、従来提案されたこれらの制御方法は、コ
ールドボックス内の調整を行なわずに直接圧縮機の容量
制御を行なう方法であるため、装置の最適な運転状態を
実現することができず、実用的ではなかった。Previously proposed compressor control methods include a method for controlling the capacity of the compressor (controlling the output flow rate) so as to keep the temperature at an appropriate position in the cold box constant, and a liquid in a liquid helium tank. There is a method of controlling the capacity of the compressor so as to keep the helium liquid level constant. (See JP-A-57-108557) However, these conventionally proposed control methods are methods for directly controlling the capacity of the compressor without adjusting the inside of the cold box, so that the optimum operation of the apparatus is performed. The situation could not be realized and was not practical.
本発明の目的は、極低温液化冷凍装置において、最適な
装置の運転を実現するための制御方法を提供することに
ある。An object of the present invention is to provide a control method for realizing optimum operation of a cryogenic liquefaction refrigeration system.
極低温液化冷凍装置では、一般的に圧縮機の吸入圧力と
吐出圧力との中間圧力で使用する中圧タンクを設け、吸
入圧力および吐出圧力の制御を行なっている。一方、コ
ールドボックスで必要な高圧冷媒ガスは、負荷の条件な
どによって大巾に変わるため、圧縮機で圧縮された高圧
冷媒ガスのうち、コールドボックスで使用されない残り
は、上記中圧タンクをバイパスすることになる。すなわ
ち、コールドボックスより冷媒ガスが供給される被冷却
体の負荷量が最大のときに中圧タンク側にバイパスされ
るバイパス量が最小となり、負荷量が最小のときにバイ
パス量が最大となる。本発明は、被冷却体の負荷量が小
さいときは圧縮機の出力流量も小さくなるような制御を
行うことにより、負荷量が小さいときに不必要に増大す
るバイパス量を一定値に抑えるようにしたものである。
すなわち、負荷量の大小にかかわらずバイパス量が一定
値に抑えられるので、圧縮機は負荷量に応じた必要最小
限の動作点での動作が可能となり、高効率の装置運転を
実現できる。In a cryogenic liquefaction refrigeration system, an intermediate pressure tank that is generally used at an intermediate pressure between the suction pressure and the discharge pressure of a compressor is provided to control the suction pressure and the discharge pressure. On the other hand, the high-pressure refrigerant gas required in the cold box varies greatly depending on the load conditions, etc. Therefore, of the high-pressure refrigerant gas compressed by the compressor, the remainder not used in the cold box bypasses the medium pressure tank. It will be. That is, the bypass amount bypassed to the medium-pressure tank side is minimum when the load amount of the cooled object to which the refrigerant gas is supplied from the cold box is maximum, and the bypass amount is maximum when the load amount is minimum. The present invention suppresses the bypass amount, which unnecessarily increases when the load amount is small, to a constant value by performing control such that the output flow rate of the compressor also decreases when the load amount of the cooled object is small. It was done.
That is, since the bypass amount is suppressed to a constant value regardless of the magnitude of the load amount, the compressor can operate at the minimum necessary operating point according to the load amount, and highly efficient device operation can be realized.
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は吐出圧
力調節弁、4は吸入圧力調節弁、5は高圧バイパス管、
6は低圧バイパス管、7は高圧ライン、8は低圧ライ
ン、10はコールドボックス、11a〜11eは熱交換器、12は
膨張機入口弁、13はジュール・トムソン膨張弁(以下、
JT弁と略す)、14aおよび14bは膨張機、15は補助寒冷
源である液体窒素導入管、16は液化ライン、17は膨張機
ライン、18,19は導管、20は被冷却体、25は低圧バイパ
ス管6内の流量を検出し、低圧バイパス管6内の流量が
一定になるように圧縮機1の出力流量制御を行なう制御
器である。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. First
In the figure, 1 is a compressor, 2 is a medium pressure tank, 3 is a discharge pressure control valve, 4 is a suction pressure control valve, 5 is a high pressure bypass pipe,
6 is a low pressure bypass pipe, 7 is a high pressure line, 8 is a low pressure line, 10 is a cold box, 11a to 11e are heat exchangers, 12 is an expander inlet valve, 13 is a Joule-Thomson expansion valve (hereinafter,
(Abbreviated as JT valve), 14a and 14b are expanders, 15 is a liquid nitrogen introduction pipe as an auxiliary cold source, 16 is a liquefaction line, 17 is an expander line, 18 and 19 are conduits, 20 is a cooled object, and 25 is This is a controller that detects the flow rate in the low-pressure bypass pipe 6 and controls the output flow rate of the compressor 1 so that the flow rate in the low-pressure bypass pipe 6 becomes constant.
上述の構成において、圧縮機1で圧縮された高圧冷媒ガ
スの大部分は、高圧ライン7を通ってコールドボックス
10に導入され、第1の熱交換器11aで液体窒素、および
低圧冷媒ガスと熱交換して冷却された後、液化ライン16
と膨張機ライン17に分岐される。膨張機ライン17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14aで断熱膨張して寒冷を発生した後、第3の熱交
換器11cで低圧冷媒ガスと熱交換して更に温度低下した
後、第2の膨張機14bで再び断熱膨張し、寒冷を発生し
て低圧ライン8に合流する。一方、第1の熱交換器11a
で冷却された後、液化ライン16に分岐された高圧冷媒ガ
スは、第2〜第5の熱交換器11b〜11e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、JT
弁13で断熱膨張して極低温冷媒となり、導管18を通って
被冷却体20に送られる。被冷却体20で熱負荷を吸収した
冷媒は導管19を通って再びコールドボックス10に戻り、
熱交換器11e〜11aで熱交換することによって寒冷回収さ
れた後、低圧ライン8を通り圧縮機1の吸入側に循環さ
れる。In the above configuration, most of the high pressure refrigerant gas compressed by the compressor 1 passes through the high pressure line 7 and the cold box.
After being introduced into the first heat exchanger 11 and cooled by exchanging heat with the liquid nitrogen and the low-pressure refrigerant gas in the first heat exchanger 11a, the liquefaction line 16
And branch to expander line 17. The high-pressure refrigerant gas branched to the expander line 17 passes through the expander inlet valve 12 and adiabatically expands in the first expander 14a to generate cold, and then the third heat exchanger 11c heats the low-pressure refrigerant gas and heat. After exchanging and further lowering the temperature, the second expander 14b again adiabatically expands to generate cold and join the low pressure line 8. On the other hand, the first heat exchanger 11a
After being cooled by, the high-pressure refrigerant gas branched to the liquefaction line 16 exchanges heat with the low-pressure refrigerant gas in the second to fifth heat exchangers 11b to 11e and is finally cooled to the reversal temperature or lower. , JT
The valve 13 adiabatically expands to a cryogenic refrigerant, which is sent to the cooled object 20 through the conduit 18. The refrigerant that has absorbed the heat load in the cooled object 20 returns to the cold box 10 again through the conduit 19,
After being refrigerated by exchanging heat with the heat exchangers 11e to 11a, it is circulated to the suction side of the compressor 1 through the low pressure line 8.
圧縮機1で圧縮された高圧冷媒ガスのうち、コールドボ
ックス10に導入されなかった残りの高圧冷媒ガスは、高
圧バイパス管5,吐出圧力調節弁3,中圧タンク2,吸
入圧力調節弁4,低圧バイパス管6から成るバイパス機
構によって低圧ライン8にバイパスされる。この場合、
制御器25により上記バイパス流量が最少になるように圧
縮機1の出力流量制御を行う。この出力流量制御は例え
ば圧縮機モータの回転数制御や圧縮機の吸入スライド弁
の開閉制御によってなされる。Of the high-pressure refrigerant gas compressed by the compressor 1, the remaining high-pressure refrigerant gas that has not been introduced into the cold box 10 is the high-pressure bypass pipe 5, the discharge pressure control valve 3, the intermediate pressure tank 2, the suction pressure control valve 4, The low pressure line 8 is bypassed by a bypass mechanism including the low pressure bypass pipe 6. in this case,
The controller 25 controls the output flow rate of the compressor 1 so that the bypass flow rate is minimized. This output flow rate control is performed, for example, by controlling the rotation speed of the compressor motor and opening / closing control of the suction slide valve of the compressor.
つぎに、上述した構成,動作の本発明の実施例による装
置の特性,および効果について説明すると、極低温液化
冷凍装置を最適な条件で運転するためには、コールドボ
ックス10の調整が必要であり、特に膨張機ライン17と液
化ライン16との高圧冷媒ガスの分配制御が重要である。
この制御は膨張機入口弁12とJT弁13の調節によって行
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第2図に示す。第2
図において、実線で示した曲線群a〜cが、おのおの膨
張機入口弁12の開度を一定としてJT弁13の開度を変え
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凍ガス量を示す特性曲線である。Next, the characteristics and effects of the apparatus according to the embodiment of the present invention having the above-described configuration and operation will be described. It is necessary to adjust the cold box 10 in order to operate the cryogenic liquefier refrigeration apparatus under optimum conditions. Especially, it is important to control distribution of high-pressure refrigerant gas between the expander line 17 and the liquefaction line 16.
This control is performed by adjusting the expander inlet valve 12 and the JT valve 13, and in this case the refrigerating output and the cold box 10
FIG. 2 shows the relationship with the amount of high-pressure refrigerant gas required in. Second
In the figure, the curve groups a to c shown by solid lines are performance curves when the opening of the expander inlet valve 12 is kept constant and the opening of the JT valve 13 is changed. A curve shown by a dotted line obtained as an envelope curve is a characteristic curve showing the minimum high-pressure frozen gas amount corresponding to a predetermined refrigerating output.
上述したように、負荷の条件に合わせてコールドボック
ス10の調整を行なうことによって、コールドボックス10
で必要な高圧冷媒ガス量が変動する。さらに、被冷却体
20の予冷時には、コールドボックス10で必要な高圧冷媒
ガス量が、定常時に比べて大巾に減少する。As described above, the cold box 10 is adjusted by adjusting the cold box 10 according to the load condition.
Therefore, the amount of high pressure refrigerant gas required varies. Furthermore, the object to be cooled
During precooling of 20, the amount of high-pressure refrigerant gas required in the cold box 10 is greatly reduced as compared with the steady state.
本実施例によれば、コールドボックス10で必要な高圧冷
媒ガス量に対応して、増減しようとするバイパス量を最
少に、すなわち最大負荷時のバイパス量の値に保持する
ように圧縮機1の出力流量制御を行なうことができるた
め、コールドボックス10内の調節法によらず非常に容易
に、かつ、効率的に圧縮機の最適容量制御を行なうこと
ができる。According to this embodiment, the amount of bypass to be increased or decreased corresponding to the amount of high-pressure refrigerant gas required in the cold box 10 is kept to the minimum, that is, the value of the amount of bypass at the time of maximum load. Since the output flow rate can be controlled, the optimum capacity control of the compressor can be performed very easily and efficiently regardless of the adjustment method in the cold box 10.
本発明は以上述べたように、バイパス機構によりバイパ
スさせる冷媒ガス量を一定に保持するように圧縮機の出
力流量制御を行なうようにしたものであるから、コール
ドボックスで必要とする高圧冷媒ガス量の増減に対応し
て、圧縮機の最適制御を行なうことができ、運転動力を
必要最少限に低減することができる効果がある。As described above, according to the present invention, the output flow rate of the compressor is controlled so that the amount of the refrigerant gas bypassed by the bypass mechanism is kept constant. Therefore, the amount of high pressure refrigerant gas required in the cold box is controlled. There is an effect that the compressor can be optimally controlled in accordance with the increase and decrease of the above, and the operating power can be reduced to the necessary minimum.
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明による極低温液化冷凍装置の制御方法の
一実施例を示す系統図、第2図は極低温液化冷凍装置の
特性の一例を示す曲線図である。 1……圧縮機、2……中圧タンク、3……吐出圧力調節
弁、4……吸入圧力調節弁、5……高圧バイパス管、6
……低圧バイパス管、7……高圧ライン、8……低圧ラ
イン、10……コールドボックス、11a〜11e……熱交換
器、12……膨張機入口弁、13……ジュールトムソン膨張
弁、14a,14b……膨張機、15……液体窒素導入管、16…
…液化ライン、17……膨張機ライン、18,19……導管、
20……被冷却体、25……制御器。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a system diagram showing an embodiment of a control method of a cryogenic liquefaction refrigeration system according to the present invention, and FIG. 2 is a curve diagram showing an example of characteristics of a cryogenic liquefaction refrigeration system. . 1 ... Compressor, 2 ... Medium pressure tank, 3 ... Discharge pressure control valve, 4 ... Suction pressure control valve, 5 ... High pressure bypass pipe, 6
...... Low pressure bypass pipe, 7 ...... High pressure line, 8 ...... Low pressure line, 10 ...... Cold box, 11a to 11e ...... Heat exchanger, 12 ...... Expander inlet valve, 13 ...... Joule Thomson expansion valve, 14a , 14b …… Expansion machine , 15 …… Liquid nitrogen introduction pipe , 16…
… Liquefaction line, 17 …… Expansion line, 18,19 …… Conduit,
20 ... Cooled object, 25 ... Controller.
Claims (1)
インを経て極低温冷媒を生成するコールドボックスに送
り、 該コールドボックスからの低圧冷媒ガスを低圧ラインを
経て圧縮機の吸入側に循環させると共に、 高圧ラインの高圧冷媒ガスの一部をバイパス機構を介し
て低圧ラインにバイパスさせるようにした極低温冷凍装
置において、 前記コールドボックスに接続される被冷却体の負荷量の
大小にかかわらず、前記バイパス機構によりバイパスさ
せる冷媒ガス量を一定に保持するように前記圧縮機の出
力流量を制御することを特徴とする 極低温液化冷凍装置の制御方法。1. A high-pressure refrigerant gas compressed by a compressor is sent to a cold box which produces a cryogenic refrigerant via a high-pressure line, and a low-pressure refrigerant gas from the cold box is circulated to a suction side of the compressor via a low-pressure line. In addition, in the cryogenic refrigeration system in which a part of the high-pressure refrigerant gas in the high-pressure line is bypassed to the low-pressure line via the bypass mechanism, regardless of the load amount of the cooled object connected to the cold box, A method for controlling a cryogenic liquefaction refrigeration apparatus, wherein the output flow rate of the compressor is controlled so that the amount of refrigerant gas bypassed by the bypass mechanism is kept constant.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20160784A JPH065143B2 (en) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | Control method for cryogenic liquefaction refrigeration system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20160784A JPH065143B2 (en) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | Control method for cryogenic liquefaction refrigeration system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6179953A JPS6179953A (en) | 1986-04-23 |
| JPH065143B2 true JPH065143B2 (en) | 1994-01-19 |
Family
ID=16443858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20160784A Expired - Lifetime JPH065143B2 (en) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | Control method for cryogenic liquefaction refrigeration system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH065143B2 (en) |
-
1984
- 1984-09-28 JP JP20160784A patent/JPH065143B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6179953A (en) | 1986-04-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2841955B2 (en) | Supercritical helium cooling device and operating method thereof | |
| JPH1019402A (en) | Low temperature refrigeration system by gas turbine | |
| JPH065143B2 (en) | Control method for cryogenic liquefaction refrigeration system | |
| JP3368487B2 (en) | Inlet air cooling device in gas turbine power generation system and method of operating the same | |
| JP4563269B2 (en) | Refrigeration capacity control device for turbine-type refrigerator | |
| JP4348572B2 (en) | Refrigeration cycle | |
| JPH06101918A (en) | Cryogenic refrigerator | |
| JP2873388B2 (en) | Refrigerator and method for adjusting refrigeration capacity | |
| JPH06265230A (en) | Method and device for controlling operation of liquefaction-refrigerating device | |
| JPH01269875A (en) | Liquefaction control method and device for liquefying and refrigerating equipment | |
| JP2512041B2 (en) | Operation control method for cryogenic refrigerator | |
| JP3080802B2 (en) | Subcooled ice thermal storage device | |
| JP3465117B2 (en) | Helium refrigeration and liquefaction machine and its operation method | |
| JPH08121892A (en) | Operation controlling method for turbine type expansion unit | |
| JPH07117309B2 (en) | Auxiliary cold source control method for cryogenic liquefaction refrigeration system | |
| SU1702123A1 (en) | Refrigeration-liquefaction plant | |
| JP2574823B2 (en) | Operation control method of cryogenic refrigeration refrigeration system | |
| JPH0379623B2 (en) | ||
| JPH0381064B2 (en) | ||
| JPH0250381B2 (en) | ||
| JPH109698A (en) | Helium refrigeration system | |
| JPH0349025B2 (en) | ||
| JPH06123506A (en) | Precooling device for refrigeration load arranged in liquefying refrigerating plant | |
| JPS6213489B2 (en) | ||
| JPH0214997B2 (en) |