冷凍液化機及び冷凍液化機の運転方法
【課題】冷凍液化機本体への冷媒ガスの循環供給を継続中に冷媒ガスの精製を行える冷凍液化機及びその運転方法を提供する。
【解決手段】冷媒ガスを冷凍液化機本体１１に循環供給する圧縮機１２と、圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパス弁１５Ｖを介して接続するバイパス経路１５と、圧縮機吸入側にロード弁１７Ｖを有するガス導入経路１７を介して接続し、かつ、圧縮機吐出側にアンロード弁１６Ｖを有するガス導出経路１６を介して接続するガス貯留容器１３と、圧縮機の吐出側と吸入側とにそれぞれガス精製経路を介して接続するガス精製器１４と、圧縮機吸入圧力を検出してバイパス弁を開閉制御する吸入圧力制御手段２２と、圧縮機吐出圧力を検出してアンロード弁及びロード弁をスプリット制御する吐出圧力制御手段１９と、アンロード弁及びロード弁のいずれか一方又は双方を開弁状態とする精製操作用制御手段とを備えている。
【解決手段】冷媒ガスを冷凍液化機本体１１に循環供給する圧縮機１２と、圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパス弁１５Ｖを介して接続するバイパス経路１５と、圧縮機吸入側にロード弁１７Ｖを有するガス導入経路１７を介して接続し、かつ、圧縮機吐出側にアンロード弁１６Ｖを有するガス導出経路１６を介して接続するガス貯留容器１３と、圧縮機の吐出側と吸入側とにそれぞれガス精製経路を介して接続するガス精製器１４と、圧縮機吸入圧力を検出してバイパス弁を開閉制御する吸入圧力制御手段２２と、圧縮機吐出圧力を検出してアンロード弁及びロード弁をスプリット制御する吐出圧力制御手段１９と、アンロード弁及びロード弁のいずれか一方又は双方を開弁状態とする精製操作用制御手段とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍液化機及び冷凍液化機の運転方法に関し、詳しくは、冷媒ガス中の不純物を除去して冷媒ガスを精製する機能を備えた冷凍液化機及び冷凍液化機の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍液化機、例えばヘリウム冷凍液化機は、寒冷を発生する膨張タービンやＪＴ弁、発生した寒冷を回収する熱交換器等の低温機器類をコールドボックスに収容した冷凍液化機本体と、冷媒ガスであるヘリウムを圧縮して冷凍液化機本体に循環供給する圧縮機と、該圧縮機の吸入圧力及び吐出圧力を一定圧力に制御するための圧力制御手段と、ヘリウムを貯留するガス貯留容器とを備えるとともに、ヘリウム中の酸素、窒素、二酸化炭素等の不純物を除去するための精製器とを備えている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平７−２１３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では、ガス貯留容器内の冷媒ガスを精製器で精製するため、ガス貯留容器と精製器とを接続する配管、ガス貯留容器内の冷媒ガスを精製器に循環させるための圧縮機、精製の開始及び終了を制御するための開閉弁などをガス精製用として設置する必要があり、装置コストの上昇を招くことになる。また、一部の配管を精製用にも兼用できるように形成した場合は、冷凍液化機本体への冷媒ガスの循環供給を継続中に冷媒ガスの精製を開始すると、圧縮機周りの圧力や流量が不安定になり、制御が困難になって冷凍液化機本体の運転に支障を来すおそれがあった。
【０００５】
そこで本発明は、冷凍液化機本体への冷媒ガスの循環供給を継続中でもガス貯留容器内の冷媒ガスを精製器に循環させて冷媒ガスの精製を行うことができる冷凍液化機及びその運転方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の冷凍液化機は、冷凍液化機本体からの冷媒ガスを圧縮して前記冷凍液化機本体に循環供給する圧縮機と、該圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパス弁を介して接続するバイパス経路と、前記圧縮機の吸入側にロード弁を有するガス導入経路を介して接続し、かつ、前記圧縮機の吐出側にアンロード弁を有するガス導出経路を介して接続するガス貯留容器と、前記圧縮機の吐出側と吸入側とにそれぞれガス精製経路を介して接続するガス精製器と、前記圧縮機の吸入圧力を検出して該吸入圧力が低下したときに前記バイパス弁を開弁方向に、吸入圧力が上昇したときに前記バイパス弁を閉弁方向に制御する吸入圧力制御手段と、前記圧縮機の吐出圧力を検出して該吐出圧力が低下したときに前記アンロード弁を閉じて前記ロード弁を開弁方向に制御し、前記吐出圧力が上昇したときに前記ロード弁を閉じて前記アンロード弁を開弁方向に制御する吐出圧力制御手段と、前記アンロード弁及び前記ロード弁のいずれか一方又は双方の弁を開弁状態とする精製操作用制御手段とを備えていることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の冷凍液化機の運転方法の第１の構成は、冷凍液化機本体からの冷媒ガスを圧縮して前記冷凍液化機本体に循環供給する圧縮機と、該圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパス弁を介して接続するバイパス経路と、前記圧縮機の吸入側にロード弁を有するガス導入経路を介して接続するとともに、前記圧縮機の吐出側にアンロード弁を有するガス導出経路を介して接続するガス貯留容器と、前記圧縮機の吐出側と吸入側とをガス精製器を介して接続するガス精製経路と、前記圧縮機の吸入圧力を検出して該吸入圧力が低下したときに前記バイパス弁を開弁方向に、吸入圧力が上昇したときに前記バイパス弁を閉弁方向に制御する吸入圧力制御手段と、前記圧縮機の吐出圧力を検出して該吐出圧力が低下したときに前記ロード弁を開弁方向に制御して前記アンロード弁を閉じ、前記吐出圧力が上昇したときに前記アンロード弁を開弁方向に制御して前記ロード弁を閉じる吐出圧力制御手段とを備えた冷凍液化機の運転方法であって、前記アンロード弁又は前記ロード弁のいずれか一方の弁が開弁状態のときに他方の弁を閉弁状態とする冷却運転用制御により前記冷凍液化機本体への冷媒ガスの循環供給を継続中に、前記アンロード弁及び前記ロード弁を開く精製操作用制御に切り替えて前記ガス貯留容器内の冷媒ガスを前記ガス精製器に循環させることを特徴としている。
【０００８】
さらに、本発明の冷凍液化機の運転方法の第２の構成は、冷凍液化機本体からの冷媒ガスを圧縮して前記冷凍液化機本体に循環供給する圧縮機と、該圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパス弁を介して接続するバイパス経路と、前記圧縮機の吸入側にロード弁を有するガス導入経路を介して接続するとともに、前記圧縮機の吐出側にアンロード弁を有するガス導出経路を介して接続するガス貯留容器と、前記圧縮機の吐出側と吸入側とをガス精製器を介して接続するガス精製経路と、前記圧縮機の吸入圧力を検出して該吸入圧力が低下したときに前記バイパス弁を開弁方向に、吸入圧力が上昇したときに前記バイパス弁を閉弁方向に制御する吸入圧力制御手段と、前記圧縮機の吐出圧力を検出して該吐出圧力が低下したときに前記ロード弁を開弁方向に制御して前記アンロード弁を閉じ、前記吐出圧力が上昇したときに前記アンロード弁を開弁方向に制御して前記ロード弁を閉じる吐出圧力制御手段とを備えた冷凍液化機の運転方法であって、前記アンロード弁又は前記ロード弁のいずれか一方の弁が開弁状態のときに他方の弁を閉弁状態とする冷却運転用制御により前記冷凍液化機本体への冷媒ガスの循環供給を継続中に、一方の弁が開弁状態となったときに閉弁状態となるべき他方の弁を開弁状態とする精製操作用制御に切り替えて前記ガス貯留容器内の冷媒ガスを前記ガス精製器に循環させることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、冷凍液化機本体への冷媒ガスの循環供給を継続中にガス貯留容器内に貯留されている冷媒ガスをガス精製器に循環させて冷媒ガスの精製を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１形態例を示す冷凍液化機の系統図である。
【図２】第１形態例におけるロード弁及びアンロード弁の開度制御を説明する図である。
【図３】本発明の第２形態例を示す冷凍液化機の系統図である。
【図４】第２形態例におけるロード弁及びアンロード弁の開度制御を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、図１及び図２は本発明の第１形態例を示すもので、本形態例に示す冷凍液化機は、寒冷を発生する膨張タービンやＪＴ弁、発生した寒冷を回収する熱交換器等の低温機器類をコールドボックスに収納した冷凍液化機本体１１と、該冷凍液化機本体１１からの低圧の冷媒ガス（ＬＰ）を吸引して圧縮した高圧の冷媒ガス（ＨＰ）を冷凍液化機本体１１に循環供給するための圧縮機１２と、冷媒ガスを貯留するガス貯留容器１３と、冷媒ガス中の酸素、窒素、二酸化炭素等の低温で固化する不純物を除去するための精製器１４と、前記圧縮機１２の吐出側経路１２ａと吸入側経路１２ｂとをバイパス弁１５Ｖを介して接続するバイパス経路１５と、前記圧縮機１２の吐出側経路１２ａと前記ガス貯留容器１３とをアンロード弁１６Ｖを介して接続するガス導出経路１６と、前記圧縮機１２の吸入側経路１２ｂと前記ガス貯留容器１３とをロード弁１７Ｖを介して接続するガス導入経路１７と、前記精製器１４を圧縮機１２の吐出側経路１２ａと吸入側経路１２ｂとにそれぞれ接続する精製経路１４ａ，１４ｂとを備えるとともに、圧縮機１２の吸入圧力を一定に保つための吸入圧力制御手段１８と、圧縮機１２の吐出圧力を一定に保つための吐出圧力制御手段１９とを備えている。
【００１２】
吐出圧力制御手段１９は、圧縮機１２の吐出圧力を検出する吐出側圧力検出手段（ＰＩＣ１）２１で検出した吐出圧力と制御目標値とに応じて出力される信号（計装用語のＭＶ値（Manipulated Value)、以下、「操作出力」という。）に基づいて、アンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖをスプリット制御するように設定されている。なお、このような制御において、バイパス弁１５Ｖにはバイパス流れが専ら形成されるので、図２に破線で示す特性を付与し、安定時にはロード弁１７Ｖの流量とアンロード弁１６Ｖの流量とが共にゼロとなるように、すなわち、操作出力を５０％に設定することが通常行われている。また、ロード弁１７Ｖやアンロード弁１６Ｖに微小な流れが発生することによる外乱を抑制するため、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が５０％の付近にロード弁１７Ｖやアンロード弁１６Ｖが閉状態を維持するための不感帯を設けることが多い。例えば、アンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖが共に閉弁状態となる圧力のときの操作出力を５０％、不感帯幅を１０％にそれぞれ設定すれば、操作出力５０％に対しては４５〜５５％の範囲が不感帯となる。図２では不感帯を含めて制御を行う際の操作線を図示するが、以下の説明では、数値が煩雑になるため、不感帯を０％として説明を行う。
【００１３】
吐出圧力制御手段１９によるアンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖのスプリット制御は、図２の各図に破線でそれぞれ示すように、吐出側圧力検出手段２１の操作出力０〜１００％に対して０〜５０％の範囲では、アンロード弁１６Ｖを閉弁状態（開度０％）に保持するとともに、ロード弁１７Ｖは、操作出力０％で全開状態（開度１００％）に、操作出力５０％以上で全閉状態（開度０％）になるように直線的に開弁状態を制御する。一方のアンロード弁１６Ｖは、操作出力５０％以下で全閉状態、操作出力５０〜１００％の範囲で、開度０％から開度１００％に直線的に開弁制御する。
【００１４】
このように、アンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖを、一方の弁が開いているときには他方の弁を閉じるように設定したスプリット制御を行う吐出圧力制御手段１９において、本形態例では、通常の冷却運転を前記スプリット制御にて行う冷却運転用制御と、系内の冷媒ガスの精製操作を行うための精製操作用制御とを切替可能に設定している。精製操作用制御では、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が０〜５０％の範囲でロード弁１７Ｖの開弁状態を制御する際に、前記スプリット制御では全閉状態となるべきアンロード弁１６Ｖを、あらかじめ設定された範囲まで開弁状態に維持するように制御するとともに、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が５０〜１００％の範囲でアンロード弁１６Ｖの開弁状態を制御する際に、前記スプリット制御では全閉状態となるべきロード弁１７Ｖを、あらかじめ設定された範囲まで開弁状態に維持するように制御する。
【００１５】
通常の冷却運転用制御では、図２（ａ）に破線Ｖａで示すロード弁１７Ｖの開度Ａ［％］は、吐出側圧力検出手段２１の操作出力ＭＶ［％］に対して、傾きをａ、切片をｂ［％］で表すと、次式で制御するように設定されており、求めたＡの値が負になったときには全閉状態（開度０％）としている。
Ａ＝ａ×ＭＶ＋ｂ＝−２×ＭＶ＋１００
【００１６】
同様に、図２（ｂ）に破線Ｖｃで示すアンロード弁１６Ｖの開度Ｂ［％］は、吐出側圧力検出手段２１の操作出力ＭＶ［％］に対して、傾きをｃ、切片をｄ［％］で表すと、次式で制御するように設定されており、求めたＢの値が負になったときには全閉状態（開度０％）としている。
Ｂ＝ｃ×ＭＶ＋ｄ＝２×ＭＶ−１００
【００１７】
そして、精製操作用制御では、アンロード弁１６Ｖとロード弁１７Ｖとにおける前記傾きａ，ｃの値を一定の比率で変化させ、ロード弁１７Ｖは、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が５０％を超えても開弁状態を維持し、アンロード弁１６Ｖは、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が５０％を下回っても開弁状態を維持するように設定する。但し、アンロード弁１６Ｖの切片ｄは、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が１００％、アンロード弁１６Ｖの開度が１００％になる点を通るように設定している。
【００１８】
ロード弁１７Ｖでは、前記傾きａの値を精製操作用制御で使用する傾きａ１に変更し、例えば、図２（ａ）に実線Ｖｂで示すように、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が１００％近くに達したときにロード弁１７Ｖの開度が０％（閉弁状態）になるように、精製操作用制御で用いる傾きａ１を−１に設定する。この精製操作用制御におけるロード弁１７Ｖの制御は次式で行われる。
Ａ＝ａ１×ＭＶ＋ｂ＝−１×ＭＶ＋１００
【００１９】
同様に、アンロード弁１６Ｖの制御においても、例えば、図２（ｂ）に実線Ｖｄで示すように、前記傾きｃを精製操作用制御で使用する傾きｃ１に変更するとともに、切片ｄは、前述のように、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が１００％、アンロード弁１６Ｖの開度が１００％になる点を通る切片ｄ１に変更する。傾きｃ１を、ロード弁１７Ｖの前記傾きａ１に対応させて、ａ１＝−ｃ１にした場合は、ａ１＝−１であるからｃ１＝１となる。この精製操作用制御におけるアンロード弁１６Ｖの制御は次式で行われる。
Ｂ＝ｃ１×ＭＶ＋ｄ１＝１×ＭＶ−０
【００２０】
このように精製操作用制御を設定することにより、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が５０％のときには、アンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖの開度は共に５０％程度となる。
【００２１】
冷凍液化機が冷却運転用制御にて定常状態で安定した運転を行っているときには、圧縮機１２では、略一定量の低圧の冷媒ガスを吸引し、圧縮機１２で圧縮した高圧の冷媒ガスは、略一定量が冷凍液化機本体１１に供給され、余剰となる高圧の冷媒ガスをバイパス経路１５を通して圧縮機１２の吸入側に循環させる状態となっている。この安定運転状態では、圧縮機１２の吸入圧力及び吐出圧力はほとんど変化せず、吐出側圧力検出手段２１の操作出力は約５０％となり、アンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖは共に全閉状態（開度０％）、バイパス弁１５Ｖは略一定の開度を保持した状態となっている。
【００２２】
冷却運転用制御を精製操作用制御に切り替えると、吐出圧力制御手段１９は、冷却運転用制御で使用していた傾きａ，ｃを、精製操作用制御で使用する傾きａ１，ｃ１に変更する。このとき、急激に傾きを変更すると、圧縮機１２の吸入圧力及び吐出圧力が乱れることがあるので、あらかじめ設定された時間、例えば３０分を掛けて、あるいは、開度が毎分１％ずつ変化するように、徐々に傾きをａ，ｃからａ１，ｃ１になるように制御する。
【００２３】
このようにして吐出圧力制御手段１９を精製操作用制御に切り替えると、アンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖが略半開状態（開度５０％程度）になるので、圧縮機１２の吐出側経路１２ａに吐出された高圧の冷媒ガスの一部が、圧力差によってガス導出経路１６を前記ガス貯留容器１３に向かって流れ、ガス貯留容器１３内に貯留されている冷媒ガスは、流入した高圧の冷媒ガスによってガス貯留容器１３からガス導入経路１７に押し出され、吸入側経路１２ｂを通って圧縮機１２に吸入される。
【００２４】
同時に、高圧の冷媒ガスの一部は、吐出側経路１２ａから精製経路１４ａを経て精製器１４に流入し、精製器１４で精製された後に精製経路１４ｂから吸入側経路１２ｂを通って圧縮機１２に吸入される。精製操作用制御を行っているときに圧縮機１２から吐出される高圧の冷媒ガスは、冷凍液化機本体１１からの低圧の冷媒ガス（ＬＰ）と、バイパス経路１５から循環する冷媒ガスと、ガス貯留容器１３からの冷媒ガスとが合流した冷媒ガスであるから、合流した冷媒ガス中に含まれているガス貯留容器１３からの冷媒ガスの一部が精製器１４を通ることになる。したがって、ガス貯留容器１３の容積や圧力、精製器１４を通る冷媒ガスの量などの条件に応じて、精製操作用制御の各種条件を設定するとともに、精製操作用制御をあらかじめ設定された時間継続して行うことにより、ガス貯留容器１３内を含めた系内の冷媒ガスの全量を精製器１４で精製することができる。
【００２５】
また、高圧の冷媒ガスの一部がガス貯留容器１３を通って圧縮機１２に循環し、圧縮機１２が吸入する冷媒ガス量が多くなって圧縮機１２の吸入圧力が上昇することになるが、吸入側圧力検出手段（ＰＩＣ２）２２で検出した吸入圧力の上昇に基づいて前記吸入圧力制御手段１８がバイパス弁１５Ｖを閉弁方向に制御し、バイパス経路１５を通って循環する冷媒ガス量を少なくすることにより、圧縮機１２の吸入圧力を一定に保持する。このようにして圧縮機１２の吸入圧力及び吐出圧力を一定に保つことにより、冷凍液化機本体１１には、所定の圧力及び流量の冷媒ガスが安定した状態で供給されて循環する。
【００２６】
このように、吐出圧力制御手段１９に精製操作用制御を行う精製操作用制御手段を組み込むことにより、アンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖの一方が開弁状態のときに他方を閉弁状態とする冷却運転用制御を、一方の弁を開弁方向に制御すると同時に他方の弁を閉弁方向に制御してアンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖの両者を開状態とする精製操作用制御に切り替えるだけで、ガス導出経路１６及びガス導入経路１７を利用してガス貯留容器１３に冷媒ガスを循環させることができ、精製用に別の圧縮機や配管を必要とせずに、冷凍液化機本体１１への冷媒ガスの循環供給を継続しながら、系内の冷媒ガスの全量を精製器１４に導入して精製することができる。これにより、設備コストや運転コストをほとんど上昇させることなく、冷媒ガスの精製処理を行うことができる。また、圧縮機１２の吐出圧力に応じてアンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖを開閉制御するので、冷凍液化機本体１１の負荷変動によって冷凍液化機本体１１を循環する冷媒ガス量が変動しても、アンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖがそれぞれ関連した状態で開閉制御されるので、冷凍液化機本体１１の負荷変動にも追従することができる。
【００２７】
なお、精製器１４は、冷却運転用制御を行っているときにも冷媒ガスの一部を連続して精製するものであってもよく、精製操作用制御のときにのみ作動して冷媒ガスの一部を精製するものであってもよく、冷却運転用制御と精製操作用制御とを切り替える際に圧縮機１２の吸入圧力及び吐出圧力に大きな影響を与えるものならば、各種精製器を使用することができる。
【００２８】
図３及び図４は、本発明の第２形態例を示すもので、前記第１形態例に示した冷凍液化機の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２９】
本形態例では、アンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖのいずれか一方を前記スプリット制御から切り離し、あらかじめ設定された開度で開弁状態とする精製操作用制御を行う。例えば、図３に示すように、アンロード弁１６Ｖの開閉制御を、前記吐出圧力制御手段１９と精製操作用制御手段２３とに切り替えるためのスイッチ２４を設け、該スイッチ２４を吐出圧力制御手段１９から精製操作用制御手段２３に切り替えることによって冷媒ガスの精製を行うようにしている。
【００３０】
吐出圧力制御手段１９による通常の冷却運転用制御では、図４（ａ）に実線Ｖａで示すように、ロード弁１７Ｖは、吐出側圧力検出手段２１の操作出力０〜５０％の範囲で所定の開弁状態に、図４（ｂ）に実線Ｖｃで示すように、アンロード弁１６Ｖは、操作出力５０〜１００％の範囲で所定の開弁状態に、これ以外の範囲ではそれぞれ閉弁状態になるように制御されている。
【００３１】
スイッチ２４を精製操作用制御手段２３に切り替えると、図４（ｃ）に実線Ｖｅ示すように、アンロード弁１６Ｖは、あらかじめ設定された時間を掛けて、あらかじめ設定された開度、例えば開度７０％に向けて徐々に開弁し、スイッチ２４が冷却運転用制御Ｓに切り替えられるまで開度７０％を維持する精製操作用制御が行われる。
【００３２】
アンロード弁１６Ｖが開弁状態になると、圧縮機１２の吐出側経路１２ａに吐出された高圧の冷媒ガスの一部が、圧力差によってガス導出経路１６を前記ガス貯留容器１３に向かって流れるので、ガス貯留容器１３に流入する冷媒ガスの量に応じて吐出側圧力検出手段２１で検出する圧縮機１２の吐出圧力が低下する。操作出力が５０％を下回ると、前記吐出圧力制御手段１９が作動し、前記スプリット制御により、操作出力に基づいてロード弁１７Ｖの開度が制御され、ガス貯留容器１３内に貯留されている冷媒ガスの所定量が、ガス導入経路１７を通って圧縮機１２の吸入側経路１２ｂに導入される。
【００３３】
このように、アンロード弁１６Ｖが精製操作用制御手段２３によって開弁状態に保持されている間、ロード弁１７Ｖは、吐出圧力制御手段１９によって吐出圧力に応じた開弁状態に制御されるので、圧縮機１２からガス導出経路１６を通ってガス貯留容器１３に流入する冷媒ガスの量に相当する量の冷媒ガスがガス貯留容器１３からロード弁１７Ｖ及びガス導入経路１７を通って圧縮機１２に吸引される。したがって、冷媒ガスの一部がガス貯留容器１３を循環する状態になるとともに、冷媒ガスの他の一部が精製器１４を循環する状態になるので、前記第１形態例と同様にして冷媒ガスの精製が行われる。さらに、ガス貯留容器１３を循環する冷媒ガスの量に応じて吸入圧力制御手段１８がバイパス弁１５Ｖを制御するので、吸入圧力制御手段１８及び吐出圧力制御手段１９によって圧縮機１２の吸入圧力及び吐出圧力が一定に保持され、所定量の冷媒ガスが冷凍液化機本体１１に供給されて循環する。
【００３４】
また、アンロード弁１６Ｖに代えてロード弁１７Ｖを精製操作用制御で開弁するように設定した場合は、ロード弁１７Ｖが開弁状態になることでガス貯留容器１３内のガスがガス導入経路１７を通って圧縮機１２に吸引され、圧縮機１２で圧縮される冷媒ガス量が増加することから吐出側経路１２ａの圧力が上昇するので、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が５０％を超える状態になり、前記吐出圧力制御手段１９が操作出力に基づいてアンロード弁１６Ｖを開弁方向に制御し、圧縮機１２から吐出された冷媒ガスの一部がアンロード弁１６Ｖを通ってガス貯留容器１３内に流入する。したがって、この場合も、圧縮機１２から吐出された冷媒ガスは、一部がガス貯留容器１３を循環し、他の一部が精製器１４を循環する状態になり、前記同様に冷媒ガスの精製が行われる。このときも、吸入圧力制御手段１８がバイパス弁１５Ｖを制御することで圧縮機１２の吸入圧力が一定に保持されることで、所定量の冷媒ガスが冷凍液化機本体１１に供給されて循環する状態を継続できる。
【符号の説明】
【００３５】
１１…冷凍液化機本体、１２…圧縮機、１２ａ…吐出側経路、１２ｂ…吸入側経路、１３…ガス貯留容器、１４…精製器、１４ａ，１４ｂ…精製経路、１５…バイパス経路、１５Ｖ…バイパス弁、１６…ガス導出経路、１６Ｖ…アンロード弁、１７…ガス導入経路、１７Ｖ…ロード弁、１８…吸入圧力制御手段、１９…吐出圧力制御手段、２１…吐出側圧力検出手段（ＰＩＣ１）、２２…吸入側圧力検出手段（ＰＩＣ２）、２３…精製操作用制御手段、２４…スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍液化機及び冷凍液化機の運転方法に関し、詳しくは、冷媒ガス中の不純物を除去して冷媒ガスを精製する機能を備えた冷凍液化機及び冷凍液化機の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍液化機、例えばヘリウム冷凍液化機は、寒冷を発生する膨張タービンやＪＴ弁、発生した寒冷を回収する熱交換器等の低温機器類をコールドボックスに収容した冷凍液化機本体と、冷媒ガスであるヘリウムを圧縮して冷凍液化機本体に循環供給する圧縮機と、該圧縮機の吸入圧力及び吐出圧力を一定圧力に制御するための圧力制御手段と、ヘリウムを貯留するガス貯留容器とを備えるとともに、ヘリウム中の酸素、窒素、二酸化炭素等の不純物を除去するための精製器とを備えている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平７−２１３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では、ガス貯留容器内の冷媒ガスを精製器で精製するため、ガス貯留容器と精製器とを接続する配管、ガス貯留容器内の冷媒ガスを精製器に循環させるための圧縮機、精製の開始及び終了を制御するための開閉弁などをガス精製用として設置する必要があり、装置コストの上昇を招くことになる。また、一部の配管を精製用にも兼用できるように形成した場合は、冷凍液化機本体への冷媒ガスの循環供給を継続中に冷媒ガスの精製を開始すると、圧縮機周りの圧力や流量が不安定になり、制御が困難になって冷凍液化機本体の運転に支障を来すおそれがあった。
【０００５】
そこで本発明は、冷凍液化機本体への冷媒ガスの循環供給を継続中でもガス貯留容器内の冷媒ガスを精製器に循環させて冷媒ガスの精製を行うことができる冷凍液化機及びその運転方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の冷凍液化機は、冷凍液化機本体からの冷媒ガスを圧縮して前記冷凍液化機本体に循環供給する圧縮機と、該圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパス弁を介して接続するバイパス経路と、前記圧縮機の吸入側にロード弁を有するガス導入経路を介して接続し、かつ、前記圧縮機の吐出側にアンロード弁を有するガス導出経路を介して接続するガス貯留容器と、前記圧縮機の吐出側と吸入側とにそれぞれガス精製経路を介して接続するガス精製器と、前記圧縮機の吸入圧力を検出して該吸入圧力が低下したときに前記バイパス弁を開弁方向に、吸入圧力が上昇したときに前記バイパス弁を閉弁方向に制御する吸入圧力制御手段と、前記圧縮機の吐出圧力を検出して該吐出圧力が低下したときに前記アンロード弁を閉じて前記ロード弁を開弁方向に制御し、前記吐出圧力が上昇したときに前記ロード弁を閉じて前記アンロード弁を開弁方向に制御する吐出圧力制御手段と、前記アンロード弁及び前記ロード弁のいずれか一方又は双方の弁を開弁状態とする精製操作用制御手段とを備えていることを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の冷凍液化機の運転方法の第１の構成は、冷凍液化機本体からの冷媒ガスを圧縮して前記冷凍液化機本体に循環供給する圧縮機と、該圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパス弁を介して接続するバイパス経路と、前記圧縮機の吸入側にロード弁を有するガス導入経路を介して接続するとともに、前記圧縮機の吐出側にアンロード弁を有するガス導出経路を介して接続するガス貯留容器と、前記圧縮機の吐出側と吸入側とをガス精製器を介して接続するガス精製経路と、前記圧縮機の吸入圧力を検出して該吸入圧力が低下したときに前記バイパス弁を開弁方向に、吸入圧力が上昇したときに前記バイパス弁を閉弁方向に制御する吸入圧力制御手段と、前記圧縮機の吐出圧力を検出して該吐出圧力が低下したときに前記ロード弁を開弁方向に制御して前記アンロード弁を閉じ、前記吐出圧力が上昇したときに前記アンロード弁を開弁方向に制御して前記ロード弁を閉じる吐出圧力制御手段とを備えた冷凍液化機の運転方法であって、前記アンロード弁又は前記ロード弁のいずれか一方の弁が開弁状態のときに他方の弁を閉弁状態とする冷却運転用制御により前記冷凍液化機本体への冷媒ガスの循環供給を継続中に、前記アンロード弁及び前記ロード弁を開く精製操作用制御に切り替えて前記ガス貯留容器内の冷媒ガスを前記ガス精製器に循環させることを特徴としている。
【０００８】
さらに、本発明の冷凍液化機の運転方法の第２の構成は、冷凍液化機本体からの冷媒ガスを圧縮して前記冷凍液化機本体に循環供給する圧縮機と、該圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパス弁を介して接続するバイパス経路と、前記圧縮機の吸入側にロード弁を有するガス導入経路を介して接続するとともに、前記圧縮機の吐出側にアンロード弁を有するガス導出経路を介して接続するガス貯留容器と、前記圧縮機の吐出側と吸入側とをガス精製器を介して接続するガス精製経路と、前記圧縮機の吸入圧力を検出して該吸入圧力が低下したときに前記バイパス弁を開弁方向に、吸入圧力が上昇したときに前記バイパス弁を閉弁方向に制御する吸入圧力制御手段と、前記圧縮機の吐出圧力を検出して該吐出圧力が低下したときに前記ロード弁を開弁方向に制御して前記アンロード弁を閉じ、前記吐出圧力が上昇したときに前記アンロード弁を開弁方向に制御して前記ロード弁を閉じる吐出圧力制御手段とを備えた冷凍液化機の運転方法であって、前記アンロード弁又は前記ロード弁のいずれか一方の弁が開弁状態のときに他方の弁を閉弁状態とする冷却運転用制御により前記冷凍液化機本体への冷媒ガスの循環供給を継続中に、一方の弁が開弁状態となったときに閉弁状態となるべき他方の弁を開弁状態とする精製操作用制御に切り替えて前記ガス貯留容器内の冷媒ガスを前記ガス精製器に循環させることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、冷凍液化機本体への冷媒ガスの循環供給を継続中にガス貯留容器内に貯留されている冷媒ガスをガス精製器に循環させて冷媒ガスの精製を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１形態例を示す冷凍液化機の系統図である。
【図２】第１形態例におけるロード弁及びアンロード弁の開度制御を説明する図である。
【図３】本発明の第２形態例を示す冷凍液化機の系統図である。
【図４】第２形態例におけるロード弁及びアンロード弁の開度制御を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、図１及び図２は本発明の第１形態例を示すもので、本形態例に示す冷凍液化機は、寒冷を発生する膨張タービンやＪＴ弁、発生した寒冷を回収する熱交換器等の低温機器類をコールドボックスに収納した冷凍液化機本体１１と、該冷凍液化機本体１１からの低圧の冷媒ガス（ＬＰ）を吸引して圧縮した高圧の冷媒ガス（ＨＰ）を冷凍液化機本体１１に循環供給するための圧縮機１２と、冷媒ガスを貯留するガス貯留容器１３と、冷媒ガス中の酸素、窒素、二酸化炭素等の低温で固化する不純物を除去するための精製器１４と、前記圧縮機１２の吐出側経路１２ａと吸入側経路１２ｂとをバイパス弁１５Ｖを介して接続するバイパス経路１５と、前記圧縮機１２の吐出側経路１２ａと前記ガス貯留容器１３とをアンロード弁１６Ｖを介して接続するガス導出経路１６と、前記圧縮機１２の吸入側経路１２ｂと前記ガス貯留容器１３とをロード弁１７Ｖを介して接続するガス導入経路１７と、前記精製器１４を圧縮機１２の吐出側経路１２ａと吸入側経路１２ｂとにそれぞれ接続する精製経路１４ａ，１４ｂとを備えるとともに、圧縮機１２の吸入圧力を一定に保つための吸入圧力制御手段１８と、圧縮機１２の吐出圧力を一定に保つための吐出圧力制御手段１９とを備えている。
【００１２】
吐出圧力制御手段１９は、圧縮機１２の吐出圧力を検出する吐出側圧力検出手段（ＰＩＣ１）２１で検出した吐出圧力と制御目標値とに応じて出力される信号（計装用語のＭＶ値（Manipulated Value)、以下、「操作出力」という。）に基づいて、アンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖをスプリット制御するように設定されている。なお、このような制御において、バイパス弁１５Ｖにはバイパス流れが専ら形成されるので、図２に破線で示す特性を付与し、安定時にはロード弁１７Ｖの流量とアンロード弁１６Ｖの流量とが共にゼロとなるように、すなわち、操作出力を５０％に設定することが通常行われている。また、ロード弁１７Ｖやアンロード弁１６Ｖに微小な流れが発生することによる外乱を抑制するため、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が５０％の付近にロード弁１７Ｖやアンロード弁１６Ｖが閉状態を維持するための不感帯を設けることが多い。例えば、アンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖが共に閉弁状態となる圧力のときの操作出力を５０％、不感帯幅を１０％にそれぞれ設定すれば、操作出力５０％に対しては４５〜５５％の範囲が不感帯となる。図２では不感帯を含めて制御を行う際の操作線を図示するが、以下の説明では、数値が煩雑になるため、不感帯を０％として説明を行う。
【００１３】
吐出圧力制御手段１９によるアンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖのスプリット制御は、図２の各図に破線でそれぞれ示すように、吐出側圧力検出手段２１の操作出力０〜１００％に対して０〜５０％の範囲では、アンロード弁１６Ｖを閉弁状態（開度０％）に保持するとともに、ロード弁１７Ｖは、操作出力０％で全開状態（開度１００％）に、操作出力５０％以上で全閉状態（開度０％）になるように直線的に開弁状態を制御する。一方のアンロード弁１６Ｖは、操作出力５０％以下で全閉状態、操作出力５０〜１００％の範囲で、開度０％から開度１００％に直線的に開弁制御する。
【００１４】
このように、アンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖを、一方の弁が開いているときには他方の弁を閉じるように設定したスプリット制御を行う吐出圧力制御手段１９において、本形態例では、通常の冷却運転を前記スプリット制御にて行う冷却運転用制御と、系内の冷媒ガスの精製操作を行うための精製操作用制御とを切替可能に設定している。精製操作用制御では、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が０〜５０％の範囲でロード弁１７Ｖの開弁状態を制御する際に、前記スプリット制御では全閉状態となるべきアンロード弁１６Ｖを、あらかじめ設定された範囲まで開弁状態に維持するように制御するとともに、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が５０〜１００％の範囲でアンロード弁１６Ｖの開弁状態を制御する際に、前記スプリット制御では全閉状態となるべきロード弁１７Ｖを、あらかじめ設定された範囲まで開弁状態に維持するように制御する。
【００１５】
通常の冷却運転用制御では、図２（ａ）に破線Ｖａで示すロード弁１７Ｖの開度Ａ［％］は、吐出側圧力検出手段２１の操作出力ＭＶ［％］に対して、傾きをａ、切片をｂ［％］で表すと、次式で制御するように設定されており、求めたＡの値が負になったときには全閉状態（開度０％）としている。
Ａ＝ａ×ＭＶ＋ｂ＝−２×ＭＶ＋１００
【００１６】
同様に、図２（ｂ）に破線Ｖｃで示すアンロード弁１６Ｖの開度Ｂ［％］は、吐出側圧力検出手段２１の操作出力ＭＶ［％］に対して、傾きをｃ、切片をｄ［％］で表すと、次式で制御するように設定されており、求めたＢの値が負になったときには全閉状態（開度０％）としている。
Ｂ＝ｃ×ＭＶ＋ｄ＝２×ＭＶ−１００
【００１７】
そして、精製操作用制御では、アンロード弁１６Ｖとロード弁１７Ｖとにおける前記傾きａ，ｃの値を一定の比率で変化させ、ロード弁１７Ｖは、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が５０％を超えても開弁状態を維持し、アンロード弁１６Ｖは、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が５０％を下回っても開弁状態を維持するように設定する。但し、アンロード弁１６Ｖの切片ｄは、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が１００％、アンロード弁１６Ｖの開度が１００％になる点を通るように設定している。
【００１８】
ロード弁１７Ｖでは、前記傾きａの値を精製操作用制御で使用する傾きａ１に変更し、例えば、図２（ａ）に実線Ｖｂで示すように、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が１００％近くに達したときにロード弁１７Ｖの開度が０％（閉弁状態）になるように、精製操作用制御で用いる傾きａ１を−１に設定する。この精製操作用制御におけるロード弁１７Ｖの制御は次式で行われる。
Ａ＝ａ１×ＭＶ＋ｂ＝−１×ＭＶ＋１００
【００１９】
同様に、アンロード弁１６Ｖの制御においても、例えば、図２（ｂ）に実線Ｖｄで示すように、前記傾きｃを精製操作用制御で使用する傾きｃ１に変更するとともに、切片ｄは、前述のように、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が１００％、アンロード弁１６Ｖの開度が１００％になる点を通る切片ｄ１に変更する。傾きｃ１を、ロード弁１７Ｖの前記傾きａ１に対応させて、ａ１＝−ｃ１にした場合は、ａ１＝−１であるからｃ１＝１となる。この精製操作用制御におけるアンロード弁１６Ｖの制御は次式で行われる。
Ｂ＝ｃ１×ＭＶ＋ｄ１＝１×ＭＶ−０
【００２０】
このように精製操作用制御を設定することにより、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が５０％のときには、アンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖの開度は共に５０％程度となる。
【００２１】
冷凍液化機が冷却運転用制御にて定常状態で安定した運転を行っているときには、圧縮機１２では、略一定量の低圧の冷媒ガスを吸引し、圧縮機１２で圧縮した高圧の冷媒ガスは、略一定量が冷凍液化機本体１１に供給され、余剰となる高圧の冷媒ガスをバイパス経路１５を通して圧縮機１２の吸入側に循環させる状態となっている。この安定運転状態では、圧縮機１２の吸入圧力及び吐出圧力はほとんど変化せず、吐出側圧力検出手段２１の操作出力は約５０％となり、アンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖは共に全閉状態（開度０％）、バイパス弁１５Ｖは略一定の開度を保持した状態となっている。
【００２２】
冷却運転用制御を精製操作用制御に切り替えると、吐出圧力制御手段１９は、冷却運転用制御で使用していた傾きａ，ｃを、精製操作用制御で使用する傾きａ１，ｃ１に変更する。このとき、急激に傾きを変更すると、圧縮機１２の吸入圧力及び吐出圧力が乱れることがあるので、あらかじめ設定された時間、例えば３０分を掛けて、あるいは、開度が毎分１％ずつ変化するように、徐々に傾きをａ，ｃからａ１，ｃ１になるように制御する。
【００２３】
このようにして吐出圧力制御手段１９を精製操作用制御に切り替えると、アンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖが略半開状態（開度５０％程度）になるので、圧縮機１２の吐出側経路１２ａに吐出された高圧の冷媒ガスの一部が、圧力差によってガス導出経路１６を前記ガス貯留容器１３に向かって流れ、ガス貯留容器１３内に貯留されている冷媒ガスは、流入した高圧の冷媒ガスによってガス貯留容器１３からガス導入経路１７に押し出され、吸入側経路１２ｂを通って圧縮機１２に吸入される。
【００２４】
同時に、高圧の冷媒ガスの一部は、吐出側経路１２ａから精製経路１４ａを経て精製器１４に流入し、精製器１４で精製された後に精製経路１４ｂから吸入側経路１２ｂを通って圧縮機１２に吸入される。精製操作用制御を行っているときに圧縮機１２から吐出される高圧の冷媒ガスは、冷凍液化機本体１１からの低圧の冷媒ガス（ＬＰ）と、バイパス経路１５から循環する冷媒ガスと、ガス貯留容器１３からの冷媒ガスとが合流した冷媒ガスであるから、合流した冷媒ガス中に含まれているガス貯留容器１３からの冷媒ガスの一部が精製器１４を通ることになる。したがって、ガス貯留容器１３の容積や圧力、精製器１４を通る冷媒ガスの量などの条件に応じて、精製操作用制御の各種条件を設定するとともに、精製操作用制御をあらかじめ設定された時間継続して行うことにより、ガス貯留容器１３内を含めた系内の冷媒ガスの全量を精製器１４で精製することができる。
【００２５】
また、高圧の冷媒ガスの一部がガス貯留容器１３を通って圧縮機１２に循環し、圧縮機１２が吸入する冷媒ガス量が多くなって圧縮機１２の吸入圧力が上昇することになるが、吸入側圧力検出手段（ＰＩＣ２）２２で検出した吸入圧力の上昇に基づいて前記吸入圧力制御手段１８がバイパス弁１５Ｖを閉弁方向に制御し、バイパス経路１５を通って循環する冷媒ガス量を少なくすることにより、圧縮機１２の吸入圧力を一定に保持する。このようにして圧縮機１２の吸入圧力及び吐出圧力を一定に保つことにより、冷凍液化機本体１１には、所定の圧力及び流量の冷媒ガスが安定した状態で供給されて循環する。
【００２６】
このように、吐出圧力制御手段１９に精製操作用制御を行う精製操作用制御手段を組み込むことにより、アンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖの一方が開弁状態のときに他方を閉弁状態とする冷却運転用制御を、一方の弁を開弁方向に制御すると同時に他方の弁を閉弁方向に制御してアンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖの両者を開状態とする精製操作用制御に切り替えるだけで、ガス導出経路１６及びガス導入経路１７を利用してガス貯留容器１３に冷媒ガスを循環させることができ、精製用に別の圧縮機や配管を必要とせずに、冷凍液化機本体１１への冷媒ガスの循環供給を継続しながら、系内の冷媒ガスの全量を精製器１４に導入して精製することができる。これにより、設備コストや運転コストをほとんど上昇させることなく、冷媒ガスの精製処理を行うことができる。また、圧縮機１２の吐出圧力に応じてアンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖを開閉制御するので、冷凍液化機本体１１の負荷変動によって冷凍液化機本体１１を循環する冷媒ガス量が変動しても、アンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖがそれぞれ関連した状態で開閉制御されるので、冷凍液化機本体１１の負荷変動にも追従することができる。
【００２７】
なお、精製器１４は、冷却運転用制御を行っているときにも冷媒ガスの一部を連続して精製するものであってもよく、精製操作用制御のときにのみ作動して冷媒ガスの一部を精製するものであってもよく、冷却運転用制御と精製操作用制御とを切り替える際に圧縮機１２の吸入圧力及び吐出圧力に大きな影響を与えるものならば、各種精製器を使用することができる。
【００２８】
図３及び図４は、本発明の第２形態例を示すもので、前記第１形態例に示した冷凍液化機の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２９】
本形態例では、アンロード弁１６Ｖ及びロード弁１７Ｖのいずれか一方を前記スプリット制御から切り離し、あらかじめ設定された開度で開弁状態とする精製操作用制御を行う。例えば、図３に示すように、アンロード弁１６Ｖの開閉制御を、前記吐出圧力制御手段１９と精製操作用制御手段２３とに切り替えるためのスイッチ２４を設け、該スイッチ２４を吐出圧力制御手段１９から精製操作用制御手段２３に切り替えることによって冷媒ガスの精製を行うようにしている。
【００３０】
吐出圧力制御手段１９による通常の冷却運転用制御では、図４（ａ）に実線Ｖａで示すように、ロード弁１７Ｖは、吐出側圧力検出手段２１の操作出力０〜５０％の範囲で所定の開弁状態に、図４（ｂ）に実線Ｖｃで示すように、アンロード弁１６Ｖは、操作出力５０〜１００％の範囲で所定の開弁状態に、これ以外の範囲ではそれぞれ閉弁状態になるように制御されている。
【００３１】
スイッチ２４を精製操作用制御手段２３に切り替えると、図４（ｃ）に実線Ｖｅ示すように、アンロード弁１６Ｖは、あらかじめ設定された時間を掛けて、あらかじめ設定された開度、例えば開度７０％に向けて徐々に開弁し、スイッチ２４が冷却運転用制御Ｓに切り替えられるまで開度７０％を維持する精製操作用制御が行われる。
【００３２】
アンロード弁１６Ｖが開弁状態になると、圧縮機１２の吐出側経路１２ａに吐出された高圧の冷媒ガスの一部が、圧力差によってガス導出経路１６を前記ガス貯留容器１３に向かって流れるので、ガス貯留容器１３に流入する冷媒ガスの量に応じて吐出側圧力検出手段２１で検出する圧縮機１２の吐出圧力が低下する。操作出力が５０％を下回ると、前記吐出圧力制御手段１９が作動し、前記スプリット制御により、操作出力に基づいてロード弁１７Ｖの開度が制御され、ガス貯留容器１３内に貯留されている冷媒ガスの所定量が、ガス導入経路１７を通って圧縮機１２の吸入側経路１２ｂに導入される。
【００３３】
このように、アンロード弁１６Ｖが精製操作用制御手段２３によって開弁状態に保持されている間、ロード弁１７Ｖは、吐出圧力制御手段１９によって吐出圧力に応じた開弁状態に制御されるので、圧縮機１２からガス導出経路１６を通ってガス貯留容器１３に流入する冷媒ガスの量に相当する量の冷媒ガスがガス貯留容器１３からロード弁１７Ｖ及びガス導入経路１７を通って圧縮機１２に吸引される。したがって、冷媒ガスの一部がガス貯留容器１３を循環する状態になるとともに、冷媒ガスの他の一部が精製器１４を循環する状態になるので、前記第１形態例と同様にして冷媒ガスの精製が行われる。さらに、ガス貯留容器１３を循環する冷媒ガスの量に応じて吸入圧力制御手段１８がバイパス弁１５Ｖを制御するので、吸入圧力制御手段１８及び吐出圧力制御手段１９によって圧縮機１２の吸入圧力及び吐出圧力が一定に保持され、所定量の冷媒ガスが冷凍液化機本体１１に供給されて循環する。
【００３４】
また、アンロード弁１６Ｖに代えてロード弁１７Ｖを精製操作用制御で開弁するように設定した場合は、ロード弁１７Ｖが開弁状態になることでガス貯留容器１３内のガスがガス導入経路１７を通って圧縮機１２に吸引され、圧縮機１２で圧縮される冷媒ガス量が増加することから吐出側経路１２ａの圧力が上昇するので、吐出側圧力検出手段２１の操作出力が５０％を超える状態になり、前記吐出圧力制御手段１９が操作出力に基づいてアンロード弁１６Ｖを開弁方向に制御し、圧縮機１２から吐出された冷媒ガスの一部がアンロード弁１６Ｖを通ってガス貯留容器１３内に流入する。したがって、この場合も、圧縮機１２から吐出された冷媒ガスは、一部がガス貯留容器１３を循環し、他の一部が精製器１４を循環する状態になり、前記同様に冷媒ガスの精製が行われる。このときも、吸入圧力制御手段１８がバイパス弁１５Ｖを制御することで圧縮機１２の吸入圧力が一定に保持されることで、所定量の冷媒ガスが冷凍液化機本体１１に供給されて循環する状態を継続できる。
【符号の説明】
【００３５】
１１…冷凍液化機本体、１２…圧縮機、１２ａ…吐出側経路、１２ｂ…吸入側経路、１３…ガス貯留容器、１４…精製器、１４ａ，１４ｂ…精製経路、１５…バイパス経路、１５Ｖ…バイパス弁、１６…ガス導出経路、１６Ｖ…アンロード弁、１７…ガス導入経路、１７Ｖ…ロード弁、１８…吸入圧力制御手段、１９…吐出圧力制御手段、２１…吐出側圧力検出手段（ＰＩＣ１）、２２…吸入側圧力検出手段（ＰＩＣ２）、２３…精製操作用制御手段、２４…スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍液化機本体からの冷媒ガスを圧縮して前記冷凍液化機本体に循環供給する圧縮機と、該圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパス弁を介して接続するバイパス経路と、前記圧縮機の吸入側にロード弁を有するガス導入経路を介して接続し、かつ、前記圧縮機の吐出側にアンロード弁を有するガス導出経路を介して接続するガス貯留容器と、前記圧縮機の吐出側と吸入側とにそれぞれガス精製経路を介して接続するガス精製器と、前記圧縮機の吸入圧力を検出して該吸入圧力が低下したときに前記バイパス弁を開弁方向に、吸入圧力が上昇したときに前記バイパス弁を閉弁方向に制御する吸入圧力制御手段と、前記圧縮機の吐出圧力を検出して該吐出圧力が低下したときに前記アンロード弁を閉じて前記ロード弁を開弁方向に制御し、前記吐出圧力が上昇したときに前記ロード弁を閉じて前記アンロード弁を開弁方向に制御する吐出圧力制御手段と、前記アンロード弁及び前記ロード弁のいずれか一方又は双方の弁を開弁状態とする精製操作用制御手段とを備えていることを特徴とする冷凍液化機。
【請求項２】
冷凍液化機本体からの冷媒ガスを圧縮して前記冷凍液化機本体に循環供給する圧縮機と、該圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパス弁を介して接続するバイパス経路と、前記圧縮機の吸入側にロード弁を有するガス導入経路を介して接続するとともに、前記圧縮機の吐出側にアンロード弁を有するガス導出経路を介して接続するガス貯留容器と、前記圧縮機の吐出側と吸入側とをガス精製器を介して接続するガス精製経路と、前記圧縮機の吸入圧力を検出して該吸入圧力が低下したときに前記バイパス弁を開弁方向に、吸入圧力が上昇したときに前記バイパス弁を閉弁方向に制御する吸入圧力制御手段と、前記圧縮機の吐出圧力を検出して該吐出圧力が低下したときに前記ロード弁を開弁方向に制御して前記アンロード弁を閉じ、前記吐出圧力が上昇したときに前記アンロード弁を開弁方向に制御して前記ロード弁を閉じる吐出圧力制御手段とを備えた冷凍液化機の運転方法であって、前記アンロード弁又は前記ロード弁のいずれか一方の弁が開弁状態のときに他方の弁を閉弁状態とする冷却運転用制御により前記冷凍液化機本体への冷媒ガスの循環供給を継続中に、前記アンロード弁及び前記ロード弁を開く精製操作用制御に切り替えて前記ガス貯留容器内の冷媒ガスを前記ガス精製器に循環させることを特徴とする冷凍液化機の運転方法。
【請求項３】
冷凍液化機本体からの冷媒ガスを圧縮して前記冷凍液化機本体に循環供給する圧縮機と、該圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパス弁を介して接続するバイパス経路と、前記圧縮機の吸入側にロード弁を有するガス導入経路を介して接続するとともに、前記圧縮機の吐出側にアンロード弁を有するガス導出経路を介して接続するガス貯留容器と、前記圧縮機の吐出側と吸入側とをガス精製器を介して接続するガス精製経路と、前記圧縮機の吸入圧力を検出して該吸入圧力が低下したときに前記バイパス弁を開弁方向に、吸入圧力が上昇したときに前記バイパス弁を閉弁方向に制御する吸入圧力制御手段と、前記圧縮機の吐出圧力を検出して該吐出圧力が低下したときに前記ロード弁を開弁方向に制御して前記アンロード弁を閉じ、前記吐出圧力が上昇したときに前記アンロード弁を開弁方向に制御して前記ロード弁を閉じる吐出圧力制御手段とを備えた冷凍液化機の運転方法であって、前記アンロード弁又は前記ロード弁のいずれか一方の弁が開弁状態のときに他方の弁を閉弁状態とする冷却運転用制御により前記冷凍液化機本体への冷媒ガスの循環供給を継続中に、一方の弁が開弁状態となったときに閉弁状態となるべき他方の弁を開弁状態とする精製操作用制御に切り替えて前記ガス貯留容器内の冷媒ガスを前記ガス精製器に循環させることを特徴とする冷凍液化機の運転方法。
【請求項１】
冷凍液化機本体からの冷媒ガスを圧縮して前記冷凍液化機本体に循環供給する圧縮機と、該圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパス弁を介して接続するバイパス経路と、前記圧縮機の吸入側にロード弁を有するガス導入経路を介して接続し、かつ、前記圧縮機の吐出側にアンロード弁を有するガス導出経路を介して接続するガス貯留容器と、前記圧縮機の吐出側と吸入側とにそれぞれガス精製経路を介して接続するガス精製器と、前記圧縮機の吸入圧力を検出して該吸入圧力が低下したときに前記バイパス弁を開弁方向に、吸入圧力が上昇したときに前記バイパス弁を閉弁方向に制御する吸入圧力制御手段と、前記圧縮機の吐出圧力を検出して該吐出圧力が低下したときに前記アンロード弁を閉じて前記ロード弁を開弁方向に制御し、前記吐出圧力が上昇したときに前記ロード弁を閉じて前記アンロード弁を開弁方向に制御する吐出圧力制御手段と、前記アンロード弁及び前記ロード弁のいずれか一方又は双方の弁を開弁状態とする精製操作用制御手段とを備えていることを特徴とする冷凍液化機。
【請求項２】
冷凍液化機本体からの冷媒ガスを圧縮して前記冷凍液化機本体に循環供給する圧縮機と、該圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパス弁を介して接続するバイパス経路と、前記圧縮機の吸入側にロード弁を有するガス導入経路を介して接続するとともに、前記圧縮機の吐出側にアンロード弁を有するガス導出経路を介して接続するガス貯留容器と、前記圧縮機の吐出側と吸入側とをガス精製器を介して接続するガス精製経路と、前記圧縮機の吸入圧力を検出して該吸入圧力が低下したときに前記バイパス弁を開弁方向に、吸入圧力が上昇したときに前記バイパス弁を閉弁方向に制御する吸入圧力制御手段と、前記圧縮機の吐出圧力を検出して該吐出圧力が低下したときに前記ロード弁を開弁方向に制御して前記アンロード弁を閉じ、前記吐出圧力が上昇したときに前記アンロード弁を開弁方向に制御して前記ロード弁を閉じる吐出圧力制御手段とを備えた冷凍液化機の運転方法であって、前記アンロード弁又は前記ロード弁のいずれか一方の弁が開弁状態のときに他方の弁を閉弁状態とする冷却運転用制御により前記冷凍液化機本体への冷媒ガスの循環供給を継続中に、前記アンロード弁及び前記ロード弁を開く精製操作用制御に切り替えて前記ガス貯留容器内の冷媒ガスを前記ガス精製器に循環させることを特徴とする冷凍液化機の運転方法。
【請求項３】
冷凍液化機本体からの冷媒ガスを圧縮して前記冷凍液化機本体に循環供給する圧縮機と、該圧縮機の吐出側と吸入側とをバイパス弁を介して接続するバイパス経路と、前記圧縮機の吸入側にロード弁を有するガス導入経路を介して接続するとともに、前記圧縮機の吐出側にアンロード弁を有するガス導出経路を介して接続するガス貯留容器と、前記圧縮機の吐出側と吸入側とをガス精製器を介して接続するガス精製経路と、前記圧縮機の吸入圧力を検出して該吸入圧力が低下したときに前記バイパス弁を開弁方向に、吸入圧力が上昇したときに前記バイパス弁を閉弁方向に制御する吸入圧力制御手段と、前記圧縮機の吐出圧力を検出して該吐出圧力が低下したときに前記ロード弁を開弁方向に制御して前記アンロード弁を閉じ、前記吐出圧力が上昇したときに前記アンロード弁を開弁方向に制御して前記ロード弁を閉じる吐出圧力制御手段とを備えた冷凍液化機の運転方法であって、前記アンロード弁又は前記ロード弁のいずれか一方の弁が開弁状態のときに他方の弁を閉弁状態とする冷却運転用制御により前記冷凍液化機本体への冷媒ガスの循環供給を継続中に、一方の弁が開弁状態となったときに閉弁状態となるべき他方の弁を開弁状態とする精製操作用制御に切り替えて前記ガス貯留容器内の冷媒ガスを前記ガス精製器に循環させることを特徴とする冷凍液化機の運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−４７３５０（Ｐ２０１２−４７３５０Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８６８５８（Ｐ２０１０−１８６８５８）
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（０００２３１２３５）大陽日酸株式会社 (642)
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２４日（２０１０．８．２４）
【出願人】（０００２３１２３５）大陽日酸株式会社 (642)
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